EP2510656A1 - Method for the qualitative routing in a multi-hop communication network, and network node management facility - Google Patents

Method for the qualitative routing in a multi-hop communication network, and network node management facility

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Publication number
EP2510656A1
EP2510656A1 EP10801651A EP10801651A EP2510656A1 EP 2510656 A1 EP2510656 A1 EP 2510656A1 EP 10801651 A EP10801651 A EP 10801651A EP 10801651 A EP10801651 A EP 10801651A EP 2510656 A1 EP2510656 A1 EP 2510656A1
Authority
EP
European Patent Office
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network
node
links
path
nodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10801651A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Khaldoun Al Agha
Ignacy Gawedzki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite Paris Sud Paris 11
Original Assignee
Universite Paris Sud Paris 11
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Filing date
Publication date
Application filed by Universite Paris Sud Paris 11 filed Critical Universite Paris Sud Paris 11
Publication of EP2510656A1 publication Critical patent/EP2510656A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/12—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality
    • H04W40/16—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality based on interference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/125—Shortest path evaluation based on throughput or bandwidth

Definitions

  • the present invention relates to a method for calculating a path with a defined quality of service in a multi-hop network as well as network node management equipment. It has applications in the field of data exchange management over communication networks, in particular for real-time multimedia applications on ad hoc wireless networks, telephony on ad hoc networks, videoconferencing on ad hoc networks. It allows these applications to coexist with other classic applications such as web (the web), file transfer, etc.
  • Routing involves finding a path between a source node and a destination node in a network. This path will be taken by packets of data addressed to the destination.
  • a path is a series of links.
  • a link is a physical connection that connects two neighboring nodes of the network.
  • a metric on a link is a value associated with the state of the link at a given time.
  • a metric on a path is a combination (addition, multiplication, minimum, or other function) of the metrics on each link composing the path.
  • QoS refers to a set of measurable values that characterize a link between a source and a destination in a network, such as routing delay, maximum possible throughput, packet loss rate, and so on.
  • One or more metrics in general are used in so-called quality of service routing, in which it is a question of finding a path respecting the value required by an application for each of these metrics.
  • the present invention proposes that the estimation of the metrics is not separated from the calculation of the path itself, since the metrics of a link also depend on the other links that make up the calculated path.
  • the metrics of a link also depend on the other links that make up the calculated path.
  • the calculated paths meet the requirements of the applications that use them, since the level of quality of service they offer is sufficient. Therefore, applications can work properly.
  • This ability to use sufficient quality of service paths ensures that communications between applications that use calculated paths do not use more resources than those offered by the network. Thus the saturation of the network is avoided.
  • the resources offered by the network are better shared by the applications, which makes the coexistence of applications of different requirements possible.
  • the invention relates to a qualitative data routing method in an ad hoc multi-hop communication network, said method making it possible to determine, as a function of a determinable communication quality criterion, at least one data path through links. between nodes, between a source node and a destination node of said network, the value of the quality criterion of a given path being computable as a function of at least one determinable link metric in said network, the links being able to interfere with each other during the passage of data.
  • intra-flow interference is taken into account and for a communication quality criterion which is a minimum value B of bandwidth to be satisfied, an ad hoc network routing protocol is used.
  • the interfering links are determined in the following manner:
  • each node of the network determines a global conflict graph, defined as follows: each vertex of this global conflict graph represents a link in a partial global topology and each edge of this global conflict graph represents a conflict relationship between two links of the partial global topology, that is to say that these links are separated by at most H jumps according to the partial global topology;
  • each node having a global conflict graph determines the maximum complete graphs, referred to as "cliques", of the global conflict graph, and said node determines the path in the network, in particular by solving the following linear system with the following integrality constraints:
  • a total local topology of the network is determined
  • a partial global topology of the network is determined
  • the network is determined as follows:
  • each node of the network determines a total local topology of the network comprising, on the one hand, all the nodes corresponding to its direct neighbors, called “one jump”, and all the direct neighbors of its direct neighbors, then called “two "jumps", and, on the other hand, all the links between himself and his neighbors at a jump and between his neighbors at a jump and their own neighbors at a jump; said topology being said local topology with two jumps,
  • each node determines a subset of its neighbors, called "MPR" which allows it to join all its neighbors with two jumps and communicates periodically to its neighbors at a jump the list of neighbor (s) who has / have been determined as MPR;
  • each node which has been determined as MPR by at least one neighbor periodically broadcasts in the network the list of the neighbor (s) who has chosen it as MPR, said list being referred to as the "MPR-S" list;
  • each node reconstructs a partial global topology of the network comprising all the nodes and a set of links between the nodes making it possible to find at least one path to each other node of the network,
  • the ad hoc network routing protocol used is OLSR, AODV, DSR TBRPF, or FSR,
  • the steps of determining the partial global topology of the network and the conflict graph are carried out separately within a node, the conflict graph being determined after the determination of the partial global topology of the network,
  • the empty capacity of each link adjacent to a node is determined by a method which effectively takes into account the conflicts existing between the neighboring links
  • the proportion of empty capacity used by the existing links is determined by a method based on the counting of the amount of data sent on each link per unit of time
  • the network is a radio wireless network
  • the invention also relates to an equipment for managing a node of an ad hoc multi-hop communications network that is specially configured to operate according to the method described.
  • Figure 1 which is a diagram of an exemplary wireless communication network with nodes and two paths between the departure nodes a and destination v,
  • Figure 2 which is a diagram of another example of a wireless communication network with nodes and two paths between the departure nodes a and destination f.
  • a node is at least a reception and retransmission equipment comprising calculation means for managing the flows passing through it.
  • the node can be either equipment specifically dedicated to the network, or a equipment also providing other functions such as a microcomputer in a network of microcomputers.
  • the node may receive data from one or more other nodes and retransmit them to one or more other nodes.
  • the link between the nodes can be wired but it is preferably wireless and in particular radio type.
  • the topology can evolve over time and the data pathways can also evolve over time. The management of the paths is done in a distributed way, each node participating in the management.
  • a node When a node transmits on a link (eg o to p), no other node in the interference areas of o and p can transmit.
  • the available capacity on a link therefore depends on the capabilities used by the links of which at least one end is in the interference zone of at least one end of the link.
  • the available capacity of a path depends on the capabilities used by the links of which at least one end is in the interference zone of at least one end of at least one path link. To find satisfactory paths taking into account this phenomenon is therefore very complex and the existing solutions ignore this problem.
  • paths are determined that offer at least a given available capacity, while taking into account the correlations between the capabilities of the links.
  • network management computers execute calculation algorithms for this determination of the paths. For this, we determine the topology of the network, for example calculated by a proactive routing protocol such as OLSR and we return the path that satisfies the required bandwidth.
  • the network topology is determined using a routing protocol for ad hoc networks.
  • a routing protocol for ad hoc networks it is possible to use example the OLSR protocol for "Optimized Link State Routing", which works as follows:
  • the nodes periodically exchange HELLO messages containing the list of neighboring nodes from which they have recently received a HELLO message;
  • each node reconstructs in memory a total local topology of the network, containing all the direct neighbors, called “one jump”, and the neighbors of the neighbors, called “two jumps” "And all the links between himself and his neighbors at a jump and between his neighbors at a jump and their own neighbors at a jump;
  • MPR multipoint relays
  • each node which has been chosen as MPR by at least one neighbor periodically broadcasts in the network so-called TC messages ("Topology Control") containing the list of neighbors who have chosen it as MPR, and said "MPR-S" for "MPR-selectors";
  • TC messages Topic Control
  • each node reconstructs in memory a partial global topology of the network containing all the nodes and sufficient links between the nodes to make it possible to find a path to each node.
  • One parameter of the solution is the number of hops H below which two links share the same capacity resource (bandwidth).
  • bandwidth bandwidth
  • nodes using a common radio medium the links can not all be used at the same time.
  • each node maintains a conflict graph:
  • each vertex of the conflict graph represents a link of the partial global topology
  • each edge of the conflict graph represents a conflict relationship between two links of the partial global topology.
  • K is the set of cliques of the conflict graph
  • Cij is the vacuum capacity of the link (ij)
  • B is the empty capacity portion already used.
  • the available capacity on the path (a, b, c, d, e, f) is obtained by seeking the maximum value R 0 such that:
  • the available capacity on (a, g, h, i, j, k, f) is calculated by looking for the maximum value R 1 such that:
  • the capacities of these two paths are 1/12 and 1/6 respectively, thus determining that the second path is the best in terms of capacity.
  • the existing techniques would have selected the first path as the best in terms of capacity.
  • metrics are used. These metrics can be the capacity in bit / s, the number of hops separating a source from a destination, or the delay in routing packets from the source to the destination. These metrics can be combined together to define the quality criterion. As an example of a combination of metrics, the following can be cited:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for the qualitative routing of data in an ad hoc multi-hop communication network, said method making it possible to determine, on the basis of a determinable communication quality criterion, at least one path for the passage of the data through links between nodes, the links being capable of mutually interfering during the passage of the data. According to the invention, in order to determine the path, the intra-flow interference is taken into account, and a step of determining overall network topology and a step of determining the interfering links are implemented, the latter step being implemented by determining a conflict graph. The path is obtained by means of resolving a linear system having completeness constraints.

Description

Procédé de routage qualitatif dans un réseau de communication multi sauts,  Qualitative routing method in a multi-hop communication network,
équipement de gestion de nœud de réseau  network node management equipment
La présente invention concerne un procédé permettant de calculer un chemin avec une qualité de service déterminée dans un réseau multi sauts ainsi qu'un équipement de gestion de nœud de réseau. Elle a des applications dans le domaine de la gestion des échanges de données sur des réseaux de communication notamment pour des applications multimédia temps réel sur réseaux ad hoc sans fil, téléphonie sur réseaux ad hoc, vidéoconférence sur réseaux ad hoc. Elle permet une coexistence de ces applications avec d'autres applications classiques telles que la toile (le web), le transfert de fichiers, etc. The present invention relates to a method for calculating a path with a defined quality of service in a multi-hop network as well as network node management equipment. It has applications in the field of data exchange management over communication networks, in particular for real-time multimedia applications on ad hoc wireless networks, telephony on ad hoc networks, videoconferencing on ad hoc networks. It allows these applications to coexist with other classic applications such as web (the web), file transfer, etc.
Le routage consiste à trouver un chemin entre un nœud source et un nœud destination dans un réseau. Ce chemin sera emprunté par des paquets de données adressés à la destination. Un chemin est une suite de liens. Un lien est une connexion physique qui relie deux nœuds voisins du réseau. Une métrique sur un lien est une valeur associée à l'état du lien à un instant donné. Une métrique sur un chemin est une combinaison (addition, multiplication, minimum, ou toute autre fonction) des métriques sur chaque lien composant le chemin.  Routing involves finding a path between a source node and a destination node in a network. This path will be taken by packets of data addressed to the destination. A path is a series of links. A link is a physical connection that connects two neighboring nodes of the network. A metric on a link is a value associated with the state of the link at a given time. A metric on a path is a combination (addition, multiplication, minimum, or other function) of the metrics on each link composing the path.
Une application peut avoir besoin que les paquets qu'elle échange sur le réseau empruntent des chemins dont le niveau de qualité de service est suffisant. On entend par qualité de service un ensemble de valeurs mesurables caractérisant une liaison entre une source et une destination dans un réseau comme par exemple le délai d'acheminement, le débit maximal possible, le taux de perte des paquets, etc.  An application may need that the packets it exchanges over the network take paths whose level of quality of service is sufficient. QoS refers to a set of measurable values that characterize a link between a source and a destination in a network, such as routing delay, maximum possible throughput, packet loss rate, and so on.
Pour cela il est nécessaire de calculer des chemins qui offrent un niveau de qualité de service satisfaisant. Ainsi, lorsque des applications communiquent à travers le réseau, les paquets de données échangés empruntent des chemins qui offrent à ces applications le niveau de qualité de service requis pour leur fonctionnement.  For this it is necessary to calculate paths that provide a satisfactory level of service quality. Thus, when applications communicate across the network, the exchanged data packets take paths that provide these applications with the level of quality of service required for their operation.
Classiquement, dans un réseau filaire, une métrique sur un lien est souvent indépendante de l'état d'autres liens ce qui la rend facile à estimer. En revanche, dans un réseau sans fil, l'état d'un lien est bien plus souvent dépendant de celui des autres liens. Ceci rend l'estimation de la métrique sur lien plus compliquée dans les réseaux sans fil.  Classically, in a wired network, a metric on a link is often independent of the state of other links which makes it easy to estimate. On the other hand, in a wireless network, the state of a link is much more dependent on that of the other links. This makes the estimation of link metrics more complicated in wireless networks.
Une ou plusieurs métriques de manière générale sont utilisées dans le routage dit avec qualité de service, dans lequel il s'agit de trouver un chemin respectant la valeur requise par une application pour chacune de ces métriques.  One or more metrics in general are used in so-called quality of service routing, in which it is a question of finding a path respecting the value required by an application for each of these metrics.
Les algorithmes de routage existants ignorent l'impact de l'utilisation d'un chemin sur ces métriques. En le traversant, un paquet modifie l'état d'un lien or cette modification n'est pas prévue dans le calcul initial du chemin dans les procédés classiques, ce qui peut conduire à un résultat insatisfaisant. En effet, les approches existantes de calcul de chemin avec qualité de service s'appuient sur la supposition qu'une métrique sur un lien n'est modifiée que par les paquets de données qui le traversent. L'expérience dans les réseaux sans fil montre que cette supposition est fausse dans la majorité des cas. Existing routing algorithms ignore the impact of using a path on these metrics. While traversing it, a packet modifies the state of a link but this modification is not planned in the initial calculation of the path in the conventional processes, which can lead to an unsatisfactory result. Indeed, the approaches Existing QoS path calculation algorithms rely on the assumption that a metric on a link is only changed by the data packets passing through it. Experience in wireless networks shows that this assumption is wrong in the majority of cases.
En particulier, on connaît par les documents US2006/227724 et US2002/036987 des procédés de routage mais ils présentent certaines limitations.  In particular, documents US2006 / 227724 and US2002 / 036987 disclose routing methods, but they have certain limitations.
La présente invention propose que l'estimation des métriques ne soit pas séparée du calcul du chemin lui-même, puisque les métriques d'un lien dépendent aussi des autres liens qui composent le chemin calculé. Ainsi, pour calculer des chemins qui offrent un niveau de qualité de service satisfaisant, on prend en compte de l'interférence générée sur le chemin lui-même par les paquets l'empruntant.  The present invention proposes that the estimation of the metrics is not separated from the calculation of the path itself, since the metrics of a link also depend on the other links that make up the calculated path. Thus, to calculate paths that offer a satisfactory level of service quality, we take into account the interference generated on the path itself by the packets borrowing it.
Grâce à la mise en œuvre de l'invention, les chemins calculés répondent bien aux requis des applications qui les utilisent, puisque le niveau de qualité de service qu'ils offrent est suffisant. Par conséquent, les applications peuvent fonctionner correctement. Cette possibilité d'utiliser des chemins de qualité de service suffisante garantit que les communications entre les applications qui empruntent les chemins calculés n'utilisent pas plus de ressources que celles offertes par le réseau. Ainsi la saturation du réseau est évitée. Enfin, globalement, les ressources offertes par le réseau sont mieux partagées par les applications, ce qui rend la coexistence d'applications de différents requis possible.  Thanks to the implementation of the invention, the calculated paths meet the requirements of the applications that use them, since the level of quality of service they offer is sufficient. Therefore, applications can work properly. This ability to use sufficient quality of service paths ensures that communications between applications that use calculated paths do not use more resources than those offered by the network. Thus the saturation of the network is avoided. Finally, overall, the resources offered by the network are better shared by the applications, which makes the coexistence of applications of different requirements possible.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de routage qualitatif de données dans un réseau de communication multi sauts ad hoc, ledit procédé permettant de déterminer en fonction d'un critère de qualité de communication déterminable au moins un chemin de passage des données par des liens entre des nœuds, entre un nœud source et un nœud destination dudit réseau, la valeur du critère de qualité d'un chemin donné étant calculable en fonction d'au moins une métrique de liens déterminable dans ledit réseau, les liens pouvant interférer entre eux lors du passage des données.  Thus, the invention relates to a qualitative data routing method in an ad hoc multi-hop communication network, said method making it possible to determine, as a function of a determinable communication quality criterion, at least one data path through links. between nodes, between a source node and a destination node of said network, the value of the quality criterion of a given path being computable as a function of at least one determinable link metric in said network, the links being able to interfere with each other during the passage of data.
Selon l'invention, dans la détermination du chemin on prend en compte l'interférence intra-flux et pour un critère de qualité de communication qui est une valeur minimale B de bande passante à satisfaire, on utilise un protocole de routage pour réseau ad hoc afin de déterminer la topologie globale du réseau et, étant donné un paramètre H > 1 , on détermine les liens interférents de la manière suivante : According to the invention, in the path determination intra-flow interference is taken into account and for a communication quality criterion which is a minimum value B of bandwidth to be satisfied, an ad hoc network routing protocol is used. in order to determine the overall topology of the network and, given a parameter H> 1, the interfering links are determined in the following manner:
- chaque nœud du réseau détermine un graphe global de conflit, défini de la manière suivante : chaque sommet de ce graphe global de conflit représente un lien dans une topologie globale partielle et chaque arête de ce graphe global de conflit représente une relation de conflit entre deux liens de la topologie globale partielle, c'est-à-dire que ces liens sont distants d'au plus H sauts d'après la topologie globale partielle ;  each node of the network determines a global conflict graph, defined as follows: each vertex of this global conflict graph represents a link in a partial global topology and each edge of this global conflict graph represents a conflict relationship between two links of the partial global topology, that is to say that these links are separated by at most H jumps according to the partial global topology;
- chaque nœud ayant un graphe global de conflit détermine les sous graphes complets maximaux, dits « cliques », du graphe global de conflit, et ledit nœud détermine le chemin de passage dans le réseau, en particulier par résolution du système linéaire suivant avec les contraintes d'intégralité suivantes : each node having a global conflict graph determines the maximum complete graphs, referred to as "cliques", of the global conflict graph, and said node determines the path in the network, in particular by solving the following linear system with the following integrality constraints:
où est l'ensemble des cliques du graphe global de conflit en considérant que s est un nœud source, t un nœud destination et /', y des indices de référence des nœuds du réseau, Q la capacité de débit à vide du lien entre les nœuds /' et y , B,j- la proportion de la capacité à vide qui est utilisée sur le lien entre les nœuds /' et y pour les flux existants et la différence de B,j- par rapport à 1 correspond donc à la proportion de flux libre utilisable restant par rapport à la capacité à vide sur ledit lien (/', y) , E étant l'ensemble des liens entre les nœuds. where is the set of cliques of the global conflict graph considering that s is a source node, t a destination node and / ' , y reference indices of the nodes of the network, Q the empty capacity of the link between the nodes. nodes / 'and y, B, j- the proportion of the vacuum capacity is used on the link between nodes /' and y for existing flow and the difference B, j- relative to 1 therefore corresponds to the proportion of usable free flow remaining with respect to the empty capacity on said link (/ ' , y), where E is the set of links between the nodes.
Dans divers modes de mise en œuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés :  In various embodiments of the invention, the following means can be used alone or in any technically possible combination, are employed:
- dans l'étape de détermination de la topologie globale du réseau on détermine une topologie locale totale du réseau,  in the step of determining the overall topology of the network, a total local topology of the network is determined,
- dans l'étape de détermination de la topologie globale du réseau on détermine une topologie globale partielle du réseau,  in the step of determining the global topology of the network, a partial global topology of the network is determined,
- dans l'étape de détermination de la topologie globale du réseau, cette dernière soit déterminée de la manière suivante :  in the step of determining the overall network topology, the network is determined as follows:
- chaque nœud du réseau détermine une topologie locale totale du réseau comportant, d'une part, tous les nœuds correspondants à ses voisins directs, dits "à un saut", et tous les voisins directs de ses voisins direct, alors dits "à deux sauts", et, d'autre part, tous les liens entre lui-même et ses voisins à un saut et entre ses voisins à un saut et leurs propres voisins à un saut; ladite topologie étant dite topologie locale totale à deux sauts,  each node of the network determines a total local topology of the network comprising, on the one hand, all the nodes corresponding to its direct neighbors, called "one jump", and all the direct neighbors of its direct neighbors, then called "two "jumps", and, on the other hand, all the links between himself and his neighbors at a jump and between his neighbors at a jump and their own neighbors at a jump; said topology being said local topology with two jumps,
- chaque nœud détermine un sous-ensemble de ses voisins, dits "MPR" qui lui permettent de joindre tous ses voisins à deux sauts et communique périodiquement à ses voisins à un saut la liste du/des voisins qui a/ont été déterminés comme MPR; - each node determines a subset of its neighbors, called "MPR" which allows it to join all its neighbors with two jumps and communicates periodically to its neighbors at a jump the list of neighbor (s) who has / have been determined as MPR;
- chaque nœud qui a été déterminé comme MPR par au moins un voisin diffuse périodiquement dans le réseau la liste du/des voisins qui l'a/ont choisi comme MPR , ladite liste étant dite liste « MPR-S » ;  each node which has been determined as MPR by at least one neighbor periodically broadcasts in the network the list of the neighbor (s) who has chosen it as MPR, said list being referred to as the "MPR-S" list;
- par agrégation des listes MPR-S, chaque nœud reconstitue une topologie globale partielle du réseau comportant tous les nœuds et un ensemble de liens entre les nœuds permettant de trouver au moins un chemin vers chaque autre nœud du réseau,  by aggregating the MPR-S lists, each node reconstructs a partial global topology of the network comprising all the nodes and a set of links between the nodes making it possible to find at least one path to each other node of the network,
- le protocole de routage pour réseau ad hoc utilisé est OLSR, AODV, DSR TBRPF, ou FSR, - the ad hoc network routing protocol used is OLSR, AODV, DSR TBRPF, or FSR,
- les étapes de détermination de la topologie globale partielle du réseau et du graphe de conflit sont effectuées séparément au sein d'un nœud, le graphe de conflit étant déterminé après la détermination de la topologie globale partielle du réseau,  the steps of determining the partial global topology of the network and the conflict graph are carried out separately within a node, the conflict graph being determined after the determination of the partial global topology of the network,
- la capacité à vide de chaque lien adjacent à un nœud est déterminée par une méthode qui prend effectivement en compte les conflits existant entre les liens voisins,the empty capacity of each link adjacent to a node is determined by a method which effectively takes into account the conflicts existing between the neighboring links,
- la proportion de capacité à vide utilisée par les liens existants est déterminée par une méthode basée sur le comptage de la quantité de données envoyée sur chaque lien par unité de temps, the proportion of empty capacity used by the existing links is determined by a method based on the counting of the amount of data sent on each link per unit of time,
- le réseau est un réseau sans fil radio, - the network is a radio wireless network,
- pour la détermination des sous graphes complets maximaux, on utilise soit un algorithme exact, tel que celui de Bron-Kerbosch (1 973) ou une méthode approchée, - for the determination of maximum complete sub graphs, either an exact algorithm, such as that of Bron-Kerbosch (1 973) or an approximate method, is used,
- on introduit dans les messages de contrôle TC du protocole OLSR les valeurs des capacités à vide ainsi que la proportion de la capacité à vide utilisée pour chaque MPR- S. the values of the empty capacities and the proportion of the empty capacity used for each MPR-S are introduced into the OLSR TC control messages.
L'invention concerne également un équipement de gestion d'un nœud d'un réseau de communication muiti sauts ad hoc qui est spécialement configuré pour fonctionner selon le procédé décrit.  The invention also relates to an equipment for managing a node of an ad hoc multi-hop communications network that is specially configured to operate according to the method described.
La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit de modes de réalisation et de mise en œuvre en relation avec :  The present invention, without being limited thereby, will now be exemplified with the following description of embodiments and implementation in relation to:
La Figure 1 qui est un schéma d'un exemple de réseau de communication sans fil avec des nœuds et deux chemins entre les nœuds de départ a et destination v,  Figure 1 which is a diagram of an exemplary wireless communication network with nodes and two paths between the departure nodes a and destination v,
La Figure 2 qui est un schéma d'un autre exemple de réseau de communication sans fil avec des nœuds et deux chemins entre les nœuds de départ a et destination f.  Figure 2 which is a diagram of another example of a wireless communication network with nodes and two paths between the departure nodes a and destination f.
A titre d'exemple de réalisation, on va présenter un calcul de la capacité d'un chemin en fonction des capacités des différents liens entre nœuds composant le chemin. Un nœud est au minimum un équipement de réception et de retransmission comportant des moyens de calcul pour gestion des flux le traversant. En pratique, le nœud peut être soit un équipement spécifiquement dédié au réseau, soit un équipement assurant en outre d'autres fonctions comme par exemple un microordinateur dans un réseau de microordinateurs. Le nœud peut recevoir des données d'un ou plusieurs autres nœuds et les retransmettre à un ou plusieurs autres nœuds. Le lien entre les nœuds peut être filaire mais il est de préférence sans fil et en particulier de type radio. Dans un réseau ad hoc la topologie peut évoluer au cours du temps et le/les chemins de passage des données peuvent également évoluer au cours du temps. La gestion des chemins est faite de façon distribuée, chaque nœud participant à la gestion. As an exemplary embodiment, we will present a calculation of the capacity of a path according to the capacities of the different links between nodes composing the path. A node is at least a reception and retransmission equipment comprising calculation means for managing the flows passing through it. In practice, the node can be either equipment specifically dedicated to the network, or a equipment also providing other functions such as a microcomputer in a network of microcomputers. The node may receive data from one or more other nodes and retransmit them to one or more other nodes. The link between the nodes can be wired but it is preferably wireless and in particular radio type. In an ad hoc network the topology can evolve over time and the data pathways can also evolve over time. The management of the paths is done in a distributed way, each node participating in the management.
On considère par exemple le cas d'un nœud source qui souhaite démarrer un flux vidéo demandant une bande passante de X bits/sec. Avec les modèles existants, la capacité d'un chemin serait le minimum des capacités que proposent les liens. Or, les liens sont corrélés et ne peuvent pas transmettre en parallèle. En conséquence, pour effectivement avoir la bande passante attendue, le chemin à trouver pour les X bits/sec serait en fait un chemin où le minimum en comptant les corrélations est supérieur ou égal à X.  Consider for example the case of a source node that wishes to start a video stream requesting a bandwidth of X bits / sec. With existing models, the capacity of a path would be the minimum of the capacities that propose the links. But the links are correlated and can not transmit in parallel. As a result, to actually have the expected bandwidth, the path to find for X bits / sec would actually be a path where the minimum counting correlations is greater than or equal to X.
Dans la Figure 2, on a représenté un exemple où il existe deux possibilités pour aller d'une source à une destination (a vers v). Le tracé en cercle continu représente la zone de couverture des noeuds h et o et le tracé en pointillé, celle de leurs zones d'interférences.  In Figure 2, there is shown an example where there are two possibilities to go from a source to a destination (a to v). The continuous circle plot represents the coverage area of the nodes h and o and the dashed line, that of their zones of interference.
Lorsqu'un noeud transmet sur un lien (par exemple o vers p), aucun autre noeud dans les zones d'interférence de o et de p ne peuvent transmettre. La capacité disponible sur un lien dépend donc des capacités utilisées par les liens dont au moins une extrémité est dans la zone d'interférence d'au moins une extrémité du lien. Par extension, la capacité disponible d'un chemin dépend des capacités utilisées par les liens dont au moins une extrémité est dans la zone d'interférence d'au moins une extrémité d'au moins un lien du chemin. Rechercher des chemins satisfaisants en tenant compte de ce phénomène est donc très complexe et les solutions existantes ignorent ce problème.  When a node transmits on a link (eg o to p), no other node in the interference areas of o and p can transmit. The available capacity on a link therefore depends on the capabilities used by the links of which at least one end is in the interference zone of at least one end of the link. By extension, the available capacity of a path depends on the capabilities used by the links of which at least one end is in the interference zone of at least one end of at least one path link. To find satisfactory paths taking into account this phenomenon is therefore very complex and the existing solutions ignore this problem.
Avec la présente invention, on détermine des chemins qui offrent au minimum une capacité disponible donnée, tout en tenant compte des corrélations entre les capacités des liens. A cette fin des calculateurs de gestion du réseau exécutent des algorithmes de calcul pour cette détermination des chemins. Pour cela, on détermine la topologie du réseau, par exemple calculée par un protocole de routage proactif comme OLSR et on retourne le chemin qui satisfait la bande passante requise. Plusieurs étapes sont effectuées :  With the present invention, paths are determined that offer at least a given available capacity, while taking into account the correlations between the capabilities of the links. For this purpose, network management computers execute calculation algorithms for this determination of the paths. For this, we determine the topology of the network, for example calculated by a proactive routing protocol such as OLSR and we return the path that satisfies the required bandwidth. Several steps are performed:
- grouper les liens interférents sans le passage du flux de données, puis  - group the interfering links without the passage of the data stream, then
- sélectionner le chemin parmi les différentes possibilités en tenant compte de l'interférence intra-flux.  - select the path among the different possibilities taking into account intra-flow interference.
Plus précisément, on détermine la topologie du réseau en utilisant un protocole de routage pour réseaux ad hoc. Parmi les protocoles existants, on peut utiliser par exemple le protocole OLSR pour « Optimized Link State Routing », qui fonctionne de la façon suivante : Specifically, the network topology is determined using a routing protocol for ad hoc networks. Among the existing protocols, it is possible to use example the OLSR protocol for "Optimized Link State Routing", which works as follows:
- les noeuds échangent périodiquement des messages HELLO contenant la liste des noeuds voisins desquels ils ont reçu récemment un message HELLO;  the nodes periodically exchange HELLO messages containing the list of neighboring nodes from which they have recently received a HELLO message;
- par l'agrégation des informations contenues dans les messages HELLO reçus, chaque noeud reconstitue en mémoire une topologie locale totale du réseau, contenant tous les voisins directs, dits « à un saut », et les voisins des voisins, dits « à deux sauts », et tous les liens entre lui-même et ses voisins à un saut et entre ses voisins à un saut et leurs propres voisins à un saut; by aggregating the information contained in the HELLO messages received, each node reconstructs in memory a total local topology of the network, containing all the direct neighbors, called "one jump", and the neighbors of the neighbors, called "two jumps" "And all the links between himself and his neighbors at a jump and between his neighbors at a jump and their own neighbors at a jump;
- chaque noeud choisit un sous-ensemble de ses voisins, dits « MPR » pour « multipoint relays », qui lui permettent de joindre tous ses voisins à deux sauts et déclare dans ses messages HELLO quel voisin a été choisi comme MPR; each node chooses a subset of its neighbors, called "MPR" for "multipoint relays", which allows it to join all its neighbors with two jumps and declares in its messages HELLO which neighbor has been chosen as MPR;
- chaque noeud qui a été choisi comme MPR par au moins un voisin diffuse périodiquement dans le réseau des messages dits TC (« Topology Control ») contenant la liste des voisins qui l'ont choisi comme MPR, et dits « MPR-S » pour « MPR-selectors » ;  each node which has been chosen as MPR by at least one neighbor periodically broadcasts in the network so-called TC messages ("Topology Control") containing the list of neighbors who have chosen it as MPR, and said "MPR-S" for "MPR-selectors";
- par l'agrégation des informations contenues dans les messages TC, chaque noeud reconstitue en mémoire une topologie globale partielle du réseau contenant tous les noeuds et suffisamment de liens entre les noeuds pour permettre de trouver un chemin vers chaque noeud.  by aggregating the information contained in the TC messages, each node reconstructs in memory a partial global topology of the network containing all the nodes and sufficient links between the nodes to make it possible to find a path to each node.
Un paramètre de la solution est le nombre de sauts H en deçà duquel deux liens partagent une même ressource de capacité (bande passante). En réseaux sans fil, les noeuds utilisant un médium radio commun, les liens ne peuvent être tous utilisés en même temps.  One parameter of the solution is the number of hops H below which two links share the same capacity resource (bandwidth). In wireless networks, nodes using a common radio medium, the links can not all be used at the same time.
II s'agit donc de déterminer les ensembles de liens en conflit pour une ressource commune. Pour ce faire, chaque noeud maintient un graphe de conflit:  It is therefore necessary to determine the sets of links in conflict for a common resource. To do this, each node maintains a conflict graph:
- chaque sommet du graphe de conflit représente un lien de la topologie globale partielle ;  each vertex of the conflict graph represents a link of the partial global topology;
- chaque arête du graphe de conflit représente une relation de conflit entre deux liens de la topologie globale partielle.  each edge of the conflict graph represents a conflict relationship between two links of the partial global topology.
Les cliques (sous graphes complets maximaux) du graphe de conflit  The cliques (under maximal complete graphs) of the conflict graph
représentent les ensembles de liens en conflit pour une ressource de capacité commune. represent the conflicting link sets for a common capability resource.
Pour la détermination des chemins, on met en œuvre la méthode qui suit. Étant donné un nœud source s, un nœud destination t et une bande passante minimale B à satisfaire, un chemin faisable est solution du programme linéaire avec contraintes d'intégralité suivantes : For the determination of the paths, the following method is implemented. Given a source node s, a destination node t and a minimum bandwidth B to be satisfied, a feasible path is solution of the linear program with the following integrality constraints:
où K est l'ensemble des cliques du graphe de conflit, Cij est la capacité à vide du lien (ij) et B,j- est la portion de capacité à vide déjà utilisée. where K is the set of cliques of the conflict graph, Cij is the vacuum capacity of the link (ij) and B, j - is the empty capacity portion already used.
Pour en revenir à la Figure 1 , l'application de ces méthodes, en considérant une interférence à deux sauts, on obtient l'ensemble de cliques suivant :  To return to Figure 1, the application of these methods, considering a two-hop interference, we obtain the following set of cliques:
La capacité disponible sur le chemin (a, b, c, d, e, f) est obtenue en cherchant la valeur R0 maximale telle que: The available capacity on the path (a, b, c, d, e, f) is obtained by seeking the maximum value R 0 such that:
Sur la figure 1 , les valeurs numériques indiquées entre les nœuds correspondent aux valeurs de capacité restante/disponible (soit 1 - B..). On remplace dans la liste d'inégalités précédente, les B.. par leurs valeurs et on obtient: In FIG. 1, the numerical values indicated between the nodes correspond to the values of remaining / available capacity (ie 1 - B 1). We replace in the list of inequalities previous, B .. by their values and we obtain:
La valeur R0 maximale qui satisfait ces équations est donc 1 /12 The maximum R 0 value that satisfies these equations is therefore 1/12
De même, on calcule la capacité disponible sur (a, g, h, i, j, k, f) en cherchant la valeur R1 maximale telle que: Similarly, the available capacity on (a, g, h, i, j, k, f) is calculated by looking for the maximum value R 1 such that:
Ce qui nous donne, en remplaçant les B. par leurs valeurs : Which gives us, replacing the B. by their values:
La valeur R1 maximale qui satisfait ces équations est donc 1 /6. The maximum value R 1 that satisfies these equations is 1/6.
Ainsi, avec le procédé de la présente invention, on peut calculer que les capacités de ces deux chemins sont respectivement 1 /12 et 1 /6, déterminant ainsi que le second chemin est le meilleur en termes de capacité. Par contre, les techniques existantes auraient sélectionné le premier chemin comme le meilleur en termes de capacité.  Thus, with the method of the present invention, it can be calculated that the capacities of these two paths are 1/12 and 1/6 respectively, thus determining that the second path is the best in terms of capacity. On the other hand, the existing techniques would have selected the first path as the best in terms of capacity.
Dans les calculs mis en œuvre pour la détermination des chemins répondant au critère de qualité, des métriques sont utilisées. Ces métriques peuvent être la capacité en bit/s, le nombre de sauts séparant une source d'une destination ou bien le délai d'acheminement des paquets de la source vers la destination. Ces métriques peuvent être combinées entre elles pour définir le critère de qualité. A titre d'exemple de combinaison de métriques on peut citer la suivante :  In the calculations used to determine the paths that meet the quality criterion, metrics are used. These metrics can be the capacity in bit / s, the number of hops separating a source from a destination, or the delay in routing packets from the source to the destination. These metrics can be combined together to define the quality criterion. As an example of a combination of metrics, the following can be cited:
- trouver le chemin le plus court en nombre de sauts tout en satisfaisant la relation: (Délai de bout en bout < y sec) et (Capacité > X bits/sec).  - Find the shortest path in number of hops while satisfying the relationship: (End-to-end delay <y sec) and (Capacity> X bits / sec).
On comprend bien que l'invention peut être déclinée selon de nombreuses autres possibilités sans pour autant sortir du cadre défini par la description et les revendications.  It is well understood that the invention can be declined according to many other possibilities without departing from the scope defined by the description and the claims.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de routage qualitatif de données dans un réseau de communication multi sauts ad hoc, ledit procédé permettant de déterminer en fonction d'un critère de qualité de communication déterminable au moins un chemin de passage des données par des liens entre des nœuds, entre un nœud d'entrée et un nœud de sortie dudit réseau, la valeur du critère de qualité d'un chemin donné étant calculable en fonction d'au moins une métrique de liens déterminable dans ledit réseau, les liens pouvant interférer entre eux lors du passage des données, 1. A method for qualitatively routing data in an ad hoc multi-hop communication network, said method making it possible to determine, according to a determinable communication quality criterion, at least one path of data passing through links between nodes, between a node input and an output node of said network, the value of the quality criterion of a given path being computable as a function of at least one determinable link metric in said network, the links being able to interfere with each other during the passage of the data ,
caractérisé en ce que dans la détermination du chemin on prend en compte l'interférence intra-flux et pour un critère de qualité de communication qui est une valeur minimale B de bande passante à satisfaire, on utilise un protocole de routage pour réseau ad hoc afin de déterminer la topologie globale du réseau et, en ce que, étant donné un paramètre H > 1 , on détermine les liens interférents de la manière suivante :characterized in that in determining the path intra-flow interference is taken into account and for a communication quality criterion which is a minimum value B of bandwidth to be satisfied, an ad hoc network routing protocol is used to to determine the overall topology of the network and, in that, given a parameter H> 1, the interfering links are determined in the following manner:
- une fois le protocole de routage fonctionnel, chaque nœud du réseau détermine un graphe global de conflit, dans ledit graphe de conflit, chaque sommet représentant un lien dans une topologie globale partielle et chaque arête de ce graphe global de conflit représente une relation de conflit entre deux liens de la topologie globale partielle, c'est- à-dire que ces liens sont distants d'au plus H sauts d'après la topologie globale partielle ; once the routing protocol is functional, each node of the network determines a global conflict graph, in said conflict graph, each vertex representing a link in a partial global topology and each edge of this global conflict graph represents a conflict relationship. between two links of the partial global topology, that is to say that these links are separated by at most H jumps according to the partial global topology;
- chaque nœud ayant un graphe global de conflit détermine les sous graphes complets maximaux, dits « cliques », du graphe global de conflit, et ledit nœud détermine le chemin de passage dans le réseau par résolution d'un système linéaire avec des contraintes d'intégralité.  each node having a global conflict graph determines the maximum complete graphs, referred to as "cliques", of the global conflict graph, and said node determines the path of passage in the network by solving a linear system with constraints of entirety.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la détermination du chemin de passage dans le réseau est obtenue par résolution du système linéaire suivant avec les contraintes d'intégralité suivantes : 2. Method according to claim 1, characterized in that the determination of the path in the network is obtained by resolution of the following linear system with the following integrality constraints:
où K est l'ensemble des cliques du graphe global de conflit en considérant que s est un nœud source, t un nœud destination et /', y des indices de référence des nœuds du réseau, C,j la capacité de débit à vide du lien entre les nœuds /' et y , B,j la proportion de la capacité à vide qui est utilisée sur le lien entre les nœuds /' et y pour les flux existants et la différence de B,j par rapport à 1 correspond donc à la proportion de flux libre utilisable restant par rapport à la capacité à vide sur ledit lien (/', y) , E étant l'ensemble des liens entre les nœuds. where K is the set of cliques of the global conflict graph considering that s is a source node, t a destination node and / ' , y reference indices of the network nodes, C, j the empty capacity of the network. link between the nodes / ' and y, B, j the proportion of the empty capacity which is used on the link between the nodes / ' and y for the existing flows and the difference of B, j with respect to 1 corresponds to the proportion of usable free flow remaining with respect to the empty capacity on said link (/ ' , y), E being the set of links between the nodes.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le protocole de routage pour réseau ad hoc utilisé est OLSR, AODV, DSR TBRPF, ou FSR. 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the ad hoc network routing protocol used is OLSR, AODV, DSR TBRPF, or FSR.
4. Procédé selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que les étapes de détermination de la topologie globale partielle du réseau et du graphe de conflit sont effectuées séparément au sein d'un nœud, le graphe de conflit étant déterminé après la détermination de la topologie globale partielle du réseau. 4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the steps of determining the partial global topology of the network and the conflict graph are performed separately within a node, the conflict graph being determined after the determination of the partial global topology of the network.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau est un réseau sans fil radio. 5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the network is a radio wireless network.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour la détermination des sous graphes complets maximaux, on utilise une méthode choisie parmi la méthode exacte de Bron-Kerbosch ou une méthode approchée. 6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the determination of the maximum complete sub graphs, using a method chosen from the exact method of Bron-Kerbosch or an approximate method.
7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le protocole de routage utilisé est OLSR, dans lequel on introduit dans les messages de contrôle TC les valeurs des capacités à vide ainsi que la proportion de la capacité à vide utilisée pour chaque MPR-S. 7. The method as claimed in claim 3, characterized in that the routing protocol used is OLSR, into which the values of the idle capacities as well as the proportion of the idle capacity used for each MPR, are introduced into the control messages TC. S.
8. Equipement de gestion d'un nœud d'un réseau de communication multi sauts ad hoc, caractérisé en ce qu'il est spécialement configuré pour fonctionner selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Equipment for managing a node of an ad hoc multi-hop communication network, characterized in that it is specially configured to operate according to the method of any one of the preceding claims.
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