Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc par anticipation des métriques de routage

171 Pages·2017·6.02 MB·French

by  Sabrine Naimi

Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc par
anticipation des métriques de routage
Sabrine Naimi
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Sabrine Naimi. Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc par anticipation des métriques de
routage. Physique des Hautes Energies - Réseau [hep-lat]. Université Paris Sud - Paris XI; École
nationale d’ingénieurs de Tunis (Tunisie), 2015. Français. ￿NNT: 2015PA112145￿. ￿tel-01208152￿
HAL Id: tel-01208152
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abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
U P -S
NIVERSITÉ ARIS UD
ÉCOLE DOCTORALE STITS
LABORATOIRE DES SIGNAUX ET SYSTÈMES (L2S)
DISCIPLINE : PHYSIQUE
T
HÈSE DE DOCTORAT
Soutenuele22juillet2015par
Sabrine NAIMI
Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc
par anticipation des métriques de routage
Directeurdethèse: MmeVéroniqueVÈQUE Professeur(UniversitéParis-Sud)
Directeurdethèse: MrRidhaBOUALLEGUE Professeur(UniversitédeCarthage)
Co-directeurdethèse: MrAnthonyBUSSON Professeur(UniversitéLyon1)
Compositiondujury:
Présidentdujury: MrAnisLAOUITI Professeur(TélécomSudParis)
Rapporteurs: MmeBéatricePAILLASSA Professeur(UniversitédeToulouse)
MmeKaoutherSETHOM Maîtresdeconférences(UniversitédeCarthage)
Examinateurs: MmeAnneFLADENMULLER Maîtresdeconférences(UniversitéPierre
etMarieCurie)

UNIVERSITÉPARIS-SUD
Résumé
LABORATOIREDESSIGNAUXETSYSTEMES
Supelec
DocteurenPhilosophie
GestiondelamobilitédanslesréseauxAdHocparanticipationdesmétriquesderoutage
parSabrineNAIMI
Avec le succès des communications sans fil, il devient possible d’accéder au réseau partout
et à tout moment sans avoir recours à connecter physiquement les appareils communicants à
une infrastructure. Les noeuds (ordinateurs portables, smartphones, etc.) peuvent analyser les
différentscanauxradioafindepouvoirs’associeràunréseausansfildisponible(stationdebase,
point d’accès, etc.). Un avantageindéniable de ses technologies sans fil est la possibilité d’être
mobile tout en restant connecté. Cependant, la mobilité est une tâche difficile à gérer car elle
doitêtreabordéeàdifférentescouchespourêtretransparenteauxutilisateurs.DanslesMANET
(Mobile Ad hoc Network), les protocoles de routage utilisent des métriques pour sélectionner
les meilleures routes. Les métriques peuvent refléter la qualité de la liaison sans fil et aider à
gérer la mobilité. Mais, un retard important entre l’estimation des métriques et leur inclusion
dansleprocessusderoutagerendcetteapprocheinefficace.
Lestravauxdecettethèses’intéressentàlapropositiondenouvellesméthodesdecalculdesmé-
triquesderoutagepourgérerleproblèmedelamobilitédanslesréseauxadhoc.Lesnouvelles
métriquesdoiventrefléterlaqualitédulienetêtresensiblesàlamobilitéenmêmetemps.Nous
considéronslesmétriquesclassiques,enparticulierETX(ExpectedTransmissionCount)etETT
(ExpectedTransmissionTime).Nousintroduisonsdenouvellesméthodespouranticiperlesva-
leurs de ces métriques en utilisant des algorithmes de prédiction. Nous utilisons une approche
CrossLayer,quipermetl’utilisationconjointedel’informationàpartirdescouches1,2et3.La
validation de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage nécessite une évaluation
autraversd’unvéritablebancd’essai.Nousavonsdoncégalementmisenoeuvrelesnouvelles
métriquesderoutagedansuntestbedafind’évalueretdecomparerleursperformancesavecles
métriquesclassiques.
Dédicace
JedédiecetravailàmachèrefilleMARAM(MIMI)
J’espèrequetuserasfièredemoi
Jet’aimeénormémentmaMIMI♡
iii
Remerciements
Jetiensàadresserenpremierlieumespluschaleureuxremerciementsàmadirectricedethèse,
Véronique VEQUE, pour m’avoir confié ce travail de recherche, ainsi que pour son aide et ses
précieuxconseilsaucoursdecesannées.Jesuistrèshonoréedel’avoireupourdirectrice.
Je tiens à exprimer mes plus vifs remerciements à mon directeur de thèse, Ridha BOUAL-
LEGUE,pourm’avoirapprisàêtreplusautonometoutaulongdecetravail.Jesuisravied’avoir
travailléensacompagnieaucoursdecettethèse.
Jesouhaiteraisexprimermagratitudeàmonco-encadrant,AnthonyBUSSON,pourlaconfiance
qu’il m’a témoigné du début à la fin du travail, pour sa grande disponibilité à comprendre et à
communiquer,sansoubliersesprécieusesintuitions.Jesuisravied’avoirtravailléensacompa-
gnie car, outre son appui scientifique, il a toujours été là pour me soutenir et me conseiller au
coursdel’élaborationdecettethèse.Enfin,j’aiétéextrêmementsensibleàsesqualitéshumaines
d’écouteetdecompréhensiontoutaulongdecetravaildoctoral.Sincèrement,grâceàluij’aipu
apprendre beaucoup de choses dont certaines fortes utiles pour mes travaux académiques bien
sûr,maisaussideschosesimportantespourmondéveloppementpersonnel.
Je voudrais remercier vivement Madame Béatrice PAILLASSA, Professeur à l’Université de
ToulouseetMadameKaoutherSETHOM,Maîtresdeconférencesdel’UniversitédeTunisCar-
thagepouravoirconsacrédutempsàlalecturedecedocumententantquerapporteurs.
J’associe à ces remerciements Madame Anne FLADENMULLER, Maîtres de conférences de
l’UniversitéPierreetMarieCurie,etMonsieurAnisLAOUITI,ProfesseurdeTélécomSudPa-
ris,pouravoiracceptéd’examinermontravail.
Aucoursdecesannéesetdanslecadredemathèseencotutelle,j’aieulachanced’êtremembre
dupôleTelecomsetRéseauxdulaboratoiredesSignauxetSystèmes(LSS)deSupélecetaussi
membre du laboratoire des Systèmes de Communications (SYS’COM) de l’École Nationale
d’IngénieursdeTunis(ENIT).J’aipupartagerdesbonsmomentsavecdenombreusespersonnes
attachantes. Je pense notamment de Supélec à : Assia, Boutheina, Sarra, Iyad, Lynda, Safaa,
Mohamed,Mahmoud,Zeina,Alietdel’ENITà:Hafewa,Ihsen,Marwa,Walid,Zied,Mohamed
Bedoui,Mohamed,Meriem,Mourad,Houssem,Dorsaf,Zeineb,etc.
Je témoigne toute ma reconnaissance amicale à Racha Sellami et Ines Hassoumi pour leurs
soutiens et leurs bonnes humeurs pendant mes stages à Paris. Elles ont rendu mes séjours plus
agréablesàvivreenleurscompagnies.
Ces remerciements ne peuvent s’achever, sans une pensée pour ma chère mère. Ses sacrifices,
saprésenceetsesencouragementssontpourmoilespiliersfondateursdecequejesuisetdece
que je fais. Un très grand merci aussi à mon cher papa pour son amour, ses encouragements et
iv
ses sacrifices. Ma grande gratitude va également à ma chère tata Zohra, pour son soutien infini
pendant tous mes états de morale. Je vous aime énormément maman, papa et tata. Que Dieu
vous protège et vous garde pour nous. Vient le moment de remercier mon frère Dali et mes
deux soeurs Abir et Rania. Je les remercie énormément pour leur soutien sans failles et tout ce
qu’ilsontpum’apporterpourfranchirlesobstacleslesplusdifficiles.Jevousaime.Jeremercie
aussi mes chères tatas Saliha et Jamila et mon oncle Abdel Waheb pour leurs soutiens et leurs
confiances en moi. Ils ont toujours cru en mon potentiel et n’ont jamais cessé de m’encoura-
ger. Mes chères cousines Islem, Omayma, Asma, mes nièces Malak et Yasmine, et mon neveu
Yasine,mercipourvotreprésencedansmavie.Jeremercietoutemafamillesansexception.
J’aichoisideleslaisseràlafin,mesgrosbébés,mestrésors:moncherépouxZied,mesdeux
fillesMimietKinzy.JeteremercieZaydounypouravoirsubimesmomentsdestressd’angoisse
et de fatigue durant ces années de thèse. Il a su m’écouter, supporter ma mauvaise humeur
et mon caractère insupportable. Je le remercie pour son soutien quotidien indéfectible et son
enthousiasme contagieux à l’égard de mes travaux comme de la vie en général. Je te remercie
chéripourtapatience,pourtonsoutien,pourtatendresseetc.toussimplementpourtonamour
qui ne cesse pas de grandir. Je remercie mes deux anges Mimi et Kinzy : je suis désolée de ne
pasêtretoujoursdisponible.Vousêtesmon«beausoleil»quim’aapportédelalumièredansma
viepastrèsgaieàcettephasecauchemardesquequ’estlafindethèse.Notrefamilleagrandien
mêmetempsquemonprojetscientifique,lepremierservantdesoclesolideàl’épanouissement
dusecond.
Je tiens à remercier aussi ma belle-mère Fatim Rebhi, mes belles soeurs Afra et Sondess, et
MohamedNaimiquim’ontaidéetsoutenuaucoursdecettethèse.
Enfin,jeprésentemesexcusesauxpersonnesquej’aipeut-êtreoubliéesdeciter,etquipourtant
ontétéprésenteslorsdecettethèse,etj’adresseencoreunefoismesremerciementsàtousceux
qui,deloinoudeprès,ontcontribuéàlaréussitedeceprésenttravail.
Une pensée pour terminer ces remerciements pour toi qui n’a pas vu l’aboutissement de mon
travailmaisjesaisquetuenauraisététrèsfierdetapetitefille!!!
Table des matières
Résumé ii
Remerciements iv
ListedesFigures ix
Listedestableaux xi
Introductiongénérale 1
0.1 Contextedelathèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
0.2 Organisationdumémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
0.3 Listedespublications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1 Lesréseauxmobilesadhoc 5
1.1 Lesréseauxmobilesadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Définitiondesréseauxmobilesadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.2 Applicationsdesréseauxmobilesadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Mobilitédanslesréseauxadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2 Modèlesdemobilitépourlesréseauxadhoc . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Protocolesderoutagedanslesréseauxadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.1 Problèmeduroutagedanslesréseauxadhoc . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.2 Classificationdesprotocolesderoutage . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 LeprotocolederoutageOLSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.1 Découvertedesvoisins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.2 Découvertedelatopologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4.3 ChoixduprotocolederoutageOLSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 Classificationdesmétriquesdanslesréseauxadhoc 29
2.1 Métriquesderoutage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 Métriquebaséesurlatopologieduréseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1 LamétriqueHopCount . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3 Métriquesbaséessurlamesuredelapuissancedusignal . . . . . . . . . . . . 34
2.4 Métriquesdelaqualitédelien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
vi
2.4.1 LamétriqueETX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.2 LamétriqueETT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.3 LamétriqueMTM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5 Métriquesdechargedutrafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.1 LamétriqueEAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.2 LamétriqueMF-TransmissionFailure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.5.3 LamétriqueC2WB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5.4 LamétriqueMIND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6 Lesmétriquesmuti-canaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.1 LamétriqueWCETT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.2 LamétriqueMIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6.3 LamétriqueMCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.4 LamétriqueiAWARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.5 LesmétriquesmETX&ENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.6 LamétriqueDBETX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.7 LesmétriquesBATD&iBATD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.7 Métriquessensiblesàlamobilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.7.1 Les métriques Link Associativity Ticks & Path Aaverage degree of as-
sociationstability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.7.2 LesmétriquesLinkAffinity&PathStability . . . . . . . . . . . . . . 53
2.7.3 LesmétriquesLinkAvailibity&PathAvailability . . . . . . . . . . . . 54
2.7.4 LamétriqueLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.5 LamétriqueLinkChangeRate,LinkStateChangesl . . . . . . . . . 57
lc
2.7.6 LamétriqueLinkStabilityL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
s
2.8 Taxonomiedesmétriquesderoutage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.9 Choixdesmétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.10 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Implémentation&ÉvaluationdesmétriquesETX,ETTetLD 66
3.1 Calcul&implémentationdesmétriquesETX&ETT . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.1 ETX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.2 ETT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2 Calcul&implémentationdelamétriqueLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3 Topologiesderéférence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.1 Topologiechaîne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.2 Topologiemesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.3.3 Topologieadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4 Évaluationdesperformances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.1 Configurationdelasimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.2 Résultatspourlachaînedenoeud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.3 Résultatspourleréseaumesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.4.4 Résultatspourlatopologiealéatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 Algorithmesd’anticipationdesmétriquesderoutage 89
4.1 Algorithmesd’anticipationdesmétriquesderoutage . . . . . . . . . . . . . . 90
4.1.1 AnticipationbaséesurledéveloppementdeTaylor . . . . . . . . . . . 91
4.1.2 Anticipationbaséesurlaprédictiondelapuissancedusignalreçu . . . 94
4.2 ÉvaluationdesPerformances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.1 Topologiechaîne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.2.2 Topologiemesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.2.3 Topologiealéatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5 MiseenOeuvreduTESTBED 122
5.1 Testbedpourlesréseauxadhoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.1.1 Testbed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.2 Descriptiondenotretestbed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.2.1 Paramètresdutestbed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.2.2 Descriptionduscénario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.3 Résultatsetdiscussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Conclusion 137
A ANNEXEA 139
A.1 ConfigurationenmodeadhocenutilisantNetworkManager . . . . . . . . . . 139
A.2 Installationd’OLSRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
A.3 Iperf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Bibliographie 143