Routage dans les réseaux mobiles ad hoc

1. Routage dans les réseaux mobiles ad hoc Presenté par : H. BENKAOUHA

2. Introduction • Tous les nœuds de même niveaux • Pas de routeurs dans le réseau • Un nœud source • Vers un nœud destination • Passant par des nœuds intermédiaires

3. Critères de Performances • Nombre de hops • Bande passante disponible • Stabilité des routes par rapport à la mobilité • Consommation d'énergie

4. Classes de protocoles de routage • Proactifs : • DSDV OLSR TBRPF • Réactifs : • DSR AODV • Hybrides : • Cluster ZRP

5. Protocoles de routage proactifs (1) • Chaque nœud du réseau maintient une table de routage. • Les mises à jour de la table sont obtenues par échange périodique d'informations de topologie entre les nœuds. • Se basent sur la technique des plus courts chemins.

6. Protocoles de routage proactifs (2) • Permettent à un hôte donné, de trouver le prochain hôte pour atteindre la destination en utilisant le trajet le plus court existant dans le réseau. • Le calcul du plus court chemin entre deux hôtes est basé sur le nombre de noeuds intermédiaires (nombre de sauts : hops)

7. Protocoles de routage proactifs (3) • On peut associer un coût représentant un facteur à minimiser : les délais relatifs de communication, taux de l'utilisation d'un lien, … • 2 techniques • Etat de Lien (Link State) • Vecteur de Distance (Distance Vector)

8. Protocoles proactifs : Technique Link State • Chaque nœud maintient sa propre vision de la topologie du réseau • Mise à jour : • Périodique • S'il y a un changement d'état de liens • Chaque nœud diffuse (par inondation) l'état des liens de ses voisins à tous les nœuds du réseau.

9. Protocoles proactifs : Technique Link State • Un nœud qui reçoit les informations concernant l'état des liens : • Mise à jour de sa vision de la topologie du réseau • Application d'un algorithme de calcul des chemins optimaux • => • Choix du prochain noeud pour une destination donnée

10. Protocoles proactifs : Distance Vector • Chaque hôte mobile comme un noeud de routage. • Chaque noeud de routage diffuse à ses noeuds de routage voisins, sa vision des distances le séparant de tous les hôtes du réseau.

11. Protocoles proactifs : Distance Vector • En se basant sur les informations reçues par tous ses voisins, chaque noeud : • Fait un certain calcul pour trouver le chemin le plus court vers n'importe quelle destination. • Tant qu'il y a un changement de la distance minimale séparant deux noeuds, • Le processus de calcul se répète

12. Protocoles proactifs : Distance Vector • Généralement : Un message de mise à jour contient un vecteur d'une ou plusieurs entrées dont chaque entrée contient la distance vers une destination donnée. • Cette technique est basée sur l'algorithme distribué de Bellman-Ford.

13. Protocoles de routage réactifs (1) • Etablissement d'une route uniquement lorsqu’elle est demandée. • Initialisation d'un mécanisme de découverte. • Les nœuds mobiles ne maintiennent pratiquement pas d’informations sur la topologie du réseau.

14. Protocoles de routage réactifs (2) • Le nœud source émet une requête de route qui est diffusée dans le réseau ad hoc jusqu’au noeud destination. • Les nœuds intermédiaires sont découverts et mémorisés durant cette phase de diffusion.

15. Protocoles de routage réactifs (3) • Lorsque le nœud destination reçoit la requête, il utilise le chemin • inverse pour contacter le nœud source et lui transmettre les informations de routage.

16. Choix du protocole de routage (1) • Ces deux approches de routage ne présentent pas les mêmes propriétés • Le choix dépend du type d’applications envisagé. • Un protocole réactif permet un meilleur passage à l’échelle :

17. Choix du protocole de routage (2) • Il réduit de manière significative la charge de trafic dans le réseau • Grâce à la non diffusion périodique des informations de topologie. • Une approche proactive offre un meilleur temps de latence pour établir une route.

18. Choix du protocole de routage (3) • Ne nécessite aucun mécanisme de découverte au préalable. • Protocoles réactifs mieux adaptés aux réseaux mobiles disposant d'une bande passante limitée. • Protocoles proactifs mieux adaptés aux réseaux mobiles ayant des contraintes sur le temps.

19. Protocoles de routage hybrides • Tels que le protocole ZRP (Zone Routing Protocol) • Combinant proactivité et réactivité. • Ils permettent d’offrir un compromis entre charge de trafic et temps de latence.

20. Exemple de protocole proactif • OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) • Proposé en 2001 par l'équipe HIPERCOM du laboratoire de recherches INRIA • Le protocole OLSR spécifié dans la RFC 3626. • Optimisation des protocoles à état de liens adaptés à la nature des réseaux ad-hoc.

21. OLSR : idée de base (1) • Le concept principal est de sélectionner un sous-ensemble de nœuds appelés relais multi-points (MPRs : Multi-Point Relays) • Les MPRs sont des nœuds choisis qui expédient des messages de diffusion pendant le processus d'inondation.

22. OLSR : idée de base (2) • But : Réduire la surcharge. • L'information d'état de lien est produite seulement par des nœuds élus comme MPRs. • un nœud MPR doit rapporter seulement des liens entre lui-même et ses sélecteurs.

23. OLSR : Principe de fonctionnement (1) • Chaque noeud réalise deux opérations principales : • il détermine la liste des voisins directs en évaluant le voisinage par émission périodique des messages HELLO. • HELLO uniquement entre voisins => Pas de routage pour HELLO

24. OLSR : Principe de fonctionnement (2) • Les HELLO permettent : • Découvrir l'ensemble du réseau. • Transmettre l'état et le type de lien entre l'expéditeur et chaque nœud voisin. • Pour spécifier le MPR choisi par l'expéditeur.

25. OLSR : Principe de fonctionnement (3) • Chaque MPR • Il échange les information de topologie avec les autres nœuds en diffusant des messages TC de contrôle de topologie.

26. OLSR : Principe de fonctionnement (4) • Le message TC permet au MPR de : • Transmettre la liste de ses voisins qui l'ont choisi comme MPR. • Etablir les tables de routage. • Pour qu'il soit diffusé sur tout le réseau.

27. Exemple de protocole réactif • AODV (Ad-hoc On-Demand Distance Vector) • Routage avec Vecteur de Distance à la Demande • C.E. Perkins et E. Royer en 1999. • Spécifié par la RFC 3561

28. AODV : idée de base (1) • Le protocole représente essentiellement une amélioration d'un autre algorithme : DSDV. • Le protocole AODV, réduit le nombre de diffusions de messages. • Création des routes lors du besoin, • L'AODV est basé sur :

29. AODV : idée de base (2) • L'AODV est basé sur : • L'utilisation des deux mécanismes "Découverte de route" et "Maintenance de route" ( utilisés par un autre protocole appelé DSR ), • Routage nœud-par-nœud, • Le principe des numéros de séquence • Utilisation de l'échange périodique comme pour DSDV.

30. AODV : idée de base (3) • Le principe des numéros de séquence : • A cause de la mobilité des nœuds Les routes changent fréquemment • Risque : routes maintenues par certains nœuds invalides. • Pour maintenir la consistance des informations de routage. • Les numéros de séquence permettent d'utiliser les routes les plus fraîches (fresh routes).

31. AODV : idée de base (4) • AODV maintient les chemins d'une façon distribuée. • Une table de routage au niveau de chaque nœud de transit appartenant au chemin cherché. • Une entrée de la table de routage contient essentiellement :

32. AODV : idée de base (5) • 1- L'adresse de la destination. • 2- Le nœud suivant (prochain hop). • 3- compteur de sauts (hops). • 4- Le numéro de séquence affecté au chemin par la destination. • 5- Le temps d'expiration de l'entrée de la table. • 6- Routing flag : actif ou non. • 7- liste de nœuds ayant reçu la requête et qui peuvent recevoir la réponse à la requête.

33. AODV : Principe de fonctionnement (1) • 1- Découverte de la route. • 2- Réponse de route. • 3- Délivrer les données. • 4- Maintenance des routes.

34. AODV : Principe de fonctionnement (2) • AODV utilise une requête de route dans le but de créer un chemin vers une certaine destination. • Un nœud diffuse une requête de route ( RREQ : Route REQuest ) si 2 conditions se vérifient : • S'il aurait besoin de connaître une route vers une certaine destination. • Si une telle route n'est pas disponible.

35. AODV : Principe de fonctionnement (3) • C'à.d. : • Destination inconnue. OU • Durée de vie du chemin a expiré. OU • Chemin défaillant.

36. AODV : Principe de fonctionnement (4) • Un message RREQ • 1-Identificateur (Adresse) de l'initiateur. • 2-Numéro de séquence. • 3-Identificateur de la destination. • 4-Broadcast Id. • 5-Le temps de vie (TTL).

37. AODV : Principe de fonctionnement (5) • Le champ numéro de séquence destination du paquet RREQ, contient la dernière valeur connue du numéro de séquence associé au nœud destination. • Si le numéro de séquence n'est pas connu, la valeur nulle sera prise par défaut.

38. AODV : Principe de fonctionnement (6) • Quand un nœud de transit ( intermédiaire ) envoie le paquet de la requête à un voisin, • il sauvegarde aussi l'identificateur du nœud à partir duquel la requête est reçue. • Information utilisée pour construire le chemin inverse. • => AODV supporte seulement les liens symétriques.

39. AODV : Principe de fonctionnement (7) • Un paquet réponse de route doit être envoyé à la source (RREP : Route REPly) • Les nœuds appartenant au chemin de retour vont modifier leurs tables de routage suivant le chemin contenu dans le paquet de réponse. • Si RREP n'est pas reçu durant une certaine période (RREP_WAIT_TIME) Alors la source peut rediffuser une nouvelle requête RREQ.

40. AODV : Principe de fonctionnement (8) • A chaque nouvelle diffusion, le champ Broadcast ID du paquet RREQ est incrémenté. • Si la requête RREQ est rediffusée un nombre de fois = RREQ_RETRIES sans la réception de réponse, un message d'erreur est délivré.

41. AODV : Principe de fonctionnement (9) • Maintenir des routes consistantes : Transmission périodique aux voisins du message "HELLO". • Si 3 messages "HELLO" consécutifs ne sont pas reçus d'un nœud voisin, le lien est considéré défaillant. • Suppression des entrées des tables de routage participantes dans le chemin actif concernées par les liens défaillants.

42. AODV : Principe de fonctionnement (10) • Chemin actif => passe par des entrées actives dans les tables de routage. • Entrée active => utilisée par un voisin actif. • Voisin actif pour une destination donnée s'il délivre au moins un paquet de donnée sans dépasser une certaine période.

43. AODV : Principe de fonctionnement (11) • Si défaillance d’un lien entre un nœud p avec le nœud suivant dans le chemin de routage : • Le nœud p diffuse un paquet UNSOLICITED RREP, avec une valeur de numéro de séquence égale à l'ancienne valeur du paquet RREP +1, et une valeur infinie de la distance. • UNSOLICITED RREP est diffusé aux voisins actifs, jusqu'à la source. • A sa réception, la source peut initier la découverte de routes.

44. Exemple de protocole hybride • ZRP • Zone Routing Protocol

45. ZRP : idée de base • Les nœuds se trouvant dans une zone proche (à moins d’un certain nombre de sauts) : • La topologie est maintenue dans une table de routage à travers une approche proactive. • Les nœuds situés en dehors de cette zone de voisinage (à plus d’un certain nombre de sauts) : • Atteints par découverte de route grâce à une approche réactive.

46. ZRP : Principe de fonctionnement (1) • Une Zone de routage est alors définie pour chaque nœud, • Elle inclut les nœuds qui sont à une distance minimale du nœud en question • distance calculée en terme de nombre de sauts • distance <= δ : Rayon de la zone.

47. ZRP : Principe de fonctionnement (2) • ZRP définit donc deux types de protocoles : • 1- L’un fonctionnant localement : • IARP (IntrAzone Routing Protocol) • Proactif • 2- Le 2ème fonctionnant entre zones : • IERP (IntErzone Routing Protocol) • Réactif

48. ZRP : Principe de fonctionnement (3) • 1- IARP • Offrant les routes optimales vers les destinations qui se trouvent à l’intérieur de la zone. • Tout changement est répercuté uniquement à l’intérieur de la zone.

49. ZRP : Principe de fonctionnement (4) • 2- IERP • S’occupe de rechercher les routes à la demande pour des destinations en dehors d’une zone. • IERP suppose que chaque nœud connaît le contenu de sa zone.

50. ZRP : Principe de fonctionnement (5) • ZRP utilise un 3ème protocole BRP (Bordercast Routing Protocol). • Utilise les données de la topologie fournies par IARP • Dans le but : • Construire liste des nœuds de périphérie. • Façon de les atteindre.