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Qualité de Service dans les Réseaux

Mobiles Ad Hoc

Fait par :BENHADJ DJILALI HadjerAIT AMEUR Ouerdia Lydia

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PLAN DE L’EXPOSÉ :

Introduction Définition du Réseaux Manet Caractéristique du Manet Domaine d’application Qualité de service dans les Manet Routage dans les Manet Conclusion

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INTRODUCTION

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INTRODUCTION

On a deux types de réseaux: sans infrastructure (réseau ad hoc) et avec Infrastructure (réseau Cellulaire).

Quelque soit le type de réseau on a besoin d’une méthodologie a suivre pour se connecter entre les différents éléments appartenant a un réseau.

Cette méthodologie est réaliser par des protocoles de routage

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RÉSEAUX MOBILES AD HOC (MANET)

Un réseau mobile ad hoc, appelé généralement MANET (Mobile Ad hoc NETwork)

Consistez en une grande population relativement dense d'unités mobiles qui se déplacent dans un territoire quelconque et dont le seul moyen de communication est l'utilisation des interfaces sans fil, sans l'aide d'une infrastructure préexistante ou d’administration centralisée.

Un réseau ad hoc peut être modéliser par un graphe Gt = (Vt,Et) ou Vt représente l'ensemble des nœuds (i.e. les unités ou les hôtes mobiles) du réseau et Et modélise l'ensemble les connections qui existent entre ces nœuds (voir la figure 1). Si e = (u,v) appartient à Et, cela veut dire que les nœuds u et v sont en mesure de communiquer directement a l'instant t.

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FIGURE 1 : LA MODÉLISATION D'UN RÉSEAU AD HOC

La topologie du réseau peut changer à tout moment (voir la figure 2), elle est donc dynamique et imprévisible, ce qui fait que la déconnexion des unités est très fréquente.

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FIGURE 2.2 : LE CHANGEMENT DE LA TOPOLOGIE DES RÉSEAUX AD HOC

Un exemple d'un réseau ad hoc : un groupe d'unités portables reliées par des cartes HIPERLAN. Les réseaux appelés GSM ne représentent pas des réseaux ad hoc, car la communication entre les unités passe obligatoirement par des stations de base du réseau filaire.

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CARACTÉRISTIQUES DES RÉSEAUX MOBILES AD HOC

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. 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. Des contraintes d'énergie : Les hôtes mobiles sont alimentés par des sources d'énergie autonomes comme les batteries ou les autres sources consommables. Le paramètre d'énergie doit être pris en considération dans tout contrôle fait par le système

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Vulnérabilité aux attaques :Les réseaux mobiles ad hoc sont plus touchés par le paramètre de sécurité, que les réseaux filaires classiques. Cela se justifie par les contraintes et limitations physiques qui font que le contrôle des données transférées doit être minimisé. L'absence d'infrastructure : 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. Ressources limitées et volatiles :Ex: bande passante, énergie, mémoire, CPU Canal sujet aux interférences et aux erreursL'interface radio est partagée de tous les pairs, chaque donnée est réceptionnée par tous les nœuds, à des puissances variables. Les interférences s'ajoutent au bruit et détériorent les communications, en augmentant le taux d'erreur. La transmission des paquets non récupérables diminue le débit de la liaison.

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Redondance :La diffusion à tous les voisins engendre une certaine redondance car en général la destination est un voisin en particulier. Liens asymétriques :En théorie, les liens sont symétriques, et l'affaiblissement est inversement proportionnel à la distance entre l'émetteur et le récepteur. En pratique, les liens sont asymétriques à cause de déphasages dû aux multiples réflexions du signal sur différents obstacles, de l'évanouissement (fading). On peut ainsi obtenir une bonne réception dans un sens, une mauvaise dans l'autre. La route inverse n'est pas forcément la même que la route directe. Pour le maintien des liens, il faut une mise en place d'une signalisation beaucoup plus importante que celle des réseaux fixes. Routage :pour permettre une communication de bout en bout avec plusieurs sauts , il est nécessaire d'utiliser un protocole de routage dynamique adapté à ce type de réseau. Deux approches sont alors possibles, l'approche proactive et l'approche réactive. La première approche consiste à maintenir des connexions en permanence entre les noeuds, c'est ce que fait le protocole OLSR. A l'inverse, l'approche réactive recherche un chemin seulement à la demande, par exemple AODV. On trouve aussi des routages de type hiérarchique et de type géographique, en particulier dans les réseaux de véhicules.

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DOMAINES D’APPLICATION Les applications ayant recours aux réseaux ad hoc couvrent un très large spectre, incluant : Les applications militaires et de tactique Les bases de données parallèles L'enseignement à distance Les systèmes de fichiers répartis, La simulation distribuée interactive Les applications de calcul distribué ou métacomputing. D'une façon générale, les réseaux ad hoc sont utilisés dans toute application où le déploiement d'une infrastructure réseau filaire est trop contraignant, soit parce que difficile à mettre en place, soit parce que la durée d'installation du réseau ne justifie pas de câblage à demeure.

12Figure 3 : Exemple d’utilisation des réseaux mobile AD HOC

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LES MODÈLES DE QOS DANS LES RÉSEAUX MANET

INSIGNIASWANI MACFQMM

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QUALITÉ DE SERVICE ?

Comme définie dans le RFC 2386,« Ensemble de besoins à assurer par le réseau pour le transport d’un trafic d’une source à une destination. Ces besoins peuvent être traduits en un ensemble d’attributs pré-spécifiés et mesurables en terme de : Délai de bout en bout Variance de délai (gigue) Bande passante :. Taux de Perte de paquets  »

Recommandation E.800 du CCITT :

« Effet global des performances du service qui détermine le degré de satisfaction d’un utilisateur du service. »

Ces deux définitions ne sont pas adéquates pour les réseaux mobiles ad hoc

Objectif principal: OPTIMISER l’utilisation des ressources

La Qualité de Service dans les réseaux mobiles ad hoc veut dire fournir des paramètres afin d’adapter les applications à la “qualité “ du réseau.

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QUESTION PRINCIPALE

Les deux modèles classiques IntServ et DiffServsont-ils applicables aux réseaux mobiles ad hoc ?

MOTIVATION:• Pourquoi réinventer la roue et inventer des modèles ex nihilo

alors que deux modèles existent déjà ?• Prendre en considération la possibilité de connexion à Internet

Interopérabilité avec IntServ et DiffServ classiques

Passerelle(gateway)

INTERNET

Faut-il une évolution ou une révolution ?

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INTSERV (INTEGRATED SERVICES)

• Emulation de circuits;• Mécanisme de bout en bout;• mécanisme de QoS par flux;•Utilise le protocole de signalisation RSVP

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POUR MANETS ?

AVANTAGES: Fournit une bonne QoS; Zéro paquets perdus

INCONVENIENTS:

Nécessite des informations exactes sur l’état des liens, chose qui est difficile dans le contexte des réseaux mobiles ad hoc;

Génère beaucoup d’overhead; Complexité au niveau du cœur du réseau ; N’est pas pratique pour les flux de courte durée; Scalabilité

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DIFFSERV (DIFFERENTIATED SERVICES)

Résoudre le problème de scalabilité par deux façons: Remplacer le principe par flux par un principe par agrégats; La complexité dans les nœuds du cœur est déplacée vers

les équipements aux extrémités;

Nœud interne

Nœud d’entrée

Nœud de sortie

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AVANTAGES Plus scalable que IntServ Modèle léger dans les nœuds du réseau plus facile à

déployer Peut fournir des fois une bonne QoS

INCONVENIENTS: Ne signale pas à la congestion de façon explicite Quand la topologie du réseaux change les rôles des

noeuds changent également Difficile de négocier dynamiquement un profil de trafic

Pour MANETS ?

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INSIGNIA

• INSIGNIA est un protocole de signalisation in-band (la signalisation est incluse dans les entêtes des paquets de données) permettant d’effectuer des réservations de bande passante dans les réseaux ad-hoc.

• INSIGNIA offre des garanties sur la base d’une granularitéé par flot aux applications adaptatives capables de modifier leur comportement en fonction de la quantitéé de bande passante qui leur est allouéée.

• Chaque application spécifie deux niveaux de qualité de service :

Le niveau de base permet de spécifier la bande passante minimale nécessaire au trafic et le niveau améliore le débit optimal `a atteindre lorsque les ressources sont disponibles.• Ce protocole a été conçu pour réagir rapidement aux

changements de topologie.• INSIGNIA n’est pas lié à un protocole de routage particulier.• Les informations transmises par INSIGNIA sont incluses dans

chaque paquet de données, sous la forme d’une option de l’entêt IPv4. Ce champ de 26 bits indique si un paquet fait partie d’un flux privilégié ou non, le niveau de qualité de service requis par l’application adaptative émettrice ainsi que l’importance de chaque paquet dans le flux de données.

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Au départ, le champ est rempli par l’émetteur du flux de données. Il pourra être modifié tout au long du chemin afin d’acheminer des informations sur l’état actuel du réseau jusqu'au destinataire.

Des rapports sont émis périodiquement par le récepteur d’un flux afin de permettre à l’émetteur d’adapter son transfert à l’état de la route.

Les demandes de réservation de bande passante sont effectuée dans l’entête du premier paquet du flux. De plus, INSIGNIA comporte un mécanisme de reconstruction locale de routes.

INSIGNIA offre des performances encourageantes pour des réseaux dans lesquels la mobilité est moyenne. L’innovation de ce protocole est d’inclure une grande partie de la signalisation dans les paquets de données, ce qui réduit le nombre de contentions pour l’accès au médium.

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SERVICE DIFFERENTIATION IN WIRELESS AD HOC NETWORKS (SWAN)

SWAN est un modèle réseau sans état basé sur des algorithmes de contrôle distribués dans le but d’assurer une différenciation de services dans les réseaux ad hoc.

Il offre la priorité (au niveau paquet) aux trafics temps réel en contrôlant la quantité de trafics best effort acceptée par nœud.

Pour accepter un nouveau trafic temps réel, le contrôle d’admission sonde la bande passante minimale disponible sur la route (valide et obtenu par un protocole de routage). Une décision à la source est alors prise suivant la bande passante obtenue.

Pour maintenir la qualité de service des trafics déjà acceptés, le débit des trafics best effort est régulé en utilisant les mesures de délais au niveau MAC comme paramètre.

Un classificateur et un shaper permettent de différencier les deux types de trafic. En cas de congestion, les bits ECN (Explicit Congestion Notification) de l’entête des paquets IP sont positionnés pour permettre à la source de reinitier le contrôle d’admission. Si la route ne dispose pas d’assez de bande passante, le trafic est supprimé. Ainsi, SWAN permet de fournir une QoS logiciel (soft QoS).

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o Un flux prioritaire admis n’est pas sûr d’avoir des garanties pour l’entière durée de la communication, et peut à tout moment être violé par d’autres demandes de trafics.

o Un mécanisme de contrôle de débit des flux best effort n’est pas à lui seul suffisant pour offrir des garanties aux applications temps réel. En outre, dans cette approche, le protocole de routage ainsi que la couche d’accès au médium sont de type best effort.

Modèle SWAN

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MODELE IMAC : Le modèle iMAQ fournit le support des transmissions des données

multimédia dans un MANET. Le modèle inclut une couche ad hoc de routage et une couche de service

logiciel (Middleware). Dans chaque noeud, ces deux couches partagent les informations et

communiquent afin de fournir les garanties de QoS aux trafics multimédia. Le protocole de routage est basé sur la prédiction de la position des noeuds

(predictive location-based) et orienté QoS. La couche Middleware communique également avec la couche application et

la couche réseau et essaye de prévoir le partitionnement du réseau. Pour fournir une meilleure accessibilité aux données, il réplique les données

entre les différents groupes du réseau avant d’effectuer le partitionnement.

Le modèle iMAQ :

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FQMM (FLEXIBLE QOS MODEL FOR MANETS)Les concepteurs du modèle FQMM prennent en compte le fait que les réseaux ad-hoc pourraient, à terme, être connectés à des réseaux filaires de type Internet. Il apparaît dès lors nécessaire d’offrir un mécanisme de qualité de service suffisamment proche des protocoles filaires afin de s’interfacer avec ces derniers. L’approche examinée concerne les réseaux de petite à moyenne taille (50 nœuds au plus). Le modèle proposé se situe entre les approches IntServ et DiffServ. Afin d’obtenir les deux types de granularité (par flot ou par classe) de ces modèles filaires, FQMM définit plusieurs classes de service dont la plus haute permet à chaque flux de spécifier les contraintes qui lui sont propres.A l’image de DiffServ, FQMM définit trois types de nœuds : les nœuds d’entrée (émetteurs),les nœuds intermédiaires et les nœuds de sortie (récepteurs). Compte tenu du fait que dans un réseau ad-hoc, chaque nœud assure la fonction de routeur, chaque mobile joue différents rôles pour différents flux. Le conditionnement du trafic (lissage, marquage, etc.) est à la charge des émetteurs. FQMM requiert l’utilisation d’un protocole de routage capable d’offrir une certaine qualité de service, c’est à dire capable de rechercher des routes satisfaisant certaines contraintes.

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Par son approche hybride, FQMM entend résoudre certains problèmes liés aux modèles filaires. Si les problèmes d’extensibilité du modèle IntServ semblent pouvoir être résolus de cette manière, il semble difficile d’offrir les deux types de granularité en n’utilisant que lechamp Type Of Service de l’entête IPv4. De plus, la résolution de la plupart des problèmes liés au fonctionnement ad-hoc (volume de signalisation, consommation d’énergie, bande passante limitée et difficile `a estimer) est laissée à la charge du protocole de routage sous-jacent.

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ROUTAGE DANS LES RÉSEAUX MANET

Protocole AODV Protocole OLSR

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Routages dans les réseaux ad hoc

chaque nœud joue le rôle d’un routeur, ce rôle diffère entre les protocoles de routage mais généralement c’est le même concept.

La différence entre ces protocoles est en premier lieu dans le processus suivi pour découvrir le réseau.

Cette différence a produit trois grandes classes de protocoles de routage: proactif, réactif et hybride.

Ce qui nous intéresse les deux premiers puisque les protocoles de notre étude l’AODV appartient à la classe réactif et l’OLSR appartient au proactive

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SCHÉMA SIGNIFICATIFGénération des chemins

Protocoles Hybrides

Protocoles proactifs OLSR

À l’avance

Protocoles réactifs AODV

À la demande

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PROTOCOLES PROACTIFS

ce type de protocole assure l’échange continu des messages ce qui réduit la bande passante allouée (maximise) aux données utiles mais permet de minimiser le temps de latence.

Cette méthodologie lui permet d’etre plus utilisable dans les réseaux de grandes tailles (contrôle légère sur les nœuds).

Les tables de routages sont toujours mise a jour dans chaque nœud

Lorsque un nœud désire parler avec un autre, le chemin est immédiatement connues d’apres l’enregistrement dans le table de routage

Le protocole OLSR (Optimized Link State Routing) est le protocole de routage ,appartenant au classe proactif, le plus populaire.

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PROTOCOLES RÉACTIFS (A LA DEMANDE) le chemin ou le route entre deux nœuds ne se réalise

que lorsque c’est nécessaire ou à la demande. La méthodologie suivit minimise la bande passante

mais la latence de la délivrance de message est grande (n’envoie aucune message que lorsqu’il reçoit une réponse)

une procédure de découverte globale de route est suivit pour obtenir les informations de nœud destinataire.

Le protocole AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) est le protocole de routage le plus populaire dans ce classe.

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PROBLÈMES DE ROUTAGE

la mobilité des nœuds rendent les scenarios de routage plus compliqués.

Le nœud destinataire n’est toujours valide chaque nœud du réseau joue le rôle de station ou de

routeur. (problème de sécurité) Capacité de stockage et de calcul situation de congestion Dans les réseaux volumineux, si un nœud voudra

envoyer des données vers un autre nœud qui n’admet aucune information sur ce destinataire dans son table de routage, le nœud source doit diffuser un message à tous ses voisins jusqu’à son arrivée à son destinataire-cible.

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RÉUSSITE D’UN PROTOCOLE DE ROUTAGE

Minimisation de la charge du réseau : l’empêchement des boucles de routage et de la concentration du trafic autour de certains nœuds ou liens

Offre d’un support pour pouvoir effectuer des communications multipoints fiables : L'élimination d'un lien, pour cause de panne ou pour cause de mobilité devrait, idéalement, augmenter le moins possible les temps de latence.

Assurance d’un routage optimal : Si la construction des chemins optimaux est un problème dur, la maintenance de tels chemins peut devenir encore plus complexe

Temps de latence : La qualité des temps de latence et de chemins s’augmente dans le cas où la connectivité du réseau augmente

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PROTOCOL AODV

L’AODV est un protocole de routage qui appartient à la famille réactive(On-demand)

Chaque nœud contient un table de routage qui l’utilise pour créer le chemin avec sa destinataire

Ce protocole a existé essentiellement pour l’amélioration de protocole DSDV(maintient la totalité des routes)

Si une nouvelle route est nécessaire, ou qu’une route disparaît, la mise à jour de ces tables s’effectue par l’échange de trois types de messages entre les nœuds :

• RREQ Route Request, un message de demande de route.• RREP Route Reply, un message de réponse à un RREQ. • RERR Route Error, un message qui signale la perte d’une route. • Hello Message: un message pour la mise a jour du table de routage

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MESSAGE DE TYPE RREQ

Un message RREQ est diffusé quand un nœud voudra établir un chemin avec un destinataire.

Le RREQ contient le numéro de séquence le plus récente pour la destinataire.

Un nœud médiateur valide doit admettre un numéro de séquence au minimum plus grand que le contient le RREQ généré pour qu'il le modifie

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DIFFUSION DE RREQ

B?

B? B

?B

?

B?

B?

B

A

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MESSAGE DE TYPE RREP

Lorsque le RREQ arrive au nœud destinataire, ce dernier envoi un message unicast de type RREP a la source en se basant sur le Broadcast ID dans la requête RREQ

Un nœud génère RREP en deux cas: - Si le nœud est le destinataire. - Le nœud admet une route active vers le destinataire.

Quand le RREP se revient au nœud source se dernier réalise un mise a jour sur le table de routage en ajoutant des informations concernant le destinataire

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UNICAST DE RREP

B

A

A

A

A

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MESSAGES RERR ET HELLO

RERR: ce type de message est utilisé dans le cas ou le chemin devient invalide ou le nœud voisin n’est plus dans le réseau, le nœud recevant le RERR élimine les informations de destinataire.

HELLO: ce type de message envoyé selon un intervalle de temps prédéfinis a tous les nœuds voisins pour qu’il Save que le nœud source n’a pas change son place. Si un nœud ne reçoit pas de message HELLO il Save que ce nœud n’existe plus et par suite les chemins a travers ce nœud sont éliminée

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ROUTAGE DANS L’AODV

Le routage dans ce protocole se base sur deux phases : - Découverte de route. - Maintenance de route.

Chaque nœud admet un table de routage contenant des informations sur le réseaux.

L’AODV traite la gestion de la table de routage, même pendant de courtes routes

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DÉCOUVERTE DE ROUTES

Diffusion de message RREQ . Les nœuds intermédiaire mise a jour leur table de

routage. Le message RREQ est retransmis dans le cas ou le nœud

n’est pas le destinataire. Chaque nœud recevant le RREQ maintient un pointeur

vers le nœud source. Le nœud destinataire envoie un message RREP. En utilisant le pointeur le message RREP arrive au nœud

source. La communication commence.

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MAINTENANCE DE ROUTE

Puisqu’on parle de réseau mobile et sans infrastructure, alors on a besoin de maintenir le réseau d’une façon contenu.

En diffusant le message Hello par les nœuds actifs du réseaux d’une façon périodique pendant un intervalle de temps prédéfinis.

Si un voisin n’envoie pas de message Hello, modification sera réaliser sur le table de routage

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AVANTAGE ET INCONVENANT DE L’AODV Avantage du protocole AODV:

- Pas de boucle de routage ce qui permet une convergence rapide quand la topologie change. - L’ évaluation de performances pour la sélectionnent de la meilleur chemin est proche a celle des protocoles qui utilise des algorithmes de recherche des plus courtes chemin

Inconvenant du protocole AODV: - Le temps de latence est grande

-AODV la maintenance de route n’est efficace -AODV n’est pas efficace dans les reseau de taille énorme

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PROTOCOL OLSR appartient à la classe proactive OLSR est une version optimisée du protocole LSR (Link

state routing ou état de liaison l’idée clé derrière le protocole de l’OSLR c’est l’utilisation

des relais MPR(Multipoint Relais):la limitation de trafic sur le réseau

Chaque nœud contient un table de routage OLSR réduise la taille des paquets de contrôle et limite le

nombre de paquet échanges pour rendre les routes optimales Le fonctionnement de l’OLSR est basé sur trois choses: - Relais MPR - Message HELLO - Message TC

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LES RELAIS MPR

Utilisé pour réduire le nombre de retransmissions inutiles, lors de la diffusion généralisée d’un message.

Seul les nœud sélectionné comme MPR peuvent retransmis un message.

Ainsi le MPR peut transmettre la liste de ses voisins que l'on choisit comme MPR.

permet d’économiser la bande passante et réduit le nombre de messages reçus en plusieurs copies par un nœud.

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La sélection des MPR se réalise sur deux étapes: - La première étape consiste à trouver les nœuds du premier niveau possédant des liens uniques avec un nœud du second niveau. Ces nœuds feront partie nécessairement de l’ensemble des relais multipoint M afin que les voisins à deux sauts soient totalement couverts.   - La deuxième étape est une boucle : à chaque itération on cherche le nœud du premier niveau qui couvre le maximum de nœuds du second niveau. On l’ajoute dans l’ensemble M et élimine ses nœuds du second niveau. La boucle prend fin naturellement lorsqu’il n’y a plus de nœuds du second niveau.

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MESSAGE HELLO

Message Hello: Message envoyé pour découvrir son voisinage, soit pour construire une route valide, soit pour sélectionner les MPR.

Exemple pour qu’un nœud découvre son voisin: - A envoie un Hello vide a B - B capte le message et l’analyse - B découvre l’existence de A et annonce qu’il attend A, - A conclut que son lien avec B est symétrique et B à son tour voit que son lien A est symétrique

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MESSAGE TC(TOPOLOGY CONTROL)

Seul les MPR envoient des messages TC

Tous les nœuds choisis comme relais multipoint doivent diffuser périodiquement dans le réseau un message TC contenant la liste des voisins de ce dernier qui l’ont désigné

Il sert à établir les tables de routage

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ROUTAGE DANS L’OLSR

Le routage dans ce protocole se base sur deux phases : - Découverte de route - Diffusion de la topologie

Chaque nœud admet un table de routage contenant des informations sur le réseaux.

La découverte de route se réalise par la diffusion de message HELLO vers les nœuds sans que se dernier le retransmettre

La sélection des relais se réalise par des message HELLO Seule les MPR peuvent retransmettre des message L’OLSR utilise la diffusion des MPR des messages TC pour

mise ajour les tables de routage.

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AVANTAGEA ET INCONVENANT DE L’OLSR

Avantage de l’OLSR : -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 Inconvenant de l’OLSR: - problème de sécurité . 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

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CONCLUSION

Les Réseaux Manet et un sujet très vaste et le centre d ’intérêt pour les chercheure parce que c’est devenue une chose essentielle dans notre vie surtout avec la révolution technologique ou on cherche a optimisée les choses pour la vie real des humains dans il faut satisfaire certain condition en terme de qualité de service.