Performances des protocoles de transport dans les constellations de satellites

Performance of Transport Protocols in Satellite Constellations

• Auteur / Autrice : Amal Boubaker
• Direction : Emmanuel Chaput, André-Luc Beylot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunication
• Date : Soutenance le 04/05/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Géraldine Texier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Chaput, André-Luc Beylot, Géraldine Texier, Michel Marot, Guillaume Urvoy-Keller, Christelle Caillouet, Nicolas Kuhn, Renaud Sallantin, Cédric Baudoin, Jean-Baptiste Dupe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Marot, Guillaume Urvoy-Keller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle de congestion (télécommunications)

TCP/IP (protocole de réseaux d'ordinateurs)

Satellites

Constellations

Mots clés libres

Constellation de Satellites

TCP

Contrôle de Congestion

Satellite Constellations

TCP

Congestion Control

Résumé

Les constellations de satellites ont pris un nouvel essor ces dernières années avec des projets particulièrement ambitieux qui ont suffi à raviver la flamme de la communauté de recherche. Un des problèmes cruciaux est alors l'étude de l'adéquation des protocoles principalement conçus et utilisés dans un contexte terrestre vis-à-vis de ces communications par satellite. Par le passé, par exemple, des versions de TCP ont été spécialement conçues pour les réseaux de satellites. Néanmoins, ces travaux pourraient se révéler obsolètes, en raison des évolutions récentes de TCP et en particulier de la refonte complète du contrôle de congestion. La question à laquelle nous nous sommes attaqués dans cette thèse est la suivante: les versions récentes de TCP e.g. CUBIC et BBR sont-elles ou seront-elles capables de répondre aux besoins dans un tel environnement? Nous avons évalué les différences entre les piles TCP du passé et celles qui sont actuellement déployées. Nous décrivons en particulier l'évolution de l'utilisation des protocoles du point de vue de la couche transport de CUBIC et de TCP BBRv1, un algorithme hybride qui repose sur l'estimation du délai et de la capacité du réseau. Nous avons identifié les sources de variation de délai dans les constellations de satellites pour en étudier l'impact et la fréquence. Les variantes modernes de TCP s'en accommodent en particulier pour les flux longs. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'équité entre les flux utilisant ou non des variantes différentes. Nous avons mis en évidence certains niveaux d'iniquité dans les contextes hétérogènes assez uniformes à ceux trouvés dans le contexte terrestre. L'ensemble de ces études a été mené au travers de simulations à événements discrets mais aussi d'émulations permettant d'obtenir des résultats plus réalistes.

Satellite constellations have taken a new impetus in recent years with even more ambitious future projects. The momentum has lasted long enough to raise the interest of the research community in addressing the adequacy of protocols mainly designed and used for terrestrial networks, vis-à-vis these satellite communications. There are thus versions of TCP specially designed for satellite networks. Nevertheless, these previous works could turn out to be obsolete, in particular due to the recent versions of TCP based on, for instance, hybrid-type congestion control algorithms. The question we tackled in this thesis is: are the recent versions of TCP such as CUBIC and BBR able to meet the needs in such an environment? We evaluated the differences between past and currently deployed TCP stacks. We gave an overview of the evolution of the use of protocols from a transport layer point of view of CUBIC and BBR, a hybrid algorithm that relies on delay and network capacity estimations. We identified the sources of delay variation in satellite constellations in order to study their impact and frequency. Modern variants of TCP accommodate this especially for long streams. We then looked at the fairness between the flows with or without different variants. We highlighted some levels of unfairness in the heterogeneous contexts that are fairly consistent with those found in the terrestrial context. All of these studies were conducted through discrete event simulations but also emulations in order to obtain more realistic results.