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PFE. ANCP Another Nice Clustering Protocol 27 Juin 2012 Benoit Clair – benoit.clair@insa-lyon.fr. Plan de la présentation. Hypothèses de travail et cadre de l’étude ANCP, heuristiques de fonctionnement Résultats. 2. Cadre de l’étude. Design d’un réseau Ad Hoc communicant
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PFE ANCP Another Nice Clustering Protocol 27 Juin 2012 Benoit Clair – benoit.clair@insa-lyon.fr
Plan de la présentation • Hypothèses de travail et cadre de l’étude • ANCP, heuristiques de fonctionnement • Résultats 2
Cadre de l’étude • Design d’un réseau Ad Hoc communicant • Des nœuds se déploient en opération et doivent rapidement être opérationnels • Cas d’application: déploiement d’équipes de secours • Situations complexes (pas d’architecture existante, apport en électricité hasardeux) • Des nœuds formant des équipes aux intérêts variés (e.g. déblaiement et secouristes) • Des nœuds aux capacités hétérogènes (e.g. véhicules et piétons) • Une organisation en clusters est une manière d’augmenter les performances 3
Hypothèses de travail - Topologie • Réseau Ad Hoc totalement autonome • 2 types de nœuds • Les nœuds privilégiés (PN) • Les nœuds réguliers (RN) • Un PN et un ensemble de RN • forment un groupe opérationnel • (GO) • Les nœuds communiquent entre • eux, majoritairement entre membres d’un GO 4
Hypothèses de travail - Ressources disponibles • Chaque nœud dispose d’une interface radio utilisant un système combinant TDMA & FDMA • On dispose d’un pool de fréquences Nb_Freq • Nb_Freq << Nb_Nodes • Nb_Freq < Nb_GO • Le débit des nœuds est d’environ 1Mbits/s • Les liaisons radio sont bilatérales et fiables, i.e. les nœuds à portée peuvent communiquer 5
Hypothèses de travail - Hypothèses génériques • Les nœuds arrivent de manière sporadique et aléatoire • Ils se déplacent par groupe opérationnel (le PN dirige le mouvement) • La phase de synchronisation (requise entre autres par l’utilisation du TDMA) • Est utilisée pour la découverte de voisinage • Peut être utilisée pour échanger de l’information • Une phase d’initialisation, e.g. où les nœuds sont immobiles, est envisageable 6
Problématique • Organiser la mise en clusters et la répartition des ressources (i.e. fréquences) • Produire un protocole fiable, i.e. supportant des scenarii différents. • Les critères de performances sont: • La cohérence spatiale, les membres d’un GO doivent appartenir au même cluster et les PNs sont censés être CH • Le coût de signalisation (5% de la BP max) • La réactivité 7
ANCP – Principe général • Les fréquences sont distribuées en même temps que la mise en clusters • On crée une trame virtuelle dédiée au protocole • Cette trame comporte deux sous-trames • Une dédiée aux PNs qui envoient un beacon • Une dédiée aux connexions • Une fréquence est dédiée à la signalisation. Les autres allouées aux clusters 8
ANCP – Structure de la trame Beaconing stage Connection stage PN 1 PN 2 PN 3 PN 4 […] […] Chaque PN a un slot qu’il utilise pour envoyer un PN-INFO La sous-trame de connexion est subdivisée en sous-ensembles de 3 slots, les fenêtres des connexions 9
ANCP – Rejoindre un cluster RN RN CH RN RN RN 10
ANCP – Sélection d’un clusterhead • Un nœud obtient des informations sur les clusters avoisinant à travers les beacons transitant sur le réseau • Pour sélectionner un cluster il applique les critères suivants • Il cherche à rejoindre son PN • Il cherche à rejoindre le cluster contenant le plus grand nombre de nœuds de son GO • Il sélectionne le cluster qui possède la plus grande capacité • En cas d’égalité, la fonction de coût permet de départager deux clusters 13
ANCP – Messages • PN-INFO • JOIN-REQ […] 14
ANCP – Ordonnancement Beaconing stage Connection stage PN 1 PN 2 PN 3 PN 4 […] […] Chaque PN a un slot qu’il utilise pour envoyer un PN-INFO La sous-trame de connexion est subdivisée en sous-ensembles de 3 slots, les fenêtres des connexions L’algorithme d’ordonnancement doit donc, pour une fenêtre de connexion donnée, déterminer le nœud autorisé 15
ANCP – Ordonnancement • Les nœuds sont discriminés selon leurs GO et leurs ID • Au sein d’un GO les nœuds disposent d’ID virtuels linéaires 16
Implémentation et expérimentations • Sinalgo • Outil de théorie des graphes • Pensé pour prototyper rapidement des protocoles • Simule simplement les couches basses (messages par pile) • Mesures • Distribution géographique des groupes opérationnels • Temps de convergence • Nombres de messages utilisés • Des scenarii différents (e.g. pas de mobilité, vitesses différentes) 17
Conclusion et future work • Nous disposons d’une solution efficace qui répond aux contraintes de réactivité et d’économie de bande passante • Pour aller plus loin (entres autres) • Utiliser une « vraie » couche MAC • Prendre en compte les interférences à deux sauts • Dégrader les liens radios • Réutiliser certains slots inutilisés pour optimiser la réactivité 21