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RÉSUMÉ
Les systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire voient leur débit augmenter pour fournir des offres comparables à celles des systèmes terrestres. Cette augmentation du débit, combinée avec la latence intrinsèque de ces systèmes, impacte les contrôles de congestions comme TCP. Afin d’exploiter pleinement la capacité disponible, ces systèmes coupent les connexions TCP en sous-segments pour utiliser un contrôle de congestion adapté sur le segment satellite. Le déploiement de QUIC de bout-en-bout remet en cause ces adaptations, tant il est basé sur UDP. Cet article analyse ainsi les enjeux relatifs au déploiement de QUIC de bout-en-bout dans les réseaux satellitaires.
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Nicolas KUHN : Ingénieur de recherche - Centre National d’Études Spatiales (CNES), Toulouse, France
INTRODUCTION
Les protocoles déployés dans les extrémités comme TCP ne peuvent que difficilement être pertinents pour chacune des liaisons disponibles dans l’Internet, leur diversité allant du « très haut débit faible latence » pour les datacenters au « haut débit latence élevée » des systèmes satellites. Ainsi, de nombreux systèmes d’accès déploient des Performance Enhancing Proxy (PEP) qui isolent différents sous-segments du chemin de bout-en-bout afin d’adapter les protocoles aux spécificités des liaisons exploitées. Ces solutions peuvent être appliquées à différents niveaux de la pile protocolaire et le sont généralement au niveau de la couche transport dans les SATellite COMmunication (SATCOM), et en particulier en adaptant le protocole Transmission Control Protocol (TCP).
Avec un PEP TCP, les pertes de paquet sont réparties sur trois sous-segments et le contrôle de congestion peut être adapté sur la liaison satellite. Cela peut se traduire par une réduction par moitié du temps de chargement d’une page web. Le déploiement de QUIC de bout-en-bout remet en cause ces adaptations. En effet, avec QUIC, les fonctionnalités auparavant réparties entre Hypertext Transfer Protocol (HTTP) 1/1.1/2, Transport Layer Security (TLS) et TCP évoluent vers HTTP3, QUIC et UDP. Le protocole UDP n’étant pas en mode connecté, il n’est pas possible de découper la communication de bout-en-bout comme avec TCP.
Cet article revient sur les principales caractéristiques des systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire. Les implications de ces spécificités sur un contrôle de congestion seront présentées et les principales solutions proposées dans les proxys TCP décrites. Les enjeux que vont rencontrer les applicatifs exploitant QUIC dans un contexte de communication par satellite sont présentés. Une analyse des forces et faiblesses du protocole QUIC dans un contexte de communications par satellite est proposée et les pistes d’adaptation discutées. Bien qu’appliquées aux systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire, les analyses présentées dans cet article peuvent être considérées pour tout autre cas d’application où le déploiement de PEP s’avère pertinent.
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Performance Enhancing Proxy
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1. Introduction aux accès SATCOM
Les usages de systèmes de télécommunication par satellite ont évolué de systèmes de diffusion [E 6 160] à des systèmes exploitant les protocoles TCP/IP pour fournir des accès à Internet [E 7 560] [H 3 560]. Du fait des améliorations de la technologie embarquée à bord des satellites, le débit disponible à bord est passé de 70 Gbps en 2010 avec le satellite Ka-SAT à 500 Gbps avec le satellite Konnect VHTS qui devrait être lancé en 2022. Cette augmentation du débit se traduit par des enjeux importants pour les contrôles de congestion déployés dans les serveurs et la qualité d’expérience fournie aux utilisateurs finaux.
Cette section propose ainsi une introduction aux accès à Internet SATCOM exploitant des satellites en orbite géostationnaire. L’objectif est de présenter les principales caractéristiques des liaisons pour identifier les impacts qu’elles ont sur une transmission fiable basée sur un contrôle de congestion.
Cet article n’adresse pas spécifiquement les problématiques relatives à l'utilisation de TCP pour des systèmes exploitant des satellites en orbite basse. Bien que les projets de constellation en orbite basse soient d’actualité, leur description nécessite une analyse dédiée. En effet, de nombreux paramètres à prendre en compte ont un impact non négligeable sur les caractéristiques de la liaison. Nous pouvons citer à titre d’exemple la mise en œuvre des liaisons inter-satellites, la localisation des utilisateurs et des passerelles satellites, les longueurs d’onde exploitées ou le nombre d'antennes de réception au niveau du terminal....
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Introduction aux accès SATCOM
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AHMED (T.), DUBOIS (E.), BAPTISTE (J.), FERRÚS (R.), GÉLARD (P.), KUHN (N.) - Software-defined satellite cloud RAN. « International journal of satellite communications and networking ». - 2 Gener, vol. 36, p. 108-133 (2017).
-
(2) - KUHN (N.), MICHEL (F.), THOMAS (L.), et al - QUIC : Opportunities and threats in SATCOM. - Int J Satell Commun Network ; p. 1-13. doi :10.1002/sat.1432 (2021).
-
(3) - DEUTSCHMANN (J.), HIELSCHER (K.), GERMAN (R.) - Satellite Internet Performance Measurements. - International Conference on Networked Systems (NetSys), p. 1-4, doi :10.1109/NetSys.2019.8854494 (2019).
-
(4) - BORDER (J.), SHAH (B.), SU (C.), TORRES (R.) - Evaluating QUIC’s Performance Against Performance Enhancing Proxy over Satellite Link. - IFIP Networking Conference, p. 755-760 (2020).
-
(5) - BRISCOE (B.) et al - Reducing Internet Latency : A Survey of Techniques and Their Merits. - In IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 3, p. 2149-2196,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
User Datagram Protocol. - RFC 768 - 1980
-
Transmission Control Protocol. - RFC 793 - 1981
-
Ongoing TCP Research Related to Satellites. - RFC 2760 - 2000
-
Performance Enhancing Proxies Intended to Mitigate Link-Related Degradations. - RFC 3135 - 2001
-
Increasing TCP's Initial Window. - RFC 3390 - 1998
-
Framework for TCP Throughput Testing. - RFC 6349 - 2011
-
Increasing TCP's Initial Window. - RFC 6928 - 2013
-
Version-Independent Properties of QUIC. - RFC 8999 - 2021
-
QUIC : A UDP-Based Multiplexed and Secure Transport. - RFC 9000 - 2021
-
...
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
IETF QUIC Working Group
https://datatracker.ietf.org/wg/quic/about/
IETF MASQUE Working Group
https://datatracker.ietf.org/wg/masque/about/
EToSat Mailing List
https://www.ietf.org/mailman/listinfo/Etosat
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Centre National d’Etudes Spatiales (CNES)
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Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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