quality of service routing in ad hoc networks (in french)

8/14/2019 Quality of Service Routing in Ad Hoc Networks (in French)

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Nadir BOUCHAMA

[email protected]

11/06/2008

Centre de Recherche sur lInformation Scientifique et techniqueDivision Thories et Ingnierie des systmes Informatiques

Routage avec Qualit de service

dans lesRseaux Mobiles ad Hoc


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Nadir BOUCHAMA CERIST 2008 2

Plan de lExpos..

Rseaux Mobiles Ad Hoc : Motivation, Application Notion de Qualit de Service (QoS) Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc: notion

de QoS adaptative Surdimensionnement versus Ingnierie de trafic

Approches pour offrir la QoS: o se situe le routage avec QoSdans toute cette armada de solutions ? Principe du routage QoS Concevoir un protocole de routage avec QoS: compromis Mtriques utilises

Exemple de routage avec QoS Conclusions et perspectives


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Rseaux mobiles ad hoc

Caractristiques: Liens sans fils Une topologie dynamique Ressources limites et

volatiles (bande passante,nergie, mmoire, CPU)

Vulnrabilit aux attaques

Un rseau mobile ad hoc ou MANET (MobileAd hoc NETwork) est un systmeautonome de plateformes mobilesappeles nuds qui sont libres de sedplacer librement. Ce systme peut treisol ou avoir des passerelles ou desinterfaces le reliant un rseau fixe(Internet, ATM)

http://www.ietf.org/rfc/rfc2501.txt

GW

Internet


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Challenges

Routage efficace Gestion de la mobilit Scalabilit Scurit Partage efficace du mdium de communication

Qualit de service


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Qualit de Service (QoS) adaptative

Comme dfinie dans le RFC 2386, Ensemble de besoins assurer par le rseau

pour le transport dun trafic dune source une

destination. Ces besoins peuvent tre traduits

en un ensemble dattributs pr-spcifis et

mesurables en terme de : Dlai de bout en bout

Variance de dlai (gigue)

Bande passante :.

Taux de Perte de paquets

Cette dfinition nest pas adquate pour les rseauxmobiles ad hocLa Qualit de Service dans les rseaux mobiles ad hoc veut direfournir des paramtres afin dadapter les applications la qualit du rseau

La QoS est dite alors adaptative

Recommandation E.800 du CCITT :

Effet global des performances duservice qui dtermine le degrde satisfaction dun utilisateurdu service.


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Motivation

Au dbut de lapparition des rseaux mobiles ad hoc :Le premier souci est de permettre la connectivit des noeuds

Le principe utilis est le BEST EFFORT cest--dire AU MIEUX

Aucune garantie de livraison des donnesSEND AND PRAY

(envoyer et prier que a russisse)

Mais.pour certaines applications ce service nest pas du tout suffisant

Exemple:

Applications multimdias, tlphonie, jeux, applications critiques,communications dans un champs de bataille, etc.


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Besoins des applications

La QoS nest pas une OPTION mais uneNECESSIT pour permettre un dploiement

grande chelle


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Complexit dans le contexte des MANETs

Qualit de service dans les MANETs = Fournir unefonctionnalit complexe dans un environnement trsdynamique o les ressources sont rares.

Solution: Deux approches classiques:

Sur-dimensionnement

Ingnierie de trafic

Matrielle

Logicielle


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Sur-Dimensionnement

Avantages: Simple et peut se faire de faon graduelle; Aucun mcanisme de QoS nest ncessaire;

Inconvnients: Peut tre trs coteux pour le dploiement et la mise a jour; Difficile prdire les besoins futurs du trafic; Ne peut pas garantir les garanties sur le dlais; Dans la plupart des cas, il sagit dun dplacement du problme; Perte de ressources (rseau sous-utilis); Pour un rseau mobile ad hoc, les ressources sont rares et

volatiles On ne peut pas se permettre ce LUXE La bande de frquence est trs limite

Principe :Agir sur les RESSOURCES (solution matrielle)Approvisionner REACTIVEMENT le rseau avec suffisamment de ressources sibesoin estDIMENSIONNEMENTGENEREUX

PROH

IBITIF


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Ingnierie de trafic (Traffic engineering)Principe

Agir sur le TRAFIC (solution logicielle)valuation et optimisation des performances des rseaux IP en utilisant

des mthodes scientifiques pour le mesurage,caractrisation,modlisation, et contrle du trafic.RFC 3272: Overview and Principles of Internet Traffic

Engineering

Avantages: Rentable; Utilisation rationnelle des ressources;

Inconvnients: Complexe concevoir et implmenter; Problme de passage lchelle

(scalability)

Congestion-related

performancedegradation has beenfound to cause themajority of networkdowntime costs

Michael HowardPresident, Infonetics Research


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Analogie avec le trafic routier

Ingnierie de traficsurdimensionnement


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Taxonomies..

Diffrentiation

Couche MAC

Protocolesdesignalisatio

n

K. Wu and J. Harms, QoS Support in Mobile Ad Hoc Networks. Crossing Boundaries- the GSA Journal ofUniversity of Alberta, Volume 1, n 1. pages 92- 106. Novembre 2001

Classification la plus connue et la plus cite:

Ingnierie de traficSurdimensionnement

XApprochesInter couche

CROSS LAYER

Interviennent une couche ou sous-couche du modle de rfrence OSI

Modlesde QoS

Routageavec QoS

Qualit de Service dans les Rseaux AdHoc


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Objectifs du Routage avec QoS

Les TROIS objectifs principaux du routage avec QoS sont lessuivants:

Dterminer dynamiquement un chemin rpondant auxexigences de QoS et qui est ralisable entre une source etune destination ;

Optimiser les ressources du rseau (load balancing);

Permettre une dgradationgracieuse (gracefuldegradation)des performances du rseau

http://www.ietf.org/rfc/rfc2386.txt


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Critiques

Taxonomie critique notamment dans:

Claude Chaudet, Isabelle Gurin Lassous, - tat des lieux sur la qualit de service dans lesrseaux ad hoc - Invited paper, in 'Colloque Francophone sur l'Ingnierie des Protocoles'' -November 2006 - Tozeur, Tunisia.

Raisons ?

Impossible de classifier les solutions existantes selon cettetaxonomie;Pourquoi sparer la signalisation et le routage avec QoS alorsquils sont souvent complmentaires;Un bon modle de QoS est souvent construit partir deplusieurs blocs de base dont le routage avec QoS, la signalisation,et les mcanismes de diffrentiation au niveau de la couche MAC


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Taxonomie selon le niveau de QoS

impossible- contrle de traficarien,

- chirurgie distance,- contrle dun

racteur nuclaire,

etc.

QoS dterministe,

service garanti,

QoS quantitative,

QoS absolue

si les exigences ne sont

pas satisfaites, le service

nest pas du tout fourni

TOUT ou RIEN

QoS ferme(hard QoS)

+++communications

militaires;les garanties de QoS sont

de type ferme, sauf en

cas de fluctuations du

canal radio ou de

changement de

topologie.

QoS pseudoferme

(Pseudo HardQoS)

++voix sur IP,QoS statistique,

Mieux que le besteffort,

QoS qualitative,

QoS relative

la garantie de service est

offerte avec une

probabilit. Il peut y avoir

des priodes transitoires

o la QoS nest pasgarantie.

QoS relche(soft QoS)

+courrier lectronique,

transfert de fichiers,

send and prayle rseau envoie les

paquets sans aucune

garantie.

Best Effort(BE)

DifficultExample

dapplications

Autres nomsDfinitionNiveau

Nive

au

de

QoS


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Quattend-t-on dunprotocole de routage avec QoS?

Adaptabilit: sadapter ltat du rseau ad hoc

Simplicit: viter la complexit et la surchargeScalabilit: rsister aux facteurs limite tels

que le nombre de nuds , nombre de flux,nombre de classes, etc

Efficacit: offrir un bon niveau de QoS pour lesapplications prioritairesEquit: vis--vis du trafic best effortRobustesse: rsister aux perturbations dans le

rseauScurit: dans certains cas comme le domaine

militaire


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Mtriques de QoS pour un protocole de QoS

Conception Evaluation

DbitDlai de bout en bout

Taille du bufferGigueTaux de perte de paquetsEnergieScurit

Dlai MACStabilit du lienFiabilit

Signal to Interference Ratio(SIR)Bit Error Rate (BER)

Niveau de batterie rsiduel

Liaison(LLC+MAC)

Physique

Applicatio

nPrsentation

SessionTransport

Taux daccept./Bloc. de sessionsTaux de sessions

compltes/coupes

Dbit du rseauDbit dun nud

Dlai de dcouverte dune routeCharge de routage normalise(NRL)Dure de vie du rseauDure de vie moyenne dun nuConsommation en nergie

Charge normalise au niveauMACConsommation en nergie

Rseau


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Mtriques au niveau rseau

%Niveau de confianceScurit

joulesEnergie

%rapport entre le nombre de paquetsmis et le nombre de paquets reus.Taux de pertede paquets

milli-secondesla gigue est dfinie comme tant lavariation des dlais dacheminementdes paquets dans le rseau

Gigue

Nombre de places dans un bufferEspace libre dubuffer

milli-secondesDlai que met un paquet de lasource la destination

Dlai de bout enbout

bps/sAppel aussibande passantersiduelle : Dbit minimal dunchemin de bout en bout

Dbit

UnitDfinition


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Classification des mtriques


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Exemple de Routage avec QoS

Chemin satisfaisant la QoS

S

B C

D

E F

D

Plus court chemin

D

S Source

Destination

Exemple:

Une source D veut communiquer avec une destination D etdemande une QoS en bande passante de Bw=4

Tuple:

Besoin en QoS: BW4


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Conclusion & Perspectives

Les solutions de QoS doivent imprativement tre adaptative dans les rseauxmobiles ad hoc;

Le routage avec QoS est un problme trs difficile dans le contexte des rseauxmobiles ad hoc;

A part le protocole PNNI de ATM, aucun protocole de routage avec QoS na tstandardis actuellement ni pour les rseaux filaires ni pour les rseauxmobiles ad hoc ;

pour les Le problme de scalabilit( S word problem) reste le problme

majeur dans la plupart des solutions. Ceci dit, les protocoles QoS relchesont plus scalables que les protocoles QoS ferme; Le routage QoS nest gnralement quune brique de base (building block) dans

la construction dune architecture de QoS globale (cross layer); Nous travaillons sur les approches volutionnaires pour les protocoles

AODV, DSR (ractifs), OLSR (proactif) en travaillant principalement sur lamtriquebande passante;

Perspectives:- Travailler sur la mtrique dlai pour la VoIP (+ stabilit ??)- Proposer un modle de QoS (CROSS LAYER) qui fasse intervenir plusieurs

couches


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QUESTIONS ?

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