La qualité de service dans les réseaux Ad hoc

Le terme qualité de service ou QoS a largement été utilisé pour définir de nombreux concepts sans toutefois converger vers un consensus. La QoS se définit comme un e nsemble de garanties à as surer, par le réseau, pour le transport d’un trafic d’une s ource vers une des tination [RFC2386]. Plus formellement, nous définissons la qualité de service comme l’ensemble des mécanismes mis en œuvre dans un réseau afin de satisfaire les besoins explicites des applications lors de l’acheminement des flux de données. Les mécanismes classiques de qualité de service dans les réseaux filaires sont totalement inadaptés dans un environnement ad hoc. En effet, la plus part de ces méthodes reposent sur la connaissance d’informations précises quant à l’état du r éseau (la bande passante utilisée, le délai, la gigue de phase, etc.). Dans un contexte sans fil, ces informations sont difficiles à évaluer notamment à cause des phénomènes propres aux transmissions sans fil (versatile du lien radio, interférences, atténuation du signal, etc.) et peuvent être amenées à varier très rapidement, en fonction de la mobilité. 2.1 La QoS dans les Ad hoc Un état de l’art sur la QoS dans les réseaux ad hoc classifie les solutions de QoS en quatre grandes catégories [WU]; − les modèles de Q oS définissent des architectures globales dans lesquelles des garanties peuvent être fournies. − Les protocoles d’accès au medium cherchent à ajouter des fonctionnalités aux couches basses du modèle OSI afin de pouvoir offrir des garanties. − Les protocoles de routage avec qualité de service recherchent les routes ayant suffisamment de ressources disponibles pour satisfaire une requête. − Les protocoles de signalisation cherchent à of frir des mécanismes de réservation de r essources indépendants du protocole de r outage sousjacent. Cette classification très souvent utilisée, permet d’identifier les différentes briques à mettre en œuvre pour assurer une certaine qualité de s ervice. On distingue deux types d’approche [SAR]: les approches de qua lité de s ervice statique et les approches avec garanties quantitatives. Dans les approches de qualité de service statique, l’idée est d’offrir plus de r essources aux trafics prioritaires comparés aux trafics moins prioritaires, sans néanmoins assurer de garanties quantitatives. Dans un contexte ad hoc, l’ordre des priorités reste néanmoins difficile à respecter de par t la difficulté de r eporter des politiques locales de voisinage en voisinage. Pour des applications strictes comme la diffusion de vidéo, les approches avec garanties quantitatives nous semblent plus appropriées. Parmi les approches avec garanties quantitatives, on distingue les approches à posteriori des approches à priori. Les approches à posteriori peuvent être basées sur n’importe quel protocole de r outage et ne cherchent La qualité de service dans les réseaux Ad hoc 20 qu’à réguler l’environnement afin d’offrir des garanties aux applications le nécessitant. A l’opposé, les approches à priori vont se baser sur un routage avec qualité de s ervice. Le principe du r outage avec qualité de s ervice est de rechercher un c hemin entre deux nœuds satisfaisant certaines contraintes. Plusieurs métriques peuvent être utilisées telles que le délai, la bande passante, la gigue ou encore le taux de perte. Cette approche permet d’offrir un contrôle plus fin que celui offert par les approches a posteriori. Nous proposons de l’utiliser dans la suite de nos travaux. Un très grand nombre de protocoles de routage de QoS ont été proposés [SAR], [WU]. On retrouve la dichotomie classique entre protocoles réactifs et proactifs. Ainsi, le routage avec qualité de s ervice ajoute en génér al à ces protocoles de routages usuels un contrôle d’admission afin de sélectionner parmi les routes disponibles celles qui satisfont les contraintes spécifiées par l’application. Le c ontrôle d’admission est une étape très importante dans le routage QoS; il s’agit plus précisément de déterminer si les conditions du réseau permettent de transmettre les flux avec les garanties requises. L’admissibilité des flux est faite en fonction de deux paramètres: − la quantité de ressources : elle est exigée par l’application. les applications doivent être en mesure de quantifier leur besoin en termes de ressources, comme par exemple la quantité de bande passante dont elles ont besoin. Ceci fait apparaître une spécificité du routage avec QoS: l’éligibilité d’une route doit être déterminée flux par flux et non p lus destination par destination. Il est tout à fait envisageable d’utiliser des routes différentes pour des flux ayant des contraintes différentes. Le routage par flux permet par ailleurs d’assurer un contrôle plus fin des ressources du réseau. − L’estimation des ressources résiduelles ou disponibles : elle doit être connue à priori avant l’envoi des flux QoS. C’est un poi nt critique et beaucoup de protocoles de routage QoS se concentrent davantage sur la partie routage que sur la partie estimation des ressources résiduelles. Cette estimation des ressources est rendue plus complexe dans un contexte ad hoc où contrairement aux réseaux filaires, les liens entre mobiles sont versatiles, peu fiables, et partages in équitablement. Pour résumer, le routage QoS est un pr ocessus d’établissement et de maintenance des routes satisfaisant un ensemble de critères quant à la qualité de la transmission des données. Nous pensons que le point critique de c e processus reste l’estimation des ressources disponibles à travers le réseau car la précision du contrôle d’admission au niveau des nœuds dépend fortement de cette estimation. 

Les techniques d’évaluation de la bande passante résiduelle

La bande passante dans les réseaux sans fil est très limitée et son partage est très compliqué, plus particulièrement dans les réseaux ad hoc. De plus, ce paramètre a un impact sur les autres paramètres du réseau comme par exemple le délai ou le taux de perte. Maîtriser les débits dans le réseau permet de limiter la congestion et par conséquent d’améliorer les délais de transmission 21 et les taux de pertes, par conséquent, les techniques d’évaluation de la bande passante résiduelle sont fondamentales. La bande passante résiduelle ou disponible entre deux mobiles peut se définir comme le débit maximal qui peut être émis entre deux nœuds sans dégrader aucun des flux déjà présents dans le réseau. Cette notion est différente de la capacité qui représente juste le débit maximal d’émission entre deux mobiles. Lors de la mise en place d’un protocole de réservation de bande passante, l’estimation de c ette bande passante disponible doit être la plus précise possible quels que soient les trafics existants et de la topologie, afin de choisir les routes susceptibles d’offrir aux applications QoS les garanties désirées. Néanmoins, la bande passante résiduelle est une métrique difficilement quantifiable dans un environnement ad hoc multi saut pour les raisons suivantes: − Lorsque n ém etteurs à portée de c ommunication sont en c ompétition pour l’accès au médium, la bande pa ssante utilisable au n iveau application par chaque émetteur n’est pas égale à la bande passante qu’obtiendrait un seul émetteur divisé par n. En effet, avant d’émettre, chaque nœud doit s’assurer que le canal radio a été libre pendant un certain temps aléatoire. Lorsque plusieurs émetteurs sont en concurrence, ces attentes ont lieu en parallèle, ce qui permet de r éduire globalement le surcoût du protocole d’accès au médium. Toutefois, on ne peut augmenter indéfiniment le nombre d’émetteurs sans risquer de collisions. dans ce cas, les délais sont à nouveau allongés car le protocole 802.11 retransmet les paquets perdus. − le médium étant partagé et la topologie multi saut, la perception de la bande passante utilisée et disponible est différente d’un mobile à l’autre. par conséquent, en pl us de la bande passante qu’il consomme, un mobile doit avoir une estimation de l a bande passante consommée par les mobiles voisins avec lesquels il partage le médium. Cela suppose une connaissance exacte du voisinage, ce qui n’est pas toujours le cas. − le phénomène des stations cachées tend à diminuer le débit des communications. Cette situation provoque des collisions au niveau du récepteur qui voit son débit chuter. Par conséquent, la bande passante résiduelle est une métrique complexe à évaluer car elle doit prendre en compte aussi bien les caractéristiques des transmissions voisines, que l es phénomènes physiques dus au m édium radio sous-jacents et à la technologie d’accès au médium (802.11 dans notre cas). Cependant, les protocoles du groupe MANET [IET] ne prennent pas en compte tous les aspects d’un réseau Ad hoc à savoir l’évolutivité, la dynamicité etc. ces protocoles n’offrant pas de la QoS, beaucoup de travaux ont été menés aboutissant à l’apport QoS pour le routage dans les réseaux Ad hoc.