Les problèmes récurrents des mécanismes de partage de charge

De nombreux articles portant sur le partage de charge entre différentes passerelles comportent des défauts qui biaisent l’appréciation des algorithmes. Ils en existent deux qui nous paraissent très gênants : l’absence de mécanisme contre les oscillations de passerelle et le minimalisme en termes de diversité de scénarios de trafic dans les simulations.

6.2.5.1.1 Les problèmes d’oscillation

Le phénomène d’oscillation va se matérialiser par une alternance très fréquente dans le choix de la passerelle par un nœud. Il survient lorsque l’on détermine la passerelle de manière périodique. Ce sont donc les sélections de type proactif qui sont principalement affectées par ce phénomène. La Figure 81 présente un exemple d’oscillation de passerelle. Dans l’étape 1, la passerelle 1 se retrouve surchargée à cause des flux en provenance des nœuds A, B et C. Le mécanisme de partage de charge va remédier à cela en faisant basculer une partie du trafic vers la passerelle 2. Ensuite, pendant l’étape 2, les nœuds B et C transmettent les paquets à destination de la passerelle 2. Ces nouveaux flux entraînent une surcharge sur celle-ci. De la même manière que lors de la première étape, le partage de charge va impliquer un retour à l’étape 1. La sélection de passerelle va donc osciller à chaque itération de l’algorithme.

Figure 81 Exemple d’oscillation de passerelle

Le problème de l’oscillation de passerelle est, dans une grande partie des cas, ignoré ou sous-estimé. Quatre techniques sont mises en place, à notre connaissance, pour y remédier. Certaines études utilisent conjointement plusieurs techniques pour une meilleure efficacité.

Une temporisation à chaque sélection de passerelle

La première solution temporise les changements répétitifs de passerelle. La modification du choix de la passerelle entraîne une temporisation pendant laquelle aucune autre sélection n’est autorisée. Le principal défaut de cette technique survient si le changement de passerelle n’est pas opportun. Il implique à ce moment-là une baisse des performances. Cet état désavantageux durera alors tout le temps de la temporisation. Dans la Figure 81, si l’étape 2 est plus néfaste que l’étape 1 en termes de pertes, la temporisation va tout de même éviter qu’il ne retourne dans l’étape 1.

109 La deuxième solution repose sur la définition d’une hystérésis. La comparaison des charges entre les chemins vers les différentes passerelles n’entraîne de modification que si la différence entre les charges est supérieure à la valeur de l’hystérésis (Pham V. , Larsen, Kure, & Engelstad, November 2010). Cette technique permet de réduire le nombre d’oscillations de passerelle. Cependant, l’efficacité de ce mécanisme dépend de la quantité de la charge qui va être déviée vers la nouvelle passerelle. Si elle est largement supérieure à la valeur de l’hystérésis, cette solution se révélera inefficace. Il est très délicat de connaître cette valeur de manière décentralisée. Si, par exemple, dans la Figure 81, les flux en provenance des nœuds A et D ont des débits similaires, la différence de charge entre les passerelles n’est la conséquence que des trafics des nœuds B et C. Si ce sont eux qui entraînent une charge supérieure à la valeur de l’hystérésis, l’oscillation se reproduira.

Réduction de la granularité du partage de charge

Ce type de mécanismes a été proposé dans (Maurina, Riggio, Rasheed, & Granelli, September 2009) et (Nandiraju, Santhanam, Nandiraju, & Agrawal, October 2006). Les passerelles vont isoler les nœuds qui sont potentiellement la cause de la surcharge. Puis, elles vont envoyer un message en unicast à ces nœuds, pour leur intimer de changer de passerelle. Ces techniques permettent de diminuer le nombre potentiel de nœuds qui changent de passerelle et ainsi réduire les occurrences du phénomène d’oscillation.

Détection et suppression

Cette dernière technique met en place des mécanismes de détection d’oscillation de passerelle pour ensuite bloquer le système dans l’état que l’algorithme juge le plus bénéfique. Cette technique est, à notre connaissance, uniquement utilisée par des mécanismes de sélection de passerelle centralisés. En effet, ceux-ci permettent d’avoir une connaissance de toutes les métriques des différents chemins. Ils peuvent donc connaître la part de trafic qui va être déviée vers une autre passerelle et ainsi anticiper l’occurrence de phénomène d’oscillation. Ils choisiront entre les deux solutions, celle qui implique le moins de surcharge. Cette solution est bien sûr la plus efficace, mais elle nécessite une centralisation de l’algorithme de sélection.

6.2.5.2 Les problèmes de simulation

Il est très difficile de voir la réelle efficacité d’un mécanisme de sélection de passerelle à cause du manque d’exhaustivité des simulations. De nombreuses propositions ne sont accompagnées que de simulations, pour lesquelles le scénario est précisément créé pour mettre en valeur les bénéfices de l’algorithme de partage de charge. En particulier, l’un des points les plus importants pour vérifier l’efficacité de l’algorithme se situe dans la diversité des scénarios de trafics que l’on a simulés. Cela permet de vérifier tout particulièrement l’impact du phénomène d’oscillation.

Dans l’article (Pham V. , Larsen, Engelstad, & Kure, October 2009), les auteurs soulèvent ce point important. En effet, l’efficacité du mécanisme de partage de charge n’est efficace que dans certaines conditions. Ils utilisent des mécanismes à la fois fondés sur la distance en nombre de sauts et la charge sur la passerelle, pour établir la dépendance du mécanisme vis-à-vis du scénario de trafic, comme par exemple l’inefficacité du partage de charge lorsque la topologie des nœuds est uniforme.

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Le gain n’est en moyenne que de 1%. Ils concluent en définissant les paramètres qui vont influencer son efficacité.

Besoin de capacité

Le partage de charge n’est utile que lorsqu’un chemin vers une passerelle rencontre un problème causé par une surcharge. En effet, il n’est pas nécessaire de modifier le chemin si aucune des deux passerelles ne rencontre de surcharge.

La distance entre les passerelles

La distance entre les passerelles est très significative quant à l’efficacité du partage de charge. En effet, si les passerelles sont proches, les chemins vers les deux passerelles vont l’être également. Les zones d’interférences vont alors se chevaucher. Ainsi le partage de charge entre les passerelles va avoir les mêmes défauts que le multi-chemin à l’intérieur du MANET.

La répartition du trafic

La répartition du trafic et la topologie du MANET sont très importantes puisque qu’elles vont accentuer ou diminuer l’asymétrie de charge entre les différentes passerelles et ainsi, augmenter l’efficacité du partage de charge. La topologie du réseau va intervenir dans la répartition du trafic.