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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 d’erreurs élevé), w Topologie dynamique (mouvement des nœud, entrée en sommeil), w Utilisation de batteries pour l’énergie (Problème d’énergie), w …,Sécurité physique limitée (vol), Introduction – Qu’est-ce que les réseaux ad hoc

4 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 3 Introduction – Qu’est-ce que les réseaux ad hoc •Exemple d’application des réseaux ad-hoc : - Recherche d’urgence et opérations de secours, - Meetings (ou conventions) où des personnes veulent s’échanger 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 d’énergie élevée •Bande passante faible •Taux d’erreur élevé •Mobilité élevée pour chaque nœud du réseau Introduction – Qu’est-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 l’énergie ? w Problèmes de la couche réseau •Routage ; (QoS?) Économie de l’énergie ? •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 – Qu’est-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; •http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.htmlhttp://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html 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 d’acheminement •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 d’une infrastructure •Home Agent/Foreign Agent dans le réseau fixe. •DNS, routage etc. n’étaient pas conçus pour la mobilité. w Pas d’infrastructure dans les réseaux ad hoc •Aucun routeur par défaut n’est 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 l’atteindre. •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 l’état 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 d’un 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 •Lorsqu’une route est établie, elle est maintenue par une procédure de maintenance jusqu’à ce que la destination devient inaccessible à travers chaque chemin depuis la source ou lorsque la route n’est 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 d’une table w ( ) w Mises à jour périodiques diffusés dans le réseau w Un paquet de mise à jour contient le nouveau seq° incrémenté du nœud émetteur, w Seq° reçu> seq° : mise à jour de l’entrée dans la table locale w Seq° reçu = seq° : #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 l’un de l’autre), 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 l’algorithme 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 d’un 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 d’abord acheminé à son CH, ensuite acheminé vers un GW, ensuite vers un autre CH et ainsi de suite jusqu’au 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)INRIA 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 L’information sur l’état 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 d’un nœud. •Se charge de l’acheminement du trafic et la rediffusion des messages de contrôle.  Plus la taille de l’ensemble 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 est optimisé pour les réseaux denses  Sinon tous les nœuds deviennent des MPR et OLSR devient l’algorithme état de liens classique. •Le calcul de l’ensemble MPR est NP-Complet  Utilisation d’heuristiques efficaces OLSR (Optimized-LS-Routing)NRIA MPR (MultiPoint Relay)

31 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 30 w Pour chaque nœud x, N 1 (x) voisins (bidirectionnels) de degré 1, N 2 (x) voisins (bidirectionnel) de degrés 2, w MPR(x) est sous ensemble de N(x).  Chaque nœuds envoie la liste de ses voisins (Messages Hello). 1. Commencer par MPR(x) vide, 2. Ajouter à MPR (x) les nœuds de N 1 (x) qui sont les seuls voisins des nœuds de N 2 (x) /*Optimisation*/ 3. Tant que il existe des nœuds dans N 2 (x) non couverts par MPR(x) faire a) Pour chaque nœud dans N 1 (x)-MPR(x) calculer le nombre de nœuds qu’il couvre parmi ceux de N 2 (x) non encore couverts; b) Ajouter le nœud qui couvre le maximum de voisins N 2 (x) à MPR(x). OLSR (Optimized-LS-Routing)RIA Calcul des MPR : heuristique

32 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 31 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 l’ensemble des nœuds qui l’ont choisi comme MPR (MS : MPR selectors),  Chaque message Hello à un Numéro de Séquence (âge). w La mise à jour des états de liens d’un nœud x est réduite aux MPR selectors MS de x (MS(x)).  Le nœud x ne peut être joint que par ses MPR w Le routage n’est rien d’autre que l’inondation 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 Protocoles de routage basé-source initialisation w DSR •(Dynamic Source Routing) w AODV •( Ad Hoc On demand Distance Vector Routing)

34 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 33 DSR (Dynamic Source Routing)MU w Réactif w Calcul des routes à la demande  Phase de route discovery dans le cas ou aucune route n’est disponible  « Délai » w Garder la trace de tous les nœuds intermédiaires pour atteindre la destination (Source Routing) w Routage Multi-chemins (Multipath) grâce à l’utilisation 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 »  N’envoyer les route_request que s’ils n’ont pas été déjà vus

35 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 34 w Algorithme : 2 Phases (1/2) w Découverte d’une route (route discovery) w Si aucune route n’est disponible d’un 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)

36 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 35 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 c’est lui la destination, 3. S’il connaît une route vers la destination DSR (Dynamic Source Routing)

37 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane S’il a déjà traité le message  il ignore ce message 2. Sinon 2.1 S’il ne connaît pas une route vers la destination  Met son ID dans le route_record et retransmet le message 2.2 Sinon /*il connaît la destination ou une route vers la destination*/  Répond par un message route_reply Si les liens sont bidirectionnels alors  Il utilise probablement le chemin inverse de route_request Sinon  Il commence un route_request vers le nœud S pour répondre par route_reply DSR (Dynamic Source Routing)

38 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 37 w Maintenance des routes (Route Maintenance) w Maintenance des routes par l’envoi de paquets route_error quand la couche liaison de donnée (DLL) rencontre un problème de transmission.  A la réception d’un paquet route_error, le nœud qui a causé l’erreur est supprimé du cache et toutes les routes qui contiennent ce nœud sont tronqués à cet endroit. DSR (Dynamic Source Routing)

39 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 38 DSR (Dynamic Source Routing) Un exemple de propagation du paquet RREP depuis la destination 15 vers la source 1 avec le protcole DSR. Exemple RREP RREQ [1] [1,11] [1,11,12] [1,11,12,13] [1,11,12,13,14] [1] [1,2] [1,2,3] [1,2,10] [1,2,6] [1,2,10] [1,2,6,5] [1,2,10,9] [1,2,10,9] [1,2,6,5] [1,2,3,4] [1,2,10,9,8] Un exemple de propagation du paquet RREQ depuis la source 1 vers la destination 15 avec le protcole DSR.

40 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 39 AODV (Ad hoc On demand-DV) w Plusieurs chances d’être standardisé par (WG-MANET de IETF) w Établissement des routes à la demande  Phase (RREQ/RREP) pour la recherche d’une nouvelle route w Gestion des pannes de route (RRER) w Pas de boucle (Loop-free)  Utilisation des numéros de séquence Seq# pour chaque nœud.  Chaque nœud incrémente son Seq# quand la topologie change (changement de ses voisins) w Utilisation des liens bidirectionnels

41 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 40 w Phase RREQ w S nœud source, D nœud destination. w S inonde (selon TTL) un message RREQ et active un timer pour contrôler la durée de recherche w Chaque nœud recevant RREQ - Répondre par RREP (connaît route vers D) ou - Rediffuser le message * Garder trace du chemin inverse (vers S) * Éventuellement, mise à jour des seq# (pourS)  Garder le seq# le plus grand pour la destination S - Détruire le message (D-Seq#(RREQ) >D-Seq#(Nœud)) AODV (Ad hoc On demand-DV)A

42 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 41 w Chaque nœud incrémente son Seq# dès qu’il découvre un changement de topologie. (Le nombre de messages Hello est optimisé) - Assurer des routes fraîches - Éviter les boucles dans les chemins - Preuve « théorique » de loop-freedom w Format de la table de routage - D-Seq#, - Next Hop Hop count D, - Last Hop Count, - List of Precursors (Pour envoyer RRER quand une route expire) - Life time, -Routing Flags - Interfaces AODV (Ad hoc On demand-DV)A

43 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 42 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 l’utiliser en cas de perte (pannes des routes).  Le diametre est gardé dans Last Hop Count AODV (Ad hoc On demand-DV)

44 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 43 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 d’autres RREQ vers S. - Si S ou intermédiaire reçoivent plusieurs RREP  traitement selon la pertinence de ces RREP (hop-cnt2 D-seq1) AODV (Ad hoc On demand-DV)

45 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 44 w Maintenance des routes RERR w Gestion de connectivité local - Messages hello, hello_interval,allowed_hello_loss w Action après rebootage (Loop-free)  Attendre pendant delete_period, ne répond à aucune requête de routage, répond aux paquets de données par des RRER  Il ne devient pas routeur active w Il saura son seq# quand il recevera des RREQ dont il est destination. AODV (Ad hoc On demand-DV)

46 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 45 AODV (Ad hoc On demand-DV) Exemple RREQ [1] [1,11] [1,11,12] [1,11,12,13] [1,11,12,13,14] [1] [1,2] [1,2,3] [1,2,10] [1,2,6] [1,2,10] [1,2,6,5] [1,2,10,9] [1,2,10,9] [1,2,6,5] [1,2,3,4] [1,2,10,9,8] Un exemple de création de route depuis le nœud source 1 vers le nœud destination 15. Acheminement par diffusion des messages RREQ jusqu’à la destination. [1,2] chemin inverse Réponses des nœuds depuis la destination jusqu’à la source : établissement du chemin inverse.

47 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 46 AODV (Ad hoc On demand-DV) Exemple Acheminement des réponses RREP depuis la destination en retour à la source et établissement de la route pour l’acheminement des paquets de données. RREP acheminement

48 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 47 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 l’Internet, 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 l’arbre!? Diffusion directe meilleure que l’arbre et la maille ?!

49 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 48 D’autres recherches dans le routage w Routage supportant la QoS; w Routage économisant la consommation d’énergie; w Routage Intelligent w Routage Scalable (mobilité/taille) w Sécurité w Méthodes d’accès au canal.

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

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

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

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

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

55 Les réseaux ad hoc mobiles : Routage - A. Benslimane 54 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 •N’utilisent pas les messages de contrôle périodiques => préservent la bande passante et la puissance


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