Convergence dans les réseaux satellite

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THÈSE ii Remerciements
J’entame ces remerciements avec le soulagement d’avoir achevé et soutenu ma
thèse.Alafindecettepériodeparticulière,ilconvientdemeretournerenarrièreetdeté-
moignermareconnaissanceauxpersonnesquim’ontsoutenupendantceparcours.Ces
remerciements marquent la fin de trois années de travail, en espérant que les contacts
perdurerontàcetteétapedoctoraleavecdenombreusespersonnes.
Tout d’abord, je remercie mes encadrants académiques André-Luc et Manu, qui
n’ontd’académiquesquelestatut.Ilsm’onttoujourssoutenududébutàlafinetm’ont
largement guidé dans mes choix d’orientation professionel. Ils ont su me donner de
précieux conseils pour avancer et ne pas abandonner dans les moments plus difficiles.
Jelesremercieénormémentpourleurdisponibilitéetleurbonnehumour!Jen’oublierai
jamaislesbonsmomentspassésenCorée,enItalieavecManu,mêmesiuneconférence
en chineavec eux aurait étéencore mieux!Je recommande à Manude faire attentionà
nepasmangertropdeglacespendantlesconférencesetAndré-Lucànepasfinircomme
leconciergedel’IRIT.
Ensecondlieu,jeremercieCédric,encadrantindustrielàThalesAleniaSpace,pour
son encadrement malgré un emploi du temps bien chargé. Il a toujours réussi à se dé-
gager du temps, notamment pendant mes périodes à Thales Alenia Space qui furent
à chaque fois efficace et déterminante pour l’avancement de la thèse. Je le remercie
vraimentpoursabonnehumeurcommunicativequicontribuelargementàlabonneam-
biance de toute l’équipe de recherche de Thales. Je salue d’ailleurs ...

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THÈSE ii Remerciements J’entame ces remerciements avec le soulagement d’avoir achevé et soutenu ma thèse.Alafindecettepériodeparticulière,ilconvientdemeretournerenarrièreetdeté- moignermareconnaissanceauxpersonnesquim’ontsoutenupendantceparcours.Ces remerciements marquent la fin de trois années de travail, en espérant que les contacts perdurerontàcetteétapedoctoraleavecdenombreusespersonnes. Tout d’abord, je remercie mes encadrants académiques André-Luc et Manu, qui n’ontd’académiquesquelestatut.Ilsm’onttoujourssoutenududébutàlafinetm’ont largement guidé dans mes choix d’orientation professionel. Ils ont su me donner de précieux conseils pour avancer et ne pas abandonner dans les moments plus difficiles. Jelesremercieénormémentpourleurdisponibilitéetleurbonnehumour!Jen’oublierai jamaislesbonsmomentspassésenCorée,enItalieavecManu,mêmesiuneconférence en chineavec eux aurait étéencore mieux!Je recommande à Manude faire attentionà nepasmangertropdeglacespendantlesconférencesetAndré-Lucànepasfinircomme leconciergedel’IRIT. Ensecondlieu,jeremercieCédric,encadrantindustrielàThalesAleniaSpace,pour son encadrement malgré un emploi du temps bien chargé. Il a toujours réussi à se dé- gager du temps, notamment pendant mes périodes à Thales Alenia Space qui furent à chaque fois efficace et déterminante pour l’avancement de la thèse. Je le remercie vraimentpoursabonnehumeurcommunicativequicontribuelargementàlabonneam- biance de toute l’équipe de recherche de Thales. Je salue d’ailleurs Fabrice, Erwan, Mathieu, Katia, Zakariya et Isabelle pour leur accueil. La conférence ASMS’08 fut un trèsbonmomentd’échangesenbonnecompagnie. S’il y a une structure à remercier, c’est bien le laboratoire TeSA. En effet, j’y ai passé la grande partie de ces trois ans, parfois la nuit et quelques week-ends. Je re- mercie l’ensemble des personnes pour l’ambiance sympathique autour des repas et de l’organisation du laboratoire : les sécrétaires sans qui on ne pourrait rien faire : Marie- José, Sarah, Yamina; les ingénieurs de TeSA : Will, David, Philippe, Hassan, Tayeb; les autres doctorants : Emmanuel, Lucile, Ferdinand, Mariana, Xavier, Julien, Benja- min, Anchalee, Christophe, Tai. Je n’oublie pas l’incontournable Patrice et les longues conversationspolitiquesetculturelles,sansoublierlesdoyensdulaboratoireFranciset Bernard. iii iv Le deuxième emplacement important de ma thèse fut incontestablement l’IRIT à coté de l’ENSEEIHT, laboratoire de mes encadrants. Je salue toute l’équipe IRT et no- tamment Rahim et Alexandra que je remercie pour ces trois années d’échanges. Merci également à Corinne, Jean-Yves et Nathalie pour leur constante bonne humeur. J’ai ég beaucoup apprécié tous les enseignements effectués à l’ENSEEIHT et les personnes avec qui j’ai partagé cette expérience enrichissante de partage du savoir. Un spécial merci à Julou et Fred pour leur amitié et les nombreux restaurants découverts grâceàeux!Lessoiréesciné-restoetlesjeuxderôlesmagnifiquementportésparJulien sontàchaquefoisdetrèsbonsmoments. Je remercie les membres du jury de s’être déplacé pour juger de mon travail, no- tamment mon collègue actuel Patrick Gélard, le président du jury Fabrice Valois qui a réponduprésentmalgréunesollicitationtardive,PascalLorenzsansquilathèsen’aurait pu être soutenu faute de rapporteur et Thierry Gayraud qui a eu de nombreuses inter- rogationsintéressantessurlathèse.JeremercieégalementWalidDabbousd’avoirémis unavisfavorablepoursoutenirmathèse. Enfin, je remercie mes proches d’avoir eu à supporter ce travail de longue haleine de l’extérieur. J’ai été très touché qu’ils viennent nombreux à ma soutenance de thèse. Jeprofitedecesremerciementspourexprimertoutlebienquejepensed’euxaujourle jouretleurimportancedansmavieetdansmoncoeur. Tabledesmatières Remerciements iii Listedesacronymes xiii Introduction 1 1 RéseauxsatelliteGEO 3 1.1 Caractéristiquesd’unliensatellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.1 LEO,MEO,GEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.2 Transparent/régénératif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.3 RéseauxDVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2 VoieallerDVB-SetDVB-S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.1 Vuegénérale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.2 MPEG2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.3 SignalisationPSI/SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.4 DVB-SetDVB-S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.5 Encapsulationdedonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 VoieretourDVB-RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.1 Vuegénérale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.2 SignalisationDVB-RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.3 ÉtapesdefonctionnementdeDVB-RCS . . . . . . . . . . . . . 17 1.4 ÉvolutiondessatellitesGEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2 Lesarchitecturesdeconvergence 23 2.1 Panoramahistorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1.1 Mondedesopérateursdetélécommunications . . . . . . . . . . 24 2.1.2informatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.1.3 Mondeopérateurvidéo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2 Convergencedescommunications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.1 Définitiondelaconvergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 v vi TABLEDESMATIÈRES 2.2.2 Caractéristiquesgénéralesdeconvergence . . . . . . . . . . . . 29 2.2.2.1 Structureprotocolaire . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.2.2 Simplicité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.2.3 Topologiedistribuée . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.2.4 Intéropérabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.2.5 Interconnexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2.6 QualitédeService . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2.7 Sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2.8 Gestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.3 Solutionsdeconvergencesatellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.1 Convergencedesarchitecturesréseaux . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.1.1 SolutionDVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3.1.2ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.1.3 SolutionEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3.1.4toutIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.3.1.5 SolutionMPLS-MultiProtocolLabelSwitching . . . 41 2.3.2 Convergencefixemobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3.3 Convergenceparlesservices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.3.3.1 ApprocheDVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.3.3.2IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.3.3.3 ApprocheIMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3 SolutionMPLS:casunidirectionnel 49 3.1 ArchitectureIP/MPLSgénérale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.2 Télévisionsurparsatelliteunidirectionnel . . . . . . . . . . . 52 3.2.1 ArchitecturedediffusionTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.2.1.1 Couchesdeservicedetélévision . . . . . . . . . . . 54 3.2.1.2deconvergenceIP/MPLS . . . . . . . . . . 55 3.2.1.3 Couchesd’accèssatellite . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.2 Problématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.2.1 MigrationdelasignalisationPSI/SI . . . . . . . . . . 58 3.2.2.2 Adressageduservicetélévisé . . . . . . . . . . . . . 60 3.2.2.3 Confidentialitéetsécuritédesprogrammes . . . . . . 63 3.2.2.4 Synchronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.2.2.5 Qualitédeserviceetordonnancement . . . . . . . . . 64 3.2.3 Analysedusystème. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.2.3.1 Migrationdepuisunsystèmeactuel . . . . . . . . . . 65réseau: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Migrationdesservices: . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.2.3.2 Analysequantitative . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 TABLEDESMATIÈRES vii Overhead: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Signalisation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Servicesutilisateur: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4 SolutionMPLS:casbidirectionnel 69 4.1 TélévisionsurIP/MPLSparsatellitebidirectionnel . . . . . . . . . . . 70 4.1.1 Problématiquesliéesàlavoieretour . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1.1.1 Organisationsystème . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.1.1.2 OrgprotocolaireissuedeDVB-RCS . . . . 72 ApprocheconservatricedeDVB-RCS: . . . . . . . . . 73d’intégrationavecIP/MPLS: . . . . . . . . . 73 4.1.2 ArchitectureIP/MPLSbidirectionnelle . . . . . . . . . . . . . 77 4.1.2.1 Couchesdecommunicationssatellites . . . . . . . . 77 4.1.2.2IP/MPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.1.2.3 Servicedetélévisionbidirectionnel . . . . . . . . . . 80 Voteorientéfournisseur: . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 VoteTerminal: . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.1.3 Problématiquesdel’architecturechoisie . . . . . . . . . . . . . 82 4.1.3.1 Adressage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 IdentifiantsIP/MPLS/GSE . . . . . . . . . . . . . . . . 83DVB-RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.1.3.2 Résolutiond’adresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.1.3.3 Accèsàlasignalisationdelavoiealler . . . . . . . . 84 4.1.3.4 Migrationdela . . . . . . . . . . . . . 85 4.1.3.5 Synchronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.1.3.6 SécuritéetConfidentialité . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.1.3.7 Compatibilitéunidirectionnelle/bidirectionnelle . . . 88 4.2 Multi-servicessurunearchitectureIP/MPLSsatellitebidirectionnelle . 88 4.2.1 ArchitecturesatelliteIP/MPLStripleplay . . . . . . . . . . . . 89 4.2.2 ServicedeTéléphonie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5 ApplicationauprojetULISS 95 5.1 LeprojetULISS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.1.1 Organisationgénérale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.1.2 Etapesdefonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.2 ConvergenceIP/MPLSdansULISS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.1 Approcheparencapsulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.2compatibleDVB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.2.3 Approched’intégrationaveclesprotocolesIP/MPLS . . . . . . 108 viii TABLEDESMATIÈRES 5.3 Conclusionetperspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Conclusion 111 Bibliographie 113 Listedesfigures 1.1 SystèmeDVB-S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 CodageetmultiplexagedeprogrammesMPEG2 . . . . . . . . . . . . 8 1.3 FormatdelatrameMPEG2-TS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 FonctionnementdusystèmeDVB-S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.5 En-têteGSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.6 SystèmeDVB-RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.7 TramageMF-TDMADVB-RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.8 FonctionnementdeD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.9 ArchitecturemailléetypeAmerhis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1 LaconvergencedesréseauxparIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2 Récapitulatifdel’architectureATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3 ArchitectureUETS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.4 EntréeduréseauMPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5 CœurduréseauMPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6 SortieduréseauMPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.7 Nomadismeetmobilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1 ArchitectureIP/MPLSgénérale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.2 Nouvellearchitecturedediffusionvidéo . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3 Descriptiondesétapesd’untransportdeprogrammestélévisuels . . . . 61 3.4 OverheadenfonctiondunombredepaquetsMPEG2 . . . . . . . . . . 66 4.1 Organisationsystèmedusatellitebidirectionnelenvisagé . . . . . . . . 71 4.2 ApprocheconservatricedeDVB-RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3d’intégrationavecIP/MPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.4 Architecture du service de télévision sur une liaison satellite bidirec- tionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.5 Exemple de déroulement d’un service de télévision interactif orienté fournisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 ix x LISTEDESFIGURES 4.6 Exemple de déroulement d’un service de télévision interactif orienté terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.7 IntégrationdenouveauxservicessurunearchitectureIP/MPLS . . . . . 90 4.8 SessionSIPdecommunicationtéléphoniqueVoIP . . . . . . . . . . . . 91 5.1 Vued’ensembleduprojetULISS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.2 PrincipeduRadioBurstSwitchingdansleprojetULISS . . . . . . . . 97 5.3 OrganisationgénéraledusystèmeULISS . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.4 Etapesdefonctionnementd’ULISS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.5depourl’approchecompatibledeconvergence . 107 5.6 ApprochedeconvergenceaveclesprotocolesIP/MPLS . . . . . . . . . 109