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Les technologies sans fil: Le routage dans les réseaux ad hoc (OLSR et AODV)

( Télécharger le fichier original )
par Fatima AMEZA
Université de Bejaia - Licence en informatique 2007
Dans la categorie: Informatique et Télécommunications
  

Disponible en mode multipage

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République Algérienne Démocratique Et Populaire
Ministère De L'Enseignement Supérieur Et De La Recherche Scientifique
Université Abderrahmane Mira - BÉJAÏA
Faculté Des Sciences Et Sciences De L'ingénieur
Département D'informatique

En vue de l'obtention d'une licence Académique en Informatique LMD

Les technologies sans fil

Le routage dans les réseaux ad hoc (OLSR et AODV)

Présenté par

AMEZA Fatima ASSAM Nassima ATMANI Mouloud

Encadré par

Mr BESSAD OMAR
Melle BATTAT NADIA
Melle MIMOUNE FERIEL

Promotion : Juin 2007

Remerciements

Merci à nos parents pour nous avoir apporté support et soutient tout psychologique que financier, pendant toute la durée de nos longue études.

Nous sommes profondément reconnaissants à nos encadreurs, en particulier Monsieur BESSAD Omar, Melle BATTAT Nadia et Melle MIMO UNE Feriels pour nous avoir orientés tout au long de durée de ce projet, ainsi que pour leurs conseils et leurs critiques. Nous les remercierons surtout pour nous avoir fait confiance en notre travail du groupe.

Nous somme très reconnaissant envers Monsieur DJAHEL Soufiene pour nous avoir aidé et rependre à toutes nos questions malgré toute la distance. Un merci est bien destiné à Monsieur MO US SA UI Boubakeur pour son aide et ses remarques.

Nous ne nous permettrons surtout pas d'oublier nos amis, collègues de travail et tous les étudiants de la 3ieme Année Informatique Académique (LMD) promotion 2007.

Merci enfin a tous ceux que nous avons pu solliciter, sans qui ce projet ne se serait pas concrétisé et qu'il est impossible de tous les énumérer.

Nous sincères remerciement à Dieu le tout puissant pour la volonté, la santé et la patience qu'il nous a donné afin de réaliser se mémoire.

Dédicaces

A mes chers parents, frères et soeurs.

A toute ma famille.

A mes adorables amis.

A ceux qui cherchent leur nom ici, cette marque d'affection me va
droit au coeur :(beaucoup de noms me sont venus à l'esprit en
rédigeant ces linges et la peur d'en oublier un, me poussent à cette
écriture implicite).

FATIMA

Je dédie ce modeste travail à :

Mes parents à qui je dois ce que je suis.

« Langue vie »

Mes très chères soeurs Fadhila et Samira.

Mes très chers frères Allal, Kamel, Hamid, Karim et Toufik ainsi qu 'à leurs familles.

A toute ma famille grande et petite.

A tout mes ami(s) un par un avec qui j'ai passé de merveilleux moments et avec qui j'ai partagé malheur et bonheur.

NASSIMA

Je dédie ce travail

A mes très chers parents.

A mes frère et soeurs.

A tous ceux qui mon aidé durant ma formation. A tous le groupe d'IRYAHENE

MOULO U D

Résumé

Un réseau ad hoc est une collection de noeuds mobiles formant un réseau temporaire à topologie variable et fonctionne sans station de base et sans administration centralisée. Les communications multi sauts y sont possibles grâce à des protocoles de routage spécifiques. L'expérimentation est un outil indispensable pour étudier le comportement des protocoles de routages dans ces réseaux. Dans le cadre de ce mémoire le comportement des protocoles de routage (AODV et OLSR) est abordé est suivi d'une étude expérimentale.

Mots clé: Ad hoc, Routage, OLSR, AODV, Wi-Fi, 802.11, Technologies sans fil, Expérimentation, Sécurité.

Table des matières

Table des matières

Liste des figures

Liste des tableaux

Introduction générale 1

Chapitre 1 Introduction aux réseaux Ad hoc

1.1 Introduction 3

1.2 Les environnements mobiles 3

1.3 Architecture des environnements mobiles 4

1.3.1 Le réseau mobile avec infrastructure 4

1.3.2 Le réseau mobile sans infrastructure 5

1.4 Les réseaux mobiles ad hoc 5

1.4.1 Bref historique 5

1.4.2 Définition 5

1.4.3 Modélisation d'un réseau ad hoc 6

1.4.4 Les caractéristiques des réseaux ad hoc 7

1.4.4.1 L'absence d'infrastructure centralisée 7

1.4.4.2 Une topologie dynamique 7

1.4.4.3 La contrainte d'énergie 7

1.4.4.4 Une bande passante limitée 7

1.4.4.5 L'hétérogénéité des noeuds 7

1.4.4.6 Sécurité et Vulnérabilité 8

1.4.4.7 Multi hops Erreur ! Signet non défini.

1.4.5 Les domaines d'applications des réseaux mobiles ad hoc 8

1.5 Conclusion 9

Chapitre 2 Routage dans les réseaux Ad hoc

2.1 Introduction 10

2.2 La difficulté du routage dans les réseaux Ad hoc 10

2.3 Les contraintes de routages dans les réseaux ad hoc 11

2.4 Classification des protocoles de routage 11

2.4.1 Routage hiérarchique ou plat : 12

2.4.2 Le routage à la source et le routage saut par saut 13

2.4.3 Etat de lien et Vecteur de distance 13

2.4.4 L'inondation 14

2.4.5 Le concept de groupe 15

2.4.6 Protocoles uniformes et non-uniformes 15

2.4.7 La classification de MANET 15

2.4.7.1 Les protocoles de routage proactifs : 16

2.4.7.2 Les protocoles de routage réactifs 16

2.4.7.3 Les protocoles de routage hybrides 17

2.5 Conclusion 17

Chapitre 3 Présentation des protocoles de routage AODV et OLSR

3.1 Introduction 19

3.2 Présentation du protocole de routage AODV 20

3.2.1 Définition 20

3.2.2 Le type des messages dans AODV 20

3.2.3 Le principe de numéro de séquence 21

3.2.4 Fonctionnement de protocole 22

3.2.4.1 Découverte de route 22

3.2.4.2 Maintenance des routes 24

3.2.5 Avantages et Inconvénients 24

3.3 Présentation du protocole de routage OLSR 25

6.3.2 Le format du paquet OLSR 25

3.3.3 Le principe de relais multipoi nt 27

3.3.4 Fonctionnent du protocole 28

3.3.4.1 Détection de voisinage 29

3.3.4.2 Gestion de topologie 30

3.3.4.3 Le calcul de la route 31

3.3.5 Les messages MID 33

3.3.6 Les messages HNA 33

3.3.7 Avantages et inconvénients 33

3.4 Conclusion 34

Chapitre 4 Configuration de protocole OLSR

4.1 Introduction 35

4.2 Choix de protocole 35

4.3 Installation et configuration 35

4.4 Conclusion 39

Conclusion et Perspective 40

Liste des figures

FIG 1.1 La décomposition des réseaux mobiles 4

FIG 1.2 Mode infrastructure avec BSS 4

FIG 1.3 Le mode sans infrastructure(IBSS) 5

FIG 1.4 Le changement de la topologie des réseaux ad hoc 6

FIG 2.1 Routage à plat 12

FIG 2.2 Routage Hiérarchique 13

FIG 2.3 Le mécanisme d'inondation 14

FIG 2.4 La décomposition du réseau en groupe 15

FIG 3.1 Format d'un message RREQ 20

FIG 3.2 Format d'un message RREP 21

FIG 3.3 Format du message RERR 21

FIG 3.4 Découverte de route 23

FIG 3.5 Format de paquet OLSR 26

FIG 3.6 les relais multipoints 27

FIG 3.7 Le Relai Multipoint Erreur ! Signet non défini.

FIG 3.8 Réseau MAN ET 29

FIG 3.9 Calcul d'une route optimale 32

FIG 4.1 L'interface de configuration d'OLSR 35

FIG 4.2 l'interface de configuration de l'onglet Output 36

FIG 4.3 l'interface de configuration de l'onglet Nodes 37

FIG 4.4 l'interface de configuration de l'onglet Routes 38

Liste des tableaux

Tab 3.1 Table de voisinage du noeud A 30

Tab 3.2 Table topologique du noeud A 30

Tab 3.3 Table de routage pour A....................................................................32

Bibliographie

[1] J.CARSIQUE, N.DAUJEARD, A.LALLEMAND, and R.LADJADJ. Le routage dans les réseaux mobiles Ad hoc. 2003.

[2] S. Marti, T.J. G iuli, K. Lai, and M. Baker. Mitigating Routing Misbehavior in Mobile Ad Hoc Networks. ACM MOBICOM ,Boston MA ,USA, pages 255-265, 2000

[3]Mathias Péron, Etude de l'équité dans les réseaux ad hoc, Master's thesis, Ecole Normale Supérieure de Lyon, 2003

[4] S. Corsen and J. Macker. Mobile Ad hoc Networking (MANET): Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Consideration (RFC 2501), January 1999.

[5] S. Dj ahel Le routage OLSR et l'attaque du trou noir : Analyse & Détection. Thèse de magister, université de Bejaia, Algérie, 2006.

[6] D. DHOUTA UT. Etude du standard IEEE 802.11 dans le cadre des réseaux ad hoc : de la simulation à l'expérimentation. Thèse de doctorat, Institut National des Sciences Appliquées, Lyon, France, 2003.

[7] A. Atir Etude de L'Attaque du Trou de Ver avec le Routage Proactif dans les Réseaux Ad hoc. Université de Bejaia, Algérie, 2006.

[8] E. W. Dijkstrat. A note no two problems in connection with graphs. Numerische Mathematik, 1:269-271, 1959.

[9] R. E. Bellman. Dynamic Pro gramming. Princeton University Press, Princeton, N, J, 1957. [11] S. REDAOUI. Le routage dans les réseaux mobiles ad hoc. Thèse de magister, Ecole

[10] P. MUHLE THALER. 802.11 et les réseaux sans fil. Eyrolles édition, Août, 2002.

[11] S. KACI et N. KHOULALENE Proposition d'un protocole de routage avec différenciation de terminaux dans les réseaux ad hoc. Université A. Mira, Bejaia, Algérie, 2006.

[12] M. Aljnidi. Modèle, architecture et protocoles de sécurité pour les réseaux autonome mobiles. Thèse de L'ENST.2005

Préambule

Dans le cadre de ce projet, notre objectif est d'installer, de configurer un réseau Wifi et d'expérimenter les différents protocoles de routages destinés pour les réseaux ad hoc.

Afin d'atteindre cet objectif, nous le groupe d'étudiants de 3ème année informatique LMD Académique composé de A. AMARI, K. AIT ABDELOUAHAB, N. ADRAR, H. AIT AMOKRANE, N. ASSAM, F. AMEZA, M. ATMANI, S. ALLAL et M. ADEL sommes désignés pour réaliser ce travail.

Après désignation d'un chef de projet et en vue de bien organiser le travail, nous: Nassima ASSAM, Mouloud ATMANI et Fatima AMEZA avaient été chargé d'étudier le routage dans les réseaux ad hoc et de donner une présentation des protocoles AODV et OLSR.

Introduction Générale

Le développement technologique qu'a vue le monde d'aujourd'hui à touché tous les domaines, particulièrement le secteur de la communication qui connait une évolution considérable par l'apparition de la technologie sans fil.

La technologie sans fil permet l'établissement d'une communication sans fil dans des environnements mobiles qui offrent une grande flexibilité d'emploi. En particulier, ils permettent la mise en réseau des sites dont le câblage serait trop onéreux à réaliser, voire même impossible. Les réseaux mobiles sans fil, peuvent être classés en deux classes (les réseaux avec infrastructure ou cellulaire et les réseaux sans infrastructure). Plusieurs systèmes utilisent le modèle cellulaire et connaissent un très fort épanouissement à l'heure actuelle, mais requièrent une importante infrastructure matérielle fixe.

La contrepartie des réseaux cellulaires sont les réseaux mobiles ad hoc. Un réseau ad hoc peut être défini comme une collection d'entités mobiles interconnectées par une technologie sans fil formant un réseau temporaire sans l'aide de toute administration centralisée ou de tout support fixe. Aucune supposition ou limitation n'est faite sur la taille du réseau ou sur la mobilité des noeuds, cela veut dire qu'il est possible que le réseau ait une taille très énorme.

Dans un réseau ad hoc les sites mobiles doivent former un tout pour réaliser les

taches facilement, dont les autres réseaux ne les permettent pas. Les applications des réseaux Ad hoc sont nombreuses, on cite l'exemple classique de leur application dans le domaine militaire et les autres applications de tactique comme les opérations de secours et les missions d'exploration.

Du fait que la propagation de la portée des ondes radio des hôtes soit limité, et afin que le réseau Ad hoc reste connecté, (c'est à dire tout unité mobile peut atteindre toutes autre), Il se peut que l'hôte destination ne soit pas dans la portée de communication de l'hôte source, ce qui nécessite l'emploi d'un routage saut par saut pour acheminer les paquets de messages à la bonne destination. Ce mécanisme d'acheminement de paquet ou le routage, consiste à utiliser des protocoles de routage capables d'assurer la connexion entre n'importe quelle

paire de noeuds appartenant au réseau à tout moment. Ces protocoles doivent prendre en considération les changements topologique ainsi que les autres caractéristiques du réseau ad hoc (bande passante, nombre de liens, ressources du réseau etc.).

Notre travail entre dans le cadre de l'étude du mécanisme de routage dans les réseaux mobiles Ad hoc. Notre étude repose principalement sur les travaux de recherche qui ont été fait, et qui se font à l'heure actuelle, dans le but de comprendre le principe d'acheminement de données entre les hôtes mobiles du réseau ad hoc. Pour cela on a subdivisé le travail en quatre chapitres.

Le premier chapitre c'est une introduction aux réseaux Ad hoc, en détaillant leurs caractéristiques principales et leurs domaines d'application, ainsi que leurs avantages et inconvénients.

Le deuxième chapitre traite le routage dans les réseaux Ad hoc en donnant quelques exemples de protocoles et leurs classifications selon différents critères.

Le troisième chapitre est consacré à la présentation des deux protocoles de routage (AODV et OLSR) existant dans le contexte des réseaux ad hoc. Nous décrivons les principales caractéristiques et fonctionnalités de chaqu'un d'eux, et leurs manière d'établir les routes entre les hôtes mobiles. Pour conclure ensuite par une simple comparaison entre ces deux protocoles.

Le dernier chapitre est destiné pour une étude expérimentale du protocole OLSR dans un réseau ad hoc.

CHAPITRE 1

Introduction aux réseaux ad hoc

1.1 Introduction

L'évolution récente de la technologie dans le domaine de la communication sans fil et l'apparition des unités de calcul portables poussent aujourd'hui les chercheurs à faire des efforts à fin de réaliser le but des réseaux : « L'accq~s à l'information n' importe où et n'importe quand »

.

Le concept des réseaux mobiles ad hoc essaie d'étendre les notions de la mobilité à toutes les composantes de l'environnement. Ici, contrairement aux réseaux basés sur la communication avec infrastructure (cellulaire), aucune administration centralisée n'est

disponible, ce sont les hôtes mobiles eux-mêmes qui forment une infrastructure du réseau. Aucune supposition ou limitation n'est faite sur la taille du réseau ad hoc, le réseau peut contenir des centaines ou des milliers d'unités mobiles.

Dans ce chapitre nous allons présenter les environnements mobiles et les principaux concepts liés à ces environnements. Nous commençons par la définition de cet environnement et les deux classes qui le constituent (mode infrastructure et mode sans infrastructure). Nous introduisons ensuite le concept des réseaux ad hoc et les caractéristiques inhérentes à ces réseaux. Enfin nous définissons quelques domaines d'application d'un réseau ad hoc.

1.2 Les environnements mobiles

Un environnement mobile1 est un système composé d'unités mobiles et qui permet à ses utilisateurs d'accéder à l'information indépendamment de leurs positions géographiques

1 Une étude détaillée sur les environnements mobiles est faite par le premier binôme du groupe désigné pour ce projet, le lecteur pourra la trouver dans : l'intitulé les technologies sans fil.2007.présenté par k.A IT AB DELOUAHAB et A.AMARI

[1]. Suivant la manière de communication entres les mobiles, le réseau sans fil offre deux architectures différentes.

1.3 Architecture des environnements mobiles

Le réseau sans fil offre deux modes de fonctionnement, le mode avec infrastructure et le mode sans infrastructure ou mode ad hoc (voir FIG 1.1).

Réseaux Mobiles Sans

Réseaux sans infrastructure

 

Réseaux avec infrastructure

FIG 1.1 La décomposition des réseaux mobiles.

1.3.1 Le réseau mobile avec infrastructure :

En mode avec infrastructure, également appelé le mode BSS (Basic Service Set) certains sites fixes, appelés stations support mobile (Mobile Support Station) ou station de base (SB) sont munis d'une interface de communication sans fil pour la communication directe avec des sites ou unités mobiles (UM), localisés dans une zone géographique limitée, appelée cellule (voir la FIG 1.2).

A chaque station de base correspond une cellule à partir de laquelle des unités mobiles peuvent émettre et recevoir des messages. Alors que les sites fixes sont interconnectés entre eux à travers un réseau de communication filaire, généralement fiable et d'un débit élevé. Les liaisons sans fil ont une bande passante limitée qui réduit sévèrement le volume des informations échangées. Dans ce modèle, une unité mobile ne peut être, à un instant donné, directement connectée qu'à une seule station de base.

?

FIG 1.2 Mode infrastructure avec BSS

1.3.2 Le réseau mobile sans infrastructure :

Le réseau mobile sans infrastructure également appelé réseau Ad hoc ou IBSS (Independent Basic Service Set) ne comporte pas l'entité « site fixe », tous les sites du réseau sont mobiles et se communiquent d'une manière directe en utilisant leurs interfaces de communication sans fil (voir FIG 1.3). L'absence de l'infrastructure ou du réseau filaire composé des stations de base, oblige les unités mobiles à se comporter comme des routeurs qui participent à la découverte et la maintenance des chemins pour les autres hôtes du réseau.

FIG 1.3 Le mode sans infrastructure(IBSS)

1.4 Les réseaux mobiles ad hoc

1.4.1 Bref historique :

Le début des années 1970 voit, au sein du projet militaire Américain DARPA (The Defense Advanced Research Projects Agency), la naissance des premiers réseaux utilisant le médium radio. Ces réseaux disposaient déjà d'une architecture distribuée, partageaient le canal de diffusion en répétant des paquets pour élargir la zone de couverture globale. Par la

suite, en 1983, les Sur vivable Radio Networks (SU RAN) furent développés par le DARPA. L'objectif était de dépasser les limitations (en particulier permettre le passage à des réseaux comportant énormément des noeuds, gérant la sécurité, l'énergie). Mais les recherches sur ces réseaux restaient exclusivement militaires. Ce n'est qu'avec l'arriver du protocole 802.11 de l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) qui permet de bâtir des réseaux sans fil autour de bases fixes, que la recherche civile s'empare à la fin des années 90 des problématiques liées à ces réseaux.

1.4.2 Définition :

Les réseaux ad hoc aux quels nous nous sommes intéressés sont ceux décrits et étudiés par le groupe de travail MANET2 (Mobil Ad hoc Network) de l 'IETF ( Internet Engineering Tast Force). Une définition de ces réseaux est donnée formellement dans RFC 2501 [4] : « Un réseau ad hoc comprend des plates-formes mobiles (par exemple, un routeur interconnectant différents hôtes et équipements sans fil) appelées noeuds qui sont libres de se déplacer sans contrainte. Un réseau ad hoc est donc un sy stq~me autonome de noeuds mobiles Ce systq~m e peut fonctionner d'une m aniq~re isolée ou s'interfacer à des réseaux fixes au travers de passerelles».

1.4.3 Modélisation d'un réseau ad hoc :

Un réseau ad hoc peut être modélisé par un graphe Gt = (Vt, Et) [3]. Où : Vt représente l'ensemble des noeuds (i.e. les unités ou les hôtes mobiles) du réseau et Et modélise l'ensemble les connections qui existent entre ces noeuds. Si e = (u, v). Et, cela veut dire que les noeuds u et v sont en mesure de communiquer directement à l'instant t.

La topologie du réseau peut changer à tout moment .dans l'exemple suivant (F IG 1.4), le noeud A envoie un flux de données au noeud E, pour cela les données sont acheminées par les noeuds G et F. après le mouvement, nous remarquons que le routage des données devient plus complexe puisque le flux ne suit plus le chemin G et F, mais il doit parcourir tout les noeuds B,C,D,G ,F. le réseau est donc dynamique et imprévisible ce qui fait que la

2 http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html

déconnexion des unités soit très fréquente.

L'ancienne topologie la nouvelle topologie

: Unité mobile : lien de communication avant le mouvement

: Le déplacement des unités : lien de communication après le mouvement

FIG 1.4 Le changement de la topologie des réseaux ad hoc.

1.4.4 Les caractéristiques des réseaux ad hoc :

Les réseaux mobiles ad hoc sont caractérisés [5] par ce qui suit:

1.4.4.1 L'absence d'infrastructure centralisée :

Les réseaux ad hoc se distinguent des autres réseaux mobiles par la propriété d'absence d'infrastructures préexistante et de tout genre d'administration centralisée. Les hôtes mobiles sont responsables d'établir et de maintenir la connectivité du réseau d'une manière continue.

1.4.4.2 Une topologie dynamique :

Les unités mobiles du réseau, se déplacent d'une façon libre et arbitraire. Par conséquent la topologie du réseau peut changer, à des instants imprévisibles, d'une manière rapide et aléatoire. Les liens de la topologie peuvent être unis ou bidirectionnels.

1.4.4.3 La contrainte d'énergie :

Les équipements mobiles disposent de batteries limitées, et dans certains cas très limitées tels que les PDA (Personal Digital Assistant), et par conséquent d'une durée de traitement réduite. Sachant qu'une partie de l'énergie est déjà consommée par la fonctionnalité du routage. Cela limite les services et les applications supportées par chaque noeud.

1.4.4.4 Une bande passante limitée :

Un des caractéristiques primordiales des réseaux basés sur la communication sans fil est l'utilisation d'un médium de communication partagé. Ce partage fait que la bande passante réservée à un hôte soit modeste.

1.4.4.5 L'hétérogénéité des noeuds :

Un noeud mobile peut être équipé d'une ou plusieurs interfaces radio ayant des capacités de transmission variées et opérant dans des plages de fréquence différentes. Cette hétérogénéité de capacité peut engendrer des liens asymétriques dans le réseau. De plus, les noeuds peuvent avoir des différences en terme de capacité de traitement (CPU, mémoire) de logiciel et de mobilité (lent, rapide). Dans ce cas, une adaptation dynamique des protocoles s'avère nécessaire pour supporter de telles situations.

1.4.4.6 Sécurité et Vulnérabilité :

Dans les réseaux ad hoc, le principal problème ne se situe pas tant au niveau du support physique mais principalement dans le fait que tous les noeuds sont équivalents et potentiellement nécessaires au fonctionnement du réseau. Les possibilités de s'insérer dans le réseau sont plus grandes, la détection d'une intrusion ou d'un déni de service plus délicate et l'absence de centralisation pose un problème de remontée de l'information de détection d'intrusions.

1.4.4.7 Multihops :

Un réseau ad hoc est qualifié par « multihops » car plusieurs noeuds mobiles peuvent participer au routage et servent comme routeu rs intermédiaires.

1.4.5 Les domaines d'applications des réseaux mobiles ad hoc :

La particularité du réseau Ad hoc est qu'il n'a besoin d'aucune installation fixe, ceci lui permettant d'être rapide et facile à déployer. Les applications tactiques comme les opérations de secours, militaires ou d'explorations trouvent en Ad Hoc, le réseau idéal. La technologie Ad Hoc intéresse également la recherche, des applications civiles sont apparues. On distingue [14]:


· Les services d'urgence : opération de recherche et de secours des personnes, tremblement de terre, feux, dans le but de remplacer l'infrastructure filaire.

· Le travail collaboratif et les communications dans des entreprises ou bâtiments : dans le cadre d'une réunion ou d'une conférence par exemple.

· Applications commerciales : pour un paiement électronique distant (taxi) ou pour l'accès mobile à l'Internet, où service de guide en fonction de la position de l'utilisateur.

· Réseaux de senseurs : Les capteurs, chargés de mesurer les propriétés physiques des environnements (comme la température, la pression...), sont dispersés (le plus souvent lâchés d'un avion ou d'un hélicoptère) par centaines, voire par milliers sur le site, effectuent leurs mesures et envoient les résultats à une station par l'intermédiaire d'un routage ad hoc à travers le réseau.

· Le cadre informatique : Dans le cadre de l'informatique, les réseaux ad hoc peuvent servir à établir des liens entre ses différents composants. Dans ce cas, on parle non plus de LAN (Local Area Network) mais de PAN (Personnal Area Network)

1.5 Conclusion

Le réseau Ad hoc manifeste beaucoup de simplicité et assez d'avantages par rapport aux autres réseaux (filaires et cellulaires) par sa facilité de déploiement en cas d'urgence ou de travaux temporaires dont les autres réseaux engendrent des frais importants. Cependant de nouveaux problèmes apparaissent, en effet l'absence d'une infrastructure centralisé fait du routage dans les réseaux ad hoc un problème très compliqué. Dans la plupart des cas, le noeud destination ne se trouve pas obligatoirement dans la portée du noeud source ce qui implique que l'échange des données entre les deux noeuds, doit être effectué par des stations intermédiaires. Par ailleurs, la topologie de ces réseaux qui peuvent être continuellement mobile oblige les protocoles de routage à réagir rapidement.

Après avoir présenté l'environnement mobile ad hoc, une étude sur le routage dans cet environnement sera faite dans le chapitre prochain.

CHAPITRE 2

Routage dans les réseaux Ad hoc

2.1 Introduction

Le routage est une méthode d'acheminement des informations vers la bonne destination à travers un réseau de connexion donnée, il consiste à assurer une stratégie qui garantit, à n'importe quel moment, un établissement de routes qui soient correctes et efficaces entre n'importe quelle paire de noeud appartenant au réseau, ce qui assure l'échange des messages d'une manière continue. 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.

Dans ce qui suit, nous décrirons brièvement la difficulté de routage dans les réseaux ad hoc et les différents mécanismes de routages apparus pour la résolution de ce problème.

2.2 La difficulté du routage dans les réseaux Ad hoc

De fait qu'un réseau ad hoc est un ensemble de noeuds mobiles qui sont dynamiquement et arbitrairement éparpillés d'une manière ou l'interconnexion entre les noeuds peut changer à tout moment. Il se peut qu'un hôte destination soit hors de la portée de communication d'un hôte source, ce qui nécessite l'emploi d'un routage interne par les noeuds intermédiaires afin de faire acheminer les paquets de message à la bonne destination.

En effet, la topologie évoluant constamment en fonction des mouvements des mobiles, Le problème qui se pose dans le contexte des réseaux ad hoc est l'adaptation de la méthode d'acheminement utilisée avec le grand nombre d'unités existant dans un environnement caractérisé par de modestes capacités de calcul et de sauvegarde.

D'ailleurs dans la pratique il est impossible qu'un hôte puisse garder les informations de routage concernant tous les autres noeuds, dans le cas où le réseau serait volumineux.

2.3 Les contraintes de routages dans les réseaux ad hoc

L'étude et la mise en oeuvre 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 donc au cours du temps, la topologie du réseau peut changer fréquemment. Il semble donc important que toute conception de protocole de routage doive étudier les problèmes suivants :

· 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 noeuds ou liens.

· Offrir un support pour pouvoir effectuer des communications multi-points 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,... 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.

· Le temps de latence : La qualité des temps de latence et de chemins doit augmenter dans le cas où la connectivité du réseau augmente [1].

2.4 Classification des protocoles de routage

Vue la difficulté de routage dans les réseaux ad hoc, les stratégies existantes utilisent une variété de techniques afin de résoudre ce problème. Suivant ces techniques, plusieurs classifications sont apparues, parmi lesquelles nous allons citer :

2.4.1 Routage hiérarchique ou plat :

Le premier critère utilisé pour classifier les protocoles de routage dans les réseaux ad hoc concerne le type de vision qu'ils ont du réseau et les rôles qu'ils accordent aux différents mobiles.

y' Les protocoles de routage à plat : considèrent que tous les noeuds sont égaux (FIG 2.1). La décision d'un noeud de router des paquets pour un autre dépendra de sa position. Parmes les protocoles utilisant cette technique, on cite l'AODV ( Ad hoc On Demand Distance Vector).

FIG 2.1 Routage à plat

I Les protocoles de routage hiérarchique : fonctionnent en confiant aux mobiles des rôles qui varient de l'un à l'autre. Certains noeuds sont élus et assument des fonctions particulières qui conduisent à une vision en plusieurs niveaux de la topologie du réseau. Par exemple, un mobile pourra servir de passerelle pour un certain nombre de noeuds qui se seront attachés à lui. Le routage en sera simplifié, puisqu'il se fera de passerelle à passerelle, jusqu'à celle directement attachée au destinataire. Un exemple est donné sur la figure (FIG 2.2), où le noeud N3 passe par les passerelles P1, P2 et P3 pour atteindre N7. Dans ce type de protocole, les passerelles supportent la majeure partie de la charge du routage (les mobiles qui s'y rattachent savent que si le destinataire n'est pas dans leur voisinage direct, il suffit d'envoyer à la passerelle qui se débrouillera) [6]. ]. Un exemple de protocole utilisant cette stratégie est l' OLSR (Optimized Link State Routing)

FIG 2.2 Routage Hiérarchique

2.4.2 Le routage à la source et le routage saut par saut :

y' Le routage à la source : le routage à la source ou « source routing » consiste à indiquer dans le paquet routé l'intégralité du chemin que devra suivre le paquet pour atteindre sa destination. L'entête de paquet va donc contenir la liste des différents noeuds relayeur vers la destination. Le protocole le plus connu basant sur cette classe est : DSR3.

y' Le routage saut par saut : le routage saut par saut ou «hop by hop» consiste à donner uniquement à un paquet l'adresse du prochain noeud vers la destination. AODV fait partie des protocoles qui utilisent cette technique.

2.4.3 Etat de lien et Vecteur de distance :

Autres classification, hérité du monde filaire, est possible pour les protocoles de routage : les protocoles basé sur l'état des liens et se basé sur le vecteur de distance. Les deux méthodes exigent une mise à jour périodique des données de routage qui doivent être diffusées par les différents noeuds de routage du réseau. Les algorithmes de routage basés sur ces deux méthodes, utilisent la même technique qui est la technique des plus courts chemins, et permettent à un hôte donné, de trouver le prochain hôte pour atteindre la destination en utilisant le trajet le plus court existant dans le réseau.

y' Les protocoles basés sur l'état de lien : La famille des protocoles à état de liens se base sur les informations rassemblées sur l'état des liens dans le réseau. Ces

3Dynamic Source Routing

informations sont disséminées dans le réseau périodiquement ce qui permet ainsi aux noeuds de construire une carte complète du réseau. Un noeud qui reçoit les informations concernant l'état des liens, met à jour sa vision de la topologie du réseau et applique un algorithme de calcul des chemins optimaux afin de choisir le noeud suivant pour une destination donnée. En générale ces algorithmes se basent sur le principe de l'algorithme de Djikstra [8] pour calculer les chemins les plus courts entre un noeud source et les autres noeuds du réseau. . Les principaux protocoles de routage dans les réseaux ad hoc qui appartiennent à cette classe sont les suivants : TORA4 , OLSR et TBRPF5.

y' Les protocoles basés sur le vecteur de distance : Les protocoles à vecteur de distance se basent sur un échange, entre voisins, des informations de distances des destinations connues. Chaque noeud envoie à ses voisins la liste des destinations qui lui sont accessibles et le coût correspondant. Le noeud récepteur met à jour sa liste locale des destinations avec les coûts minimums. Le processus de calcul se répète, s'il y a un changement de la distance minimale séparant deux noeuds, et cela jusqu'à ce que le réseau atteigne un état stable. Les calcules des routes se basé sur le principe de l'algorithme distribué de Bellman-Ford [9] (DBF). les protocoles de routage basés sur le vecteur de distance les plus connus pour les réseaux ad hoc sont : DSR, DSDV6 et AODV.

2.4.4 L'inondation :

L'inondation ou la diffusion pure, consiste à répéter un message dans tout les réseaux .Un noeud qui initie l'inondation envoie le paquet à tous ses voisins directe, de même si un noeud quelconque de réseau reçoit le paquet pour la première fois, il le rediffuse à tous les voisins, Ainsi de proche en proche le paquet inonde le réseau (FIG 2.3).

FIG 2.3 Le mécanisme d'inondation

4Temparally- Ordered Routing Algorithm.

5Topology Dissemi nation Based On Reverse Path Forwardi ng. 6Desti nation-Sequenced DistanceVector.

Notons que les noeuds peuvent être anienes appliques (durant l'inondation) certain traitement de contrôle dans le but d'éviter certains problèmes, tel que le bouclage et la duplication des messages, Le mécanisme d'inondation est utilisé généralement dans la première phase du routage plus exactement dans la procédure de découverte des routes, et cela dans le cas où le noeud source ne connaît pas la localisation exacte de la destination.

2.4.5 Le concept de groupe :

Dans la communication de groupe, les messages sont transmis à des entités abstraites ou groupes, les émetteurs n'ont pas besoin de connaître les membres du groupe destinataire. La gestion des membres d'un groupe permet à un élément de se joindre à un groupe, de quitter ce groupe, se déplacer ailleurs puis rejoindre le même groupe. C'est en ce sens que la communication de groupe assure une indépendance de la localisation, ce qui la rend parfaitement basées sur les groupe. Le concept de groupe facilite les taches de la gestion du routage (telles que les transmissions des paquets, l'allocation de la bande passante etc.) et cela en décomposant le réseau en un ensemble de groupes connecté.

FIG 2.4 La décomposition du réseau en groupe 2.4.6 Protocoles uniformes et non-uniformes :

Certains protocoles de routage n'utilisent pas tous les noeuds d'un réseau pour faire transiter les messages, au contraire ils en sélectionnent certains, en fonction du voisinage ou pour former des cellules. Ces protocoles sont dits non-uniformes. Ceux qui utilisent tous les noeuds du réseau capables de router sont appelés protocoles uniformes. [1]

2.4.7 La classification de MANET :

C'est la classification qui nous intéresse et qu'on maintient pour la suite de ce chapitre. Suivant la manière de création et de maintenance de routes lors de l'acheminement

des données, les protocoles de routage peuvent être séparés en : Proactif, Réactif et Hybride.

2.4.7.1 Les protocoles de routage proactifs :

Les protocoles de routage proactifs essaient de maintenir les meilleurs chemins existants vers toutes les destinations possibles (qui peuvent représenter l'ensemble de tous les noeuds du réseau) au niveau de chaque noeud du réseau, Les routes sont sauvegardées même si elles ne sont pas utilisées. La sauvegarde permanente des chemins de routage, est assurée par un échange continu des messages de mise à jour des chemins, Le plus abouti de ces protocoles est OLSR.

Avantages et les inconvénients des protocoles proactifs :

Avec un protocole proactif, les routes sont disponibles immédiatement, ainsi l'avantage d'un tel protocole est le gain de temps lors d'une demande de route. Le problème est que, les changement de routes peuvent être plus fréquents que la demande de la route et le trafic induit par les messages de contrôle et de mise à jour des tables de routage peut être important et partiellement inutile, ce qui gaspille la capacité du réseau sans fi l. De plus, la taille des tables de routage croit linéairement en fonction du nombre de noeud.

De ce fait, un nouvel type de protocole a apparu, il s'agit des protocoles de routage réactifs.

2.4.7.2 Les protocoles de routage 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 fils.

La majorité des solutions proposée pour résoudre le problème de routage dans les réseaux ad hoc, et qui sont évaluées actuellement par le groupe de travail MANET (Mobile Ad Hoc Networking working Groupe) de l'IETF (Internet Engineering Task Force), appartiennent à cette classe de protocoles de routage [2].

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. Actuellement, le plus connu de ces protocoles est AODV.

Avantages et les inconvénients des protocoles réactifs:

A l'opposé des protocoles proactifs, dans le cas d'un protocole réactif, aucun message de contrôle ne charge le réseau pour des routes inutilisées ce qui permet de ne pas gaspiller les ressources du réseau. Mais la mise en place d'une route par inondation peut être coûteuse et provoquer des délais importants avant l'ouverture de la route et les retards dépassent bien souvent les délais moyens admis par les logiciels, aboutissant à une impossibilité de se connecter alors que le destinataire est bien là.

De ce fait, un nouvel type de protocole a apparu, il s'agit des protocoles de routage hybrides.

2.4.7.3 Les protocoles de routage hybrides :

Dans ce type de protocole, on peut garder la connaissance locale de la topologie jusqu'à un nombre prédéfini- a priori petit- de sauts par un échange périodique de trame de contrôle, autrement dit par une technique proactive. Les routes vers des noeuds plus lointains sont obtenues par schéma réactif, c'est-à-dire par l'utilisation de paquets de requête en diffusion [10]. Un exemple de protocoles appartenant à cette famille est DSR (Dynamic Source Routing), qui est réactif à la base mais qui peut être optimisé s'il adopte un comportement proactif.un autre exemple est le protocole ZRP (Zone Routinier Protocol).

Avantages et inconvénient des protocoles hybrides :

Le protocole hybride est un protocole qui se veut comme une solution mettant en commun les avantages des deux approches précédentes en utilisant une notion de découpe du réseau.

Cependant, il rassemble toujours quelques inconvénients des deux approches proactives et réactives.

2.5 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons abordé la notion et les problèmes de routage dans les réseaux Ad hoc.

Comme nous avons vu, le problème de routage est loin d'être évident dans cet environnement,
où ce dernier impose de nouvelles limitations par rapport aux environnements classiques. Les

stratégies de routage doivent tenir compte des changements fréquents de la topologie, de la consommation de la bande passante qui est limitée, ainsi d'autres facteurs.

Finalement, nous avons présenté vue classification de protocole de routage dans les environnements mobiles, avec quelques exemples pour les protocoles de routage proactif et réactif qui ont été conçu pour les réseaux Ad hoc,

Dans le chapitre suivant nous allons se détailler sur le fonctionnement de deux protocoles qui sont les plus avancés sur la voie d'une normalisation [4]. AODV et OLSR font l'objet de chapitre suivant.

CHAPITRE 3

Présentation des protocoles de routage

AODV et OLSR

3.1 Introduction

Lors de la transmission d'un paquet d'une source vers une destination, il est nécessaire de faire appel à un protocole de routage qui acheminera correctement le paquet par le «meilleur » chemin. Plusieurs protocoles ont été proposés au niveau ad hoc. Afin de comprendre leurs comportement dans des réseaux mobiles, nous nous sommes intéressés donc à faire une étude théorique sur quelques protocoles, pour ce la, la première étape à faire fut celle du choix des protocoles sur lesquels se baser. Notre choix s'est porté sur AODV et OLSR. En effet. Ces protocoles montrent une meilleure qualification[4].

AODV et OLSR sont représentatifs de diverses techniques et sont les plus avancés sur la voie d'une normalisation [4]. Ils appartiennent chaqu'un à une famille, le premier, réactif, de Charles Perkins (Nokia) et Elizabeth Royer (University of California), est baptisé AODV (Ad hoc On demand Distance Vector Routing). Il utilise un mécanisme de diffusion (broadcast) dans le réseau pour découvrir les routes valides. Le second est proactif, retenu est français, de l'équipe HIPERCOM de Philippe jacquet (INRIA7 Rocquercourt) et s'appelle OLSR (Optimized Link State Routing Protocole). Il utilise un mécanisme qui permet de designer un sous-ensemble de son voisinage responsable de la dissémination des informations de contrôle de topologie dans les réseaux à moindre coût.

Ces deux protocoles (AODV, OLSR) font désormais l'objet d'une Request For Comment(RFC), tendis que les autres sont à des versions assez stabilités de leurs drafts.

7 Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique

Dans ce chapitre, nous allons présenter ces deux protocoles, en commençant par une étude détaillée sur le protocole de routage AODV et sa manière d'agir, on décrira par la suite le protocole OLSR et son principe de fonctionnement et on finira par une brève comparaison entres ces deux protocoles de routage.

3.2 Présentation du protocole de routage AODV«Ad hoc On demand Distance Vector»

3.2.1 Définition :

AODV est un protocole de routage réactif et base sur le principe des vecteurs de distance, capable à la fois de routage unicast et multicast [11]. Il représente essentiellement une amélioration de l'algorithme proactif DSDV.

3.2.2 Le type des messages dans AODV :

Le protocole AODV fonctionne à partir de trois types de messages : - les messages de demande de route RREQ : Route Request Message.

- les messages de réponse de route RREP : Route Reply Message. - les messages d'erreur de route RERR : Route Error Message.

? Message de demande de route (RREQ) : Il est sous la forme suivante :

FIG 3.1 Format d'un message RREQ

? Message Route Reply (RREP) : Ce message est sous la forme suivante:

FIG 3.2 Format d'un message RREP

? Message d'erreur (RERR) : Il est sous la forme suivante.

FIG 3.3 Format du message RERR

En plus des messages cités avant, l'AODV utilise des paquets contrôle H ELLO qui permettent de vérifier la connectivité des routes.

3.2.3 Le principe de numéro de séquence :

La circulation inutile des paquets de messages, qui peut arriver avec le DBF (Distribution de Bellman Ford), est intolérable dans les réseaux mobiles ad hoc, caractérisés par une bande passante limitée et des ressources modestes.

L'AODV utilise les principes de numéro de séquence afin d'éviter le problème des boucles infinie et des transmissions inutiles de messages sur le réseau, en plus il permet de maintenir la consistance des informations de routage. A cause de la mobilité des noeuds dans

le réseau ad hoc, les routes changent fréquemment ce qui fait que les routes maintenus par certains noeuds, deviennent invalide. Les numéros de séquence permettent d'utiliser les routes les plus nouvelles ou autrement dit les plus fraiches (fresh routes), un noeud les mis à jour chaque fois qu'une nouvelle information provenant d'un message RREQ, RREP ou RERR, il incrémente son propre numéro de séquence dans les circonstances suivantes :

- Il est lui-même le noeud destination et offre une nouvelle route pour l'atteindre.

- Il reçoit un message AODV (RREQ, RREP, RERR) contenant de nouvelles informations sur le numéro de séquence d'un noeud destination.

- Le chemin vers une destination n'est plus valide.

3.2.4 Fonctionnement de protocole :

Dans cette partie nous détaillerons le fonctionnement de protocole AODV, en commençant d'abord par la manière dont il découvre les routes, nous parlerons par la suit sur la façon dont il maintien ces routes, une fois valides.

3.2.4.1 Découverte de route :

Lorsqu' un noeud veut émettre un message, il cherche dans sa table de routage si une route valide existe pour la destination qu'il souhaite atteindre, s'il n'en existe aucune, il se met à la recherche d'une route.

Cette tâche est réalisée par la diffusion de message RREQ sur une adresse de type broadcast au travers de réseau. Le champ numéro de séquence destination de paquet RREQ, contient la dernière valeur connue du numéro de séquence associé au noeud destination. Cette valeur est recopiée de la table de routage, si le numéro de séquence n'est pas connu, la valeur nulle sera prise par défaut. Avant l'envoi du paquet RREQ, le noeud origine sauvegarde l'identificateur du message et l'adresse IP de façon à ne pas traiter le message dans le cas où un voisin le lui renverrait. Un fois la demande de route effectuée, le noeud demandeur se met en attente de réponses.

Quand un noeud de transit (intermédiaire) reçoit le paquet le de la requête, il vérifie dans stable historique si cette requête a déjà été vue et traitée. Si le paquet est doublon, le noeud doit l'ignorer et arrêter le traitement. Dans le cas contraire le couple (@ source, ID de requête) sera inscrit dans la table historique pour rejeter le future doublons, et le noeud continue le traitement en cherchant la destination dans sa table de routage : s'il possède une

route récente, a noter qu'une route est récente si le numéro de séquence de la destination dans la table est supérieure ou égale au numéro de séquence dans le paquet RREQ. Dans ce cas, le noeud envoi un paquet de réponse (RREP) à la source lui indiquant comment atteindre la destination. Autrement le noeud ne connait pas la route vers la destination : il incrémente le nombre de sauts et rediffuse le paquet (FIG 3.4).

Avant de l'envoi de paquet, le noeud intermédiaire sauvegarde l'adresse du noeud précédant et celle du noeud source à partir du quel la première copie de la requête est reçue. Cette information est utilisée pour construire le chemin inverse, qui sera traversé par le paquet réponse de la route de manière unicast (cela veut dire qu'AODV supporte seulement les liens symétriques).

FIG 3.4 Découverte de route

Si la requête atteint le noeud destination, un paquet RREP est construit avec le nouveau numéro de séquence de la destination est suit la route inverse notée dans les tables (voir la FIG3.4). Le champ hop count de message route RREP est incrémenté à chaque noeud traversé, une fois le noeud origine atteint, la valeur du champ hop count représente la distance en nombre de sauts pour aller du noeud source vers le noeud destination. Quand le noeud reçoit une réponse de route, le paquet est examiné, et une entrée pour la route vers la destination est inscrite dans la table de routage si au moins une des ces conditions est satisfaite :

- aucune route vers la destination n'est connue.

- le numéro de séquence pour la destination dans le paquet de réponse est supérieure a la valeur présente dans la table de routage.

- les numéros de séquences sont égaux mais la nouvelle route est plus courte.

Afin de limiter le coût dans le réseau, AODV propose d'étendre la recherche progressivement, initialement, la requête RREQ est diffusée à un nombre de sauts limité. Si la source ne reçoit aucune réponse après un délai d'attente déterminé, elle retransmet un autre

message de recherche en augmentant le nombre maximum de sauts. En cas de non réponse, Cette procédure est répétée un nombre maximum de fois avant de déclarer que cette destination est injoignable.

A chaque nouvelle diffusion, le champ Broadcast ID du paquet RREQ est incrémenté pour identifier une requête de route particulière associée à une adresse source. Si la requête RREQ est rediffusée un certain nombre de fois (RREQ.RETRIES) sans réception de réponse, un message d'erreur est délivré à l'application.

3.2.4.2 Maintenance des routes :

AODV maintient les routes aussi longtemps que celles-ci sont actives, une route est considérée active tant que des paquets des données transitent périodiquement de la source a la destination selon ce chemin. Lorsque la source stoppe d'émettre des paquets des données, le lien expirera et sera effacé des tables de routage des noeuds intermédiaires. Si un lien se rompt lorsqu'une route est active, le lien est considéré défaillant. Les défaillances des liens sont, généralement, dues à la mobilité du réseau ad hoc.

Afin de détecter cette défaillance, AODV utilise les messages de contrôle « HELLO » qui permettent de vérifier la connectivité ou plutôt l'activité des routes. Un noeud détermine l'activité d'une route en écoutant périodiquement les messages « HELLO » transmis par ses voisins. Si pendant un laps de temps, trois messages « HELLO » ne sot pas reçus consécutivement, le noeud considère que le lien -vers ce voisin est cassé. Il envoi un message d'erreur (RERR) à la source et la route devient invalide.

-Gestion de la connectivité locale :

En fait, lors de la rupture d'un lien d'une route active, AODV tente de réparer la connectivité localement en diffusant une requête de recherche de route dans le voisinage. Si cette tentative échoue, alors la route est supprimée, et nouvelle recherche de route est lancée par la source.

3.2.5 Avantages et Inconvénients :

L'un des avantages d'AODV est l'utilisation de numéro de séquence dans les messages. Ces numéros de séquences permettent l'éviter les problèmes de boucles infinies et sont essentiels au processus de mis à jour de la table de routage.

Un autre avantage est le rappel de l'adresse IP du noeud origine dans chaque message. Ceci permet de ne pas perdre la trace du noeud à l'origine de l'envoi du message lors des différents relais.

Un inconvénient d'AODV est qu'il n'existe pas de format générique des messages. Chaque message a son propre format : RREQ, RREP, RERR.

3.3 Présentation du protocole de routage OLSR (Optimized Link State Routing)

3.3.1 Définition :

OLSR est un protocole de routage proactif, conçu pour fonctionner dans un environnement mobile distribué sans aucune entité centrale le contrôlant et réagissant à la mobilité (réseaux Ad hoc).Il est utilisé dans les réseaux denses et peu mobiles [5].

Il représente une adaptation et une optimisation du principe de routage à état de lien pour les réseaux ad hoc. Il permet d'obtenir les routes de plus court chemin. L'optimisation tient au fait que dans un protocole à état de lien, chaque noeud déclare ses liens directs avec tous ses voisins à tout le réseau. Dans le cas d'OLSR, les noeuds ne vont déclarer qu'une sous partie de leurs voisinage par l'utilisation de relais multipoints MPR (Multipoint Relay).

6.3.2 Le format du paquet OLSR :

Contrairement à AODV qui offre un format spécifique à chaqu'un de ses messages, le protocole OLSR définit un format général du paquet, donné sur la figure (FIG3.5).Ce format est unique pour tout les messages circulant sur le réseau.

En plus des messages d'échange de trafic de contrôle HELLO et TC (Topologie Control), le protocole OLSR propose deux autres types différents de messages : MID (Multiple Interface Declaration) et HNA (Host and Network Association)

FIG 3.5 Format de paquet OLSR

Chaque paquet peut contenir plusieurs messages identifiés par un type. Ceci permet d'envoyer plusieurs informations à un noeud en une seule transmission. Selon la taille de MTU (Maximum Transfer Unit), un noeud peut ajouter de différents messages et les transmettre ensemble. Par conséquent différents types de messages peuvent être émis ensemble mais traités et retransmis différemment dans chaque noeud. Quand ce dernier reçoit un paquet, il examine les entêtes des messages et en détermine le type selon la valeur du champ message type. Dans OLSR, un message du control individuel est uniquement identifier par une adresse initiale (Originator address) et son numéro de séquence MSN (Message Sequence Num ber).

Le champ Originator address indique la source d'un message, par contre au champ MSN nous permet d'éviter le traitement et relayage multiple de même message pour un noeud.

-Remarque :

Le routage des données, se fait saut par saut. Sur la base des informations reçus à partir des paquets de contrôle (HELLO et TC) envoyés par un noeud du réseau, chaque noeud / routeur calcule sa table de routage. Le protocole OLSR ne manipule pas directement les paquets de données. C'est la couche I P (réseau) qui prend en charge les paquets de données et les routes suivant les informations contenues dans sa table de routage. OL SR utilise le format standard des paquets I P pour envoyer les messages de contrôle.

3.3.3 Le principe de relais multipoint(MPR) :

Le concept des relais multipoint vise à réduire le nombre de messages de contrôle inutiles lors de l'inondation dans le réseau.

Le principe se base sur une règle (appelé règle de multipoint) : dont chaque noeud choisit une sous partie minimale de ses voisins symétriques à un saut, de tel sorte à pouvoir atteindre tout le voisinage à deux saut (les voisins des voisins).

FIG 3.6 les relais multipoints

Cet ensemble de noeuds choisi, s'appel « le relais multipoint » (MPR).Le relais multipoint porte des avantages du fait qu'il permet une diffusion optimisée en minimisant l'utilisation de la bande passante en évitant l'envoi périodique des messages de contrôle à tout le réseau. La diffusion par relais multipoint se fait différemment de la diffusion classique par inondation .Dans la diffusion classique par inondation un noeud retransmet un message s'il ne l'a pas déjà reçu. Par les relais multipoint on obtient une optimisation en ajoutant une condition : si le message n'est pas déjà reçu, et le noeud est considéré comme MPR pour le noeud dont il a reçu le message. Un noeud N1 qui ne fait pas parti de l'ensemble des MPR de noeud N2 reçoit et traite les messages envoyés par N2 mais ne les retransmette pas.

FIG3.7.a: Transmission par inondation pure FIG3.7.b : transmission avec les MPR

MPR

FIG 3.7 Le Relai Multipoint

La figure (FIG 3.7) donne un exemple de gain en nombre de messages transmis. Le nombre de messages dans l'inondation pure (FIG 3.7.a) est de 54 messages, alors que dans le cas des Relais multipoint (FIG 3.7.b) est de 34 messages.

OLSR fournit des routes optimales en nombre de sauts, il convient pour les grandes réseaux grâce à son mécanisme de MPR, mais sans doute moins efficace pour de petite réseaux.

Les MPR d'une diffusion ne seront pas forcément les mêmes, puisque chaque noeuds sélectionne ses MPR comme bon lui semble, donc chaque noeud N a son propre ensemble d'MPR cet ensemble est dénoté MPR(N). par conséquent un noeud MPR maintient des informations sur les noeuds qui l'ont choisit comme MPR. Cet ensemble s'appel « le sélecteur de relais multipoint » (MPR selector set).

Le problème qui consiste à trouver le plus petit ensemble de MPRs est analogue au problème de la recherche d'ensemble dominant minimal dans un graphe, qui est connu pour être NP complet [5].dans OLSR, plusieurs heuristiques (le lecteur pourra trouver c'elle proposée dans RFC dans [7]) existent qui permettent de se rapprocher de l'ensemble minimal dans la majeure partie des cas.

3.3.4 Fonctionnent du protocole :

Dans ce qui suit, on va se détailler sur le fonctionnement de protocole OLSR en commençant d'abord par la détection de voisinage en suit la sélection des relais multipoint, en parlera par la suit comment le protocole gère la topologie de réseau et on finira par ses messages MID et H NA. Pour bien comprendre le principe de fonctionnement de OL SR, pour

tout le reste de chapitre, on considère un réseau Ad hoc déployé avec 10 noeuds, chaque noeud est équipé d'une seule interface réseau (voir FIG 3.8).

FIG 3.8 Réseau MANET

3.3.4.1 Détection de voisinage :

Pour accomplir le choix des relais multipoint, chaque noeud doit déterminer ses voisins symétriques directs, mais vue la mobilité des réseaux Ad hoc, certaines liens peuvent devenir asymétriques, par conséquent, il faut tester tout les liens dans les deux sens avant de les considérer valides. Pour cela OLSR propose le mécanisme de détection de voisinage, ce mécanisme est assuré par l'échange périodique des messages « HELLO » qui contient des informations sur les voisins connus et l'état des liens avec ceux-ci. La fonction des messages « HELLO » est multiple. Il permet à un noeud de renseigner sa table de voisinage afin de connaitre ses voisins directs et leurs types de lien. Et comme chaque noeud diffuse ce type de message, un noeud peut acquérir des informations sur les voisins de ses voisins directs, donc il aura la topologie du réseau à deux sauts.

A base de ses informations un noeud choisit ses MPR, après leur sélection, il les déclare dans une partie de message « HELLO ». Ceci permet à un noeud de savoir quels voisins l'ont choisi comme MPR, autrement dit de construire la liste M PRset. A la réception de message « H ELLO », chaque noeud mis à jour sa table de voisinage pour sauvegarder ses voisins à un saut et leurs types de lien à savoir (symétriques, asymétriques ou MPR). La table suivante montre la table de voisinage du noeud A.

 
 
 
 

Noeuds voisins Types de lien

B Symétrique

C Symétrique

E Asymétrique

F Symétrique

 

Tab 3.1 Table de voisinage du noeud A

3.3.4.2 Gestion de topologie :

Vu que dans les réseaux Ad hoc, la topologie est totalement distribuée et les noeuds peuvent se déplacer, se connecter et se déconnecter facilement du réseau. Alors, il est indispensable de vérifier à chaque fois la topologie du réseau.

Le contrôle de la topologie ne se fait que par les noeuds élus comme MPR. Ces noeuds diffusent périodiquement des messages de contrôle de la topologie TC (Topology Control).

Le message TC contient l'adresse de générateur du message, l'adresse du noeud destinataire, le numéro de séquence et la durée de vie du message. Il envoi dans ce message l'ensemble des noeuds qui ont sélectionné ce noeud comme MPR (MPR selector_set). Cette information va aider les autres noeuds à construire leur table topologique, puis leur table de routage.

Dans l'exemple de la Figure (FIG3.8), nous présenterons l'ensemble des MPR choisis par chaque noeud. Les MPR_selestor de chaque noeud élu comme MPR ainsi que la table topologique du noeud A.

MPR de tous les noeuds :

MPR(A) = {F, C} MPR(B) = {A, G}

MPR(C) = {A, D} MPR(D) = {C, J}

MPR(E) = Ø MPR(F) = {A, G}

MPR(G) = {B, F} MPR(H) = {F}

MPR(I) = {J} MPR(J) = {D}

MPR selector des MPRs :

I MPR selector _set de(F) = {A, G, H} I MPR selector _set de(C) = {A, D}

I MPR selector_set de(A) = {B ,C, F} I MPR selector_set de(G) = {B, F}

I MPR selector_set de(D) = {C, J}

I MPR selector _set de(J) = { D, I}

I MPR selector_set de(B) = {G}

La table topologique du noeud A est :

Noeuds destinataire

Noeud du

dernier saut

Numéro de

séquence

Durée de vie

B

G

SN1

T1

C

D

SN2

T2

D

C

SN3

T3

F

G

SN4

T4

G

B

SN5

T5

H

F

SN6

T6

I

J

SN7

T7

J

D

SN8

T8

D

J

SN9

T9

G

F

SN10

T10

Tab 3.2 table topologique du noeud A

Les changements topologiques

À chaque changement de topologie, le calcul des routes vers toutes les destinations est déclenché pour mettre à jour les tables de routage. Par ailleurs, lorsque son ensemble de voisins directs ou à deux sauts change, un noeud doit effectuer la sélection de ses M PRs à nouveau.

3.3.4.3 Le calcul de la route :

Puisque le réseau est dynamique et sans infrastructures centralisé d'autres noeuds peuvent se connecter et déconnecter a tout moment, ce qui provoque le changement de la topologie du réseau et les liens entre les noeuds.

Le protocole OSLR est conçu pour trouver et recalculer les routes, il offre des routes optimales (nombre de sauts minimal) entre les noeuds de réseau. Pour calculer ces routes, il est indispensable de connaitre la topologie de réseau (avoir la table topologique du réseau) et avoir la liste des voisins et leurs types de liens (voir Tab 3.1).

Une fois les routes sont trouvées, le noeud construit sa table de routage. La table de routage contient l'adresse de premier saut à suivre (R_dest_addr), adresse du noeud destinataire, le nombre de sauts qui sépare les deux noeuds ainsi que l'interface de noeuds local.

Dans la table Tab 3.3 nous allons voir la table de routage associé au noeud A de l'exemple de la Figure (FIG 3.8)

Noeuds destinataire

Noeud suivant

Nombre de

sauts

Interface

B

Directe

1

IF A

C

Directe

1

IF A

D

C

2

IF A

E

Directe

1

IF A

F

Directe

1

IF A

G

B

2

IF A

G

F

2

IF A

H

F

2

IF A

I

C

4

IF A

J

C

3

IF A

Tab 3.3 : table de routage pour A

Remarque

Tout changement dans la table topologique ou la table de voisinage provoque automatiquement la modification de la table de routage.

Par exemple, dans la figure suivante (FIG 3.9) si le noeud D veut envoyer un message au noeud F, il a la possibilité d'emprunter deux routes, mais toujours OLSR prend la route optimale (en termes de nombre de sauts).

FIG 3.9: Calcul d'une route optimale

3.3.5 Les messages MID (Multiple Interface Declaration) :

Ces messages sont émis que par un noeud qui a des interfaces OLSR multiples, afin d'annoncer des informations sur la configuration de ses interfaces au réseau. Un message MID contient une liste d'adresses, L'adresse I_if_addr correspond à une interface ainsi que I_main_addr est l'adresse principale du noeud émetteur. La diffusion de ces messages se fait par les relais multipoints afin de minimiser le nombre de messages circulants sur le réseau.

3.3.6 Les messages HNA (Host and Network Association):

Ils sont émis que par un noeud qui a des interfaces non-MANET multiples, dont le but est de fournir la connectivité d'un réseau OLSR à un réseau non OLSR. Le noeud passerelle émet des messages HNA contenant une liste d'adresses des réseaux associés et de leurs masques réseau (netmasks).donc, les noeuds se trouvant dans les réseaux MANET vont construire des tuples pour tous les noeuds passerelles où chaque tuple contient :

V' A_geteway_addr : adresse principale du noeud passerelle.

V' A_network_addr : adresse de sous réseau.

V' A_netmask : adresse de masque réseau.

V' A_time : la durée de tuple.

3.3.7 Avantages et inconvénients :

D'après la présentation ci-dessus du protocole de routage OLSR, nous remarquons qu'il offre des fonctionnalités très intéressantes tout en recherchant des routes optimales en termes de nombre de sauts, il diminue au maximum le nombre de messages de contrôle transmis sur le réseau, en utilisant la technique de sélection des MPR. OLSR gère convenablement la topologie du réseau, en expédiant périodiquement des messages TC et il peut contrôler l'utilisation multiple des interfaces (messages MID) ainsi qu'OLSR offre la possibilité de communication entre un réseau MANET et un réseau filaire (messages HNA)

Tous ces avantages du protocole OLSR ne veut pas dire qu'il n'a pas d'inconvénients, or que le problème actuel d'OLSR est celui de la sécurité [12]. Malgré que ces dernières années beaucoup de recherches ont été faites pour améliorer sa protection contre les attaques, mais OLSR reste toujours vulnérable à certaines attaques.

3.4 Conclusion

OLSR et AODV bien que de nature très différentes, sont très similaires en termes de performances. Dans un réseau très mobile, avec de fréquent changement de topologie, AODV a un petit avantage sur OLSR car les routes sont mises à jours plus rapidement. OLSR doit attendre plusieurs paquets Hello perdus avant de modifier l'état du lien et envoyer des informations de mise à jour. Par contre, dans un réseau plus statique, OLSR encombre moins le réseau qu'AODV qui émet beaucoup plus de messages à chaque découverte de route. En effet dans ce cas OLSR n'émet presque pas de message de mises à jour de la topologie.

Dans un réseau très dense, OLSR charge moins le réseau qu'AODV. Dans des réseaux moyens, OLSR et AODV sont équivalent. Lors de communications courtes, OLSR à un énorme avantages sur AODV car les routes sont disponible immédiatement. Dans la plupart des cas, les messages de contrôles d'AODV sont légèrement plus nombreux que ceux d'OLSR. AODV émets d'autant plus de paquets que le réseau est grand.

OLSR est un peu supérieur à AODV car s'il est équivalent dans la plupart des réseaux, il est meilleur dans certains cas particuliers comme des réseaux denses ou des réseaux où le trafic est important et composées de nombreuses et courtes connexions (l'utilisation des réseaux actuelles est dans ce dernier cas).

Ce chapitre a été axé le fonctionnement et le comportement de chaqu'un des protocoles AODV et OLSR dans les réseaux Ad hoc et se finit par une petite comparaison entre eux, en faisant face à des avantages et inconvénients pour introduire le protocole de routage dans le chapitre suivant.

CHAPITRE 4

Configuration de protocole OLSR

4.1 Introduction

Dans cette patrie de travail, nous allons décrire la façon dont nous avons installé et configurer le protocole de routage des réseaux mobiles ad hoc «OLSR », en expliquant d'abord notre choix de protocole, pour ensuite parler comment le configurer.

4.2 Choix de protocole

Après une étude sur des différentes classes des protocoles de routage existant dans les réseaux ad hoc, nous nous somme intéressés dans ce chapitre à choisir un. Ce protocole doit être adapté à ce genre de réseaux, afin de l'installer et de le configurer. Ce protocole doit de plus avoir un bon comportement dans différentes situations.

Notre choix s'est porté sur OLSR. Vue la disponibilité de ses codes sources sur Internet, son bon comportement au niveau de la qualité des routes fournit mais aussi en délai de transmission, OLSR fait une optimisation des messages de routage surtout, quant le nombre de noeuds est important [4]. Notre choix semble donc approprié.

Remarque :

Le lecteur pourra trouver l'installation et la configuration complète de réseau ad hoc (nommé WIFI_L MD) criée par le groupe -présenter par le quatrième binôme du groupe8.

4.3 Installation et configuration

Après avoir téléchargé l'exécutable d'installation pour OLSR version 0.4.9 a partir du

8Voir l'intitulé Expérimentation des réseaux sans fil ,2007, présenté par S.A L LA L et M .A D EL

CHAPITRE 4 : Configuration de protocole OLSR

Site officiel9.Et une fois installé, le système nous demanda de redémarrer la machine. Après avoir redémarré, il nous a suffit de cliquer sur l'icone pour lancer l'interface de configuration qui est faite comme suite:

FIG 4.1 L'interface de configuration d'OLSR

Pour la configuration proprement dite l'utilisateur pourra jouer avec les différentes valeurs en haut à droite de la figure (FIG 4.1). Elles permettent de gérer le trafic généré par l'OLSR en jouant sur les délais entre les paquets échangés pour son bon fonctionnement. Dans notre cas, les options sont configurées par défaut car sont mieux adaptées.

On refait la procédure précédant pour chaque machines de notre réseau ad hoc (nommé LMD_WIFI) qui est constitué de trois noeuds caractérisés comme suite :

Noeud01 : Adresse I P : 192.168.0.50

Noeud02 : Adresse I P : 192.168.0.100

Noeud03 : Adresse IP : 192.168.0.1 50(la machine dont ces figures sont retirés ) Noeud04 : Adresse I P : 192.168.0.200

Avant de cliquer sur START nous allons procéder à quelques modifications.

Tous d'abord il faut décocher la case en haut à gauche de la figure (FIG 4.1) indiquant IF04 (action 1) de la figure (FIG 4.1) Cela configure les interfaces sur lesquelles l'OLSR va écouter et la valeur IF04 correspond à la boucle locale (carte réseau filaire), elle est donc inutile. Nous voyons au passage que notre adresse IP est 192.168.0.150(donnée sur IF02). Ensuite nous

9 http://www.olsr.org/releases/0.4/packages/olsr-0.4.9-setup.exe

36

allons augmenter au maximum la valeur Debug Level : 9 (action 2) de la figure (FIG 4.1). Cela nous permettra de suivre dans le détail les différentes actions de l'OLSR.

A présent tout est prés, pour lancer OLSR, il suffit de cliquer sur START en bas à droite (action 3) de la figure (FIG 4.1).

Une fois OLSR lancé, on remarque dans la zone de notification l'allumage en vert de l'icône OLSR.

On va voir maintenant les différents onglets qui existent:

o L'onglet « Output » de la figure (FIG 4.2) contient tous les logs de l'OLSR. Il s'y affiche beaucoup d'informations. On utilise les touches « Freeze » et « Continue » pour avoir le temps de lire les informations. Comme par exemple les différents liens établis par notre carte wifi, les voisins directs détectés par l'OLSR et la topologie en termes de route du réseau (TOPOLOGY). (FIG 4.2)

FIG 4.2 L'interface de configuration de l'onglet Output

o L'onglet « Node » de la figure (FIG 4.3)contient des informations sur les autres noeuds appartenant au réseau.

CHAPITRE 4 : Configuration de protocole OLSR

FIG 4.3 L'interface de configuration de l'onglet N odes

« Node list » de la figure (FIG 4.3) représente l'ensemble des autres noeuds présents sur le réseau. En cliquant sur un noeud on affiche des informations sur les routes qu'elles gèrent, comme par exemple le noeud 192.168.0.100 qui peut servir de relais soit vers le noeud 192.168.0.150 soit vers le noeud 192.168.0.50. « MPR » signifie Mu ltipoi nt Relay, « MID » Mutli-Interface Déclaration, et « HNA » Annonce de route.

Dans cet exemple, on voit que le noeud 192.168.0.100 utilise une seule interface (MID=no), comme il n'offre aucune connexion à un autre réseau externe (HNA= no).

o Et enfin, le dernier onglet « Routes » de la figure (FIG 4.4) qui nous indique les

routes présentes sur notre machine.

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FIG 4.4 L'interface de configuration de l'onglet Routes

L'ensemble des routes vers tous les éléments du réseau sont présentes avec leurs passerelles respectives, par exemple ici, pour que notre machine se communique avec le noeud 192.168.0.200 elle doit utiliser le noeud 192.168.0.50 comme MPR. Le champ « mitric » nous indique le nombre de saut à faire pour atteindre le noeud destinataire.

4.4 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté une configuration du protocole OLSR sur un réseau MANet criée par notre groupe10.

10 La partie pratique de ce projet s'agit en faite d'une installation et configuration d'un réseau WIFI et d'une expérimentation des protocoles de routage OLSR et AODV sur un réseau ad hoc. Le lecteur de ce mémoire pourra la trouver en détaille en se référençant à l'intitulé Expérimentation des réseaux sans fil ,2007, presenté par S.ALLAL et M .ADEL

Conclusion et perspective

Conclusion et Perspective

Les réseaux Ad hoc apparaissent robustes et très efficaces de faite que si un noeud du réseau tombent en pannes ne va pas influencer sur la connectivité des autres noeuds du réseau et la mobilité des sites n'influe pas vraiment sur le réseau, puisque le calcul de la route commence dés qu'il se détecte une mobilité dans le réseau. Dans un réseau Cellulaire, les obstacles peuvent jouer un rôle négatif sur la propagation des ondes radios entre un AP (Point d'Accès) et un noeud, s'ils sont séparés par un obstacle, contrairement au réseau Ad hoc au les transmissions se passent de proche en proche jusqu'à la destination grâce à l'utilisation de protocoles de routage spécifiques (AODV, OLSR, DSDV, DSR...).

Le routage dans un réseau Ad hoc s'avère très difficile par le manque de toute infrastructure centralisée assurant l'acheminement de données vers les bonnes destinations, ce qui implique la nécessité de construire et de trouver des protocoles de routage bien spécifiques et très performants supportant tous les contraintes de ces réseaux.

Dans le cadre de ce mémoire, l'objectif était d'étudier le comportement des protocoles de routage opérant dans les réseaux Ad hoc. Pour cela nous avons présenté aux premiers lieux le concept de ces réseaux, pour étudier après le routage dans tel environnement, dont on a donné une présentation des protocoles AODV et OLSR. Par la suite on a installé et configuré le protocole de routage OLSR dans les machines constituantes notre réseau.

Une partie du travail a été commencée, mais il reste malgré tout un certain nombre de chose à faire, il faudrait effectuer des testes sur OLSR afin de voir son comportement face au routage à multisauts.

De plus une tache qui peut être ajoutée est de réaliser la même étude expérimentale avec le protocole AODV, vue que notre temps été consacré au protocole OL SR (qui a été disponible au départ) afin de mieux comprendre son comportement.

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