Contributions aux études de performances de réseaux interplanétaires

Contributions to the performance study of interplanetary networks

• Auteur / Autrice : Mahendiran Prathaban
• Direction : Gérard Hébuterne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/02/2010
• Etablissement(s) : Evry, Institut national des télécommunications
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université Pierre et Marie Curie (Paris ; 1971-2017)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Réseaux et Services de Télécommunications - Services répartis, Architectures, MOdélisation, Validation, Administration des Réseaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Sciences spatiales

Mots clés libres

Réseau interplanétaire

Performance du protocole

Interplanetary network

Performance of the protocol

Résumé

L'acquisition de connaissances sur l'espace fascine les humains depuis l'antiquité. Depuis quelques décennies, il y a augmentation significative des programmes spatiaux concernant Mars, des missions d'exploration lunaire et des projets d'exploration spatiale de plus en plus complexes, impliquant plusieurs nœuds de communication: satellites, robots (Rovers, Landers) ou "aerorobots" (ie capteurs atmosphériques). Dans ce cadre, des efforts ont été faits par les organismes de normalisation pour l'espace comme le Comité consultatif pour les systèmes de données spatiales (CCSDS) et le Delay Tolérant Networking groupe de travail au sein del’ Internet Research Task Force (IRTF) pour élaborer une architecture de protocoles efficace pour des missions spatiales. Dans cette thèse, nous avons analysé quelques unes de ces propositions : (les piles de protocole CCSDS, et DTN) pour leurs performances sur la surface de Mars (une sous-section de Interplanetary Network) et obtenu les paramètres qui affectent les performances du système, comme la mémoire tampon, les limitations de puissance. Également exploré divers problèmes de réseau de routage, Transport & couches de l'application de la pile de protocole, qui doit être abordée. Pour qui s'étendent, dans cette thèse nous avons proposé un nouvel algorithme de routage prenant en compte les ressources disponibles, qui prend en considération les limitations des ressources du réseau pour le routage et transmet les décisions permettant une politique efficace de gestion des tampons. Comme il existe différentes piles de protocoles d'interopérabilité proposées par l’agence spatiale, dans nos travaux, nous avons développé un framework de QoS qui est joint à chaque application, et peut sélectionner la pile de protocoles sous-jacents adéquate, selon les exigences de qualité de service des applications, qui sont les mieux adaptés pour améliorer les performances globales de ce réseau. Comme l'analyse révèle que les performances du protocole de remise de fichiers CCSDS lequel est le plus couramment utilisé le protocole d'application dans la mission spatiale. Pour améliorer les performances du protocole, nous avons proposé un algorithme dynamique du timer qui fixe la valeur du time-out en fonction de l’état du réseau pour tous les timers du protocole, afin de réduire les retransmissions inutiles de données d'UFC, accroissant ainsi les performances de débit.

Acquiring knowledge about space has fascinated humans since the antiquity. Since a few decades, there is a significant increase in space mission programs like Mars and Lunar Exploration Missions, and Spatial exploration projects become more and more complex, involving several different communicating nodes: satellites, robots (Rovers, Landers) or "aerorobots" (i.e. atmospheric sensors). To this extend, efforts have been made by the space standardization bodies such as the Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) and the Delay Tolerant Networking working group within the Internet Research Task Force (IRTF) to develop effective protocol architecture for space missions. In this dissertation, we have analyzed various newly proposed protocol stack (CCSDS, DTN) for their performance over Interplanetary Network and derived the parameters which affect the performance of the system, like buffer storage, power limitation, also explored various networking issues in routing, transport & application layers of the protocol stack, which is to be addressed. To that extend, in this thesis we have proposed a Resource Aware routing protocol, which uses knowledge about the connectivity, resource consumption of the nodes and buffer management policy to make an effective routing decision to route all kind of traffic in interplanetary network, where communicating entities are of different natures. Since there are various interoperable protocols proposed by space agencies, we then developed a QoS framework, which help the interplanetary applications to choose optimum underlying protocols (Transport), suitably measured in term of ability to achieve the application QoS requirements with the environmental, constrains. As the analysis shows that the performance CCSDS File delivery protocol which is most commonly used application protocol in space mission, depends on the preset timeout value of its timer due to varying propagation delay. To improve the performance of the protocol, in out thesis we have developed a dynamic timer algorithm which sets the timeout values according to network condition for all the timers in the protocol, in a way that reduces unnecessary retransmission of data PDUs, thereby increasing the throughput performance.