为了获得的目的图卢兹大学博士学位发布人：图卢兹国立理工学院（图卢兹INP）学科或专业：网络、电信、系统和体系结构提交人和支持人：M. 2018年7月5日星期四标题：通过混合卫星/地面博士学校：图卢兹数学、计算机科学、电信（MITT）研究单位：图卢兹计算机科学研究所（I.R.I.T.）论文主任：M.安德烈·吕克·贝洛特M. Riadh Dhaou报告员：M.丹尼尔·内格鲁，INP波尔多M.蒂埃里·图尔莱蒂，因里亚·索菲亚·安提波利斯评审团成员：M.史蒂文·马丁，巴黎第11大学校长M. Andre Luc Beylot，INP Toulouse，成员M. Emmanuel Dubois，法国空研中心国家空间研究中心成员M.法布里斯·阿纳尔，泰勒斯·阿莱尼亚空间公司，成员Dominique Gaiti女士，特洛伊技术大学，成员M. Riadh DHAOU，INP TOULOUSE，成员ii.谢谢你有时候路很长。. .她就是。只有在许多人的支持下，障碍、怀疑和犹豫的首先，我要感谢我的论文导师M.André-Luc BEY-LOT，他我感谢他我也要感谢M.Riadh Dhaou总是在我的要求下随时为他的评论员和校对服务，我与他进行了多次讨论，激发了我也感谢先生。感谢EmmanuelDUBOIS的支持，感谢他的话和他提供的CNES资源以及MM。Fabrice ARNAL和Cédric BAUDOIN，感谢他们对本论文 的 跟 进 、 他 们 的 评 论 以 及 他 们 对 Thales Alenia Space 的 欢 迎 。L’encadrement industriel dont j’ai bénéficié我感谢本论文的报告员Thierry TURLETTI先生和Daniel Negru先生仔细审查了本论文。我也很感谢先生。主持我的评审团的史蒂文·M·马丁和多米尼克·G夫人不顾距离参加了评审团我还要感谢Corinne M. AILHES女士，TéSA，在我的论文期间，它我必须感谢先生。Emmanuel CHAPUT让我也要感谢团队中的其他成员，先生。朱利安·F·阿森，M.卡洛斯·A·吉拉尔，以及所有我能与之交流的人我还要感谢我们的秘书Sylvie A rmengo-METCHE女士，她也感谢所有的博士生，我能够满足在这篇我要感谢我的前任让-加布里埃尔、艾米莉、内斯林、阿齐兹、法鲁克，特别是雷诺·阿兰廷先生和让-巴蒂斯特·杜佩先生，他们能够指导我迈出这一冒险的第一步我也要感谢我的继任者Yoann，他四l’escalade, Dorin pour nos discussions sur le secourisme, Oana qui a par-tagé généreusement beaucoup de ses desserts avec moi, Cédric pour nosdiscussions sur le chiffrement, Kuljaree et Amal qui ont partagé mon bu-reau, Adrien, Elene, Santiago, Hugo, Mohammed, Raphaël, ainsi que tousles我也要感谢我的家人，特别是我的父母，他们一直我感谢我在net7的所有同事，我从他们那里学到了很多，我欠他们很多技术知识，使我能够进行这篇也感谢他们在论文期间给我的帮助，特别是M.文森特·杜维特让我从他罕见的技能中受益匪浅。最后，我要感谢我所有的朋友，德鲁姆瓦、图卢兹和其他地方最后，我希望每一位博士生都能祝新来的人好运，阿玛尔和凯文!摘要L’augmentation 然而，在城市地区和农村地区之间存在着严重的不平等，城市地区服务良好，集中了大部分投资，农村地区服务不足，被忽视在这种情况下，这些地区的用户正在转向然而，后者受到一个限制，即信号在地球和地球静止轨道之间传播的时间所在本论文中，我们感兴趣的是同时使用以低吞吐量和低延迟为特征的地面接入网络和以高延迟和高吞吐量为特征的D’autre 但是，由于缓存位于核心网络中，因此它们远离用户，因此，互联网服务提供商（ISP）开始对在他们自己的网络中部署这些服务器感兴趣，该网络理想情况下，内容的分发然后，他们能够优化内容在其网络上的分发，他们对这些内容有更因此，我们将重点关注集成首先，我们将描述一种架构，通过CDN的互连，该架构可以第二步，我们将研究CDN上下文提供的信息的知识在这种体系结构上的路由的价值在这种情况下，我们将提出一种基于内容大小的路由机制最后，我们将展示我们的方法相对于使用MP-TCP多路径传输协议的优越性六摘要互联网使用的增加和加强使得有必要改进现有的网络。然而，我们看到城市地区与农村地区之间存在着巨大的不平等，城市地区服务良好，集中了大部分投资，而农村地区服务不足，经常被忽视。为了应对这种情况，服务不足地区的用户正在转向其他互联网接入，特别是卫星互联网接入。然而，后者受到一种限制，即地球和地球静止轨道之间的传播时间引起的长时间延迟在本文中，我们感兴趣的是同时使用以低延迟和低吞吐量为特征的地面接入网络和以高吞吐量和长延迟为特征的卫星接入在其他地方，由大量缓存服务器组成的内容交付网络（CDN）为不断增长的流量以及延迟和吞吐量需求提供了答案。但是，位于核心网络中的缓存服务器远离终端用户，无法到达访问网络。因此，互联网服务提供商（ISP）对部署其自己的CDN感兴趣，这些CDN将被称为TelCo CDN。理想情况下，内容交付需要CDN运营商和TelCo CDN之间的互连，从而允许将内容交付委托给TelCo CDN。后者则能够优化其网络上的内容交付，因为他们对这些内容有更好的了解。因此，我们将研究在CDN交付链中集成的混合卫星/地面网络上优化内容交付我们最初将专注于描述一个允许的体系结构，感谢CDN互连，处理混合网络上的内容交付。在第二个研讨会中，我们将研究CDN上下文提供的信息在该体系结构上的路由中的价值在此框架中，我们将提出一种基于内容大小的路由机制。最后，我们将展示我们的方法优于MP-TCP多路径传输材料表词汇表十五首字母缩略词xv1引言11.1 内容分发网络。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...21.2混合卫星/地面网络41.2.1服务不足的地区41.2.2卫星互联网51.2.3卫星互联网接入的限制1.2.4混合卫星/地面网络61.2.5多路径路由61.3捐款71.3.1混合卫星/地面交付架构。71.3.2基于尺寸8的路由1.3.3MinFCT81.3.4按流和数据包81.3.5与MP-TCP9的比较2 内容分发网络112.1 内容分发网络。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...112.1.1导言112.1.2CDN的工作原理2.1.3使用CDN的优势2.1.4管理CDN的操作问题132.1.5电信公司CDN162.2L’interconnexion de CDN2.2.1请求的路由192.2.2日志记录和计量212.2.3元数据222.2.4控制操作的触发2.2.5管理加密流量。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 233多路径通信S273.1多路径路由273.1.1多路径网络27八目录ix3.1.2混合网络中的多路径路由问题... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...273.1.3网络层的多路径路由和负载分担。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...293.1.4多路径传输协议。 . . . . . . . ...323.1.5应用。... ... ... ... ... ... ... ... ... ...353.1.6其他工程。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...363.1.7合成。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...363.2 MP-TCP及其演变/变体。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...383.2.1一般。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...383.2.2拥塞。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...393.2.3订购。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...413.3BATS项目。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...413.3.1BATS项目的背景和目标。 . . . . . . . ...423.2体系结构。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...423.3.3交通。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...433.3.4流量。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...443.3.5结果。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...444混合架构和CDN474.1演员。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ...474.2混合卫星/地面路由架构。. . . . ...484.3CDNI的缓存和互连。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...494.3.1透明缓存的终止。... ... ... ... ... ... ... ...494.3.2 CDNI互连。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...494.3.3路由。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...504.3.4由IUG缓存... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...504.3.5卫星多播广播。 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...544.4结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...545基于大小555.1建模。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...565.1.1简化假设... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...575.1.2性能。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...585.1.3公平性、服务质量（QoS）和服务纪律 585.2算法。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...595.2.1概率。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...595.2.2阈值。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...595.2.3 MinFCT：最小流量完成时间。 . . . . ...605.3性能分析。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...625.3.1队列... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...625.3.2平均值分析（MVA） . . . . . . . . ...645.3.3... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...645.3.4实施MVA方法。 . . . . . . . . . ...65x目录5.4通过模拟进行性能研究。 . . . . . . . . . . . ...655.4.1订购。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...655.5通过仿真进行性能研究。 . . . . . . . . . . . ...675.5.1体系结构。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...675.5.2客户端。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......675.5.3智能代理。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...685.5.4服务器。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...685.6结果。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...685.6.1参数。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...686.2概率。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...695.6.3阈值。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...735.6.4MinFCT。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...765.6.5三种路由方法的。... ... ... ... ...766流量规模下的路由796.1汇总。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...796.1.1有意识地聚集大小。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...806.1.2结果。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...806.2非活动链接的机会性。... ... ... ... ... ... ... ... ... ...826.2.1结果。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...836.3重新分配。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...836.3.1结果。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...856.4结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...867可靠传输的路由877.1传输协议的影响。 . . . . . . . . . . . . . ...877.2估计下载时间。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...887.3链路参数的估计。 . . . . . . . . . . . . ...917.3.1时间限制。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...917.3.2容量。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...927.3损失。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...927.3.4并发流的。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...937.4实验。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...937.4.1体系结构。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...947.4.2结果。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...965.7结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...1008结论和前景1018.1结论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...1018.2前景。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ...1028.2.1体系结构1028.2.2传输协议1038.2.3路由机制1048.2.4改进模型107目录xi8.2.5结论107附录A实验平台A.1 组件的实施109A.1.1客户端109A.1.2代理服务器110A.1.3服务器112A.1.4链路参数的估计112A.2 编排112图表1.1涉及回程的混合网络示例（例如ADSL）和卫星链路.................................................................. 62.1客户端从CDN检索..............................................................................122.2分层CDN（内容交付网络）体系结构示例。..................................172.3将TelCo CDN与负责分发提供商内容的CDN运营商互连。因此，访问提供商的客户端从躲得更近了。.......................................................................................182.4递归重定向机制202.5通过调用服务器建立由内容提供商操作的远程密钥...........................................................253.1队列头阻塞现象：消息3必须等待消息2的接收，然后才能获得许可证。 .................................................................................................. 二十八3.2初始化MP-TCP连接的示例3.3MP-TCP40的两个不公平案例3.4建筑BATS434.1卫星/地面混合架构484.2混合卫星/地面架构504.3客户端的迭代HTTP重定向................................................................ 524.4DNS重定向，然后HTTP重定向，限制使用远程密钥。................ 524.5客户端的递归HTTP重定向................................................................ 535.1请求-响应周期中的步骤......................................................................565.2L’affectation下载红色和蓝色流的残留物...............................................................615.3通过队列网络表示场景.......................................................................635.4测试台的架构.......................................................................................675.5对于不同的路由概率，平均下载时间取决于用户数量。... ... ... ... ... ... ...69十二5.6基于概率的平均下载时间通过地面网络.......................................................................................705.7卫星和地面链路的使用率由MVA拍摄......................................................................................... 715.8通过MVA、模拟和实验获得的最佳概率和相关平均下载时间。. 725.9平均下载时间取决于不同阈值下的用户数量。 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...735.10 平均下载时间取决于阈值。...............................................................745.11 根据用户数量和获得的相关平均下载时间，基于MVA的最佳阈值MVA、模拟和实验。 ... . . . . . . . . . P. A.R.755.12 MinFCT路由方法的平均下载时间取决于系统中的用户数。765.13 三种路由方法的平均下载时间（取决于系统中的用户数）研究。...................................................................................................776.1聚合机制的性能比较使用MinFCT流.................................................................................... 816.2使用MinFCT和感知聚合路由策略的地面和卫星链路占用率这是一种流动。 .....................................................................................826.3使用和不使用非活动链接机会性聚合机制的MinFCT比较。........ 836.4有和没有重新分配的MinFCT比较。................................................ 857.1具有限制流量的实验平台...................................................................947.2MinFCT与概率和阈值路由以及单路径路由的性能比较。............ 977.3MinFCT和MP-TCP98的性能比较7.4概率路由、MinFCT和MP-TCP 99之间回程和卫星链路占用率的比较十三十四、表格清单图片列表3.1实现路由机制的不同层多路径。............................................................................................... 377.1用于qdisc tbf95的参数词汇表和首字母缩略词术语表AS-Path当BGP（Border Gateway Pro- tocol）接收到路由时15当队列中用户数的平稳分布不依赖于服务分布（除非是其平均值）时，队列的一种属性64递归DNS服务器应最终用户DNS客户端的请求执行递归域名解析的DNS服务器15、21、36、53首字母缩略词ACM自适应编码和调制5ACME自动证书管理环境25ADSL非对称数字用户线xii、1、4、6AS自治系统xv，14通过综合地面和卫星系统的BATS宽带接入41、59BBRR逐位循环66BCMPBASKETT，CHANDY，MUNTZ，PALACIOS 64BGP边界网关协议xv，15，16CDN内容交付网络xii，260、102、106CDNI内容交付网络互连4、18、50、51、102、103CIT控制接口/触发器23十五十六首字母缩略词DHCP动态主机配置协议36DNS域名系统15、20dPlN双对数正态帕累托64、74DCP差异化服务代码点43数字用户线路接入多路复用器4、7DSS数据序列信号39ETSI欧洲电信标准协会42ISP ISP互联网服务提供商FCFS先到先得66FCS足迹和能力语义19、20FCT流完成时间8、58、62先进先出13FQ公平队列111FTPF岛 T兰斯费尔 PROTOCOL 35HTS高吞吐量卫星6HTTP超文本传输协议15、19IETF互联网工程任务组4、18、36ING智能网络网关48IP互联网协议7、14、15、35、36IUG智能用户网关48JSONJavaScript对象表示法19低地球轨道5LFN长平面网络35LFU最不常用 13LI日志记录接口 22最近使用的最少13LTE长期演进1、3、106LURK有限使用远程密钥24MDMC多描述运动补偿34中地球轨道5MIF多接口36MIME多用途Internet邮件扩展8首字母缩略词xviiMinFCT最小流完成时间8.60MP-QUIC多路径扩展用于QUIC 34MP-TCP多路径TCP 7.34MVA平均值分析64NRA用户连接节点NRO光连接节点3ORM对象关系映射112PEP性能增强代理2、5、92、103、104PFQ逐包公平排队POP存在点3、16PS处理器共享63-66QUIC快速UDP互联网连接RCT剩余完成时间62RFC请求评论35RR循环赛66RRI请求路由接口20、21RSARIVEST，SHAMIR，一个花花公子24RTT往返时间90、91、95、104SACK选择性确认92SFQ随机公平性队列 66SNI服务器名称指示器 24SRPT 最短的剩余处理时间59SRTT平滑RTT91STAR短期，自动更新25TCP传输控制协议5、7、21、28、33TelCo CDN电信公司CDN2TLS传输层安全性5、21、24TTL生存时间15UDL单向链路6UDP用户数据报协议32 34URI统一资源指示符15、111十八首字母缩略词统一资源定位符49VDSL甚高比特率数字用户线1、4甚小孔径甚小孔径终端6用于微波接入的WiMAX全球互操作性1WRR加权循环赛32
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