La plateforme IP DVB-RCS, architecture et expérimentations

La plateforme IP DVB-RCS

Depuis quelques années, nous assistons à la croissance de la demande de solutions réseaux IP bidirectionnels par satellite. Ce besoin a été alimenté par le caractère incontournable qu’ont acquis les technologies de l’information de communication en parallèle à l’avènement de technologies IP par satellite pérennes et fiables, le DVB-RCS en particulier. En tant, qu’acteur incontournable de l’industrie satellite et intégrateur de solutions VSAT, un des objectifs stratégiques d’EADS Astrium consistait à pouvoir fournir des solutions réseaux multimédia large bande par satellite. Les clients potentiels vers lesquels La plateforme IP DVB-RCS, architecture et expérimentations 54 ces solutions se destinent sont surtout des acteurs de l’industrie pétrolière, les agences de presse, des clients institutionnels tels que les Nations Unis … Le DVB-RCS en tant que nouveau standard VSAT est, depuis quelques années déjà, l’objet de multiples projets de recherche et de développement au sein de l’entreprise. On peut citer Web ou Arethuse [1] à titre d’exemple. Ces expériences ont été le moyen d’étudier la norme et développer les compétences techniques autour. Ce fut aussi la phase de préparation au développement des moyens permettant d’intégrer et d’opérer des réseaux DVB-RCS pour la transmission des applications IP (Internet, e-mail, VoIP…) Ce travail a eu lieu dans le cadre du projet DVB export. La première étape était de définir l’architecture et les caractéristiques d’une solution réseau IP DVB-RCS pour des services voix et de données IP. Ensuite, et en fonction de cette spécification, il fallait sélectionner les solutions industrielles qui implantent les différentes technologies à intégrer au système c’est-à-dire : DVB-RCS, VoIP, chiffrement IPsec…

Principaux critères de spécification

Bâtie autour de la technologie DVB-RCS, le rôle principal du réseau IP DVB-RCS est de servir de support démonstratif pour les services voix et data bidirectionnels par satellite. Nous l’avons donc défini autour des critères suivants :  Fournir un accès bidirectionnel IP avec les différents types d’applications pouvant être acheminées (Internet, LAN-to-LAN, email, transferts FTP…) et la possibilité d’établir des niveaux de priorités entre les différents trafics.  Disposer d’une solution VoIP dont la mise en œuvre prend en considération les caractéristiques du support physique de transmission par satellite avec un échange minimal de signalisation. Elle doit permettre un large choix de codecs afin d’en sélectionner à l’issue des tests ceux offrant les meilleures performances.  Etant donné qu’une part importante du trafic (http, FTP, email…) repose sur TCP comme protocole de transport, une solution d’accélération TCP est nécessaire afin d’atténuer les dégradations des performances du protocole sur un lien satellite. Des PEPs et des accélérateurs TCP implantant des mécanismes tels que ceux décrits dans le chapitre II (taille de fenêtre, spoofing..) ont été intégrés au réseau.  La solution est destinée à des clients professionnels. Par conséquent, la protection des données revêt un intérêt non négligeable. Une piste d’étude fut non seulement de trouver la solution permettant de chiffrer les données simultanément à une accélération TCP mais surtout d’étudier l’impact potentiel du chiffrement sur la qualité du service au sens général en terme de délai, de surcoût en encapsulation et donc en bande passante. A l’ensemble de ces critères s’ajoute une contrainte « système » côté Hub, propre au contexte du projet de l’entreprise. On disposait déjà de l’ensemble des équipements pouvant implanter un lien DVB-S (Aller). La démarche consistait donc à acquérir une solution DVB-RCS suffisamment modulaire de sorte qu’on puisse doter d’une voie Retour RCS, notre lien DVBS existant. Dans ce qui suit, nous présentons les multiples sous-systèmes composant le réseau démonstratif IP DVB-RCS. Cela va de la technologie DVB-RCS, à la solution VoIP en passant par l’accélération TCP et le chiffrement. Nous tentons aussi de montrer clairement les différents liens et interdépendances entre ces sous-systèmes. 

Architecture générale de la plate forme IP DVB-RCS

Le réseau démonstratif IP DVB-RCS suit une topologie en étoile avec une Gateway comprenant plusieurs sous-systèmes et un nombre de terminaux ou plus généralement des segments utilisateurs intégrant plusieurs composants (terminaux satellite, module d’accélération TCP, téléphones IP…) La Gateway joue à ce titre un double rôle. D’une part, elle assure des fonctions de contrôle d’accès au réseau satellite, de gestion et d’allocation de bande passante en plus de la synchronisation temporelle. D’autre part, elle centralise les interfaces de liaisons avec les réseaux externes de téléphonie et d’Internet. Les terminaux forment à leur tour le point d’accès pour les utilisateurs finaux (LAN terrestres) au réseau satellite et par conséquent aux services qui y transitent (accès Internet, VoIP …). Ils constituent également le point de départ de l’ensemble des requêtes de bande passante vers le Hub. Remarque Pour le réseau IP DVB-RCS, un simulateur en bande L simule le lien satellite. Par conséquent, les aspects relatifs à la radio fréquence ainsi que les équipements qui leur sont associés (LNB, BUC, antennes …) ne seront pas abordés dans cette description. Conformément au standard, une porteuse DVB-S est diffusée sur la voie Aller de la Gateway vers les terminaux. Sur la voie Retour, un nombre de porteuses (qui peut varier) selon le schéma MF-TDMA permet aux terminaux d’accéder au lien satellite. Les deux directions du trafic assurent la connectivité IP bidirectionnelle par satellite entre les différents LAN connectés aux multiples terminaux et les réseaux terrestres (Internet et téléphonie) accessibles à travers la Gateway. Le système supporte tous les services à base d’IP tels que HTTP, FTP, VoIP, Vidéo streaming… et plus largement tout type de protocole au-dessus d’IP. Il intègre également les mécanismes essentiels Diffserv permettant d’adapter la qualité de service en fonction des besoins spécifiques des applications. Cet aspect sera traité davantage dans la suite du chapitre. L’architecture suit le schéma classique d’un réseau en étoile (cf. figure 4.1). Pour la décrire nous reprenons la terminologie utilisée au chapitre II et elle consiste en: – Le segment opérateur ou Gateway ou NCC (Network Control Center). Sa définition regroupe l’ensemble des systèmes qui y sont situés (VoIP, PEP9,..) et elle n’est pas restreinte aux seuls composants du réseau satellite.  La Gateway DVB-RCS et NCC ;  Le PABX (Private Automatic Branch eXchange) VoIP ainsi qu’une interface vers le réseau de téléphonie GSM/PSTN ;  Le module de chiffrement des flux IP et d’accélération TCP. ;  Les interfaces avec les réseaux internet et téléphonique. – Le segment spatial, simulé par un ECP (Emulateur de Canaux de Propagation) en bande L (1-2 GHz) 9 Pour des raisons de simplicité de langage, on appellera PEP l’équipement responsable du chiffrement IPsec et de l’accélération TCP. 56 – Le segment utilisateur pour la plateforme de tests, le nombre de terminaux varie entre 2 et 4. Chaque segment utilisateur comprend  Un terminal DVB-RCS ou RCST (Return Channel Satellite Terminal).  Un module d’accélération TCP et de chiffrement des flux IP par IPsec.  Un LAN utilisateur avec un nombre de PCs, de téléphones et de Soft phones IP.