4. Scenario Considerations and Parameters for 6LoWPAN Routing (Considérations de scénario et paramètres pour le routage 6LoWPAN)

La technologie LoWPAN basée sur IP en est encore à ses débuts de développement, mais la gamme de scénarios d'utilisation concevables est énorme. Les nombreuses applications possibles des réseaux de capteurs rendent évident que les topologies maillées seront prévalentes dans les environnements LoWPAN et qu'un routage robuste sera une nécessité pour une communication rapide. Les efforts de recherche dans le domaine des réseaux de capteurs ont proposé une grande variété d'algorithmes de routage multi-sauts [Bulusu]. La plupart des travaux connexes se concentrent sur l'optimisation du routage pour des scénarios d'application spécifiques, qui peuvent être réalisés en utilisant plusieurs modes de communication, y compris les suivants [Watteyne] :

o Inondation (Flooding) (dans les très petits réseaux)

o Routage hiérarchique (Hierarchical routing)

o Routage géographique (Geographic routing)

o Routage de coordonnées auto-organisé (Self-organizing coordinate routing)

En fonction de la topologie d'un LoWPAN et de l'application ou des applications qui s'exécutent dessus, différents types de routage peuvent (may) être utilisés. Cependant, ce document fait abstraction de la communication spécifique à l'application et décrit les exigences de routage générales valables pour le routage global dans les LoWPAN.

Les paramètres suivants peuvent être utilisés pour décrire des scénarios spécifiques dans lesquels les protocoles de routage candidats pourraient être évalués.

a. Propriétés du réseau (Network Properties) :

Nombre d'appareils, densité et diamètre du réseau (Number of Devices, Density, and Network Diameter) : Ces paramètres affectent généralement l'état de routage directement (par exemple, le nombre d'entrées dans une table de routage ou une liste de voisins). En particulier dans les réseaux vastes et denses, des politiques doivent (must) être appliquées pour éliminer les entrées de routage de « faible qualité » et obsolètes afin d'éviter le débordement de mémoire.
Connectivité (Connectivity) : En raison de facteurs externes ou de déconnexions programmées, un LoWPAN peut (can) se trouver dans plusieurs états de connectivité -- n'importe quoi dans la plage de « toujours connecté » à « rarement connecté ». Cela pose de grands défis à la découverte dynamique de routes à travers un LoWPAN.
Dynamisme (y compris la mobilité) (Dynamicity, including mobility) : Les changements de localisation peuvent être induits par des facteurs externes imprévisibles ou par un mouvement contrôlé, ce qui peut à son tour provoquer des changements de route. De plus, les nœuds peuvent (may) être introduits dynamiquement dans un LoWPAN et en être retirés plus tard. L'état de routage et le volume des messages de contrôle peuvent (may) dépendre fortement du nombre de nœuds en mouvement dans un LoWPAN et de leur vitesse, ainsi que de la rapidité et de la fréquence avec lesquelles les caractéristiques environnementales influençant la propagation radio changent.
Déploiement (Deployment) : Dans un LoWPAN, il est possible que les nœuds soient dispersés de manière aléatoire ou déployés de manière organisée. Le déploiement peut (can) se produire en une fois, ou comme un processus itératif, ce qui peut (may) également affecter l'état de routage.
Distribution spatiale des nœuds et des passerelles (Spatial Distribution of Nodes and Gateways) : La connectivité du réseau dépend de la distribution spatiale des nœuds et d'autres facteurs, tels que le nombre d'appareils, la densité et la portée de transmission. Par exemple, les nœuds peuvent (can) être placés sur une grille, ou situés de manière aléatoire dans une zone (comme cela peut être modélisé par une distribution de Poisson bidimensionnelle), etc. En supposant une distribution spatiale aléatoire, une moyenne de 7 voisins par nœud est requise pour environ 95 % de connectivité réseau (10 voisins par nœud sont nécessaires pour 99 % de connectivité) [Kuhn]. De plus, si le LoWPAN est connecté à d'autres réseaux par le biais de nœuds d'infrastructure appelés passerelles, le nombre et la distribution spatiale de ces passerelles affectent la congestion du réseau et le débit de données disponible, entre autres choses.
Modèles de trafic, topologie et applications (Traffic Patterns, Topology, and Applications) : La conception d'un LoWPAN et les exigences de son application ont un grand impact sur la topologie du réseau et le type de routage le plus efficace à utiliser. Pour différents modèles de trafic (point à point, multipoint à point, point à multipoint) et architectures réseau, divers mécanismes de routage ont été développés, tels que le routage centré sur les données (data-centric), piloté par les événements (event-driven), centré sur les adresses (address-centric) et géographique (geographic routing).
Classes de service (Classes of Service) : Pour mélanger des applications de criticité différente sur un LoWPAN, la prise en charge de plusieurs classes de service peut (may) être requise dans les LoWPAN à ressources limitées et peut (may) nécessiter une nouvelle fonctionnalité de protocole de routage.
Sécurité (Security) : Les LoWPAN peuvent (may) transporter des informations sensibles et nécessiter un niveau élevé de support de sécurité où la disponibilité, l'intégrité et la confidentialité des données sont d'une importance primordiale. Les messages sécurisés causent une surcharge et affectent la consommation d'énergie des protocoles de routage LoWPAN.

b. Paramètres des nœuds (Node Parameters) :

Vitesse de traitement et taille de la mémoire (Processing Speed and Memory Size) : Ces paramètres de base définissent la taille maximale de l'état de routage et la complexité maximale de son traitement. Les nœuds LoWPAN peuvent (may) avoir différentes caractéristiques de performance, stratégies de mise en file d'attente et tailles de tampon de file d'attente.
Consommation d'énergie et source d'alimentation (Power Consumption and Power Source) : Le nombre de nœuds alimentés par batterie et par secteur et leurs positions dans la topologie créée par eux dans un LoWPAN affectent les protocoles de routage dans leur sélection de chemins qui optimisent la durée de vie du réseau.
Portée de transmission (Transmission Range) : Ce paramètre affecte le routage. Par exemple, une portée de transmission élevée peut (may) provoquer un réseau dense, ce qui à son tour entraîne plus de voisins directs d'un nœud, une connectivité plus élevée et un état de routage plus important.
Modèle de trafic (Traffic Pattern) : Ce paramètre affecte le routage, car les nœuds fortement chargés (soit parce qu'ils sont la source de paquets à transmettre, soit en raison du transfert) peuvent (may) contribuer à des retards de livraison plus élevés et peuvent (may) consommer plus d'énergie que les nœuds légèrement chargés. Cela s'applique à la fois aux paquets de données et aux messages de contrôle de routage.

c. Paramètres de liaison (Link Parameters) : Cette section discute des paramètres de liaison qui s'appliquent au mode hérité IEEE 802.15.4 (c'est-à-dire, sans utiliser de schémas de modulation améliorés).

Débit (Throughput) : Le débit maximum de données utilisateur d'une transmission de données en masse entre un seul expéditeur et un seul récepteur via un canal IEEE 802.15.4 2.4 GHz non slotté dans des conditions idéales est le suivant [Latre] :
- Adresses MAC 16 bits, mode non fiable : 151.6 kbit/s
- Adresses MAC 16 bits, mode fiable : 139.0 kbit/s
- Adresses MAC 64 bits, mode non fiable : 135.6 kbit/s
- Adresses MAC 64 bits, mode fiable : 124.4 kbit/s
Le débit pour la bande 915 MHz est le suivant :
- Adresses MAC 16 bits, mode non fiable : 31.1 kbit/s
- Adresses MAC 16 bits, mode fiable : 28.6 kbit/s
- Adresses MAC 64 bits, mode non fiable : 27.8 kbit/s
- Adresses MAC 64 bits, mode fiable : 25.6 kbit/s
Le débit pour la bande 868 MHz est le suivant :
- Adresses MAC 16 bits, mode non fiable : 15.5 kbit/s
- Adresses MAC 16 bits, mode fiable : 14.3 kbit/s
- Adresses MAC 64 bits, mode non fiable : 13.9 kbit/s
- Adresses MAC 64 bits, mode fiable : 12.8 kbit/s
Latence (Latency) : Les plages de latence -- en fonction de la taille de la charge utile -- d'une transmission de trame entre un seul expéditeur et un seul récepteur via un canal IEEE 802.15.4 2.4 GHz non slotté dans des conditions idéales sont les suivantes [Latre]. Pour le mode non fiable, la latence réelle est fournie. Pour le mode fiable, le temps aller-retour, incluant la transmission d'un accusé de réception de couche 2, est fourni :
- Adresses MAC 16 bits, mode non fiable : [1.92 ms, 6.02 ms]
- Adresses MAC 16 bits, mode fiable : [2.46 ms, 6.56 ms]
- Adresses MAC 64 bits, mode non fiable : [2.75 ms, 6.02 ms]
- Adresses MAC 64 bits, mode fiable : [3.30 ms, 6.56 ms]
Les plages de latence pour la bande 915 MHz sont les suivantes :
- Adresses MAC 16 bits, mode non fiable : [5.85 ms, 29.35 ms]
- Adresses MAC 16 bits, mode fiable : [8.35 ms, 31.85 ms]
- Adresses MAC 64 bits, mode non fiable : [8.95 ms, 29.35 ms]
- Adresses MAC 64 bits, mode fiable : [11.45 ms, 31.82 ms]
Les plages de latence pour la bande 868 MHz sont les suivantes :
- Adresses MAC 16 bits, mode non fiable : [11.7 ms, 58.7 ms]
- Adresses MAC 16 bits, mode fiable : [16.7 ms, 63.7 ms]
- Adresses MAC 64 bits, mode non fiable : [17.9 ms, 58.7 ms]
- Adresses MAC 64 bits, mode fiable : [22.9 ms, 63.7 ms]

Notez que certains des paramètres présentés dans cette section peuvent être utilisés comme métriques d'évaluation de liaison ou de nœud. Cependant, le routage multi-critères peut (may) être trop coûteux pour les nœuds 6LoWPAN. Au contraire, diverses métriques à critère unique sont disponibles et peuvent être sélectionnées pour convenir à l'environnement ou à l'application.