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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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Systems exploiting satellites in geostationary orbit see their throughput increased to provide offers comparable to those of terrestrial systems. This increase in throughput, combined with the intrinsic latency of these systems, impacts congestion controls such as TCP. In order to make full use of the available capacity, these systems split the TCP connections into sub-segments to use suitable congestion control on the satellite segment. The end-to-end deployment of QUIC calls into question these adaptations, as it is based on UDP. This article therefore analyzes the issues relating to the end-to-end deployment of QUIC in satellite networks.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
TCP | QUIC | SATCOM
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Conclusion
Le déploiement de QUIC est une opportunité pour améliorer la qualité d'expérience lors de l'exploitation des accès haut débit par satellite. En effet, l'établissement rapide de connexions sécurisées réduit le temps de transmission des fichiers courts. De plus, la suppression des proxys TCP (PEP) réduirait le coût du réseau cœur et améliorerait l'intégration des systèmes satellitaires dans les systèmes terrestres.
Cependant, les contrôles de congestion et de flux aux points d'extrémité ne sont pas toujours adaptés aux communications par satellite en raison du « produit bande passante délai » élevé. Une acceptation plus poussée de QUIC dans les systèmes satellitaires serait garantie si ses performances dans ces cas d'utilisation spécifiques sont améliorées.
Cet article n’a pas considéré les accès satellites basés sur une constellation de satellites en orbite basse. L’impact du déploiement de QUIC sur une constellation de satellites en orbite basse serait similaire pour un contexte de réseau cellulaire, du fait de la latence faible et variable. La caractéristique principale de la présente discussion est liée au « produit bande passante délai » élevé pour les systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire et n'est donc pas transposable à un système exploitant une constellation de satellites en orbite basse.
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Conclusion
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).
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(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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