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RTO-MP-IST-062 14 - 1 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/

RTO-MP-IST-062 14 - 1 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION Gestion globale de la QoS et de l’allocation des ressources dans un système NCA Mélanie MONIER EADS Defence and Security Systems Rue Jean-Pierre Timbaud – Montigny le Bretonneux 78063 ST QUENTIN EN YVELINES Cedex FRANCE melanie.monier@eads.com RESUME Conçu pour répondre aux futurs besoins de communication des Forces, le Nœud de Communication Aéroporté permet d’interconnecter des réseaux hétérogènes sur le champ de bataille. Le NCA s’inscrit à ce titre dans le contexte NCO actuel. Basé sur des protocoles standards du monde IP et sur une forme d’onde originale du type WCDMA, il offre un moyen interopérable haut débit et robuste de communication sur une zone de couverture étendue (typiquement 200 kilomètres de diamètre), en contexte Guerre Electronique. Le système est composé d’une charge utile embarquée dans un porteur à haute ou moyenne altitude (20 000 mètres), et d’au maximum 50 passerelles de surface mobiles (plate-formes terrestres ou navales). Sa capacité globale est de 100 Mbit/s, et chaque passerelle sol peut transmettre jusqu’à 20 Mbit/s. Afin d’optimiser l’utilisation de la capacité globale du NCA, il est nécessaire de partager les ressources du nœud aéroporté. La solution choisie par EADS permet d’ajuster à tout instant, automatiquement et dynamiquement les ressources, en fonction des besoins des utilisateurs. En parallèle de cette allocation dynamique des débits, un mécanisme de gestion global de la QoS est mis en œuvre. Celui-ci permet de réaliser l’allocation des ressources non seulement en fonction du volume de trafic transmis par chaque passerelle, mais aussi en fonction du type de données transmises. Il est ainsi possible de privilégier certains flux. Ce mécanisme de gestion globale de la QoS est associé par ailleurs à des mécanismes standards de gestion de la QoS du monde IP. Cet article présente plus en détails la problématique de gestion de la QoS et la solution implémentée par EADS dans le système NCA. Monier, M. (2006) Gestion globale de la QoS et de l’allocation des ressources dans un système NCA. Dans Gestion dynamique des communications (pp. 14-1 – 14-14). Compte rendu de réunion RTO-MP-IST-062, Communication 14. Neuilly-sur-Seine, France : RTO. Disponible sur le site : http://www.rto.nato.int/abstracts.asp Cliquez ici pour visualiser la présentation Gestion globale de la QoS et de l'allocation des ressources dans un système NCA 14 - 2 RTO-MP-IST-062 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION ABSTRACT Global Qos and Dynamic Resource Allocation iIn Airborne Communication Node The Airborne Communication Node (ACN) has been developed in order to respond to the future communication needs on the battlefield, and to fit with the new Network Centric Operations considerations. Based on standard IP protocols, it provides interoperability and communications to heterogeneous networks, on a large coverage area (typically 200 km diameter). Composed of an airborne payload and up to 50 surface gateways, ACN provides Forces with high data rate and secure communications, even in strong Electronic Warfare conditions. The global capacity of the node is 100 Mbps, and each surface gateway can transmit up to 20 Mbps. In order to optimize the global capacity, it appears necessary to share in a smart way the resources of the node. The solution chosen in the ACN is to implement a dynamic and automatic resource allocation, with a constant assessment to users needs. In relation to this dynamic resource allocation mechanism, a global QoS mechanism has been developed. This mechanism allows ACN to allocate resources considering not only the volume of traffic, but also the type of traffic that each surface gateway can transmit. In that way, all kind of applications (voice, visioconference, multimedia,…) can be transmitted with the adequate QoS; and some flows, considered like “priority flows” can be protected. It is important to notice that this global QoS mechanism works in parallel with IP standard QoS mechanisms. This paper, fitting with the sessions “Adaptive Network Management”, is in the scope of the IST Symposium. It will describe in details the QoS problematic and the solutions implemented in the ACN, The simulations realized to validate this new concept will also be discussed. 1.0 INTRODUCTION Les doctrines NCW et NCO placent l’information au cœur de la guerre et en font un instrument de suprématie militaire. Les futurs systèmes de communication doivent offrir un réseau sécurisé et robuste afin d’optimiser les échanges d’information entre tous les acteurs des Forces déployées. Le réseau doit permettre d’interconnecter les senseurs, les décideurs et les systèmes d’armes, rendant les échanges d’informations plus rapides et augmentant ainsi le tempo des missions. D’importants challenges doivent donc être relevés pour parvenir à un niveau satisfaisant, tant sur le plan des performances que de la sécurité, de la supervision d’un tel réseau, de son interopérabilité, ou encore de sa flexibilité d’emploi et de sa capacité d’adaptation à des situations éventuellement imprévues. Ce changement impacte toute la chaîne de communication et doit être pris en compte dès la conception des futurs systèmes de communication. En effet, les informations échangées sont aujourd’hui hétérogènes : voix, vidéo, visioconférence, messagerie, transfert de fichiers, etc… Les volumes d’information échangés sont donc non seulement de plus en plus importants, mais les différents trafics ont de plus des exigences différentes en terme de qualité de service. Le protocole IP s’est progressivement imposé comme le protocole de référence pour le transport des données, tant sur le plan civil que militaire. Actuellement, son domaine d’application s’étend non seulement au transfert de données, mais également aux applications temps réel, comme la VoIP ou la visioconférence. Gestion globale de la QoS et de l'allocation des ressources dans un système NCA RTO-MP-IST-062 14 - 3 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION Le Nœud de Communication Aéroporté (NCA) est développé dans cet axe : il doit permettre de répondre aux besoins des armées à l’horizon 2015, en fournissant une interconnexion très haut débit entre des plate- formes ou sous-réseaux mobiles. Nativement basé sur des protocoles standards du monde IP, le NCA est par nature interarmées et interopérable avec tout autre système de communication basé sur IP. Figure 1 : Nœud de Communication Aéroporté 2.0 NCA – PRESENTATION GENERALE Le Nœud de Communication Aéroporté est composé : • d’une charge utile embarquée dans un porteur haute altitude (typiquement 20 000 mètres) • et de plusieurs passerelles sol. Celles-ci sont mobiles et peuvent être embarquées sur des plate- formes terrestres ou navales. Elles peuvent être considérées comme des têtes de réseau, permettant de raccorder au système NCA un ou plusieurs sous-réseaux. Les interfaces au niveau des passerelles sont des interfaces standards IP/Ethernet. Jusqu’à 50 passerelles sol peuvent être connectées au nœud aéroporté. Un système de gestion de l’ensemble du système est par ailleurs intégré à l’une des passerelles. Gestion globale de la QoS et de l'allocation des ressources dans un système NCA 14 - 4 RTO-MP-IST-062 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION Charge utile embarquée Passerelle Sol Interface IP/Ethernet Système NCA Passerelle Sol Passerelle Sol Passerelle Sol Sous-réseau Sous-réseau Réseau Radio Antenne Réseau Radio Antenne Figure 2 : Architecture du système NCA Chaque élément (charge utile ou passerelle sol) est composé de trois sous-ensembles : • un sous-ensemble radio, • un sous-ensemble réseau, • et une partie antennaire. Du point de vue réseau, les sous-ensembles radio et antennaires étant transparents, le réseau a une topologie en étoile, centrée sur le routeur de la charge utile embarquée. La capacité globale du système est de 100 Mbit/s, chaque passerelle sol pouvant avoir une capacité maximale de 20 Mbit/s. Une forme d’onde originale et propriétaire, du type WCDMA a été développée, afin de fournir un accès multiple robuste en contexte Guerre Electronique : discrétion maximale vis à vis des intercepteurs, protection contre le brouillage. Le NCA offre ainsi les mêmes avantages qu’un satellite très basse altitude : il permet d’établir des communications haut débit sur des zones ou les infrastructures sont inexistantes ou détruites. La zone de couverture est relativement large (de l’ordre de 200 kilomètres de diamètre). Cependant, le NCA permet de s’affranchir de certaines contraintes inhérentes aux systèmes satellitaires tels que les contraintes de déploiement ou encore les coûts. Un démonstrateur NCA est actuellement réalisé par EADS Defense & Security Systems, sous contrat DGA (Délégation Générale pour l’Armement). Ce démonstrateur doit permettre d’une part de valider la faisabilité d’un tel système et d’autre part de confirmer l’intérêt opérationnel du NCA ; les premières démonstrations (essais en vol) sont prévues en octobre 2006. Le porteur utilisé pour ces démonstrations est un avion piloté (TBM 700). Gestion globale de la QoS et de l'allocation des ressources dans un système NCA RTO-MP-IST-062 14 - 5 SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION SANS CLASSIFICATION/SANS RESTRICTION Les performances du démonstrateur sont réduites par rapport aux performances du système cible : la capacité totale est de 20 Mbit/s, le nombre maximum de passerelle est de 10 et le débit maximum par de chacune est 10 Mbit/s. Le porteur évolue à 10 000 mètres et la zone de couverture est de 100 km de diamètre. Ces performances sont cependant suffisantes pour valider le concept et l’apport d’un NCA. 50 gateways Σ 100 Mbps 20 Mbps / gateway uploads/Management/ mp-ist-062-14.pdf