Etat de l’art des techniques « Cross-Layer »

Comme présenté dans le chapitre précédent, les architectures OSI appliquée dans l’ATN ainsi que TCP/IP sont toutes deux basées sur un concept « en couches ». C’est-à-dire que chaque couche

réalise un ensemble de fonctions spécifiques en utilisant des services fournis par la couche inférieure et offrant des services à la couche supérieure. Les protocoles dans ces architectures sont conçus de façon indépendante les uns des autres. Les communications entre les couches non-adjacentes ne sont pas permises de façon à garantir la modularité de l’architecture. Cependant, cette approche stricte ne convient pas toujours notamment dans le contexte des réseaux sans fils qui imposent des contraintes particulières liées à la couche physique. Les inconvénients principaux sont suivants [GIO 07] :

• Les exigences de performances des services sont définies dans la couche applicative, mais

cette définition ignore les considérations de performances globales qui dépendent généralement des couches basses.

• Les informations importantes peuvent être perdues pendant la conversion couche par couche. • Les couches sont optimisées, mais on peut supposer que les communications entre elles

peuvent éventuellement apporter des gains de performances

Pour optimiser les performances globales des systèmes de communication, l’approche « Cross- Layer » est donc de plus en plus souvent proposée. Dans [SRI 05], l’approche « Cross-Layer » est défini comme suit : elle est une conception des protocoles qui ne se conforme pas exactement à l’architecture de communication de référence. Plus précisément, le but de l’approche « Cross- Layer » est de fournir des interactions et/ou des adaptations entre couches différentes non nécessairement adjacentes afin d’améliorer les performances globales.

V.2.1

Différentes catégories de « Cross-Layer »

Dans la littérature, il existe plusieurs façons de mettre en œuvre des techniques « Cross-Layer ». Un panorama des différents types de « Cross-Layer » est présenté dans [SRI 05] :

• Type 1 : introduire des nouvelles interfaces (Figure V-14)

Les nouvelles interfaces sont utilisées dans ce type de « Cross-Layer » pour partager des informations entre les couches. Ce type peut être encore raffiné en trois sous-classes selon la direction d'informations :

1. Interface “Top-Down” : permet aux couches hautes de configurer un paramètre d’une couche inférieure. Par exemple : la VoIP (voix sur IP) est une application qui est très

sensible au délai de transmission. Elle peut annoncer son exigence de délai à la couche de liaison afin que ce dernier puisse envoyer les paquets correspondants avec une priorité élevée.

2. Interface “Bottom-Up”: est proposée quand un protocole de haut niveau a besoin des informations des niveaux inférieurs. Elle permet une signalisation explicite d'une couche inférieure à une couche supérieure. Par exemple : cette interface ascendante est appropriée pour la mise en œuvre de l’ACM. Puisque dans ce cas, les informations peuvent être envoyées aux couches supérieures pour prendre en compte des adaptations dynamiques qui se sont déroulées en couches inférieures [SKI 07].

3. Interfaces Boucle : sont des interfaces bidirectionnelles qui permettent une collaboration entre deux couches.

Nouvelle Interface “Top-Down” Nouvelle Interface “Bottom-Up” Nouvelles interfaces Boucle Nouvelle Interface “Top-Down” Nouvelle Interface “Bottom-Up” Nouvelles interfaces Boucle

Figure V-14 : Différentes conceptions de « Cross-Layer » - Type 1.

• Type 2 : fusionner les couches adjacentes (Figure V-15)

Combiner plusieurs couches adjacentes dans une seule « super couche» est la deuxième catégorie de technique « Cross-Layer ». Elle permet à cette « super couche» de dialoguer directement avec les couches qui restent dans la pile protocolaire par des interfaces déjà existantes. Certains travaux ont déjà montré la tendance à ignorer la frontière entre des couches adjacentes (par exemple entre la couche physique et MAC). Cependant, il n’y a pas de proposition explicite pour cette méthode jusqu’à présent.

Cette méthode permet d’optimiser les couches par des pré-configurations de comportements au début de la conception. C’est-à-dire, de concevoir une couche en prenant en considération les autres couches. Le problème qui se pose est qu’il est impossible de modifier une couche sans adaptation des autres couches qui lui sont associées.

• Type 4 : calibrer verticalement les couches (Figure V-15)

Le dernier type de « Cross-Layer » consiste à calibrer les paramètres en traversant plusieurs couches. Généralement, les performances d’une application peuvent être considérées comme une fonction dont les paramètres dépendent de toutes les couches inférieures. Les réglages conjoints permettent d’obtenir de meilleures performances qu’avec des réglages indépendants. Les paramètres peuvent être statiquement configurés en début de la conception avec une optimisation à l'esprit ; ils peuvent être aussi adaptés dynamiquement pendant les exécutions. Cependant, pour les réglages dynamiques, des « en-têtes » ou des fonctions supplémentaires sont indispensables pour assurer que les paramètres soient correctement mis à jour.

couche optimisée couche optimisée • Type 2 : • Fusionner les • couches adjacentes Type 3 : préconfigurer les couches • Type 4: • Calibrer verticalement •les couches “Super Layer” couche optimisée couche optimisée • Type 2 : • Fusionner les • couches adjacentes Type 3 : préconfigurer les couches • Type 4: • Calibrer verticalement •les couches “Super Layer”

Figure V-15 : Différentes conceptions de « Cross-Layer » - Type 2, 3 et 4.

V.2.2

Les architectures « Cross-Layer »

Dan la section précédente, nous avons présentés plusieurs types de techniques « Cross-Layer » pour l’optimisation globale des performances de système de communication. Dans la suite, nous

montrerons comment ces différentes conceptions de « Cross-Layer » sont mises en œuvre dans les différentes architectures (Figure V-16).

• Communications directes entre les couches

Cette implémentation permet aux couches de communiquer directement entre elles (conception de Type 1 ou Type 4 - dynamique). C’est-à-dire que les variables d’une couche peuvent être connues par les autres. Il existe plusieurs techniques qui permettent les communications directes entre les couches. Par exemple, utilisant des en-têtes de paquets pour transporter des informations « Cross-Layer » ; ou appliquant le protocole ICMP (Internet Control Message Protocol) en envoyant des messages ICMP du bas vers le haut uniquement quand la valeur d’un paramètre est modifiée ; etc. Cependant, les coûts supplémentaires (complexité, réduction du débit, etc.) sont inévitables pour cette implémentation.

• Communications via une base de données partagée

Dans cette architecture, les couches peuvent communiquer entre elles en partageant une base de données commune (on l’appelle aussi l’unité de la gestion des communications Cross-Layer). Cette méthode permet une compatibilité avec l’architecture de référence car aucune modification de protocole ne sera introduite. De plus, elle permet une évolution libre sur la politique de gestion des communications sans la modification des protocoles de couches. En général, cette base de donnée commune peut être considérée comme une nouvelle interface à travers la quelle les informations sont partagées (conception de Type 1). Cette méthode convient aussi à l’approche de Type 4. L’enjeu de cette implémentation est la conception des interactions dans une seule entité commune.

• Communications via un modèle complètement abstrait

La troisième architecture s’abstrait complètement de l’architecture de référence. Elle propose une nouvelle façon d’organiser les protocoles : en groupes, mais plus en couches. Cette architecture permet une grande flexibilité et une richesse d’interactions entre les groupes de protocoles. Par contre, cette approche viole complètement l’architecture de référence en couches et a besoin d’une mise en œuvre absolue.

Communications directes

Communications via une base de données partagée

Communications via un modèle complètement abstrait base de données partagée interface existante nouvelle

interface _{nouveau groupe}

Communications directes

Communications via une base de données partagée

Communications via un modèle complètement abstrait base de données partagée interface existante nouvelle

interface _{nouveau groupe}

Figure V-16 : Implémentations d’interactions « Cross-Layer ».

V.2.3

Techniques « Cross-Layer » dans les systèmes de communication par

satellite

Dans cette section, un aperçu des différentes techniques « Cross-Layer » dans le contexte de réseaux de communication par satellite est présenté. Ces exemples nous permettent de comprendre plus concrètement les mises en œuvre des interactions « Cross-Layer » dans les différents systèmes et de trouver des idées personnelles pour l’optimisation du système étudié. Bien évidemment, dans cette partie, nous nous concentrons plus particulièrement sur les techniques pour la gestion des ressources et l’optimisation des performances. Des informations complémentaires sur ce sujet peuvent être trouvées dans la référence [GIO 07], ainsi que dans le “Special Issue” de la revue internationale des communications par satellite [IJSC 06].