Une Auto-Organisation et ses Applications pour les R

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Une Auto-Organisation et ses Applications pour
les Réseaux Ad-Hoc et Hybrides

• Thèse de doctorat de
• Fabrice THEOLEYRE
• CITI INRIA ARES INSA Lyon

Directeurs de thèse
Fabrice Valois
Eric Fleury
2
Contexte

• Quest ce quun réseau ad hoc ?
• Hybride ?
• Défis
• Routage, Confidentialité
• Contraintes
• Mobilité
• Hétérogénéité
• Radio

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Motivations

• Approche classique en ad hoc
• Vision à plat
• Égalité et solidarité
• Ensemble déstructuré à utiliser tel quel
• Tout refaire à chaque fois
• Exemple
• Diffusion
• Routage

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Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

5
Objectif

• Organiser le réseau avant son utilisation
• Et prouver lefficacité dune auto-organisation

clusterhead
dominant
dominé
Ensemble Connecté Dominant (CDS)
Clustering Diamètre / rayon / cardinalité
6
(ma) définition

• Introduit une vue hiérarchique
• Vue logique ? topologie radio
• Un ou plusieurs niveaux de hiérarchie
• Localisé (auto)
• Couche dauto-organisation
• Couche fédératrice
• Mutualisation
• Un moyen et non une fin

Theoleyre, Valois, Auto-organisation de réseaux
ad hoc concepts et impacts, chap. 5 de Réseaux
mobiles ad hoc et réseaux de capteurs, Hermès,
2006, 101-128
7
Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

8
Description générale de CDCL
1. Découverte de voisinage
2. Construction dune dorsale
3. Construction de grappes
Theoleyre, Valois, Structure virtuelle pour une
auto-organisation dans les réseaux ad-hoc et
hybrides, Annales des Télécommunications, accepté
avec révisions mineures
Theoleyre, Valois, A Virtual Structure for
Mobility Management in Hybrid Network, in IEEE
WCNC, USA, 2004
9
Carences des dorsales existantes

• Algorithmes localisés wu99, stojmenovic01
• Règle je suis redondant
• Pas conçus pour la persistance
• Pas darbre
• Algorithmes distribués butenko03
• Borne de cardinalité
• Pas de maintenance
• Dorsale non flexible
• k-CDS

5
7
10
CDCL Dorsale - Construction

• Initiée par un (ou plusieurs) leader(s)
• Poids
• énergie, mobilité, degré
• k-CDS
• Création dun ensemble dominant
• Elections locales
• Interconnexion
• Invitations avec des inondations locales

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CDCL Exemple de 2-CDS
10
4
2
4
5
9
8
8
7
5

• Remarque
• Construction dun arbre

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CDCL Clusters - Construction

• Algorithme classique lin97
• Le nœud a plus fort poids ? clusterhead
• Puis ralliement des voisins
• Modifications
• Rayon flexible
• Tire parti de la dorsale
• Optimisation du nombre de participants
• Trafic de contrôle
• Auto-organisation intégrée
• Clusterhead dominant
• Distance via la dorsale

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CDCL Clusters - Construction
Distance max 2 sauts
7
7
4
5
3
5
8
10
10
14
CDCL Maintenance

• Vitale
• Mobilité
• Robustesse aux fautes
• Dorsale
• Maintenance événementielle
• Dominé isolé
• Dominant déconnecté de la dorsale
• Dorsale cassée
• Dominant superflu
• Clusters
• Vecteur de distance

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Vue synthétique
16
Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

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Evaluation de performances

• Simulations
• OPNET Modeler 8.1
• 40 nœuds distribués aléatoirement
• Couche MAC (802.11) radio réaliste
• Hellos
• toutes les 4 secondes
• Mesures
• cardinalité, connexité, persistance
• Paramètres
• densité, mobilité, nombre de nœuds
• Comparaison
• CDCL / Wu Li

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Convergence
50 nœuds statiques, degré 10, kcds1
19
Impact de la mobilité
40 nœuds, degré 10, modèle de mobilité random
waypoint
20
Impact de la mobilité
40 nœuds, degré 10, modèle de mobilité random
waypoint
21
Trafic de contrôle
degré 10, modèle de mobilité random waypoint,
vitesse de 5m/s
22
Cardinalité bornée
Borne théorique
degré 10
23
Propriétés - conclusion

• Quelle(s) conclusion(s) ?
• Rapidité de convergence
• Robustesse à la mobilité
• changements locaux ? impact local
• Persistance
• Cardinalité bornée (et réduite)
• ? Comment lexploiter efficacement ?

24
Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

25
Bénéfices dune auto-organisation

• Routage ad hoc
• Virtual Structure Routing (VSR)
• Adapte les protocoles existants
• Dorsale pour la diffusion
• Double hiérarchie
• Internet sans-fil multisauts
• Self-Organized Mobility Management (SOMoM)
• Dorsale arbre proactif de routage
• Économie dénergie

Theoleyre, Valois, Mobility management in
multihops wireless access networks, in IFIP PWC,
France, 2005
Theoleyre, Valois, Virtual Structure Routing in
Ad Hoc Networks, in IEEE ICC, Corée du Sud, 2005
26
VSR Passage à léchelle
degré 10, modèle de mobilité random waypoint,
vitesse de 5m/s
27
Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

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Problématique

• Capacité
• Débit atteignable par le réseau
• Dimensionne les applications
• Auto Organisation
• Supprime certains liens
• Surcharge certains nœuds
• Pas le plus court chemin

• Quel impact sur la capacité ?
• Comparaison
• à plat / auto organisé

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Travaux existants et Objectif

• Etude asymptotique gupta00,zemlianov05
• Capacité asymptotique
• Routage intégré dans la modélisation
• ? ne permet pas une comparaison
• But
• Capacité quantitative
• Topologie, trafic de contrôle et routes donnés
• Débit atteignable avec une couche MAC idéale
• ordonnancement parfait, avec équité
• Problème de type multi-flots
• Programmation linéaire

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Capacité problème(s)

• Comment est impactée la capacité ?
• Interférences radio
• Multisauts
• Hypothèses de modélisation
• Liens bidirectionnels
• Broadcast de C
• Unicast de C à D
• Contraintes locales

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Contraintes

• Multisauts
• Contraintes linéaires

q
q
q
S
D
Quantité de données q
Trafic du lien radio e Somme des trafics des
flux passant par e
32
Contraintes

• Partage des ressources radio
• Borne inférieure
• Seuls les 2-voisins peuvent interférer
• Ex équité terminaux

0
1/5
2/5
3/5
4/5
1
a
b
c
d
e
Rivano, Theoleyre, Valois, Capacity Evaluation
Framework and Validation of Self-Organized
Routing Schemes, in IEEE IWWAN, USA, 2006
33
Contraintes

• Partage des ressources radio
• Borne inférieure
• Partage entre liens radio

0
1/5
2/5
3/5
4/5
1
a
b
c
d
e
e
Trafic de contrôle de d
Trafic de données vers e
Trafic de données vers c
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Contraintes

• Partage des ressources radio
• Borne supérieure
• Autoriser les communications du type
• Référencement des communications possibles

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Contraintes

• Partage des ressources radio
• Borne supérieure calculer la proportion
• Calcul des MIS ? NP-Complet ? exhaustif
• Algorithme de calcul statistique
• Ex équité liens radio

36
Contraintes

• Partage des ressources radio
• Borne supérieure
• Partage entre liens radio
• Avec équité liens radio

0
2/3-e
1-e
1
a
a
IS1
Trafic de contrôle
IS2
b
b
Trafic du lien radio a
Trafic du lien radio c
Trafic du lien radio b
c
c
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Démarche adoptée

• Données
• Topologie, routes, trafic de contrôle
• Contraintes de flux
• sur chaque lien radio traversé
• Contraintes de partage radio
• Borne inférieure
• Borne supérieure
• Programmation linéaire
• Capacité

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Capacité
VSR OLSR
borne gt
borne lt
Wu Li
degré 10, capacité par flux, toutes les routes
actives, équité liens
radio
39
Conclusion

• Réseau ad hoc
• pas dimpact de notre auto-organisation
• impact possible si mal conçu (exemple wu99)
• Réseau hybride
• backbone mal équilibré à la racine
• goulot détranglement

40
Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

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Pourquoi des expérimentations ?

• Evaluation de lauto-organisation
• Simulations
• OPNET
• cardinalité, persistance, délai, taux de
  livraison, etc.
• Analyse théorique
• auto-stabilisation
• complexité
• cardinalité
• problème la modélisation radio

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Evaluation

• Problèmes
• Liens radio
• instabilité
• hétérogénéité
• unidirectionnels
• Performances de 802.11 dhoutaut03

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Débits TCP
flux TCP vers Internet
44
Mobilité Débit TCP
débit instantané, flux constant vers Internet
45
Plan

• Objectif et Définition
• Proposition dauto-organisation
• Propriétés
• Avantages pour les services réseau
• Impact sur la capacité
• Expérimentations
• Conclusion et Perspectives

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Conclusion

• Proposition dune structure dauto organisation
• Robustesse
• Stabilité
• Rapidité de convergence
• Avantages pour les services réseau
• Routage
• Internet sans-fil multisauts
• Peu dimpact sur la capacité
• Évaluation
• Simulations
• Analyse théorique
• Expérimentations réelles
• ?  Une auto-organisation améliore les
  performances dun réseau ad hoc ou hybride 

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Perspectives

• Conception
• Plateforme complète
• Évaluation de performances
• Implémenter de nouveaux testbeds
• Scénarios test
• Auto-
• réseaux de capteurs ?
• auto configuration ?
• contrôle de topologie ?
• architecture en couches, modulaire ?

48
(No Transcript)
49

• Chapitres de livre
• Theoleyre, Valois, Auto-organisation de réseaux
  ad hoc concepts et impacts, chap. 5 de Réseaux
  mobiles ad hoc et réseaux de capteurs, Hermès,
  2006, 101-128
• Conférences Internationales
• Theoleyre, Valois, On the Performances of the
  Routing Protocols in MANET Classical versus
  Self-Organized Approaches, in IFIP Networking,
  Portugal, 2006
• Rivano, Theoleyre, Valois, Capacity Evaluation
  Framework and Validation of Self-Organized
  Routing Schemes, in IEEE IWWAN, USA, 2006
• Theoleyre, Valois, About the self-stabilization
  of a virtual topology for self-organization in ad
  hoc networks, in IEEE SSS, Espagne, 2005
• Theoleyre, Valois, Mobility management in
  multihops wireless access networks, in IFIP PWC,
  France, 2005
• Theoleyre, Valois, Virtual Structure Routing in
  Ad Hoc Networks, in IEEE ICC, Corée du Sud, 2005
• Theoleyre, Valois, A Virtual Structure for
  Mobility Management in Hybrid Network, in IEEE
  WCNC, USA, 2004