ANCP Another Nice Clustering Protocol 27 Juin 2012 Benoit Clair – benoit.clair@insa-lyon.fr

1. PFE ANCP Another Nice Clustering Protocol 27 Juin 2012 Benoit Clair – benoit.clair@insa-lyon.fr

2. Plan de la présentation • Hypothèses de travail et cadre de l’étude • ANCP, heuristiques de fonctionnement • Résultats 2

3. Cadre de l’étude • Design d’un réseau Ad Hoc communicant • Des nœuds se déploient en opération et doivent rapidement être opérationnels • Cas d’application: déploiement d’équipes de secours • Situations complexes (pas d’architecture existante, apport en électricité hasardeux) • Des nœuds formant des équipes aux intérêts variés (e.g. déblaiement et secouristes) • Des nœuds aux capacités hétérogènes (e.g. véhicules et piétons) • Une organisation en clusters est une manière d’augmenter les performances 3

4. Hypothèses de travail - Topologie • Réseau Ad Hoc totalement autonome • 2 types de nœuds • Les nœuds privilégiés (PN) • Les nœuds réguliers (RN) • Un PN et un ensemble de RN • forment un groupe opérationnel • (GO) • Les nœuds communiquent entre • eux, majoritairement entre membres d’un GO 4

5. Hypothèses de travail - Ressources disponibles • Chaque nœud dispose d’une interface radio utilisant un système combinant TDMA & FDMA • On dispose d’un pool de fréquences Nb_Freq • Nb_Freq << Nb_Nodes • Nb_Freq < Nb_GO • Le débit des nœuds est d’environ 1Mbits/s • Les liaisons radio sont bilatérales et fiables, i.e. les nœuds à portée peuvent communiquer 5

6. Hypothèses de travail - Hypothèses génériques • Les nœuds arrivent de manière sporadique et aléatoire • Ils se déplacent par groupe opérationnel (le PN dirige le mouvement) • La phase de synchronisation (requise entre autres par l’utilisation du TDMA) • Est utilisée pour la découverte de voisinage • Peut être utilisée pour échanger de l’information • Une phase d’initialisation, e.g. où les nœuds sont immobiles, est envisageable 6

7. Problématique • Organiser la mise en clusters et la répartition des ressources (i.e. fréquences) • Produire un protocole fiable, i.e. supportant des scenarii différents. • Les critères de performances sont: • La cohérence spatiale, les membres d’un GO doivent appartenir au même cluster et les PNs sont censés être CH • Le coût de signalisation (5% de la BP max) • La réactivité 7

8. ANCP – Principe général • Les fréquences sont distribuées en même temps que la mise en clusters • On crée une trame virtuelle dédiée au protocole • Cette trame comporte deux sous-trames • Une dédiée aux PNs qui envoient un beacon • Une dédiée aux connexions • Une fréquence est dédiée à la signalisation. Les autres allouées aux clusters 8

9. ANCP – Structure de la trame Beaconing stage Connection stage PN 1 PN 2 PN 3 PN 4 […] […] Chaque PN a un slot qu’il utilise pour envoyer un PN-INFO La sous-trame de connexion est subdivisée en sous-ensembles de 3 slots, les fenêtres des connexions 9

10. ANCP – Rejoindre un cluster RN RN CH RN RN RN 10

11. ANCP – Comportement d’un RN 11

12. ANCP – Comportement d’un PN 12

13. ANCP – Sélection d’un clusterhead • Un nœud obtient des informations sur les clusters avoisinant à travers les beacons transitant sur le réseau • Pour sélectionner un cluster il applique les critères suivants • Il cherche à rejoindre son PN • Il cherche à rejoindre le cluster contenant le plus grand nombre de nœuds de son GO • Il sélectionne le cluster qui possède la plus grande capacité • En cas d’égalité, la fonction de coût permet de départager deux clusters 13

14. ANCP – Messages • PN-INFO • JOIN-REQ […] 14

15. ANCP – Ordonnancement Beaconing stage Connection stage PN 1 PN 2 PN 3 PN 4 […] […] Chaque PN a un slot qu’il utilise pour envoyer un PN-INFO La sous-trame de connexion est subdivisée en sous-ensembles de 3 slots, les fenêtres des connexions L’algorithme d’ordonnancement doit donc, pour une fenêtre de connexion donnée, déterminer le nœud autorisé 15

16. ANCP – Ordonnancement • Les nœuds sont discriminés selon leurs GO et leurs ID • Au sein d’un GO les nœuds disposent d’ID virtuels linéaires 16

17. Implémentation et expérimentations • Sinalgo • Outil de théorie des graphes • Pensé pour prototyper rapidement des protocoles • Simule simplement les couches basses (messages par pile) • Mesures • Distribution géographique des groupes opérationnels • Temps de convergence • Nombres de messages utilisés • Des scenarii différents (e.g. pas de mobilité, vitesses différentes) 17

18. Distribution des noeuds 18

19. Temps de convergence (10 fenêtres de connexion) 19

20. Messages requis pour la convergence 20

21. Conclusion et future work • Nous disposons d’une solution efficace qui répond aux contraintes de réactivité et d’économie de bande passante • Pour aller plus loin (entres autres) • Utiliser une « vraie » couche MAC • Prendre en compte les interférences à deux sauts • Dégrader les liens radios • Réutiliser certains slots inutilisés pour optimiser la réactivité 21

22. QUESTIONS, DISCUSSIONS … 22