On the interaction between transport protocols and link-layer reliability schemes for satellite mobile services

par Bastien Tauran

Thèse de doctorat en Réseaux, télécom, système et architecture

Sous la direction de Emmanuel Lochin et de Jérôme Lacan.

Soutenue le 06-12-2018

à Toulouse, ISAE , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse) , en partenariat avec Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne) (équipe de recherche) et de Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département d’ingénierie des systèmes complexes (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Gayraud.

Le jury était composé de Emmanuel Lochin, Jérôme Lacan, Thierry Gayraud, Eugen Dedu, Pascal Anelli, Caroline Bès.

Les rapporteurs étaient Eugen Dedu, Pascal Anelli.

mots clés

• TCP
• Fiabilisation
• Services mobiles
• Liens Satcom
• TCP/IP (protocole de réseaux d'ordinateurs)
• HARQ (télécommunications)
• Satellites

Titre traduit

Sur l'interaction entre protocoles de transport et fiabilisation couche liaison pour services mobile satellite

Résumé

L'accès à Internet par satellite permet de connecter des régions isolées de la terre ou des utilisateurs en mouvement, pour lesquels une solution terrestre peut s’avérer couteuse voire impossible. L’utilisation de constellations de satellite en orbite basse permet de transmettre avec des délais similaires à ceux des transmissions terrestres, permettant l’utilisation des protocoles de transport classiques comme TCP. L’utilisation d’un tel environnement engendre cependant des contraintes spécifiques à ce type de réseau, comme des délais de transmission variables et un important taux d’erreur, principalement lors de la traversée de l’atmosphère. Pour compenser ces forts taux de pertes, des mécanismes de fiabilisation doivent être introduit au niveau des couche basse. Ces mécanismes ont toutefois un impact négatif sur les performances des protocoles de transport, notamment TCP, limitant grandement le débit. Le but de cette thèse est de comprendre dans un premier temps les interactions entre les mécanismes de fiabilisation et les protocoles de transport, pour ensuite proposer des solutions permettant d’améliorer la qualité des transmissions.

mots clés

• TCP
• Reliability
• Mobile services
• Satcom links

Résumé

LEO satellite constellations allow to connect isolated or mobile users to the Internet, when terrestrial solutions are too expensive or impossible to deploy. Using such constellations allow to connect these areas with transmission delays close to terrestrial delays, and then to use the classic transport protocols such as TCP. However, this environment brings new impairments such as variable delays and important error rate between the satellite and the ground receiver. To counteract this high error rate, reliability schemes are introduced on the link between the satellite and the ground user. However, these schemes have a negative impact on the transport protocol (TCP), mitigating the throughput, and which has not been deeply studied yet. In this thesis, we first understand the impact of the reliability schemes on the transport layer, and then propose solutions to improve the efficiency of the transmissions.