Performances de SCTP sur un réseau satellite avec architecture à Qualité de Service

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Les Caractéristiques des Transport en Commun

Les véhicules de transport en commun peuvent facilement devenir des points d’accès mobiles très prometteurs de par leurs caractéristiques et l’environnement dans lequel ils évoluent. Comparés à des véhicules particuliers, ils possèdent certaines spécificités :
• Connaissance du trajet à l’avance (peu amené à changer),
• Présence de moyens de localisation précis (GPS et odomètres),
• Autonomie conséquente en énergie (proportionnelle à la taille du véhicule),
• Espace à bord plus important (plus de place pour les antennes par exemple),
• Flux en présence très variés (critiques et non-critiques, usager et gérant de la flotte).
La connaissance du trajet permet de déterminer plusieurs éléments clés dans la mobilité du véhicule comme les zones de couverture traversées ou les obstacles rencontrés (tunnel, grands immeubles,
arbres…). Le gestionnaire de mobilité peut donc être adapté pour améliorer la qualité des communications. Les Figure 2 et Figure 3 illustrent le déplacement d’un véhicule au travers de différentes zones de couverture. Le nombre de réseaux disponibles varie le long du trajet. La courte portée des réseaux Wi-Fi ne permet pas techniquement d’établir une connexion de longue durée si le véhicule continue à avancer : à 50km/h, 100m sont parcourus en moins de 8 secondes. Pour compenser cette faible portée, le temps passé dans la zone de couverture peut être augmenté en plaçant des points d’accès aux arrêts ou par exemple dans le cas d’un autobus au niveau des feux tricolores. La section III.2 présente brièvement une étude sur le positionnement des bornes sur une carte dans le cadre d’un réseau tolérant au délai. La Figure 3 est le plan d’une ligne de bus suivant la nationale 88 entre Rodez et Toulouse. Les zones couvertes par les différentes technologies sont tracées à titre d’exemple, aucun test n’ayant été mené pour mesurer le signal satellite ou 3G. Néanmoins, on peut ainsi illustrer la taille des zones de couverture ainsi que la disponibilité des technologies de communication. Entre Rodez et Albi par exemple, le paysage est plutôt vallonné et les agglomérations sont rares, il est difficile d’y obtenir une connexion 3G stable. Au contraire entre Albi et Toulouse, l’autoroute traversant la plaine et étant proche de plusieurs agglomérations permet d’avoir un signal 3G quasi stable. Néanmoins, il faut aussi prendre en compte la vitesse de déplacement qui diminue la qualité de la connexion.
Pour se faire une idée de l’influence de la vitesse de déplacement sur les communications, nous avons mené une expérience qui permet d’évaluer la qualité d’une connexion 3G pendant un déplacement en Haute-Garonne entre Saint-Gaudens et Revel passant par Toulouse. La Figure 4 représente les résultats obtenus le long de ce trajet avec les débits montant et descendant ainsi que la latence. Les résultats obtenus sont évidents : hors agglomération la bande passante disponible est plus faible. La latence quant à elle ne permet pas de tirer de conclusion, certaines mesures donnant un débit plus que correct avec une latence très élevée. On remarque que dans Toulouse, le débit atteint est beaucoup plus élevé que partout ailleurs et permet largement de rivaliser avec une connexion filaire située en campagne : plus de 600Ko/s sur la 3G contre un débit maximum de 350Ko/s aux environs de Revel avec l’ADSL.
Ces mesures ont été réalisées avec un téléphone intelligent connecté en 3G sur le réseau d’un fournisseur d’accès mobile français. L’application « SpeedTest.net » a permis de réaliser les tests de bande passante et de délai en se connectant à un serveur situé à Paris. La fiabilité de ces mesures est donc relative, l’application n’étant pas entièrement contrôlée par nos soins. Néanmoins le goulet d’étranglement étant localisé au niveau du point d’accès, les débits peuvent être observés à titre indicatif. De plus, pour avoir utilisé cette application à de maintes reprises, les résultats obtenus sont assez proches de ceux obtenus par des moyens plus traditionnels comme TCPDUMP ou Wireshark [90].
Electroniques et des Postes (ARCEP) sur la couverture et la Qualité de Service (QdS) des réseaux
mobiles en France métropolitaine. Si les résultats de cette étude permettent de connaître la couverture dans des cas stationnaires, aucune mesure n’est faite à bord de véhicules ou dans les bâtiments. Par exemple, le chemin parcouru en Haute-Garonne pendant l’expérience précédente est signalé comme étant desservi par, au minimum 3 réseaux 2G et 3 réseaux 3G mais sans précisions sur la qualité du signal, que nous estimons très variable. Il faut tout de même noter la volonté de l’ARCEP d’obtenir des résultats pour ces situations par l’approfondissement de simulations ou la prise en compte de mesures complémentaires (proposition 6 et 7 du rapport [1]). L’accès à Internet à bord des trains est abordé pour illustrer la mauvaise réception du signal à bord des véhicules et une piste est donnée en répétant le signal à l’intérieur du véhicule ou en installant des bornes Wi-Fi.
Les moyens de localisation présents dans un véhicule de transport en commun permettent une précision de l’ordre du mètre : le « Global Positionning System » (GPS) peut en effet être amélioré par l’utilisation des odomètres. Cette localisation peut être utilisée de différentes manières. Le gérant de la flotte peut situer son véhicule à tout moment et ainsi améliorer la précision des horaires en temps réel ou même évaluer le trafic routier suivant l’heure de la journée en se basant sur des statistiques. La localisation peut aussi être utilisée par le gestionnaire de mobilité pour déterminer les réseaux prochainement disponibles, ceux bientôt hors de portée ou encore la panne d’un point d’accès (absence d’un réseau à un endroit normalement couvert). Pour cela, il est nécessaire de posséder une carte des réseaux disponibles qui peut être établie avec les passages successifs de véhicules de transport en commun. Notre proposition décrite dans le Chapitre IV utilise ce type de carte afin d’améliorer la mobilité avec mSCTP.
L’autonomie des véhicules de transport en commun est très importante comparée avec l’autonomie d’un nœud utilisateur et la taille du véhicule permet de posséder une ou plusieurs interfaces réseaux pour chaque technologie de communication disponible. Ce contexte où le nœud peut être connecté à plusieurs réseaux simultanément est appelé « multi homing » ou multi-domiciliation (voir Chapitre II, Architecture Réseau pour Véhicule de transport en commun communiquant section I.2). Les avantages à la multiplication des technologies de communication disponibles sont réels :
• Augmenter la connectivité du nœud avec une plus grande zone de couverture,
• Améliorer la stabilité du lien en choisissant la technologie la plus adaptée (obstacles…),
• Obtenir de meilleures performances (délai, débit, gigue, pertes…),
• Maximiser la bande passante disponible (répartition de la charge de données),
• Diminuer les temps de latence lors du basculement entre des réseaux d’accès (« Make Before Break »).
Les deux derniers points peuvent aussi être obtenus en utilisant plusieurs interfaces d’une même technologie. Les supports de communication Wi-Fi, 3G/UMTS et satellite sont décrits dans le Chapitre II, section II avec leurs impacts sur les communications et leurs spécificités.
La dernière caractéristique des points d’accès mobiles n’est pas un avantage mais plutôt une contrainte. Il s’agit de la diversité des flux présents : comme pour un réseau d’accès fixe, le nombre de nœuds connectés va influencer cette diversité : flux de données, streaming, voix sur IP, applications critiques du gestionnaire…. Pour distinguer les différents types de communication, certains critères comme les performances requises ou l’aspect critique de l’application sont évidents mais le possesseur du flux peut aussi être pris en compte. Une application non-critique appartenant à l’opérateur peut par exemple être privilégiée. Cette diversité va influencer le comportement du réseau en impactant les performances mais il est aussi envisageable de choisir le réseau d’accès en fonction des flux ou au contraire bloquer certains flux sur certains supports. En effet, il peut être préférable de « freiner » certains flux de données sur des connexions onéreuses comme le satellite dans l’attente de la présence d’une connexion Wi-Fi.

Exemple d’un Banc de Test grandeur nature avec des véhicules de Transport en Commun

Si les expériences faites en simulation ou en émulation permettent de tester des systèmes et de concevoir les réseaux de demain, un banc de test réel permet l’obtention de résultats prenant en compte tous les facteurs de l’environnement. Le banc de test « Diverse Outdoor Testbed Environment » (DOME) [2] a été construit dans ce but là par le département des sciences informatiques de l’université du Massachussetts (UMass Department of Computer Science) et en coopération avec le « National Science Foundation’s Global Environment for Network Innovation » (NSF GENI). DOME est composé de 35 bus et d’un réseau maillé construit avec la coopération de la ville d’Amherst dans le Massachussetts. Les véhicules sont équipés d’un ordinateur, d’une interface réseau Wi-Fi, d’un point d’accès Wi-Fi interne au véhicule, d’un modem 3G, d’une interface radio 900MHz et d’un GPS. Diverses expériences ont été menées depuis le lancement du banc de test en 2004 et les mesures effectuées ont permis de tirer plusieurs conclusions sur le domaine mobile. Nous nous intéresserons ensuite à une expérience menée avec un réseau tolérant au délai, « Delay-Tolerant Networking » ou « Disruption-Tolerant Networking » (DTN), et à la disposition de « boîtiers » améliorant leurs performances.

Etudes des mesures faite sur DOME

Entre janvier 2005 et décembre 2008, DOME a permis de recueillir une grande quantité de données, notamment des traces de mobilité et de connectivité. Leur analyse permet d’apprendre certains faits sur les réseaux dans une agglomération. Il faut néanmoins garder à l’esprit que la configuration dans une autre agglomération peut être différente et les résultats peuvent donc changer suivant le contexte. Une analyse globale de ces données est faite dans [3] [1]et les auteurs soulignent cinq remarques intéressantes :
1. « Les réseaux Wi-Fi publics fournissent une couverture suffisante dans l’environnement de DOME pour les applications envoyant des paquets relativement petits ou n’étant pas affectées par le débit. »
2. « L’accroissement du nombre de points d’accès Wi-Fi n’a pas été accompagné par une chute significative du nombre de points d’accès ouverts (relativement au nombre total). »
3. « Malgré la densité des points d’accès disponibles dans le banc d’essai DOME (considérée haute par les auteurs), il n’a pas été possible de démontrer significativement les effets négatifs des interférences. »
4. « Afin d’atteindre le débit global fourni par la 3G, il serait nécessaire d’avoir une couverture
Wi-Fi offrant une connexion active sur quasiment 90% du trajet. »
5. « La plus grande partie des contacts avec les réseaux publics est faite lorsque le véhicule est à l’arrêt. »
Les résultats 1, 2 et 5 portent sur les réseaux Wi-Fi publics et permettent de tirer plusieurs conclusions.
Le premier résultat est logique étant donné que les réseaux publics offrent des connexions de très faible débit. L’utilisation des points d’accès publics est envisageable pour certains flux et peut permettre ainsi de soulager d’autres interfaces actives. De plus, il est intéressant de noter que les points d’accès détectés au cours de plusieurs années de mesures comportent sensiblement la même proportion de réseaux en libre accès. Il est possible de tabler sur ces réseaux pour certains types de flux de débit faible ou peu exigeants. Néanmoins, le résultat 5 modère les deux conclusions précédentes : les connexions avec les réseaux publics s’établissent plus facilement si le véhicule est à l’arrêt. Ceci est dû au temps de connexion nécessaire pour de tels réseaux. Au vu de ces trois résultats, les réseaux publics peuvent être utilisés comme points d’accès secondaires lors des arrêts à des feux ou des stations.
Les résultats 3 et 4 sont des hypothèses plus générales sur les réseaux Wi-Fi. Dans un environnement urbain, le problème des interférences dûes au nombre élevé de réseaux est souvent abordé, celui-ci pouvant altérer les communications. Pourtant, les relevés effectués sur le banc d’essai DOME tendent à montrer que ces interférences sont limitées et qu’il est difficile de démontrer leur impact sur les performances. Il faut quand même noter que les interférences dans l’environnement urbain peuvent aussi provenir d’obstacles ou d’émissions radios autres que Wi-Fi mais intervenant à la même fréquence.
La concurrence entre 3G et Wi-Fi dans l’environnement urbain est intéressante et il s’agit d’un sujet récurrent dans le domaine des réseaux mobiles. Toujours d’après les mesures effectuées avec DOME, la faible bande passante offerte par la 3G est largement compensée par sa disponibilité. Le taux de couverture à atteindre avec du Wi-Fi pour transférer la même quantité de données est difficilement atteignable.

Un DTN fait de véhicules de transport en commun

Le réseau tolérant au délai ou DTN est un concept basé sur une architecture visant à limiter l’impact d’un manque de connectivité dans les réseaux hétérogènes. Récemment, le terme « Disruption-Tolerant Networking » soit réseau tolérant aux perturbations est devenu courant avec les projets supportés par la « Defense Advanced Research Projects Agency » (DARPA). Deux standards [7], [8] ont été publiés en 2007 dans l’optique d’harmoniser les architectures et permettre l’interfaçage entre différentes implémentations. Les utilisations envisagées des DTN sont diverses : environnements mobiles, réseaux spatiaux et liaisons interplanétaires [9], conditions extrêmes de communication (limites de couverture, nœuds en densité faible, économie d’énergie,…). Le banc de test DOME est donc adapté aux DTN avec ses bus de ville disséminés le long d’un trajet.
Ce banc de test a servi à plusieurs études sur les DTN : la résolution de problèmes de routage [4], le déploiement de boîtiers-relais [5], la réduction de la consommation électrique [6]… Le routage dans les DTN possède une contrainte très forte : l’absence de connexion directe entre le nœud émetteur et le nœud destinataire. La métrique utilisée est généralement le délai de livraison dans le pire cas ou le pourcentage de paquets livrés avant un temps limite. Le protocole de routage présenté dans [4] propose de traiter le routage comme une allocation de ressource afin de déterminer comment les paquets doivent être répliqués dans le réseau.
Le déploiement de boîtiers-relais est intéressant car il permet d’améliorer les performances du réseau en améliorant la connectivité, ce qui permet notamment d’augmenter la capacité globale du réseau pour un faible coût [5]. Une étude est faite sur le placement de ces boitiers en fonction de leur type et du schéma de mobilité. Dans le cas des transports en commun, l’amélioration apportée par les boitiers est important car la mobilité des nœuds est « régulière » (passage à des emplacements précis et à intervalle régulier). Le déploiement des boitiers est aussi facilité par l’utilisation d’algorithmes de placement basés sur les opportunités d’établir le contact et éventuellement les informations sur le trafic.
Les boitiers disposés le long du trajet ne sont pas alimentés et leur autonomie énergétique repose uniquement sur leur batterie. Une proposition est faite dans [6] pour diminuer leur consommation électrique. Comparé à une interface radio à ondes longues, une interface Wi-Fi consomme plus d’énergie et a une portée plus faible. En partant de ce constat, une étude a été menée où l’interface Wi-Fi des bornes est éteinte si aucun véhicule n’est à portée. L’interface radio est utilisée pour détecter l’arrivée prochaine d’un véhicule dans la zone de couverture Wi-Fi et, lors de l’arrivée d’un véhicule, l’interface Wi-Fi est allumée durant le temps de la communication. Cette étude est intéressante car l’utilisation de plusieurs technologies de communication ne vise pas à augmenter les performances mais permet de réduire la consommation électrique des boîtiers.

La mobilité dans les réseaux de communication

Les performances des applications dans les réseaux de communication sont influencées par de nombreux facteurs : la mobilité, le support physique, le comportement de la couche réseau, le protocole de Transport utilisé et plus généralement le contexte. Dans cette section, nous allons détailler ces différents facteurs, en ciblant notamment l’impact de la mobilité sur plusieurs couches du modèle OSI (voir Tableau 1). Dans un premier temps, nous introduirons les différentes problématiques de la mobilité que nous avons abordées ou rencontrées au cours de cette thèse. Ensuite, une description de différents supports physiques sera faite avec leurs caractéristiques et leur impact sur les communications. Enfin, les mécanismes de mobilité niveau Réseau et niveau Transport seront présentés avec leur définition issue des documents de référence et des études menées sur les solutions proposées.

Introduction aux problématiques de la mobilité et des réseaux sans-fils

La mobilité est définie par le dictionnaire comme une «Propriété, caractère de ce qui est susceptible
de mouvement, de ce qui peut se mouvoir ou être mû, changé de place, de fonction ». Dans un réseau informatique, la mobilité ne désigne pas uniquement la capacité d’un nœud à se déplacer, elle englobe toutes les problématiques qui lui sont liées : la localisation du nœud, le changement de point d’accès, les possibilités de multi-domiciliation… De plus, les contraintes de la communication sans-fil doivent aussi être prises en compte : atténuation du signal, présence d’un nœud caché, dégradation du signal à cause de l’environnement, influence du support…. Leur impact est très important et influence les performances des applications sur un réseau sans-fil. Dans la suite de cette section, nous allons nous intéresser aux problématiques de la mobilité tout en considérant certaines caractéristiques des réseaux sans-fils.

La modification de l’identifiant réseau

A l’origine, les réseaux informatiques ont été conçus pour faire communiquer des nœuds fixes. Un identifiant invariable était donc attribué à chaque appareil. Avec la démocratisation des technologies sans-fil, les nœuds sont amenés à changer de points d’accès et deviennent alors des nœuds mobiles. Avec Internet Protocol version 4 (IPv4), la connexion à un nouveau point d’accès provoque l’attribution d’un nouvel identifiant réseau (adresse IP). Les protocoles de Transport se basant sur cet identifiant pour communiquer, le modifier conduit à la rupture de la connexion. Plusieurs solutions ont été proposées pour contourner la modification de l’adresse et ainsi garantir le support de la mobilité.
Les solutions de mobilité au niveau Réseau se basent pour la plupart sur la mise en place d’un tunnel entre le nœud et une entité dans le réseau de cœur, permettant ainsi de garder la connexion active contre une perte de performances (voir Chapitre II, section III). La définition d’IPv6 a permis de limiter le changement d’identifiant par la disponibilité d’un nombre quasi illimité d’adresses.
Théoriquement, il est possible d’attribuer adresses soit plus de 667 millions de milliards d’adresses par millimètres carré sur toute la surface du globe. La mobilité avec IPv6 permet donc de garder l’identifiant mais les autres problématiques liées au changement de réseau sont toujours présentes. Au niveau Transport, des solutions de mobilité ont été proposées notamment pour pallier à la durée de mise en place d’IPv6. Ces solutions reposent sur l’ajout d’un autre identifiant permettant aux nœuds de reconnaître une communication en cours même si l’adresse IP a changé. L’avantage de ces solutions est l’absence de modifications dans le réseau d’accès ou le réseau de cœur. Néanmoins, la présence du protocole de Transport adéquat est nécessaire dans les terminaux ainsi que son support dans les nœuds intermédiaires.

La latence introduite par le changement de réseau

L’association d’un nœud mobile à un point d’accès implique plusieurs niveaux du modèle OSI : le niveau Liaison intervient dans la connexion « physique » entre les deux entités et le niveau Réseau permet la connexion « logique » avec la configuration de l’interface réseau. La latence introduite par ces configurations est souvent importante comparée au délai des communications et varie suivant le matériel utilisé.
La Figure 5 illustre les échanges entre un nœud mobile ou « Mobile Node » (MN) et deux points d’accès ou « Access Points » (AP) lors d’un changement de réseau. Le MN est en communication avec un nœud correspondant ou « Corresponding Node » (CN) lorsqu’un nouveau réseau est détecté. Le temps écoulé entre l’envoi de la dernière donnée sur l’ancien lien et l’envoi de la nouvelle donnée sur le nouveau lien est appelé durée du changement de réseau ou « Handover delay ». Aucune donnée n’est envoyée ou reçue pendant ce délai nécessaire à l’établissement de la connexion et à la configuration de l’interface réseau.
La durée du changement de réseau est fortement dépendante du gestionnaire de mobilité utilisé. Si celui-ci doit contacter une entité extérieure pour mettre en place un nouveau tunnel, la durée peut être augmentée. Néanmoins, la plupart des solutions de mobilité visent à réduire cette latence en faisant du « Make Before Break » (MBB) au lieu du « Break Before Make » (BBM), c’est-à-dire en se connectant au nouveau réseau avant de rompre la connexion à l’ancien réseau et non l’inverse. Au niveau applicatif, la latence introduite par le changement de réseau peut être gênante pour l’utilisateur : une coupure de plusieurs secondes au milieu d’une communication Voix sur IP ou Voice over IP (VoIP) est difficilement tolérable. Nous verrons par la suite que les recommandations en termes de délai et gigue pour les applications dites multimédia ne tolèrent pas une latence excessive (voir Chapitre II, section I.3).

Changement des caractéristiques du réseau d’accès

Le comportement des flux applicatifs dépend en grande partie des caractéristiques du réseau et des services proposés par le point d’accès. La bande passante, le délai, la gigue, la congestion ou encore la Qualité de Service ou « Quality of Service » (QdS/QoS) sont des caractéristiques qui impactent fortement les communications. Leurs valeurs autant que leurs variations influent sur la Qualité d’Expérience ou « Quality of Experience » (QdE/QoE). L’impact des caractéristiques du réseau sur un lien stable dépend principalement du support utilisé par la communication. L’influence du support physique est discutée dans le Chapitre II, section II avec la présentation des trois technologies : le Wi-Fi, les réseaux cellulaires et les réseaux de communication par satellite. La discussion porte ici sur la modification brutale de ces caractéristiques et l’impact sur les communications.
Lorsqu’un nœud mobile change de point d’accès, le chemin utilisé par la communication est différent et ses caractéristiques sont brusquement modifiées. Les performances des applications peuvent être impactées de manière critique : perte de données, diminution du débit, augmentation du délai… Ces changements sont immédiats et peuvent être de grande ampleur. Si l’utilisation d’une solution de mobilité permet de réaliser le changement de réseau en résolvant les contraintes introduites précédemment (modification de l’identifiant réseau et introduction d’une latence), cette solution rend aussi souvent le changement de réseau transparent pour les protocoles de Transport situés dans les terminaux des utilisateurs. Si la mobilité est gérée par un routeur en amont, le nœud mobile est même incapable de détecter le changement de réseau.
Les protocoles de Transport gèrent les communications de bout-en-bout entre nœuds et sont donc en charge de transférer les données. Afin d’obtenir des performances optimales, ces protocoles utilisent des mécanismes tels que la gestion du flux et la prévention de la congestion. Ils permettent aux protocoles de Transport d’évaluer les conditions de la communication et de s’y adapter en se basant sur l’évaluation des caractéristiques du réseau et leur évolution. Ces fonctionnalités se révèlent particulièrement efficaces dans les réseaux filaires. Les liens utilisés pour les communications étant stables, la modification des caractéristiques du réseau perçues par la communication se fait en général de manière progressive et est souvent liée à l’apparition d’une congestion dans le réseau. L’impact sur les communications est alors limité car les protocoles de Transport sont en mesure de prévenir la congestion et de prendre des décisions permettant de la limiter.
La modification drastique des caractéristiques du réseau a un impact différent sur les protocoles de Transport. Immédiatement après le changement de réseau, les évaluations faites par le protocole de Transport ne sont plus valables et les mécanismes permettant d’améliorer les communications sur un lien stable vont alors être induits en erreur. Le temps nécessaire au protocole pour s’adapter au nouveau réseau est alors dépendant du support physique et du protocole de Transport utilisés, certains ayant été conçus pour supporter des modifications importantes des caractéristiques. L’impact du changement de réseau transparent sur un protocole de Transport comme TCP est discuté dans le Chapitre II, section V.1.2 avec la présentation d’études démontrant la faiblesse des
mécanismes actuels et comment les améliorer avec de nouvelles versions de TCP ou des mécanismes inter-couches. Le Chapitre V présente une de nos propositions qui permet de prévenir la dégradation de performances lors de la modification brutale des caractéristiques dans le contexte d’un réseau mobile en informant le nœud mobile lorsque le routeur mobile effectue un changement de réseau.

La multi-domiciliation pour faciliter la mobilité

Ces dernières années, les avancées scientifiques ont permis une évolution des réseaux de communication et surtout de leur utilisation. La miniaturisation des composants électroniques permet aux appareils mobiles de posséder plusieurs interfaces réseaux et la diversité des technologies de communication permet d’obtenir plusieurs moyens de connexion. Un nouveau concept est alors né : la multi-domiciliation ou « multi homing ». Il s’agit de l’activation simultanée de plusieurs interfaces réseaux pour se connecter à des points d’accès et permettre la mise en place de chemins multiples.
Cette technique est appelée à devenir courante notamment avec les protocoles de Transport de nouvelles génération dont l’architecture est adaptée à la gestion de plusieurs chemins. En 2008, les
documents [27] et [28] présentent les motivations poussant vers la multi-domiciliation et discutent de sa généralisation. Les bénéfices sont notamment l’augmentation de la connectivité, de la fiabilité ou encore de la bande passante. Nous allons voir que la multi-domiciliation peut aussi être utilisée pour améliorer la mobilité.
En utilisant plusieurs interfaces, il est possible de se connecter à un nouveau réseau tout en restant connecté à l’ancien réseau. L’impact de la mobilité est alors grandement réduit en réalisant un « Make Before Break » entre plusieurs interfaces. Un avantage de cette technique est la possibilité de garder plusieurs interfaces actives pour basculer instantanément de l’une à l’autre. Certaines des solutions de mobilité présentées dans le Chapitre II, section III et section V, comportent des extensions utilisant la multi-domiciliation pour améliorer leurs performances.
La multi-domiciliation est appelée à devenir courante dans les réseaux de demain. Néanmoins, certaines contraintes doivent être considérées pour ne pas diminuer les performances des applications.
Un des préceptes de base de la multi-domiciliation est que deux chemins ne doivent pas partager de goulet d’étranglement ou « bottle-neck ». En effet, cela reviendrait à rendre « dépendants » les deux chemins : une amélioration sur un chemin induirait donc obligatoirement une dégradation sur l’autre. Dans un réseau, un potentiel goulet d’étranglement est un nœud dont la bande passante sortante est inférieure à la bande passante entrante. Dans un réseau sans-fil Wi-Fi par exemple, le point d’accès est considéré comme le goulet d’étranglement dans le sens réseau Wi-Fi vers réseau de cœur.
La Figure 6 présente un nœud multi-domicilié connecté à un réseau de cœur via la 3G, le Wi-Fi et une connexion Ethernet. Dans le cas d’un particulier, les connexions Ethernet et Wi-Fi sont fournies par le même équipement, le point d’accès au réseau de cœur est donc unique. Il est donc clair que sur ce schéma, les chemins Wi-Fi et Ethernet ne sont pas indépendants et les utiliser comme tel irait à l’encontre des recommandations. Ceci est correct car le point d’accès est connecté au réseau de cœur par un lien unique. Nous verrons plus tard que si le routeur est multi-domicilié, il devient possible de considérer les chemins comme indépendants en associant chaque technologie interne à un chemin externe.

Réseaux sans-fils, Mobilité et Contraintes Temporelles

Les réseaux sans-fils présentent de nombreuses caractéristiques qui les différencient des réseaux filaires. Le temps de propagation et l’environnement sont des contraintes fortes qui influencent le délai, la gigue, la bande passante, le taux de pertes… Dans un contexte mobile, les latences dues au changement de réseau ainsi que des possibles interruptions viennent s’ajouter. L’objectif des architectures mobiles est d’offrir aux applications une connexion stable et fiable.
Dans un réseau d’accès, les flux en présence sont très variés et ont des priorités différentes : débit important, délai ou variation de délai faible, faible taux de pertes… Les applications multimédias sont considérées comme étant les plus contraignantes car elles nécessitent un débit stable parfois conséquent tout en ayant un délai faible. Les recommandations de l’ « International Telecommunication Union » (ITU) pour ces flux sont présentées dans le Tableau 2 issu de [29]. Si les performances demandées sont relativement faciles à atteindre dans un réseau filaire, il devient difficile de les égaler avec un réseau sans-fil. Nous verrons dans la partie IIque certaines technologies de communication ne sont pas en mesure d’atteindre certains objectifs comme le délai de préférence et devront se contenter de rester en dessous du délai considéré comme limite.

Table des matières

Chapitre I Les Transports en Commun comme Points d’accès
I Introduction
II Les Caractéristiques des Transport en Commun
III Exemple d’un Banc de Test grandeur nature avec des véhicules de Transport en Commun
III.1 Etudes des mesures faite sur DOME
III.2 Un DTN fait de véhicules de transport en commun
Chapitre II La mobilité dans les réseaux de communication
I Introduction aux problématiques de la mobilité et des réseaux sans-fils
I.1 Le changement de réseau horizontal et vertical
I.2 La multi-domiciliation pour faciliter la mobilité
I.3 Réseaux sans-fils, Mobilité et Contraintes Temporelles
II L’influence du support physique
II.1 Les Réseaux de Communication par Satellite
II.2 Les Réseaux Wi-Fi
II.3 Les Réseaux de téléphonie mobile
III La mobilité au niveau Réseau
III.1 Mobile IPv6
III.2 Fast Mobility IPv6
III.3 Hierarchical Mobile IPv6
III.4 La multi-domiciliation et Mobile IPv6
IV Le support des réseaux mobiles
IV.1 NEtwork Mobility (NEMO)
IV.2 NEMO et la multi-domiciliation
V Protocoles de Transport et mobilité
V.1 Le protocole TCP et ses variantes pour la mobilité
V.2 Multipath TCP : le TCP nouvelle génération ?
VI Conclusion
Chapitre III SCTP : un véritable concurrent à TCP ?
I SCTP : un protocole de Transport supportant la mobilité
II Performances de SCTP sur un réseau satellite avec architecture à Qualité de Service
II.1 Modèle utilisé et configuration de la simulation
II.2 Résultats
II.3 Conclusion
III Impact du changement de réseau sur les protocoles de Transport et mobilité avec SCTP
III.1 Le projet SAT-PERF : intérêts, plateforme et protocole de test
III.2 Développement d’un générateur de trafic SCTP supportant la mobilité et la prise de mesures
III.3 SCTP face au changement de réseau dans un contexte hybride
III.4 Comportement de SCTP dans les réseaux multi-domiciliés
III.5 Comparaison des différents protocoles
IV Bilan de l’étude de SCTP et de ses performances
Chapitre IV Amélioration de la mobilité de SCTP par la localisation
I Motivations
II Présentation de la solution
III Étude temporelle et comparaison avec l’algorithme DAC
IV Banc de test et scénario
V Analyse des résultats
VI Etude de performances en simulation
VII Bilan
Chapitre V Architecture pour réseau mobile diminuant l’impact du changement de réseau
I Conception de l’architecture
I.1 Fonctionnement
I.2 Composants du réseau
I.3 Partage d’informations entre le router mobile et ses nœuds
I.4 Configuration d’adresse et partage d’information dans les réseaux IPv6
II Analyse
II.1 Banc de test et scénario
II.2 Comportement de la fenêtre de congestion
II.3 Impact sur les communications
II.4 Impact sur l’évaluation de l’état du réseau
III Bilan
Conclusion
Perspectives

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