Une Croisière dans les Réseaux : des Réseaux d'Accès Sans...

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0 Une Croisière dans les Réseaux : des Réseaux d'Accès Sans Fil aux Réseaux de Cœur Tout Optique Nizar BOUABDALLAH INRIA Rennes - Bretagne Atlantique Soutenance d’HDR, 30 Avril 2009

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Une Croisière dans les Réseaux : des Réseaux d'Accès Sans Fil aux Réseaux de

Cœur Tout Optique

Nizar

BOUABDALLAHINRIA Rennes -

Bretagne Atlantique

Soutenance

d’HDR, 30 Avril

2009

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1

Plan de l’exposé

I.

Réseaux sans fil conventionnels à

un seul saut II.

Réseaux sans fil multi-saut : Réseaux sans fil maillés

III.

Réseaux de capteursVI.

Réseaux optiques

V.

Conclusions et perspectives

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Plan de l’exposé

I.

Réseaux sans fil conventionnels à

un seul saut II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss

III. III. III. RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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3

Réseaux sans fil conventionnel à

un seul saut

Thèse de doctorat de Rami Langar

à

Télécom

ParisTech•

Protocole de gestion de micro-mobilité

Micro

Mobile MPLS–

Fast

Handoff–

Forwarding

Chain–

Master Forwarding

Chain•

Utilisation de MPLS?

• Publications principales : -

R. Langar, N. Bouabdallah

and R. Boutaba, «

A Comprehensive

Analysis

of Mobility

Management in MPLS-Based

Wireless Access Networks »,

IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol. 16, Issue 4, August 2008.-

R. Langar, N. Bouabdallah, R. Boutaba

and B. Sericola, «

Adaptive MPLS- enabled

Mobility

Tracking: a Proposal

and Analysis

», To appear

in IEEE Transactions on Wireless Communications, Accepted

February

2009.

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4

Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.

Réseaux sans fil multi-saut : Réseaux sans fil maillés

III.III.III.

RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Réseaux sans fil maillés

C’est quoi la différence par rapport aux réseaux d’accès sans fil conventionnels?Internet

backbone

Internet backbone

GatewayMesh Router (Access Point)

Wireless CommunicationWire Communication

Internet backbone

Internet backbone

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6

Challenges

Ressources limités?–

Utilisation de bandes de fréquences sans License : capacité

limitée

des ressources disponibles–

Nature partagée du support

Difficultés de fournir la QoS

requise par les clients•

Comment faire? 3 alternatives–

Gérer efficacement la mobilité

des utilisateurs

Nouvelles métriques de routage plus adaptées –

Gestion sophistiquée des ressources radio : Radio Cognitive

Challenge : Capacité

limitée des ressources sans fil disponibles

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7

Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.

Réseaux sans fil multi-saut : Réseaux sans fil maillés1.

Gérer efficacement la mobilité

des utilisateurs

2.2.2. Nouvelles mNouvelles mNouvelles mééétrique de routage plus adapttrique de routage plus adapttrique de routage plus adaptéééeseses

3.3.3. Gestion sophistiquGestion sophistiquGestion sophistiquééée des ressources radio : e des ressources radio : e des ressources radio : Radio CognitiveRadio CognitiveRadio Cognitive

III.III.III.

RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Gérer efficacement la mobilité

des utilisateurs : Clustering

Internet backbone

Internet backbone

Data packetSignaling packet

Cluster HeadAcces Point

Gateway

Cluster 1

Cluster 2• But : réduire l’échange de signalisation

Clustering

Clustériser le réseau en tenant compte des propriétés de mobilité

des utilisateurs

Proposer deux nouvelles méthodes de clustering•

Publication principale :

R. Langar, N. Bouabdallah

and R. Boutaba, «

Mobility-Aware

Clustering

Algorithms

with

Interference

Constraints

in Wireless Mesh

Networks

», To appear

in Computer Networks Journal, Accepted

September

2008.

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.

Réseaux sans fil multi-saut : Réseaux sans fil maillés1.1.1.

GGGééérer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitééé

des utilisateursdes utilisateursdes utilisateurs

2.

Nouvelles métrique de routage plus adaptées3.3.3.

Gestion sophistiquGestion sophistiquGestion sophistiquééée des ressources radio : e des ressources radio : e des ressources radio : Radio CognitiveRadio CognitiveRadio Cognitive

III.III.III.

RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Nouvelles métriques de routages plus adaptées

Motivation :–

Limitations du routage conventionnel selon plus court cheminNécessité de métriques de routage tenant compte de la qualité des liens radio : ETX, ETT, WCETT, …

Problématique :–

Ces nouvelles métriques échouent assez souvent à

préserver de bonnes

routes pour les éventuelles futures connections•

Contributions :–

Nouvelle métrique de routage : Interferer

Neighbors Count (INX)

INX capte l'impact des décisions de routage en cours sur les services des futures arrivées

Publication principale :R. Langar, N. Bouabdallah

and R. Boutaba, «

Mobility-Aware

Clustering

Algorithms with

Interference

Constraints

in Wireless Mesh

Networks », To appear

in

Computer Networks Journal, Accepted

September

2008.

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.

Réseaux sans fil multi-saut : Réseaux sans fil maillés1.1.1.

GGGééérer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitééé

des utilisateursdes utilisateursdes utilisateurs

2.2.2. Nouvelles mNouvelles mNouvelles mééétrique de routage plus adapttrique de routage plus adapttrique de routage plus adaptéééeseses

3.

Gestion sophistiquée des ressources radio : Radio Cognitive

III.III.III.

RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Gestion sophistiquée des ressources radio: Radio Cognitive

Contexte :–

Avec le concept cognitive radio, les utilisateurs non abonnés

peuvent détecter et exploiter la bande inutilisée par les utilisateurs abonnés, sans affecter le service de ces derniers.

Contributions : –

Utiliser le concept radio cognitive pour permettre à

plusieurs

fournisseurs de services de se partager les ressources.Améliorer la capacité

et la rentabilité

des réseaux sans fil maillés

Création des réseaux sans fil maillés virtuels–

Publication principale :

B. Ishibashi, N. Bouabdallah, and R. Boutaba, «

QoS

Performance Analysis

of

Cognitive Radio-based

Virtual Wireless Networks », in Proc. of IEEE Infocom 2008, Mini-conference, Phoenix, Arizona, USA, April 2008.

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss1.1.1.

GGGééérer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitééé

des utilisateursdes utilisateursdes utilisateurs

2.2.2. Nouvelles mNouvelles mNouvelles mééétrique de routage plus adapttrique de routage plus adapttrique de routage plus adaptéééeseses

3.3.3. Gestion sophistiquGestion sophistiquGestion sophistiquééée des ressources radio : e des ressources radio : e des ressources radio : Radio CognitiveRadio CognitiveRadio Cognitive

III.

Réseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Réseaux de capteurs•

Contexte :–

Batteries à

capacité

limitée–

Objectif: maximisation de la durée de vie du réseau de capteursAccomplir sa tâche le plus longtemps possible en respectant certaines contraintes

Notre vision orientée application •

Acquérir des données et les transmettre au sink

selon 3 manières :

Event-driven

(détection d’événements)–

À la demande–

Contrôle continu

Zoom sur nos solutions basées sur l’exploitation de la corrélationRéduire la transmission des données redondantes et inutiles

Minimiser la consommation d’énergie sous contrainte de fiabilité

?

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss

III. Réseaux de capteurs1.

Réseaux de capteurs à

détection d’événements

2.2.2. RRRéééseaux de capteurs seaux de capteurs seaux de capteurs ààà

la demandela demandela demande

3.3.3. RRRéééseaux de capteurs seaux de capteurs seaux de capteurs ààà

contrôle continucontrôle continucontrôle continu

VI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiquesV.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Réseaux de capteurs à

détection d’événements

Permettre uniquement à

quelques nœuds représentatifs de rapporter l’événement détecté

SINK

Déploiement dense => Rapports corrélés => Perte d’énergie

Réduction considérable de la consommation d’enegie

:–

Nombre de collisions diminue

Eviter l’écoute inutile du support (overhearing, idle

listening)–

Réduire la transmission des données redondantes

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Réseaux de capteurs à

détection d’événements

SINK

Déploiement dense => Rapports corrélés => Perte d’énergie

Quels capteurs à

mettre en veille et comment?•

Protocole MAC?

Publication principale : F. Bouabdallah-Othman, N. Bouabdallah

and R. Boutaba, «Towards

Reliable

and Efficient Reporting

in Wireless Sensor

Networks », IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol. 7, No. 8, August 2008.

Thèse de doctorat de Fatma Bouabdallah-Othman

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss

III. Réseaux de capteurs1.1.1.

RRRéééseaux de capteurs seaux de capteurs seaux de capteurs ààà

dddééétection dtection dtection d’é’é’évvvééénementsnementsnements

2.

Réseaux de capteurs à

la demande3.3.3.

RRRéééseaux de capteurs seaux de capteurs seaux de capteurs ààà

contrôle continucontrôle continucontrôle continu

VI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiquesV.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Réseaux de capteurs à

la demande

Agrégation des données au niveau des nœuds intermédiaires

À

la demande : détecter un évènement à

un emplacement spécifiqueSource d’événement unique

Augmenter la fiabilité

de détection en permettant aux nœuds du chemin de détection de participer à

la détection

Corrélation spatiale entre les observations des nœuds capteurs du chemin de détection

N0

R3

R1

R2ou ?×

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20

Réseaux de capteurs à

la demande

Agrégation des données au niveau des nœuds intermédiaires

À

la demande : détecter un évènement à

un emplacement spécifiqueSource d’événement unique

Augmenter la fiabilité

de détection en permettant aux nœuds du chemin de détection de participer à

la détection

Corrélation spatiale entre les observations des nœuds capteurs du chemin de détection

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss

III. Réseaux de capteurs1.1.1.

RRRéééseaux de capteurs seaux de capteurs seaux de capteurs ààà

dddééétection dtection dtection d’é’é’évvvééénements nements nements

2.2.2. RRRéééseaux de capteurs seaux de capteurs seaux de capteurs ààà

la demandela demandela demande

3.

Réseaux de capteurs à

contrôle continuVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Réseaux de capteurs à

contrôle continu

Corrélation temporelle entre les observations successives de chaque capteur

Transmission périodique des capteursLe sink a besoin des mesures

individuelles de chaque capteur

Un capteur n’envoie sa mesure que si elle est différente de la dernière mesure envoyée vers le sink

Au niveau du sink

: absence de rapport signifie absence de changement•

Publication principale : N. Bouabdallah, M. E. Rivero-Angeles

and B. Sericola, «

Continuous-Monitoring

Using

Event Driven

Reporting

for Cluster-Based

Wireless Sensor

Networks », To appear

in IEEE Transactions on Vehicular

Technology, Accepted

January

2009.•

Post doc : Mario Rivero

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Réseaux de capteurs•

Vision orientée application

Autres mécanismes pour réduire la consommation d’énergie dans les réseaux de capteurs : -

Approche cross-layer

-

Nouvelle méthode de routage basée sur l’équilibrage de la distribution du trafic dans le réseau

Publication principale :F. Bouabdallah-Othman, N. Bouabdallah

and R. Boutaba, «

On Balancing

Energy

Consumption

in Wireless Sensor

Networks », To appear

in IEEE Transactions on Vehicular

Technology, Accepted

September

2008.

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss1.1.1.

GGGééérer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitééé

des utilisateursdes utilisateursdes utilisateurs

2.2.2. Nouvelles mNouvelles mNouvelles mééétrique de routage plus adapttrique de routage plus adapttrique de routage plus adaptéééeseses

3.3.3. Gestion sophistiquGestion sophistiquGestion sophistiquééée des ressources radio : e des ressources radio : e des ressources radio : Radio CognitiveRadio CognitiveRadio Cognitive

III.III.III.

RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.

Réseaux optiques

V.V.V.

Conclusions et perspectivesConclusions et perspectivesConclusions et perspectives

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Réseaux optiques

Deux contributions essentielles:–

Extension du concept MP-to-P vers les réseaux tout optiques maillés

hub node

ring node

fiber

downstream/ reading bus

upstream/writing bus

Transparent Transit

opt. splitter

opt. coupler FDL

PhTxRx RxOpt.

CSMA/ CA

opt. DMux

Burst Mode Transmitter

& Receivers

(photodiode)

adddropdrop

passive optical ring node

to/ fromcore networks

to/ fromaccess networks

Overview of Mp-to-P ring (DBORN network)

and node architecture

Nouvelle méthode de protection basée sur une approche de différenciation de service

Publication principale :N. Bouabdallah

and B. Sericola, «

Introducing a Relative Priority for the Shared-Protection Schemes », IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, Vol. 4, Issue 3, July-

September 2007, pp. 205 -

215

Publications principales :IEEE Journal on Selected

Areas

in Communications (IEEE JSAC), Computer Networks Journal, Performance Evaluation Journal, IEEE Communications Magazine.

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Plan de l’exposé

I.I.I. RRRéééseaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels seaux sans fil conventionnels ààà

un seul sautun seul sautun seul saut

II.II.II.

RRRéééseaux sans fil multiseaux sans fil multiseaux sans fil multi---saut : Rsaut : Rsaut : Réééseaux sans fil seaux sans fil seaux sans fil maillmaillmaillééésss1.1.1.

GGGééérer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitrer efficacement la mobilitééé

des utilisateursdes utilisateursdes utilisateurs

2.2.2. Nouvelles mNouvelles mNouvelles mééétrique de routage plus adapttrique de routage plus adapttrique de routage plus adaptéééeseses

3.3.3. Gestion sophistiquGestion sophistiquGestion sophistiquééée des ressources radio : e des ressources radio : e des ressources radio : Radio CognitiveRadio CognitiveRadio Cognitive

III.III.III.

RRRéééseaux de capteursseaux de capteursseaux de capteursVI.VI.VI.

RRRéééseaux optiquesseaux optiquesseaux optiques

V.

Conclusions et perspectives

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27

Conclusions et perspectives

Contributions :-

Réseaux optiques

-

3 nouveaux axes de recherche :-

Réseaux sans fil conventionnel à

un seul saut

-

Réseaux sans fil multi-saut : Réseaux sans fil maillés-

Réseaux de capteurs

Perspectives de recherche :-

Réseaux sans fil maillés : Routage et problème de ping-pong

-

Réseaux de capteurs :- Test-bed-

Réseaux de capteurs sous-marins

-

Réseaux optiques : Protection de circuits MP-to-P

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Collaborateurs à

associer à

mes travaux

Rami

Langar•

Raouf

Boutaba

Bruno Sericola

Guy Pujolle•

Harry Perros

André

Luc Beylot

Emanuel Dotaro•

Laurant

Ciavaglia

Nicolas Le Sauze

Fatma

Bouabdallah-Othman•

Mario Rivero

Brent Ishibashi•

Yassine

Chetoui

Sofiane

Moad•

Mohammad Azim

Charlotte Roger•

Moez

Esseghir

Soumyadip

Banerjee•

Lotfi Halwes