Réseaux Interplanétaires (IPN)et

Réseaux tolérants aux délais (DTN)

Jean­Patrick Gelas/ATER

IPN : InterPlanetary Networks

● Concept de base de l'IPN : construire un « réseau d'Internet » 

● Déployer des Internet standards dans des endroits éloignés (ex: d'autres planètes !)

● Connecter ces Internet distribués via un backbone interplanétaire capable de supporter de très forte latence.

● Créer des passerelles et des relais pour interfacer les environnements de forte et faible latence.

Vinton Cerf«Fat her of the Internet»

158

Comparatif

● Internet est un réseau de réseaux (connecté et bavard), basé sur une épine dorsale (backbone) avec un délai et un taux d'erreur négligeable.

● L' Internet Interplanétaire est un réseau d'Internet déconnectés de store­and­forward, basé sur une backbone sans fil introduisant des délais énormes et des erreurs.

159

Connexion intermittenteConnexion permanente

160

161

Comparatif entre un backbone terrestre et interplanétaire

Terrestre InterplanétaireDélai - d'1sec 10 à 10000 secConnectivité radiante, intermittente

Medium cuivre, fibre espace, high BERDéploiement (prix) «faible» très importantFonctionnement (prix) «faible» important (énergie)Réparation, mise à jour (prix) «faible» très important

filaire, structuré,continu

162

Implications de ces différences...● Le coût d'une transmission est très important● La connectivité intra­backbone peut ne jamais 

être de bout­en­bout– Impossible de s'appuyer sur des protocoles de bout­

en­bout. Besoin de techniques type store­and­forward.

● Le RTT de bout­en­bout peut varier de quelques minutes à plusieurs semaines– Impossible de s'appuyer sur un protocole de 

négociations. Le protocole doit prendre des décisions de manière autonome et local.

163

Long Round Trip Time● Temps de propagation du signal importante :

– longue distance

– constante de la vitesse de la lumière dans le vide

– Donc le délai de propagation du signal est de l'ordre de la minute ou l'heure (plutôt que de la milliseconde).

● Connectivité intermittente naturelle : (vidéo !)

– Les planètes bloquent les ondes radio

– Le mouvement orbital et la rotation des planètes fait que deux entités de communication ne peuvent plus se joindre

– La perte de connexion est donc inévitable

– Mais prévisible des mois et des années en avance ! (éphéméride) 164

Implications d'une connexion intermittente

● Les relais peuvent­être à la frontière de deux épisodes temporel disjoint de connexions  :

– Un relais ne peux se contenter de router les paquets. Il doit aussi pouvoir les stocker, et les transmettre seulement quand une connexion apparaît.

● Une transmission de bout­en­bout doit pouvoir réserver des ressources (buffer de retransmission)  pour la duré complète de la transaction (i.e des jours ou des semaines).

– Donc, les retransmissions doivent­être faite en point à point (entre relais) plutôt que de bout­en­bout.

165

Quelques problèmes à résoudre...

● Synchronisation temporel et prévision

● Pointage des antennes

● Routage

● Contrôle de flux

● Gestion des erreurs, retransmission, reconstruction,...

● Communication persistante lors du reboot d'un système

● Commande de robot dans une situation de grand délai/d'incertitude

● Convention de nommage (DNS ?)

– Vaisseau spatial mobile ?

166

IPN est un membre le la famille émergeant des réseaux DTN

● Sensors webs– ocean monitoring

– atmospheric monitoring

– mars oxydant

– ...

167

DTN : Delay Tolerant Networks

● Définition : Un DTN est un réseau de réseaux régionaux. C'est un overlay au dessus des réseaux régionaux, incluant l'Internet.

● Un DTN suppporte :– l'interopérabilité des réseaux régionaux en s 'accomodant 

des long délais entre (ou dans) les réseaux régionaux,

– en traduisant les caractéristiques de communication entre réseaux régionaux.

● Les DTN accommodent la mobilité et l'énergie limité des appareils de communication sans fils. 168

Les technologies sans fil DTN

● Les technologies sans fil DTN peuvent être diverses :– Radio fréquences (RF)

– Ultra Large Bande (UWB)

– Liaison dégagé optique (laser)

– Acoustique (sonar ou ultrasonic)

169

Internet aujourd'hui● Les systèmes de communication mobile adopte et repose sur les 

technologies de l'internet pour permettre des communications audio/données

● Les technologies commercial d'internet reposent généralement sur un environnement de communication qui fait les hypothèses suivante :

– un chemin de bout­en­bout existe et les noeuds sont toujours alimentés (si un lien est déconnecté les paquets emprunte un autre lien).

– l'énergie, la bande passante, le stockage, l'accès au réseaux sont toujours disponibles

– le dialogue est toujours possible, l'interactivité est «gr atuite»● Dans un réseau spatial ou un réseau terrestre contraint on ne peut pas 

faire ces hypothèses. 170

Pourquoi un réseau tolérant aux délais ?

● De nouveaux type de réseaux apparaissent et ne se conforme pas aux hypothèse de base faite sur l'Internet :

– Connectivité intermittente : s'il n'y a pas de chemin de bout en bout (partitionnement du réseau), un protocole comme TCP/IP ne peut pas fonctionner. Besoin de nouveaux protocole !

– Délais long et variable : du au problème de propagation et aux temps d'attente dans les files des noeud intermédiaires, les protocoles internet et les applications qui compte sur le retour d'ACK rapide ne pourront fonctionner.

– (suite)

171

Pourquoi un réseau tolérant aux délais ?

● (suite) De nouveaux type de réseaux apparaissent et ne se conforment pas aux hypothèse de base faite sur l'Internet :

– Vitesse de transmission asymétrique : Internet supporte une asymétrie modérée (ADSL). Mais dans le cas d'asymétrie importante, cela empêche le bon fonctionnement de protocoles conversationnel.

– Taux d'erreur important : Les erreurs de bit sur une liaison exigent corrections (en ajoutant des bits et du traitement) ou la retransmission du paquet complet (donc plus de trafic réseau). Pour un taux d'erreur donné d'un lien, moins de retransmission sont nécessaires pour une retransmission hop­by­hop que pour une retransmission de bout­en­bout.

172

Store­and­Forward Message Switching

● Une bonne vieille méthode de transport (utilisée par les services postaux) qui consiste à transmettre d'une zone de stockage à une autre les messages (ou morceau de messages), le long d'un chemin qui mène à la destination.

● Une zone de stockage (comme un disque dur) peut garder un message indéfiniment. On parle de stockage persistant (contrairemant à un stockage dit à court terme).

NodeA store

NodeB store

NodeC store

NodeD store

forward forwardforward

173

DTN : Concepts architecturaux (suite)

● Opération de Store­and­forward

SrcR

DstSrc

R

Dst

174

DTN : Concepts architecturaux clés

● Orienté message : Interactivité minimal.

175

DTN : Concepts architecturaux (suite)

● L'architecture DTN met en oeuvre le store­and­forward message switching par l'ajout d'une nouvelle couche protocolaire appelée – bundle layer.

● La bundle layer permet de relier les spécificités des couches inférieurs des régions, ainsi une application peut communiquer à travers plusieurs régions.

Apps

RegionSpecificLayers

Bundle layerRegionSpecificLayers

RegionSpecificLayers

RegionSpecificLayers

RegionSpecificLayers

Apps

176

La couche Bundle● Le Bundle protocol : fonctionne au­dessus de la couche transport

– Capable d'utiliser les technologies de transport et réseau actuelles● Les Bundles sont aussi appelés messages (ou messages asynchrones).

Application

Bundle

Transport

Commune a toutesles régions DTN

NetworkLink

Physical

Spécifique à chaque région DTN

Application

Bundle

TransportNetwork

LinkPhysical

Application

Transport (TCP)

Network (IP)

LinkPhysical

Internet layers DTN layers177

DTN : Concepts architecturaux (suite)

● Noeuds regroupés en région– Regroupement en fonction de la technologie

– Les passerelles entre régions fournissent des point de contrôle, des ressources de store­and­forward,  de transcodage, des opportunités pour la traduction de protocole (ex: Ipv4/IPv6 ou systèmes non­IP)

178

DTN : Concepts architecturaux (suite)

● Le routage dans un environnement déconnecté :– Conscient de l'entropie des chemins

● Persistence des liens,● Connections programmés (scheduled) : nécessite la 

synchronisation temporel de tout le DTN● Connection opportunistes (au gré des rencontres)

– Sélection basée sur les caractéristiques du chemin

– Réplication sur plusieurs chemin pour consolidation

179

DTN : Concepts architecturaux (suite)

● Persistance/réanimation des processus– Utile dans les systèmes embarque pauvre en ressource 

(e.g: sensor nets)

– A l'arrivée d'un bundle, l'application et/ou les états relatifs a ce bundle sont reinstancies.

– Permettre des opérations à travers des cycles (prévu ou non prévu) de période alimentés, de mise à jour logiciels ou de l'OS

– Supporter la migration de processus pour alterner l'usage des hôtes.

180

The DTN train demo

● Livraison de données provenant de capteurs à travers une connection wireless intermittente, à l'aide d'une 'data mule' (sharp zaurus) transporté par un train électrique.

● http://www.melisshao.com/research/dtn181

Projet ZebraNet

● Les biologistes veulent répondrent aux questions suivantes :

– Y a t­il des interactions dans/entre les espèces ?

– Quel est l'impact des développements humain ? ● Les technologies de tracking actuelle sont inadaptés (VHF 

(triangulation), GPS (doit être récuperer), satellite (consommation)).

● ZebraNet est un réseau de capteurs mobile, capable de communiquer de façon intermittente, stocker des données (GPS) et utilise un routage de type peer­to­peer.

● http://www.princeton.edu/~mrm/zebranet.html

182

D'autres projets...

● DakNet : Utilise une moto ou un bus pour transporter physiquement des données d'une base réseau à un hôte distant et ainsi fournir un accès à Internet à un petit village près de Calcutta (http://firstmilesolutions.com)

● Saami Networks: Peuple nomade qui suit les troupeaux de rennes. Ils utilisent une moto neige.

● ...

183

Références

● Articles– « A delay tolerant networking architecture for 

challenged internets », Proc. SIGCOMM

– « Delay Tolerant Networks – An approach of the interplanetary Internet », IEEE Communications

● URLs– http://www.dtnrg.org

– http://www.ipnsig.org

184