L’utilisation d’un m´edium sans fil dans le r´eseau d’infrastructure pr´esente un certain nombre d’in-conv´enients, principalement en terme de performances. La latence d’un lien Ethernet avoisine les 0, 2 ms lorsque la latence d’un lien IEEE 802.11 approche 1 ms. De plus, la nature diffusante du m´edium ra-dio peut rendre caducs certains choix r´ealis´es lors de la conception de Cellular IP pour des r´eseaux d’infrastructure filaires.
Tout d’abord, la topologie du r´eseau d’infrastructure ne sera probablement pas arborescente, `a moins de faire usage d’antennes directionnelles ou de disposer les stations de base de telle mani`ere `a empˆecher les cycles dans la topologie. Compte tenu du caract`ere dynamique du routage d’infrastructure, les routes ´
etant mises `a jour au fur et `a mesure que les paquets transitent `a travers ce r´eseau, il est probable que la structure du r´eseau d’acc`es soit r´eguli`erement modifi´ee. En cons´equence, il peut ˆetre profitable de ne plus transmettre les paquets Route update en mode point `a point (unicast) au sein du r´eseau d’acc`es, mais plutˆot en mode diffusion locale (broadcast). Ce type d’approche peut, se r´ev´eler profitable puisque le mode diffusion du protocole IEEE 802.11 n’est pas acquitt´e, il pr´esente de plus faibles d´elais de transmission. L’absence d’acquittements peut se r´ev´eler probl´ematique sur un m´edium peu fiable, mais il est possible pour les routeurs non-destinataires de ce paquet de contrˆole de tirer parti des informations qu’il contient, mettant `a jour ses tables de routage plus rapidement qu’il ne l’aurait fait en attendant l’expiration d’une temporisation.
Une approche interm´ediaire est par ailleurs envisageable. Compte tenu de la structure logique arbo-rescente pr´evue par Cellular IP, chaque nœud d’infrastructure peut identifier pr´ecis´ement son p`ere dans l’arbre de routage. Il est donc possible de concevoir, pour la transmission des paquets Route Update, un mode hybride entre le mode point `a point et le mode diffusion. Ce mode de transmission, que nous appelle-rons diffusion acquitt´ee (Acknowledged Broadcast), aurait le comportement d’une diffusion dans le sens o`u tous les nœuds `a port´ee de transmission pourraient tirer parti des informations contenues dans le paquet de signalisation. Parall`element, la hi´erarchie de routage permet au p`ere du nœud ´emetteur dans l’arbre, principal destinataire du message, d’´emettre un acquittement en r´eponse. L’architecture hi´erarchique r´esout dans ce cas le probl`eme de la s´election du nœud charg´e d’acquitter les messages diffus´es par un autre nœud sans fil, sans risque de collision entre de multiples acquittements. Par ailleurs, l’absence de
mobilit´e des nœuds d’infrastructure ´elimine la confusion usuelle entre collision et sortie du destinataire de la zone de couverture. En pratique, ce type d’approche, peut ˆetre r´ealis´e au moyen d’´emissions en mode point `a point alors que tous les nœuds d’infrastructure sont en mode ´ecoute (promiscuous).
Le mode de transmission point `a point repr´esente la solution la plus fiable et la plus coˆuteuse en terme de ressources du r´eseau. Chaque trame est pr´ec´ed´ee par un ´echange RTS-CTS, optionnel mais utilis´e ici afin d’en ´evaluer le coˆut, et doit ˆetre acquitt´ee. Le mode diffusion n’est, `a l’inverse, ni prot´eg´e, ni acquitt´e. La diffusion acquitt´ee, en termes de performances, se comportera comme le mode point `a point sans ´echange RTS-CTS pr´ealable. Si l’on consid`ere un canal `a 2 M bit/s, envoyer une trame Route Update de 36 octets en mode diffusion prend, en moyenne, 832 µs. L’envoi de la mˆeme trame en mode diffusion acquitt´ee durera 1146 µs et 1 646 µs en mode point `a point.
Nous avons ´etudi´e les trois modes de transmission des paquets Route Update possibles par le biais de simulations au moyen du simulateur NS-21 en version 2.27. Afin d’´etudier les performances brutes de ces trois modes de transmission, nous avons choisi, dans un premier temps, de ne pas tirer parti des informations pouvant ˆetre obtenues par les nœuds d’infrastructure lors de l’utilisation des modes diffusion et diffusion acquitt´ee.
La topologie consid´er´ee pour ces simulations et pour les suivantes est constitu´ee de neuf nœuds d’infrastructure autour desquels s’articule un r´eseau ad hoc de deux `a soixante-quatre nœuds. Les mobiles se d´eplacent selon le mod`ele de mobilit´e Random Waypoint [CBD02], c’est-`a-dire que chaque mobile tire une destination al´eatoire, s’y rend avec une vitesse al´eatoire, reste sur place pendant un temps al´eatoire et recommence le processus. La vitesse maximale des mobiles a ´et´e fix´ee `a 50 m/s. Le trafic dans le r´eseau est constitu´e de un `a trente-deux flux `a un d´ebit constant de cinq paquets de 500 octets par seconde, c’est-`a-dire 20 kbit/s. Toutes les donn´ees sont ´emises `a un d´ebit de 2 M bit/s afin de ne pas introduire de diff´erence de d´ebit entre les diff´erents modes de transmission. Il faut cependant noter que les modes point `a point et diffusion acquitt´ee pourraient b´en´eficier de taux de transfert plus ´elev´es. Les r´esultats pr´esent´es ici repr´esentent les r´esultats moyens sur 50 simulations.
Le protocole ´etudi´e est une version modifi´ee de Cellular IP afin d’interagir avec un r´eseau ad hoc sous-jacent et utilisant un r´eseau d’infrastructure sans fil. Les mobiles ainsi que les stations de base participent au routage ad hoc. Tous ´emettent donc des paquets de contrˆole ad hoc contenant la liste de leurs voisins ainsi que l’identit´e de la station de base qu’ils ont choisie pour les mobiles. Les stations de base remplacent cette derni`ere information par l’indication du fait qu’elles sont des stations de base. Ces messages sont ´emis `a une p´eriode de 200 ms. Ces paquets jouent `a la fois le rˆole de paquets Hello pour le protocole de routage ad hoc et de paquets Route Update ou BS advertisement pour Cellular IP. Les notifications de mobilit´e sont implicitement initi´ees par les mobiles. Lorsqu’une station de base re¸coit un paquet de routage ad hoc de la part d’un mobile, elle convertit ce dernier en paquet Route Update et le transmet `a destination de la passerelle par le biais de l’infrastructure. Une route dans l’infrastructure expire au bout de 500 ms, soit un temps ´equivalent `a la perte de deux paquets Route Update et demi. Si aucune route vers le destinataire d’un paquet de donn´ees n’est pr´esente dans l’infrastructure, ce paquet est transmis `a la passerelle qui le re-dirige ou le d´etruit si elle non plus ne poss`ede aucune information sur la localisation du destinataire. Les mobiles transmettent toujours leurs paquets de donn´ees `a la station de base `a laquelle ils sont attach´es.
Ces paquets de contrˆole peuvent repr´esenter un volume de donn´ees cons´equent. Cependant, ils trans-portent des informations importantes pour la gestion du r´eseau et ne devraient ni ˆetre perdus, ni ˆetre retard´es. La perte de tels paquets entraˆınera une inconsistance des tables de routage ne comportant pas suffisamment d’informations ou voyant des informations valides expirer. Un trop grand d´elai dans la transmission de ces paquets, r´esultera, `a l’inverse, dans la persistance d’informations p´erim´ees. Il n’est donc pas ais´e de d´eterminer intuitivement s’il est pr´ef´erable d’utiliser une transmission prot´eg´ee introduisant un d´elai dans l’acc`es au m´edium ou une transmission rapide et fragile.
La figure4.7 pr´esente le nombre de paquets de donn´ees perdus `a cause d’une absence de route vers la destination. Ce type de situation survient lorsque les entr´ees dans les tables de routage correspondant au destinataire ont expir´e et que les nouvelles informations ne sont pas parvenues `a la passerelle. Les paquets de donn´ees concern´es sont transmis `a la passerelle qui, ne poss´edant aucune information sur la localisation du mobile, d´etruit le paquet. On peut remarquer que la transmission des paquets Route Update en mode point `a point conduit au plus grand volume de pertes lorsque le m´edium est satur´e. Le d´elai introduit par la protection des trames provoque un retard dans la propagation de ces trames et une expiration des routes dans les tables.
Diffusion acquittée Diffusion Point−à−point 32 48 64 Nombre de noeuds mobiles 24
28 32 Nombre de flux 400 500 600 700 800 900 1000 Nombre de paquets perdus
Fig. 4.7 – Pertes de paquets de donn´ees dues `a une absence de route
La figure 4.8 pr´esente le nombre de paquets de donn´ees perdus apr`es avoir d´epass´e le nombre de retransmissions au niveau MAC autoris´e. En g´en´eral, ce type de pertes survient lorsqu’un mobile n’est plus accessible `a partir de cette station de base mais que la route correspondante dans les tables de routage fait encore r´ef´erence son ancienne station de base d’attache. Dans ce type de situation, la transmission des messages Route Update en mode diffusion conduit `a la plus grande perte de paquets de donn´ees en raison de la faible fiabilit´e de ce mode de transmission.
Diffusion acquittée Diffusion Point−à−point 24 32 48 64 Nombre de noeuds mobiles 24
28 32 Nombre de flux 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 Nombre de paquets perdus
Fig. 4.8 – Pertes de paquets de donn´ees dues `a une disparition du destinataire
Chacune des deux strat´egies pr´esente, comme nous venons de le voir, des avantages et des in-conv´enients. Il est toujours difficile de pr´evoir laquelle conduira au meilleur fonctionnement du r´eseau. La diffusion acquitt´ee repr´esentant une approche m´ediane, elle pourrait aussi bien conduire au meilleur r´esultat qu’au pire. La figure4.9repr´esente le total de paquets de donn´ees correctement transmis pour chacune des situations simul´ees. D`es que le m´edium radio est satur´e, le mode diffusion repr´esente la solution la plus performante et son taux de r´eussite d´epasse celui du mode point `a point de 25 % dans le meilleur cas. La diffusion acquitt´ee reste une approche m´ediane.
Le nombre de paquets transmis avec succ`es est donc plus sensible `a la charge du m´edium qu’`a la pertinence des tables de routage. Tant que la capacit´e du m´edium n’est pas satur´ee, les performances des trois approches sont ´equivalentes. Puis, le surcoˆut introduit par le mode de transmission des paquets de contrˆole provoque une d´egradation des performances du protocole. Enfin, lorsque le m´edium devient satur´e quel que soit le mode de transmission des paquets de contrˆole, les performances des trois approches redeviennent ´equivalentes.
Diffusion acquittée Diffusion Point−à−point