Campagne 2009 Fiche descriptive de la thèse

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1 Campagne 2009 Fiche descriptive de la thèse Encadrant Orange Labs: Abdesselem Kortebi, Sylvain Meyer Adresse électronique de l'encadrant : abdesselem.kortebi@orange-ftgroup.com, sylvain.meyer@orange-ftgroup.com Site: Lannion Sujet de la thèse (Titre): Supervision de la qualité des liens d'un réseau local domestique hybride Contexte global de l'étude et état de l'art La thèse se situe dans le contexte du réseau local domestique (RLD). Il s'agit d'un domaine en plein essor avec l'augmentation des débits des réseaux d'accès (notamment avec le déploiement FTTH), la multiplication des terminaux utilisateurs et des services résidentiels. Le nombre croissant des box Internet (gateway) et des abonnés triple play lors des dernières années en témoigne. Actuellement plusieurs solutions de connectivités s'offrent aux clients, on peut citer parmi elles : PLC (courant porteur en ligne), radio (WLAN et WPAN), filaires (Ethernet RJ45, POF (fibre optique plastique)). Ces technologies présentent des performances différentes en termes de débit, portée, facilité d'installation et disponibilité. Plusieurs études indiquent qu'un débit de l'ordre du Gbit/s devra être garanti à l'horizon 2011 dans le RLD. Ainsi, l'architecture du RLD considérée dans cette étude est une architecture distribuée, par opposition à une architecture centralisée autour de la gateway. En effet, l'idée est d'introduire de nouveaux équipements dans le RLD qui seraient multi technologies (disposant de plusieurs interfaces hétérogènes : PLC, WiFi, POF ) et permettraient d'étendre la couverture très haut débit à l'ensemble du domicile. De plus, ces équipements, appelés extenders, seraient connectés entre eux, formant ainsi un réseau local domestique mesh hybride. Un protocole de sélection de chemin est utilisé afin de router les flux dans le RLD. Par conséquent, le RLD évolue vers un réseau plus complexe. Néanmoins, l'opérateur doit masquer cette complexité pour l'utilisateur tout en apportant une Qualité d'expérience (QoE) satisfaisante. De ce fait, il est important de se doter des outils nécessaires pour la supervision du RLD et d'amélioration de la Qualité de Service (QoS). Afin de répondre à ces exigences, il est important d'estimer la qualité des liens présents dans le RLD via des méthodes de mesure de la bande passante disponible efficaces en tenant compte de l'hétérogénéité des différentes technologies de connectivité susceptibles d'être utilisées. Traditionnellement, les méthodes de mesure de la bande passante sont réparties en 2 catégories : - Méthodes actives : elles se basent sur l'envoi de trafic de 'probe' - Méthodes passives : elles s'appuient sur les paquets de données existants pour effectuer l'estimation Généralement, les méthodes actives sont plus performantes. Par contre, elles présentent l'inconvénient d'être plus intrusives.

2 Objectifs de la thèse/ Résultats attendus/ Défis scientifiques/techniques à relever. Le cœur de la thèse se focalisera sur la proposition d'une méthode de mesure de la bande passante disponible efficace dans le contexte d'un RLD hybride. Plusieurs méthodes d'estimation de la bande passante disponible sont citées dans la littérature. Toutefois, la plupart de ces méthodes sont adaptées à des liens filaires point à point où la capacité est constante. La difficulté liée à l'étude est la considération de media partagés (WiFi et PLC typiquement) répandus dans le RLD où la capacité varie dans le temps. De plus, le débit obtenu par les applications dans ce cas dépend de la contention d'accès au médium résultant de la concurrence entre les différents flux et régie par les couches MACs sous-jacentes (accès en CSMA/CA en WiFi par exemple). Ainsi, dans un premier temps, il s'agit de définir une méthode de mesure performante qui tient compte de la spécificité de ce type de connectivité. A cet effet, il serait envisageable de s'appuyer sur les informations disponibles en couche physique (type de modulation utilisée par exemple) tout en les complétant pour aboutir à une meilleure précision. Par la suite, l'objectif sera d'implémenter la méthode proposée dans les équipements extenders du RLD en choisissant la façon la plus appropriée (logiciel dédié, se baser sur des technologies de type agents par exemple ). Des tests d'évaluation de performance pourront alors être conduits (par expérimentations mais aussi simulations). Enfin, Il est clair que le calcul de la bande passante disponible n'est intéressant que si les résultats sont exploités par d'autres mécanismes pour améliorer leur fonctionnement. Plus précisément, la solution proposée pourra servir comme input afin d'apporter une meilleure QoS aux services véhiculés dans le RLD. En particulier, l'information concernant la bande passante disponible permettrait au protocole de sélection de chemin d'enrichir sa métrique et d'aiguiller les flux sur les liens les moins chargés dynamiquement. En contre partie, la méthode d'estimation pourrait se baser sur des statistiques sur les paquets de contrôle du protocole échangés pro activement par les nœuds du RLD. Un autre domaine d'application pourrait être le contrôle d'admission qui se baserait sur l'information retournée par la méthode de mesure afin d'estimer la qualité des liens et décider de l'acceptation ou pas des nouveaux flux. L'application d'un contrôle d'admission permet de préserver la qualité des flux en cours. Sur un autre volet, on peut aussi imaginer remonter certaines informations fournies par la méthode de mesure sur la qualité des liens du RLD localement ou à distance (au SI) dans le cadre d'une supervision plus générale du RLD pour des raisons de dimensionnement, entre autres (indiquer au client qu'un lien donné est surchargé par exemple). La combinaison de la méthode de mesure proposée avec d'autres mécanismes liés au RLD sera donc aussi à explorer. Ces travaux devraient aboutir à des publications dans des conférences et/ou des journaux internationaux ainsi qu'au dépôt de brevets éventuellement. Approche méthodologique proposée par le responsable technique (Préciser les compétences recherchées nécessaires à l'approche)

3 Les compétences recherchées sont : Des connaissances réseau (TCP/IP) et en matière de protocoles d'accès multiples (CSMA/CA, TDMA en particulier) Des compétences de programmation et outils de simulations Une capacité de synthèse Une faculté à bien rédiger et présenter les travaux (anglais) Autonomie et esprit d'initiative Planning Global du déroulement de la thèse (grandes lignes) Les différentes étapes de la thèse sont : Etude bibliographique sur les technologies de connectivités RLD multiservices et les protocoles MAC associés Etat de l'art sur les méthodes de mesure de la bande passante disponible Etude théorique et proposition d'une solution adéquate Evaluation de la solution par simulation (via NS2 par exemple) Evaluation de la solution par expérimentation sur une plateforme de RLD hybride (après implémentation) Intégration de la solution avec d'autres mécanismes de QoS pour le RLD Contributions secondaires si prévues (participation à des projets collaboratifs) Le projet européen FP7 Omega (en cours jusqu'à fin 2010) travaille entre autres sur le concept d'une couche inter MAC permettant de réaliser une convergence des différentes couches MACs considérées dans le RLD en dessous de la couche IP afin de garantir une QoS satisfaisante. Un des sujets d'études lié à l'inter MAC est la définition d'un module de monitoring des liens. La thèse pourrait contribuer à cette étude.

4 Campagne 2009 Fiche descriptive de la thèse Encadrant Orange Labs: Abdesselem Kortebi, Sylvain Meyer Adresse électronique de l'encadrant : abdesselem.kortebi@orange-ftgroup.com, sylvain.meyer@orange-ftgroup.com Site: Lannion Sujet de la thèse (Titre): Hybrid Home Netwok links quality monitoring Contexte global de l'étude et état de l'art The context of the thesis is home networks. During recent years, home networks constituted a new territory of interest for network operators. Indeed, the appearance of multiple multimedia devices and the availability of higher bandwidth in access networks conduct to more complex home networks leading to an increasing research activity in this fast-growing area. Several connectivity technologies are available for home networks: PLC (Power Line Communications), Wireless (WLAN and WPAN), and Wired (Ethernet (RJ 45), POF (Plastic Optical Fibre). These connectivities offer different performances in terms of throughput, coverage and ease of installation. In this study, we consider a new distributed home network architecture which is based on the introduction of additional equipments, besides the home gateway, called extenders. The extenders are multi technology devices (PLC, WLAN ) that extend the coverage to the whole house. The interconnection of the extenders and the home gateway forms naturally a hybrid (combining various connectivity technologies) mesh home network. A path selection protocol is then used to route flows inside the home network. Therefore, the future home network will present an increasing complexity. However, the operator must ensure its simplicity from a user point of view while guarantying a satisfactory QoE (Quality of Experience). Thus, it is important to rely on efficient tools to monitor the quality of future home networks. More specifically, links quality estimation is an important feature relying on efficient available bandwidth measurement methods that take into account links heterogeneity. Usually, available bandwidth estimation methods are classified as: - Active methods: measures are conducted through probe packets - Passive methods: based on existing data traffic Generally, active methods are more accurate but at the expense of an increased network load. Objectifs de la thèse/ Résultats attendus/ Défis scientifiques/techniques à relever. The main focus of the thesis is the proposition of an efficient available bandwidth estimation method in hybrid home networks context.

5 Various available bandwidth estimation methods are described in the literature. However, most of those solutions are adapted to wired point to point links with constant capacity. In this study, we consider typical home networks media such as PLC and WiFi with time varying capacities. Furthermore, they are shared media where flows contend to have access according to the corresponding MAC layer. Therefore, it is more complicated to deduce the available bandwidth. The first step is to define an appropriate available bandwidth estimation method that takes into account the above mentioned constraints. At this aim, physical layers parameters (such as modulation type for example) could be useful. Then, the proposed solution should be implemented in the extender devices of a testbed using a suitable approach (dedicated software or other tools). Performance evaluation tests will be conducted using the testbed and simulations also. Finally, it is worth mentioning that the proposed available bandwidth estimation solution needs to be combined with other QoS mechanisms for home networks. More specifically, it could be used as: - An input to a QoS metric for the path selection protocol. The flows would be routed through links offering the best available bandwidth for instance. On the other hand, control packets of the path selection protocol may help to calculate the available bandwidth. - An admission control criterion. A home network CAC algorithm may be based on available resources condition to admit new flows. Furthermore, links monitoring may constitute one of the aspects related to the home network management. The capacity and bandwidth information could be updated and provided remotely (to the operator) and locally (to the user) to indicate the home network links quality and give some insights for dimensioning purposes for example. Approche méthodologique proposée par le responsable technique Required skills include: - TCP/IP and MAC (particularly CSMA/CA and TDMA) protocols knowledge - Programming languages and simulation tools - Fluent English (documents redaction and oral presentations) - Autonomy Planning Global du déroulement de la thèse (grandes lignes) The different steps of the thesis are: - State of the art study of multi services home networks connectivity technologies and their associated medium access protocols. - State of the art study of existing available bandwidth estimation methods - Proposition of a new efficient bandwidth estimation solution - Performance evaluation through simulations (via NS2 tool for instance) - Performance evaluation through experiments using a real testbed where the proposed solution could be implemented - Combination of the proposed solution with other home networks QoS mechanisms

6 Contributions secondaires si prévues (participation à des projets collaboratifs) The FP7 European project Omega (which will end in 2010) addresses, amongst other issues, the convergence of heterogeneous connectivities inside the home by mans of an inter MAC layer (located between MAC and IP layers) to ensure QoS. Links monitoring is one of the aspects related to the design of the inter MAC.