Coexistence intelligente entre les flux dans les réseaux radio multisauts

Dans ce rapport, nous proposons une solution qui permet à un partage relativement équitable entre les flux best effort tout en n’ayant pas d’impact sur les flux nécessitant une certaine

Institut de la Francophonie pour l'Informatique

Coexistence intelligente entre les flux dans les réseaux radio multisauts

Rapport de stage de fin d’études

Réalisé par :

NGO Quang Minh

Promotion XIII - IFI

Sous la direction de :

Isabelle GUERIN LASSOUS

Professeur de l'Université Lyon 1

Hanọ, 2009

Table des matières

Remerciements 3

Résumé 4

Abstract 5

Introduction 7

Problématique 7

Objectifs 7

Contribution 8

Environnement de stage 8

I Introduction et état de l'art 10

1.1 Généralités sur les réseaux ad hoc 10

1.2 Généralités sur 802.11 13

1.2.1 Accès au médium radio 14

1.2.2 La méthode d'accès au médium radio CSMA/CA 15

1.2.3 Point Coordination Function (PCF) 16

1.3 Travaux concerné à la cohabitation de trafics QoS et Best Effort 16

II Méthode proposée 21

2.1 Idées utilisées 21

2.2 Estimation de la bande passante résiduelle 21

2.3 Algorithme d'allocation du débit des flux Best Effort 22

2.2 Régulation du débit des flux Best Effort 23

2.2.1 Réduction du débit des flux Best Effort 23

2.2.2 Augmentation du débit des flux Best Effort 26

III Implémentation et analyse des résultats 27

3.1 Difficultés d'implémentation 27

3.2 Résultats de simulation 27

3.2.1 Scénario simple de 2 paires 28

3.2.2 Scénario de trois paires 30

3.2.3 Topologies aléatoires 31

3.2.4 Taux d'acceptation des flux QoS 35

3.2.5 Evaluation de partage de la bande passante entre les flux Best Effort 36

Conclusion 38

Références 39

Remerciements

Je tiens a remercier Mme Isabelle GUERIN LASSOUS, professeur à l'Université Lyon 1, qui est mon superviseur et c'est un honneur pour moi d'être son étudiant C'est avec un réel plaisir que je repense aux moments durant lesquels nos incessantes réunions ont fait progresser pas a pas mon stage Même s'il n'apprécie pas particulièrement les grandes phrases et les égoles, je souhaite le remercier pour ses conseils, sa disponibilité et surtout son amitié Elle m'a toujours aidé dans les moments difficiles et m'a guidé dans la bonne direction dans mon travail

Ma reconnaissance s’adresse aussi aux professeurs à l’Institut de la Francophonie pour l’Informatique (IFI) Leurs cours m’ont apporté des connaissances et des suggestions qui sont utiles pour mon mémoire

Finalement, j’exprime mon entière reconnaissance à ma famille et mes amis pour leur soutien, leur aide et leurs encouragements Sans leur aide, je n’aurais pas pu achever ce mémoire

De manière native, les réseaux ad hoc ne fournissent pas de mécanismes afin de garantir une certaine qualité de service Par conséquent, les recherches dans ce domaine ont suscité un intérêt particulier ces dernières années Cependant, quelques protocoles de qualité de service ont été proposés pour ces réseaux La majeure partie de ces solutions considèrent que le réseau ne contient que des flux qui ont besoin de garanties Très peu de solutions s’intéressent à la coexistence des flux garantis avec des flux best effort Or assurer une telle coexistence a de nombreux avantages, comme par exemple, un meilleur taux d’acceptation des flux garantis ou une meilleure utilisation du réseau Dans ce rapport, nous proposons une solution qui permet à un partage relativement équitable entre les flux best effort tout en n’ayant pas d’impact sur les flux nécessitant une certaine qualité de service dans des réseaux

ad hoc basés sur la norme IEEE 802.11 A travers les simulations, nous comparons notre solution avec d’autres techniques d’estimation comme AODV, ABE et DRBT

Mots-clés : Coexistence des flux, Réseaux ad hoc, IEEE 802.11, Qualité de service

Natively, ad hoc networks do not provide mechanisms to ensure a certain quality of service Therefore, research in this area have attracted interest in recent years However, some protocols quality of service have been proposed for these networks Most of these solutions consider that the network contains only flows that require guaranteed Very few solutions are interested in the coexistence of guaranteed flows with best effort flows But providing such coexistence has many advantages, for example, a better acceptance rate of guaranteed flow

or a better network utilization In this report we propose a solution that allows a relatively equitable sharing between best effort flows without impact on flows which require a certain quality of service in ad hoc networks based on IEEE 802.11 Through simulations, we compare our solution with other estimation techniques such as AODV, ABE and DRBT

Keywords: Coexistence des flux, Réseaux ad hoc, IEEE 802.11, Qualité de service.

Liste des figures et des tableaux

Figure 1: Mécanisme d'esquive de collission du CSMA/CA 13

Figure 2: Scénario simple de deux flux (source [9]) 26

Figure 3: La somme totale des débits des flux Best Effort 31

Figure 4: La somme totale des débits des flux Best Effort 33

Table 1: Paramètres d'expériences 26

Table 2: Résultat de scénario de deux paires 27

Table 3: Résultat de scénario de trois paires 28

Table 4: Paramètres des flux CBR pour le test aléatoire 29

Table 5: Résultat de scénario aléatoire 30

Table 6: Paramètres des flux pour le test aléatoire avec les flux BE TCP 31

Table 7: Résultat de scénarios aléatoire avec les flux BE TCP 32

Table 8: Taux d'acceptation des flux QoS pour les tests aléatoires 34

Table 9: Tableau de l'indice de Jain pour le test aléatoire avec flux BE CBR 35

ce contexte ad hoc rend difficile le partage des ressources entre les différents flux Etant données les performances de ces réseaux, il semble utile de différencier les applications : celles qui exigent des garanties en terme de bande passante, de délai ou d'une métrique quelconque, communément appelés flux QoS, et d'autres qui sont beaucoup plus tolérantes à

la dégradation de leurs ressources appelées applications Best Effort

Pour les réseaux ad hoc, beaucoup de travaux se sont essentiellement concentrés sur la garantie de ressources pour les applications QoS sans se soucier de la présence des flux Best Effort ou sans optimiser la gestion des flux Best Effort Quelques protocoles de qualité de service ont été proposés pour ces réseaux La majeure partie de ces solutions considèrent que

le réseau ne contient que des flux qui ont besoin de garanties Très peu de solutions s'intéressent à la coexistence des flux garantis avec des flux best effort Or assurer une telle coexistence a de nombreux avantages, comme par exemple, un meilleur taux d'acceptation des flux garantis ou une meilleure utilisation du réseau

Les solutions actuelles qui s'intéressent à ce type de problème sont peu satisfaisantes Soit elles ne sont pas en mesure d'offrir de bonnes garanties pour les flux ayant besoin de QoS, soit elles ont une approche trop conservative pour les flux best effort qui pourraient avoir des débits meilleurs sans toutefois gêner les flux garantis

Objectifs

Le but de ce stage est d'améliorer la coexistence entre les flux garantis et les flux best effort

en mettant au point une solution capable de garantir un partage relativement équitable entre les flux best effort tout en n'ayant pas d'impact sur les flux nécessitant une certaine qualité de service Nous supposerons que les réseaux radio multisauts utilisent la technologie sans fil IEEE 802.11 [2]

Dans ce contexte mon travail a compris des tâches suivantes :

– Recherche bibliographique sur les travaux antérieurs

– Portage des programmes des protocoles ABE [10], DRBT [9] de NS 2.27 à NS 2.33 [12]– Proposition de nouvelles stratégies entre les flux Best Effort et les flux QoS

– Implémentation de la nouvelle solution sur le simulation NS2.33

– Expérimentation et test du programme

– Analyse des résultats

Nous avons proposé une nouvelle solution d'améliorer la coexistence entre les flux garantis

et les flux best effort, cette solution permet de garantir un partage relativement équitable entre les flux best effort tout en n'ayant pas d'impact sur les flux QoS Nous avons intégré l'allocation de débit utilisant un algorithme de Lagrangienne dans le protocole DRBT pour avoir les débits optimales des flux Best Effort Ce nouveau protocole est implémenté dans

NS 2 et donne de bons résultats par rapport aux protocoles AODV, ABE et DRBT

Environnement de stage

Mon stage a été réalisé au Département d’Ingénierie Informatique d'Université Claude

Bernard Lyon 1 et au laboratoire LIP (Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme) d'ENS

à Lyon en France du 4 Mars 2009 au 31 Novembre 2009 Tout au long de mon stage, je travaille sous la direction de Mme Isabelle Guérin-Lassous J'ai aussi participé aux activités

de recherche comme les séminaires

Le reste du document est organisé de la manière suivante Le premier chapitre présente brièvement les réseaux ad hoc ansi que les principaux problèmes généralement rencontrés dans ce type de réseau Nous discutons aussi des différents techniques utilisées dans les protocoles de qualité de service pour les réseaux ad hoc

Dans le deuxième chapitre nous proposons notre protocole capable de mieux dégrader le débit des flux non privilégiés afin d'augmenter le taux d'acceptation des flux avec qualité de service Cette dégradation est une combinaison de la méthode utilisée pour le protocole DRBT et la technique d'allocation de débit utilisée dans Profiterole [11]

Le troisième chapitre a pour but de présenter nos expérimentations et les résultats obtenus par cette nouvelle solution comparée aux approches existants Enfin, le dernier chapitre conclut ce stage en donnant des perspectives à ce travail Avant de rentrer dans le cœur du

document, il est important de noter que toutes les solutions proposées dans cette thèse reposent sur une version de 802.11 non modifiée.

I Introduction et état de l'art

Dans ce chapitre, nous présentons les réseaux ad hoc pour comprendre les phénomènes susceptibles de perturber les solutions de QoS Ensuite nous présentons les mécanismes et les problèmes liés au routage et enfin nous discutons brièvement des travaux antérieurs pour mettre en place de la qualité de service dans un contexte ad hoc

1.1 Généralités sur les réseaux ad hoc

Dans les réseaux ad hoc, chaque nœud peut aussi bien jouer le rôle d'émetteur (initiateur de

la communication), de routeur (relayage des informations vers d'autres mobiles) que de destinataire (réception et traitement des informations) La connectivité doit être préservée autant que possible en cas de changement de topologie (suite à l'apparition, la disparition ou aux mouvements de certains nœuds) sans intervention humaine

Le médium ou canal radio, partagé par tous les nœuds, est une ressource rare qui constitue un des points critiques des réseaux ad hoc :

– Une atténuation rapide du signal en fonction de la distance qui induit l'impossibilité pour l'émetteur de détecter une collision au moment de l'émission L'environnement peut aussi détériorer un signal à cause des phénomènes d'atténuation et de réflexion

ou de chemins multiples

– Les interférences : les liens radio n'étant pas isolés, une communication entre deux mobiles peut interférer sur d'autres communications rendant le décodage des informations parfois impossible

– Liens bidirectionnels : les liens radio ne sont pas toujours bidirectionnels Ainsi un mobile peut recevoir des données de la part d'un autre mobile sans que la réciproque soit vraie Ce phénomène pose un problème dans le processus de découverte de route car lorsqu'un chemin est créé, les informations de réponse ne peuvent pas toujours emprunter le chemin inverse, nécessitant la construction d'une nouvelle route Ce phénomène pose aussi un problème dès lors qu'on utilise des échanges point-à-point avec 802.11 puisque ces échanges ne peuvent fonctionner que sur des liens bidirectionnels

– La puissance du signal est réglementée par l'ART (Autorité de régulation des télécommunications) et donc limitée

– Un faible débit par rapport à un équivalent filaire

– L'énergie : les applications relatives aux réseaux sans fil tirent leur autonomie des batteries et les différentes opérations (émettre, recevoir des données, écouter le support radio) consomment de l'énergie non négligeable.

– Une faible sécurité : le canal radio n'étant pas isolé, il est très facile à l'aide d'une antenne espionne d'écouter les informations qui circulent sur le canal d'autant plus qu'il est partagé Les solutions se trouvent donc au niveau d'un cryptage par l'émetteur

– La mobilité des utilisateurs inhérente à ces réseaux peut se révéler un facteur contraignant car générant des modifications de topologies

– La versatilité du médium physique qui change rapidement entraîne une instabilité des transmissions radio

Une des grandes problématiques des réseaux ad hoc est la mise en place de politiques de routage Afin de permettre ces communications, les mobiles d'un réseau ad hoc doivent être capable d'acheminer les informations vers leur destinataire, relayé par des mobiles intermédiaires, c'est-à-dire d'effectuer un routage des données La gestion de l'acheminement

de données ou le routage consiste à assurer une stratégie qui doit permettre à n'importe quel moment, la connexion entre n'importe quelle paire de nœuds appartenant à un réseau La diffusion est utilisée afin d'inonder le réseau et les informations sont alors relayées de proche

en proche par les mobiles intermédiaires Evidemment, ce mode de fonctionnement consomme une quantité non négligeable de bande passante La plupart des protocoles de routage utilisés ont été conçus afin d'optimiser cette diffusion

Le but de ce stage n'est pas consacrée aux protocoles de routage ad hoc, mais pour implémenter et puis tester les techniques d'évaluation de ressources proposées, il nous a semblé pertinent de les intégrer dans des protocoles de routage avec qualité de service, comme nous le verrons par la suite C'est pourquoi je les présente ici

Concernant les protocoles de routage dans les réseaux ad hoc, il y a quatre grandes catégories : les protocoles proactifs, réactifs, hybrides et géographiques Premièrement, les protocoles

de routage proactifs maintiennent à jour une table de routage, de sorte que lorsqu'une application désire envoyer des données, la route est immédiatement connue Ces protocoles ont l'avantage de la disponibilité immédiate des routes vers tous les nœuds du réseau Au niveau de la table de routage, chaque nœud stocke pour chaque destination, l'identité du mobile à contacter La mise à jour de cette table de routage nécessite l'échange régulier de messages de contrôle, consommant une part non négligeable des ressources radio même en

l'absence de trafic L'inconvénient des protocoles proactifs est que le cỏt du maintien des informations de topologie et de routage même en absence de trafic de données ce qui implique une consommation continue de la bande passante.

Deuxièmement, les protocoles de routage réactifs restent inactifs tant qu'aucune application

ne sollicite l'envoi de données Ceci permet d'économiser de la bande passante et de l'énergie La procédure de découverte de route n'est enclenchée que lorsqu'un nœud souhaite envoyer des paquets vers un destinataire pour lequel aucune route n'est connue Une demande de route explicite vers ce destinataire est alors propagée à travers le réseau Cette inondation surcharge localement le réseau puisque tous les nœuds atteints doivent répéter la requête Si le réseau est mobile, le processus de reconstruction de route engendre de nouvelles inondations En conséquence, le délai des paquets peut augmenter très rapidement

Le principal avantage est de ne générer du trafic que si nécessaire mais cela implique une inondation du réseau cỏteuse en ressources Le protocole AODV [4] fait partie de la famille des protocoles réactifs C'est le protocole que nous avons utilisé pour implémenter notre approche Pour trouver une route vers un destinataire, AODV inonde le réseau avec des paquets Route Request (RREQ) Chaque nœud traversé par un paquet de RREQ stocke des informations sur le numéro de séquence du paquet, l'adresse des nœuds source et destination ainsi que l'adresse du nœud précédent Lorsque ces paquets de RREQ arrivent à la destination, un paquet de réponse Route Reply (RREP) est envoyé suivant le chemin inverse vers le nœud émetteur Ce paquet permet, au niveau de chaque nœud, de mettre à jour le saut suivant pour la route construite

Troisièmement, les protocoles de routage hybrides combinent les approches réactive et proactive Le principe est de connaỵtre le voisinage de manière proactive jusqu'à une certaine distance, et une recherche réactive est enclenchée lorsqu'une application cherche à envoyer des données à un nœud hors de cette zone Grâce à cette combinaison, le réseau est partagé

en plusieurs zones et la recherche de route en mode réactif est améliorée A la réception d'une requête de recherche réactive, un nœud a la possibilité d'indiquer immédiatement si la destination est dans son voisinage ou non

Quatrièmement, les protocoles de routage géographiques se basent sur des informations concernant la position des mobiles afin d'améliorer le processus de routage Un système de localisation est donc mis en place afin de connaỵtre à un instant donné la position des mobiles Le GPS est actuellement le système de localisation le plus utilisé même si d'autres algorithmes proposent de calculer la position des mobiles à l'aide d'autres paramètres comme

par exemple la puissance du signal Une fois que la position du mobile destinataire est évaluée, la diffusion des messages de recherche de route peut être orientée vers une direction précise, réduisant considérablement le trafic de découverte de route Un exemple de protocole géographique est le protocole LAR (Location-Aided Routing).

Tous ces protocoles cités précédemment sont sans qualité de service, c'est-à-dire que leur objectif est de trouver une route vers un mobile destinataire sans tenir compte de l'état des ressources à travers le réseau Pour certaines applications qui voient le jour, comme par exemple la diffusion de vidéo ou la téléphonie sur IP, les protocoles de routage précédents ne sont pas toujours en mesure d'assurer les contraintes demandées par ces applications Il semble donc nécessaire de s'orienter vers d'autres approches, comme par exemple la mise en place de qualité de service

la communication dans ce mode ne permet un échange de données qu'entre mobiles à portée

de communication mais aucunement entre mobiles distants Pour faire communiquer des mobiles distants dans un réseau radio multisaut, il est nécessaire de mettre en place un protocole e routage au-dessus de ce mode fourni par 802.11

1.2.1 Accès au médium radio

802.11 propose aussi deux mode d'accès au médium radio : un mode centralisé (ou PCF pour Point Coordination Function) qui nécessite l'utilisation de stations de base pour gérer les accès et un mode distribué (ou DCF pour Distributed Coordination Function) ó chaque terminal prend seul la décision d'accéder au canal ou de retarder sa transmission Ces deux modes d'accès au médium peuvent être utilisés dans le mode infrastructure alors que seul le mode distribué est possible dans le mode ad hoc Actuellement, le mode centralisé est peu implanté dans les cartes sans fil du marché et l'accès distribué est l'accès par défaut quel que soit le mode d’utilisation (infrastructure ou ad hoc)

Dans le mode DCF, les transmissions s'effectuent en mode diffusion ou broadcast, d'une station vers plusieurs récepteurs ou en mode point à point ou unicast, d'une station vers un unique récepteur Dans ce dernier cas, en cas de transmission réussie, le récepteur renvoie à l'émetteur une tram d'acquittement (ACK) afin d'indiquer à ce dernier que la trame de données a été reçue correctement Les trames envoyées en mode diffusion ne sont pas acquittés, du fait de la génération de plusieurs acquittements simultanés, ce qui entraỵnera des collisions potentielles sur les acquittements ainsi qu’une surcharge du réseau

La norme définit également trois variables temporelles ou IFS (Inter Frame Space) qui caractérisent le temps s'écoulant entre l’envoi des trames

– Le SIFS pour Short Inter Frame Space est utilisé pour séparer l'instant de réception des données et d'envoi d'un acquittement correspondant C'est le plus petit écart entre deux trames et il y a toujours, au plus, une seule station pour transmettre à cet instant Cette valeur est fixée par la couche physique et est calculée de façon à laisser le temps à la station émettrice de commuter en mode réception pour pouvoir décoder le paquet entrant Sa valeur est de 10 μs dans 802.11b

– Le DIFS (DCF Inter Frame Space) est le temps d'attente d'une station voulant commencer une nouvelle transmission Sa valeur est de 50 μs

– Enfin, l'EIFS (Extended Inter Frame Space) est défini par la norme de la manière

suivante : « L'EIFS doit être utilisé par la DCF à chaque fois que la couche physique

indique à la couche MAC qu'une transmission a commencé et qu'elle ne résulte pas

en une réception correcte de la trame MAC avec une valeur FCS correcte » Il n'est

actuellement pas clair si cette partie de la norme est correctement implantée dans les

cartes sans fil du marché et très souvent, la communauté considère que l'EIFS est utilisé quand une station perçoit un signal qu'elle ne peut décoder Elle diffère alors sa transmission d'un temps égal à EIFS, afin de ne pas provoquer de collision avec cette communication en cours Sa valeur est de 364 μs

1.2.2 La méthode d'accès au médium radio CSMA/CA

Dans un réseau local Ethernet classique, la méthode d'accès utilisée par les machines est le CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect), pour lequel chaque machine est libre de communiquer à n'importe quel moment Chaque machine envoyant un message vérifie qu'aucun autre message n'a été envoyé en même temps par une autre machine Si c'est le cas, les deux machines patientent pendant un temps aléatoire avant de recommencer à émettre

Dans un environnement sans fil ce procédé n'est pas possible dans la mesure ó deux stations communiquant avec un récepteur ne s'entendent pas forcément mutuellement en raison de leur rayon de portée Ainsi la norme 802.11 propose un protocole similaire appelé CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

Le protocole CSMA/CA utilise un mécanisme d'esquive de collision basé sur un principe d'accusé de réceptions réciproques entre l'émetteur et le récepteur :

Figure 1: Mécanisme d'esquive de collission du CSMA/CA.

(source http://commentcamarche.net)

La station voulant émettre écoute le réseau Si le réseau est encombré, la transmission est

différée Dans le cas contraire, si le média est libre pendant un temps donné (appelé DIFS

pour Distributed Inter Frame Space), alors la station peut émettre La station transmet un message appelé Ready To Send (noté RTS signifiant prêt à émettre) contenant des

informations sur le volume des données qu'elle souhaite émettre et sa vitesse de

transmission Le récepteur (généralement un point d'accès) répond un Clear To Send (CTS, signifiant Le champ est libre pour émettre), puis la station commence l'émission des données

A réception de toutes les données émises par la station, le récepteur envoie un accusé de

réception (ACK) Toutes les stations avoisinantes patientent alors pendant un temps qu'elle

considère être celui nécessaire à la transmission du volume d'information à émettre à la vitesse annoncée Ces types de protocoles sont très efficaces quand le support n'est pas surchargé, puisqu'il autorise les stations à ́mettre avec un minimum de délai Cependant il y

a toujours un risque pour que des stations émettent en même temps et engendrent des collisions Il est donc nécessaire de pouvoir éviter au maximum ces collisions Le mécanisme

du backoff est utilisé dans ce but Il repose sur le tirage aléatoire, dans un intervalle appelé fenêtre de contention, d'un nombre appelé backoff, par une station désirant accéder au médium Ce nombre est compris entre 0 et une valeur maximale correspondant à la taille de

la fenêtre de contention et notée initialement CWmin La station devra ainsi attendre en plus

du DIFS, une durée supplémentaire équivalente au backoff multiplié par la durée d'un slot, le slot correspondant à l'unité de temps du standard Dans le mode DSSS de 802.11b, le slot correspond à une durée de 20μs Lorsque le support est libre, les nœuds décrémentent leur backoff d’une unité à chaque slot La première station atteignant la valeur 0 émet ses informations sur le canal radio

1.2.3 Point Coordination Function (PCF)

La Point Coordination Function (PCF) appelée mode d'accès contrôlé Elle est fondée sur l'interrogation à tour de rôle des stations, ou polling, contrôlée par le point d'accès Une station ne peut émettre que si elle est autorisée et elle ne peut recevoir que si elle est sélectionnée Cette méthode est conçue pour les applications temps réel (vidéo, voix) nécessitant une gestion du délai lors des transmissions de données

1.3 Travaux concerné à la cohabitation de trafics QoS et Best

Effort

Pour garantir les débits des applications QoS, la plupart des approches se basent sur une estimation de la bande de passante libre afin de réguler le débit des applications Les mécanismes de régulation consistent généralement à accepter ou refuser les flux QoS et/ou à

adapter le débit des flux Best Effort.

Le protocole SWAN [4] est un protocole distribué qui n’utilise aucun messages de contrơle pour garantir dynamiquement la bande passante des flux QoS Il utilise trois mécanismes Un mécanisme de contrơle d’admission à la source des flux QoS et deux mécanismes de régulation dynamique de trafic, l’un pour les flux QoS et l’autre pour les flux Best Effort Le contrơle d’admission à la source utilise une approche intrusive pour estimer la bande passante résiduelle Avant chaque transmission d’un flux QoS, une sonde est envoyée de la source vers la destination pour évaluer la bande passante résiduelle le long de ce chemin En fonction de cette valeur, le contrơle d’admission à la source décide de l’envoi ou non du flux QoS concerné Il n’y a pas de routage car le chemin entre la source et la destination est supposé connu Dans le cas ó il y a une congestion sur le réseau, SWAN déclenche une régulation Dans cette régulation, la source du flux QoS est d'abord informé et diminue le débit du flux QoS Pour les flux Best Effort, le délai des paquets d'acquittements sur un lien est mesuré et utilisé afin de diminuer le débit des flux Best Effort

SWAN utilise une estimation de la bande passante résiduelle à l’aide d’une sonde envoyée de bout-en-bout Ceci consomme une part non négligeable de la bande passante Pour le premier mécanisme de régulation, c'est-à-dire la régulation pour les trafics QoS, la bande passante résiduelle est obtenue à partir de la modélisation de la DCF de 802.11 faite par Bianchi Cependant, les travaux de Bianchi ne sont applicables que dans une cellule ó tous les mobiles sont à porté de communication et dans un environnement à saturation ce qui n’est pas toujours le cas Par conséquent, le protocole SWAN est très imprécis dans l'évaluation de bande passante restante sur un lien ce qui rend plus complexe la décision de réguler le débit des trafics Best Effort De plus le protocole SWAN s’intéresse aussi à la métrique délai Cependant, déterminer la valeur du délai désiré pour les applications Best Effort est une tâche difficile

Le protocole QPART [10] se base sur une estimation passive de la bande passante et un mécanisme de régulation dynamique du débit des flux Best Effort Il classifie les trafics avec qualité de service en fonction de deux métriques : le délai et la bande passante L’estimation

de la bande passante restante effectué dans QPART se base sur la théorie des files d’attente et plus précisément sur le protocole RED [6] qui est utilisé dans les réseaux filaires, inadapté dans un contexte ad hoc L’algorithme RED démontre que pour maintenir un débit constant sur un chemin multi-saut, la taille des files d’attentes doit être maintenue en dessous d’un certain seuil prédéterminé Si ce seuil est dépassé alors les mécanismes de régulation sont

automatiquement démarrés afin de résorber le surplus de trafic Cependant, ce n'est pas toujours vérifiée dans les réseaux ad hoc En cas de congestion, pour réguler dynamique du trafic Best Effort, la taille de la fenêtre de contention des flux QoS et Best Effort est mise à jour de manière à rendre la transmission des flux QoS prioritaire Parallèlement, l’algorithme

de QPART sélectionne des flux susceptibles d’être rejetés en se basant sur une priorité des flux Toutefois, cette variation de la taille de la fênetre de contention ne permet pas de prédire avec précision quel sera la variation de la bande passante associée C'est pourquoi QPART ne peut garantir avec précision la bande passante des flux QoS ni garantir une utilisation au mieux du médium pour les flux Best Effort

Des protocoles étudiés ci-dessus, il apparaît clairement que les mécanismes de régulation du débit des flux Best Effort doivent être combinés à une estimation très précise de la bande passante résiduelle, sous peine de ne pouvoir assurer des garanties strictes aux flux QoS Les protocoles tels que SWAN et QPART sont des protocoles de type passif, ils ne conservent localement aucune information sur l’état du réseau Une congestion est détectée lorsque des seuils prédéfinis sont dépassés et la décision de réguler les flux Best Effort ne s’effectue que dans ce cas précis Le principal avantage de ce type d’approche est le passage à l’échelle car aucune information n’est véhiculée à travers le réseau Cependant, il est difficile de fixer au préalable des valeurs de seuils qui puissent s’adapter à toutes les topologies multi-sauts Ainsi, il arrive très souvent que les mécanismes de régulation soient activés alors que le réseau n’est pas congestionné ou dans le cas contraire qu’il ne soient pas activés en cas de congestion

Nous discutons ensuite le protocole ABE dont le but est l'estimation de la bande passante résiduelle des lien radio Cette estimation permanente et distribuée facilite aux applications

le choix des routes pouvant satisfaire leurs contraintes en terme de bande passante ABE adopte une approche proactive pour l'estimation des ressources qui est mise à jour périodiquement et une approche réactive pour la recherche de route Ainsi à partir des informations collectées le long d'une route, ABE est en mesure de prédire si une route est capable de fournir assez de bande passante pour une application donnée Il est identifié quatre phénomènes pouvant avoir un impact sur l'estimation de la bande passante résiduelle : – Le mécanisme de détection de porteuse empêche à deux mobiles, se trouvant dans cette zone, d'émettre simultanément Par conséquent, un mobile partage de la bande passante avec l'ensemble des émetteurs se trouvant dans sa zone de détection de porteuse

– Pour qu'une transmission s'établisse correctement, le canal doit être libre aux alentours des mobiles émetteur et récepteur La valeur de la bande passante résiduelle dépend donc de la synchronisation des périodes de temps libre entre ces deux entités.– A chaque collision, les paquets de données concernés sont retransmis, réduisant ainsi

la bande passante de disponible

– Finalement, en cas de collision, le mécanisme du backoff exponentiel double la taille

de la fenêtre de contention Ce surplus de temps a un impact sur la valeur de la bande passante résiduelle

Le protocole ABE possède quelques limitations qui sont essentiellement liées à la précision

de l'estimation de la bande passante résiduelle Il existe de nombreuses situations imprévisibles, liées à des topologies particulières pouvant conduire à une estimation erronée

de la bande passante résiduelle La mise en place d'un mécanisme extrêmement précis, véhiculant toutes les informations nécessaires pour apporter une précision très fine à l'estimation, nécessiterait un volume d'informations trop cỏteux au détriment des données et n'est peut-être pas toujours réalisable

Le protocole DRBT permet de réguler si possible le débit des flux Best Effort afin d'augmenter le taux d'acceptation des flux QoS et d'utiliser efficacement des liens radio pour les flux BE de façon à maximiser la bande passante du réseau lorsque cela est possible Ce protocole réutilise l’estimation de la bande passante résiduelle déjà mise en place par le protocole ABE présenté ci-dessus En rajoutant une estimation différenciée de la bande passante résiduelle en fonction du type de trafic (QoS ou Best Effort), ceci permet d’instaurer une bonne cohabitation entre les flux QoS et les flux Best Effort Cette différenciation est réalisée au niveau MAC et ne mesure que l'occupation médium des paquets QoS durant la phase d'écoute du support radio

Dans DRBT, la régulation du débit des flux Best Effort se déroule en deux étapes :

– Réduire le débit des flux Best Effort lorsqu’un nouveau flux QoS désire transmettre

et ne trouve pas assez de bande passante résiduelle car une partie de celle-ci est occupée par ces flux Best Effort

– Augmenter le débit de ces flux Best Effort lorsqu’un flux QoS libère de la bande passante ou se déplace dans une autre zone de transmission

DRBT s’inspire du protocole RED, la régulation du débit des flux Best Effort s’effectue en adaptant dynamiquement la taille de la file d’attente des nœuds émetteurs Best Effort

Contrairement aux méthodes consistant à réduire la taille de la fenêtre de contention, cette approche permet de mieux contrơler le débit des flux Best Effort Cependant, il y a des cas

ó DRBT n'offert pas de bonnes garanties pour les flux ayant besoin de QoS ou les flux Best Effort ne partagent pas équitablement la bande passante restante Le but de ce stage est d'améliorer ce problème dans le protocole DRBT en intégrant un algorithme d'allocation équitable du débit des flux

Les approches étudiés précédemment comme par exemple ABE, QPART se concentrent essentiellement sur les flux QoS et ne considèrent pas la cohabitation entre flux QoS et Best Effort L'approche récemment proposé dans le DRBT s'intéresse à la coexistence des flux garantis avec des flux Best Effort Toutefois l'allocation des débits des flux Best Effort très conservative car DRBT suppose que tous les flux Best Effort voisins d'un flux QoS partagent

le médium radio Or ce n'est pas toujours le cas et les flux Best Effort pouvaient obtenir des débits plus élevés sans dégrader les flux QoS