Brevet FR2655223A1 — publié le 19910531

L'invention concerne un procédé de gestion des flux dans un réseau numérique de télécommunication à intégration de services, et un réseau pour la mise en oeuvre de ce procédé Les futurs ré- seaux à intégration de services seront à large bande et utiliseront le mode de transfert asynchrone comme seul mode de transfert de données Ce mode de transfert a notamment comme avantage de permet- tre de nouvelles applications non encore connues, parce qu'il n'im- pose pas les contraintes de canaux à débit fixe Ce type de réseau a pour inconvénient de provoquer la perte de données lorsqu'il ar- rive à un état de congestion. Les terminaux que comporte un tel réseau émettent et re- çoivent des données sous la forme de cellules ayant une longueur fixée Au cours du transfert des cellules à travers les noeuds constituant le réseau, chaque cellule est stockée plus ou moins longtemps dans des files d'attentes, et c'est le débordement de certaines files d'attente qui cause une perte de cellules Jusqu'à présent, il n'est pas prévu d'accusé de réception ou de détection de perte de cellules, au niveau du réseau lui-même, pour ne pas ra- lentir le fonctionnement du réseau Grâce à la simplicité de la gestion du réseau, celui-ci autorise des débits extrêmement élevés, pouvant atteindre 600 Mégabits par seconde L'efficacité d'utilisa- tion des ressources du réseau et la qualité du service varient en fonction des demandes de ressources, correspondant à l'établisse- ment de différentes connexions partageant un même lot de ressources. Jusqu'à présent, cette efficacité et cette qualité de ser- vice sont considérées comme suffisantes sans qu'il soit nécessaire de prévoir une gestion des flux dans le réseau, parce que les dif- férents terminaux considérés jusqu'à présent fournissent, très ma- joritairement, des débits fixes On envisage de plus en plus des applications, telles que la télévision à haute définition, pour lesquelles les terminaux pourraient être très nombreux et fournir -2- des débits élevés et variables Si les données transmises par un réseau à multiplexage temporel asynchrone sont majoritairement à débit variable, il devient nécessaire d'envisager une régulation des flux, pour optimiser l'utilisation des ressources et la qualité du service. Les réseaux de connexion à mode de transfert asynchrone ne sont qu'un cas particulier des réseaux à commutation de paquets. Les réseaux connus, à commutation de paquets, assurent un service très spécialisé qui est la consultation de banques de données. Ils gèrent le flux sur chaque connexion en utilisant la souplesse des sources et des récepteurs de données Cette souplesse est procurée par le stockage des données dans des mémoires tampons, ce stockage étant limité dans des tolérances définies par le protocole de transfert dans le réseau. Un protocole connu, appellé X 25, n'impose pas de procédé particulier de gestion des flux dans un réseau, mais son utilisa- tion au niveau de chaque noeud du réseau permet de commander le flux sur chaque connection Chaque noeud commande entièrement le débit des données qu'ils reçoit à partir des noeuds adjacents Le réseau commande aussi les sources de données indirectement: chaque noeud peut réguler les noeuds adjacents et ainsi l'effet de régulation se propage jusqu'à la source des données Un tel réseau comporte un automate de service à chaque port d'entrée-sortie dans chaque noeud Cette structure a pour inconvénient de limiter les débits des connexions, car les échanges d'information de service entre les noeuds prennent du temps. Dans des réseaux connus, dits à relais de trames, les ter- minaux comportant des automates de service appliquant un protocole appellé LAP-D Il n'y a aucun automate de service appliquant ce protocole à l'intérieur des noeuds du réseau Contrairement aux ré- seaux utilisant le protocole X 25, les noeuds du réseau ne peuvent pas accepter ou rejeter explicitement des trames A cause de ce fait, le procédé de gestion de flux utilise certaines fonctions des automates de service appliquant le protocole LAP-D, dans les terminaux Les fonctions utilisées sont les suivantes: -3- émettre un accusé de réception lorsque le terminal re- çoit une trame de données; continuer à émettre des trames de données après avoir émis une première trame, en attendant de recevoir un accusé de ré- ception correspondant à la première trame; le nombre de trames émi- ses pendant cette attente étant limité à un nombre prédéterminé; puis suspendre l'émission des trames pendant une durée prédéterminée, si l'accusé de réception n'est pas reçu avant d'a- voir achevé de transmettre le nombre prédéterminé de cellules; puis de transmettre de nouveau la première cellule, si l'accusé de réception correspondant n'a pas été reçu pendant la du- rée prédéterminée; puis libérer la connexion occupée par le terminal consi- déré si l'accusé de réception n'a pas été reçu après un délai pré- déterminé, mesuré à partir de la première émission de la première trame. Le réseau peut exercer une régulation du flux de données sur une connexion en retardant ou en supprimant des trames de données Ces actions sont tolérées par le terminal émettant les données et par le terminal recevant les données Elles ont pour conséquence des répétitions de trames et des périodes sans émission de trames, qui ont finalement pour effet de diminuer le débit de données et donc de diminuer la congestion du réseau. Ces procédés connus de gestion des flux reposent sur les tolérances définies par les valeurs prédéterminées des paramètres des protocoles X 25 et LAP-D, respectivement Ces valeurs de paramè- tres ont été déterminés en fonctions des retards et des pertes de données tolérables sur des connexions spécialisées pour la consul- tation de bases de données Or le retard ou la perte de données n'a pas du tout les mêmes conséquences selon le type de service considéré Une consultation de base de données ne tolère pas des pertes de données, mais tolère très bien des retards. Une liaison téléphonique ne peut pas supporter un retard supérieur à 100 millisecondes, alors qu'elle peut supporter la per- te de quelques paquets de données sans réémission de ces paquets. -4- Par contre, une liaison transmettant des images de télévision peut supporter un retard atteignant quelques secondes, à condition que ce retard soit limité entre deux bornes prédéterminées, le terminal étant muni d'une mémoire permettant de rattraper les variations de ce retard Mais les images transmises peuvent être très sensibles aux pertes de données, si le procédé de codage est un procédé dif- férentiel qui fait intervenir des images précédentes pour décoder une image courante Les procédés connus de gestion des flux dans un réseau ne sont donc pas utilisables directement dans un réseau à intégration de services, à large bande et à transfert asynchrone. Le but de l'invention est de proposer un procédé pour gé- rer les flux dans un réseau à mutliplexage temporel asynchrone, in- tégrant des services de divers types, à large bande en tenant compte du type de service pour chaque connexion, afin d'optimiser en même temps l'utilisation des ressources et la qualité du service; et ne nécessitant pas l'utilisation d'automates de service au niveau de chaque noeud du réseau. L'objet de l'invention est un procédé de gestion des flux dans un réseau à multiplexage temporel asynchrone consistant essen- tiellement à retarder ou à laisser perdre des cellules de données, dans des limites qui sont prédéterminées en fonction du type de service assuré par les terminaux connectés par la connexion considérée. Selon l'invention, un procédé de gestion des flux dans un réseau numérique de télécommunication, à intégration de services, à large bande, comportant un réseau de connexion à multiplexage temporel asynchrone et une pluralité de terminaux à débits variables assurant différents types de service; ces terminaux émettant et recevant des données sous la forme de cellules ayant une longueur fixée, et selon un protocole de communication adapté au multiplexage temporel asynchrone; est caractérisé en ce qu'il consiste, dans chaque terminal, à émettre un accusé de réception lorsque le terminal con- sidéré reçoit une cellule; continuer à émettre des cellules de données après avoir -5- émis une première cellule, en attendant de recevoir un accusé de réception correspondant à la première cellule, en limitant le nom- bre de cellules émises pendant cette attente, à un nombre W prédé- terminé; puis suspendre l'émission des cellules pendant une durée prédéterminée Trep si l'accusé de réception n'a été pas reçu avant d'avoir achevé de transmettre W cellules; puis transmettre de nouveau la première cellule si l'ac- cusé de réception correspondant n'a pas été reçu pendant la durée Trep; puis libérer la connexion occupée par le terminal consi- déré, si l'accusé de réception n'a pas été reçu après un délai pré- déterminé Tmax, mesuré à partir de la première émission de la pre- mière cellule; en ce que les valeurs prédéterminées de W, Trep, et Tmax sont fonctions du type de service assuré par le terminal considéré; et en ce que, dans le réseau de connexion, si celui-ci est proche d'une congestion, il consiste à: déterminer, pour chaque connexion, les valeurs des para- mètres W, Trep, Tmax, en fonction du type de service assuré par les terminaux connectés par la connexion considérée; retarder une suite de cellules émises sur chaque conne- xion, en limitant à un nombre inférieur ou égal à W, le nombre de cellules de cette suite; perdre une cellule et d'autres cellules identiques, émi- ses sur chaque connexion, en limitant la durée correspondant à la perte de cellules, à une valeur inférieure à Tmax. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails appa- raîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'ac- compagnant: la figure 1 représente un diagramme temporel illustrant le protocole d'émission des cellules de données, et d'attente d'un accusé de réception; la figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un réseau numérique de télécommunication, à intégra- -6- tion de services, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Un réseau classique à multiplexage temporel asynchrone ne comporte pas de protocole de contrôle de flux: un terminal émet des cellules de données tant qu'il a des données à transmettre Il n'attend aucun accusé de réception, ni aucun autre message du réseau Un terminal recevant des données se contente de vérifier l'identificateur du canal virtuel constituant la connexion Toutes les cellules comportant un identificateur correct sont acceptées sans qu'aucun accusé de réception, ou message de contrôle de flux, ne soit émis à destination du réseau ou à destination du terminal émettant les données. Selon l'invention, un terminal qui reçoit une cellule émet un accusé de réception à destination du terminal ayant émis la cellule Le terminal qui a émis cette cellule reçoit l'accusé de réception après un certain délai de transmission, et en conclut que la transmission de la cellule a été effectivement réalisée Dans le cas contraire, il exécute une séquence d'opérations prédéterminées. Chaque cellule portant un numéro, il est possible d'émettre un seul accusé de réception pour toute une suite de cellules Il est interprété comme accusé de réception pour chaque cellule émise avant la cellule correspondant à l'accusé de réception. La figure 1 illustre le cas un terminal ayant émis une cellule CO et qui ne reçoit pas d'accusé de réception, ce qui se produit notamment lorsque le réseau retarde ou fait disparaître la cellule émise, afin de remédier à un état de congestion ou proche de la congestion Le terminal continue à émettre des cellules de données, Cl, C 2, C 3, en attendant de recevoir l'accusé de réception correspondant à la cellule CO ou correspondant à l'une des cellules qui la suit Le nombre de cellules émises pendant cette attente est limité à un nombre prédéterminé W qui est égal à 4 dans cet exemple, en incluant la première cellule CO. Puis il consiste à suspendre l'émission des cellules pen- dant une durée prédéterminée Trep, si l'accusé de réception n'a pas -7été reçu avant d'avoir achevé de transmettre les W cellules CO C 3 Puis il consiste à transmettre de nouveau la première cel- lule CO; puis à transmettre de nouveau les cellules Cl,C 2, et C 3, si l'accusé de réception correspondant à la cellule CO n'a pas été reçu pendant la durée Trep. L'émission des cellules et la pause de durée Trep sont renouvelées plusieurs fois, en mesurant le temps écoulé à partir de la première émission de la première cellule CO. Le procédé consiste ensuite à libérer la connexion occupée par le terminal considéré, si l'accusé de réception correspondant à la cellule CO n'a pas été reçu après un délai prédéterminé Tmax Ce délai est choisi en fonction du délai maximal tolérable pour la transmission d'une cellule de données et la transmission, en retour d'un accusé de réception retour, à travers le réseau. Ces fonctions sont réalisées, dans chaque terminal, par un automate dit de service, commandant un autre automate qui est char- gé d'émettre et de recevoir des données sous la forme de cellules ayant une longueur fixée et selon un protocole adapté au multiple- xage temporel asynchrone Les paramètres W, Trep, Tmax sont prédé- terminés en fonction du type de service assuré par le terminal considéré. Par exemple, le paramètre W est infini pour un terminal téléphonique, car il n'est pas nécessaire d'attendre des accusés de réception ni de répéter l'émission d'une cellule de données perdue. Pour d'autres types de service, W a une valeur finie qui est plus ou moins grande selon la tolérance du type de service considéré, vis-à-vis des retards de transmission Cette tolérance est déduite du protocole utilisé pour la segmentation des messages de ce type de service Il en est de même pour le choix d'une valeur prédéter- minée Trep La valeur Tmax correspond au délai maximal tolérable pour la transmission d'un terminal à un autre, compte tenu du type de service considéré, sachant que, si le délai devient inaccepta- ble, la seule issue consiste à libérer complètement la connexion. Le procédé de gestion, au niveau du réseau lui-même est décrit ci-après. -8- La figure 2 représente schématiquement un exemple de réa- lisation d'un réseau numérique de télécommunication à intégration de services, selon l'invention Il comporte un réseau 1 de conne- xion à multiplexage temporel asynchrone et deux équipements d'usa- ger 12, 13 donnés à titre d'exemples. L'équipement 12 comporte deux terminaux, 2 et 3, couplés respectivement à deux automates dits de service, 6 et 7, appliquant le protocole décrit cidessus, respectivement pour deux services, X et Y, qui sont, par exemple, la transmission téléphonique et la diffusion d'images de télévision Les automates de service 6 et 7 sont couplés à un automate commun 10, appellé automate ATM, qui émet et reçoit des données sous la forme de cellules, selon un pro- tocole adapté au réseau de connexion à multiplexage temporel asynchrone Cet automate 10 est relié à un noeud 15 du réseau 1. L'équipement 13 est analogue à l'équipement 12 Il compor- te deux terminaux, 4 et 5, couplés respectivement à deux automates de service, 8 et 9, appliquant le protocole décrit ci-dessus, res- pectivement pour les deux services, X et Y Les automates de service 8 et 9 sont couplés à un automate commun 11, appellé automate ATM, qui émet et reçoit des données sous la forme de cellules, selon le protocole adapté au réseau de connexion à multiplexage temporel. Le réseau 1 est constitué d'une suite de noeuds dits ATM, ,, 16, et de moyens de gestion de flux 18 répartis dans ces noeuds Chaque noeud ATMI 5, , 16 comporte déjà des moyens de gestion classiques aiguillant les cellules de données en fonction d'étiquettes, et en fonction de signaux de signalisation Les moyens 18 se superposent aux moyens de gestion classiques et les supervisent Les moyens de gestion 18 aplanissent les pointes de trafic en retardant la transmission de cellules, par rapport à la vitesse moyenne du trafic, lorsque le réseau est très chargé, et même en laissant perdre certaines cellules lorsque le réseau est proche de la congestion Cependant, la qualité de service est maintenue constante, grâce à une application sélective de ces actions de retard ou de suppression de ces cellules En effet, certains types de service ne peuvent pas tolérer de retards supplémentaires ou de pertes de cellules pendant les pointes de trafic, alors que d'autres types de service peuvent tolérer soit des retards, soit des pertes de données. Les moyens de gestion 18 déterminent, pour chaque conne- xion, les valeurs des paramètres W Trep, Tmax, en fonction du type de service assuré par les terminaux connectés par la connexion considérée Le type de service est connu, par exemple, au moyen d'une information reçue à l'instant o la connexion est demandée par un terminal Lorsque le réseau est très chargé, les moyens 18 gagnent du temps en retardant une suite de cellules émises consécu- tivement sur chaque connexion Le nombre de cellules de la suite est inférieur ou égal à W Cependant, les moyens 18 limitent le re- tard de chaque cellule à la valeur Tmax Dans le cas d'une trans- mission téléphonique, cette dernière limitation est la seule qui importe, puisque le nombre W est infini. Par exemple, dans le cas représenté sur la figure 1, les moyens de gestion 18 peuvent retarder la transmission des cellules CO, Cl, C 2, C 3, en les inscrivant dans une file d'attente et en les y laissant au moins jusqu'à ce que C 3 ait été reçue et inscrite dans la file d'attente Les moyens 18 savent que le terminal émet- teur va observer automatiquement une pause de durée Trep, à cause de l'absence d'accusé de réception découlant de la non-transmission de la cellule CO, due au retard qui lui est affligé par le réseau. Naturellement, il est possible de gagner un délais plus petit en stockant un nombre de cellules inférieur à W. Quand le réseau est encore plus proche d'une congestion, les moyens de gestion 18 recourent à des pertes de données, pour gagner du temps en profitant du fait que le terminal émetteur va répéter plusieurs fois la pause de durée Trep, et la réémission des cellules CO, Cl, C 2, C 3 Les moyens de gestion 18 limitent la durée correspondant à cette perte de cellules à une valeur inférieure Tmax, déterminée pour cette connexion, de façon à ne pas amener l'automate de service, du terminal émetteur, à interrompre la liai- son en libérant la connexion. -10- Le fait de tenir compte de la valeur des trois paramètres W, Trep, Tmax, propres au type de service assuré par chaque conne- xion à un instant donné, permet d'individualiser la gestion de flux sur chaque connexion, pour éviter que le réseau atteigne effective- ment la congestion, tout en évitant de dégrader gravement la quali- té de service pour chaque type de service Par exemple, pour une connexion assurant un service téléphonique, le nombre W est infini et la durée Trep est infinie, ce qui correspond à l'absence de né- cessité d'un accusé de réception et l'absence de répétition des cellules perdues; et la durée Tmax est égale 100 millisecondes Au contraire, pour une connexion assurant un service de transmission d' images de télévision diffusée, le nombre W est égal à 20; la du- rée Trep est égale à 100 millisecondes; et la durée Tmax est égale à une seconde, par exemple Lorsque le réseau approche de la con- gestion les moyens de gestion 18 ne peuvent que très peu retarder les cellules des connexions assurant le service téléphonique, à cause de la tolérance Tmax= 100 millisecondes, mais par contre ils peuvent laisser perdre certaines cellules sur ces connexions, pen- dant une durée inférieure à Tmax= 100 millisecondes Au contraire, les moyens de gestion 18 s'abstiennent de provoquer des pertes de données sur les connexions de transmission d'images, mais peuvent provoquer des retards en stockant des suites de 20 cellules, jus- qu'à un retard maximal égal à Tmax=l seconde. La portée de l'invention ne se limite pas aux exemples dé- crits ci-dessus, en particulier des types de service très divers peuvent être assurés à condition d'attribuer aux paramètres W, Trep, Tmax, des valeurs permettant de retarder des cellules de don- nées, ou d'en supprimer, sans dégrader gravement la qualité du service. L'utilisation d'un jeu de paramètres ayant des valeurs différentes pour chaque service est équivalente à traiter un réseau physique comme la juxtaposition de plusieurs réseaux virtuels cor- respondant respectivement aux différents services Chaque réseau virtuel mono-service correspond à un jeu de paramètres W, Trep, Tmax, et possède ses propres ressources réservées En pratique, des -11- services ayant des caractéristiques de trafic semblables peuvent être groupés ensemble dans un même réseau virtuel, c'est à dire avec un même jeu de paramètres W, Trep, Tmax. -12- Revendications: 1) Procédé de gestion des flux dans un réseau numérique de télécommunication, à intégration de services, à large bande, comportant un réseau ( 1) de connexion à multiplexage temporel asynchrone et une pluralité de terminaux ( 2 à 5), à débits variables, assurant différents types de service; ces terminaux émettant et recevant des données sous la forme de cellules ayant une longueur fixée, et selon un protocole de communication adapté au multiplexage temporel asynchrone; caractérisé en ce qu'il consiste, dans chaque terminal ( 2 à 9), à émettre un accusé de réception lorsque le terminal considéré reçoit une cellule; continuer à émettre des cellules (Cl, C 2, C 3) après avoir émis une première cellule (CO), en attendant de recevoir un accusé de réception correspondant à la première cellule (CO), en limitant le nombre de cellules émises pendant cette attente, à un nombre W prédéterminé; puis suspendre l'émission des cellules pendant une durée prédéterminée Trep si l'accusé de réception n'a été pas reçu avant d'avoir achevé de transmettre W cellules (CO,,C 3); puis transmettre de nouveau la première cellule (CO) si l'accusé de réception correspondant n'a pas été reçu pendant la durée Trep; puis libérer la connexion occupée par le terminal considéré, si l'accusé de réception n'a pas été reçu après un délai prédéterminé Tmax, mesuré à partir de la première émission de la première cellule (CO); en ce que les valeurs prédéterminées de W, Trep, et Tmax sont fonctions du type de service assuré par le terminal considéré; et en ce que, dans le réseau de connexion ( 1), si celui-ci est proche d'une congestion, il consiste à: déterminer, pour chaque connexion, les valeurs des paramètres W, Trep, Tmax, en fonction du type de service assuré par les terminaux connectés par la connexion considérée; retarder une suite de cellules émises sur chaque -13- connexion, en limitant à un nombre inférieur ou égal à W, le nombre de cellules de cette suite; perdre une cellule et d'autres cellules identiques, émises sur chaque connexion, en limitant la durée correspondant à la perte de cellules, à une valeur inférieure à Tmax. 2) Réseau numérique de télécommunication à intégration de services, à large bande, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque terminal ( 2 à 5) est couplé à des premiers moyens ( 10, 11) pour recevoir et émettre des données sous la forme de cellules ayant une longueur fixée, et selon un protocole de communication adapté au multiplexage temporel asynchrone; et à des seconds moyens ( 6 à 9) commandant les premiers moyens ( 6 à 9) pour: émettre un accusé de réception lorsque le terminal reçoit une cellule de données émise par un autre terminal; continuer à émettre des cellules de données (Cl, C 2, C 3) après avoir émis une première cellule (CO), en attendant de recevoir un accusé de réception correspondant à la première cellule (CO), en limitant le nombre de cellules émises pendant cette attente, à un nombre W prédéterminé et fonction du type de service assuré par le terminal considéré; puis suspendre l'émission de cellules pendant une durée prédéterminée Trep, si l'accusé de réception n'est pas reçu avant d'avoir achevé de transmettre W cellules (CO,, C 3), cette durée prédéterminée étant fonction du type de service assuré par le terminal considéré; puis transmettre de nouveau la première cellule (CO) si l'accusé de réception correspondant n'est pas reçu pendant la durée Trep; puis libérer la connexion occupée par le terminal considéré, si l'accusé de réception n'est pas reçu après un délai prédéterminé Tmax, mesuré à partir la première émission de la première cellule (CO), ce délai Tmax étant fonction du type de service assuré par le terminal considéré; et en ce que le réseau de connexion ( 1), comporte des -14- moyens de gestion ( 18) pour: déterminer les valeurs des paramètres W, Trep, Tmax, pour chaque connexion, en fonction du type de service assuré par les terminaux connectés par cette connexion; retarder une suite de cellules émises sur chaque connexion, tout en limitant à la valeur W le nombre de cellules de cette suite, et en limitant le retard à la valeur Tmax; si le réseau est très chargé; perdre une cellule, et d'autres cellules identiques réémises en conséquence par le terminal ayant émis la dite cellule, en limitant la durée correspondant à la perte de cellules à une valeur inférieure à Tmax; si le réseau est proche d'une congestion.