Soutenance mémoire
Etude des protocoles de routage dans les réseaux Ad-Hoc
Définition des réseaux mobiles Ad- Hoc
Un réseau mobile Ad-Hoc est une collection de périphériques équipés d’une technologie de transmission sans fil et dotés de protocoles permettant la mise en réseaux de ceux-ci. La particularité de ce type de réseau est que chaque nœud peut communiquer avec n’importe quel autre nœud du réseau.
En effet , si le nœud A veut communiquer avec le nœud B qui n’est pas à porter radio, alors il passera par une série de nœuds intermédiaires (C est un nœud intermédiaire) qui joueront le rôle de relais entre la source et la destination.
Un réseau Ad-Hoc est adaptatif et s’auto-organise, c’est à dire il se forme et se déforme à la volée sans intervention d’une entité administrative où seraitcentralisé la gestion, comme c’est le cas pour un point d’accès en mode infrastructure. Par conséquence, les nœuds Ad-Hoc doivent être capables de détecter la présence des éventuels voisins et d’effectuer les négociations nécessaires pour mettre en place une communication et un partage d’informations et de services.
La démocratisation des prix des technologies de transmission sans fil et l’émergence de protocoles standards (tels que 802.11, Bluetooth…) ont contribué à l’expansion des réseaux Ad-Hoc. Initialement prévu pour la mise en réseau d’ordinateur, les technologies WiFi inondent aujourd’hui le marché High-tech et se retrouvent communément dans les téléphones cellulaires, ordinateurs de poche (PDA), et les consoles de jeux portables. Parmi les protocoles de routage les plus célèbres , nous avons: le protocole DSR, le protocole AODV, le protocole OLSR, le protocole ZRP, le protocole CBRP, le protocole LAR, le protocole DREAM…etc.
Domaines d’applications des réseaux Ad-Hoc
Le premier domaine d’application des réseaux Ad-Hoc fut le domaine militaire où les différents groupes d’unités communiquaient ensemble par liaison radio. L’utilisation des réseaux Ad-Hoc par les militaires s’explique par le caractère particulier de cette technologie qui est adapté aux situations hostiles.
Puisque ce réseau ne nécessite pas d’infrastructure, il est possible de l’utiliser dans le cadre des sinistres comme les tremblements de terre ou les incendies, ainsi les équipes de sauvetage peuvent communiquer bien que les infrastructures de communication classiques soient détruites. De plus, la fiabilité de tel réseau a été prouvée puisque les communications peuvent emprunter plusieurs chemins différents .
Les réseaux Ad-Hoc peuvent également être utilisés dans le cadre commercial pour former des réseaux locaux. En effet, la simplicité de la mise en place (pas de câblage et de travaux d’installation dans le bâtiment) se traduit par des économies intéressantes pour l’entreprise. Dans le cas de regroupement pour les jeux sous réseau ou de réunions comme des conférences, l’organisation est simplifiée par la non nécessité de câblage ou de travaux d’aménagements.
Dans le cadre de l’informatique omniprésente, les réseaux Ad-Hoc peuvent relier entre eux les différents composants informatiques et tous les équipements de la maison constituant ainsi non plus un réseau local WLAN (Wireless Local Area Network) mais plutôt un réseau personnel WPAN (Wireless Personal Area Network) et le routage est utilisé pour faire communiquer tous les éléments en utilisant de faibles puissance et donc de faible portée ainsi on réduit la consommation énergétique et on diminue les risques pour la santé des utilisateurs.
En fin, les réseaux Ad-Hoc deviennent très utiles pour effectuer des mesures en milieu à très grand risque pour la vie humaine (volcan, fond mairain, espace …).
Pour ces cas d’utilisations, ils sont appelés les réseaux de senseurs et ils sont destinés à mesurer les propriétés physiques des environnements (la température, la pression, …), ils sont dispersés à grande échelle, ils effectuent les mesures et les transmettent par l’intermédiaire d’un routage Ad-Hoc le long du réseau ainsi formé.
La caractéristique principale d’une telle application est la forte contrainte d’énergie, de mémoire et la capacité de traitement très réduite de ces dispositifs.
Propriétés et spécificités des réseaux Ad-Hoc
Un réseau Ad-Hoc mobile est considéré comme un système autonome dynamique composé de nœuds mobiles interconnectés par des liens sans fil, sans l’utilisation d’une infrastructure fixe et sans administration centralisée. Les nœuds sont libres de se déplacer aléatoirement et s’organisent arbitrairement. Par conséquent, la topologie du réseau peut varier de façon rapide et imprévisible.
Un réseau Ad-Hoc peut être autonome ou connecté à une infrastructure fixe. La route entre un nœud source et un nœud destination peut impliquer plusieurs sauts sans fil, d’où l’appellation de «réseaux sans fil multi-sauts ». Un nœud mobile peut communiquer directement avec un autre nœud s’il est dans sa portée de transmission. Au delà de cette portée, les nœuds intermédiaires jouent le rôle de routeurs (relayeurs) pour relayer les messages saut par saut.
Les réseaux Ad-Hoc héritent les mêmes propriétés et problèmes liés aux réseaux sans fil. Ces problèmes spécifiques ayant une influence importante sur les solutions à mettre en place pour assurer la qualité de service. Notamment, le fait que le canal radio soit limité en termes de capacité de la bande passante, plus exposé à la perte des données comparée au médium filaire, et sujet à des variations dans le temps.
Solutions de QoS pour les réseaux Ad-Hoc
Les solutions de QoS pour les réseaux mobiles Ad-Hoc peuvent être classifiées en quatre catégories :
Les mécanismes de réservation (protocoles de signalisation) définissent un ensemble de messages de contrôle, destinés par exemple à provoquer la réservation de ressources dans les routeurs (par exemple, RSVP ).
Les protocoles de routage avec qualité de service sont chargés de la recherche de routes répondant à certains critères.
Différenciation des services au niveau de la couche MAC (Medium Access Control), fournissent un ensemble d’outils permettant de mettre en œuvre certaines règles de qualité de service.
Les modèles de qualité de service regroupent les définitions d’architectures destinées à assurer une certaine qualité de service (par exemple intserv et diffserv).
Facteurs d’atténuation du signal
La puissance du signal reçu par un récepteur diffère de celle transmise à l’origine. Cet affaiblissement est du essentiellement à trois phénomènes :
Le Path Loss: caractérise l’affaiblissement que subit un signal électromagnétique lorsqu’il parcourt une distance. Plus le récepteur s’éloigne de l’émetteur et plus l’affaiblissement sera important.
Le Shadowing: prend en compte les obstacles rencontrés par le signal sur son trajet.
Cette métrique enrichit le Path Loss d’un affaiblissement probabiliste fonction du milieu de propagation et du type d’obstacle pouvant être rencontré.
Le Fast fading ou multipath fading: il est lié au fait que l’onde reçue est une superposition de plusieurs copies du signal aux propriétés différentes (amplitude, phase…) ayant emprunté des chemins différents.
Les effets de ces perturbations s’additionnent ou se multiplient selon qu’on les considère à une échelle logarithmique ou linéaire , auquel vient s’ajouter une autre perturbation supplémentaire engendrée par le bruit (signaux parasites originaires du système électronique interne au récepteur ou de facteurs externes : intermodulation, diaphonie, …).
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre 1 : Introduction aux réseaux Ad-Hoc
1.1 Historique et évolution des réseaux sans fil
1.2 Définition des réseaux mobiles Ad-Hoc
1.3 Domaines d’applications des réseaux Ad-Hoc
1.4 Propriétés et spécificités des réseaux Ad-Hoc
1.5 La norme IEEE 802.11
1.5.1 La couche physique 802.11
1.5.2 Le protocole d’accès au medium
1.5.2.1 La sous-couche LLC
1.5.2.2 Description du protocole MAC
1.5.2.3 Principe de base du DCF
1.5.2.4 Prévention de collision
1.5.2.5 Algorithme de Backoff
1.6 Conclusion
Chapitre 2 : Etude des protocoles de routage dans les réseaux Ad-Hoc
2.1 Les stratégies de routage
2.2 Modes de communication dans les réseaux sans fil
2.3 Familles des protocoles de routage
2.3.1 Routage proactif
2.3.2 Routage réactif
2.3.3 Routage hybride
2.3.4 Routage géographique
2.4 Description de quelques protocoles de routage
2.4.1 Les protocoles de routage proactif
2.4.1.1 Le protocole de routage DSDV
2.4.1.2 Le protocole de routage WRP
2.4.1.3 Le protocole de routage CGSR
2.4.1.4 Le protocole de routage GSR
2.4.1.5 Le protocole de routage FSR
2.4.1.6 Le protocole de routage HSR
2.4.1.7 Le protocole de routage OLSR
2.4.2 Les protocoles de routage réactif
2.4.2.1 Le protocole de routage DSR
2.4.2.2 Le protocole de routage AODV
2.4.2.3 Le protocole de routage TORA
2.4.2.4 Le protocole de routage ABR
2.4.2.5 Le protocole de routage SSA
2.4.3 Les protocoles de routage hybride
2.4.3.1 Le protocole de routage ZRP
2.4.3.2 Le protocole de routage CBRP
2.4.3.3 Le protocole de routage CEDAR
2.4.4 Les protocoles de routage géographique
2.4.4.1 Le protocole de routage LAR
2.4.4.2 Le protocole de routage DREAM
2.4.4.3Le protocole de routage ZHLS
2.5 Conclusion
Chapitre 3 : Qualité de service dans les réseaux Ad-Hoc
3.1 Introduction
3.2 Définition de la Qualité de service
3.3 Les métriques de la qualité de service
3.3.1 La bande passante
3.3.2 Délai de bout en bout
3.3.3 La gigue
3.3.4 La perte de paquets
3.4 Solutions de QoS pour les réseaux Ad-Hoc
3.4.1 Protocoles de signalisation
3.4.2 Protocoles de routage avec QoS
3.4.3 Protocoles de différentiation de services (couche MAC)
3.4.4 Modèles de QoS (IntServ et DiffServ)
3.5 Conclusion
Chapitre 4 : Routage suivant les liens stables
4.1 Introduction
4.2 Le routage AODV avec qualité de service
4.2.1 Facteurs d’atténuation du signal
4.2.2 Estimation du Path Loss et de la Puissance reçue
4.2.3 Détermination de la probabilité de rupture (PR)
4.2.4 Calcule de la stabilité d’un itinéraire
4.3 Intégration dans AODV
4.3.1 Extension de la RREQ
4.3.2 Extension de la RREP
4.4 Mécanisme de découverte des routes dans AODV-SI
4.5 Mécanisme de maintenance des routes dans AODV-SI
4.6 Conclusion
Chapitre 5 : Etude et simulation du protocole AODV-SI
5.1 Introduction
5.2 Présentation d’OPNET
5.3 Fonctionnalités principales d’OPNET
5.4 Concepts de bases du simulateur OPNET
5.4.1 Présentation des interfaces de l’outil OPNET
5.4.2 Modèles de propagation radio sous OPNET
5.4.3 Modèles de mobilité sous OPNET
5.4.4 Cycle traditionnel d’un projet sous OPNET
5.5 Objectifs de la simulation
5.5.1 Métriques de la simulation
5.5.1.1 Métriques de performances
5.5.1.2 Métriques d’insuffisances
5.6 Modèle de simulation
5.6.1 Scénarios de simulations
5.6.2Modèle de propagation
5.6.3 Modèle de mobilité
5.6.4 Modèle de trafic de données
5.7 Résultats et interprétations
5.7.1 Nombre d’erreurs de route
5.7.2 Nombre de paquets de données reçus
5.7.3 Nombre de réponses de route
5.7.4 Nombre de sauts par route
5.7.5 Délai de découverte de route
5.7.6 Trafic de contrôle envoyé
5.7.7 Délai de bout en bout des paquets
5.8 Conclusion
Conclusion et perspectives
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