Realistic simulations of Delay Tolerant Networks

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Realistic simulations of Delay TolerantRealistic simulations of Delay Tolerant
NetworksNetworks
Soutenance de Mémoire de Fin d’Études
Réalisé par :
Amir Krifa
Encadré par :
Dr Chadi Barakat & Dr Thierry Turletti
École Nationale des Sciences de l’Informatique
Année universitaire : 2006-2007
Supervisé par :
Pr Abdelfattah Belghith

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Introduction
•Augmentation rapide du nombre d’équipements mobiles,
•La plupart de ces équipements intègrent des chipsets de
communication sans fils,
• Communication en mode infrastructure, en mode ad-hoc ou en
mode mixte,
Apparition de nouveaux réseaux difficiles ( Challenged
Networks) caractérisés par :
•Délai très élevé,
•Connectivité Intermittente,
• Taux d’erreur élevé,
• Hétérogénéité des technologies sans fils utilisés par les mobiles.

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Problématique et motivation
•Handicaps de l’Internet d’aujourd’hui :
• Existence d’au moins d’un chemin de bout en bout entre la
source et la destination,
• Délai allez retour (RTT, Round Trip Time) est toujours supposé
très faible, de l’ordre de quelques dizaines de ms,
• Supports de transmission fiable,
•La conversation est un bon moyen pour détecter et corriger les
erreurs de transmissions comme c'est le cas par exemple avec le
mécanisme d'acquittement de bout en bout dans TCP.

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Problématique et motivation
•Disfonctionnement des mécanismes de routages des réseaux
ad-hoc [Spyropoulos, 2007] :
•Protocoles de routage proactif
•Protocoles de routage Réactif

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Problématique et motivation
Nécessité d’une nouvelle architecture
Nécessité d’une plateforme de simulation supportant
l’architecture
L’architecture DTN
Evaluer les performances des réseaux DTN

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PLAN
 Réseaux Tolérant au Délai
 Mécanismes de routage dans un DTN
 Problème de congestion dans un DTN
 Architecture de la plateforme DTN
 Validation et Interprétation des résultats
 Conclusion et Perspectives

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Réseaux Tolérant au délai
• Concept introduit par Kevin Fall en 2002
• Principe général : Communication par messages, en mode Store-
and-Forward, afin de répondre aux problèmes :
•de perte de connectivité,
• de latence élevée,
• d’hétérogénéité rencontré dans les « réseaux difficiles ».

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Architecture d’un DTN
•Réseau de régions
• chaque région correspond en un réseau de nœuds homogènes
• Un nœud DTN peut être : un simple « Host », un « Routeur » ou un
« Gateway »
•Chaque nœud dispose d’un identificateur unique{region_id,
host_id}
Region B
Region A
Address {region b, host x}
Gateway

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Architecture d’un DTN
• Une nouvelle couche protocolaire « Bundle » [Warthman, 2003] :
 Assurer l’interopérabilité entre les différentes sous couches protocolaires,
 Offre les mécanismes de gestion de l’unité de stockage et d’acheminement
des messages.

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• Utilisation d’une nouvelle entité de données, « bundle »
[Warthman, 2003] :
 Former d’un ensemble de blocs,
 Diminuer la surcharge due au caractère conversationnel.
Architecture d’un DTN

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Architecture d’un DTN
•Le mécanisme Store-and-Forward [Warthman, 2003] :
Transmettre d’une zone de stockage à une autre les messages le long
d’un chemin qui mène à la destination.
• Interface Applicative Asynchrone:
• Afin de s’enregistrer, l’application doit préciser l’EID selon
lequel elle va recevoir les unités de données ainsi que la période
de validité de l’enregistrement.

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PLAN
 Réseaux Tolérant au Délai
 Mécanismes de routage dans un DTN
 Problème de congestion dans un DTN
 Architecture de la plateforme DTN
 Validation et Interprétation des résultats
 Conclusion et Perspectives

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Mécanismes de routage dans un DTN
• Les contactes dans un DTN
• Les contacts programmés
•Les contacts probabilistes
•Les contacts opportunistes
• Les mécanismes de routages :
• Basés sur les contacts programmés
• Basés sur les contacts probabilistes
• Basés sur les contacts opportunistes
• Le routage Epidémique

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Mécanismes de routage dans un DTN
• Le routage Epidémique [Vahdat, 2000] :
• Distribuer les messages dans les parties connectées du réseau
DTN
• Mobilité des distributeurs
Infection de nouveaux îlots de nœuds

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Mécanismes de routage dans un DTN
•Mécanisme de découverte des nœuds voisins:
• Message HELLO envoyé périodiquement, chaque
HELLO_INTERVAL en broadcast et contient
• L’identificateur de l’émetteur
• Un identificateur numérique RULE
• Gestion de la liste des voisins :
• Mettre à jour la date d’apparition d’un voisin
• Eliminer les voisins dont la date d’apparition n’a pas été
mise à jour depuis NEIGHBOR_MAX_UPDATE
• Initialisation d’une session Epidémique
S

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Mécanismes de routage dans un DTN
• Session de routage Epidémique :
• Mécanisme d’acquittement par bloc
• Nombre de retransmissions && temporisateur
RULE = 10 RULE = 1

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PLAN
 Réseaux Tolérant au Délai
 Mécanismes de routage dans un DTN
 Problème de congestion dans un DTN
 Architecture de la plateforme DTN
 Validation et Interprétation des résultats
 Conclusion et Perspectives

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Problème de congestion dans un DTN
• Chaque nœud d’un DTN est équipé d’une unité de stockage de
taille fixe.
• Au bout d’un certain nombre d’échanges il va se
trouver dans un état de congestion.
• Les Drop Policies : politiques qu’un nœud DTN peut appliquer afin
de gérer son unité de stockage en cas de congestion.
• Les politiques qui se basent sur une vision locale, celle de l’état de
l’unité de stockage du nœud en question:
 Drop Last : Supprimer le message reçu en dernier.
 Drop Front : Supprimer le message qui se trouve en tête de la
file d’attente.

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Problème de congestion dans un DTN
• Les politiques qui se basent sur une vision globale de l’état du
réseau : ce sont des politiques qui se basent sur le champ « lifespan »
contenu dans l’entête d’un bundle :
• Drop the Oldest Message :
Supprime le plus vieux message ayant la plus grande valeur
de « lifespan ».
• Drop the Youngest Message :
Supprime le plus petit message ayant la plus petite valeur
de « lifespan ».

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PLAN
 Réseaux Tolérant au Délai
 Mécanismes de routage dans un DTN
 Problème de congestion dans un DTN
 Architecture de la plateforme DTN
 Validation et Interprétation des résultats
 Conclusion et Perspectives

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Architecture de la plateforme DTN

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PLAN
 Réseaux Tolérant au Délai
 Mécanismes de routage dans un DTN
 Problème de congestion dans un DTN
 Architecture de la plateforme DTN
 Validation et Interprétation des résultats
 Conclusion et Perspectives

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Validation et Interprétation des résultats
• Scénario de Simulation :
• TTL : Durée de vie maximale,
• Surface de 1000*1000 m2,
• Nombre de nœuds dans le réseau DTN = 25,
• Porté sans fil d'un noeud DTN 100 m,
• Débit théorique du réseau sans fil est à 11 Mb/s,
• Vitesse de chaque noeud DTN = 6 Km/h,
• Chaque noeud se déplace aléatoirement dans la surface choisie.
 Outil setdest : génération de fichiers de mobilité Aléatoire
conformément à l’algorithme Random Waypoint.

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 Choix aléatoire des destinations ainsi que de l'instant de
démarrage de l'envoie des messages dans l'intervalle
[0, TTL],
 Chaque application source CBR doit générer 1
message / TTL,
 Chaque source doit garder les messages qu’elle a généré
même en cas de congestion.
Validation et Interprétation des résultats
Donnez la priorité aux copies Sources
par rapport aux copies des autres
messages.

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• Taux de Livraison Local : c’est le rapport entre le nombre de
messages qu’un nœud DTN demande au niveau du message M1 ou M2
de la session de routage Epidémique et le nombre de messages qu’il a
reçu suite à la session Epidémique.
Validation et Interprétation des résultats

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• Taux de livraison de bout en bout : c’est le rapport entre le
nombre de messages reçus par les destinations et le nombre de
messages générés par les différentes sources.
• Capacité maximale des unités de stockage = 30 messages
Validation et Interprétation des résultats

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• Evolution de l’état d’un support de stockage dans le cas d’un DTN
congestionné :
• Capacité maximale des unités de stockage = 6 messages
Validation et Interprétation des résultats

28. 10/04/15 28
• Taux de livraison de bout en bout engendré par chacune des Dop
Policies pour un TTL = 1000 (s) :
Validation et Interprétation des résultats

29. 10/04/15 29
• Taux de livraison de bout en bout engendré par chacune des Dop
Policies pour un TTL = 400 (s) :
Validation et Interprétation des résultats

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• Délai d’acheminement de bout en bout : ça correspond au temps
qu’un message passe dans le réseau DTN jusqu’à atteindre sa
destination.
•Capacité maximale des unités de stockage = 6 messages.
Validation et Interprétation des résultats

31. 10/04/15 31
PLAN
 Réseaux Tolérant au Délai
 Mécanismes de routage dans un DTN
 Problème de congestion dans un DTN
 Architecture de la plateforme DTN
 Validation et Interprétation des résultats
 Conclusion et Perspectives

32. 10/04/15 32
Conclusion
 Nouveaux Défis :
 Connexion intermittentes
 Délai, taux d’erreur élevés
Apparition de l’architecture DTN
Plateforme de simulation pour ce nouveau type de
réseaux
Nouvelles orientations de recherche : Etude des Drop
Policies afin d’améliorer les performances du réseau en
cas de congestion.

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Perspectives
 Développer un modèle analytique pour les Drop Policies,
 Explorer à travers des simulations d’autres modèles de réseaux
DTN, d’autres modèles de mobilité,
 Introduire différentes classes de services, différentes valeurs
de TTL.

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Bibliographie
 [Spyropoulos, 2007] T. Spyropoulos, « Delay Tolerant Networking
for Challenged Enviroments », INRIA Sophia-Antipolis,
Février2007,
http://www-sop.inria.fr/planete/spyropoulos/.
 [Vahdat, 2000] A. Vahdat, D. Becker, « Epidemic Routing for
Partially-Connected Ad Hoc Networks », Duke University, 2000,
http://issg.cs.duke.edu/epidemic/epidemic.pdf.
 [Warthman, 2003] F. Warthman, « Delay Tolerant Networks »,
Delay Tolerant Networking Research Group, Mars 2003,
http://www.ipnsig.org/reports/DTN_Tutorial11.pdf

35. 10/04/15 35
Merci Pour Votre Attention