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La bande Ka pour les communications satellitaires a été l'objet d’un immense intérêt ces dernières années du fait de la congestion des bandes de fréquence conventionnelles. Les concepteurs de systèmes satellitaires se trouvent ainsi confrontés à une double contrainte : la première émane des effets troposphériques importants en bande Ka, notamment une forte atténuation du signal due à la pluie et à la scintillation d’amplitude. Ceci oblige à employer des techniques de contre-mesure (Fade Mitigation Techniques ou FMT) pour compenser l'atténuation dans le but d’assurer une disponibilité suffisante au système ; la seconde est directement liée à la nature même du satellite pour lequel les ressources radio et à bord sont limitées et coûteuses. Cette dernière contrainte impose de rendre la gestion des ressources la plus rationnelle, efficace et optimale possible à partager entre les différents utilisateurs, tout en leur assurant les Qualités de Service (QoS) requises. Les présents travaux de recherche empruntent l'architecture du projet SAGAM initié par le RNRT (Réseau National de Recherche en Télécoms) visant à étudier un système de troisième génération d’accès multimédia par satellite régénératif géostationnaire à commutation ATM. Leur contribution spécifique consiste en l'analyse de procédures de gestion des ressources au niveau de la couche accès, en tenant compte des contraintes et modifications d’architecture apportées par l'introduction dans le système d’informations issues du canal et des FMT. Dans une première partie, le contexte et l'architecture SAGAM seront précisés. Ensuite, dans une deuxième partie, la problématique propre à la modélisation du canal Ka sera exposée, et appliquée directement à l'analyse des performances des couches supérieures, avec une description détaillée de plusieurs approches de modélisation possibles. Une troisième partie est dédiée aux problématiques et performances propres à la contre-mesure. La quatrième partie est axée sur la problématique de la gestion des ressources combinée à une FMT à bande variable. Les protocoles MAC de contrôle d’accès aux ressources radio de type DAMA (Demand Assignment Multiple Access) sont premièrement examinés ; ensuite, les propriétés recherchées pour un contrôle d’admission des connexions (CAC) adapté au système décrit sont passées en revue avant la description d’un modèle prédictif de CAC à capacité variable exploitant la connaissance statistique des instants de réduction de capacité dans le système. Une dernière mais nécessaire partie est consacrée entièrement à la description de la plate-forme de simulation réseau développée au cours de la thèse, et basée sur le logiciel commercial OPNET®. L'aspect innovant de cette plate-forme est d‘intégrer des informations de propagation, sous la forme à la fois de séries chronologiques d’atténuation du canal, et de cartes radar représentant le champ de précipitation sur une zone géographique délimitée. Cette partie se clôt avec un certain nombre de résultats de simulation obtenus à partir de la plate-forme présentée. Due to a congestion of conventional frequency bands, Ka band has been the subject of an ever-growing. wide interest in the recent years in the field of satellite communications. Thus satellite system designers have been led to facing a twofold constraint : the first one stems from significant tropospheric effects in Ka band which in a high degree translates into strong signal impairments due to rain and amplitude scintillation mainly. This compels one to utilise specific Fade Mitigation Techniques (FMT) to mitigate such impairments in order to ensure satisfactory system link availability. The second constraint introduced directly is related to the very nature of the satellite which possesses limited and costly radio and on-board resources, which leads to implementing efficient. optimised and cost-effective resource management protocols, when sharing resources to various users while guaranteeing them their requested Qualities ol’Service (Q08). The framework of the present research work was based on the system architecture of the SAGAM project initiated by the RN RT (French National Network for Telecommunications Research) for the purposes of studying a third generation multimedia access' system via a regenerative geostationay satellite with on-board ATM switching. Its specific contribution lies in an analysis of resource management protocols located at the access layer, while taking into account the constraints and impacts on the system architecture due to an incorporation of channel and FMT information. With this in view, in a first chapter, the main system characteristics of the SAGAM project will be described in an overall manner. Then, in a second chapter. the peculiar issue of Ka-band channel modeling will be discussed with an insight into a straightforward application to the analysis of higher layers performance. Indeed several distinct approaches are expounded, namely. statistical approaches with static or dynamic modeling, ITU-oriented analyses, and a channel-predictive BER conversion method specifically developed here. The-third chapter is wholly dedicated to the key issues and the performance of FMTS. Then, a fourth chapter tackles the plain issue of resource management combined with the use of a bandwidth-varying FMT. First and foremost, DAMA (Demand Assignment Multiple Access)-oriented MAC (Medium Access Control) protocols for controlling access to the radio resource are thoroughly examinetl ; then, various facets of the required properties for an efficient Connection Admission Control (CAC) algorithm titted to multimedia services via satellite at Ka-band are reviewed. This consistently leads to defining a predictive capacity-varying CAC which exploits an empirical, statistical knowledge of future capacity reduction times. A last but necessary chapter is entirely dedicated to a more technical presentation of the network simulation platform itself which was designed during the research work. The core of this platform is the COTS OPNET® network software. and its main innovative aspect lies in its integrating propagation information both in the form of signal attenuation time-series and radar maps representing the rain intensity field over a given limited geographical area. Lastly, some simulation results are presented. |
