Etude et recherche des interactions entre le routage dans les réseaux ad hoc et le plan de contrôle des réseaux pair-à-pair

Discovering the synergy between wireless ad hoc routing protocols and peer-to-peer abstractions

• Auteur / Autrice : Ghazi Al Sukkar
• Direction : Hossam Afifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux et télécom
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Evry, Institut national des télécommunications

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux locaux sans fil

Poste à poste (Internet)

Réseaux ad hoc (informatique)

Résumé

Aujourd'hui, l'évolution rapide dans la plupart des technologies, telles que WiFi, WiMax, Bluetooth, …etc. , favorise l'usage fréquent des communications sans fil. Les réseaux cellulaires ont fourni l’accès sans fil aux données et aux communications phoniques, à travers, leur première et deuxième génération. Ils n’ont cependant pas fourni des applications sans couture aux utilisateurs mobiles exceptés pour la voix et le bas débit. Avec la croissance rapide de l'Internet, un nombre important d'applications exigent des débits élevés tels que la vidéo, le DVBH, la voix sur IP. Les réseaux sans fil se limitent généralement à un raccordement sur l’accès, reliant un mobile ou une borne nomade à un câble. La transition de tels réseaux (à un seul saut) à des réseaux aux sauts multiples présente des problèmes intéressants à résoudre. Les réseaux sans fil à sauts multiples joueront un rôle important des les systèmes de communication futures. Déjà, des applications non-militaire semblent s’orienter vers des réseaux futurs tels que: les réseaux ad hoc, les réseaux maillés, les réseaux de capteurs, et les réseaux véhiculaires. Toutefois, ces réseaux présentent encore un certain nombre de problématiques, dont plusieurs sont traitées dans la littérature; une des plus importantes est la conception des protocoles de routage où des difficultés subsistent faisant de cette conception une tâche ardue. Parallèlement, l'augmentation de la demande sur les services d'internet impose l'apparition d'un nouveau type de services évitant la dépendance à un nœud central. Ces services ont besoin de former un réseau overlay construit au-dessus de l'actuel réseau IP appelé réseau peer-to-peer overlay (P2P Overlay). Ces services sont devenus populaires en tant que mécanisme permettant aux utilisateurs de partager des fichiers sans avoir besoin de serveurs centralisés. Un réseau P2P est un système qui offre une scalabilité et une tolérance aux fautes permettant de localiser les nœuds n'importe où dans le réseau sans le maintien d'une grande quantité d'informations sur le routage. Ceci permet une variété d'applications au-delà du simple partage de fichiers, qui comprennent des systèmes de multidiffusion (multicast), les systèmes de communications anonymes, caches Web, P2P et les nouveaux systèmes de téléphonie IP tels que Skype et SIP P2P. Notre but est de fournir un moyen pour découvrir la synergie entre la superposition de réseaux P2P et de réseaux sans fil à sauts multiples. Nous voulons concevoir des protocoles de routage innovatifs pour ces types de réseaux, et optimiser l’utilisation des applications P2P dans ce contexte. Par conséquent, dans cette thèse, nous présentons plusieurs concepts qui ont pour but d’arriver à cette évolutivité et au passage à l’échelle. Ce mécanisme crée une couche réseau à part entière qui facilite l'interaction avec les applications P2P de façon à minimiser le nombre de messages échangés et la taille des entêtes des paquets. Dans les solutions classiques, cet overhead découle de la nécessité d'implémenter et maintenir deux tables de routage, une pour le réseau P2P, et une deuxième pour la couche réseau. Dans la première partie de cette thèse, nous introduisons le protocole PARTY qui est destiné à être appliqué dans les réseaux mobiles adhoc contenant un grand nombre de nœuds avec une haute densité, où le degré de scalabilité du protocole de routage joue un rôle déterminant dans l’évaluation de ses performances. Nous avons aussi introduit des éléments de sécurité dans la solution afin de prévenir des attaques malveillantes. Dans la deuxième partie, nous proposons MeshPARTY comme une solution de gestion de la mobilité dans les réseaux maillés. Finalement, nous proposons SenPARTY comme un mécanisme efficace pour le stockage de données centralisées (data-centric storage) dans les réseaux de capteurs. La fiabilité et l'efficacité de chacune des trois solutions ont été démontrées par des études analytiques et des simulations où nous les avons comparés avec les protocoles existants conventionnels. En résumé, cette thèse apporte des solutions au routage, à l’adressage et à la mobilité dans une optique combinant les concepts du routage adhoc à celui de pair à pair.

Nowadays the rapid developments in most technologies, such as WiFi, WiMax, Bluetooth, etc. Promote the use of wireless communications in every daily life. Though cellular networks have been considered as the main wireless media for data and voice communications during the last few decays, through, their first and second generations, they have failed to provide seamless applications to mobile users except for voice and low data rate services. On the other hand, with the rapid growth of the Internet, a huge number of applications require high data rates such as audio and video streaming, voice over IP, video conferencing services, etc. Current use of wireless networking is generally limited to a single-hop wireless connection, or access link, connecting a mobile or nomadic terminal to a wired gateway. The transition from such single-hop networks to multi-hop wireless networks introduces an abundance of interesting and challenging problems. Multi-hop wireless networks are expected to play an important role in future communications, already, non-military technologies and applications seem to point towards future networks such as: Ad hoc networks, Mesh Networks, Sensor Networks, and Vehicular Networks. However, such networks are associated with a number of challenging problems, several of which are addressed in the literature; one of the most important is the design of routing protocols. There are some barriers that make the design of such routing protocols a tough task. On the other side, the increased demand on traditional internet services imposes the appearance a new type of services which try to avoid any central point of dependence, these services need to form an overlay network built on top of the existing IP network called Peer-to-Peer overlay network (P2P overlay). Such services have gained popularity as a mechanism for users to share files without the need for centralized servers. A P2P network provides a scalable and fault-tolerant mechanism to locate nodes anywhere on a network without maintaining a large amount of routing state. This allows for a variety of applications beyond simple file sharing, which include multicast systems, anonymous communications systems, web caches, and new P2P IP Telephony systems such as Skype and P2P SIP. Our aim is to provide a way to discover the synergy between P2P overlay networks and Multi-hop wireless networks in order to be able to design better routing protocols for these kinds of networks, and apply P2P applications on top of these networks in an optimized way. Therefore, in this thesis we propose an addressing and routing mechanism that address part of the challenges faced by Multi-hop wireless networks, this mechanism acts as a standalone network layer that facilitate the interaction with the P2P applications in a way that minimizes the overall overhead, which in the typical solutions result from the need to implement and maintain two separate routing tables, one serve the P2P abstraction, while the other is the one implemented at the network layer. In the first part of this dissertation we introduce PARTY protocol which is intended to be applied in environments with large number of MANET nodes with high density, where the scalability of the routing protocol plays an important role. We also study the security issues in this protocol in order to prevent malicious attacks. In the second part, we propose MeshPARTY as a mobility management solution in Mesh networks. Finally, we propose SenPARTY as an efficient mechanism for data-centric storage in Sensor networks. The reliability and the efficiency of each of the three solutions have been demonstrated by both analytical and simulation studies where we compared them to the legacy protocols.