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Lilith définit une nouvelle architecture de connexion

Saturday 15 January 2005

Architecture d’interconnexion pour les réseaux spontanés basée sur la commutation de labels

Les communications entre appareils de toutes natures sont de plus en plus courantes. Elles apportent des fonctionalités nouvelles aux équipements jusque là indépendants aussi bien dans la sphère privée que professionnelle. De multiples technologies - en particulier les réseaux sans fil - ont des caractéristiques distinctes en fonction de leurs domaines d’application. Le réseau créé est donc hétérogène et varie fréquemment en fonction de l’ajout et du retrait de matériel dû en particulier à la mobilité des matériels souvent associée à celle des utilisateurs.

Un tel réseau est généralement spontané car les équipements le joignent et le quittent au fil du temps, sans aucune prévisibilité. Un accès à Internet peut améliorer le fonctionnement des équipements : les horloges peuvent se synchroniser automatiquement à un serveur, la télévision peut afficher les programmes et les critiques des émissions, un four peut afficher une recette de cuisine, etc. Ce réseau spontané formé par les équipements est donc en bordure d’Internet. L’architecture d’interconnexion usuelle, celle d’Internet, est pénalisante pour un tel réseau car elle ne tient pas compte des spécificités des réseaux spontanés de bordure. Nous présentons dans deux études publiées dans le Workshop Future Directions in Network Architecture 2004 et dans la conférence MobiQuitous 2004 une architecture d’interconnexion adaptée aux réseaux spontanés de bordure.

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Un réseau spontané de bordure
Lilith

L’architecture d’interconnexion définit comment différents appareils communiquent sur un même réseau. Ainsi, sur Internet, cette architecture se base sur IP : les données sont découpées en plusieurs paquets, qui sont acheminés indépendamment les uns des autres de la source à la destination. Deux paquets consécutifs peuvent donc tout à fait prendre deux chemins distincts et arriver en ordre inverse de leur ordre de départ. Le bon fonctionnement d’Internet a prouvé l’efficacité de cette architecture.

Le cas des réseaux spontanés de bordure est néanmoins différent de celui d’Internet et il nécessite une autre approche. Tout d’abord, la nature spontanée des réseaux étudiés nous amène à les considérer comme des réseaux ad hoc, fonctionnant sans infrastructure de type points d’accès ou serveurs centraux. Afin de pouvoir s’étendre sur des zones de taille importante tout en permettant les communications entre deux stations distantes, les réseaux ad hoc sont multi-sauts. Il devient ainsi possible pour tous les appareils dans un bâtiment de communiquer entre eux sans qu’une infrastructure spécifique ne soit installée.

En outre, l’aspect spontané de ces réseaux rend temporaire tout chemin entre deux appareils. Il est par exemple nécessaire de considérer les déplacements d’un assistant personnel qu’une personne transporte sur elle en marchant. Si un chemin est amené à disparaitre, il faut détecter cette disparition rapidement et utiliser un autre chemin. Disposer de chemins de secours permet aussi de limiter l’impact sur le trafic perçu par l’utilisateur des changements de topologie qui peuvent survenir de manière soudaine.

Enfin, le chemin parcouru par les paquets devrait être déterminé pour chaque type de communication entre la source et la destination : la transmission de vidéo-conférence et la transmission de statistiques météorologiques n’ont pas les mêmes contraintes, notamment en ce qui concerne la latence entre l’émission et la réception. Une classification des différents trafics au niveau de l’architecture d’interconnexion permet d’attribuer à chaque classe de trafic une priorité ou encore un débit minimal à assurer.

Toutes ces contraintes nous ont conduit à élaborer l’architecture d’interconnexion Lilith, dédiée aux réseaux spontanés de bordure. Lilith est basé sur MPLS, une couche 2.5 (entre la couche liaison et la couche réseau), et c’est MPLS qui assure l’acheminement des données, et non IP (qui est une couche réseau) comme c’est le cas dans l’architecture d’interconnexion habituelle. L’utilisation de MPLS permet de répondre élégamment aux différentes contraintes énumérées, sans avoir à modifier le fonctionnement du système d’exploitation ou des différents programmes. Un prototype a été développé pour Linux et nous a permis de confronter les performances de Lilith avec celle obtenues par acheminement IP. Une dégradation minime, de l’ordre de 0.3% pour le débit, est constatée
lors de l’utilisation de Lilith, qu’il faut considérer relativement aux
bénéfices apportés par cette architecture.

- [MobiQuitous 2004] Vincent Untz, Martin Heusse, Franck Rousseau and Andrzej Duda. Lilith: an Interconnection Architecture Based on Label Switching for Spontaneous Edge Networks. In Proceedings of MobiQuitous 2004, Boston, USA, 22-26 août 2004.
- [FDNA 2004] Vincent Untz, Martin Heusse, Franck Rousseau and Andrzej Duda. On Demand Label Switching for Spontaneous Edge Networks. In Proceedings of SIGCOMM Workshop 2004, Portland, USA, 30 août-3 septembre 2004.

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