Réseaux ad hoc
274 pages
Français

Réseaux ad hoc , livre ebook

-

Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus
274 pages
Français
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus

Description

Cet ouvrage présente les caractéristiques des réseaux ad hoc et leurs domaines d'utilisation. Après une étude approfondie des différentes catégories de techniques de routage, une évaluation de la performance des protocoles OLSR et AODV est proposée à travers plusieurs scénarios de simulations.
La mise en évidence d'un nouveau protocole de routage avec qualité de service et implémentation dans le simulateur réseaux NS permet, après plusieurs simulations, une comparaison avec les protocoles existants.
Réseaux ad hoc introduit également le principe de la répartition de charge et propose un nouveau modèle analytique plus performant. Il traite des approches d'optimisation d'énergie et compare plusieurs protocoles du point de vue de la consommation d'énergie. Il présente enfin les réseaux wifi et leurs évolutions comme réseaux d'accès pour les réseaux ad hoc.
Ce livre s'adresse aux étudiants et ingénieurs qui souhaitent approfondir leurs connaissances dans ce domaine de planification et simulations des réseaux.
Chapitre 1. Généralités sur les réseaux ad hoc. Chapitre 2. Le routage dans les réseaux MANET. Chapitre 3. Évaluation des performances des protocoles OLSR et AODV. Chapitre 4. Qualité de service dans les réseaux MANET. Chapitre 5. Implémentation et simulation. Chapitre 6. La répartition de charge dans les réseaux MANET. Chapitre 7. Optimisation de l'énergie au sein du protocole de routage. Chapitre 8. Les réseaux d'accès wifi pour les réseaux ad hoc. Bibliographie. Annexes.

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 21 janvier 2010
Nombre de lectures 54
EAN13 9782746240186
Langue Français
Poids de l'ouvrage 4 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,0585€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Exrait




















RØseaux ad hoc





















A mes parents,
ma femme Lilia,
mes enfants Mohamed et Ibrahim.












' LAVOISIER, 2010
LAVOISIER
11, rue Lavoisier
75008 Paris

www.hermes-science.com
www.lavoisier.fr

ISBN 978-2-7462-2123-9
ISSN 1760-7329


Le Code de la propriØtØ intellectuelle n’autorisant, aux termes de l’article L. 122-5, d’une part,
que les "copies ou reproductions strictement rØservØes l’usage privØ du copiste et non
destinØes une utilisation collective" et, d’autre part, que les analyses et les courtes citations
dans un but d’exemple et d’illustration, "toute reprØsentation ou reproduction intØgrale, ou
partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est
illicite" (article L. 122-4). Cette reprØsentation ou reproduction, par quelque procØdØ que ce
soit, constituerait donc une contrefa on sanctio nnØe par les articles L. 335-2 et suivants du
Code de la propriØtØ intellectuelle.
Tous les noms de sociØtØs ou de produits citØs dans cet ouvrage sont utilisØs des fins
d identification et sont des marque s de leurs dØtenteurs respectifs.


Printed and bound in England by Antony Rowe Ltd, Chippenham, March 2010.





RØseaux ad hoc


routage, qualitØ de service

et optimisation










Mounir Frikha











DIRECTION DITORIALE GUY PUJOLLE
Collection Performance des rØseaux
sous la direction de AndrØ-Luc Beylot





Mounir Frikha, Planification et simulation des rØseaux, 2007.
TABLE DES MATIÈRES
Chapitre 1. Généralités sur les réseaux ad hoc .................. 11
1.1. Introduction.................................... 11
1.2. Communications et réseaux sans fil ..................... 12
1.2.1. Communications sans fil......................... 12
1.2.2. Réseaux sans fil .............................. 12
1.2.3. Classification des réseaux sans fil ................... 13
1.2.3.1. Classification par type d’architecture réseau.......... 13
1.2.3.2. Classification par étendue de la zone de couverture ..... 14
1.2.3.3. Classification par technique d’accès au canal radio ...... 15
1.3. Réseaux ad hoc (MANET) ........................... 17
1.3.1. Caractéristiques et avantages ...................... 20
1.3.2. Applications ................................ 21
1.4. Le routage dans les réseaux ad hoc24
1.4.1. Routage hiérarchique, plat et par localisation géographique.... 25
1.4.2. Routage à état de liens, à vecteur de distance et par la source ... 26
1.4.3. Routage proactif, réactif et hybride .................. 28
1.5. Conclusion .................................... 30
Chapitre 2. Le routage dans les réseaux MANET ................ 31
2.1. Introduction31
2.2. Les protocoles de routage dans Internet ................... 32
2.2.1. Les protocoles de routage à vecteur distance (Distance
Vector Routing Protocols) ............................ 33
2.2.2. Les protocoles de routage à état de liens (Link State
Routing Protocols ) ................................. 33
2.2.3. Inadaptabilité des protocoles de routage Internet
aux réseaux MANET ............................... 34




















6 Réseaux ad hoc
2.3. Classification des protocoles de routage dans MANET .......... 35
2.3.1. Les protocoles de routage proactif (table-driven
routing protocols) ................................ 36
2.3.1.1. Destination-Sequenced Distance Vector Routing (DSDV) . 36
2.3.1.2. Optimized Link StateRouting Protocol (OLSR) ........ 37
2.3.2. Les protocoles de routage réactif (On-demand routing
protocols) ..................................... 42
2.3.2.1. Dynamic Source Routing (DSR) ................. 42
2.3.2.2. Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV) ........ 43
2.3.3. Les protocoles de routage hybrides .................. 49
2.3.4. Les protocoles de routage hiérarchiques ............... 50
2.3.5. Les protocoles de routage géographiques50
2.3.6. Les protocoles de routage avec contrôle de puissance ....... 51
2.3.7. Les protocoles de routage multicast .................. 52
2.4. Conclusion .................................... 53
Chapitre 3. Evaluation des performances des protocoles OLSR et AODV . 55
3.1. Introduction55
3.2. Le protocole AODV ............................... 56
3.2.1. Etablissement de route .......................... 57
3.2.1.1. Recherche de route (Path Discovery) .............. 57
3.2.1.2. Création du chemin inverse (Reverse Path Setup) ...... 58
3.2.1.3. Création de la route (Forward Path Setup) ........... 59
3.2.1.4. Gestion de la table de routage .................. 61
3.2.2. Maintenance du chemin ......................... 61
3.3. Le protocole OLSR ............................... 63
3.3.1. Format du paquet OLSR et adressage des nœuds .......... 65
3.3.2. Fonctionnement du protocole ...................... 67
3.3.2.1. Détection du voisinage67
3.3.2.2. Gestion de la topologie74
3.3.2.3. Routage77
3.4. Environnement de simulation ......................... 79
3.4.1. Le simulateur réseaux ns-2 ....................... 80
3.4.2. Méthodologie ............................... 81
3.4.3. Paramètres à évaluer ........................... 83
3.4.3.1. Délai moyen d’un paquet ..................... 83
3.4.3.2. Taux de paquets livrés avec succès ............... 83
3.4.3.3. Volume du trafic de contrôle ................... 83
3.4.3.4. Temps d’établissement d’une route84
3.5. Résultats et analyse ............................... 84






























Tables des matières 7
3.5.1. Taux de paquets livrés avec succès .................. 84
3.5.2. Délai moyen d’un paquet ........................ 87
3.5.3. Volume du trafic de contrôle ...................... 88
3.5.4. Temps d’établissement d’une route .................. 90
3.6. Conclusion .................................... 91
Chapitre 4. Qualité de service dans les réseaux MANET ............ 93
4.1. Introduction93
4.2. Définition de la qualité de service ...................... 94
4.2.1. La qualité de service en filaire ..................... 95
4.2.1.1. L’approche IntServ/RSVP .................... 95
4.2.1.2. L’approche DiffServ ........................ 96
4.2.2. La qualité de service dans les réseaux sans fil ............ 97
4.2.2.1. Modèles de qualité de service .................. 97
4.2.2.2. Signalisation............................. 98
4.2.2.3. Routage avec qualité de service ................. 99
4.2.2.4. Couche MAC ............................ 103
4.3. Le protocole OLSRQSUP et les extensions de la qualité de service . . 104
4.3.1. Fonctionnement du protocole ...................... 105
4.3.1.1. Le délai................................ 105
4.3.1.2. Bande passante ........................... 106
4.3.2. Détection des paramètres de QoS du voisinage ........... 108
4.3.2.1. Extension au message HELLO.................. 109
4.3.2.2. Format des extensions des bases d’informations ....... 110
4.3.2.3. Algorithme de sélection des MPR ................ 112
4.3.2.4. Gestion de la topologie ...................... 115
4.3.2.5. Routage ............................... 116
4.4. Conclusion .................................... 116
Chapitre 5. Implémentation et simulation ..................... 119
5.1. Introduction119
5.2. Implémentation ................................. 120
5.2.1. Utilisation du simulateur ......................... 120
5.2.2. Etapes d’implémentation......................... 122
5.2.3. Modules du protocole OLSRQSUP .................. 123
5.2.4. Méthode de calcul des métriques .................... 124
5.3. Simulation .................................... 125
5.3.1. Paramétrage de simulation........................ 125
5.3.2. Paramètres à évaluer ........................... 126





























8 Réseaux ad hoc
5.3.3. Résultats des simulations ........................ 127
5.3.3.1. Résultats numériques ....................... 127
5.3.3.2. Impact de la mobilité et de la densité du réseau ........ 130
5.3.3.3. Impact du trafic ........................... 141
5.4. Conclusion .................................... 146
Chapitre 6. La répartition de charge dans les réseaux MANET ....... 149
6.1. Introduction149
6.2. Le problème de répartition de la charge dans les travaux antérieurs . . 150
6.2.1. Approches de répartition de charge dans le routage
à chemins multiples ............................... 151
6.2.1.1. Le mécanisme MALB ....................... 153
6.2.2. Approches de répartition de charge dans le routage
à chemin unique.................................. 156
6.2.3. Comparaison des performances des approches de répartition
de charge dans les routages à chemin unique et à chemins multiples . . 156
6.2.3.1. Nombre de paquets en attente dans le cas d’un routage
à chemin unique157
6.2.3.2. Nombre de paquets en attente dans le cas d’un routage
à chemins multiples ............................. 158
6.2.3.3. Commentaire ............................ 158
6.3. Etude analytique du problème de répartition de la charge dans un réseau
ad hoc géré par un protocole de routage à plus court chemin ......... 160
6.4. Notre proposition ................................ 164
6.4.1. Cas des protocoles de routage proactifs ................ 165
6.4.1.1. Proposition d’une nouvelle métrique de routage ....... 167
6.4.1.2. Modification de l’algorithme de routage ............ 167
6.4.2. Cas des protocoles de routage réactifs................. 169
6.4.2.1. Proposition d’une nouvelle métrique de routage ....... 171
6.4.2.2. Proposition d’un mécanisme d’itinérance (handover) .... 171
6.4.2.3. Modification de l’algorithme de routage ............ 172
6.5. Evaluation des performances des mécanismes proposés d’équilibrage
de charge ........................................ 173
6.5.1. Evaluation en termes de répartition de charge ............ 174
6.5.2. Evaluation en termes de délai de bout en bout ............ 176
6.5.3. Evaluation en termes de ratio de livraison des paquets ....... 178
6.6. Conclusion .................................... 179



















Tables des matières 9
Chapitre 7. Optimisation de l’énergie au sein du protocole de routage ... 181
7.1. Introduction.................................... 181
7.2. Les différentes techniques d’optimisation de l’énergie .......... 182
7.2.1. La consommation de l’énergie dans les réseaux ad hoc ...... 182
7.2.2. Les méthodes minimisant la consommation de l’énergie
au niveau des réseaux ad hoc .......................... 183
7.2.2.1. La couche physique ........................ 183
7.2.2.2. La couche liaison de données................... 184
7.2.2.3. La couche réseau186
7.2.2.4. La couche transport189
7.2.2.5. La couche application ....................... 189
7.3. Les différents modèles de routage minimisant l’énergie
dans les réseaux ad hoc ............................... 190
7.3.1. Routage à minimum total de puissance de transmission (MTPR) . 190
7.3.2. Routage à minimum de coût de batterie (MBCR) .......... 192
7.3.3. Routage à minimum des maximums de coût (MMBCR) ...... 194
7.3.4. Routage conditionnel à maximum des minimums de capacité
des batteries (CMMBCR) ............................ 195
7.3.4.1. SVSZ ................................. 196
7.3.4.2. FVSZ198
7.4. Comparaison de la consommation d’énergie pour quelques
protocoles de routage des réseaux ad hoc déjà implémentés
au niveau du simulateur ns-2 ............................. 199
7.4.1. Le modèle de consommation d’énergie ................ 200
7.4.2. Méthodologie de simulation ....................... 200
7.4.3. Les résultats de simulation ....................... 201
7.4.3.1. Simulation du scénario de base ................. 202
7.4.3.2. Variation du temps de pause ................... 202
7.4.3.3. Variation de la vitesse maximale des nœuds.......... 203
7.4.3.4. Variation du nombre de sources de trafic............ 205
7.4.3.5. Variation du nombre de nœuds.................. 207
7.4.3.6. Variation de la surface du réseau de test208
7.4.3.7. Variation du débit de transfert209
7.5. Conclusion .................................... 211
Chapitre 8. Les réseaux d’accès wifi pour les réseaux ad hoc ......... 213
8.1. Introduction213
8.2. Structure du réseau wifi ............................ 214
8.2.1. La couche physique215





























10 Réseaux ad hoc
8.2.1.1. Etalement de spectre par saut de fréquence .......... 216
8.2.1.2. Etalement de spectre par séquence directe ........... 217
8.2.1.3. Le multiplexage par division de fréquences orthogonales . . 219
8.2.2. La couche liaison de données ...................... 221
8.2.2.1. CSMA/CA.............................. 222
8.2.2.2. RTS/CTS223
8.2.2.3. Les modes d’accès au canal sans fil ............... 223
8.2.2.4. Propriétés supplémentaires des couches MAC et LLC.... 225
8.3. Architecture des réseaux wifi ......................... 226
8.3.1. Mode ad hoc ................................ 226
8.3.2. Mode infrastructure............................ 227
8.3.2.1. La communication avec le point d’accès ............ 229
8.3.2.2. L’itinérance roaming ....................... 230
8.3.3. Le mode Mesh ............................... 232
8.4. Les normes wifi ................................. 233
8.4.1. La norme 802.11a............................. 233
8.4.2. La norme 802.11b ............................. 234
8.4.3. La norme 802.11e235
8.4.4. La norme 802.11f236
8.4.5. La norme 802.11g 236
8.4.6. La norme 802.11i236
8.4.7. La norme 802.1x237
8.4.8. La spécification 802.11n ......................... 237
8.5. Migration 802.11n................................ 238
8.6. Conclusion .................................... 240
Bibliographie ....................................... 243
Annexes .......................................... 247





















CHAPITRE 1
Généralités sur les réseaux ad hoc
1.1. Introduction
L’évolution récente de la technologie dans le domaine de la communication
sans fil et l’apparition des unités de calculs portables, poussent aujourd’hui
les chercheurs à faire des efforts pour mieux assurer la fonction des réseaux, à
savoir l’accès rapide à l’information indépendamment du lieu et du temps.
Dans un passé proche, les réseaux sans fil se basaient exclusivement sur
des infrastructures planifiées et dimensionnées ainsi que sur un contrôle
hiérarchique des opérations. Avec la croissance importante qu’ont connue
les applications sans fil, en particulier dans les réseaux personnels et locaux,
des besoins en termes d’auto-organisation, d’indépendance, d’adaptabilité et
de réduction de coûts se sont fait ressentir. Les réseaux ad hoc mobiles ou
MANET constituent une des solutions répondant à ces problèmes.
Le concept des réseaux mobiles ad hoc essaie d’étendre les notions de
la mobilité à toutes les composantes de l’environnement. Contrairement
aux réseaux basés sur la communication cellulaire, aucune administration
centralisée n’est disponible ; ce sont les hôtes mobiles eux-mêmes qui forment,
de façon ad hoc, une infrastructure du réseau. Aucune supposition ou
limitation n’est faite sur la taille du réseau ad hoc, le réseau peut contenir des
centaines ou des milliers d’unités mobiles. 12 Réseaux ad hoc
Dans ce chapitre, nous présenterons l’évolution des réseaux avec
infrastructures vers les réseaux MANET. Subséquemment, nous énumérons
les différentes caractéristiques des réseaux ad hoc et nous en citerons quelques
applications.
1.2. Communications et réseaux sans fil
Du fait des avancées technologiques réalisées au cours de ces dernières
décennies, les réseaux sans fil ont connu des changements majeurs allant des
techniques de transmission utilisées jusqu’à la nature des services offerts.
En vue d’étudier l’évolution de ces réseaux, nous commencerons par
présenter les caractéristiques inhérentes aux communications sans fil.
1.2.1. Communications sans fil
D’une manière générale, le terme de « communications sans fil » fait
référence à « des communications mettant en jeu des signaux infrarouges
ou radiofréquences permettant le partage d’informations et de ressources
entre les différentes entités d’un réseau » [BAS 04].
Les communications sans fil varient selon la portée et le type de la
modulation.
1.2.2. Réseaux sans fil
Du fait de la nature du canal de transmission, les réseaux sans fil se
distinguent des réseaux filaires par diverses caractéristiques [BAS 04] :
– environnement imprédictible : les interférences, la mobilité, le changement
de canaux, les variations de puissance du signal sont des facteurs qui font en
sorte que le réseau soit d’une grande variabilité ;
– médium non fiable : la transmission sur un canal radio s’accompagne
d’erreurs. De plus, les interférences et la qualité non prédictible des liens
réduisent la fiabilité du médium. Enfin, du fait de la limitation de la capacité, Généralités sur les réseaux ad hoc 13
des protocoles de la couche transport responsables de la fiabilité peuvent ne
pas être supportés par les nœuds du réseau ;
– ressources limitées : dans le cas des nœuds mobiles, la puissance est
délivrée par des batteries. De plus, dans un souci de légèreté et de pratique,
ces nœuds sont limités en capacités de stockage et de puissance de
traitement. Enfin, le canal radio est une ressource partagée, rare, onéreuse et
dont l’usage est défini par des réglementations restrictives ;
– limitation de la taille des équipements due aux exigences de la
portabilité ;
– sécurité réduite, du fait du partage de l’interface radio ;
– topologie dynamique.
La dynamique des réseaux sans fil est beaucoup plus importante que celle
des réseaux filaires, en particulier dans le cas des réseaux mobiles. A partir
du moment où les nœuds peuvent se déplacer à la portée des autres ou en
dehors de celle-ci, des liens se coupent, d’autres se forment.
1.2.3. Classification des réseaux sans fil
Les réseaux sans fil peuvent avoir diverses classifications, selon la taille de
la zone de couverture, l’architecture, et la technique d’accès au canal radio.
1.2.3.1. Classification par type d’architecture réseau
Selon le degré d’utilisation d’infrastructures de communication dans le
réseau, nous pouvons distinguer trois classes de réseaux sans fil :
– des réseaux avec usage entier d’infrastructures de communication.
Dans ce type de réseaux, un nœud ne peut accéder au réseau qu’à travers une
infrastructure de communication déployée par le réseau. Cette infrastructure
peut être un point d’accès (Access Point), un pont sans fil (Wireless Bridge),
un routeur d’accès sans fil (Wireless Access Router), une station de base
(Base Station Transceiver, BTS), etc. Le type d’infrastructure d’accès au
réseau est fonction de divers paramètres dont le type d’application du réseau,
l’étendue du réseau, la couverture envisagée, la mobilité des nœuds, etc. ;
– des réseaux sans infrastructure de communication. Du latin signifiant
« qui va où il doit aller », les réseaux ad hoc sont formés dynamiquement par
14 Réseaux ad hoc
la coopération d’un nombre aléatoire de nœuds indépendants. Aucun
préarrangement n’est défini sur le rôle de chaque nœud et les nœuds prennent
des décisions en fonction de la situation du réseau sans avoir recours à
des infrastructures préexistantes. Par exemple, deux PC équipés de cartes
réseaux sans fil peuvent former un réseau ad hoc chaque fois que l’un d’eux
est à la portée de l’autre. Comme aucune infrastructure de communication
n’est utilisée, la technique d’accès au réseau cœur est le multisaut. En
d’autres termes, pour communiquer avec une destination, un nœud mobile
utilise un ensemble de nœuds du réseau, et le message est envoyé de proche
en proche ;
– des réseaux avec usage partiel des infrastructures de communications.
Ce sont les réseaux Mesh. Ce type de réseaux utilise des infrastructures de
communications pour permettre de connecter le réseau sans fil à Internet.
Toutefois, à la différence des réseaux avec usage entier d’infrastructures, les
réseaux Mesh n’exigent pas une infrastructure de communication au voisinage
immédiat de chaque nœud. Si le nœud ne détecte pas une infrastructure dans
son voisinage, il utilise la technique multisaut pour en atteindre une. Cette
architecture combine les deux modes de déploiement précédemment décrits
et le coût de l’infrastructure de communication déployée est réduit, tout
en limitant les problèmes inhérents à l’usage de la technique multisaut. En
revanche, des problèmes de surcharge peuvent survenir au niveau du
nœud voisin immédiat d’une infrastructure de communication, car il reçoit
l’agrégat de trafic de plusieurs nœuds du réseau, qu’il doit acheminer à cette
infrastructure.
1.2.3.2. Classification par étendue de la zone de couverture
Selon l’étendue des réseaux sans fil, nous pouvons distinguer :
– les réseaux étendus sans fil (Wireless WAN). Les réseaux étendus sans
fil (Wireless WAN ou Wireless Wide Area Networks) sont des réseaux à base
d’infrastructures et dont les couvertures peuvent s’étendre sur une grande
étendue géographique couvrant des villes, voire des pays. Les communications
sont faites via de multiples antennes ou par satellite. Les réseaux cellulaires,
tels que GSM, et les réseaux satellitaires en font partie ;
– les réseaux sans fil métropolitains (Wireless Metropolitan Area
Networks, WMAN). Ces réseaux métropolitains sans fil sont parfois qualifiés
de réseaux sans fil fixes. Ces réseaux sont aussi à base d’infrastructures et Généralités sur les réseaux ad hoc 15
permettent des connexions large bande entre sites existant au sein d’une
même zone métropolitaine. A titre d’exemple, on peut citer les réseaux des
campus universitaires ou les réseaux qui relient des bâtiments ou des
immeubles voisins ;
– les réseaux locaux sans fil (Wireless Local Area Networks, WLAN). Ces
réseaux locaux sans fil permettent l’établissement de communications sans
fil au sein d’un même établissement, tel le siège d’une entreprise ou un
aéroport. Les réseaux WLAN peuvent être avec infrastructures ou ad hoc.
Dans le mode avec infrastructures, les stations se connectent à des points
d’accès reliés permettant l’interfaçage avec la dorsale filaire. Dans le mode
ad hoc, des stations dans une zone limitée telle une salle de conférences
peuvent former un réseau temporaire sans recourir à des points d’accès ;
– les réseaux personnels sans fil (Wireless Personal Area Networks,
WPAN). Les réseaux PAN sans fil permettent aux utilisateurs d’effectuer des
communications de courtes portées entre des équipements personnels sans fil
comme les PDA, les cellulaires ou les PC portables utilisés dans une zone
très limitée, d’environ dix mètres de rayon [BAS 04]. Deux
technologiesclés sont utilisées dans les PAN, à savoir Bluetooth et IR (Infrared light).
Bluetooth est une technologie qui sert à remplacer les cordons des équipements
et à envoyer des données à une distance inférieure à dix mètres, alors que les
communications infrarouges ont une portée maximale d’un mètre [BAS 04].
Les réseaux PAN sans fil connaissent un grand succès du fait de leur
faible complexité, leur faible consommation et leur interopérabilité avec les
réseaux IEEE 802.11.
1.2.3.3. Classification par technique d’accès au canal radio
Le canal radio étant, de nature, un canal partagé, il a fallu proposer des
modes d’accès adéquats pour organiser le partage équitable aux ressources
et ce en réduisant au mieux les interférences entre les différentes
communications qui se les partagent.
1.2.3.3.1. Les réseaux TDMA (Time Division Multiple Access)
L’accès multiple à répartition dans le temps (AMRT ou TDMA) est un
mode de multiplexage de communication qui consiste à répartir le temps
disponible entre les différents usagers. Par exemple en GSM, une porteuse
16 Réseaux ad hoc
(fréquence) est répartie en huit intervalles de temps (ou Time Slots),
permettant ainsi de supporter jusqu’à huit communications simultanées.
L’usage de la technique d’accès TDMA a l’avantage de permettre
l’utilisation simultanée d’une même fréquence par divers usagers, ce qui
permet une exploitation des ressources réseaux (une bande de fréquences
étant une ressource rare et onéreuse).
1.2.3.3.2. Les réseaux FDMA (Frequency Division Multiple Access)
L’accès multiple à répartition en fréquence (AMRF ou FDMA) est un
mode d’accès au canal radio qui consiste à répartir une bande de fréquences
donnée entre diverses communications simultanées. En GSM, chaque bande
de fréquences de 25 MHz est répartie entre 124 sous-porteuses.
Cette technique a l’avantage de permettre une communication
ininterrompue dans le temps, puisqu’un usager peut communiquer durant la totalité
du temps disponible. En revanche, le partage des fréquences entre plusieurs
usagers n’est plus possible au sein d’une même cellule radio, d’où une
gestion sous-optimale des ressources radio.
1.2.3.3.3. Les réseaux CDMA (Code Division Multiplex Access)
Le mode d’accès CDMA permet un accès partagé simultané au canal
radio sans partager ni le temps ni la bande de fréquences entre les différents
usagers. L’idée est d’affecter à chaque communication une séquence unique
aléatoire de pseudo-codes, ce qui permettrait de distinguer la communication
envisagée des interférents à la réception au moment du décodage.
En exploitant toute la bande de fréquences disponible, la technique
CDMA a aussi l’avantage d’utiliser l’étalement spectral du signal radio, ce
qui permet de contourner les interférences et les brouillages à des fréquences
particulières et de mieux sécuriser les communications.
1.2.3.3.4. Les réseaux SDMA (Space Division Multiplex Access)
Dans les réseaux cellulaires, la station de base n’a pas d’information
sur la position d’un nœud mobile. Ceci infère une perte de la puissance
d’émission de l’antenne, car le signal est émis sur toute la zone de couverture Généralités sur les réseaux ad hoc 17
alors que la station mobile n’est disponible que dans une seule direction. De
plus, cette puissance induit des interférences sur les cellules voisines.
La technique d’accès multiple par répartition dans l’espace (AMRE)
combine l’utilisation d’antennes dites intelligentes (Smart Antennas) et
l’exploitation d’informations sur la position du mobile pour adapter le
diagramme de rayonnement de l’antenne à la position de ce dernier.
1.3. Réseaux ad hoc (MANET)
MANET, acronyme de Mobile ad hoc NETworks, est le nom d’un groupe
de travail de l’IETF, créé en 1998, chargé de normaliser des protocoles de
routage basés sur la technologie IP pour les réseaux ad hoc, mobiles ou non.
Depuis la naissance de ce groupe de travail, le terme MANET est utilisé
comme nom commun pour désigner un réseau ad hoc mobile.
Généralement, un réseau MANET est formé de manière dynamique par
un système autonome de nœuds mobiles connectés via des liens sans fil
sans nécessiter d’infrastructure externe ni d’administration centralisée.
Pour ce faire, la technique multisaut est utilisée. Le fonctionnement d’un
réseau MANET dépend alors de la collaboration des différents éléments du
réseau dans le routage.
Un réseau ad hoc est un concept qui a fait l’objet de recherches
scientifiques depuis les années 1970. Une définition proprement dite de ce
qui est un réseau ad hoc est difficile à mettre au point. Dans la littérature
existante, le terme est utilisé de différentes manières. L’IETF, le corps
responsable pour guider l’évolution d’Internet, fournit la définition suivante.
Un réseau ad hoc mobile (MANET) est un système autonome de routeurs
mobiles (et d’hôtes associés) connectés par les liens sans fil. Les routeurs
sont libres de se déplacer aléatoirement et de s’organiser arbitrairement ;
donc, la topologie du réseau peut changer rapidement et de façon
imprévisible. Un tel réseau peut opérer dans un mode autonome, ou peut
18 Réseaux ad hoc
être relié à Internet. Les MANET sont utiles dans beaucoup d’applications
parce qu’ils n’ont pas besoin de tout support de l’infrastructure.
Les réseaux mobiles ad hoc sont constitués par des hôtes mobiles reliés
par les liens radio sans pour autant avoir une infrastructure fixe ou une
administration centrale.
La communication se fait directement entre les nœuds ou à travers des
nœuds intermédiaires qui agissent comme routeurs.
L’avantage principal d’un tel réseau est son déploiement rapide, sa
robustesse, sa flexibilité et le support de la mobilité.
Dans certains environnements de l’application, tels que les communications
militaires, crises nationales, catastrophes naturelles, le réseau filaire n’est
pas disponible alors que les réseaux ad hoc fournissent les seuls moyens
disponibles pour communiquer et accéder à l’information.
En outre, le réseau ad hoc joue un rôle important dans les forums civils
tels que les récréations de campus, conférences, classes électroniques, etc.
Les réseaux ad hoc peuvent être vus comme un réseau Internet sans fil où
les utilisateurs peuvent se déplacer tout en restant connecté avec le reste du
monde.
La réussite de la mise en œuvre de la technologie du réseau sans fil ad
hoc présente un défi dans la mesure où l’implémentation de ce type de
réseau diffère de celle exigée par les systèmes sans fil traditionnels ou les
réseaux câblés.
Un réseau ad hoc peut être modélisé par un graphe Gt = (Vt, Et) où Vt
représente l’ensemble des nœuds (c’est-à-dire les unités ou les hôtes mobiles)
du réseau et Et modélise l’ensemble des connections qui existent entre ces
nœuds (voir la figure 1.1). Si e = (u,v)∈Et, cela veut dire que les nœuds u et
v sont en mesure de communiquer directement à l’instant. Généralités sur les réseaux ad hoc 19
3 6
C
11 2
5
12 4
8
10
9
6
7

Figure 1.1. Modélisation d’un réseau ad hoc
1 1 4 2
2 2
4 1
5
4 3
5
3
3
5
(a) Topologie à l’instant t (b) Topologie à l’instant (c) Topologie à l’instant
t+1 t+2
Figure 1.2. La mobilité dans les réseaux ad hoc
Un réseau subit fréquemment des changements topologiques, en raison
de la mobilité de ses nœuds. Ces changements de topologies influent sur
la distribution des liens entre les différents nœuds. En effet, la rupture
des liaisons radio est très habituelle et imprévisible dans un tel réseau. La
figure 1.2 illustre cet effet où le nœud 1, à l’instant t + 2 disparaît du réseau
du fait de la coupure du lien qui le relie au nœud 4.
20 Réseaux ad hoc
1.3.1. Caractéristiques et avantages
Les réseaux ad hoc peuvent être déployés dans un environnement
quelconque. Le déploiement de ces réseaux est d’une part simple puisqu’il
suffit de disposer d’un certain nombre de terminaux dans un espace quelconque,
et d’autre part rapide puisqu’il est immédiatement fonctionnel dès lors que
les terminaux sont présents.
Certaines autres caractéristiques peuvent être dégagées pour ce type des
réseaux :
– l’absence d’infrastructure : les réseaux ad hoc se distinguent des autres
réseaux mobiles par la propriété d’absence d’infrastructure préexistante et
de toute administration centralisée. Les hôtes mobiles sont responsables
de l’établissement et du maintien de la connectivité du réseau de manière
continue ;
– une topologie dynamique : les unités mobiles du réseau, se déplacent
d’une façon libre et arbitraire. Elles peuvent accéder au réseau ou en sortir.
De ce fait, la topologie du réseau peut changer, à des instants imprévisibles,
de manière rapide et aléatoire. Les liens de la topologie peuvent être unis ou
bidirectionnels ;
– une bande passante limitée, une capacité variable des liens : la bande
passante est limitée et restreinte si l’on compare à celle offerte dans les
réseaux filaires, puisque le canal de transmission sans fil est partagé. La
congestion est une des conséquences du problème de la limitation de la
bande passante qui est encore alourdit par la diffusion. En effet, tout paquet
de diffusion émis vers une station en cours de communication (que ce paquet
lui est destiné ou pas) va altérer la communication de cette station ;
– des contraintes d’énergie : les hôtes mobiles sont alimentés par des
sources d’énergie autonomes comme les batteries ou autres sources
consommables. Le paramètre énergie semble très important car il affecte la
durée de vie du réseau : les nœuds doivent ajuster leur consommation
d’énergie pour pouvoir atteindre les voisins ou la destination. De ce fait, il
doit être pris en considération dans tout contrôle fait par le système.
Plusieurs équipes de recherche se penchent sur ce point afin d’améliorer les
performances énergétiques des systèmes sans pour autant affecter les
applications ; Généralités sur les réseaux ad hoc 21
– une sécurité limitée : les réseaux mobiles ad hoc sont plus touchés
par le paramètre de sécurité, que les réseaux filaires classiques. Dans ces
derniers, fournir une sécurité au réseau paraît simple du fait de l’utilisation
d’une administration centralisée. Cependant, les réseaux ad hoc n’ont pas
un nœud qui joue le rôle d’administrateur. De ce fait les modèles de sécurité
des réseaux filaires sont inadaptés pour de tels réseaux. Pour pallier à ce
problème, le contrôle des données transférées doit être minimisé pour
préserver à la fois les ressources et l’énergie.
1.3.2. Applications
Du fait de leur flexibilité et de leur architecture distribuée, les réseaux ad
hoc présentent un potentiel commercial et une facilité de déploiement.
Du point de vue historique, les réseaux MANET ont d’abord été utilisés
pour des applications militaires relatives aux réseaux tactiques afin d’améliorer
les communications dans les champs de bataille. En effet, la dynamique des
opérations militaires a rendu difficile l’utilisation d’une infrastructure fixe de
communication dans un champ de bataille.
De surcroît, les communications sans fil présentent des limitations dues
aux différentes atténuations que connaissent les ondes radio au cours de leur
propagation. Il est rare que des signaux radio à des fréquences supérieures à
100 MHz se propagent au-delà du Line of Sight (LOS) [BAS 04].
Les réseaux MANET offrent une solution conviviale à ces problèmes,
notamment grâce à la technique du multisaut. Ils fournissent une architecture
distribuée sans infrastructure et permettent des connectivités au-delà du
LOS.
Les premières applications remontent au projet DARPA Packet Radio
Network (PRNet) en 1972 [BAS 04]. Dans une période marquée par
l’apparition des méthodes d’accès partagé au média (telles que CSMA et
ALOHA) et des techniques de commutation par paquets (telles que
storeand-forward), il s’agissait d’introduire ces mécanismes dans les réseaux sans
fil mobiles pour la transmission data.
22 Réseaux ad hoc
Subséquemment, le projet intitulé Survivable Radio Networks (SURAN),
également lancé par la DARPA [BAS 04] en 1983 s’est intéressé aux
problèmes de scalabilité, de sécurité, de capacité de traitement et de gestion
de la puissance. Les travaux au sein de ce projet ont été améliorés à travers
la technologie numérique LPR (Low-cost Packet Radio) en 1987 [BAS 04]
utilisant la technique d’étalement de spectre (Direct Sequence Spread
Spectrum).
Toutefois, si les applications des réseaux MANET étaient, pour leur
majeure partie, à orientation militaire, beaucoup d’applications civiles des
réseaux ad hoc ont vu le jour notamment après l’avènement d’Internet. Les ad hoc sont désormais utilisés dans les réseaux locaux et personnels
pour diverses applications dont on peut citer par exemple [BAS 04] :
l’interconnexion d’ordinateurs, de terminaux PDA, les opérations des forces
de l’ordre, les opérations de sauvetage, les urgences, les communications
intervéhiculaires, les réseaux de capteurs, les robots domestiques, les jeux
multijoueurs, etc.
Bien que les projets relatifs aux réseaux sans fil en général et aux réseaux
ad hoc en particulier aient débuté dans un cadre militaire pur (voir
figure 1.3), leurs domaines d’application s’étendent bien au-delà. En effet,
les réseaux sans fil offrent une grande flexibilité ainsi qu’une rapidité et une
facilité de mise en place. Ils seront très utiles apport lors des catastrophes
naturelles ou des incendies, où il sera indispensable de disposer rapidement
d’un réseau pour organiser les secours et les opérations de sauvetage.

Figure 1.3. Utilisation des réseaux ad hoc dans les opérations militaires Généralités sur les réseaux ad hoc 23
Les réseaux sans fil sont plus faciles à implanter dans des bâtiments où
il est impossible d’installer des câbles convenablement ; tels que les vieux
bâtiments, les sites classés (exemples : châteaux et monuments historiques),
lors des manifestations sportives.
On peut aussi recourir à ce type de réseau, lorsque l’on veut
interconnecter des bâtiments à moindre coût (c’est-à-dire sans location d’une
liaison spécialisée chez un opérateur).
On peut imaginer une application industrielle, où les nœuds seront en fait
des robots mobiles qui pourront se déplacer librement dans l’usine.
Ou bien encore, dans des environnements hostiles à l’homme tels que des
cratères des volcans pour surveiller leur activité ou bien le long d’une faille
géologique.
Dans les campus universitaires, l’utilisation des réseaux sans fil peut être
très utile pour les étudiants qui pourront se connecter sur leurs comptes et
travailler à partir de la bibliothèque ou de leur chambre.
Le besoin de l’utilisation des réseaux ad hoc se fait de plus en plus sentir
notamment pour l’échange d’informations routières. En effet, le déploiement
de ce type de réseaux permet de véhiculer des messages concernant l’état de
la route, du trafic, ou la signalisation d’obstacles (voir figure 1.4).


Figure 1.4. Utilisation des réseaux ad hoc sur le réseau routier
24 Réseaux ad hoc
1.4. Le routage dans les réseaux ad hoc
Généralement, le routage est une méthode d’acheminement des informations
à la bonne destination à travers un réseau de connexion donné. Le routage
dans les réseaux ad hoc se base sur une approche simple et intuitive : la
réémission des paquets par chaque nœud permet la propagation dans le
réseau. Le problème réside dans le choix du chemin optimal. En effet, étant
donnés deux nœuds quelconques dans un réseau, le problème de routage
revient à calculer le « meilleur » chemin qui permet de les joindre.
Cependant, il y a toujours une difficulté dans le choix du critère permettant
de dire qu’un chemin est meilleur qu’un autre. Il s’agit d’affecter une
certaine métrique aux algorithmes de routage, afin que le problème se
transforme par exemple en un problème de recherche du plus court chemin
entre la source et la destination.
Dans le but d’assurer la connectivité du réseau, malgré l’absence
d’infrastructure fixe et la mobilité des stations, chaque nœud est susceptible
d’être mis à contribution pour participer au routage et pour retransmettre les
paquets d’un nœud qui n’est pas en mesure d’atteindre sa destination ; tout
nœud joue ainsi le rôle de station et de routeur.
Chaque nœud participe donc à un protocole de routage qui lui permet de
découvrir les chemins existants, afin d’atteindre les autres nœuds du réseau.
Le fait que la taille d’un réseau ad hoc peut être énorme, souligne que la
gestion de routage de l’environnement doit être complètement différente des
approches utilisées dans le routage classique qui est inadéquat à ce type de
réseau.
Le problème qui se pose dans le contexte des réseaux ad hoc est
l’adaptation de la méthode d’acheminement utilisée avec le grand nombre
d’unités existant dans un environnement caractérisé par de modestes
capacités de calcul et de sauvegarde.
Les protocoles de routage ad hoc sont classés suivant divers choix de
conception : suivant la façon de création et de maintenance des routes, ou
suivant leur acheminement des données. Généralités sur les réseaux ad hoc 25
1.4.1. Routage hiérarchique, plat et par localisation géographique
Les protocoles de routage pour les réseaux ad hoc peuvent être classés
suivant plusieurs critères. Le premier d’entre eux concerne le type de vision
qu’ils ont du réseau et les rôles qu’ils accordent aux différents mobiles.
Les protocoles de routage « plat » considèrent que tous les nœuds sont
égaux (voir figure 1.5). La décision d’un nœud de router des paquets pour un
autre dépendra de sa position et pourra être remise en cause au cours du
temps.
1
2
4
3
6 5
7 8

Figure 1.5. Routage plat

Figure 1.6. Routage hiérarchique
Les protocoles de routage hiérarchique fonctionnent en confiant aux
mobiles des rôles qui varient de l’un à l’autre. Certains nœuds sont élus et
assument des fonctions particulières qui conduisent à une vision en plusieurs

  • Accueil Accueil
  • Univers Univers
  • Ebooks Ebooks
  • Livres audio Livres audio
  • Presse Presse
  • BD BD
  • Documents Documents