Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires Razvan Stanica Institut National Polytechnique de Toulouse Institut de Recherche en Informatique de Toulouse Séminaire Urbanet Centre d Innovation en Télécommunications et Intégration de Services INSA Lyon - 25 Avril 2012
Né à Craiova - Roumanie Ingénieur Université Polytechnique de Bucarest, Roumanie - 2008 Ingénieur ENSEEIHT INP Toulouse - 2008 Docteur en Réseaux et Télécommunications INP Toulouse Nov. 2011 ATER au département Télécom-Réseaux ENSEEIHT 1 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Mes débuts en recherche LIP ENS Lyon, avec Eric Fleury Détection des communautés dans des réseaux dynamiques 2 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Les 3 ans (et un mois) de thèse IRIT ENSEEIHT, avec André-Luc Beylot et Emmanuel Chaput Communications véhiculaires pour la sécurité routière Contrôle de congestion dans un réseau VANET utilisant IEEE 802.11(p) Rôle du mécanisme de back-off et de la fenêtre de contention Techniques avancées de détection de la porteuse (carrier sense) 3 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
L après thèse Systèmes de transport intelligents avec Marco Fiore Routage opportuniste dans les réseaux de capteurs avec Paul Mühlethaler 4 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Mécanisme de back-off dans les réseaux VANET Back-off en IEEE 802.11 Caractéristiques des réseaux véhiculaires Etude analytique Mécanisme de back-off renversé 5 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Back-off en 802.11 unicast Etat initial: CW= CW min n= random (0, CW) Si le support libre transmission immédiate Si le support occupé back off pendant n slots libres Si collision: CW= CW*2 Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 6 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
broadcast Back-off en 802.11 unicast Etat initial: CW= CW min n= random (0, CW) Si le support libre transmission immédiate Si le support occupé back off pendant n slots libres Si collision: CW= CW*2 Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 7 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Bianchi et al. (1996): CW min = N (2T t ) T idle = T col Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 8 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Bianchi et al. (1996): CW min = N (2T t ) Taille du WLAN ~ 10 nœuds T idle = T col Utilisation des messages RTS/CTS Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 8 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Objectif des VANETs: Informer les chauffeurs et réduire le nombre d accidents Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 9 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Exemples d applications de sécurité routière Prévention des Collisions aux Intersections Signalisation Electronique du Freinage Priorité des Véhicules d Urgence Assistant de Changement de Voie Assistant pour Tourner à Gauche Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 10 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Exemples d applications de sécurité routière Prévention des Collisions aux Intersections Signalisation Electronique du Freinage Priorité des Véhicules d Urgence Assistant de Changement de Voie Messages Périodiques = Beacons = Cooperative Awareness Message Assistant pour Tourner à Gauche Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 10 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Beaconing de sécurité routière Transmission en broadcast pas de stations exposées Une durée de vie limitée probabilité d expiration Absence de la contention interne sur le canal de contrôle VANET Le délai au niveau MAC automatiquement pris en compte dans la probabilité d expiration Métriques: probabilité de réception d un CAM, nombre de voisins nondétectés Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 11 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
IEEE 802.11p sur le canal de contrôle Communication 100% broadcast Pas de message ACK Utilisation permanente de CW min Mécanisme BEB désactivé Collisions impossibles à détecter Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 12 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Approche classique Modèle de Bianchi analyse markovienne Facilement adaptable au broadcast Défini pour un réseau saturé et complet Pas de probabilité d expiration Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 13 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Un modèle différent Utilisation de la périodicité des messages Pour un nœud donné, dans une période : Messages reçus Transmissions synchronisées (collisions) Collisions entre terminaux cachés Beacons expirés Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 14 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Un modèle différent Nt slots dans une période n voisins Ns slots occupés par la transmission d un beacon Ni nœuds impliqués dans une collision Nc slots occupés par une collision Probabilité de trouver le support occupé: Cas idéal: Pb= n*ns /Nt Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 15 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Un modèle différent Nt slots dans une période n voisins Ns slots occupés par la transmission d un beacon Ni nœuds impliqués dans une collision Nc slots occupés par une collision Probabilité de trouver le support occupé: Cas réel: Pb= (n*ns - n*pe*ns - n*pc*nc/ni)/nt Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 16 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Résultats numériques Utilisation des paramètres IEEE 802.11p Charge > 1 (!!!) mais distance entre véhicules = 20 mètres Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 17 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Observations L équilibre entre collisions et messages expirés peut amener des améliorations importantes Un nombre réduit de messages expirés peut être bénéfique Le gain obtenu en évitant des collisions ne peut pas compenser les messages expirés après un certain seuil (CW optimale) La valeur de la CW optimale diminue avec le nombre de nœuds (l inverse de ce qui se passe dans le cas d un simple broadcast) Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 18 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Le rôle de la fenêtre de contention CW petite beaucoup de collisions CW grande beaucoup de beacons expirés Un beacon expiré est perdu pour tous les voisins Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 19 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Back-off Renversé Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 20 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Back-off Renversé Impossible de détecter les collisions Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 20 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Back-off Renversé Impossible de détecter les collisions On peut facilement détecter les messages expirés Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 20 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Back-off Renversé Impossible de détecter les collisions On peut facilement détecter les messages expirés On commence avec une CW grande (e.g. 127) CW = CW/2 pour chaque beacon expiré On revient à la valeur initiale après N transmissions réussies Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 20 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
standard actuel CW fixe optimale back-off renversé standard actuel CW fixe optimale back-off renversé Probabilité de réception des beacons à moins de 200m de la source Densité moyenne Densité élevée 68% 77% 78% 56% 64% 64% Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 21 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
standard actuel CW fixe optimale back-off renversé standard actuel CW fixe optimale back-off renversé Probabilité de réception des beacons à moins de 200m de la source Densité moyenne Densité élevée 68% 77% 78% Valeurs différentes 56% 64% 64% Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 21 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
CW fixe optimale Back-off renversé L impact sur le nombre de beacons consécutifs perdus -40% -2% -18% Moins de 10 beacons Entre 10 et 20 beacons Plus de 20 beacons Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 22 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Observations Confirmation des résultats analytiques Rôle très important de la fenêtre de contention Aucun argument pour le choix d une CW petite Les beacons expirés peuvent être utilisés pour le back-off Fenêtre de Contention Réseaux VANET Modèle Analytique Back-off Renversé 23 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
Conclusion IEEE 802.11 prix réduit, technologie très populaire IEEE 802.11 créé pour WLANs, optimisé pour trafic multimédia IEEE 802.11 problèmes de passages à l échelle dans d autres réseaux Le mécanisme de back-off essentiel en cas de congestion Des solutions simples donnent de très bons résultats 24 Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires 25.04.2012
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