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Communications par satellite : la qualité des transmissions améliorée grâce au standard de compression SCHC

Publié le 29 juin 2021 à 12:02 par François Gauthier        Middleware Acklio

Acklio Viveris SHC CNES

Une étude menée dans le cadre du plan R&T (Recherche et technologie) du Centre national d’études spatiales (Cnes) a mis en évidence les capacités de la technologie de compression d’en-têtes de messages Internet SCHC (Static Context Header Compression) à optimiser les communications par satellite. L'étude a été soutenue par Acklio, éditeur de logiciels, et Viveris Technologies, société d’ingénierie experte en particulier dans les systèmes de communication par satellite. Dans ce cadre, la technologie SCHC, standardisée en 2020 par l’IETF et portée par Acklio, a démontré sa pertinence pour les systèmes de communication satellite en apportant des gains de l’ordre de 20% sur les temps de transfert d’une page Web par rapport à la technologie traditionnelle RoHC (Robust Header Compression).

Pour rappel, les techniques de compression d’en-têtes permettent de réduire la taille des en-têtes utilisées lors de la signalisation des messages et donc de laisser plus de place pour transmettre des données utiles. En outre, en réduisant le volume de données transmises, elles ont un impact significatif sur la qualité de la communication (en matière de latence et de perte de paquets notamment), sur l’autonomie des objets connectés et sur la charge des réseaux.

La technologie de compression d’en-têtes déployée dans les systèmes satellite aujourd’hui est le standard RoHC publié en 2001. Il s’agit d’un mécanisme de compression dynamique, optimisé en fonction des flux de données et de la qualité du lien radio. RoHC requiert donc des échanges préliminaires avant d’être efficace.

SCHC, de son côté, est un standard récent de compression statique, donc sans apprentissage. Initialement imaginé pour l’Internet des objets, son champ d’application intéresse un spectre plus large de types de connectivité liés au monde de l’Internet.

L’action menée au sein du programme R&T du Cnes a ainsi permis à Acklio et Viveris Technologies d’étudier les performances respectives des technologies RoHC et SCHC, à la fois dans un contexte de communication à très haut débit (VHTS, Very High Throughput Satellite) avec un satellite en orbite géostationnaire et dans un contexte d’applications IoT exploitant une constellation de satellites en orbite basse. Dans cette étude, Acklio et Viveris ont noté que l’absence de phase d’apprentissage de SCHC rend le processus de compression optimale dès les premiers octets échangés. RoHC, de son côté, requiert l’échange de 7 à 8 paquets avant d’être efficace. Là où RoHC est performant pour des flux longs avec un régime établi (type vidéo et VoIP), l’étude montre la pertinence de SCHC pour des échanges courts, du type IoT, ou des sessions brèves en TCP. L’étude met par exemple en avant des gains d’environ 20% par rapport à RoHC sur de la navigation Web. Un chiffre qui devrait encore être amélioré sur du trafic reposant sur le protocole Quic (Quick UDP Internet Connections, RFC 9000), la nouvelle norme HTTP/3 sur UDP qui représente déjà 30% du trafic Web actuel.

Autre apport important, l’étude a montré que SCHC supporte nativement IPv6 et IPv4 même dans les environnements les plus contraints alors que RoHC ne fonctionne pas sur IPv6 pour de petites tailles de paquets, car les paquets d’initialisation ont besoin de 40 octets minimum (et sur IPv4, il requiert de la fragmentation sur les premiers paquets).

Enfin, l’étude montre que la compression SCHC apporte de la robustesse et de la résilience face aux pertes engendrées par le réseau, tandis que le RoHC est peu robuste à la perte de données lorsque le flux se dégrade, notamment en présence de congestion ou de pertes en rafale (burst). En effet, dans ce cas de figure, la technologie RoHC doit finaliser un nouvel apprentissage avant que la compression soit de nouveau efficace. En configuration broadband, SCHC offre ainsi une qualité de service proche de la qualité de service TCP initiale, et peut même offrir un débit supérieur et donc une meilleure expérience sur les cas d'usage VoIP grâce à la compression.

Suite aux résultats de ces travaux, Acklio va oeuvrer à intégrer la technologie de compression SCHC dans une suite logicielle pour le marché satellitaire. Dans le même temps, la société cherche des partenaires dans les domaines des satellites en orbite basse et géostationnaires pour appliquer ces optimisations à de nouveaux cas d’usage.

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