Simulation 2

Dans cette section, nous allons présenter les résultats de comparaison des performances de la version standard du protocole OLSR par rapport aux protocoles modifiés relatifs aux modèles susmentionnés, à savoir : le modèle relatif à la métrique de bande passante (QOLSR), le modèle relatif au paramètre de mobilité (MobOLSR), les modèles qui combinent (par une fonction somme ou par une fonction produit) la mobilité et la bande passante sum_bandwidth-mobility respect prd_bandwidth-mobility (Sum-OLSR et PRD-OLSR) et le modèle généralisé qui combine la bande passante, la mobilité et l’énergie (EN-OLSR).

Rappelons que les versions MobOLSR, Sum-OLSR et PRD-OLSR et ENOLSR correspondent aux protocoles OLSR modifié. Contraitrement au protocole standard OLSR qui, dans le processus de selection des MPRs, choisi un ensemble minimale des voisins à un saut de telle sorte à couvrir tous les voisins à deux sauts. MobOLSR choisi les nœuds les plus stables. Sum-

OLSR et PRD-OLSR cherchent à choisir les nœuds les plus stables offrant une bande pasasnte

optimale. Quant au protocole ENOLSR, il choisi les nœuds les plus stables, à énergie importante et qui offrent une banda passante optimale.

6.4.2.1 Présentation de la solution

Notre démarche est comme suit : Si la bande passante est un facteur important et exigé par l’utilisateur final, la mobilité et l'énergie constituent généralement un défi inédit face aux garanties de cette ressource et particulièrement dans les environnements Adhoc. Jusqu'à présent, la majorité des protocoles de routage ont montré leurs faiblesses face aux environnements dynamiques et à l’épuisement soudain des ressources énergétiques dans le réseau.

Notre objectif consiste à gérer positivement la bande passante du réseau tout en tenant compte des contraintes d'énergie et de mobilité, afin d'améliorer les performances des protocoles de routage et de prolonger la durée de vie des réseaux Manets.

Au départ, nous commençons par donner les résultats de comparaison de notre approche basée uniquement sur les paramètres de mobilité. Ainsi, nous évaluons le protocole de notre première version du protocole OLSR modifiée (que nous appelons Mob-OLSR). MobOLSR utilise la métrique de mobilité proposée dans [114,115]. A ce sujet, Mob-OLSR sera comparée à la version standard du protocole OLSR (sans extension de QoS) et QOLSR (la plus connue du protocole

OLSR avec des extensions de QoS).

Les résultats obtenus nous ont logiquement amenés à penser à utiliser les paramètres de mobilité pour répondre aux exigences de qualité de service. Par conséquent, nous nous sommes concentrés sur la maximisation de la bande passante en tenant compte des contraintes de mobilité. À cet égard, deux métriques sont proposées. La première est basée sur la somme et la seconde est fondée sur le produit. Les deux métriques seront mises à l’épreuve après leurs intégrations dans le protocole original OLSR.

À cause de son surcoût généré (par rapport au critère basé sur le produit) en terme de PDF, nous avons éliminé le critère basé sur la somme. Toutefois, il est important de mentionner que ce dernier a de bonnes performances en comparaison avec le protocole QOLSR.

Dans un deuxième temps, et afin de maximiser la bande passante, tout en tenant compte des contraintes de mobilité et d'énergie, une nouvelle métrique généralisée est présentée.

La métrique généralisée sera intégré au protocole OLSR et comparée aux différents protocoles proposés PRD-OLSR et Mob OLSR et QOLSR

Il est à signaler que ce travail est parmi les premiers efforts visant à exploiter les contraintes de mobilité et d’énergie des nœuds dans les MANETs.

Pour simuler la version standard du protocole OLSR et les versions modifiées liées à nos critères présentés précédemment, nous avons utilisé la version du protocole OLSR adapté à la version 2.33 du simulateur réseau NS2 [123-124 ].

A cet égard, nous utilisons un réseau composé de 50 nœuds mobiles. Ces nœuds se déplacent aléatoirement dans une superficie de 800x 600m² selon le modèle de mobilité RWP. En outre, et pour assurer un environnement très dynamique (le pire des cas), nous avons considéré le modèle de mobilité RWP avec un temps de pause égal à 0. Les nœuds peuvent se déplacer arbitrairement avec une vitesse maximale de 140km/h. Le temps des simulations est de 100s.

Nous avons utilisé un modèle de trafic aléatoire distribué de type CBR (Constant Bit Rate) pour permettre à chaque nœud du réseau d'être une source et/ou une destination potentielle de trafic. La taille des paquets CBR est fixée à 512 octets. À chaque connexion, les sources transmettent à un taux de 10 paquets par seconde. Toutes les connexions (sources – destination) commencent à des moments répartis uniformément entre 5 et 90 secondes. Le nombre total des connexions est de 8 et chaque simulation dure 100s.

Pour chaque point représentatif présenté, 40 scénarios aléatoires sont générés. Les indicateurs des simulations sont ensuite statistiquement présentés par la moyenne des valeurs obtenues. Cela réduit les chances que les observations soient dominées par certains scénarios qui favorisent un protocole sur l'autre.

Comme nous nous intéressons aux environnements très dynamiques (à forte mobilité), et pour permettre la mise à jour rapide de la base de données de topologie, nous avons réduit l'intervalle de transmission des messages Hello et TC sont 0.5seconde et 3secondes, respectivement.

En outre, nous avons évalué le comportement des indicateurs pour différents niveaux de mobilité en faisant varier la vitesse maximale des nœuds entre 0 km/h (pas de mobilité) et 140 km/h (forte mobilité).

6.4.2.2 Comparaison du protocole MobOLSR avec OLSR et QOLSR

La Figure 6.7 montre que les protocoles modifiés Mob-OLSR et QOLSR assurent de bonnes performances en termes de délai par rapport à la version standard du protocole OLSR, et ce pour toutes les valeurs de la vitesse.

Précisément, pour un environnement à forte mobilité, le délai enregistré par les protocoles

QOLSR et MobOLSR est d'environ 1,25 secondes (amélioration de 0,4 seconde) en comparaison

avec le protocole standard. Dans le cas statique, le délai diminue à 1,25 seconde (amélioration de 0.1seconde par rapport à OLSR original).

Pour le protocole standard OLSR le délai obtenu est de deux fois plus important et dépasse 2,1 secondes pour un environnement à forte mobilité et atteint 1,4 seconde lorsque la mobilité est réduite.

Pour les vitesses intermédiaires (de 40m/s à 100m/s) une légère différence entre MobOLSR et QOLSR est remarquée (amélioration par 0.1seconde pour MobOLSR par rapport à QOLSR pour une vitesse maximale (0m/s et 30m/s)). Cela nous permet de conclure que MobOLSR se comporte mieux que QOLSR pour les vitesses intermédiaires.

Selon la Figure 6.8, le protocole OLSR original et le protocole MobOLSR assurent dans l'ensemble le même taux de livraison des paquets avec succès (PDF) pour toutes les vitesses maximales avec une légère amélioration pour le protocole OLSR original pour toutes les vitesses maximales. De lay 1 1.5 2 2.5 0 20 40 60 80 100 pause time(s) de la y (s ) OLSR QOLSR MOBOLSR

En effet, on peut constater que le nombre de paquets perdus sur le chemin est semblable pour toutes les vitesses maximales qui sont d'environ 45%, au pire des cas pour OLSR original et

MobOLSR et de 35% pour QOLSR.

Pdf 30 45 60 75 90 0 20 40 60 80 100 pause time ra te (% ) OLSR QOLSR MOBOLSR

Figure 6.8 Comparaison du taux de paquets livrés avec succès pour les trois versions du protocole OLSR

En outre, le ratio est encore dégradé pour un réseau en constante évolution (c'est à dire à très grande vitesse) que pour des conditions de réseau statique, car le nombre des défauts des liens augmente avec la mobilité. Cependant, il est intéressant de noter que même dans des conditions de topologie statique, les nœuds émetteurs n’assurent pas une livraison des paquets à 100%, mais seulement une livraison de 85% à 89%. Cela montre clairement l'impact de la congestion du réseau et l'interférence des paquets qui augmentent la charge dans le réseau. En outre, lorsque l'on compare MobOLSR et OLSR original par rapport à QOLSR, le protocole QOLSR présente une dégradation remarquable sur le PDF pour toutes les vitesses maximales. C'est parce que QOLSR ne tient pas compte de l'état des liens dans le processus de sélection des MPRs. En résumé, nous pouvons dire que le protocole MobOLSR est mieux adapté à tous les niveaux de mobilité de 0m/s (pas de mobilité) à 40m / s (à très forte mobilité).

La figure 6.9, montre le débit moyen pour les trois versions du protocole. Les protocoles

OLSR original et MobOLSR assurent dans l'ensemble le même débit moyen pour toutes les

vitesses maximales qui sont d'environ 125 kbits/s au plus pire des cas.

La plus faible valeur du ratio s’affiche pour les réseaux en constante évolution que pour des réseaux statiques. En outre, il est intéressant de noter que, même avec des conditions de topologie statique, le débit moyen du réseau ne parvient pas à la capacité du canal (5 Mb/s), mais seulement à 230 kbps. Cela montre clairement l'impact de la congestion du réseau et l'interférence des paquets ; ce qui augmente la charge dans le réseau.

Avg Throughput 110 140 170 200 230 0 20 40 60 80 100 pause time (s) OLSR QOLSR MOBOLSR

Figure 6.9 Comparaison du débit pour les trois versions du protocole OLSR

Ainsi, QOLSR assure une amélioration de 10kb/s par comparaison à MobOLSR et OLSR original pour toutes les vitesses maximales.

La figure 6.10 illustre la charge de routage normalisée (NRL : normalized routing load) introduite dans le réseau pour les trois versions du protocole OLSR, où le nombre de paquets de routage est rationalisé par rapport aux paquets de données envoyés. Une surcharge assez stable des messages de contrôle serait une propriété souhaitable si l’on considère que les performances indiquent que la surcharge du trafic de contrôle augmente linéairement avec la vitesse maximale des nœuds en raison du nombre de messages nécessaires pour établir et maintenir la connexion. Le protocole OLSR original et le protocole MobOLSR produisent la plus faible quantité NRL par rapport au protocole QOLSR pour toutes les valeurs de vitesse maximale. En outre, le protocole

OLSR original et le protocole MobOLSR produisent les mêmes charges de routage pour toutes les

vitesses maximales. NRL 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 20 40 60 80 100 pause time (s) ra te (% ) OLSR QOLSR MOBOLSR

Figure 6.10 Comparaison du NRL pour les trois versions du protocole OLSR

Dans le pire des cas (à la valeur maximale de la vitesse de 40m / s), le NRL arrive jusqu’à 2,1% pour le protocole QOLSR et 1,3% pour le protocole OLSR original. Précisément, par

rapport au protocole QOLSR, les protocoles MobOLSR et OLSR originaux produisent deux fois moins de paquets de routage. C'est ce qui explique que notre critère proposé à la base du paramètre de mobilité, demande moins de paquets de routage pour établir et maintenir les routes dans le réseau. Collision 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 20 40 60 80 100 pause time N b re ( # ) OLSR QOLSR MOBOLSR

Figure 6.11 Comparaison des collisions pour les trois versions du protocole OLSR

Les collisions sont un phénomène commun dans un média partagé. Les collisions des paquets peuvent entraîner la perte de l'intégrité des paquets. Elles nuisent à la performance du réseau et en particulier la qualité de service perçue par l'utilisateur final. Les interférences et la qualité de service (QoS) sur des environnements radios sont deux critères qui doivent être abordés lors de l'élaboration des normes des prochaines générations de réseau sans fils.

La figure 6.11, montre que le protocole OLSR original produit la plus faible quantité de paquets en collision par rapport à MobOLSR et QOLSR. Cependant, nous remarquons que notre protocole proposé MobOLSR assure une amélioration de 56% par rapport à QOLSR, le célèbre protocole OLSR avec des extensions de QoS pour les MANETs.

Le nombre moyen de paquets en collision pour QOLSR (respectivement MobOLSR et le protocole OLSR original) est de 30000 (respectivement 17000, et 11000) pour toutes les vitesses maximales.

6.4.2.3 Comparaison de OLSRMet1 et OLSRMet2 par rapport à QOLSR

La figure 6.12 illustre le délai moyen de bout en bout pour les protocoles proposés (OLSRMet1, OLSRMet2, MobOLSR et QOLSR). En comparaison avec QOLSR, il est intéressant de noter que nos protocoles proposés MobOLSR et OLSRMet2 offrent de bons résultats dans une topologie dynamique (amélioration de 0,5 s pour une vitesse maximale de 40m/s à 80m/s).

En outre, nous pouvons voir (Figure 6.13) que OLSRMet2 se comporte bien en termes de

PDF, par rapport aux autres protocoles proposés (OLSRMet1, MobOLSR et QOLSR) pour toutes

les vitesses maximales. Précisément, pour OLSRMet2 le délai devient deux fois plus faible que pour QOLSR.

indiquée dans la figure 6.14. Delay 1 1.5 2 2.5 0 20 40 60 80 100 pause time(s) de la y (m s) QOLSR MobOLSR OLSRMet1 OLSRMet2

Figure 6.12 Comparaison des trois versions du protocole OLSR en termes de délai.

Pdf 30 45 60 75 90 0 20 40 60 80 100 pause time ra te (% ) QOLSR MobOLSR OLSRMet1 OLSRMet2

Figure 6.13 Comparaison des trois versions du protocole OLSR en termes de PDF

Cependant, nous remarquons que OLSRMet2 se comporte mieux que MobOLSR et OLSRMet1. C'est parce que OLSRMet2 sélectionne des chemins stables offrant une bande passante optimale. Ceci est confirmé par l'amélioration constatée dans le paramètre PDF.

Avg Throughput 110 140 170 200 230 0 20 40 60 80 100 pause time (s) QOLSR MobOLSR OLSRMet1 OLSRMet2

Le protocole MobOLSR produit la plus faible charge de routage (NRL) par rapport aux protocoles OLSRMet1 et OLSRMet2 durant toutes les valeurs de vitesse maximale (Figure 6.15). En outre, nous remarquons que les protocoles OLSRMet1 et OLSRMet2 produisent moins de quantité de NRL par rapport à QOLSR pour toutes les vitesses maximales.

NRL 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 20 40_{pause time (s)}60 80 100 ra te ( % ) QOLSR MobOLSR OLSRMet1 OLSRMet2

Figure 6.15 Comparaison des trois versions du protocole OLSR en termes de NRL

C'est ce qui explique que notre critère proposé, qui se base sur des paramètres de mobilité, demande moins de paquets de routage pour établir et maintenir les routes dans le réseau.

La figure 6.16, montre que le protocole QOLSR produit le plus de paquets en collision par rapport aux autres protocoles proposés.

La moyenne des paquets en collision pour QOLSR (respectivement OLSRMet1 et OLSRMet2) est de 33000 (respectivement 25000) pour toutes les vitesses maximales. En resumé,

QOLSR produit un environnement interféré en comparaison avec nos protocoles proposés.

Collision 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 20 40 60 80 100 pause time N br e (# ) QOLSR MobOLSR OLSRMet1 OLSRMet2

ENOLSR utilise la métrique composée avec des contraintes d'énergie; à partir de la figure 6.17

nous notons que ENOLSR trouve un compromis entre la bande passante, l'énergie et la mobilité. Notre protocole proposé sélectionne les routes stables offrant une bande passante optimale tout en prolongeant la durée de vie du réseau. OLSR fournit le plus grand délai par rapport aux protocoles proposés. Précisément, le délai de QOLSR et ENOLSR est d’environ 1,65 secondes (amélioration de 0,3 seconde par rapport à OLSR original) avec un taux de mobilité élevé (vitesse maximale égale à 140 kilomètres par heure) et diminue à près de 1,25 seconde (amélioration de 0.1sec par rapport à OLSR original) dans une topologie statique. Cela nous permet de conclure que les protocoles ENOLSR et QOLSR assurent dans l'ensemble le même délai. Toutefois, il est intéressant de noter que tous les protocoles proposés donnent de bons résultats que le protocole OLSR original en terme de délai. Une dégradation tolérable dans le débit est remarquée pour notre protocole proposé par rapport au protocole QOLSR. Ceci est justifié par l'amélioration perçue dans le paramètre PDF. En effet, durant le processus d'apprentissage de routes, notre protocole permet d'éviter les nœuds avec une mobilité élevée et de faible énergie résiduelle, même s’ils offrent une bande passante élevée.

Le protocole QOLSR fournit la plus grande valeur de NRL par rapport aux autres protocoles.

ENOLSR assure un NRL optimal. Il dépasse le NRL induit par le protocole OLSR et MobOLSR et

reste inférieur à celui de QOLSR. Dans le pire des cas (à la valeur de la vitesse maximale de 40 m/s), le NRL augmente jusqu’à 2,1% pour le protocole QOLSR, 1,3% pour le protocole OLSR original et 1,6% pour ENOLSR, MobOLSR, OLSRMet1 et OLSRMet2.

Collision 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 20 40 60 80 100 pause time

OLSR QOLSR MOBOLSR MET1 MET2 EN_OLSR

Figure 6.17 Comparaison du protocole ENOLSR: collision

En outre, QOLSR assure un taux bas de PDF par rapport aux protocoles proposés. Une amélioration de 10% est remarquée (respectivement de 65%) en comparaison avec le protocole

Figure 6.18 Comparaison des performances des nouvelles versions proposées du protocole OLSR

6.4.2.4 Prolongement de la durée de vie du réseau

Dans un environnement mobile, les nœuds égoïstes peuvent avoir un impact majeur sur les performances des solutions présentées dans la section 6.3. Dans certains cas extrêmes, ces nœuds malveillants peuvent causer de sérieux dénis de service. Le principal problème vient du fait que les MPRs et les chemins de réseau optimaux sont sélectionnés sur la base d’informations privées révélées par les nœuds. Les nœuds égoïstes peuvent révéler de fausses informations, si ce comportement peut économiser leur énergie et leur degré de mobilité. En outre, l'un des principaux inconvénients du protocole OLSR classique est l'utilisation malveillante des messages TC. Un nœud malveillant compromis peut inonder le réseau avec de faux messages TC.

Afin d'augmenter la durée de vie du réseau, le protocole ENOLSR utilise l'énergie résiduelle du nœud dans le processus de routage (équation 1).

En particulier, pour les sous-sections suivantes, la simulation s’exécute pour 70 secondes. Les nœuds se déplacent de façon aléatoire selon le modèle de mobilité Random Waypoint (RWP) [96,101]. La vitesse peut atteindre 40 m/s et le temps de pause est égal à 10sec. Nous avons choisi le modèle d’énergie définie dans NS2 pour modéliser la consommation d'énergie dans les nœuds avec (Pt_consume = 3; Pr_consume = 2; P_idle = 0,07, P_sleep = 06; P_transition = 0,5). L'énergie initiale des nœuds est fixée à 160. A titre de comparaison, nous avons mesuré l'énergie moyenne des nœuds dans MPRSet pour les deux protocoles OLSR et ENOLSR

Delay 1 1.5 2 2.5 0 20 40 60 80 100 pause time d el ay

OLSR QOLSR MOBOLSR MET1 MET2 EN_OLSR

Pdf 30 45 60 75 90 0 20 40 60 80 100 pause time

OLSR QOLSR MOBOLSR MET1 MET2 EN_OLSR

Avg Throughput 110 140 170 200 230 0 20 40 60 80 100 pause time

OLSR QOLSR MOBOLSR MET1 MET2 EN_OLSR

NRL 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 20 40 60 80 100 pause time

MPR_Set Avg_Residual_energy 0 30 60 90 120 150 180 0 ₂7 5 .7 2 1 9 .9 1 2 .7 1 7 .2 2 4 .5 2 3 .9 2 8 .4 3 2 .1 3 9 .7 3 8 .5 4 2 .6 4 7 .7 4 9 .5 5 1 .1 5 6 .3 ₆0 6 4 .3 time en er g y OLSR EN_OLSR

Figure 6.19 Moyenne de l’énergie résiduelle de l’ensemble MPRSet pour OLSR et ENOLSR

La figure 6.19 montre que la consommation d'énergie pour le protocole OLSR original est linéaire. Pour le protocole ENOLSR, la durée de vie du réseau est prolongée. En effet, pour le protocole OLSR original (respectivement pour ENOLSR) le premier nœud décède après 17sec (respectivement 43s). C'est parce que pendant le processus normal de sélection des MPR utilisé par le protocole OLSR standard, les MPRs sont sélectionnés sur la base des paramètres d’accessibilité (nombre de nœuds accessibles à deux sauts: voisins à 2 sauts). Ceci induit une perte d'énergie pour les nœuds qui ont été élus à plusieurs reprises en tant que MPR.

Le gain apporté apparaît clairement dans un environnement où les nœuds sont intelligents et ne révèlent donc pas l’information réelle au cours du processus de sélection MPR, de peur qu'ils perdent leur énergie. Ainsi, le critère généralisé est conçu pour faire face aux nœuds égoïstes.

Conclusion

Répondre à des exigences de qualité de service de trafic dans les MANETs sont les principales fonctions de transmission requises pour les applications multimédias. Dans ce chapitre, nous avons discuté des différentes approches utilisées pour fournir une fonctionnalité de QoS dans OLSR. Notre métrique proposée est une tentative de faire usage des ressources disponibles et de trouver le chemin le plus optimal en fonction de plusieurs paramètres en tenant compte des paramètres de mobilité et d'énergie. La métrique proposée sélectionne le chemin le plus stable, en se basant sur la mobilité et l'information d'énergie et sur les exigences de qualité de service sur la bande passante. Nos approches proposées sont basées, totalement ou partiellement, sur le degré de mobilité, l'énergie résiduelle et la bande passante disponible qui sont quantifiés et évalués dans le temps par chaque nœud mobile dans le réseau.

La métrique proposée est censée supporter efficacement le trafic multimédia en temps réel avec différentes exigences de qualité de service. Les résultats de simulation montrent que les