qualité de service dans les réseaux mobiles ad hoc (quality of service in mobile ad hoc networks...
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8/8/2019 Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc (Quality of Service in Mobile Ad Hoc Networks )
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Qualit de Service dans les
Rseaux Mobiles Ad
HocNadir BOUCHAMADivision Thorie & Ingnierie des Systmes Informatiques (DTISI)nbouchama@cerist.dz
Web Page:http://nadirbouchama.webs.com/Aboutme.htm
Centre de Recherche sur lInformation Scientifique & Technique
mailto:nbouchama@cerist.dzhttp://nadirbouchama.webs.com/Aboutme.htmhttp://nadirbouchama.webs.com/Aboutme.htmmailto:nbouchama@cerist.dz -
8/8/2019 Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc (Quality of Service in Mobile Ad Hoc Networks )
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Nadir BOUCHAMA, Qualit de Service dans lesRseaux Mobiles Ad Hoc. Confrence donne loccasion du 25 ime Anniversaire du CERIST. 08 juin2010. Ben Aknoun, Algrie
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325 ieme Anniversaire du CERIST
Plan de lExpos..
Rseaux Mobiles Ad Hoc : Caractristiques & ApplicationsQualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad HocApproches pour offrir la QoS: Taxonomie et CritiquesNotions de soft QoS, hard QoS, pseudo-hard QoSRoutage avec QoS dans les MANETsRoutage avec contrainte de dlai dans AODVModles de QoS dans les MANETsConclusion Gnrale
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425 ieme Anniversaire du CERIST25 ieme Anniversaire du CERIST
Rseaux mobiles ad hoc (MANET)
GW
InternetRseaux
Mobiles Ad hocRseaux
MESHRseaux de
capteurs
Rseaux ad hoc
Ad hoc : locution latine Pour cela (LAROUSSE) Form dans un but prcis (WIKIPEDIA).
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525 ieme Anniversaire du CERIST
Liens sans filsCanal sujet aux interfrences et aux erreursUne topologie dynamiqueRessources limites et volatilesEx: bande passante, nergie, mmoire, CPU
Vulnrabilit aux attaques
Caractristiques des rseaux mobiles ad hoc
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625 ieme Anniversaire du CERIST
Domaines dapplication
Militaire Gestiondecatastrophes
AccsInternet(backhauling)
VANETS(VehicularAd hocNetworks)
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7/50725 ieme Anniversaire du CERIST
InternetCentre de
Commande
CERIST
Scnario dapplication dans le cas de catastrophes
Backbone Mesh
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25 ieme Anniversaire du CERIST
Revers de la mdaille: plus de dfis
R o u t a g e e f f i c a c e
Gestion de la mobilit
Contrle de flux
Scalabilit
quit
S c u r i t
conomie dnergie
Qualit de Service(Quality of Service
Auto-configuration
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25 ieme Anniversaire du CERIST
Qualit de Service ?
Le terme Qualit de Service est souvent ambigu Plusieurs dfinitions existent dans la littrature
Le sens de chaque dfinition dpend de faon trs troite du
contexte dutilisationCependant, deux dfinitions officielles sontlargement cites:
Dfinition donne dans le RFC 2386 de lIETF (Internetengineering Task Force)
Dfinition donne dans la recommandation E.800 de lITU
(International Telecommunications Union)
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25 ieme Anniversaire du CERIST
Qualit de Service ?
Comme dfinie dans le RFC 2386 , Ensemble de besoins assurer par le rseau
pour le transport dun trafic dune source unedestination. Ces besoins peuvent tre traduitsen un ensemble dattributs pr-spcifis etmesurables en terme de :
Dlai de bout en boutVariance de dlai (gigue)Bande passante :.Taux de Perte de paquets
Ces deux dfinitions ne sont pas adquates pour lesrseaux mobiles ad hocLa Qualit de Service dans les rseaux mobiles ad hoc veut dire fournirdes paramtres afin dadapter les applications la qualit du rseau.
Objectif principal: OPTIMISER lutilisation des ressources
Recommandation E.800 du CCITT :
Effet global des performances duservice qui dtermine le degrde satisfaction dun utilisateur du service.
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25 ieme Anniversaire du CERIST
Motivation
Au dbut des rseaux sans fils :Le premier souci est de permettre la connectivitLe principe utilis est le BEST EFFORT cest--dire AU MIEUXAucune garantie de livraison des donnes SEND AND PRAY
Mais.pour certains applications ce service nest pas du tout suffisant
Exemple:Applications multimdias, tlphonie, jeux, applications critiques,communications dans un champs de bataille, etc.
La QoS nest pas une OPTION mais une NECESSIT pourpermettre dattirer surtout lattention des INDUSTRIELS
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25 ieme Anniversaire du CERIST
Exemple dexigences en QoS
Source :
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25 ieme Anniversaire du CERIST
Obstacles dans les rseaux ad hoc
La topologie du rseau change de faon dynamiqueInformation dtat souvent imprciseRessources disperses et limites (Ex: mmoire)Ressources dnergie puisables (batterie ou cellulessolaires)
Nuds des fois htrognesMdium non scuris (des intrus peuvent violer lesgaranties en QoS)Erreurs du canal
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1425 ieme Anniversaire du CERIST
Complexit
Qualit de service dans les MANETs = Fournir unefonctionnalit complexe dans un environnement trsdynamique o les ressources sont rares.
Solution: Deux approches classiques:
Sur-dimensionnement
Ingnierie de trafic
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Analogie avec le trafic routier
Ingnierie de traficsurdimensionnement
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1625 ieme Anniversaire du CERIST
Sur-Dimensionnement ( over-dimensioning )
Avantages:Facile et peut se faire de faon graduelle;Aucun mcanisme de QoS nest ncessaire;
Inconvnients:Peut tre trs coteux pour le dploiement et la mise jour;Difficile prdire les besoins futurs du trafic;
Ne peut pas offrir des garanties sur le dlais;Dans la plupart des cas, il sagit dun dplacement du problme ;Perte de ressources (rseau sous-utilis);Pour un rseau mobile ad hoc les ressources sont rares etvolatiles;La bande de frquence est trs limite
Principe :Agir sur les RESSOURCES(solution matrielle) Approvisionnerle rseau avec suffisamment de ressources si besoin
est
P R O H
I B I T I F
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1725 ieme Anniversaire du CERIST
Ingnierie de trafic ( Traffic engineering )
PrincipeAgir sur le TRAFIC (solution logicielle )
Utiliser des mcanismes de contrle et de priorit pour le trafic
Avantages:Non coteuse;Utilisation rationnelle des ressources ;
Inconvnients:Complexe implmenter
Problme de passage lchelle(scalability)
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1825 ieme Anniversaire du CERIST
Taxonomies..
CoucheMAC
Protocolesdesignalisatio
n
Routageavec QoS
[WuH99] K. Wu and J. Harms, QoS Support in Mobile Ad Hoc Networks. Crossing Boundaries-the GSA Journal of University of Alberta, Volume 1, n 1. pages 92- 106. Novembre 2001
Classification la plus connue et la plus cite:
Modlesde QoS
Qualit de Servicedans les Rseaux Ad Hoc
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1925 ieme Anniversaire du CERIST
Critiques
Taxonomie critique notamment dans:
[Chaudet2006] Claude Chaudet, Isabelle Gurin Lassous, - tat des lieux sur la qualit de servicedans les rseaux ad hoc - Invited paper, in 'Colloque Francophone sur l'Ingnierie des Protocoles''- November 2006 - Tozeur, Tunisia.
Raisons ?
Impossible de classifier les solutions existantes selon cettetaxonomie;
Pourquoi sparer la signalisation et le QoS routing alors quilssont souvent complmentaires; Un bon modle de QoS est souvent construit partir deplusieurs blocs de base
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2025 ieme Anniversaire du CERIST
Taxonomie selon le niveau de QoS
Niveau Dfinition Autres nomsExampledapplications
Difficult
Best Effort (BE) le rseau envoie les paquets sans aucunegarantie.
send and pray courrier lectronique,transfert de fichiers,
+
QoS relche(soft QoS)
la garantie de service estofferte avec une
probabilit. Il peut y avoir des priodes transitoires o la QoS nest pasgarantie.
QoS statistique,Mieux que le best
effort,QoS qualitative,QoS relative
voix sur IP, ++
QoS pseudoferme
(Pseudo HardQoS)
les garanties de QoS sontde type ferme, sauf encas de fluctuations ducanal radio ou dechangement de
topologie.
communications militaires; +++
QoS ferme(hard QoS)
si les exigences ne sont pas satisfaites, le servicenest pas du tout fourniTOUT ou RIEN
QoS dterministe,service garanti,QoS quantitative,QoS absolue
- contrle de traficarien,
- chirurgie distance,- contrle dun racteur
nuclaire , etc.
impossible
Niv
eau deQoS
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2125 ieme Anniversaire du CERIST
Routage avec QoS
dansLes MANETs
Obj if d R Q S
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2225 ieme Anniversaire du CERIST
Objectifs du Routage avec QoS
Les TROIS objectifs principaux du routage avec QoS sont lessuivants:
1. Dterminer dynamiquement un chemin rpondant auxexigences de QoS entre une source et une destination ;
2. Optimiser les ressources du rseau (load balancing);3. Permettre une dgradation gracieuse (graceful
degradation) des performances du rseauhttp://www.ietf.org/rfc/rfc2386.txt
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2325 ieme Anniversaire du CERIST
Exemple de Routage avec QoS
Chemin satisfaisant la QoS
S
B C
D
E F
D
2
3
4
2
5
6
44
3
Plus court chemin
D
S Source
Destination
Exemple:Une source S veut communiquer avec une destination D etdemande une QoS en bande passante de Bw=4
Besoin en QoS: BW4
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2425 ieme Anniversaire du CERIST
Positionnement
Network requirements Application requirements
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2525 ieme Anniversaire du CERIST
Composantes du routage avec QoS ?
Le routage avec QoS ncessite deux entits:
Protocole de routage (algorithme distribu): rcolte etdistribution des information sur les ressources;
Algorithme de routage (algorithme local) qui sintresse larecherche dun chemin faisable qui vrifie la QoS
NP-Complet si le nombre de mtriques additives 2Utiliser heuristiques
C t i t l d
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2625 ieme Anniversaire du CERIST
Comment concevoir un nouveau protocole deroutage avec QoS
Deux approches principales:Concevoir le nouveau from scratch
Prendre un protocole existant (ex: AODV, OLSR) et ajouter desbriques de bases pour le rendre sensible la QoS selon la mtriquechoisie
Avantage majeur: facilit
Exemple: AODV-D ( AODV with delay constraints )(Travail avec un tudiant en PFE (UMMTO))
Extension du protocole AODVMtrique: dlaiEstimation du dlai local chaque nudLe dlai est une mtrique ADDITIVE :
Dlai de bout en bout = Dlais un saut
S D
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2725 ieme Anniversaire du CERIST
21/07/11 27
Principe du protocole AODV AODV: Ad hoc On Demand Vector Distance Routing protocol Protocol ractif
IETF RFC 3561. Juillet 2003
A hi i d AODV D
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2825 ieme Anniversaire du CERIST
MAC
Architecture synoptique de AODV-D
Estimation du dlai MACLLC
Physique
Prsentation
SessionTransport
RseauAODV
Routageavec QoS
Besoinsen QoSApplicatio
n
CAC
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8/8/2019 Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc (Quality of Service in Mobile Ad Hoc Networks )
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2925 ieme Anniversaire du CERIST
Estimation du dlai de mise en file au niveau MAC
Question principale:Quel modle de files dattente utiliser pour estimer le dlai au niveau du 802.11 ?
Recherche Bibliographique:
M/MMGI/1/KOzdemir et al 2004
M/G/1 Meraihi et al, 2004 Ph.D Thesis
M/G/1/KOzdemir et al 2004
M/M/1/KChikh Sarr, 2007 Ph.D Thesis
G/G/1Bisnik et al 2009
File M/M/1/K
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3025 ieme Anniversaire du CERIST
File M/M/1/K
Nombre de clients dans lafile
Taux dutilisation duserveur
Temps de sjour dans le systme
L'arrive de paquet suit une loi exponentielle de paramtre Le taux de service suit galement une loi exponentielle de paramtre La taille de la file d'attente est limite par la valeur K.
La politique dordonnancement est FIFO (Premier Arriv Premier Servi)
Fil M/M/1/K ( it )
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3125 ieme Anniversaire du CERIST
File M/M/1/K (suite)
Nombre moyen de clients dans le systme
Comme la somme est gale au temps de servicealors:
Do:
?
(Loi de Little)
Estimation du dlai moyen de transmission
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3225 ieme Anniversaire du CERIST
Estimation du dlai moyen de transmission
Soit p la probabilit de collision sur un lien.La probabilit de russite de transmission au premier envoi est donc 1- p
La probabilit de russite de transmission au 2ime envoi est p .(1- p)
Aprs C tentatives de transmission choues, la trame est limine(Pour le 802.11 C =7 )
Soit X la variable alatoire qui compte le nombre de tentatives pour unetransmission russie dune trame
Nombre moyen de retransmissions pour une trame donne:
l i d i i ( i fi )
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3325 ieme Anniversaire du CERIST
Dlai moyen de transmission (suite et fin)
Sarr a galement calcul le backoff moyen:
Enfin, on obtient:
O:
Temps consomm dans une collision Temps de transmission russie dun paquet de taille m laidedu 802.11
E t i d q t d t l
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3425 ieme Anniversaire du CERIST21/07/11 34
TYPE J | R | G | D |U RESERVED HOP COUNT
Bande passantedsire
Dlai maxdemand
Dlai un sautcalcul
RREQ ID
Destination IP Address
Destination Sequence Number
Originator IP AddressOriginator Sequence Number
TYPE R | A PREFIX SZ HOP COUNT
Destination IP AddressDestination Sequence Number
Originator IP Address
Lifetime
Probabilit de collision
Extension des paquets de contrle
Echange dinformation
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3525 ieme Anniversaire du CERIST
Echange d information
Les nuds changent des messages HELLO chaque intervalle detemps secondesCes messages HELLO contient un information supplmentaire: metaux doccupation du canalLa valeur du paramtre est cruciale :
grande : stabilit des rsultats mais mauvais rsultats en cas demobilit
petite : trop doverhead et de calcul mais bonne raction lamobilitLes auteurs proposent: = 1 seconde
Chaque nud estime le taux doccupation du canal son niveau etenvoie linformation dans le paquet HELLO
La taux doccupation du canal au niveau dun nud est donn par:(Ts + Tr ) /
S i d i l i
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3625 ieme Anniversaire du CERIST
21/07/11 36
AODV-DDlai 150
AODVPlus court
chemin
Scnario de simulation
Rsultats de simulation (NS 2)
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3725 ieme Anniversaire du CERIST
21/07/11 37
Rsultats de simulation (NS-2)Dlai de bout en bout
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3825 ieme Anniversaire du CERIST
Modles de QoS
dansLes MANETs
M dl d Q S
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3925 ieme Anniversaire du CERIST
Modles de QoSModle de QoS
Un modle dfinitgnralement les blocs debase dune solution
donne :Contrle dadmissionpolitique dordonnancementcontrle de congestion,signalisation,routage avec QoSLissage de trafic, etc
Dfinir QUI FAIT QUOI ?Interaction ?
Aspect architectural
Question Principale
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4025 ieme Anniversaire du CERIST
Question Principale
Les deux modles classiques IntServ et DiffServsont-ils applicables aux rseaux mobiles ad hoc ?
MOTIVATION:Pourquoi rinventer la roue et inventer des modles
ex nihilo alors que deux modles existent dj ?Prendre en considration la possibilit de connexion Internet Interoprabilit avec IntServ et DiffServclassiques
Faut-il une volution ou une
INTERNET
Passerelle(gateway)
IntServ (Integrated services)
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4125 ieme Anniversaire du CERIST
IntServ (Integrated services)
Emulation de circuits; Mcanisme de bout en bout; mcanisme de QoS par flux ; Utilise le protocole de signalisationRSVP
Pour MANETS ?
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4225 ieme Anniversaire du CERIST
Pour MANETS ?
AVANTAGES:Fournit une bonne QoS;Zro paquets perdus
INCONVENIENTS:
Ncessite des informations exactes sur ltat des liens, chose quiest difficile dans le contexte des rseaux mobiles ad hoc;
Gnre beaucoup doverhead;Complexit au niveau du cur du rseau ;Nest pas pratique pour les flux de courte dure;
Scalabilit
DiffServ (Differentiated Services)
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4325 ieme Anniversaire du CERIST
DiffServ (Differentiated Services)
Rsoudre le problme de scalabilit par deux faons:Remplacer le principe par flux par un principe par agrgats;La complexit dans les nuds du coeur est dplace versles quipements aux extrmits;
Nudinterne
Nuddentre
Nudde sortie
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8/8/2019 Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc (Quality of Service in Mobile Ad Hoc Networks )
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4425 ieme Anniversaire du CERIST
AVANTAGESPlus scalable que IntServModle lger dans les nuds du rseau plus facile dployerPeut fournir des fois une bonne QoS
INCONVENIENTS:Ne signale pas la congestion de faon expliciteQuand la topologie du rseaux change les rles des noeuds
changent galementDifficile de ngocier dynamiquement un profil de trafic
PourMANETS ?
INSIGNIA
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8/8/2019 Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc (Quality of Service in Mobile Ad Hoc Networks )
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4525 ieme Anniversaire du CERIST
INSIGNIAhttp://comet.columbia.edu/insignia/
Ides principales de INSIGNIA:Premier protocole de signalisation pour MANETSInspir de IntServfournir un modle de QoS de bout en bout
Un modle de QoS adaptif
SWAN (Stateless Wireless Ad hoc Networks)
http://comet.columbia.edu/insignia/http://comet.columbia.edu/insignia/ -
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4625 ieme Anniversaire du CERIST
SWAN (Stateless Wireless Ad hoc Networks)http://comet.columbia.edu/swan/overview.htm
Soft QoSInspir de DiffServNe pas garder les informations sur ltat2 classe de trafic: best effort et real time Dfinit un contrle dadmission pour accepter/rejeter unenouvelle connexion
FQMM (Flexible QoS Model for MANETs)
http://comet.columbia.edu/swan/overview.htmlhttp://comet.columbia.edu/swan/overview.html -
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4725 ieme Anniversaire du CERIST
Q ( e b e QoS ode o s)
Modle hybride : IntServ + DiffServ Conu pour les MANETS de taille moyenne (jusqu 50 noeuds) Flexible
Rfrences bibliographiques pertinentes
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4825 ieme Anniversaire du CERIST
g p q p
G-S. Ahn, L-H. Sun, A. Veres, and A. T. Campbell, SWAN: ServiceDifferentiation in stateless wireless Ad hoc Networks , INFOCOM, 2002.
D. Awduche, A. Elwalid A. Chiu, I. Widjaja, and X. Xiao, RFC3272: Overviewand Principles of Internet Traffic Engineering , 2002.
C. Chaudet and I. Gurin-Lassous, Etat des lieux sur la Qualit de Servicedans les Rseaux Ad hoc , Colloque Francophone sur lIngnierie desProtocoles (CFIP), Tozeur. Tunisia, 2006.
L. Chen and W. Heinzelman, A survey of routing protocols that support QoSin mobile ad hoc networks , IEEE Network 21 (2007), no.6, 3038.
I. Chlamtac, M. Conti, and J. J.-N. Liu, Mobile ad hoc networking:imperatives and challenges , Ad Hoc Networks 1 (2003), no. 1, 1364.
L. Hanzo and R. Tafazolli, A survey of QOS Routing Solutions for Mobile Adhoc Networks , IEEE Communications Surveys and Tutorials 9 (2007), no. 1-4,5070.
P. Mohapatra, P. J.Li, and C.Gui, QoS in Mobile Ad hoc Networks , IEEEWireless Communications 10 (2003), no. 3, 44 52.
T. Reddy, I. Karthigeyan, B. S. Manoj, and C. Siva Ram Murthy, Quality of service Provisioning in Ad hoc Wireless Networks: a Survey of Issues andSolutions., Ad Hoc Networks 4 (2006), no. 1, 83124.
Conclusion gnrale
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4925 ieme Anniversaire du CERIST
Conclusion gnrale
La flexibilit des rseaux mobiles ad hoc les rend trs utiles dans plusieurs domaines;
Les caractristiques inhrentes aux rseaux mobiles ad hoc rendent lapprovisionnement de laQoS trs complexe; Vu la volatilitdes ressources, on ne peut pas offrir une hard QoS dans les rseaux ad hoc;La soft QoS (mieux que le best effort) peut tre suffisantedans certains casUn exemple dun protocole de routage soft QoS a t prsent (lestimation du dlai est basesur le modle M/M/1/K);IntServ et DiffServ ne sont pas directement applicables pour les rseaux mobiles ad hoc;DiffServ est mieux adapt aux rseaux mobiles ad hoc que IntServ.
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8/8/2019 Qualit de Service dans les Rseaux Mobiles Ad Hoc (Quality of Service in Mobile Ad Hoc Networks )
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