Réseau maillé

Dans un réseau maillé ou Mesh, des communications « directes » entre terminaux

sont possibles. Le temps de transmission est ainsi diminué de moitié. Dans le genre de réseau, le rôle de la passerelle ou du NCC, appelé parfois modérateur se restreint à la synchronisation temporelle et l’allocation de bande passante aux terminaux. Les connexions avec les réseaux extérieurs tels qu’Internet ou téléphonie peuvent être réparties sur plus d’un terminal.

Figure I.7 Topologie maillée

Cette répartition des fonctionnalités critiques sur plusieurs terminaux qui peuvent dans l’absolu avoir tous le rôle de Gateway réduit considérablement la vulnérabilité du système.

Toutefois, les réseaux Mesh requièrent des satellites performants disposant de

fonctionnalités avancées telles que le routage et la commutation à bord.

En dépit des avantages qu’il apporte, ce genre de réseau n’est pas encore très répandu. Les satellites avec traitement à bord sur lesquels il repose ne sont toujours pas assez développés pour raisons techniques mais surtout pour des raisons de coûts. D’autre part, les terminaux

Mesh incluant des fonctions avancées et donc onéreuses résistent peu au passage à l’échelle.

Il est toutefois possible de combiner ces deux topologies pour aboutir à des configurations

mixtes de réseaux satellites. Le groupe de travail BSM (Broadband Satellite Multimedia) de

l’ETSI distingue ainsi plusieurs familles de systèmes satellite combinant une topologie

maillée et étoilée définis dans [18] ainsi que plusieurs types de satellite avec ou sans

intelligence embarquée.

I.3.3 La couverture du satellite

La majorité des satellites de télécommunications actuellement en orbite assure une couverture mono faisceau. Conçus pour la diffusion de programmes TV, l’objectif était de s’étendre sur la zone la plus large possible puisque le même message est envoyé à tout le monde. Toutefois, le gain était limité par l’angle d’ouverture de l’antenne en plus d’une mauvaise utilisation du spectre de fréquences allouées. Ceci constitue une contrainte à l’augmentation du débit nécessaire à la transmission de services interactifs (Internet, VoIP,

VoD…). Une couverture mono faisceau avec une petite ouverture d’antenne et donc concentrée sur une zone moins étendue apporte certes un meilleur gain mais ne permet pas de couvrir une multitude de terminaux géographiquement distants.

Les techniques multi faisceaux concilient ces deux solutions. La couverture du satellite est

étendue par la juxtaposition de plusieurs faisceaux ou spots. Chaque faisceau offre ainsi un

gain d’autant plus élevé que l’ouverture d’antenne est réduite. Ainsi, pour une taille d’antenne équivalente le terminal bénéficie d’un débit supérieur. D’autre part, avec un signal de meilleur gain, le recours aux bandes de fréquences élevées comme la bande Ka se trouve désormais simplifié. Cette technique permet notamment une multiplication virtuelle du nombre de fréquences en réutilisant la même fréquence sur des spots non adjacents pour un usage optimisé du spectre.

Monofaisceau large

Monofaisceau

étroit ^{Multifaisceaux}

Couvertures satellite

Figure I.8 Couverture mono faisceau et multifaisceaux

Néanmoins, un système multi faisceau pose des défis technologiques complexes résidants essentiellement dans les interférences qu’il pourrait engendrer entre différents spots en plus de la difficulté de la mise en place d’un système de saut de transpondeur

(transponder hoppping) afin de permettre à une Gateway située dans un spot x d’émettre du

trafic dans un spot y. Cette complexité a longtemps contraint le développement et la diffusion

de cette technique qui existe pourtant depuis longtemps (Astra 1H est composé de 32

transpondeurs en bande Ka [19]). Elle arrive à présent à maturité et tend à être implantée

sur un grand nombre de satellites de télécommunications en cours de fabrication. Le satellite KA-SAT dont le lancement est prévu 2010 par Eutelsat, totalisera 82 faisceaux différents en bande Ka dont chacun couvrira une zone de 250 km de diamètre (4 suffiront pour couvrir la

France) [2]

I.3.4 Le traitement à bord

Le rôle des satellites transparents consiste à transposer la fréquence du signal reçu et amplifier sa puissance avant de le retransmettre. L’amplification du signal à bord du satellite permet le recours à des antennes de taille réduite en réception. En revanche, la transposition des fréquences minimise les risques d’interférences entre signaux montants et descendants Une autre catégorie plus sophistiquée des satellites, dits régénératifs, consiste à embarquer

des fonctionnalités avancées à bord (On Board Processing). Leur apport réside dans leur

faculté de démoduler les signaux en bande de base, régénérer le signal, router ou commuter

les paquets, les multiplexer avant de les retransmettre [20].

Le traitement embarqué permet de découpler le bruit introduit sur la voie montante et descendante ce qui réduit par ailleurs la taille des antennes des stations sols. Ce genre de satellites est particulièrement utile pour les réseaux maillés. On tend de plus en plus, du moins dans des projets expérimentaux, à embarquer de l’intelligence à bord du satellite. Le

réseau expérimental Arethuse [21] disposait d’un processeur embarqué comprenant un démodulateur et décodeur multi-porteuses, du routage en Mesh et Star en plus de l’encapsulation ATM vers MPEG. Nous verrons d’une manière plus détaillée ces schémas d’encapsulation dans les chapitres qui suivent.

Les constellations de satellites opérant en orbite MEO ou LEO telles qu’Iridium, GPS, intègrent également de l’intelligence embarquée plus ou moins avancée en fonction du système. Toutefois, on observe que sur les 260 satellites -géostationnaires- de télécommunications civiles en 2008, excepté les satellites INMARSAT et Thuraya en plus de quelques charges utiles expérimentales, seulement 2% des satellites intègrent du

traitement à bord [20]. Au moins à court terme, cette situation n’est pas amenée à changer.

L’évolution permanente des techniques de codage et de modulation d’un côté et des technologies des microprocesseurs d’un autre pendant la durée de vie d’un satellite géostationnaire (entre 15 et 18 ans) remettent constamment en cause les systèmes de traitement à bord des satellites en orbite, en les rendant rapidement obsolètes. Les satellites régénératifs restent coûteux en raison de la complexité des systèmes (processeurs, redondances..) qu’ils embarquent d’autant plus qu’il serait difficile de mettre à jour un satellite géostationnaire à 36000 km de la terre.

I.3.5 Bande de fréquences et bande Ka

Les signaux de télécommunications par satellite se transmettent via les ondes radioélectriques ou hertziennes ayant une fréquence entre 9kHz et 3000 GHz et ne nécessitant pas de guides artificiels. Régulé par l’Union Internationale des Télécommunications, le spectre radio est divisé en neuf bandes de fréquence. La figure 1.9 résume les principales bandes de fréquences. Les désignations ainsi que la segmentation des bandes de fréquences peuvent varier d’un organisme à un autre

Figure I.9 Les différentes bandes de fréquences satellite

Comme la qualité du signal se dégrade à mesure que la fréquence augmente, les bandes basses comme les bandes L ou S sont particulièrement convoitées et précieuses. Elles sont également utilisées aussi bien pour les réseaux terrestres que pour les réseaux satellite.

La bande L sert principalement aux services mobiles par satellite MSS (Mobile Satellite

Services).

Bien que légèrement sensible aux perturbations introduites par les conditions de propagations, la bande C est l’une des premières à avoir été utilisée pour les applications

commerciales par satellite et les services fixes FSS (Fixed Satellite Services), en raison de la

La croissance du nombre de technologie sans fil (GSM, Wifi, Wimax, UMTS…) et satellite exploitant ces bandes basses a entrainé la saturation du spectre autour de ces fréquences y compris la bande Ku. L’avènement de normes et de technologies certes plus performantes comme le MPEG4 pour la HDTV toujours plus gourmandes en bande passante, a exacerbé cette tendance. La réaction de la communauté satellite fut donc de

mettre en œuvre des systèmes capables d’utiliser la bande Ka (18-40 GHz)1. Par ailleurs et

alors même que la mise en place des systèmes en bande Ka n’est qu’à son début, on réfléchit déjà à recourir aux bandes à plus courtes longueurs d’ondes comme la bande Q/V (37 et 50 GHz).

En dépit d’une forte sensibilité aux conditions atmosphériques, la bande Ka présente des avantages multiples. Elle dispense les opérateurs satellites des autorisations d’émettre et de recevoir comme tel est le cas s’il y a des opérateurs terrestres sur là même bande. L’ITU a

alloué les fréquences 17,2-21,2 et 27,5-31 GHz pour les services fixes par satellites (FSS)

[22]. Cette allocation a aussi l’avantage d’une bande passante de 2,5 GHz largement supérieure à celle offerte par les bandes inférieures et adaptée aux flux multimédia sensés être transmis. De plus, certaines sous-bandes comme 18,4-18,6 GHz et la 18,8-19,7 GHz ne nécessitent pas de coordination inter-réseaux avec les satellites d’observation de la terre ni avec les satellites mobiles (non GEO) et sont donc particulièrement intéressantes pour les

services de télécommunications [22]. En plus et comme le diamètre des antennes est

inversement proportionnel à la fréquence, la bande Ka est adaptée aux terminaux VSAT avec des petites antennes de quelques dizaines de centimètres de diamètres.

Cependant et comme toutes les bandes à fréquences élevées, la bande Ka subit de fortes dégradations dues à la pluie, aux nuages et aux gaz atmosphériques. Des études de caractérisation des niveaux d’atténuation pour les hautes bandes de fréquences ont fait apparaître de grandes dégradations de la qualité des signaux radios, jusqu’à 40 dB

d’atténuation à 40 GHz [23].

Figure I.10 Atténuations dues à la pluie (A), au brouillard (B) ,aux gaz atmosphériques (C) [23]

En conséquence la qualité de service à fournir se trouve fortement détériorée. La mise en place de procédés techniques qui compensent ces atténuations et recouvrent les pertes en puissances subies par le signal sont donc nécessaires. Certaines de ces techniques sont largement abordées au cours des chapitres qui suivent.

1 La bande Ka (18 - 40 GHz) dont il est question regroupe la bande K (18-27 GHz) de SHF et la bande Ka (27-40 GHz) d’EHF.

I.4.Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons retracé les principales étapes de l’évolution des systèmes de télécommunications par satellite. Nous avons notamment tenté de relever les principaux facteurs qu’ils soient techniques ou non ayant permis au satellite de prendre sa place en tant que technologie d’accès au sein d’une infrastructure NGN centrée autour de l’IP.

De plus, nous avons présenté les caractéristiques essentielles des réseaux satellite amenés à acheminer des flux IP bidirectionnels. Dans le chapitre qui suit, nous étudions spécialement les contraintes à la transmission du trafic IP par satellite. Nous nous intéressons également à l’ensemble des solutions qui ont été trouvées pour le faire.

II. Le satellite comme support de l’IP, difficulté de la mise