Transcript Routage ad-hoc5

Les réseaux ad hoc
mobiles
Routage
Introduction – Qu’est-ce que les réseaux ad hoc
Caractéristiques des MANETs





Autonomes (pas de routeurs dédiés),
Liaisons radios (bande passante limitée, taux d’erreurs
élevé),
Topologie dynamique (mouvement des nœud, entrée en
sommeil),
Utilisation de batteries pour l’énergie (Problème
d’énergie),
Sécurité physique limitée (vol),
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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 ?
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Introduction – Qu’est-ce que les réseaux ad hoc

Limitations typiques des réseaux ad hoc
•
•
•
•
consommation d’énergie élevée
Bande passante faible
Taux d’erreur élevé
Mobilité élevée pour chaque nœud du réseau
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Introduction – Qu’est-ce que les réseaux ad hoc
Défis de Recherches





Problèmes de la couche MAC
• Fiabilité de la couche liaison ?
• QoS dans MAC? Économie de l’énergie ?
Problèmes de la couche réseau
• Routage ; (QoS?) Économie de l’énergie ?
• Multicast ?
Problèmes de la couche transport
• Fiabilité de bout-en-bout; Contrôle de congestion? QoS?
Problèmes de la couche application : Sécurité? QoS?
Interactions avec les couches; Interconnexion avec Internet;
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Organismes de recherche

IETF MANET WG
•
•
•
•
Routage (unicast, multicast, etc.)
Routage avec QoS ?
Sécurité;
http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html

Gouvernements : US, Finlande, Germany, France,
…
 Universités : CMU, INRIA, UCLA,
 Industriels : Nokia, Siemens, Eriksson, etc.
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Routage dans le réseau Ethernet

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
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Routage dans le réseau Ethernet : par source
0
0
3
Routeur 1
3
1
Routeur 4
2
2
2
1
3
2 2 1
3 3 0
Routeur 2
1
0
Host A
0 B 3
•Interface d’entrée, prochain saut, Interface de sortie
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1
- A. Benslimane
0
Routeur 3
2
3
Host B
8
Routage dans le réseau Ethernet : sans connexion
0
0
3
Routeur 1
3
1
Routeur 4
2
2
2
3
Host C
Routeur 2
Routeur 2
Host A
1
Dest.
A
B
C
D
Les réseaux ad hoc mobiles : Routage
1
0
Host D
Inter. de sortie
3
0
3
1
- A. Benslimane
0
1
Routeur 3
2
3
Host B
9
Routage dans le réseau Ethernet : Internet
Host 2
Host 1
Host 3
1 (Ethernet)
2 (Ethernet)
Host 7
Routeur 3
Host 8
Routeur 1
Routeur2
Numéro
réseau
Saut
prochain
1
2
3
4
R3
R1
Interface 1
Interface 0
Routeur 2
Réseau 4 (point-à-point)
3 (Token-ring)
Host 4
Host 5
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Host 6
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Problème principal du Routage

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.

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.
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Routage dans le réseau Ethernet : sélection de la route

Vecteur distance (Distance Vector)
• Compteur de sauts

Etat de lien (Link state)
• Coût de lien
Route ad hoc
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Algorithmes classiques de routage

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

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.
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Routage dans les réseaux ad hoc

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
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Routage dans les réseaux ad hoc
11
12
10
5
13
2
6
1
7
4
9
3
8
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Les algorithmes classiques dans les MANETs



Dynamique de la topologie
• Changements fréquents de liens, qualité des liens,
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.
Problème : ces protocoles ont été conçus pour les réseaux
fixes avec des changements peu fréquents et supposent
typiquement des liens symétriques
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Routage dans les MANETs

Solution
- Concevoir des algorithmes spécialement
pour les réseaux ad hoc
 Léger (Énergie)
 Optimal (précision des routes)
 Scalable (mobilité / nœuds)
 Multicast, sécurité, …
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Routage Ad Hoc
Routage plat
proactif
Routage hybrides
Routage géographique
réactif
DSDV OLSR FSR AODV
CGSR
WRP
DSR
ADV
TORA
ABR
ZRP HSR
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…
- A. Benslimane
LAR GPSR …
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Routage dans les réseaux ad hoc

Deux types de routage :
= Table-driven / proactif
• Basé-table
• Basé-source initialisation (à la demande)
= on-demand / reactif
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Routage dans les réseaux ad hoc

Deux types de routage :
• Basé table
• 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
• Basé-source initialisation (à la demande)
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Routage dans les réseaux ad hoc

Deux types de routage :
• Basé-table
• Basé-source initialisation (à la demande)
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Routage dans les réseaux ad hoc

Deux types de routage :
• Basé-table
• Basé-source initialisation (à la demande)
• 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
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Protocoles de routage basé-table
Proactifs

DSDV
• (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing)

CGSR
• ( Clusterhead Gateway Switch Routing)

OLSR
• (Optimized Link State Routing)
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DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector Routing)

Mécanisme de routage classique Bellman-Ford (pas de
boucle)
 Utilisation d’une table
 ( < destination, saut prochain, #sauts, seqN°>)
 Mises à jour périodiques diffusés dans le réseau
 Un paquet de mise à jour contient le nouveau seqN°
incrémenté du nœud émetteur,
SeqN° reçu> seqN° : mise à jour de l’entrée dans la table locale
 SeqN° reçu = seqN° : #sauts reçu<#sauts : mise à jour
 autres entrées reçues ignorées



Full dump (toute la table), plusieurs NPDU réseau
Incremental (changement), entre full dump
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CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing )


Réseau constitué en clusters
Chaque cluster est contrôlé par un cluster head CH
Tous les nœuds dans la portée de transmission du CH sont dans ce cluster
 élection du CH : séparation de codes entre clusters, accès canal, routage et
allocation de bande passante.



Pb. Changements fréquents de CH => performances –
LLC (Least Cluster Change) :
deux CH se rencontrent (à la portée l’un de l’autre),
 un nœud se déconnecte de tous les CH.

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CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing )





heuristique
Au début, utiliser l’algorithme de priorité p pour créer les
clusters initiaux.
Un nœud non CH dans cluster i se déplace vers un cluster
j : aucun CH ne change ni dans i ni dans j.
Un nœud non CH se déplace en dehors de son cluster et ne
rentre dans aucun cluster, il devient nouveau CH.
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.
Nœuds qui se séparent d’un cluster doivent recalculer le
groupement (clustering) selon p.
p = plus petite identité, connectivité élevée, etc.
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CGSR (Clusterhead Gateway Switch Routing )

CGSR = DSDV + routage hiérarchique

(depuis le cluster head vers la passerelle (gateway GW) pour router le
trafic depuis la source vers la destination )

nœuds GW sont des nœuds dans la portée de
communication de deux ou plusieurs CH

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.
C2
C1
1
C3
4
33
2
5
6
8
76
Nœud
Gateway
Cluster Head
 Routage du nœud 1 vers le nœud 8
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OLSR (Optimized-LS-Routing)

Proactif

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.
L’information sur l’état des liens est diffusée
périodiquement dans tous le réseau.
 Utilisation des MPR (Optimisation)
Utilisation des liens bidirectionnels!!


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OLSR (Optimized-LS-Routing)
MPR (MultiPoint Relay)
• 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
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OLSR (Optimized-LS-Routing)
Algorithme
 Chaque nœud calcule son ensemble MPR
 Envoi un message Hello à ses voisins
contenant son ensemble MPR,
 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).
 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
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OLSR (Optimized-LS-Routing)
Algorithme
 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.
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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) :
0
1
2
3
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Packet Length
| Packet Sequence Number |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Message Type| Vtime
|
Message Size
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Originator Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time To Live | Hop Count |Message Sequence Number|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
|
:
MESSAGE
:
|
|
:
:
(etc.)
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OLSR (Optimized-LS-Routing)
Formats des messages
0
1
2
3 Message
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
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.)
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HELLO
|
|
|
|
:
:
|
|
|
:
:
33
OLSR (Optimized-LS-Routing)
Formats des messages
Message HELLO
Reserved : 0000000000000
Htime : intervalle d’émission des messages HELLO utilisé par le nœud sur cette
interface particulière
= C*(1+a/16)*2^b [en seconds]
où a est l’entier représenté par les 4 bits de poids fort et b est l’entier représenté par
les 4 bits de poids faible du champ Htime et C est un facteur d’échelle (C = 1/16 sec
(= 0.0625 sec) )
Willingness : {WILL_NEVER, WILL_ALWAYS, WILL_DEFAULT }
jamais sélectionné comme MPR, toujours, par défaut.
Link Code : spécifie l’information 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 nœud voisin
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OLSR (Optimized-LS-Routing)
Formats des messages
Message TC (Topology Control)
0
1
2
3
01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
ANSN
|
Reserved
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Advertised Neighbor Main Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
...
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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|
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Protocoles de routage basé-source initialisation

DSR
• (Dynamic Source Routing)

AODV
• ( Ad Hoc On demand Distance Vector Routing)
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DSR (Dynamic Source Routing)

Réactif

Calcul des routes à la demande
 Phase de route discovery dans le cas ou aucune route n’est
disponible  « Délai »
Garder la trace de tous les nœuds intermédiaires pour atteindre la
destination (Source Routing)
Routage Multi-chemins (Multipath) grâce à l’utilisation de source
routing
Tampon mémoire « Agressif » de plusieurs routes pour les utiliser en
cas de panne de route.
Pas de boucles de routage (Loopfree) grâce à source routing
Utilisation de « Promiscuous mode »
 N’envoyer les route_request que s’ils n’ont pas été déjà vus





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DSR (Dynamic Source Routing)

Algorithme : 2 Phases (1/2)
 Découverte d’une route (route discovery)
 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
 Chaque nœud maintient une liste de couples
(initiator_adr,request_id)
 Éviter de traiter plusieurs fois le même message.
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DSR (Dynamic Source Routing)



Algorithme : 2 Phases (2/2)
Répondre à une requête de routage (route reply)
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
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39
DSR (Dynamic Source Routing)


Maintenance des routes (Route Maintenance)
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.
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AODV (Ad hoc On demand-DV)

WG-MANET de IETF : RFC et Draft
 Établissement des routes à la demande
 Phase (RREQ/RREP) pour la recherche d’une nouvelle
route
 Gestion des pannes de route (RRER)
 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)
 Utilisation des liens bidirectionnels
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41
AODV (Ad hoc On demand-DV)

Chaque nœud incrémente son SeqN° 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

Format de la table de routage
- DIP@, D-SeqN°,
- Next Hop IP@, Hop count D,
- Last Hop Count,
- List of Precursors (Pour envoyer RERR quand une route expire)
- Life time,
-Routing Flags
- Interfaces
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AODV (Ad hoc On demand-DV)

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 diamètre est gardé dans Last Hop Count
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43
AODV (Ad hoc On demand-DV)

RREP - Établissement du chemin
- D ou autre nœud intermédiaire répond à RREQ par
Hop-cnt
DIP@
D-seqN°
SIP@
lifetime
- 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 < hop-cnt1 ou D-seq2 > D-seq1)
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44
AODV (Ad hoc On demand-DV)


Maintenance des routes RERR
Gestion de connectivité localement
(optionnel)
- Messages
• hello,
• hello_interval,
• allowed_hello_loss
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Routage (Multicast)

Le multicast est toujours sujet chaud même dans
l'Internet;
 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;
 Quelques protocoles de routage multicast:
AMroute, ODMRP, AMRIS, CAMP, etc.
 La maille est meilleure que l’arbre!? Diffusion
directe meilleure que l’arbre et la maille ?!
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46
D’autres recherches dans le routage






Routage supportant la QoS;
Routage économisant la consommation
d’énergie;
Routage Intelligent
Routage Scalable (mobilité/taille)
Sécurité
Méthodes d’accès au canal.
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47
Les domaines qui nous intéressent
(pour l’instant)




Diffusion pour le transport routier
(Diffusion scalable et fiable);
Interconnexion avec l’Internet,
Nouvelle architecture pour les réseaux ad
hoc,
Multicast et Qualité de service
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48
Quelques bonnes références

MANET homepage :
http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html
 Site du gouvernement américain :
http://w3.antd.nist.gov/wctg/manet/index.html,
http://protean.itd.nrl.navy.mil/manet/manet_home.html
 Les universités :
http://menetou.inria.fr/olsr/ (olsr)
http://www.monarch.cs.rice.edu/ (dsr)
http://moment.cs.ucsb.edu/AODV/aodv.html (aodv)
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Recherche de route AODV
Les réseaux ad hoc mobiles : Routage
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50
Création de routes dans DSR
Les réseaux ad hoc mobiles : Routage
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Création de routes dans DSR (cont.)
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Comparaisons de routage ad hoc

Protocoles basé-Table
•
•
•
•

Complexité en temps : élevé
Philosophie de routage : plat, CGSR est hiérarchique
Capacité de Multicast : Non
#tables requises : élevé
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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