Interactions inter-couches et liens à long délai (Cross-layer interactions and long delay links) Kuhn, Nicolas 2013-11-21 Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Lacan, Jérôme; Lochin, Emmanuel Laboratoire :  Département Mathématiques, Informatique, Automatique -DMIA (depuis 2007) Ecole doctorale :  Mathématiques, Informatique et Télécommunications de Toulouse -MITT Classification : Sciences de l'ingénieur

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Multicouche, Fiabilité, Couche transport, Couche liaison, 4G, Accès satellite 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. Résumé (anglais) : Network providers offer services in line with users’ requests, even though the challenges introduced by their mobility and the download of large content are crucial. Mobile video streaming applications are delay sensitive and the increasing demand for this service legitimate extensive studies evaluating transmission delays. On top of physical transmission delays, 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 minimize the transmission delays and optimize the use of network resources. Also, understanding the impacts of low layers protocols on the end-to-end transmission will enable better dimensioning of the network and adapt the traffic carried on. In the context of satellite 4G links, we measure the impact of link layer retransmission schemes on the performance of various transport layer protocols. We develop Trace Manager Tool (TMT) and Cross Layer InFormation Tool (CLIFT) to lead realistic cross layer simulations in NS-2. We show that, for all target TCP variants, when the throughput of the transport protocol is close to the channel capacity, using the ARQ mechanism is most beneficial for TCP performance improvement. In conditions where the physical channel error 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 satellite link 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 measure that, even though dedicated access methods can transmit more information data, random access methods enable a faster transmission of short flows. Based on these results, we propose to mix random and dedicated access methods depending on the dynamic load of the network and the sequence number of the TCP segments. As a potential exploitation of cross layer information, we explore the feasibility to introduce low priority traffic on long delay path. The rationale is to grab the unused 4G satellite links’ capacity to carry non-commercial traffic. We show that this is achievable with LEDBAT. However, depending on the fluctuation of the load, performance improvements could be obtained by properly setting the target value. Langue : Anglais

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