Reliable multicast transport by satellite: a hybrid satellite/terrestrial solution with erasure codes

Geostationary satellites are an efficient way to provide a large scale multipoint communication service. In the context of reliable multicast communications, a new hybrid satellite/terrestrial approach is proposed. It aims at reducing the overall communication cost using satellite broadcasting only when enough receivers are present, and terrestrial transmissions otherwise. This approach has been statistically evaluated for a particular cost function and seems interesting. Then since the hybrid approach relies on Forward Error Correction, several practical aspects of MDS codes and LDPC codes are investigated in order to select a code

Codage dans les réseaux

La fiabilité des transmissions est un des principaux problèmes qu’ont à résoudre les concepteurs de systèmes de communication. Parmi les mécanismes de fiabilité, les codes correcteurs d’erreurs permettent de protéger les données transmises de manière pro-active contre les erreurs de transmission. Historiquement, ces codes étaient principalement utilisés sur la couche physique. L’augmentation de la puissance des machines a permis de les intégrer sur les couches hautes des piles de protocoles de communication depuis le milieu des années 90. Cette intégration a ouvert de nouvelles problématiques de recherche. L’une d’entre elles est la conception de codes adaptés aux contraintes des systèmes dans lesquels ils sont intégrés. La première partie des travaux présentés dans ce mémoire concerne ce thème. Nous avons en particulier fait plusieurs propositions pour améliorer les vitesses de codage et de décodage en logiciel des codes MDS (dont les représentants les plus connus sont les codes de Reed- Solomon). Une RFC est en cours de publication à l’IETF sur ce sujet. Une modification de la structure de ces codes nous a permis de les adapter aux transmissions multimédia en introduisant des niveaux de protection variables entre les symboles d’un même mot de code. Enfin, en relâchant au maximum leur structure, nous avons construit un système de codage "à la volée" s’intégrant particulièrement bien dans des protocoles de communication classiques. La seconde thématique concerne la distribution des mécanismes de fiabilité et de la redondance sur les différentes couches protocolaires. Nous avons par exemple étudié la possibilité de laisser des paquets corrompus remonter les couches pour être corrigés ou simplement traités par les couches hautes. Lors de collaborations avec le CNES et Thalès Alénia Space, nous avons étudié le cas des transmissions multimédia de satellites vers des mobiles (SDMB et DVB-SH) en analysant les différentes solutions de distribution de la redondance sur les couches physique, liaison et les couches hautes. Différentes applications de ce travail ont débouché sur le dépôt de 2 brevets. Le dernier volet de nos recherches concerne les applications des codes à effacement. Nous avons présenté des contributions sur l’utilisation de codes à effacement dans les réseaux pairà-pair. En particulier, dès 2002, nous avons montré comment les codes permettaient d’accélérer les temps de téléchargement dans ce type de réseau. Nous avons aussi proposé une application particulière du codage réseau en montrant que cette technique peut réduire les bornes des délais de bout-en-bout des paquets dans des réseaux fournissant des garanties sur la qualité de service

Transport multipoint fiable à très grande échelle : intégration de critères de coût en environnement Internet hybride satellite / terrestre

Le travail effectué aborde la problématique des services de communication multipoints fiables à grande échelle. Dans ce contexte, la possibilité de déployer un tel service au moyen d'un satellite géostationnaire émettant en bande Ka est étudiée. L'emploi de la bande Ka introduit cependant une grande variabilité de la qualité de réception au niveau des utilisateurs finals, rendant nécessaire l'utilisation d'un protocole de transport mettant en oeuvre des mécanismes spécifiques. Selon une fonction de coût définie, la comparaison des solutions basées sur IP Multicast classiquement utilisées montre que l'utilisation d'une approche hybride couplant l'utilisation des réseaux satellites et terrestres est avantageuse. Le principe de la proposition, nommée Hybrid Satellite Terrestrial Reliable Multicast, consiste ainsi à choisir, en fonction de la taille du groupe, le moyen de diffusion le plus rentable - au vu d'une fonction de coût définie. Une description détaillée de la proposition inclut le comportement de la source et des récepteurs, et le format des messages échangés. Bien que le principe de cette approche soit simple, plusieurs points durs sont liés à la conception des mécanismes adéquats. Ces problèmes concernent notamment la gestion de la fiabilité (utilisation de code correcteur d'erreur ou FEC), l'estimation de taille de très grands groupes, et la reprise des erreurs par voie terrestre (utilisation de réseaux de pair-à-pairs). Ces mécanismes sont étudiés de manière unitaire afin de déterminer des configurations satisfaisantes, et pour détecter des problèmes de performances. Ces mécanismes étant définis, la proposition de transport a été globalement modélisée, de manière à obtenir une vérification fonctionnelle du service proposé. Le protocole a été décrit au moyen du profil UML temps réel TURTLE. Les résultats de validation ont été obtenus grâce à la chaîne d'outils TTool-RTL, et à CADP. ABSTRACT : This thesis studies issues related to the proposition of large scale reliable multipoint communication services. In this context, the possibility to use a geostationary satellite, emitting in the Ka band, to deploy such a service is analysed. However, the use of the Ka band introduces a high variability of quality of reception. Thus, the use of a transport protocol, implementing specific mechanisms, is mandatory. According to a cost function, the comparison of classical solutions, based on IP Multicast, show that a hybrid approach which uses the terrestrial and the satellite networks is advantageous. Consequently, a protocol named Hybrid Satellite Terrestrial Reliable Multicast is proposed. Its principle consists of choosing, depending on the group size, the more profitable network (i.e. terrestrial or satellite network) to transmit information. This choice is made according to a predefined cost function. A sharp description of the proposition, including the hosts' behaviours and the message set-up, is depicted. In spite of the simplicity of the approach, several obstacles appear when one tries to design appropriate mechanisms. These issues include reliability (use of forward error correction), large group size estimation, and terrestrial error recovery (use of peer-topeer networks). Those mechanisms are studied separately to determine satisfactory configurations, and to detect performance issues. After the definition of those mechanisms, the proposition is globally modelized in order to start the formal validation of the proposed service. The model is realized using the real-time UML profile TURTLE, and the validation results are obtained thanks to the TTool-RTL toolkit, and to Aldebaran