Multimedia multi-networking: A new concept

Recent researches in communication systems are leading to the multiplication of communication technologies. Because of this trend there is now a very wide range of different kinds of networks from copper lines for telephony to high speed fibres, as well as satellite or wireless mobile networks. It would then be very useful to be capable of using all these new communication networks all together. We call this domain related to the use by an application of several different networks “multi-networking”. But the problematic of multi-networking is two folds: (1) First, it can be really interesting to have several network access and to be able to use them in parallel. For instance, it can consist, in the case of digital and interactive tv, of using digital satellite channels for broadcasting audio and video, and using the wire Internet or anIsdn (Integrated Services Digital Network) network to send specific data to dedicated users. This is what we call “parallel multi-networking”. (2) The second folder of this problematic deals with guaranteeing Quality of Service (QoS) while connections cross several networks or domains, especially when there are firewalls orNat (Network Address Translation) servers in between that break the end to end IP model. In addition, the introduction of wireless or satellite links that have high delays and loss ratio inside the Internet can lead to important QoS degradation as wire Internet protocols are not efficient on wireless and satellite links. This aspect of the problematic is called “serial multi-networking”. This second aspect has been much more addressed in a recent past than the first one. It leads to some specific solutions, most of the time application oriented, as caching for web application for instance. To cope with other problems, as the introduction of satellite links in the Internet, proxies system have been designed to handle data flows before entering the satellite link. Proxies are, there, in charge of performing some spoofing operations. But in any case, even if there are some application specific solutions, or some network dedicated approaches, none of them is able to handle live real time traffic.Hence, this work aims to propose a new solution relying on new protocols and architecture to cope with multi-networking. The solution for parallel multi-networking is called MMPOC-MN (MultiMedia Partial Order Connection for Multi-Networking). It is based on a partially ordered and reliable communication principle that allows us to reduce the end to end delay, and to enforce synchronisation between parallel flows on separated networks. This protocol can then be tuned very precisely in order to be the optimal transmission protocol according to application requirements and network constraints. To cope also with serial multi-networking, this protocol architecture has been extended. The new general (parallel and serial) multi-networking protocol is called MNP (Multi-Network Protocol). It is based on the concept of splitting the end to end connection in several trunks, each trunk being supported by a single network domain, each domain being supported by a single technology. Then, the best suited transmission parameters are used on each trunk, and the most suited spoofing algorithms are applied on data streams depending on the application requirement model. These protocols and architecture have been developed using the opnet modeller and simulated, to evaluate the benefits of our solution. In this paper we are also focusing on how deploying such applicative protocol and architecture. The recommended solution consists in using active networking as ANTS, capable to download and run portable code on network components.RésuméLes travaux de recherche récents dans le domaine des systèmes de télécommunication conduisent à une multiplication des technologies de réseaux. à cause de cette tendance, il existe aujourd’hui un très large choix de technologies allant des lignes de cuivre pour la téléphonie jusqu ’à des fibres optiques à haut débit, en passant par des réseaux mobiles sans fil ou par satellites. Il serait donc extrômement intéressant de pouvoir utiliser, tous ensembles, tous ces réseaux de télécommunication. Ce domaine d’étude, consistant pour une application à utiliser plusieurs types de réseaux différents, s’appelle le « multi-réseau ». La problématique du multi-réseau comporte deux volets : (1) Premièrement, il peut être très intéressant d’avoir à sa disposition plusieurs accès à des réseaux et de pouvoir les utiliser simultanément. Par exemple, cela peut consister, dans le cas de la télévision numérique et interactive, à utiliser un canal satellite numérique pour diffuser l’audio et la vidéo et utiliser l’Internet filaire classique ou un réseau rnis pour transmettre des données spécifiques à chaque utilisateur. C’est ce que nous appelons le « multi-réseau parallèle ». (2) Le second volet de cette problématique s’intéresse à comment garantir la qualité de service (QoS) lorsque les connexions traversent plusieurs réseaux ou domaines de l’Internet, et en particulier lorsqu’il existe sur le chemin des serveurs traducteurs d’adressesNat (Network Address Translation) ou des coupe-feux qui brisent le modèle IP de bout en bout. De plus, l’introduction de réseaux sans fil ou de liaisons par satellites qui ont des délais et des taux de pertes importants peuvent conduire à des dégradations importantes de la qualité de service, car les protocoles de l’Internet ne sont pas du tout efficaces sur de telles liaisons. Cet aspect de la problématique est appelé « multi-réseau série »,. Ce second aspect a été bien plus traité dans un passé récent que le premier. Cela a conduit à quelques solutions dédiées la plupart du temps à des applications spécifiques, comme l’emploi de caches pour des applications du Web par exemple. Pour régler d’autres problèmes, comme l’introduction de liaisons par satellites dans l’Internet, des systèmes de serveurs mandataires ou proxies ont été conçus pour prendre en charge les flux de données avant qu ’ils n ’entrent dans le réseau à satellites. Les proxies sont, ici, responsables de la réalisation d’opérations d’émulation de protocoles. Mais dans tous les cas, même s’il existe des solutions spécifiques pour certaines applications, ou des approches spécialisées pour certains types de réseaux, aucune d’entre elles n’est capable de prendre en charge du trafic en temps réel.Par conséquent, ces travaux proposent une nouvelle solution, basée sur de nouveaux protocoles et de nouvelles architectures, pour gérer ce problème du multi-réseau. La solution pour le multi-réseau parallèle est appeléeMmpoc-Mn (MultiMedia Partial Order Connection for Multi-Networking). Elle est basée sur un principe de communication mettant en œ uvre un ordre et une fiabilité partiels qui permettent de réduire le délai de bout en bout et de mettre en œuvre des mécanismes de synchronisation entre des flux parallèles transitant sur des réseaux séparés. Ce protocole peut être réglé de façon très précise pour optimiser les transmissions en fonction des besoins de l’application et des contraintes des réseaux. Pour prendre en compte le multi-réseau série, cette architecture protocolaire a été étendue. Le nouveau protocole général (parallèle et série) s’appelle MNP (Multi-Network Protocol). Il repose sur le concept de découpage de la connexion de bout en bout en plusieurs morceaux, chaque morceau étant supporté par un unique domaine réseau, chaque domaine étant supporté par une unique technologie de communication. Ainsi, les paramètres les plus adaptés sont utilisés sur chaque morceau de connexion et les algorithmes d’émulation les plus performants sont appliqués. Ces protocoles et architectures ont été développés avec le logiciel de modélisation OPNET et simulés avec ce même outil, ceci afin d’évaluer les avantages de notre solution. Dans cet article, nous nous intéresserons aussi à la manière de déployer de tels protocoles et architectures. La solution recommandée consiste à utiliser des réseaux actifs comme ANTS, capables de télécharger et d’exécuter du logiciel portable dans les composants du réseau.