Phase 2 : Gestion de la mobilité avec support de relèves proactives

La gestion de la mobilité demeure un enjeu important au sein des réseaux mobiles. Face à l’explosion du trafic vidéo et à l’omniprésence des applications sensibles au délai, il s’avère indispensable d’intégrer des mécanismes de relèves anticipées afin de maintenir un bon ni- veau de qualité de service dans la gestion de la mobilité au sein des réseaux denses 5G. A cet effet, le protocole LISP-LSA proposé à la phase précédente, a été étendu afin d’intégrer des relèves anticipées dans son fonctionnement. Pour atteindre cet objectif, nous avons consi- déré plusieurs métriques d’évaluation de performance dont nous avons développé les modèles analytiques. Ces modèles ont ensuite été implémentés afin de procéder à l’évaluation de per- formance du protocole étendu. De ce fait, le deuxième objectif spécifique a été réalisé. Les résultats obtenus ont fait l’objet du Chapitre 5, lequel présente l’article intitulé « A Seamless

Mobility Management Protocol in 5G Locator Identificator Split Dense Small Cells ».

3.2.1 Relèves proactives et réactives

Les deux types de relèves (intra-LSA et inter-LSA) ont été étendus avec de nouveaux modes de relèves proactives. Les relèves proactives exploitent l’information sur l’état des liens de la couche L2 afin d’anticiper, selon une probabilité notée Ps, la rupture du lien sans fil et

amorçer de manière anticipée l’exécution de la relève. Les relèves proactives ont l’avantage de réduire le coût de signalisation, la latence de la relève, la perte de paquets ainsi que le coût de livraison des données. En cas d’échec de la procédure de relève proactive, selon la probabilité (1-Ps), le MN doit passer en mode de relève réactive qui consiste à s’enregister à

nouveau sur la SC d’arrivée. Cette opération est nécessaire et est dûe à l’échec de transfert du contexte de mobilité du MN.

3.2.2 Métriques et modèles d’évaluation de performance

Afin d’évaluer les performances du protocole proposé, plusieurs métriques ont été considé- rées dans le cadre de notre analyse. Il s’agit du coût de signalisation, du coût de livraison des données, de la latence, du taux de perte de paquets, et de la charge active de la pas- serelle du domaine. Pour chaque métrique considérée, un modèle analytique d’évaluation de performance a été proposé.

Le coût total de signalisation a été évalué en sommant les coûts totaux des relèves intra-LSA et inter-LSA. Chacun de ces coûts a été évalué en faisant une somme pondérée du coût de la relève proactive et du coût de la relève réactive. Les coefficients de pondération ont été évalués en faisant la somme des probabilités stationnaires des états de la chaîne de Markov

établie à l’Étape 1 pour chaque type de relève.

Le coût total de livraison de données a été évalué, en sommant les coûts de livraison sur chaque segment du chemin de transmission des paquets, entre la source et la destination. Pour chaque type de relève, le coût de livraison des données considère le mode proactif et réactif. Il est à noter que le protocole LISP-LSA intègre un mécanisme d’optimisation de route aussitôt après la relève comme indiqué à la Section 5.5.2 du Chapitre 5. La probabilité d’acheminement des paquets de données sur les routes optimisées et non-optimisées ont été considérées lors de l’évaluation.

La latence de la relève a été évaluée en sommant le temps de relève au niveau L2, ainsi que le temps nécessaire aux mises à jour de localisation sur les divers noeuds du réseau. Ici également, les différents cas de relève intra-LSA et inter-LSA ont été considérés en tenant compte des modes proactifs et réactifs du déroulement des relèves.

Le taux de perte de paquets étant proportionnel à la latence de la relève, il a été évalué à partir de la latence de la relève en variant le taux d’arrivée des paquets.

La charge active du GW a été évaluée par rapport au volume de trafic de signalisation généré, dû au nombre de relèves traitées au sein du domaine local.

3.2.3 Implémentation

Les modèles analytiques développés ont été implémentés avec le logiciel MATLAB pour une évaluation numérique. Ces modèles ont également été implémentés avec le logiciel de simula- tion de réseaux ns-3.26 afin de valider les performances du protocole LISP-LSA. Les résultats de simulation ont été présentés avec un intervalle de confiance à 95%. Les paramètres de si- mulation utilisés ont été adoptés de la littérature. Nous avons considéré la version améliorée du protocole LISP-MN comme référence en vue de l’évaluation de performance. Pour chacune des métriques évaluées, le ratio d’amélioration des performances du protocole LISP-LSA a été évalué en comparaison à celles du protocole LISP-MN amélioré.

3.2.4 Évaluation de performance

Pour chacune des métriques considérées, nous avons mesuré les performances de chacun des protocoles afin d’évaluer le gain de performance.

3.2.4.1 Résultats numériques

Le coût total de signalisation a été évalué en fonction de K et m. Il a été observé que ce coût de signalisation croît en fonction de K. Le coût de signalisation est d’autant plus élevée lorsque m croit aussi. Ce coût de signalisation est réduit d’environ 30% lorsque K = 2. Ce résultat montre que la proximité du LA de la périphérie du réseau permet de réduire la charge de signalisation dans le réseau dont la configuration est densifiée. Le coût de signalisation a également été évalué d’une part en fonction du SM R et K, et aussi en fonction de dLA,GW

et K. Le paramètre SM R ou Session-to-Mobility-Ratio, est le ratio du taux d’arrivée des sessions sur le taux de mobilité, tandis que dLA,GW exprime la distance entre le LA et le

GW. Dans le premier cas, nous avons observé que le gain de performance est plus élevé, soit de 26% (K = 2), lorsque le SM R prend de petites valeurs. Autrement dit, lorsque le taux de mobilité est élevé dans un environnement densifié, le protocole LISP-LSA présente de meilleures performances en comparaison au protocole LISP-MN. Dans le second cas, plus la distance dLA,GW est élevée, plus élevé est le gain de performance observé. Le coût de

signalisation a été réduit de 64% pour K = 2. Il y a donc un réel avantage à déployer le LA à la périphérie du réseau, lorsque le réseau est dense.

Le coût de livraison des données a été évalué en fonction du taux d’arrivée des paquets λp. Il

a été observé que ce coût de livraison croît avec λp. Le protocole LISP-LSA implémente un

mécanisme de transfert de paquet entre les deux SCs impliquées dans une relève, ce qui permet de réduire la perte de paquets engendrée lors des relèves. Les mises à jour de localisation étant plus longues dans le cas du protocole LISP-MN, elle sont également susceptibles d’entraîner un taux de perte plus élevé. Le gain de performance observé est de 66%.

La latence a été évaluée en fonction de K et de m. Nous avons observé que les mécanismes proactifs de relève du protocole LISP-LSA ont significativement contribué à réduire la len- tence des celles-ci. Le gain de performance réalisé est évalué à 54% (K = 2). Ce gain de performance est également dû au temps de mise à jour de localisation réduit du fait de la présence du LA de la périphérie du réseau. Le taux de perte de paquets qui est proportionnel à la latence des relèves a également été réduit de 54%.

3.2.4.2 Résultats de simulation

Le coût de signalisation à été évalué en fonction de m, du SM R et du nombre de MNs dans le réseau. Nous avons observé une augmentation du coût de signalisation avec les valeurs de

m. Le gain de performance observé était de 36%. En variant le SM R, le coût de signalisation

signalisation a été réduit de 31% pour des vélocité réduites à modérées. Lorsque la vélocité est élevée, le gain de performance est cependant réduit à 17%.

Le coût de livraison des données a été évalué en fonction de λpet dLA,GW. Nous avons observé

que le coût de livraison des données augmente avec dLA,GW. Le gain de performance observé

a été de 62%. La latence de relève a été évaluée en variant m et un gain de performance de 61.5% a été observé. Le taux de perte de paquets a été évalué en fonction de λp et aussi

en fonction de la vélocité v du MN. En variant λp, le gain observé est similaire à celui

des résultats numériques. Lorsque la vélocité du noeud augmente dans une configuration de réseau densifié, la perte de paquets à été réduite d’environ 90%.

La charge active du GW a été évaluée en fonction du nombre de MNs et m d’une part, mais aussi en considérant le nombre de MNs et la densité du réseau λd. Une fréquence des relèves,

qui se traduit par une augmentation de m, entraine une charge élevée sur le GW dans le cas du protocole LISP-MN. La réduction de cette charge par le protocole LISP-LSA est évaluée à 90%. Lorsque le réseau se densifie, la charge sur le GW est réduite de 84%.