Support des applications multimédia dans les réseaux de prochaine génération

Les applications multimédia sont devenues tellement populaires que certaines d'entre elles sont utilisées quotidiennement par les usagers. Cette popularité peut être attribuée à plusieurs facteurs, tels que la diversification du contenu et des services offerts, l'accès en tout temps grâce à la mobilité et à la nomadicité, ainsi qu'aux avancées au niveau des architectures et des protocoles utilisés, afin de supporter les requis plus exigeants de ces applications. Par exemple, ce qui était jadis un simple appel téléphonique, se transforme désormais en une vidéoconférence, permettant à un nombre dynamique d'usagers d'y participer. Un autre exemple d'application multimédia, qui connait également un essor fulgurant, est IP TeleVision (IPTV), soit la technologie permettant la transmission de la télévision, en direct et sur demande, sur des réseaux IP. On retrouve également sa version mobile, soit Mobile IP TeleVision (MobileTV). Du côté des opérateurs, le focus est mis sur le déploiement des réseaux de prochaine génération. Les opérateurs sans-fil se tournent vers les technologies cellulaires de quatrième génération, telles que 3GPP Long Term Evolution (LTE), alors que ceux qui offrent les services filaires regardent plutôt vers les réseaux basés sur la fibre optique, tels que Fiber to the Home (FTTH). Ces réseaux promettent d'augmenter le débit offert, ainsi que de réduire la latence, soit deux critères importants pour le déploiement des applications multimédia à grande échelle. Malgré ces avancées technologiques, il existe encore plusieurs obstacles au bon fonctionnement des applications multimédia. Dans cette optique, cette thèse se penche sur trois problématiques importantes dans les réseaux de prochaine génération, chacune faisant l'objet d'un article scientifique. Les deux premiers volets s'attardent sur la convergence des réseaux fixes et mobiles, ou Fixed-Mobile Convergence (FMC). Cette convergence vient brouiller la distinction entre les réseaux mobiles et les réseaux fixes. Entre autre, elle permet à un usager d'avoir accès à ses services, autant sur le réseau cellulaire (LTE, par exemple) que sur un réseau local (Wireless Fidelity (WiFi), par exemple). Pour s'y faire, l'usager est généralement muni d'un terminal pouvant se connecter sur les deux réseaux. La première problématique soulevée dans cette thèse est au niveau de la prise de décision de la relève. En effet, les deux protocoles de mobilité les plus populaires, soit Mobile IP (MIP) et Proxy Mobile IP (PMIP), adoptent deux approches diamétralement opposées. Avec le premier protocole, ce sont l'usager et son terminal qui prennent entièrement en charge la relève. Même si cette approche permet la FMC, les opérateurs préfèrent plutôt garder le contrôle sur la prise de décision, afin de pouvoir optimiser leur réseau. En effet, avec MIP, beaucoup de messages de signalisation sont envoyés, ce qui gaspille des ressources réseaux, surtout au niveau de l'accès radio, la partie la plus précieuse du réseau. De plus, en ne sollicitant pas le réseau, le terminal ne prend pas nécessairement les meilleures décisions. Il peut donc basculer vers un réseau qui est plus chargé et qui ne garantit pas nécessairement ses exigences au niveau de la qualité de service. De ce fait, le protocole PMIP a été proposé. Son approche est exactement à l'opposé de celle de MIP, soit la mobilité qui est entièrement gérée par le réseau. De ce fait, la mobilité est masquée au niveau du terminal, qui pense toujours se trouver dans son réseau mère. Grâce à l'ajout de nouveaux nœuds dans le réseau, qui gèrent la mobilité à la place du terminal, on élimine la signalisation sur l'accès radio. De plus, les informations supplémentaires que le réseau détient lui permettront de prendre une meilleure décision. Par contre, le problème avec ce protocole est que, sans l'intervention du terminal, il lui est impossible de détecter toutes les situations de relèves. Dans plusieurs cas, le réseau fixe de l'opérateur est masqué par un réseau interne, par exemple un réseau WiFi, et la détection de ce réseau n'est possible que grâce à l'intervention du terminal. Ainsi, PMIP n'est pas un protocole qui se prête bien au déploiement de FMC. Le premier article, qui s'intitule « Client-Based Network-Assisted Mobile IPv6 », s'attaque donc à ce problème, en proposant un nouveau protocole, basé sur Mobile IP v6 (MIPv6), et qui introduit l'implication du réseau. Le résultat obtenu est un protocole hybride qui combine les avantages de MIPv6 et de Proxy Mobile IP v6 (PMIPv6). Pour s'y faire, deux étapes ont été nécessaires. La première consiste en une refonte du protocole MIPv6 qui, dans son état actuel, était difficile à modifier, à cause de ses spécifications qui sont lourdes. Le résultat de cette étape est un protocole beaucoup plus léger et offrant uniquement les fonctionnalités de base. Les autres fonctionnalités, telles que les mécanismes de sécurité, ont été séparées dans des modules. En deuxième lieu, un nouveau module a été proposé, qui introduit un nouveau nœud dans le réseau, capable de gérer la mobilité du terminal. Ainsi, la collaboration entre le terminal et ce nœud permet de réduire les messages de signalisation et d'optimiser les décisions au niveau des relèves, tout en offrant le support pour FMC. La deuxième problématique, sur laquelle la thèse porte, se trouve au niveau de la transparence de la relève entre les deux réseaux. On parle d'une relève qui est transparente si cette dernière n'engendre aucune interruption des services de l'usager. Par exemple, un appel en cours, qui est démarré sur le réseau cellulaire, ne doit pas être interrompu lorsque la connexion bascule sur le réseau local, et vice-versa. Les applications visées, par notre travail, sont les applications multimédia en temps réél, notamment IPTV et MobileTV (en mode télévision en direct). Ces applications emploient des protocoles de multidiffusion permettant l'envoi optimisé de données à partir d'une ou de plusieurs sources vers plusieurs destinataires, avec un nombre minimal de paquets. Le problème avec ces applications est que, lorsqu'une relève verticale survient (dans le cadre de FMC par exemple), la connexion est rompue et doit être réétablie. Ceci est dû au fait que le terminal change son adresse IP, ce qui le force à rejoindre ses services à partir de la nouvelle adresse. Cette déconnexion résulte en une perte de paquets, se traduisant par une interruption de l'application de l'usager. Le second article, qui s'intitule « Seamless handover for multicast Mobile IPv6 traffic », propose une solution à ce problème. Cette solution consiste en l'ajout d'un nouveau nœud, dans le réseau, dont le rôle est de mettre en tampon les paquets perdus, lors de la relève du terminal. Ainsi, lorsque ce dernier recouvre sa connectivité, il est en mesure de récupérer ces paquets auprès de ce nœud. L'application de l'usager se déroule alors sans interruption. La troisième problématique abordée dans cette thèse porte sur la planification des réseaux d'accès, afin de supporter les requis des applications multimédia au niveau du débit. Pour que la FMC soit réussie, il faut que le réseau local puisse supporter les débits nécessaires de l'application. Le réseau WiFi interne n'étant généralement pas un problème, la limitation se trouve plutôt au niveau de l'accès filaire. Afin d'augmenter les débits offerts, les opérateurs ont introduit la fibre optique dans leurs réseaux, complémentant ainsi les méthodes traditionnelles, tels les paires de cuivre torsadées et le câble coaxial. Ainsi, de nouvelles technologies optiques hybrides ont été proposées. Dans un contexte o`u une infrastructure est déjà existante, le choix d'une technologie hybride est très attrayant, car l'opérateur peut rentabiliser son investissement précédent, minimisant ainsi le coût de la mise à jour. Par contre, dans un environnement vierge, il n'existe pas d'infrastructure à réutiliser. Le consensus, dans un tel scénario, est que la meilleure technologie à déployer est celle qui n'emploie que des liens en fibre optique, car elle offre les meilleurs débits ainsi que la plus grande flexibilité au niveau de l'évolutivité. La différence, au niveau du coût, devient moins grande et n'est plus nécessairement le critère principal au niveau du choix de la technologie à déployer. Une des difficultés, qui compliquent la planification, est que ces réseaux sont souvent déployés par les opérateurs, en phases. La planification doit être alors dynamique et prendre en considération la nature évolutive de la demande des clients. Le troisième article, qui s'intitule « Dynamic Greenfield Fiber to the Home Planning », propose donc une modélisation dynamique du problème de planification des réseaux d'accès en fibre optique. Le résultat est un modèle mathématique linéaire, en nombres entiers, qui prend en entrée des paramètres, tels que les demandes des clients, et qui produit la planification minimisant le coût total du réseau et ce, sur plusieurs phases. Les résultats numériques obtenus en simulant notre modèle montrent sa supériorité par rapport aux méthodes séquentielles existantes.