Interactions inter-couches et liens à long délai

Cross-layer interactions and long delay links

• Auteur / Autrice : Nicolas Kuhn
• Direction : Jérôme Lacan, Emmanuel Lochin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécom, Système et Architecture
• Date : Soutenance le 21/11/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département mathématiques, informatique, automatique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stations terrestres (télécommunications par satellites)

Données -- Transmission

Conception cross-layer

Mots clés libres

Multicouche

Fiabilité

Couche transport

Couche liaison

4g

Accès satellite

Cross-layer

Reliability

Transport layer

Link layer

4g

Satellite access

Résumé

La demande accrue de services en temps rel, comme la vidéo streaming, justifie le besoin d'études qui visent à optimiser le délai de transmission de données. En plus du délai de transmission au niveau physique, les délais nécessaires à l'accès à la ressource et à la récupération de données venant des couches basses peuvent avoir un impact important sur les performances et ne doivent pas être négligés. Aussi, des études cross-layer doivent être menées pour minimiser le délai de transmission de l'information. Comprendre l'impact des mécanismes des couches basses sur les performances de bout-en-bout permet un meilleur dimensionnement du réseau, une adaptation du trafic transmis, ou l'introduction de service à faible priorité. Dans cette thèse, nous avons mesuré l'impact des mécanismes des couches liaison et réseau sur les performances de divers protocols de congestion de la couche transport.Dans le contexte des liens 4G par satellite, nous proposons un ensemble d'outils, Trace Manager Tool (TMT) et Cross Layer InFormation Tool (CLIFT), pour simuler de manière réaliste l'ensemble de la couche OSI dans le simulateur de réseau NS-2. Nous avons montré que, pour l'ensemble des variantes de TCP considérées, quand le débit au niveau transport est proche de la capacité de canal, utiliser ARQ au niveau liaison est optimal. Dans le cas où le taux d'erreur au niveau de la couche physique est plus élevé, H-ARQ permet d'obtenir un meilleur débit au niveau transport.Les dernières spécifications concernant l'accès au lien satellite DVB-RCS2 présentent deux méthodes d'accès (aléatoire et dédié) qui peuvent être implémentées pour permettre aux utilisateurs des services proposés par DVB d'aller sur Internet ou de transmettre des données. Nous avons développé un module pour NS-2, Physical Channel Access (PCA), qui modèle l'accès au canal pour chacune de ces méthodes afin de comparer leur impact sur les performances de bout-en-bout. Nous avons mesuré que les méthodes d'accès dédié permettent un débit plus important et les méthodes d'accès aléatoire une transmission rapide des flots courts. Nous avons donc proposé de mixer ces méthodes d'accès, en fonction de l'évolution dynamique de la charge du réseau et de la taille du flot de données transmis.Finalement, nous avons étudié s'il était possible d'exploiter les données de la gateway du satellite pour introduire un trafic à priorité basse. Nous avons montré qu'il était possible avec Low Ewtra Delay Background Transport (LEDBAT) comme protocole de la couche transport d'introduire un trafic en tâche de fond. Cependant, en fonction de la variation de la charge du réseau, paramétrer correctement des paramètres internes à ce protocole sont nécessaires.

Network providers offer services in line with users’ requests, even though the challengesintroduced by their mobility and the download of large content are crucial. Mobile videostreaming applications are delay sensitive and the increasing demand for this service legitimateextensive studies evaluating transmission delays. On top of physical transmissiondelays, accessing a resource or recovering data from lower layers should not be neglected.Indeed, recovery schemes or channel access strategies variously introduce end-to-end delays.This document argues that those cross-layer effects should be explored to minimizethe transmission delays and optimize the use of network resources. Also, understandingthe impacts of low layers protocols on the end-to-end transmission will enable betterdimensioning of the network and adapt the traffic carried on.In the context of satellite 4G links, we measure the impact of link layer retransmissionschemes on the performance of various transport layer protocols. We develop Trace ManagerTool (TMT) and Cross Layer InFormation Tool (CLIFT) to lead realistic cross layersimulations in NS-2. We show that, for all target TCP variants, when the throughput ofthe transport protocol is close to the channel capacity, using the ARQ mechanism is mostbeneficial for TCP performance improvement. In conditions where the physical channelerror rate is high, Hybrid-ARQ results in better performance.In the last specifications for DVB-RCS2, two access schemes (random and dedicated)are presented and can be implemented to manage the way home users access to the satellitelink for Web browsing or data transmission. We developed Physical Channel Access (PCA)that models in NS-2 the behaviour of those link layer level access methods. We measurethat, even though dedicated access methods can transmit more information data, randomaccess methods enable a faster transmission of short flows. Based on these results, wepropose to mix random and dedicated access methods depending on the dynamic load ofthe network and the sequence number of the TCP segments.As a potential exploitation of cross layer information, we explore the feasibility to introducelow priority traffic on long delay path. The rationale is to grab the unused 4G satellitelinks’ capacity to carry non-commercial traffic. We show that this is achievable with LEDBAT.However, depending on the fluctuation of the load, performance improvements couldbe obtained by properly setting the target value.