chapitre 2.doc

Chapitre 2 routage dans le réseaux VANETs

Chapitre 2 :

Routage dans les réseaux VANETS

2.1 Introduction :

Une importante activité de recherche s’est concentrée sur les réseaux Ad Hoc ces

dernières années. Elle a fait paraître de nombreux problèmes complexes (qualité de service, sécurité, routage, etc.). En particulier, plusieurs travaux de recherche se sont intéressés au problème de routage, d’où la naissance de plusieurs solutions de routages de plusieurs classes. La plupart de ces solutions se basent sur la recherche du plus court chemin en terme de distance ou de délai. Cependant, une route qui correspond au plus court chemin peut se rompre rapidement après son établissement à cause de la mobilité des nœuds, ce qui déclenche un nouveau processus de sélection de route. Ce processus engendre une perte dans la qualité de service (perte de données, augmentation du nombre de paquets de contrôle, dégradation du débit de transmission, etc.). C’est dans cette optique que se situe ce chapitre qui consiste à étudier les différentes types de protocoles de routage et proposer une stratégie de routage dont le but est d’assurer une communication entre les nœuds mobiles, avec le moindre d’interruptions et le minimum de messages de signalisation.


Dans ce chapitre, nous allons en premier lieu présenter le routage dans les réseaux Ad- Hoc et mettre en évidence le problème de routage et la conception d’une stratégie de routage dans le cadre des réseaux mobiles VANETs .

2.2-Objectif du routage

L'objectif du routage est de déterminer une route (i.e. un ensemble de liens à parcourir), respectant certaines contraintes, pour établir une connexion d'un nœud source vers un nœud destinataire. Le but d'un algorithme de routage est de permettre le calcul de route entre ces deux nœuds au sens d'un certain critère, et la diffusion des informations nécessaires à ce calcul.

2.3-Routage dans les réseaux ad-hoc (VANET)

Les réseaux Ad Hoc sont considérés multi-sauts. Il peut arriver qu’un mobile veuille communiquer avec un autre qui n’est pas dans sa portée de communication directe. A l’aide d’une certaine stratégie de routage, les messages vont devoir être transmis de proche en proche jusqu’à la destination.

De nombreux protocoles de routage ont été proposés pour rendre les communications multi-sauts plus efficaces (moins de réémissions, chemins plus courts, etc.). Ces protocoles diffèrent par leur manière de rechercher des chemins entre la source et la destination et par la maintenance de routes construites. Tout d’abord, nous allons présenter la problématique de routage dans les réseaux VANETS puis donner une vue générale sur les protocoles de routage en les classant en deux catégories principales : Les protocoles de


routage classiques ou indépendants de la localisation et les protocoles de routage basés sur la localisation.

2.4- Problématiques de routage dans les réseaux VANETS

L'étude et la mise en œuvre d'algorithmes de routage pour assurer la connexion des réseaux Ad Hoc au sens classique du terme est un problème complexe. L'environnement est dynamique et évolue, donc au cours du temps, la topologie du réseau peut changer fréquemment (voir figure 2.1).

Il semble donc important que toute conception de protocole de routage doive étudier les problèmes suivants : La minimisation de la charge du réseau : l'optimisation des

ressources du réseau renferme deux autres sous problèmes qui sont l'évitement des boucles de routage, et l'empêchement de la concentration du trafic autour de certains nœuds ou liens.

Offrir un support pour pouvoir effectuer des communications multipoints fiables : le fait que les chemins utilisés pour router les paquets de données puissent évoluer, ne doit pas avoir d'incident sur le bon acheminement des données. L'élimination d'un lien, pour cause de panne ou pour cause de mobilité devrait, idéalement, augmenter le moins possible les temps de latence.

Assurer un routage optimal : la stratégie de routage doit créer des chemins optimaux et pouvoir prendre en compte différentes métriques de coûts (bande passante, nombre de liens, ressources du réseau, délais de bout en bout, etc.). Si la construction des chemins optimaux est un problème dur, la maintenance de tels chemins peut devenir encore plus complexe, la stratégie de routage doit assurer une maintenance efficace de routes avec le moindre coût possible.


Figure 2.1 variation de la topologie dans un réseau VANET

Le temps de latence : Vu que la forte mobilité augmente la rupture des liens entre les nœuds, on doit donc augmenter la qualité des temps de latence et des chemins.

Le « multihoping » : à la différence des réseaux sans fil avec point d’accès, les réseaux Ad Hoc permettent que plusieurs nœuds assurent la retransmission des informations ; dans ce cas le nombre de sauts est supérieur à un.

L’inondation : elle consiste à faire propager un paquet dans le réseau entier. Le premier nœud transmet le paquet à tous ses voisins ; les autres nœuds font de même jusqu’à ce que toutes les stations aient reçu le paquet. Des contrôles peuvent avoir lieu pour éviter le bouclage. Cette méthode est généralement utilisée lors de la phase de découverte des routes. On l’appelle aussi la diffusion.


2.5-Les protocoles de routage dans les réseaux Ad Hoc

Vu les limitations des réseaux Ad Hoc, la construction des routes doit être faite avec un minimum de contrôle et de consommation de la bande passante. Suivant la manière de réaction et de maintenance de routes lors de l'acheminement des données, les protocoles de routage peuvent être classés en trois catégories : Les protocoles proactifs, les protocoles réactifs et les protocoles hybrides. Parmi ces protocoles (réactif, proactif ou hybride), il y a ceux qui se basent sur des techniques de localisation géographique des nœuds mobiles.L’avantage majeur de ces protocoles par rapport aux autres protocoles est qu’ils réduisent considérablement la signalisation (paquets de contrôle). La figure 2.2 résume notre classification des protocoles de routage.


Figure 2.2 Classification des protocoles de routage dans les réseaux ad-hoc

2.5.1-Les protocoles proactifs

Le principe de base des protocoles proactifs est de maintenir à jour les tables de routage, de sorte que lorsqu’une application désire envoyer un paquet à un autre mobile, une route soit immédiatement connue. Dans le contexte des réseaux Ad Hoc, les nœuds peuvent apparaître ou disparaître de manière aléatoire et la topologie même du réseau peut changer, cela signifie qu’il va falloir un échange continuel d’informations pour que chaque nœud ait une image à jour du réseau. Les tables sont donc maintenues grâce à des paquets de contrôle, et il est possible d’y trouver directement et à tout moment un chemin vers les destinations connues en fonction de divers critères. On peut par exemple privilégier les routes comportant peu de sauts, celles qui offrent la meilleure bande passante, ou encore celles où le délai est le plus faible.

2.5.2- Les protocoles réactifs

Les protocoles de routage réactifs (dits aussi : protocoles de routage à la demande)représentent les protocoles les plus récents proposés dans le but d'assurer le service du routage dans les réseaux sans fil. Les protocoles de routage appartenant à cette catégorie, créent et maintiennent les routes selon les besoins. Lorsque le réseau a besoin d'une route, une procédure de découverte globale de routes est lancée, et cela dans le but d'obtenir une information spécifiée, inconnue au préalable. Plusieurs approches peuvent être appliqués dans la découverte des routes. La méthode classique de recherche de route consiste à inonder le réseau avec une requête « RREQ » (Route REQuest). Les nœuds voulant communiquer à travers le réseau lancent des requêtes à la recherche de routes permettant l’acheminement des paquets d’information.


2.5.3- Les protocoles hybrides

Les protocoles hybrides combinent les deux idées des protocoles proactifs et réactifs. Ils utilisent un protocole proactif, pour apprendre le proche voisin (par exemple voisinage à deux ou trois sauts) ; ainsi ils disposent des routes immédiatement dans le voisinage. Au-delà de cette zone prédéfinie, le protocole hybride fait appel aux techniques des protocoles réactifs pour chercher de routes. Avec ce découpage, le réseau est partagé en plusieurs zones et la recherche de routes en mode réactif peut être améliorée. A la réception d’une requête de recherche réactive, un nœud peut indiquer immédiatement si la destination est dans le voisinage ou non, et par conséquent savoir s’il faut aiguiller la requête vers les autres zones sans déranger le reste de sa zone.

2.5.4- Les protocoles indépendants de la localisation

Il existe plusieurs protocoles indépendants de la localisation tels que : AODV , DSR et TORA comme protocoles réactifs ; OLSR et DSDV comme protocoles proactifs et ZRP comme protocole hybride. Ces protocoles possèdent les inconvénients suivants : Concernant les protocoles proactifs : ce type de protocole permet d’avoir des routes immédiatement disponibles quand les applications en ont besoin, mais cela se fait au coût d’échanges réguliers de messages de contrôle (consommation de bande passante) qui ne sont certainement pas tous nécessaires (seules certaines routes seront utilisées par les applications en général).Les protocoles réactifs réduisent la quantité des paquets de contrôle par rapport aux protocoles proactifs. Cependant, ils procèdent à la découverte de route en effectuant une inondation. Cette inondation perturbe tout le réseau puisque tous les nœuds doivent répéter la requête. De plus, un problème supplémentaire se pose lors de changement de topologie : ce type de protocole doit réagir rapidement pour trouver une autre alternative à la route endommagée. En conséquence, ces mécanismes de maintenance sont lourds à gérer et créent des sursauts de trafic de contrôle à chaque tentative de recherche ou de réparation de route. Ces


mécanismes entraînent un délai d’attente à cause de la recherche des chemins, ce qui peut dégrader les performances des applications interactives (exemple les applications des bases de données distribuées).Les protocoles hybrides peuvent cumuler les inconvénients des protocoles réactifs et proactifs : messages de contrôle périodiques, plus le coût de couverture d’une nouvelle route.

2.5.5- Les protocoles basés sur la localisation

L’avantage majeur des protocoles de routage basés sur la localisation (appelés aussiprotocoles géographiques), par rapport aux autres techniques conventionnelles (indépendants de la localisation) est qu’ils réduisent considérablement la signalisation (paquets de contrôle), ce qui permet d’économiser l’énergie des nœuds, gagner de la bande passante et augmenter la scalabilité du réseau. En fait, ces protocoles n’ont pas besoin de tables de routage ce qui élimine les paquets de contrôle pour la maintenance de la table. Ce qu’ils ont besoin, c’est uniquement la localisation de la destination outre la possibilité que chaque nœud connaît sa propre localisation à tout moment. La localisation d’un nœud peut être obtenue en utilisant le système de positionnement global appelé GPS (Global Positioning System), attaché au nœud mobile .Alors que la localisation d’une destination peut être déterminée par un processus interne du protocole (réactif ou proactif) ou par un module indépendant qui s’intègre au protocole, il s’agit d’un service de localisation tel que GLS .Dans la littérature, plusieurs protocoles de routage géographiques ont été conçus. Les plus célèbres sont : LAR , DREAM et GPSR . LAR et DREAM utilisent une diffusion partielle dans le sens ou les paquets ne sont pas diffusés à tous les nœuds voisins, mais aux nœuds qui se trouvent dans la direction générale de la destination ce qui élimine les paquets diffusés inutilement. Cependant dans des situations critiques telles que l’indisponibilité de la localisation du nœud destination, ces protocoles procurent à une diffusion totale. Le protocole GPSR est différent aux deux premiers car il n’utilise pas la diffusion pour la recherche de routes ni pour l’acheminement des données, ce qui réduit davantage le


signalisation. En fait, il utilise essentiellement une métrique de routage bien déterminée (le voisin le plus proche de la destination). Outre, ce protocole est plus performant dans les réseaux denses. Cependant le protocole GPSR est dépendant d’un service de localisation car il suppose que la source connaît toujours la localisation de la destination.

2.6 - Comparaison globale de toutes les catégories de routage

Comme nous avons déjà vu, l'architecture d'un réseau mobile Ad Hoc est caractérisée par une absence d'infrastructure fixe préexistante. L'étude et la mise en œuvre d'algorithmes de routage pour assurer la connexion des réseaux Ad Hoc au sens classique du terme (tout sommet peut atteindre tout autre), est un problème complexe. L'environnement est dynamique et évolue au cours du temps, la topologie du réseau peut changer fréquemment. Il semble donc important que toute conception de protocole de routage doive essayer d’atteindre un ensemble d’objectifs comme le fait d’assurer un routage optimal, minimiser le temps de latence et surtout minimiser de la charge du réseau.Dans le but de faire une conclusion générale et de savoir la position des protocoles de routage présenter ci-dessus dans le réseau VANET ,on trouve qu’une comparaison globale entre toutes les classes (réactive ,proactive et hybride )est nécessaire et donne une vue globale sur le sujet.La comparaison va concerner plusieurs métrique dans le réseau citons :La structure de routage , disponibilité de la route, volume de trafic de contrôle,Mettre à jour périodiquement, effets de la mobilité, exigence de stockage, niveau de délai et niveau de grandissement du réseau.

Le tableau 1 ci-dessous comporte toute les résultats de la comparaison.


Tableau 1 - Comparaison globale de toutes les catégories de routage


2.7-Besoins du codage réseau au sein des réseaux VANETS

Les protocoles de routage étudier jusqu’à maintenant sont tous basés sur un principe générale : l’algorithme doit calculer le chemin le plus optimal ,dans le sens que les informations seront acheminés à travers ce chemin Voir (figure 2.3 ).

Figure 2.3 acheminement des données du nœud source au nœud destination à travers un réseau VANET par le biais d’un protocole de routage ad-hoc.

Cependant certain application dans le réseau de véhicule comme par exemple la distribution de données (multimédia) ont besoin d’une haute performance (connectivité , débit , qualité de service , fiabilité, sécurité ….).D’après la comparaison faite dans le tableau 1 ci-dessus on peut remarquer qu’il n’y a pas un protocole de routage qui peut amener à ces conditions (débit , connectivité …) à la fois .c’est pour cela qu’il faut bien profiter des ressources du réseau VANET , vu les problèmes nombreux du ce réseau :grande variation dans la topologie , haute mobilité, autonome et sans infrastructure , routage multi-sauts , variation des liens et des capacités des nœuds.Alors ,il faut introduire un nouveau paramètre pour améliorer les performances .


Ces dernières années , l’intérêt du codage réseau (network Coding) pour améliorer le débit , optimiser l’utilisation de la capacité du réseau , offrir une bonne sécurité de l’information et minimiser le temps de latence a été clairement démontré .Le codage réseau peut gérer efficacement la mobilité , l’interférence et les caractéristiques peu fiables du canal , notons que le réseau VANET est un environnement idéal pour le “codage réseau” ou les véhicules ne sont pas limités par des contraintes de ressources et la nature du moyen de diffusion sans fil “broadcast” du réseau est convenable pour ceci.


2.8-Conclusion

Le routage est une méthode d'acheminement des informations à la bonne destination à travers un réseau de connexion donné. Le problème de routage consiste à déterminer un acheminement optimal des paquets à travers le réseau au sens d'un certain critère de performanceDans ce chapitre on a tout d’abord présenté l’objectif du routage et en particulier le routage dans les réseaux ad-hoc , ainsi que la problématique du routage dans le réseau VANET et le différentes classes des protocoles existants.Une comparaison est faite entre toute les classes des protocoles.On a abordé à la fin , une conclusion que les protocoles existants ne sont pas suffisants pour assurer les performances demandés pour toutes les applications dans ce réseau , d’où les besoins d’une nouvelle stratégie de routage .Vu de son intérêt on a proposé le codage réseau comme un nouveau protocole de routage.Le codage réseau sera alors le sujet de l’étude dans le chapitre suivant.


Chapitre 2 :......................................................................................1

Routage dans les réseaux VANETS..................................................1

2.1 Introduction :..........................................................................1

2.2-Objectif du routage.................................................................1

2.3-Routage dans les réseaux ad-hoc (VANET).............................1

2.4- Problématiques de routage dans les réseaux VANETS..........2

2.5-Les protocoles de routage dans les réseaux Ad Hoc...............3

2.5.1-Les protocoles proactifs....................................................5

2.5.2- Les protocoles réactifs.....................................................5

2.5.3- Les protocoles hybrides....................................................5

2.5.5- Les protocoles basés sur la localisation...........................6

2.6 - Comparaison globale de toutes les catégories de routage 7

2.7-Besoins du codage réseau au sein des réseaux VANETS.......9

2.8-Conclusion............................................................................11

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