6-simulation et discussion des résultats

Chapitre: VI

Simulation et discussion des rsultats

VI.1 IntroductionLa simulation constitue actuellement l'outil le plus pratique pour valuer le comportement d'un systme complexe dont la formalisation l'aide de mthodes analytiques est difficile .Pour tester les performances dun rseau mobile on a souvent recours la simulation. En effet il serait trop coteux, voire impossible, de mettre en place un rseau des fins de test pour certains critres. Par exemple, tester des applications sur des rseaux de grande envergure nest possible en ralit que si lon dispose de moyens matriels importants. Cependant, dans le cadre dune simulation, il suffit de changer les paramtres de simulation correspondant la taille du rseau.

Plusieurs simulateurs pour rseaux sans fil ont t proposes ces dernires annes, parmi lesquels NS-2 [37], GloMoSim [38], JiST/SWANS [39], GTSNetS [40], OMNeT++ [41], Opnet [42], etc. Ces simulateurs offrent tous un environnement avarice de programmation pour l'implmentation et I' valuation des performances des protocoles de communication. Aprs avoir dcrit larchitecture gnrale de la SDDS CTH dans MANET, nous prsentons, dans ce chapitre, lenvironnement de simulation conu, les outils techniques ncessaire pour mettre en uvre le systme, la description des tests effectus et les rsultats obtenus.

VI.2 Qu'est-ce que la simulation?Simuler, c'est modliser un systme complexe, afin de prvoir son comportement dans le monde rel. Il s'agit d'une approche permettant de reprsenter le fonctionnement d'un systme rel constitue de plusieurs entits, de modliser les diffrentes interactions entre elles, et enfin valuer le comportement global du systme et son volution dans le temps [43].

Figure VI.1: modalisation d'un systme.

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Le recours la simulation permet de contourner les limites de la complexit des modles analytiques. Toutefois, il est ncessaire de bien identifier les caractristiques du systme afin de le reprsenter, le plus finement possible, par des modles abstraits. Si la reprsentation du systme rel par des modles abstraits est suffisamment raliste et prcise, il est alors possible de reporter les rsultats obtenus avec ces modles sur le systme rel. Le cycle correspondant aux tapes de modlisation, simulation et report des rsultats est illustre sur la (figure VI.1).

VI.3 Quand et pourquoi simuler?La simulation d'un systme rel devient ncessaire des lors que les modles analytiques deviennent, soit trop complexes en termes de calcul et de temps de rsolution, soit trop simplifies vis--vis de la ralit rendant, par ce fait, les rsultats obtenus non reprsentatifs du comportement du systme dans un environnement rel [44]. Ainsi, la simulation peut s'avrer ncessaire dans les cas suivants:

Le systme n'est pas dcomposable en sous-systmes simples et indpendants l'un de l'autre, rendant une modlisation analytique trs complexe. Le systme n'existe pas encore. Dans ce cas, la simulation peut constituer une phase prliminaire, permettant aux concepteurs de prvoir le fonctionnement du systme afin d'optimiser le dimensionnement de ses diffrents paramtres.

Les expriences sur systme rel sont trop couteuses en termes de ressources matrielles et humaines. Les expriences sur systme rel ne sont pas reproductibles ni reprsentatives de tous les environnements possibles. Dans ce cas, la simulation permet de caractriser le comportement global du systme pour diffrents environnements.

VI.4 Les mthodes de simulation:Lorsque la simulation s'avre ncessaire pour valuer un systme rel, quatre principales mthodes de simulation peuvent tre utilises en fonction de la nature du systme cible :

La simulation de Monte-Carlo qui se base sur la gnration de nombres alatoires afin de reproduire les rsultats d'un calcul pour lequel les donnes sont incertaines. La simulation continue qui permet d'analyser de manire continue le comportement47

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d'un systme, reprsente sous la forme d'quations diffrentielles, au cours du temps. La simulation analytique qui permet d'analyser des processus stochastiques travers lesquels le systme peut passer par diffrents tats, comme par exemple les chaines de Markov. La simulation discrte qui grce la gnration d'ventrent permet l'valuer le comportement d'un systme au cours du temps.

VI.5 Simulation des rseaux sans filLa simulation constitue actuellement la mthode la plus rpandue et la plus pratique pour valuer les performances des rseaux sans fil. Plusieurs simulateurs ont t dveloppes et sont actuellement utilises dans les environnements acadmiques et industriels pour valuer les performances des systmes sans fil. Nous prsentons dans ce qui suit les simulateurs les plus populaires et nous discutons leurs spcificits, avantages et inconvnients.

NS2 [36] (Network Simulator) est le simulateur le plus populaire pour la modlisation des rseaux filaires et sans fil. NS2 est dveloppe en C++ et utilise le langage OTcl pour l'criture des scripts et des fichiers de configuration. Vu la popularit de cet outil, plusieurs modles de simulation ont t dveloppes et sont actuellement disponibles : couche MAC (CSMA, CDMA, MPLS, etc.), couche rseau (IP, AODV, DSR, etc.), Couche transport (TCP et UDP), etc. Cependant, le grand inconvnient de ce simulateur est le passage l'chelle qui se limite la simulation de quelques centaines de nuds, Plus rcemment, certains travaux d'optimisation ont permis d'amliorer le passage l'chelle pour la modlisation de quelques milliers de nuds [45]. Il est noter qu'une nouvelle refonte de ce simulateur, appele NS3, est en cours de dveloppement [46]. GloMoSim [37] est un environnement de simulation crit en langage Parsec [47]. Ce langage permet la mise en uvre de simulation squentielle et parallles ventrent discrets. Grace la paralllisassions, GloMoSim est capable de simuler des rseaux constitues de quelques dizaines de milliers de nuds [48]. Plusieurs modles de simulation ont t implmentes au sein de ce simulateur. Par ailleurs, GloMoSim offre une modlisation de la couche physique un peu plus raliste que celle de NS2. Cependant, ce simulateur ne semble plus supporte. Il est galement noter qu'une version commerciale et drive de GloMoSim, appele QualNet, t dveloppe [49].

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JiST/SWANS [39] est un simulateur vnements discrets crit en Java. Ce simulateur repose sur Jist, un moteur gnraliste permettant l'implmentation de simulateurs vnements discrets. Ce moteur fonctionne au-dessus de la machine virtuelle de Java et il t dmontre comme tant plus efficace que NS2 et GloMoSim en termes d'utilisation mmoire et rapidit d'excution [39]. Le grand inconvnient de ce simulateur est le manque de modularit et la difficult d'implmenter de nouveaux modles de simulation.

GTSNeTS [40] (Georgia Tech Sensor Network Simulator) est un simulateur crit en C++ et ddie la simulation des rseaux de capteurs sans fil. Ce simulateur est capable de simuler plusieurs centaines de milliers de nuds. Cependant, le plus gros inconvnient de ce simulateur est l'absence de modlisation raliste de la couche physique... Cet tat de l'art des simulateurs de rseaux sans fil est loin d'tre exhaustif. En effet, plusieurs autres simulateurs sont galement disponibles en version commerciale (OPNET [42], etc.) ou gratuite (OMNeT++ [41], J-Sim [50], SSFNet [51], etc.).

VI.6 OPNET Modeler VI.6.1 IntroductionOPNET (Optimum Network Performance) [42] est un outil de simulation de rseaux trs puissant et trs complet. Bas sur une interface graphique intuitive permet de dessiner et dtudier des rseaux de communications, des quipements, des protocoles et des applications avec facilit et volutivit. Modeler est utilis par les entreprises technologiques les plus performantes pour acclrer leurs procds de recherches et dveloppements.

Lapproche oriente objet associe des diteurs graphiques intgrs de Modeler simplifie la composition des rseaux et des quipements. Ceci permet de raliser facilement une correspondance entre votre systme dinformations et votre modle. Modeler est bas sur une srie dditeurs hirarchiss qui paralllisent la structure du rseau rel, des quipements est des protocoles.

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Figure VI.2: Liens hirarchiques entre les diffrentes interfaces.

VI.6.2 Pourquoi OPNET?Un bon outil de modlisation devrait reflter de prs le vrai comportement d'un rseau ou d'un ordinateur systme. Il devrait soutenir une large gamme de protocoles de rseau et d'applications. Cela doit tre facile utiliser et matriser, surtout pour les dbutants. D'autre part, un bon outil de modlisation devrait fournir le soutien technique complet et l'assistance d'entretien. Dans le rsum, un bon outil de modlisation devrait avoir des proprits suivantes : Flexible : capable de simuler des protocoles de rseau diffrents / les applications sous une large gamme de conditions de fonctionnement. Robuste : fournissez aux utilisateurs puissant de modlisation, la simulation et l'analyse de donnes quipement. Facile utiliser : facile utiliser et matriser . Clair : facile identifier des problmes de modlisation et des fautes de simulation .

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OPNET est acclam par les professionnels de rseau parce qu'il toutes ces proprits. OPNET est l'assortiment de logiciels qui t conu avec un ensemble tendu des traits. Il peut tre adapt pour aller presque chaque besoin de crateurs de protocole de rseau, mettez en rseau des fournisseurs de service, aussi comme mettent en rseau des fabricants d'quipement.

OPNET soutient la plupart des protocoles de rseau dans l'existence, tant la ligne mtallique que la radio. Il peut tre utilis pour modeler et analyser un complexe le systme en excutant des simulations d'vnement distinctes.

Tableau VI.1: les simulateurs de rseau.

VI.6.3 La simulation sur le ModelerUne simulation OPNET Modeler c'est: Un projet. Un ou plusieurs scnarios. Des modles de nuds. Des modles de processus. Des descripteurs de statistiques. Plusieurs simulations excutes avec des valeurs de Random Number Seed (graine) diffrentes.Figure VI.3 : Cycle de modlisation et de simulation.

VI.6.4 Les Interfaces Principales:Parmi les nombreuses interfaces que propose OPNET au dmarrage, on distingue les interfaces suivantes :

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Rdacteur de Projet

Le Rdacteur de Projet est la rgion de mise en scne principale pour crer une simulation de rseau. De ce rdacteur, vous pouvez construire un modle de rseau on utilisant les modles de la bibliothque standard, choisir la statistique du rseau, diriger une simulation et voir les rsultats.

Rdacteur de Nud

Le Rdacteur de Nud vous permet de dfinir le comportement de chaque objet de rseau. Le comportement est dfini en utilisant de diffrents modules, dont chacun modle un peu d'aspect intrieur de comportement de nud tel que la cration de donnes, le stockage de donnes, etc. Les modules sont raccords par les ruisseaux de paquet ou les fils statistiques. Un objet de rseau est compos des modules typiquement multiples qui dfinissent son comportement.

vous permet de crer des modles contrlent de la processus, qui

fonctionnalit

Rdacteur de Modle de Processus

sous-tendante des modles de nud crs dans le Rdacteur de Nud. Les oprations

excutes dans chaque tat ou pour une transition sont dcrites dans C incorpor ou C ++ blocs codes.52

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L'ICI (l'Information de Contrle d'Interface) Rdacteur vous

Rdacteur ICI

permet de dfinir la structure intrieure utiliss d'ICIs. pour ICIs sont

formaliser

l'interconnexion de processus base sur l'interruption

Le Rdacteur de Format de Paquet vous permet de dfinir la structure intrieure d'un paquet comme un ensemble de champs.

Rdacteur de Format de Paquet

Un format de paquet contient un ou plusieurs champs, reprsents dans coloris le rdacteur des comme botes

rectangulaires. La dimension de la bote est proportionnelle au nombre de bits spcifis comme la dimension du champ. Figure III.1: Les interfaces d'OPNET.

VI.6.5 Excution de la simulationAprs avoir dfini tous les modles du systme de rseau, Nous pouvons le valider par la simulation afin d'tudier les performances et le comportement du systme. Gnralement, il y a deux tapes pour l'excution de simulation et la collection de l'information :

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VI.6.5.1 Spcification des Donnes collecterLes modles dvelopps doivent toujours dcider quelle information devrait tre extraite partir de la simulation. Ceux-ci peuvent prendre diffrentes formes comprenant des animations visuelles, sries dpendantes de valeurs de temps (vecteur), et des rapports paramtrs (scalaires).

VI.6.5.2 Construction et Excution De SimulationL'excution de la simulation est l'tape finale dans une "itration" d'une exprience modulante. En gnral, en se basant sur les rsultats observs pendant cette tape, des changements sont faits aux spcifications du modle ou aux paramtres de la simulation. OPNET [42] fournit un certain nombre d'options pour excuter les simulations, y compris l'excution interne et externe, et la capacit de configurer les attributs qui affectent le comportement de la simulation.

VI.6.6 Simulation dOLSR dans OPNETLa solution OPNET est capable danalyser et doptimiser la topologie du rseau (i.e. analyse des configurations routeurs, switches, firewalls) ainsi que de faire du capacity planning partir de matrices de flux captures sur le rseau rel. Modeler dispose donc dun environnement de dveloppement complet qui va permettre de modifier/enrichir les protocoles dj fournis en standard mais galement dajouter de nouveaux protocoles de communications non fournis par dfaut. Le modle original dOLSR dans OPNET est dvelopp par NRL (Naval Research Laboratory) de les tats unis, La (Figure VI.5) est un Modle de processus OLSR.

Figure VI.4: Modle de nud (Manet Station). 54

Figure VI.5: Le modle processus.

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Le code source des tous les modles de protocoles est disponible dans Modeler. Il est donc tout fait possible de modifier/ajouter des protocoles de communication. Larchitecture de modlisation dans Modeler comporte trois niveaux :

- niveau modle de rseau: C'est le niveau le plus lev de la hirarchie d'OPNET. Il permet de dfinir la topologie du rseau en y installant des routeurs, des htes, des quipements tels que des Switchs, relis entre eux par des liens. Chaque entit de communication (appele nud) est entirement configurable et est dfinie par son modle. Le modle de rseau que nous avons conu pour simuler et valuer notre proposition se compose de 30 nuds (Figure ??) plac alatoirement dans une zone de simulation de 2000M sur 2000M. Le modle de mobilit que nous avons choisi est le modle RWP (Random WayPoint), avec la vitesse des mobiles varies entre 0 et 25 m/s, temps de pause est de 5 secondes, temps de simulation est de 900 seconde.

- niveau modle de nud : Il va permettre de dfinir larchitecture interne dun nud particulier. Par exemple, la (Figure VI.4) prsente le modle interne dun utilisateur Manet station.

On retrouve une architecture qui suit la pile OSI. Si lon dsire accder au code source des protocoles, il faut alors atteindre le troisime niveau de modlisation, appel le "Process Model" dans lequel le fonctionnement dun protocole particulier est ralis sous forme de machine tats finis. Par exemple, la (Figure VI.5) prsente des machines tats qui code le protocole OLSR : Etat Init : Pour initialiser ltat et les paramtres (valeurs des variables) du nud dans un tat initial (initialiser toutes les valeurs des statistiques rcolter au cours de la simulation zro, cration de table de routage, table de voisinage, etc.). Etat wait : Cet tat contient quatre transitions vers lui-mme : TC_TIMER_EXPIRY: a chaque intervalle de temps (TC_TIMER) cet tat fait appel la fonction olsr_rte_tc_expiry_handle (); pour renouveler la table de topologie. HELLO_PROCESSING_TIMER_EXPIRY, RTE_CALC_TIME_EXPIRY, HELLO_TIMER_EXPIRY font appel aux fonctions (olsr_hello_processing_expiry(), olsr_rte_calc_expiry_handle(), olsr_rte_hello_expiry_handle()) l' order.

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VI.6.6.1 Mtrique de performances mesuresDans le but de tester le protocole SOLSR, La simulation est faite par rapport ??? paramtres, Nous avons choisi ces paramtres car ils sont les plus influents sur la qualit de service

VI.6.6.2 OPNET Model Paramtres

AD-HOC Routing Parameters

AD-HOC Routing Protocol

OLSR2.0s 6.0 s 16.0 s

Hello Interval

OLSR Parameters

TC Interval Topology Hold Time

Wireless LAN Parameters

Transmit PowerTableau VI.2: les simulateurs de rseau.

0.001 w

VI.6.8 Complments pratiques sur Modelerolsr_rte.pr.m (le modle de processus principal): Produit/traite des paquets de contrle d'OLSR. Maintient des tables OLSR et actualise IP la table de routage commune.

olsr.h : dfinit des structures des tables OLSR. olsr_pkt_support.h : dfinit des formats de paquet OLSR. olsr_support.h/ex.c : dfinit des fonctions de soutien d'OLSR.

V.7 Analyse des rsultats de simulation

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Dans ce qui suit, nous prsentons les rsultats de lvaluation des performances de notre proposition, sont prsents sous forme de graphes (cf figues VI.6, 7). Une tude comparative de performances du protocole dvelopp avec celles du protocole OLSR, est formule.

Figure VI.6 : MPR Calc.

La figure V.5 illustre le nombre des MPR calcul par tous les nuds. Nous pouvons observer, clairement dans ce graphe, que notre proposition diminue le nombre des MPR calculs, puisque on cherche trouver parmi plusieurs Voisins celui qui a un fort degr de stabilit. Par contre dans OLSR, chaque nud slectionn ces MPR selon la rechability.

Figure VI.7: TC Message Sent.

La figure V.6 illustre le nombre de message TC envoy dans le rseau. Nous pouvons observer, dans ce graphe, clairement que le nombre de message TC envoy dans OLSR57

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est plus grand que dans notre proposition, puisque le nombre des MPR calcul dans S_OLSR est inferieur ou gale a celle du protocole standard OLSR.

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