Chapitre 1 : Protocole OLSR : Définitions et état de l’art
3.3 NCA : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC
3.3.6 Exemple de déroulement de l’algorithme
Figure 3.25. Exemple : réseau fixe de 12 nœuds
Prenons un exemple pour mieux illustrer le principe de fonctionnement de notre algorithme, Comme le montre la Figure 3.25, le réseau est constitué de 12 nœuds fixes placés dans une zone de 1000m x 1000m. Les nombres entre crochets à côté de chaque nœud représentent les sélecteurs MPR de ce nœud, par exemple les nœuds 10, 11, 5, 9, 3 et 0 ont choisi le nœud 4 comme un nœud MPR.
Dans cet exemple, nous allons calculer seulement les MPR du nœud 3. Où N(3)={0, 4, 10, 2, 7, 8, 9} et N2(3)={1, 5, 11, 6}. Afin de faciliter la compréhension du déroulement de l’algorithme, nous allons représenter seulement les liens entre le nœud qui va calculer ses
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [0,1,8,3,7,6] 5 1 2 7 3 4 0 6 10 8 9 11 [2,5,1,4] [2,1,0,9,4,7,8] [10,11,5,9,3,0] [ ]
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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MPR (le nœud 3) et les nœuds à un saut et aussi les liens entre les nœuds à un saut N(3) et les nœuds à deux sauts N2(3) comme l’illustre la Figure 3.26(a).
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 3.26. Exemple : Déroulement de l’algorithme [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 5 1 2 7 3 4 0 6 10 8 9 11 [2,5,1,4] [2,1,0,9,4,7,8] [10,11,5,9,3,0] [0,1,8,3,7,6] [ ] [ ] [ ] 5 3 4 0 11 [2,5,1,4] [2,1,0,9,4,7,8] [10,11,5,9,3,0] [ ] [ ] [ ] 5 3 4 0 10 11 [2,5,1,4] [2,1,0,9,4,7,8] [10,11,5,9,3,0] 3 4 0 [2,5,1,4] [2,1,0,9,4,7,8] [10,11,5,9,3,0]
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Comme il n’y a pas de nœuds à un saut de 3 qui couvre seul des nœuds à deux sauts de 3, on passe au calcul du paramètre Poids_C pour chaque nœud de N(3). On a |MPRSEL_ONEHOP| =12 car les nœuds du réseau qui ont choisi au moins un des nœuds de N(3) comme MPR sont : 2, 5, 1, 4, 0, 3, 10, 11, 9, 8, 7 et 6. Le Tableau 4 montre les différents paramètres utilisés pour le calcul de Poids_C des nœuds de N(3).
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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Tableau 4. Paramètre de choix des relais multipoints
N(3) NNC Associé CA Poids |MPRSEL| Poids_C
0 2 2,4 4 1/3 4 4/9 4 2 0,10 3 2/5 6 3/5 10 1 4 2 1/3 0 1/3 2 2 7 1 2/3 6 1 7 1 2 2 1/3 0 1/3 8 - - - - 0 - 9 - - - - 0 -
On supprime le nœud de N(3) qui possède le Poids_C minimal, on peut supprimer aléatoirement 10 ou 7. Si on choisit d’éliminer le nœud 7 de N(3), le nœud 2 sera ajouté à l’ensemble MPR car c’est le seul qui couvre le nœud 6 et on supprime tous les nœuds de N2(3) couverts par 2 (c.à.d : les nœuds 1 et 6) comme l’illustre la Figure 3.26 (b).
Comme il n’y a pas de nœuds à un saut de 3 qui couvrent seuls les nœuds restants de N2(3) (le nœud 5 est couvert par les nœuds 0 et 4 et le nœud 11 est couvert par les nœuds 4 et 10), On calcule de nouveau le paramètre Poids_C pour les nœuds restants comme le montre le Tableau 5:
Tableau 5. Paramètre de choix des relais multipoints
N(3) NNC Associé CA Poids |MPRSEL| Poids_C
0 1 4 2 1/3 4 4/9
4 2 0,10 2 1/2 6 3/4
10 1 4 2 1/3 0 1/3
Maintenant, on supprime le nœud 10 de Poids_C minimal de N(3). Dans ce cas, comme la montre la Figure 3.26(c), Le nœud 4 est le seul nœud de N(3) ayant un lien avec le nœud 11 de N2(3), Alors le nœud 4 est sélectionné comme MPR et les nœuds 5 et 10 sont
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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éliminés de N2(3) comme le montre la Figure 3.26(d). L'algorithme s’arrête parce que N2 (3) devient vide, enfin, les nœuds 2 et 4 sont sélectionnés comme MPR pour le nœud 3.
L’application de l’algorithme de base de sélection de MPR, décrit dans la spécification RFC3626 [4], sur l’exemple de la Figure 3.25 sélectionne les trois nœuds 0, 2 et 4 comme MPR, alors que notre nouvel algorithme coopératif élit, sur le même exemple, seulement les deux nœuds 2 et 4. Nous avons aussi calculé les MPR de chaque nœud du réseau en utilisant les deux algorithmes : NFA [53], et l’algorithme coopératif [37]. Le Tableau 6 résume les résultats obtenus.
Tableau 6. Nœuds MPR, nombre total des MPR et nombre total des TC pour les quatre algorithmes
Nœuds MPR
Nœuds NCA UM-OLSR NFA Coop
0 2, 4 2, 3, 4 2, 4 2, 4 1 0, 2 0, 2 0, 2 0, 2 2 0, 3 0, 3 0, 3 0, 3 3 2, 4 0, 2, 4 2, 4 2, 4 4 0, 3 0, 3 0, 3 0, 3 5 0, 4 0, 4 0, 4 0, 4 6 2 2 2 2 7 2, 3 2, 3 2, 3 2, 3 8 2,3 2,3 2, 9 2,3 9 3, 4 3, 4 3, 4 3, 4 10 3, 4 3, 4 3, 11 3, 4 11 4 4 4 4 Nombre de MPR 4 4 6 4 Nombre de TC 670 819 1084 734
Nous remarquons que, notre algorithme réduit localement et globalement le nombre de MPR. La réduction locale des MPR par rapport à l’algorithme de base de l’implémentation UM-OLSR implique une réduction des paquets TC retransmis par les MPR, tandis que La
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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réduction globale des MPR par rapport à NFA implique une diminution des paquets TC générés par les MPR toutes les 5 secondes. Cette réduction peut être justifiée par le fait que dans notre nouvel algorithme, les nœuds coopèrent entre eux lors du choix des relais multipoints. Ceci est réalisé par le paramètre Poids_C qui favorise les nœuds du réseau qui sont déjà choisis comme MPR. Ceci aboutit nécessairement à une réduction du nombre total des paquets TC dans le réseau comme le montre le Tableau 6.
3.3.7 Modèle de simulation
3.3.7.1 Critères d’évaluation
L'objectif des expériences réalisées avec le simulateur NS-2 est de valider l’influence de notre algorithme de choix de MPR sur les paramètres de performance en analysant les métriques suivantes:
Nombre de paquets TC : Le nombre de paquets de contrôle de topologie (TC) circulant dans le réseau.
Le PDR : c'est le rapport entre le nombre de paquets de données reçus et le nombre de paquets de données envoyés.
Le coût de routage : c'est le rapport entre le nombre de paquets de routage envoyés et le nombre de paquets de données reçus par les destinations.
L'efficacité : c'est le rapport entre le nombre de paquets de données et le nombre de paquets de données plus le nombre de paquets de routage.
3.3.7.2 Paramètres de simulation
Afin de valider notre proposition de sélection des MPR du protocole de routage OLSR, nous avons comparé notre nouvel algorithme coopératif avec trois autres algorithmes connus de sélection des nœuds MPR: L’algorithme de base [4], L’algorithme NFA [53] et l’algorithme coopératif [37]. Nous avons utilisé l’implémentation UM-OLSR [11] qui a été corrigée et validée dans nos travaux précédents [67] [68]. Les simulations ont été réalisées par le simulateur NS2 [9] et les paramètres de simulation utilisés sont détaillés dans le Tableau 7. En combinant ces différents paramètres, nous avons obtenu plusieurs scénarios. Dans tous les scénarios le réseau couvre une zone de 1000x1000 m2, la taille de paquets de données est de
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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512 octets, les intervalles de temps des message HELLO et TC sont fixés respectivement à 2 et 5 secondes, le paramètre N-willingness de tous les nœuds est fixé à WILL-DEFAULT et le trafic entre les nœuds est généré en utilisant un générateur de trafic qui crée aléatoirement des connexions de type CBR (Constant Bit Rate) associé à UDP et qui commence à des instants distribués uniformément entre 5 et 295 secondes ( 5 secondes après le lancement des simulations et (5 secondes avant l’achèvement des simulations). Le modèle de propagation radio implémenté par les nœuds est le modèle Two-ray Ground [111]
Tableau 7. Paramètres de simulation Paramètres utilisés pour le modèle de trafic Temps de simulation 300 S
Type de trafic CBR
Nombre de connexions 30% de nœuds de réseau Taille de paquets 512 Octet
Paramètres utilisés pour le modèle de mobilité Aire de réseau 1000 m x 1000 m
Nombre de nœuds 30/50/75/100/125/150
Temps de pause 20 S
Vitesse maximale 0/2.5/5/10/15/20/25/30(m/s)
Modèle de mobilité RWP
Paramètres utilisés pour les couches liaison et physique
Protocole MAC IEEE 802.11
Modèle de réflexion Two-ray ground Portée de communication 250 m
Débit 2 Mbps
Taille max des files d’attente 50
3.3.8 Résultats de simulation
L’objectif de ces simulations est d’évaluer notre nouvel algorithme coopératif (NCA) de sélection des nœuds MPR par rapport aux algorithmes suivants : L’algorithme de base décrit dans la spécification RFC3626 [4] de sélection des MPR , l’algorithme NFA [53] et
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l’algorithme coopératif [37]. Pour étudier l’influence de sélection des nœuds MPR sur le nombre de paquets de contrôle de topologie (TC), le PDR, le coût de routage et l’efficacité, nous avons réalisé deux expériences : la première concerne la simulation d’un réseau Ad hoc statique et dans la deuxième, nous avons effectué une simulation d’un réseau ad hoc mobile.
3.3.8.1 Expérience 1 : réseau fixe
Dans cette expérience, les nœuds du réseau statique sont distribués aléatoirement dans une zone de 1000m x 1000m. Pour évaluer l’impact de la densité de réseau nous avons varié le nombre de nœuds entre : 30, 50, 75, 100, 125 et 150. Le nombre de nœuds qui vont générer le trafic de données représente 30% des nœuds du réseau. Pour chaque nombre de nœuds, quatre scénarios différents sont simulés, et les moyennes de ces quatre résultats sont présentées dans les figures suivantes.
Figure 3.27. Le nombre de TC en fonction du nombre de nœuds (réseau fixe)
La Figure 3.27 représente le nombre de paquets de contrôle de topologie (TC) en fonction du nombre de nœuds du réseau. Nous remarquons que, quelle que soit la densité du réseau ad hoc (le nombre de nœuds est varié entre 30 et 150), notre algorithme de choix des MPR réduit le nombre de TC par rapport aux trois autres algorithmes. Cette réduction peut atteindre respectivement 6% pour UM-OLSR original, 15% pour NFA et 5% pour l’algorithme coopératif. La réduction des TC apparait clairement dans les cas des réseaux denses (entre100 et 150 nœuds). Cette réduction peut être expliquée par le fait que, dans les
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 30 50 75 100 125 150 No mb re d e TC Nombre de noeuds
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réseaux denses, la probabilité de sélection de nœuds qui sont déjà MPR pour d'autres nœuds augmente. Donc, notre algorithme, qui favorise ces nœuds, réduit le nombre global de nœuds MPR dans le réseau. Par conséquent, le nombre de paquets de contrôle de la topologie (TC) est également réduit parce que les nœuds MPR sont les seuls qui génèrent les paquets de contrôle TC, et les nœuds qui ne sont pas MPR reçoivent et de traitent les messages TC mais ne les diffusent pas.
Figure 3.28. Le PDR en fonction du nombre de nœuds (réseau fixe)
Figure 3.29.Le coût de routage en fonction du nombre de nœuds (réseau fixe)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 30 50 75 100 125 150 PDR Nombre de noeuds
NCA NFA Coop UM-OLSR
0 2 4 6 8 10 12 30 50 75 100 125 150 Coûi t d e routag e Nombre de noeuds
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Figure 3.30. L’efficacité en fonction du nombre de nœuds (réseau fixe)
Les figures : Figure 3.28, Figure 3.29 et Figure 3.30 représentent le PDR, le coût de routage et l’efficacité en fonction du nombre de nœuds. Nous remarquons, dans la Figure 3.29, que le coût de routage a suivi la même tendance que le nombre de TC. En effet, quelle que soit la densité du réseau, le coût de routage donné par notre algorithme est plus bas par rapport aux autres algorithmes. Il peut être réduit jusqu’à 14% par rapport à l’algorithme NFA et aussi le taux de réduction peut atteindre 5% pour les deux autres algorithmes (L’algorithme de base et l’algorithme coopératif).
Dans la Figure 3.30, nous remarquons aussi que notre algorithme est plus efficace, il peut augmenter l’efficacité jusqu’à 6% par rapport à NFA et jusqu’à 2% par rapport aux deux autres algorithmes.
Malgré la réduction du nombre de paquets TC et le coût de routage, nous remarquons, dans la Figure 3.28, que le PDR reste presque le même pour tous les algorithmes.
3.3.8.2 Expérience 2 : réseau mobile
Comme la première expérience nous avons choisi une aire de mobilité de 1000m x 1000m, par contre le nombre de nœuds est fixé à 50. Ces nœuds utilisent le modèle de mobilité Random Waypoint [112]. Le trafic entre les nœuds est généré en utilisant un générateur de trafic qui permet de créer des connexions de type CBR à des instants distribués uniformément entre 5 et 295 secondes (5 seconde après le début de la simulation et 5 secondes avant la fin de la simulation). La taille de paquets de données est de 512 Octets. Pour étudier
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 30 50 75 100 125 150 Efficacité Nombre de noeuds
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l’impact de mobilité sur les quatre algorithmes de sélection des relais multipoint, nous avons varié la vitesse des nœuds mobiles entre 2.5m/s et 30m/s.
Figure 3.31. Le nombre de TC en fonction de la vitesse maximale des nœuds (réseau mobile) La Figure 3.31 représente le nombre de paquets de contrôle de topologie TC dans le réseau en fonction des vitesses de nœuds. Nous pouvons confirmer que quelle que soit la vitesse maximale de déplacement des nœuds du réseau, notre algorithme (NCA) de sélection des nœuds MPR réduit le nombre des paquets TC dans le réseau. La réduction de TC est variée entre : 1% et 19% pour l’algorithme de base, 12% et 19% pour l’algorithme NFA et entre 1% et 4% pour l’algorithme coopératif. Nous remarquons que le taux de réduction augmente dans les basses et moyennes vitesses. Par contre, en cas de déplacement avec une vitesse relativement élevée, on constate une réduction moins significative. En effet, le nombre de MPR sélecteur d’un nœud envoyé à un nœud voisin à un instant donné peut changer dans un laps de temps à cause de déplacement des nœuds à grandes vitesses. Ceci peut mener un nœud à choisir ses MPR en se basant sur des informations périmées.
0 5000 10000 15000 20000 25000 2.5 5 10 15 20 25 30 N o mb re d e T C Vitee maximale [m/s]
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Figure 3.32. Le PDR en fonction de la vitesse maximale des nœuds (réseau mobile)
Figure 3.33. Le coût de routage en fonction de la vitesse maximale des nœuds (réseau mobile)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 2.5 5 10 15 20 25 30 PDR Max spped [m/s]
NCA NFA Coop UM-OLSR
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 2.5 5 10 15 20 25 30 Coû t d e r o u ta ge Max speed [m/s]
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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Figure 3.34. L’efficacité en fonction de la vitesse maximale des nœuds (réseau mobile)
Les figures : Figure 3.32, Figure 3.33 et Figure 3.34 représentent le PDR, le coût de routage et l’efficacité en fonction de la vitesse maximale des nœuds. Dans la Figure 3.33, nous remarquons que notre algorithme permet de réduire le coût de routage par rapport aux trois autres algorithmes (Jusqu’à 15 % pour NFA, jusqu’à 4% pour l’algorithme coopératif et jusqu’à 7% pour l’algorithme de base). La Figure 3.32 montre une petite amélioration de PDR dans les basses vitesses, en effet notre algorithme a augmenté le PDR jusqu’à 2% pour les vitesses inférieures à 10 m/s. et comme illustre la Figure 3.34, nous pouvons remarquer aussi que notre nouvel algorithme est plus efficace dans les réseaux mobiles, il peut augmenter l’efficacité jusqu’à 5% par rapport à NFA et peut l’améliorer de 1% par rapport à NFA et à l’algorithme original.
3.3.8.3 Analyse des résultats de simulations
La réduction du nombre de TC est la clé de tout protocole de routage dans les réseaux Ad hoc et en particulier le protocole OLSR. En effet, Le principe de MPR consiste à optimiser la diffusion des paquets de contrôle de topologie (TC). Chaque nœud MPR du réseau génère toutes les 5 secondes un message TC qui annonce les nœuds qui ont élu le nœud original de TC comme MPR. Ces paquets TC sont diffusés par les nœuds MPR à tous les nœuds du réseau. Le choix des nœuds MPR différents augmente le nombre de générateurs de paquets TC. Alors que la coopération entre les nœuds, lors de la sélection des MPR, leur donne plus de chance pour choisir le maximum de nœuds MPR communs. Ceci conduit forcément à la
0,56 0,58 0,6 0,62 0,64 0,66 0,68 2.5 5 10 15 20 25 30 Efficacité Max spped [m/s]
Chapitre 3 : Nouvel algorithme coopératif pour réduire les paquets TC dans OLSR
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réduction du nombre global des nœuds MPR dans le réseau, et permet, par la suite de réduire le nombre total des paquets TC.
3.4 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons proposé et implémenté une nouvelle heuristique de sélection des MPR pour le protocole de routage OLSR qui réduit le nombre de MPR pour chaque nœud du réseau dans l’objectif de diminuer le nombre de message de contrôle de topologie (TC). Les résultats de simulations réalisées avec le simulateur NS2 confirment la réduction des nœuds MPR pour chaque nœud du réseau. En analysant ces résultats, nous avons constaté que le nombre de message de contrôle de topologie n’a pas suivi la même tendance dans la majorité des cas. Ceci remet en question la thèse : « la réduction du nombre des MPR dans chaque nœud du réseau conduit à une réduction des paquets de contrôle de topologie TC ». Ceci nous a poussés à étendre cette heuristique pour proposer un nouvel algorithme coopératif de sélection des MPR. Cet algorithme favorise les nœuds voisins qui ont été déjà choisis comme MPR par le maximum de nœuds. Ceci permet de réduire le nombre total des nœuds MPR dans le réseau et par conséquent, permet de diminuer le nombre total des paquets TC et d’améliorer d’autres paramètres de performance tels que le PDR, le coût de routage et l’efficacité.
Nous avons implémenté notre nouvel algorithme, l’algorithme NFA et l’algorithme coopératif dans le simulateur NS2. Les résultats de simulation montrent que notre algorithme a réduit le nombre de paquets de contrôle de topologie (TC) par rapport aux deux algorithmes pour les deux types de réseaux : fixes et mobiles. Nous avons constaté aussi que la réduction de TC se reflète de manière positive sur les autres paramètres de performance à savoir le coût de routage, le PDR, et l’efficacité, etc.
Chapitre 4 : Une Variante Multi chemins du protocole OLSR pour améliorer la QoS et la QoE dans une transmission vidéo
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4 Chapitre 4 : Une Variante Multi chemins du protocole
OLSR pour améliorer la QoS et la QoE dans une
transmission vidéo
Chapitre 4 :
Une Variante Multi chemins du protocole
OLSR pour améliorer la QoS et la QoE
dans une transmission vidéo
Chapitre 4 : Une Variante Multi chemins du protocole OLSR pour améliorer la QoS et la QoE dans une transmission vidéo
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4.1 Introduction
Dans ce chapitre nous nous intéressons à l’amélioration de la qualité de transmission de la vidéo dans les réseaux MANET. A la différence du trafic de type CBR (Constant Bit Rate) qui a été utilisé comme source de trafic simple dans les simulations des travaux précédents, le trafic de type vidéo est généralement caractérisé par des données de taille importante et une forte demande de transmission en temps réel. Cependant, comme il a été souligné dans les sections précédentes, les MANET se caractérisent par une topologie dynamique et une administration non centralisé. L’instabilité et les ressources limitées ont des impacts importants sur les performances de la transmission vidéo dans les MANET. La transmission vidéo exige un débit élevé, une faible perte de données et un faible délai. Par conséquent, pour une transmission vidéo de bonne qualité, il est important d'améliorer la transmission vidéo en tenant compte de multiples paramètres à Qualité de Service (QoS). L’utilisation des protocoles de routage multi-chemins dans les MANET permet d'améliorer la répartition de charge, la fiabilité, la tolérance aux pannes, la sécurité, la préservation de l'énergie et la QoS [2]. Pour ces raisons, nous proposons, une extension du protocole MP-OLSR (Multipath Optimized Link State Routing Protocol) [3] nommée FQ-MP-OLSR (Fuzzy based Quality of service MP- OLSR). Comme MP-OLSR, FQ-MP-OLSR utilise l'algorithme multi-chemins de Dijkstra sans élimination des nœuds ou des liens qui composent les chemins précédemment calculés, l'objectif est d'obtenir (dans le cas où il n'est pas possible de trouver des chemins à lien- disjoints ou à nœud-disjoints) des chemins multiples qui peuvent partager un ou plusieurs liens. L'algorithme de Dijkstra multi-chemins obtient une flexibilité et une évolutivité considérable en utilisant les fonctions de coûts, la récupération de charge et les mécanismes de détection de boucle. Plutôt que d'utiliser le nombre de sauts comme métrique de routage unique par MP-OLSR, FQ-MP-OLSR utilise une nouvelle métrique de routage basé sur plusieurs métriques à qualité de lien pour trouver les meilleurs chemins en terme de QoS. La nouvelle métrique de routage est calculée par le premier contrôleur en logique flou FLC (Fuzzy Logic Controller). Aussi, FQ-MP-OLSR adapte les fonctions de coûts en fonction des conditions du réseau MANET par l’utilisation d’un second FLC. Finalement, FQ-MP-OLSR intègre l’algorithme d’ordonnancement WRR (Weighted Round-Robin) pour supporter des chemins multiples hétérogènes avec différentes QoS.
Chapitre 4 : Une Variante Multi chemins du protocole OLSR pour améliorer la QoS et la QoE dans une transmission vidéo
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A notre connaissance, la seule variante multi-chemins du protocole OLSR qui essaie