Dissémination prédictive des coordonnées pour le routage

Disséminationprédictivedescoordonnéespour
le routage géographique basé sur l’âge
Farid Benbadis —Marcelo Dias de Amorim —Serge Fdida
Université Pierre et Marie Curie Laboratoire d’Informatique de Paris 6 - CNRS
8, rue du Capitaine Scott
75015 Paris
{farid.benbadis, marcelo.amorim, serge.fdida}@lip6.fr
RÉSUMÉ. Une des techniques permettant la réalisation d’un système de routage qui réduit la
quantité d’états stockés dans les noeuds d’un réseau consiste à se baser sur les coordonnées
géographiques des positions des noeuds pour acheminer les données. Nous proposons dans cet
article un algorithme de dissémination des coordonnées des noeuds pour les réseaux ad hoc
mobiles qui utilisent le routage géographique. Les noeuds envoient leurs futures positions en
se basant sur des calculs simples qui prennent en compte les vitesse et direction actuelles des
noeuds. Chaque noeud maintient une table de positions dans laquelle il enregistre les coor-
données de tous les autres noeuds du réseau. L’algorithme présenté dans ce papier peut être
intégré dans des méthodes de routage géographique utilisant l’âge des informations. Il nous
permet d’obtenir une dissémination plus large et plus importante des coordonnées, résultant en
un routage optimisé.
ABSTRACT. One of the techniques allowing the realization of a routing system which reduces
the quantity of states stored in the nodes of an ad hoc network consists in using destination
coordinates to forward data. We propose, in this paper, an efficient nodes’ positions dissémina-
tion algorithm for mobile ad hoc networks using position based routing algorithm. Nodes send
their future position, based on their actual mobility (direction and speed). All the nodes keep
a position table where they record the best information they have about all the other nodes.
This algorithm can be integrated in Age Based Routing methods like, where nodes use the age
of destination’s position to achieve route discovery. It allows us to disseminate more widely
nodes’ coordinates, resulting in a more performant routing.
MOTS-CLÉS : Réseaux ad hoc mobiles, routage géographique, localisation, dissémination.
KEYWORDS: Mobile ad hoc networks, geographic routing, location discovery, dissemination.
1re soumission à CFIP 05, le 17 janvier 2005.

2 1re soumission à CFIP 05.
1. Introduction
Un des soucis majeurs des protocoles de routage classiques est la découverte des
coordonnées des destinations, qui en général génère une surcharge de trafic assez im-
portante.
Quand un nœud source cherche à établir une communication avec un nœud desti-
nation, il doit effectuer une recherche à travers le réseau afin d’en obtenir la position,
qui lui est communiquée soit par la destination elle même, soit par un nœud qui pos-
sède cette information. La plupart des protocoles de routage pour les réseaux ad hoc
utilisent la découverte de position par inondation où un paquet de découverte est pro-
pagé à travers le réseau, de voisin en voisin, jusqu’à ce que ce qu’il atteigne un nœud
qui connaît la position de la destination. Le coût relatif d’un tel algorithme représente
jusqu’à 90% de la surcharge totale de trafic dans le cas d’AODV [PER 99] comme il
a été démontré dans [DAS 01].
Une nouvelle classe de méthodes de routage, spécialement conçue pour les réseaux
ad hoc à forte mobilité, est la classe des protocoles de Routage Géohgraphique basé
sur l’Âge (RGA), elle utilise les coordonnées des nœuds et l’âge de cette information
au niveau des nœuds composant la topologie. Un routage est dit RGA si les décisions
de routage se basent sur :
1) Une estimation de la position de la destination basée sur l’âge de l’information;
2) La position actuelle du nœud qui doit acheminer le paquet.
Contrairement aux méthodes de routage classiques, où le transfert du paquet se
fait une fois la phase de découverte de la position de la destination terminée, dans
les méthodes RGA, la découverte des coordonnées de la destination et le transfert
du paquet sont confondues, c’est à dire que la découverte se fait durant la phase de
transfert [GRO 03]. Chaque nœud possède une table de positions, dans laquelle sont
stockées les coordonnées estimées de tous les autres nœuds. Chaque estimation est
associée à un âge qui représente le temps écoulé depuis que le nœud a mis à jour cette
information pour la dernière fois. Plus l’âge est petit, plus l’estimation de la position
est précise. Chaque nœud participant au transfert d’un paquet qui a une meilleure
estimation de la position de la destination que celle qui y est contenue en modifie la
trajectoire, et ce jusqu’à ce que la paquet atteigne la destination.
Le problème avec les algorithmes de routage RGA est de trouver une façon ef-
ficace de distribuer les coordonnées des nœuds. Grossglauser et al, dans [GRO 03],
proposent d’utiliser les rencontres entre les nœuds pour mettre à jour les tables de
positionnement. Avec une telle approche, les nœuds ne mettent à jour leurs bases de
données de positions que lorsqu’ils sont directement connectés à d’autres nœuds, ne
générant aucun trafic entre les nœuds excepté celui des messages HELLO. Néanmoins,
la recherche de la destination lors du routage génère quant à elle, comme montré dans
les sections 3 et 4, un trafic suffisamment important pour ne pas être négligé.
Dans ce papier, nous proposons Prédiction des Positions grâce aux Paquets (3P)
qui, intégré à un protocole de routage RGA, améliore le routage et la dissémination

Dissémination pour le routage RGA 3
des positions des nœuds à travers la topologie. 3Parrive à atteindre ce but en exploitant
la mobilité des paquets de données déjà existants. Notre proposition se base sur deux
suppositions élémentaires :
– Les paquets de données sont plus mobiles que les nœuds. 3Putilise les paquets
de données que la source envoie à la destination pour diffuser les coordonnées topo-
logiques.
– Les nœuds connaissent les positions qu’ils occuperont dans un futur proche, soit
parce que cette position est prévue, soit par un simple calcul en fonction de leur direc-
tion et vitesse actuelles.
Malgré le fait que 3Pcrée de la surcharge de trafic en insérant de l’information
dans les paquets de données, il réduit considérablement le trafic de contrôle global
(dissémination de l’information + découverte de position de la destination) quand il
est comparé avec les approches LE1qui se basent sur les dernières rencontres . Les
résultats de nos simulations montrent qu’utiliser 3Ppermet d’obtenir des tables de
positions avec des moyennes d’âge plus basses, et donc des estimations de positions
plus précises. Un autre résultat important montré par ces mêmes simulations est que la
découverte de route est plus rapide, moins coûteuse en bande passante et permet des
routages, en moyenne, plus courts que ceux obtenus par les méthodes de recherche
se basant sur les rencontres entre les nœuds, tout en générant une surcharge de trafic
globale constamment bornée par celle générée en utilisant la méthode LE.
La structure du papier est la suivante : dans la section 2, nous présentons les prin-
cipales caractéristiques des méthodes RGA. La section 3 présente en détails l’algo-
rithme que nous proposons, 3P, comment les nœuds calculent leurs prochaines posi-
tions et comment ils utilisent les paquets déjà existants pour diffuser les informations
topologiques. L’évaluation des performances de notre algorithme ainsi qu’une compa-
raison avec les méthodes déjà existantes sont présentées dans la section 4. Finalement,
la section 5 conclut le papier.
2. RGA- Routage Géographique base sur l’Âge
Les protocoles de routage basés sur les positions des nœuds et l’âge des informa-
tions (nous utiliserons dans la suite de cet article le terme RGApour désigner cette
famille de protocoles de routage) s’appuient sur deux étapes importantes :
– la dissémination des positions des nœuds et
– la localisation des hôtes.
Le rôle de l’algorithme de dissémination est de distribuer le plus efficacement possible
les positions des nœuds et de maintenir les tables de positions (appelées TP dans la
suite de cet article) le plus à jour possible. Différents degrés de dissémination peuvent
être obtenus, ceci dépend de la stratégie employée. Dans les protocoles proactifs, par
1. LEpour Last Encounter, qui signifie dernière rencontre en anglais.

4 1re soumission à CFIP 05.
exemple, la position de chaque nœud est envoyée à travers tout le réseau à chaque fois
qu’elle change, ce qui résulte en une dissémination totale.
Le degré de dissémination possède un impact fort important dans les performances
d’un protocole de routage, et plus spécialement lors de la phase de découverte des
positions. Le protocole EASE [GRO 03] proposé par Grossglauser et Vetterli, est
un exemple de service de localisation utilisant les dates et lieus des dernières ren-
contres entre les nœuds comme moyen de dissémination. Dans EASE, les nœuds ne
s’échangent aucune information explicite. La seule information en possession d’un
nœud est son historique de rencontre avec les autres nœuds (lieu et date de rencontre).
On suppose que deux nœuds se sont rencontrés s’ils ont été dans le voisinage l’un de
l’autre.
On note τi,j le temps écoulé depuis que les nœuds iet jont été directement
connectés l’un à l’autre pour la dernière fois, avec τi,j =∞s’ils ne se sont jamais
rencontrés et τi,j = 0 s’ils le sont actuellement. On note également li,j la position de
leur dernière rencontre.
On considère maintenant qu’un nœud ssouhaite communiquer avec le nœud d.
Si τs,d 6=∞, alors senvoie le message destiné à dvers ls,d (en utilisant un quel-
conque protocole de transfert de message géographique), où un nœud a12reçoit ce
message. a1est alors considéré comme un nœud ancre et ls,d comme un point ancre.
a1regarde alors dans sa table de positions et si τa1,d < τs,d/α 3alors a1envoie le mes-
sage vers la1,d. Si cette condition n’est pas remplie, alors a1cherche par voisinages
successifs (la méthode de recherche par voisinages successifs est décrite dans le para-
graphe suivant) un nœud n1dont l’âge de l’information τn1,d remplit cette condition
(τn1,d < τs,d/α). a1envoie alors le message vers ln1,d où le nœud ancre a2le reçoit.
a2procède alors comme l’a fait a1en cherchant, éventuellement, autour de sa position
un nœud n2tel que τn2,d < τn1,d/α.a2envoie à son tour le message vers ln2,d, où
il sera réceptionné par le nœud a3qui va répéter la même procédure jusqu’à ce que
dreçoive le message. Si, au départ, τs,d =∞, alors la source est considérée comme
le nœud ancre a0qui cherche dans son voisinage un nœud n0tel que τn0,d 6=∞et
utilise ln0,d pour commencer le mécanisme précédemment décrit.
Recherche par voisinages successifs La méthode de recherche par voisinages suc-
cessifs est initiée par un nœud ancre aiqui ne possède pas dans sa table de positions
Paiune information adéquate concernant la destination. aienvoie une requête de dé-
couverte de position de dnotée d’s position request à ses voisins directs. Le TTL de
cette requête est fixée de façon à ce qu’elle ne soit pas propagée au delà des voisins de
premier degré. aine reçoit une réponse que si l’un de ses voisins dispose de l’infor-
mation requise. Au bout d’un certain temps, si aine reçoit aucune réponse, il renvoie
la même requête mais avec un TTL fixé à 2 afin qu’elle parvienne jusqu’à ses voisins
2.a1est, parmi les nœuds qui participent à l’acheminement du message, celui dont la position
est la plus proche de ls,d.
3. Dans EASE, a1cherche une information dont l’âge est ≤τs,d/α. Pour des raisons de sim-
plicité, on suppose ici que α= 2.

Dissémination pour le routage RGA 5
de second degré et ainsi de suite jusqu’à ce qu’un nœud ni, voisin au kme degré de
ai, réponde avec lni,d, la position de sa dernière rencontre avec d, qui a eu lieu τni,d
unités de temps auparavant tel que τni,d < τs,d/α.niest le plus proche nœud de ai
qui satisfait cette condition.
Nous remarquons facilement que les protocoles de routage basés sur l’âge des
rencontres entre les nœuds (RGA) font partie de la famille des protocoles de routage
réactifs car ils découvrent les routes à la demandes, et proactifs car leurs tables de
positions sont maintenues à jour à tout moment. Cependant, ces méthodes ne génèrent
pas de trafic pour maintenir ces tables à jour et en génère moins lors de la découverte
de route.
La base de EASE (Exponential Age SEarch) est la mobilité des nœuds. D’après
la description précédente, nous remarquons que EASE, comme son nom (Exponential
Age SEarch) l’indique, recherche la position de la destination en utilisant, à chaque
étape, des âges exponentiellement décroissants. ce qui permet de réduire de moitié
l’erreur d’estimation de la position lors de chaque recherche.
3. 3P-Prédiction des Positions grâce aux Paquets
Nous constatons clairement que si les positions des nœuds ne sont pas bien distri-
buées à travers la topologie, les rayons des disques de recherche seront potentiellement
grands, ce qui génère un surplus de trafic ainsi que du délai. Dans le cas des rencontres
entre les nœuds, la précision des estimations dépend essentiellement de la mobilité des
nœuds. Si les nœuds sont statiques, qu’ils bougent peu ou qu’ils ont une mobilité lo-
cale, leurs coordonnées sont mal distribuées ce qui entraîne des cercles de recherche à
grand rayon.
L’algorithme que nous proposons dans ce papier, 3P, propose une méthode de
dissémination des coordonnées des nœuds différente de celle des dernières rencontres.
Cette méthode se base sur la mobilité des nœuds, comme dans le cas des méthodes
LE. mais aussi et essentiellement sur la mobilité implicite des données échangées.
Le but de 3Pest d’obtenir une meilleure dissémination des positions des nœuds afin
de permettre à une source de localiser plus aisément sa destination. Pour que notre
méthode soit opérationnelle, nous supposons les conditions suivantes remplies :
3.1. Suppositions
– Chaque nœud supposé connaît ses propres coordonnées. Ces dernières lui sont
fournies par l’intermédiaire d’un matériel comme GPS ou par l’intermédiaire d’une
méthode de calcul telle que GPS-Free [CAP 01] ou GPS-Less [BUL 00] (un récapi-
tulatif de ces méthodes est disponible dans [HIG 01])
– Une méthode d’acheminement de paquets d’un point géographique à un autre, en
passant par plusieurs nœuds, est disponible. GPSR [KAR 00], Restricted directional