Arnal, Fabrice (2004) Optimisation de la fiabilité pour des communications multipoints par satellite géostationnaire. PhD thesis Télécommunication, ENST.

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Abstract

La thèse s'intéresse au problème de la gestion de la fiabilité dans les réseaux par satellite basés sur la norme de diffusion DVB-S, pour des applications multipoints. En raison de possibles fluctuations des conditions de propagation, le service offert par le lien satellite n'est pas garanti. Le cas échéant, il doit être complété par un service de niveau transport, contraint à limiter l'utilisation de la voie de retour en raison du nombre potentiellement élevé de récepteurs.
La première problématique étudiée concerne les concepts à envisager pour concevoir une architecture protocolaire appropriée. L'architecture prévoit de reconsidérer l'utilisation des contrôles d'intégrité des données, et de renforcer la fiabilité sur les en-têtes des différentes couches protocolaires. Ce mécanisme est appelé Multi Protocol Header Protection. La réalisation de ces concepts est également étudiée. Elle est proposée dans le cadre de la méthode Ultra Lightweight Encapsulation permettant la livraison de datagrammes IP par les réseaux DVB.
L'exploitation de l'architecture pour deux services de fiabilité est ensuite discutée au niveau des protocoles de transport. Le premier service, appelé fiabilité binaire non contrôlée, peut être offert pour des applications tolérantes aux erreurs binaires. Des simulations démontrent l'intérêt de l'architecture pour ce service. Pour un service de fiabilité totale, l'élaboration d'un procédé de fiabilisation adapté à l'architecture est étudiée. Le procédé fait intervenir un algorithme de décodage FEC adapté. L'évaluation globale de l'approche estime que pour un service identique, 5 à 30 fois moins de données peuvent être économisées comparativement à une architecture conventionnelle.

Table of content

CHAPITRE 1 CONTEXTE GÉNÉRAL DE LA RECHERCHE - 19
INTRODUCTION - 19
1.1 LES COMMUNICATIONS MULTIPOINTS ET IP MULTICAST - 19
1.1.1 Présentation générale - 19
1.1.2 Les applications multipoints - 21
1.1.3 IP Multicast - 24
1.1.4 Limitation du déploiement d'IP Multicast - 29
1.2 LE SATELLITE GÉOSTATIONNAIRE, MOYEN DE TÉLÉCOMMUNICATION MODERNE - 30
1.2.1 Introduction - 30
1.2.2 Une alternative aux autres liaisons - 31
1.2.3 Le succès de la norme de diffusion DVB-S - 34
1.2.4 Perspectives pour le satellite GEO - 37
1.2.5 Spécificités du satellite pour les communications multipoints - 37
1.3 PROBLÉMATIQUE DE LA RECHERCHE - 38
1.3.1 Hypothèses - 38
1.3.2 Architecture du réseau - 39
1.3.3 Problématique liée à la distribution de la fiabilité - 39
BIBLIOGRAPHIE - 41
CHAPITRE 2 LA FIABILITÉ DANS LES RÉSEAUX ET LES COMMUNICATIONS PAR SATELLITE - 43
INTRODUCTION - 43
2.1 ORIGINE ET CARACTÉRISATION DES DÉFAILLANCES - 44
2.1.1 Notions générales - 44
2.1.2 Spécificités dans le contexte satellitaire - 46
2.2 CONTRÔLE ET AMÉLIORATION DE LA FIABILITÉ DANS LES COUCHES DE COMMUNICATION - 52
2.2.1 Notions générales - 52
2.2.2 Spécificités dans le contexte satellitaire avec IP sur DVB - 55
2.3 LA FIABILITÉ DANS LES PROTOCOLES DE TRANSPORT MULTIPOINTS - 57
2.3.1 Introduction - 57
2.3.2 Vue d'ensemble des mécanismes de la fiabilité - 58
2.3.3 Les classes de protocoles fiables définies à l'IETF - 62
2.3.4 Spécificités dans le contexte satellitaire - 64
CONCLUSION - 65
BIBLIOGRAPHIE - 66
CHAPITRE 3 ÉVALUATIONS DES MÉCANISMES DE FIABILITÉ DES PROTOCOLES DE TRANSPORT MULTIPOINTS POUR COMMUNICATIONS SATELLITE - 69
INTRODUCTION - 69
3.1 ÉVALUATION DE LA QUANTITÉ DE DONNÉES TRANSMISE PAR SESSION - 70
3.1.1 Hypothèse d'erreurs uniformes - 71
3.1.2 Modèles de pertes hétérogènes - 81
3.1.3 Mesures réalisées sur des modèles de pertes issues de la couche physique - 83
3.2 MESURE DES DÉLAIS D'ATTENTE MOYEN DES RÉCEPTEURS POUR UN SERVICE DE TRANSPORT À FIABILITÉ TOTALE - 85
3.2.1 Évaluation du temps de décodage par bloc - 85
3.2.2 Évaluation analytique de décodage en fonction du mode du décodage - 87
3.2.3 Estimation numérique de décodage - 89
CONCLUSION - 92
BIBLIOGRAPHIE - 94
CHAPITRE 4 ÉLABORATION D'UN OUTIL DE SIMULATION PERMETTANT LA MESURE DE LA FIABILITÉ - 95
INTRODUCTION - 95
4.1 DESCRIPTION DU SIMULATEUR - 96
4.1.1 Besoin - 96
4.1.2 De IT++ à la conception du simulateur - 97
4.1.3 Grandeurs mesurées par le simulateur - 100
4.2 EXEMPLES DE SIMULATION - 100
4.2.1 Transmission DVB-S - 100
4.2.2 L'encapsulation IP/DVB - 101
4.3 PREMIÈRES EXPLOITATIONS DU SIMULATEUR - 102
4.3.1 Étude de performance du codage d'erreur de DVB-S - 103
4.3.2 Étude de la distribution des rafales d'erreurs de paquets au niveau MPEG-2 TS - 103
4.3.3 Impact des performances de la chaîne de transmission DVB-S sur le service de transport de datagrammes IP - 104
4.4 INTÉGRATION D'UN CANAL DE TRANSMISSION PERTURBÉ PAR DES AFFAIBLISSEMENTS VARIABLES AU COURS DU TEMPS - 107
CONCLUSION - 108
BIBLIOGRAPHIE - 109
CHAPITRE 5 CONCEPTION D'UNE ARCHITECTURE FOURNISSANT UN SERVICE DE LIVRAISON EN MODE BINAIRE - 111
INTRODUCTION - 111
5.1 DESCRIPTION DE LA PROPOSITION - 113
5.1.1 Limitation de la vérification de l'intégrité des unités de données - 113
5.1.2 MPHP (Multi Protocol Header Protection) - 114
5.1.3 Adaptation de l'encapsulation et du réassemblage: ULE "modifiée" - 117
5.1.4 Compression d'en-têtes - 122
5.2 GÉNÉRALISATION DE LA PROPOSITION À UNE ARCHITECTURE DE TRANSMISSION IDÉALE - 126
5.2.1 Description du niveau 1-PDU - 126
5.2.2 Description du niveau 2-PDU - 127
5.3 IMPLÉMENTATION DES MÉCANISMES DANS LE SIMULATEUR IP/DVB - 127
5.3.1 Fonctionnalités implémentées - 127
5.3.2 Limite du modèle de simulation - 128
5.4 PREMIÈRE ÉVALUATION DE LA PROPOSITION - 128
CONCLUSION - 129
BIBLIOGRAPHIE - 131
CHAPITRE 6 MÉCANISMES DE FIABILITÉ DE NIVEAU TRANSPORT EXPLOITANT LE SERVICE DE LIVRAISON EN MODE BINAIRE - 133
INTRODUCTION - 133
6.1 SERVICE À FIABILITÉ BINAIRE NON CONTRÔLÉE - 133
6.1.1 Applications tolérantes aux erreurs binaires - 133
6.1.2 UDP-lite - 135
6.1.3 Support du service de livraison en mode binaire au niveau de la couche de liaison - 136
6.1.4 Évaluations des performances des différentes architectures pour le service à fiabilité binaire non contrôlée - 136
6.2 MÉCANISMES DE NIVEAU TRANSPORT OFFRANT UN SERVICE DE FIABILITÉ TOTALE - 140
6.2.1 Présentation des mécanismes nécessaires - 140
6.2.2 Mise en oeuvre du service de fiabilité totale avec le service de livraison en mode binaire - 146
CONCLUSION - 153
BIBLIOGRAPHIE - 154
CONCLUSION - 155
ANNEXE - 157

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