Protocoles à coordonnées géographiques

Alors que les protocoles à état de lien et à vecteur de distances nécessitent une diffusion à l’échelle du réseau des informations de topologie, les protocoles à routage géographique se suffisent d’une information de voisinage des nœuds, typiquement diffusée sous forme de trames de contrôles appelées hello, et de la connaissance des positions des nœuds et des destinations. Ces connaissances sont ensuite utilisées afin de déterminer le chemin qui doit être suivi par une trame de façon à progresser vers la destination.

Ces protocoles se divisent en trois catégories : les protocoles à coordonnées géo-graphiques physiques, à coordonnées géogéo-graphiques relatives et à coordonnées virtuelles.

3.2.8.1 Protocoles à coordonnées géographiques physiques

Les protocoles à coordonnées géographiques physiques [66], [63], [92] supposent que chaque nœud connait sa position géographique, celles des nœuds voisins et de la destination (passerelle). Dans ces conditions, chaque nœud est capable de d’évaluer la distance physique de ses nœuds voisins à la destination et utilise cette information pour acheminer les trames de données.

Greedy Geographic Routing Dans sa forme la plus simple, un protocole à coordon-nées géographiques physiques est dit géographique glouton (Greedy Geographic Routing protocol ) [66]. Lorsqu’un nœud reçoit une trame de données, il le relaie par l’intermédiaire de son voisin le plus proche de la destination, comme l’illustre la Figure 3.20. Dans cet exemple, le nœud A souhaite délivrer une trame au nœud D. A choisit parmi ces voisins B1 − 4 le destinataire le plus proche de la destination, ici B3. Ce processus se répète jusqu’à la délivrance de la trame.

Figure 3.20 – Protocole Géographique Glouton

L’intérêt d’une telle méthode réside dans le peu d’information nécessaire afin de réaliser le routage. Il suffit en effet que chaque nœud découvre son voisinage radio. Pour cela, il suffit d’un envoi d’une trame de contrôle par nœud, soit N trames de contrôle pour construire la topologie de routage.

GFG et LeftHandGeoPR Ce schéma de routage est cependant insuffisant pour un usage dans les réseaux de capteurs urbains qui présentent des zones vides (void) de cap-teurs : par exemple un parc ou un square. Comme le montre la Figure 3.21, l’acheminement des données selon un tel protocole peut échouer. Dans ce nouvel exemple, le nœud A sou-haite délivrer une trame au nœud E. Le déroulement de l’algorithme glouton l’amène à transmettre le message à B qui le transmet à son tour à C. C ne possède aucun voisin qui ne soit plus proche que lui de la destination, l’algorithme glouton échoue donc.

Figure3.21 – Le routage géographique glouton : échec de l’acheminement en présence de zones non couvertes par des capteurs

Le protocole Greedy Face Greedy (GFG) [63] propose une solution à ce problème basée sur une technique de planarisation du graphe de connectivité [93]. Lorsqu’un nœud est plus proche de la destination que l’ensemble de ces voisins, choisit le prochain saut parmi les liens du graphe de connectivité selon la règle de la main gauche, permettant ainsi de contourner les zones vides.

Cette approche repose cependant sur deux hypothèses peu réalistes dans le cadre d’un déploiement de réseau urbain de capteurs : la connaissance des positions géographiques exactes des nœuds et d’un graphe de communication de type unit disk graph (UDG), i.e. la portée de communication entre deux nœuds ne dépend que de la distance.

Afin de relâcher la première hypothèse, le protocole LeftHandGeoPR [93] propose de substituer l’étape de planarisation d’un graphe par le mécanisme suivant. À chaque émis-sion, l’identifiant du nœud émetteur est enregistré dans l’entête de routage de la trame en question. Sur la base de cette information, chaque nœud du chemin applique un jeu de trois règles de routage afin contourner les zones vides de nœud. Ces trois règles : "ne

jamais envoyer une trame à un voisin à qui la trame a déjà été envoyée", "renvoyer la trame à un voisin uniquement si c’est le seul voisin à qui le nœud n’a pas transmis cette trame" et "s’il y a plusieurs choix de voisins à qui renvoyer une trame, la renvoyer à celui qui l’a envoyée en dernier" réalisent un parcours en profondeur du graphe de connectivité, permettant ainsi de découvrir un chemin jusqu’à la destination souhaitée.

3.2.8.2 Protocoles à coordonnées géographiques relatives

Les protocoles à coordonnées géographiques relatives proposent de relâcher davantage l’hypothèse de connaissance des coordonnées géographiques physiques des nœuds. Ces pro-tocoles, e.g. [64], [65], [94], [95], [96], [97], proposent de déployer un nombre restreint de nœuds ancres, dont la position géographique est connu et d’exprimer les coordonnées de chaque nœud du réseau selon les distances relatives à chacune de ces positions de réfé-rence. Nous observons ici que cette approche s’apparente donc à un protocole à vecteur de distances, en particulier lorsque le seul nœud ancre est la passerelle.

De cette observation, nous déduisons que le trafic de contrôle engendré par une telle approche est similaire en volume à une approche à vecteur de distances. Celle-ci nous interpelle également sur le choix de l’expression de la relation de proximité entre nœuds du réseau par l’usage de la distance euclidienne, c’est à dire la distance physique qui sépare les nœuds. En effet, comme illustré dans les Chapitres 2 et 9 (en particulier par la Figure 9.1), les probabilités de réalisation des liens et leurs distances respectives ne présentent qu’une faible corrélation pour des distances supérieures à 50m. Ainsi, la distance du lien considéré nous donne que peu d’information sur la fiabilité de celui-ci.

3.2.8.3 Protocoles à coordonnées géographiques virtuelles

Faisant ce même constat, les protocoles géographiques à coordonnées virtuelles [98], [99] proposent de s’affranchir complètement de l’usage des coordonnées physiques des nœuds, en leur substituant des coordonnées virtuelles. Ces coordonnées virtuelles, calculées lors de la phase d’initialisation du réseau, sont utilisées de la même façon que les coordonnées physiques.

3-rules Routing Le protocole 3rules-Routing [98] propose ainsi que les coordonnées des nœuds capteurs soient initialisées à des valeurs aléatoires à l’exception de la passerelle qui reçoit les coordonnées (0, 0). Chacun des nœuds autres que la passerelle mettent à jour leurs coordonnées en fonction des coordonnées des voisins perçus selon la formule du barycentre. Ces coordonnées sont alors utilisées par un protocole de routage géographique tel que décrit dans [93].

Ici encore, nous sommes frappés par la similitude de la proposition avec les protocoles à vecteur de distances. On constate que la seule information pertinente diffusée dans le réseau est le couple de coordonnées de la passerelle. En effet, les coordonnées de chacun des nœuds dépend d’une part de coordonnées choisies aléatoirement, donc n’apportant pas d’information utile sur la topologie, et des coordonnées de la passerelle, diffusées de proche en proche sous forme agrégée (somme de coordonnées pondérées). Nous constatons également que les composantes du couple de coordonnées jouent un rôle symétrique dans la formule du barycentre, i.e. x0 =

P

noeuds voisinsxvoisin

nombre voisins et y0 =

P

noeuds voisinsyvoisin

nombre voisins ainsi que dans la formule d’évaluation de l’avancement vers la destination, basée sur la formule de la distance euclidienne d = p(xnoeud− xdestination)2+ (ynoeud− ydestination)2. Ce constat suggère donc qu’une unique coordonnée par nœud, e.g. un scalaire, pourrait être substituée à un couple de coordonnées tel qu’utilisé par les protocoles à coordonnées géographiques,

auquel cas, si prouvé, un protocole à coordonnées géographiques virtuel serait une sous-familles des protocoles à vecteur de distance.

Compte tenu de ces observations et des caractéristiques d’un réseau de télé-relève de compteurs gaz/eau, nous privilégions l’implémentation d’un protocole de routage à vecteur de distances plutôt qu’un protocole de routage à coordonnées géographiques. Nous notons en effet que les protocoles de routage à coordonnées géographiques reposent sur deux hypo-thèses qui limitent l’intérêt de l’approche dans un tel scénario : la connaissance des positions géographiques exactes des nœuds et un graphe de communication de type unit disk graph (UDG). Nous notons également que les tentatives de relaxation de la première hypothèse impliquent des mécanismes similaires à un protocole à vecteur de distance et constatons que l’hypothèse de modèle de propagation ne permet pas de prendre en considération la variabilité des conditions de propagation de l’environnement urbain.

À ce stade de l’étude, nous recommandons donc un protocole de routage à topologie plane construite pro-activement selon un mécanisme d’évaluation des chemins à vecteur de distances. Afin de finaliser la caractérisation du plan de données auquel doit se conformer une implémentation suivant nos recommandations, nous proposons une discussion sur le type de critère utilisé pour choisir les liens de la topologie.