Mécanismes d'optimisation multi-niveaux pour IP sur satellites de nouvelle génération

L'objectif de cette thèse est de fournir aux réseaux satellitaires géostationnaires des outils d'amélioration de performances dans un contexte contraint, lié au support de communication qui présente une qualité variable. Les défis s'étendent de la couche d'accès au support (l'ordonnancement) à la couche transport (le comportement du TCP étant sensible au délai de propagation dans les réseaux géostationnaires). Nous faisons appel aux mécanismes cross-layer qui mettent en place des interactions entre entités protocolaires non adjacentes du modèle OSI offrant ainsi une adaptation immédiate au changement des conditions dans le réseau. Nous employons à ce but une technique cross-layer informant l'entité protocolaire TCP du débit disponible, permettant d'éviter des conséquences telles que la chute du débit et des pertes liées à la congestion des files d'attente. Nous mettons en oeuvre ce mécanisme au niveau d'un élément sensible du réseau géostationnaire, le proxy TCP. L'intérêt des techniques cross-layer a été mis en évidence au niveau de l'ordonnanceur présent au sein de la gateway d'un réseau DVB-S2/DVB-RCS. Ainsi, ils contribuent à la maximisation de la capacité du système, à l'assurance des contraintes de qualité de service, à l'équité de l'allocation de ressources, etc. Enfin, nous présentons une solution possible d'architecture cross-layer. Nous proposons des caractéristiques demandées pour une architecture cross-layer afin d'assurer l'évolutivité, la modularité et la co-existence avec l'architecture standard existante. ABSTRACT : The main objective of this thesis is to provide tools of improving performance of geostationary satellite networks, operating in a constrained environment mainly due to the variable quality of radio links. There are protocol layers being challenged by such characteristics, such as the medium access protocol and the transport layer protocol (TCP behaviour is impacted by the long propagation delay in geostationary satellite networks). We employ cross-layer mechanisms implementing interaction between non-adjacent protocol layers defined by the OSI architecture aiming at providing a rapid adaptation to changes in network state. We provide a cross-layer technique informing TCP protocol of the available network rate, thus preventing consequences such as TCP rate drop or loss due to buffer overflow. This mechanism is to be implemented in a sensible network element, such as a TCP proxy. Data link layer scheduler can benefit from the advantages of employing cross-layer mechanisms, especially at the gateway of a DVB-S2/DVB-RCS satellite network. The improved scheduler allows an efficient use of network resources and helps insuring quality of services constraints, resource allocation fairness, etc. Finally, we propose a cross-layer architecture along with in-demand characteristics able to offer an inter-operability with the existing architecture, an easy up-grade and design

Architectures pour la mobilité et la qualité de service dans les systèmse satellites DVB-S2/RCS

Nos travaux de thèse ont pour objectif la conception, la mise en œuvre et l'évaluation d'architectures pour la mobilité et la qualité de service (QoS) dans des systèmes satellites DVB-S2/RCS. Ces systèmes peuvent constituer une solution alternative efficace aux réseaux terrestres dans des zones reculées à faible densité de population mais ils doivent pour cela offrir les mêmes services tout en tenant compte de leurs caractéristiques spécifiques, en particulier leur long délai de transmission qui peut s'avérer problématique dans le cadre d'applications multimédias interactives. Notre première contribution a donc été de développer une architecture de QoS adaptée à ce type d'applications, utilisant le modèle DiffServ et se basant essentiellement sur l'interaction entre l'architecture liée au protocole d'initiation de session SIP et différentes entités du système satellite. La QoS peut alors être configurée de façon précise au niveau des STs, par le biais de l'outil TC, en analysant les descripteurs de session SDP compris dans les messages SIP et en déduisant leurs caractéristiques (débit, gigue max, délai max, etc...) soit localement si elles sont connues, soit à partir d'un service Web que nous avons développé. Nous avons ensuite proposé et développé une solution de mobilité basée sur SIP, adaptée au système satellite ainsi qu'à la solution de QoS précédemment décrite. Les performances de cette solution ont alors été comparées, en termes de temps d'interruption et de consommation de ressources, avec celles obtenues par Mobile IPv6 et certaines de ses extensions, démontrant ainsi de réelles améliorations pour le cas des applications multimédias interactives. Enfin, notre dernière contribution a été de développer deux architectures couplant QoS et mobilité, une spécifiquement conçue pour les applications interactives et basée sur la combinaison de notre solution de mobilité SIP avec notre architecture de QoS SIP et une autre basée sur Mobile IPv6 ou FMIPv6 et sur l'interaction d'un QoS Agent mobile avec les entités de QoS du système satellite. Ces architectures ont été évaluées et comparées sur la plateforme d'émulation PLATINE développée dans le cadre du projet SATSIX.Our thesis work aims at the design, the implementation and the evaluation of architectures for mobility and quality of service (QoS) in DVB-S2/RCS satellite systems. These systems can be an effective alternative to terrestrial networks in remote and sparsely populated areas but, for that, they have to offer the same services while taking into account their specific characteristics, particularly their long transmission delay that can be problematic in the context of interactive multimedia applications. Our first contribution has been to develop a QoS architecture adapted to such applications, using the DiffServ model and relying heavily on the interaction between the architecture related to the Session Initiation Protocol (SIP) and various entities of the satellite system. The QoS of satellite terminals (STs) can then be configured precisely, by using the TC tool and analyzing the SDP session descriptors included in the SIP messages and deducting their characteristics (throughput, jitter max, delay max, etc. ...) either locally, if they are known, or from a Web service that we have developed. We then proposed and developed a mobility solution based on SIP, adapted to the satellite system and to the QoS solution described above. The performances of this solution were compared in terms of handover time and resources consumption, with those obtained by Mobile IPv6 and some of its extensions, showing real improvements in the case of interactive multimedia applications. Finally, our last contribution was to develop two architectures combining QoS and mobility: the first one is specifically designed for interactive applications and based on the combination of our SIP-based mobility solution with our SIP QoS architecture and the another is based on Mobile IPv6 or FMIPv6 for the mobility part and on the interaction of a mobile QoS agent with QoS entities of the satellite system. These architectures have been evaluated and compared on the emulation platform PLATINE developed under the project SATSIX