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Les réseaux ad hoc mobiles Routage Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 2 Caractéristiques des MANETs w Autonomes (pas de routeurs dédiés),

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2 Les réseaux ad hoc mobiles Routage

3 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 2 Caractéristiques des MANETs w Autonomes (pas de routeurs dédiés), w Liaisons radios (bande passante limitée, taux derreurs élevé), w Topologie dynamique (mouvement des nœud, entrée en sommeil), w Utilisation de batteries pour lénergie (Problème dénergie), w Sécurité physique limitée (vol), Introduction – Quest-ce que les réseaux ad hoc

4 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 3 Introduction – Quest-ce que les réseaux ad hoc Exemple dapplication des réseaux ad-hoc : - Recherche durgence et opérations de secours, - Meetings (ou conventions) où des personnes veulent séchanger rapidement des information, - Opérations d'acquisition de données dans des terrains inhospitaliers, - Réseaux locaux dans le future ?

5 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 4 w Limitations typiques des réseaux ad hoc consommation dénergie élevée Bande passante faible Taux derreur élevé Mobilité élevée pour chaque nœud du réseau Introduction – Quest-ce que les réseaux ad hoc

6 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 5 Défis de Recherches w Problèmes de la couche MAC Fiabilité de la couche liaison ? QoS dans MAC? Économie de lénergie ? w Problèmes de la couche réseau Routage ; (QoS?) Économie de lénergie ? Multicast ? w Problèmes de la couche transport Fiabilité de bout-en-bout; Contrôle de congestion? QoS? w Problèmes de la couche application : Sécurité? QoS? w Interactions avec les couches; Interconnexion avec Internet; Introduction – Quest-ce que les réseaux ad hoc

7 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 6 Organismes de recherche w IETF MANET WG Routage (unicast, multicast, etc.) Routage avec QoS ? Sécurité; w Gouvernements : US, Finlande, Germany, France, … w Universités : CMU, INRIA, UCLA, w Industriels : Nokia, Siemens, Eriksson, etc.

8 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 7 w Comment acheminer Utiliser identificateur => adresse globale unique, ex: IP Trois types dacheminement datagramme (sans connexion), ex: UDP,TCP/IP circuit virtuel (avec connexion), ex: ATM routage par source Routage dans le réseau Ethernet

9 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 8 Routage dans le réseau Ethernet : par source

10 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 9 Routage dans le réseau Ethernet : sans connexion

11 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 10 Routage dans le réseau Ethernet : Internet

12 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 11 Problème principal du Routage w Le standard (Mobile) IP a besoin dune infrastructure Home Agent/Foreign Agent dans le réseau fixe. DNS, routage etc. nétaient pas conçus pour la mobilité. w Pas dinfrastructure dans les réseaux ad hoc Aucun routeur par défaut nest disponible. Chaque hôte (nœud) doit être capable de router les paquets.

13 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 12 w Vecteur distance (Distance Vector) Compteur de sauts w Etat de lien (Link state) Coût de lien RouteRoute ad hocad hoc Routage dans le réseau Ethernet : sélection de la route

14 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 13 Algorithmes classiques de routage w Vecteur de distance « Distance Vector » (RIP) Échange périodique des tables de routage entre tous les voisins physiques Chaque entrée de la table de routage contient la destination et le prochain routeur à traverser pour latteindre. Choix du plus court chemin dans le cas ou il y a plusieurs chemins disponibles w État de lien « Link State » (OSPF) Chaque routeur inonde le réseau par létat courrant de tous les liens physiques. Le routeur à une vue complète sur le réseau.

15 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 14 Routage dans les réseaux ad hoc w Les différences entre le routage dans les réseaux Ethernet et dans les réseaux ad-hoc : Mobilité, Structure dynamique de topologie de réseau, IP != localisation physique, Chaque nœud mobile joue le rôle dun routeur, Liens unidirectionnels, Limitations technologiques

16 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 15 Routage dans les réseaux ad hoc

17 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 16 Les algorithmes classiques dans les MANETs w Dynamique de la topologie Changements fréquents de liens, qualité des liens, w Performances limitées des systèmes mobiles les mises à jour périodiques des tables de routage ont besoin de l'énergie et parfois inutiles (sans contribuer à la transmission des données d'utilisateur, les modes veille sont difficiles à réaliser). Les échanges des informations de routage réduisent de plus en plus la bande passante. w Problème : ces protocoles ont été conçus pour les réseaux fixes avec des changements peu fréquents et supposent typiquement des liens symétriques

18 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 17 Routage dans les MANETs w Solution - Concevoir des algorithmes spécialement pour les réseaux ad hoc Léger (Énergie) Optimal (précision des routes) Scalable (mobilité / nœuds) Multicast, sécurité, …

19 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 18 Routage Ad Hoc DSDV CGSR Routage géographique Routage plat Routage hybrides proactif réactif OLSR AODV DSR ZRP HSR … LAR GPSR … FSR WRP ADV TORA ABR

20 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 19 w Deux types de routage : Basé-table Basé-source initialisation (à la demande) Routage dans les réseaux ad hoc = Table-driven / proactif = on-demand / reactif

21 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 20 Chaque nœud maintient une ou plusieurs tables pour stocker des information de routage Chaque nœud réagit aux changements de la topologie du réseau en propageant des mises à jour à travers le réseau dans le but de maintenir une vue consistante du réseau Diffusion de changements w Deux types de routage : Basé table Basé-source initialisation (à la demande) Routage dans les réseaux ad hoc

22 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 21 w Deux types de routage : Basé-table Basé-source initialisation (à la demande) Routage dans les réseaux ad hoc

23 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 22 Crée les routes à la demande du nœud source Lorsquune route est établie, elle est maintenue par une procédure de maintenance jusquà ce que la destination devient inaccessible à travers chaque chemin depuis la source ou lorsque la route nest plus désirée w Deux types de routage : Basé-table Basé-source initialisation (à la demande) Routage dans les réseaux ad hoc

24 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 23 Protocoles de routage basé-table w DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) w CGSR ( Clusterhead Gateway Switch Routing) w OLSR (Optimized Link State Routing) Proactifs

25 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 24 DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) w Mécanisme de routage classique Bellman-Ford (pas de boucle) w Utilisation dune table w ( ) w Mises à jour périodiques diffusés dans le réseau w Un paquet de mise à jour contient le nouveau seqN° incrémenté du nœud émetteur, w SeqN° reçu> seqN° : mise à jour de lentrée dans la table locale w SeqN° reçu = seqN° : #sauts reçu<#sauts : mise à jour w autres entrées reçues ignorées w Full dump (toute la table), plusieurs NPDU réseau w Incremental (changement), entre full dump

26 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 25 CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing ) w Réseau constitué en clusters w Chaque cluster est contrôlé par un cluster head CH w Tous les nœuds dans la portée de transmission du CH sont dans ce cluster w élection du CH : séparation de codes entre clusters, accès canal, routage et allocation de bande passante. w Pb. Changements fréquents de CH => performances – w LLC (Least Cluster Change) : w deux CH se rencontrent (à la portée lun de lautre), w un nœud se déconnecte de tous les CH.

27 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 26 CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing ) w Au début, utiliser lalgorithme de priorité p pour créer les clusters initiaux. w Un nœud non CH dans cluster i se déplace vers un cluster j : aucun CH ne change ni dans i ni dans j. w Un nœud non CH se déplace en dehors de son cluster et ne rentre dans aucun cluster, il devient nouveau CH. w Un CH(i) se déplace vers un autre cluster j ayant CH(j) : CH(i) ou CH(j) doit renoncer à sa position de cluster head selon p. w Nœuds qui se séparent dun cluster doivent recalculer le groupement (clustering) selon p. p = plus petite identité, connectivité élevée, etc. heuristique

28 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 27 CGSR (Clusterhead Gateway Switch Routing ) w CGSR = DSDV + routage hiérarchique w (depuis le cluster head vers la passerelle (gateway GW) pour router le trafic depuis la source vers la destination ) w nœuds GW sont des nœuds dans la portée de communication de deux ou plusieurs CH w paquet envoyé par un nœud est dabord acheminé à son CH, ensuite acheminé vers un GW, ensuite vers un autre CH et ainsi de suite jusquau CH du nœud destination. Nœud Gateway Cluster Head C1 C2 C3 Routage du nœud 1 vers le nœud

29 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 28 OLSR (Optimized-LS-Routing) w Proactif w Calcul périodique des routes vers toutes les destinations Routes prêtes à la demande. (QoS) Diminue la charge supplémentaire en réaction aux changements de topologie. Très performant dans le cas de communications fréquentes entre plusieurs nœuds. w Linformation sur létat des liens est diffusée périodiquement dans tous le réseau. Utilisation des MPR (Optimisation) w Utilisation des liens bidirectionnels!!

30 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 29 Sous ensemble des voisins dun nœud. Se charge de lacheminement du trafic et la rediffusion des messages de contrôle. Plus la taille de lensemble MPR est petite plus OLSR est optimal. Tous les voisins de degrés 2 doivent être atteints seulement avec les rediffusion des MPR. Un nœud calculant le plus court chemin vers une destination ne se base que sur ses voisins et tous les MPR des autres nœuds OLSR (Optimized-LS-Routing) MPR (MultiPoint Relay)

31 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 30 w Chaque nœud calcule son ensemble MPR Envoi un message Hello à ses voisins contenant son ensemble MPR, w Chaque voisins recevant Hello, met à jour lensemble des nœuds qui lont choisi comme MPR (MS : MPR selectors), Chaque message Hello à un Numéro de Séquence (âge). w La mise à jour des états de liens dun nœud x est réduite aux MPR selectors MS de x (MS(x)). Le nœud x ne peut être joint que par ses MPR OLSR (Optimized-LS-Routing) Algorithme

32 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 31 w Le routage nest rien dautre que linondation périodique avec des messages TC (Topology Control) envoyé par chaque nœud pour déclarer son ensemble MS (avec TTL=255). Tous les nœuds qui reçoivent cette information mettent à jour leurs tables de topologie et ensuite leur table de routage. Un numéro de Séquence MSSN pour les MS est attaché à TC pour permettre les mises à jours. OLSR (Optimized-LS-Routing) Algorithme

33 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 32 OLSR (Optimized-LS-Routing) Formats des messages Tout Message OLSR Le format de base de tout paquet OLSR est comme suit (sans les entêtes IP et UDP) : | Packet Length | Packet Sequence Number | | Message Type| Vtime | Message Size | | Originator Address | | Time To Live | Hop Count |Message Sequence Number| | | : MESSAGE : | | : : (etc.)

34 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 33 OLSR (Optimized-LS-Routing) Formats des messages | Reserved | Htime | Willingness | | Link Code | Reserved | Link Message Size | | Neighbor Interface Address | | Neighbor Interface Address | :... : : : | Link Code | Reserved | Link Message Size | | Neighbor Interface Address | | Neighbor Interface Address | : : (etc.) Message HELLO

35 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 34 OLSR (Optimized-LS-Routing) Formats des messages Message HELLO Reserved : Htime : intervalle d é mission des messages HELLO utilis é par le n œ ud sur cette interface particuli è re = C*(1+a/16)*2^b [en seconds] o ù a est l entier repr é sent é par les 4 bits de poids fort et b est l entier repr é sent é par les 4 bits de poids faible du champ Htime et C est un facteur d é chelle (C = 1/16 sec (= sec) ) Willingness : {WILL_NEVER, WILL_ALWAYS, WILL_DEFAULT } jamais sélectionné comme MPR, toujours, par défaut. Link Code : spécifie linformation sur le lien entre le nœud émetteur et la liste suivante des interfaces des voisins Link Message size : longueur du message du lien Neighbor Interface Address : l adresse de l interface du n œ ud voisin

36 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 35 OLSR (Optimized-LS-Routing) Formats des messages Message TC (Topology Control) | ANSN | Reserved | | Advertised Neighbor Main Address | |... |

37 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 36 Protocoles de routage basé-source initialisation w DSR (Dynamic Source Routing) w AODV ( Ad Hoc On demand Distance Vector Routing)

38 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 37 DSR (Dynamic Source Routing) w Réactif w Calcul des routes à la demande Phase de route discovery dans le cas ou aucune route nest disponible « Délai » w Garder la trace de tous les nœuds intermédiaires pour atteindre la destination (Source Routing) w Routage Multi-chemins (Multipath) grâce à lutilisation de source routing w Tampon mémoire « Agressif » de plusieurs routes pour les utiliser en cas de panne de route. w Pas de boucles de routage (Loopfree) grâce à source routing w Utilisation de « Promiscuous mode » Nenvoyer les route_request que sils nont pas été déjà vus

39 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 38 w Algorithme : 2 Phases (1/2) w Découverte dune route (route discovery) w Si aucune route nest disponible dun nœud S vers un autre nœud D alors S inonde le réseau par route_request Utilisation de route_record pour enregistrer les nœuds intermédiaires de S à D. Les tables de routage contiennent des route_record w Chaque nœud maintient une liste de couples (initiator_adr,request_id) Éviter de traiter plusieurs fois le même message. DSR (Dynamic Source Routing)

40 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 39 w Algorithme : 2 Phases (2/2) w Répondre à une requête de routage (route reply) w Quand un nœud reçoit un message route_request, il vérifie 1. Le couple (initiator_adr,request_id), 2. Si cest lui la destination, 3. Sil connaît une route vers la destination DSR (Dynamic Source Routing)

41 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 40 w Maintenance des routes (Route Maintenance) w Maintenance des routes par lenvoi de paquets route_error quand la couche liaison de donnée (DLL) rencontre un problème de transmission. A la réception dun paquet route_error, le nœud qui a causé lerreur est supprimé du cache et toutes les routes qui contiennent ce nœud sont tronqués à cet endroit. DSR (Dynamic Source Routing)

42 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 41 AODV (Ad hoc On demand-DV) w WG-MANET de IETF : RFC et Draft w Établissement des routes à la demande Phase (RREQ/RREP) pour la recherche dune nouvelle route w Gestion des pannes de route (RRER) w Pas de boucle (Loop-free) Utilisation des numéros de séquence SeqN° pour chaque nœud. Chaque nœud incrémente son SeqN° quand la topologie change (changement de ses voisins) w Utilisation des liens bidirectionnels

43 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 42 w Chaque nœud incrémente son SeqN° dès quil découvre un changement de topologie. (Le nombre de messages Hello est optimisé) - Assurer des routes fraîches - Éviter les boucles dans les chemins w Format de la table de routage - D-SeqN°, - Next Hop Hop count D, - Last Hop Count, - List of Precursors (Pour envoyer RERR quand une route expire) - Life time, -Routing Flags - Interfaces AODV (Ad hoc On demand-DV)

44 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 43 w Options de RREQ (Expanding Ring Search) - Utilisation du diamètre de la requête (TTL), ttl_start.. ttl_start+threshold - Nombre de retransmissions rreq_retries - Garder le diamètre de la route, pour lutiliser en cas de perte (pannes des routes). Le diamètre est gardé dans Last Hop Count AODV (Ad hoc On demand-DV)

45 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 44 w RREP - Établissement du chemin - D ou autre nœud intermédiaire répond à RREQ par - Si intermédiaire répond garde chemin inverse vers S à utiliser pour répondre à dautres RREQ vers S. - Si S ou intermédiaire reçoivent plusieurs RREP traitement selon la pertinence de ces RREP (hop-cnt2 D-seq1) D-seqN° AODV (Ad hoc On demand-DV)

46 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 45 w Maintenance des routes RERR w Gestion de connectivité localement (optionnel) - Messages hello, hello_interval, allowed_hello_loss AODV (Ad hoc On demand-DV)

47 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 46 Routage (Multicast) w Le multicast est toujours sujet chaud même dans l'Internet; w Dans les réseaux ad hoc,sans compter les problèmes traditionnels dans lInternet, tels que le contrôle de congestion, le routage multicast lui même est un autre grand problème; w Quelques protocoles de routage multicast: AMroute, ODMRP, AMRIS, CAMP, etc. w La maille est meilleure que larbre!? Diffusion directe meilleure que larbre et la maille ?!

48 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 47 Dautres recherches dans le routage w Routage supportant la QoS; w Routage économisant la consommation dénergie; w Routage Intelligent w Routage Scalable (mobilité/taille) w Sécurité w Méthodes daccès au canal.

49 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 48 Les domaines qui nous intéressent (pour linstant) w Diffusion pour le transport routier (Diffusion scalable et fiable); w Interconnexion avec lInternet, w Nouvelle architecture pour les réseaux ad hoc, w Multicast et Qualité de service

50 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 49 Quelques bonnes références w MANET homepage : w Site du gouvernement américain : w Les universités : (olsr) (dsr) (aodv)

51 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 50 Recherche de route AODV

52 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 51 Création de routes dans DSR

53 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 52 Création de routes dans DSR (cont.)

54 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 53 Comparaisons de routage ad hoc w Protocoles basé-Table Complexité en temps : élevé Philosophie de routage : plat, CGSR est hiérarchique Capacité de Multicast : Non #tables requises : élevé w Routage basé-Source Initialisation ou à la demande Philosophie de routage : plat AODV supporte le multicast Nutilisent pas les messages de contrôle périodiques => préservent la bande passante et la puissance


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