Brevet FR2799288A1 — publié le 20010406

SYSTEME DE COMMUNICATION SANS FIL UTILISANT UN BUS SERIE UNIVERSEL (USB) présente invention concerne d'une manière générale transmission de données entre un ordinateur et une plusieurs unités d'entrée/sortie, et plus particulièrement un système de communication sans fil utilisant un bus série universel (USB). En 1995, les principales sociétés informatiques ont décidé de développer un bus d'extension externe grâce auquel serait aussi facile d'ajouter des périphériques à un ordinateur que de brancher un téléphone sur une prise murale. Les objectifs essentiels du programme étaient la facilité d'utilisation et le faible coût et ses spécifications étaient suivantes . - Matériel et logiciel du contrôleur principal du PC - Robustesse des connecteurs et du câblage - Convivialité des protocoles maîtres-esclaves des periphériques - Système extensible grâce à des hubs multipostes Aujourd hui, le bus série universel (USB) qui en est résulté jouit d'un immense succès commercial, la plupart des vendeurs de périphériques dans le monde développant des produits répondant à ces spécifications. Pratiquement tous les nouveaux PC possèdent un ou plusieurs ports USB. L'USB est devenu un élément clé de la "Easy PC Initiative" lancée par Intel et Microsoft pour rendre les PC plus faciles d'utilisation. Cette initiative est née de la reconnaissance du fait que utilisateurs avaient besoin de PC plus faciles à utiliser sans pour autant sacrifier leurs capacités connexion d'extension. L'USB est une des principales techniques utilisées à cet effet. Le développement du bus série universel a été motivé trois considérations étroitement liées Connexion des PC sur les réseaux téléphoniques Il est bien évident que la fusion de l'informatique des communications sera la base de la prochaine génération d'applications professionnelles. La transmission des données orientées machine ou ergonomiques entre plusieurs 'Lieux ou environnements dépend de la possibilité de disposer de connexions universelles et peu chères. Malheureusement, les industries informatique et des communications ont évolué séparément. Le bus série universel offre un mode de liaison universel applicable à une vaste palette d'interconnexions entre PC et téléphones. Facilité d'utilisation Le manque de souplesse de reconfiguration des PC a été reconnu comme étant le talon d'Achille de leur futur développement commercial. L'association d'interfaces graphiques conviviales et des mécanismes matériels et logiciels liés à la nouvelle génération d'architectures bus telles que PCI, PnP ISA et PCMCIA a rendu les ordinateurs plus compatibles et plus faciles à reconfigurer. Néanmoins, pour l'utilisateur final, les interfaces E/S des PC telles que les ports série/parallèles, les interfaces clavier/souris/joystick, etc. n'ont pas les qualités du plug and play". Extension des ports L'aj de périphériques externes est toujours limité la disponibilité des ports. L'absence d'un bus de périphériques bidirectionnel, peu onéreux et fonctionnant à faible ou moyenne vitesse a limité la prolifération créative de périphériques tels que les adaptateurs téléphone/fax/modem, les répondeurs téléphoniques, les scanners, les PDA, les claviers les souris, etc. Les interconnexions existantes sont optimisées pour un ou deux produits spécifiques. A chaque fois qu'une nouvelle fonction ou capacité est ajoutée à un une nouvelle interface a dû être définie pour répondre ce besoin. Le bus série universel est la réponse aux problèmes de connexion des architectures PC. Il constitue une interface série rapide, bidirectionnelle, isochrone, économique et facilement connectable qui répond aux exigences des plates-formes PC d'aujourd'hui et de demain. Lorsque les unités d'entrée/sortie sont reliées à l'USB, le logiciel de l'ordinateur hôte offre une vue uniforme pour tout le sous-système E/S. En particulier, il gère la connexion et la déconnexion dynamiques des périphériques de l'USB. Cette phase, appelée énumération, implique de communiquer avec le périphérique pour identifier un gestionnaire susceptible de le charger s'il ne l'est pas déjà. Pendant l'énumération, une adresse unique est assignée à chaque périphérique pour le transfert des données d'exécution. Pendant l'exécution, l'ordinateur hôte lance des transactions vers les différents périphériques, chaque périphérique prenant en charge les transactions le concernent et répondant en conséquence. Un élément essentiel de l'USB est constitué par un hub qui fournit une alimentation régulée aux périphériques connectés. Il détecte la connexion dynamique des périphériques. Une adresse unique est attribuée pubs nouvellement connectés; les hubs peuvent être installés en cascade sur cinq niveaux de profondeur. Pendant l'exécution, le hub fonctionne comme un répéteur bidirectionnel répète les signaux de l'USB comme nécessaire sur les câbles amont (vers l'ordinateur hôte) et aval (vers le périphérique). En outre, il contrôle les signaux et traite les transactions qui lur sont adressées. Toutes les autres transactions sont répétées vers les périphériques connectés. Un hub peut supporter à la fois des périphériques à 12 Mo/s (grande vitesse) et à 1,5 Mo/s (petite vitesse). En dépit des avantages importants offerts par l'USB, en particulier la possibilité pour le PC de supporter la connexion simultanée de plusieurs unités d'E/S, son usage est actuellement limité aux périphériques présents dans même local. De plus, il y a un seul ordinateur hôte sur USB. L'interface reliant l'USB à l'ordinateur hôte est appelée contrôleur principal; elle est constituée d'une combinaison de matériel et de logiciel. Il est donc impossible de connecter un second ordinateur sur l'USB et de lui attribuer le rôle d'ordinateur hôte contrôlant le système à la place du premier ordinateur hôte sans faire de modifications matérielles et logicielles sur le système. La présente invention a donc pour but de proposer un système de communication sans fil utilisant un bus série universel permettant aux unités d'entrée/sortie connectées à celui-ci de se trouver dans un local différent de celui de l'ordinateur hôte. L'invention a également pour but de proposer un système de communication sans fil utilisant un bus série universel connectant unités d'entrée/sortie à un premier ordinateur hôte tout permettant de connecter facilement un second ordinateur hôte pour prendre le contrôle du système. Cette invention concerne par conséquent un système de communication sans fil utilisant un bus série universel (USB composé de deux hubs USB interconnectés, l'un d'eux étant outre connecté à un premier ordinateur hôte et les deux pubs étant connectés à plusieurs unités d'E/S. Chaque hub comprend un adaptateur radio et une antenne connectée à dernier, l'adaptateur radio de chaque hub USB comprenant un émetteur/récepteur radio pour transmettre via l'antenne des données à 'adaptateur radio de l'autre hub USB, ou pour recevoir l'antenne des données transmises par l'adaptateur radio de l'autre hub USB, ainsi qu'un double port radio qui est automatiquement configuré en amont ou en aval lorsque le premier ordinateur hôte est connecté à l'un des hubs USB. On comprendra mieux les buts susmentionnés et autres, ainsi que les caractéristiques et les avantages de l'invention en lisant la description plus précise donnée ci-dessous et se reportant aux dessins d'accompagnement suivants La figure 1 est un bloc-diagramme d'une configuration bus série universel avec deux hubs conformément à la technique antérieure. La figure 2 est un bloc-diagramme d'une configuration bus série universel avec deux hubs connectés par une liaison radio conformément à l'invention. La figure 3 est un bloc-diagramme de la même configuration que sur la figure 2, avec une caméra vidéo et modem connectés en guide d'unités E/S. figure 4 est un bloc-diagramme d'un contrôleur de hub utilisé par un USB installé conformément aux principes de l'invention. figure 5 est un bloc-diagramme de la même configuration que sur la figure 3, avec un second PC connecté pour faire office d'ordinateur central du bus série universel. figure 6 est un bloc-diagramme d'une configuration spécifique similaire à celle de la figure 5, l'ordinateur hôte émettant à l'aide d'un modem incorporé. figure 1 représente une configuration standard simple du bus série universel (USB), utile pour mettre en oeuvre l'invention. Cette configuration comprend deux pubs 10 et 12 reliés par une ligne 14. Chaque hub est doté d'un port amont sur lequel est connectée une unité pilote, généralement un ordinateur hôte, et de plusieurs ports aval sur lesquels sont connectées les unités d'E/S. Ainsi, un PC 16 faisant office d'ordinateur central est connecté au port amont 18 du hub 10, tandis que l'unité d'E/S 20 est connectée au port aval 22 du hub 12. Dans la configuration représentée sur la figure 1, une ligne 14 relie le port aval 24 du hub 10 au port amont 26 hub 12. On notera que, du point de vue physique, la topologie d'interconnexion de PUBS entre l'ordinateur hôte et unités d'E/S avec configurée en étoile. Un hub est situé centre de chaque étoile et chaque segment câblé est une connexion point à point entre l'ordinateur hôte et un hub ou une connexion entre deux hubs. Sur un USB, les signaux et l'énergie sont transportés par un câble à quatre fils. Les signaux passent par deux fils et des segments point à point. I1 existe deux modes de signaux un mode à grande vitesse avec un débit binaire de 12 Mo/s et un mode à petite vitesse avec un débit de 1,5 Mo/s. Ces deux modes peuvent être supportés simultanément sur le même USB par un système transparent de commutation de mode entre deux transferts. Le mode à petite vitesse est conçu pour supporter un nombre limité de périphériques à faible largeur de bande tels que les souris, car une utilisation plus générale nuirait à l'efficacité du bus. L'USB supporte des périphériques que l'on peut connecter ou déconnecter à tout moment. Tous les périphériques de l'USB étant contactés par le biais d'une adresse USB unique, l'énumération du bus est l'activité qui permet d'identifier et de contacter les périphériques connectés à 1'USB. Cette opération se fait au démarrage et les informations collectées sont statiques. Les périphériques pouvant être connectés ou déconnectés de l'USB à tout moment, l'énumération du bus est une activité permanente. En outre, l'énumération du bus comprend la détection et le traitement de la déconnexion des périphériques. on notera qu'en plus de la gestion du contrôle et des flux de données échangés avec les périphériques de l'USB, l'ordinateur hôte chargé de détecter la connexion et la déconnexion des périphériques d'E/S de l'USB. La configuration représentée sur la figure 1 peut être modifiée pour appliquer principes de l'invention. Pour cela, un adaptateur radio est intégré dans chaque hub. L'adaptateur radio 28 intégré dans le hub 10 fait office de port aval (le seul port amont du hub est occupé par la connexion de l'ordinateur hote), tandis que l'adaptateur radio 30 du hub 12 fait office de port amont. L'adaptateur radio 28 associé à l'antenne 32 communique avec l'adaptateur radio 30 associé à l'antenne 34 par biais d'ondes radio, par exemple à une fréquence de 2,4 GHz. Comme nous l'avons déjà mentionné, une telle configuration où un câble est remplacé par une connexion radio permet aux deux hubs de PUBS de se trouver dans locaux 'fférents, et à chacun d'eux de bouger sans que pose le problème de changer le câble qui les relie. La figure 3 représente une utilisation type de configuration illustrée sur la figure 2. Dans cette configuration, l'ordinateur hôte 16 peut communiquer avec réseau téléphonique public commuté via un modem 36 connecté port aval 38 du hub 10. Un second périphérique tel qu'une caméra vidéo 40 connectée au port aval 42 du hub 12 est utilisé dans un autre local et les signaux vidéo sont transmis à l'ordinateur hôte 16 via une liaison radio entre les deux hubs. Un nouveau hub installé conformément à l'invention est représenté sur la figure 4. Un hub classique est constitue principalement de deux éléments, un répéteur de hub 44 et contrôleur de hub 46. Le répéteur 44 est responsable du réglage connexions et de l'arrachage. Il supporte aussi le traitement des situations exceptionnelles telles que la détection et l'élimination des défaillances du bus et la détection des connexions /déconnexions. En fait, le répéteur 44 est un commutateur à protocole contrôlé garantissant la connexion bidirectionnelle entre le port amont tel que le port UP 18 et le port aval tel que le port DO 24. Il possède en outre un support matériel pour réinitialiser, suspendre ou reprendre la transmission des signaux. On notera que l'expression "connexion bidirectionnelle" signifie que les données sont transférées par le répéteur du port amont vers tous les ports aval et d'un port aval vers le port amont. L'adaptateur radio 28 de l'invention comprend une unité de transmission bidirectionnelle composée d'un bloc à haute fréquence connecté à l'antenne 32 qui reçoit des signaux radio et les communique au bloc de réception (REC) 50 pour les convertir en données numériques, et qui transmet via le bloc d'émission (MIT) 521es signaux radio qui ont été obtenus conversion des données numériques. L'adaptateur radio comprend aussi un double port radio composé d'un port radio amont 54 et d'un port radio aval 56, l'un d'entre eux étant sélectionné par le sélecteur 58 pour être connecté au bloc ou au bloc XMIT 52, selon que l'adaptateur radio du hub utilisé comme port amont ou aval. On notera qu'un autre sélecteur 60 sélectionne de la même manière l'un des deux ports radio pour le connecter au répéteur 44. Les deux sélecteurs 58 et 60 sont tous deux activés par un signal émis par le contrôleur de hub 46. Lorsqu'un ordinateur hôte est connecté au port amont physique 18, comme sur la figure 2, un signal MREQ transmis au contrôleur de hub 46. Celui-ci sélectionne le port radio DO 56 en envoyant un signal SEL aux sélecteurs 58 et 60 Dans le même temps, un message est échangé entre le contrôleur hub local et le contrôleur de hub distant. Le contrôleur distant sélectionne ensuite le port radio UP en émettant signal SEL, et un signal SET est transmis au répéteur qui le communique à tous les ports aval physiques. Une caractéristique essentielle du système faisant 'objet de l'invention est la possibilité de permettre à un autre ordinateur hôte de se connecter à la place du premier ordinateur hôte sans modifications matérielles. Ainsi, la figure 5 représente la même configuration que la figure 3, avec un nouveau PC 62 faisant office d'ordinateur centrai connecté au port amont physique 64. Dans un tel cas, le précédent ordinateur hôte 16 doit être désactivé pendant la période où l'ordinateur 62 fait office de système central. Il faut noter que l'on peut pratiquer une transmission imbriquée l'ordinateur hôte est tantôt le PC 62 et tantôt le PC 16. Ainsi, un nouveau PC (par exemple, un ordinateur portable) peut prendre le contrôle de l'USB pour effectuer ses propres opérations. Dans la configuration représentée sur la figure 5, le nouvel ordinateur hôte 62 prend le controle de la caméra vidéo 40 connectée localement, ainsi que du modem distant 36 pour transmettre des données via la ligne du réseau téléphonique public commuté. Pendant ce temps, le port UP du hub est désactivé et le PC 16 déconnecte logiquement du hub. Pour revenir à la figure 4, lorsque le nouvel ordinateur hôte connecté au port amont 64 du hub distant 12, un signal MREQ est transmis au contrôleur. Celui-ci sélectionne le port radio aval par un signal SEL comme indiqué ci-dessus et active le répéteur. Un message est envoyé au hub local 10 pour 'informer qu'un nouvel ordinateur hôte a été connecté. A ce niveau, le hub 10 peut utiliser une fonction qui a pu être mise en place. C'est la possibilité pour l'utilisateur du PC 16 connecté au hub 10 de négocier avec le nouvel ordinateur hôte pour définir le port amont 64 du hub 12 comme port pseudo-aval. Si cette fonction n'existe pas, le port radio aval hub local 10 envoie un signal de réinitialisation (RES) @ son contrôleur. Quant au hub distant, le contrôleur 46 émet des signaux SEL pour sélectionner le port radio amont 54, et envoie un signal SET au répéteur 44 pour le relier à tous les ports aval. Par conséquent, le port UP 18 est désactivé, ce qui a pour effet de déconnecter le PC 16 qui n'est plus l'ordinateur hôte. I1 faut noter que l'installation d'un adaptateur radio dans hub permet au répéteur de contacter un port radio (amont aval) selon que son port UP physique est activé ou non. conséquent, il n'y a pas de risque d'antagonisme comme serait le cas si deux ports UP physiques étaient présents dans le hub. figure 6 représente une configuration similaire à celle de la figure 5, l'ordinateur hôte 62 étant équipé de son propre modem 66 intégré ou connecté. Dans ce cas, la sortie du modem est analogique sur deux fils. Pour la transférer sur l'USB qui est numérique et en duplex intégral, il faut effectuer conversion dans un adaptateur échantillonneur connecté port aval 42 du hub 12. Un échantillonnage effectué une fréquence qui permet la transparence transport l'USB et via le pont radio. Pour la transmission analogique deux fils, dans la version préférentielle, sur-échantillonnage à 128 kbauds est effectué après conversion 2 à 4 fils pour séparer les voies d'émission de réception. L'opération inverse est effectuée du côté réception à 'aide d'un adaptateur échantillonneur 70 connecté au port aval 38 et à la liaison . On notera qu'un principe similaire peut être utilisé avec un modem numérique (p. ex., avec une interface BRI RNIS). Dans ce cas, l'échantillonnage se fait au moins à 384 kbauds une interface à 4 fils S/T0, sans qu'une conversion de 2 à fils soit nécessaire. De même, ii est possible d'utiliser interfaces S/T1 et S/T2, ainsi que des interfaces à 2 fils Le même échantillonneur adaptateur peut être utilisé pour convertir signaux vidéo analogiques en choisissant fréquence échantillonnage appropriée. Cela permet à une unité analogique non USB de profiter de l'USB distant et du système radio. REVENDICATIONS 1. Système de communication sans fil utilisant un bus serie universel (USB) composé de deux hubs USB (10 12) interconnectés, l'un d'eux étant en outre connecté un premier ordinateur hôte (16) et les deux hubs étant connectés à plusieurs unités d'E/S (20), ledit système étant caractérisé le fait que chaque hub USB comprend un adaptateur radio et antenne connectée audit adaptateur radio, l'adaptateur radio (28) de chaque hub USB (10) comprenant un émetteur/ récepteur radio (48, 50 et 52) pour transmettre via l'antenne (32) des données à l'adaptateur radio (30 de l'autre hub USB, ou pour recevoir via ladite antenne des données transmises par l'adaptateur radio de l'autre hub USB, ainsi qu'un double port radio (54 et 56) qui est automatiquement configuré en amont ou en aval lorsque ledit premier ordinateur hôte est connecté à l'un desdits hubs 2. Système de communication sans fil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun desdits hubs (10 et 12) comprend un port amont physique (18 ou ) pour connecter ledit premier ordinateur hôte et plusieurs ports aval physiques (22, 38 et 42) pour connecter lesdites unités d'E/S (20). 3. Système de communication sans fil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacun desdits hubs (10 et 12) comprend un double port radio composé d'un port radio amont (54) et d'un port radio aval (56), ainsi qu'un contrôleur (46) capable de sélectionner automatiquement ledit port radio aval lorsque ledit ordinateur hôte (16) est connecté audit port amont physique (18). 4. Système de communication sans fil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit port amont physique (54) envoie un signal (MREQ) au dit contrôleur (46) lorsque ledit ordinateur hôte est connecté audit port amont physique. Système de communication sans fil selon revendication 2, 3 ou 4, comprenant en outre un répéteur ( ) qui un commutateur à protocole contrôlé connectant soit ledit port amont physique (18), soit ledit port amont radio (54) a tous les ports aval (24), y compris ledit port aval radio (56), afin de garantir la connexion bidirectionnel entre un port amont et tous les ports aval ou entre un port aval un port amont. Système de communication sans fil selon l'une revendications 2 à 5, caractérisé par le fait qu'un message est envoyé par le premier desdits hubs (12) à l'autre hub lorsqu'un second ordinateur hôte (62) est connecté au port amont physique (64) du dit premier hub pour informer ledit autre hub que le double port radio de son adaptateur radio doit etre configuré en amont et non en aval, et que le port amont physique dudit autre hub doit être désactivé. 7 Système de communication sans fil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit premier ordinateur hôte (16) est déconnecté logiquement du port amont physique dudit autre hub (10) lorsque ledit second ordinateur hôte connecté audit premier hub (12). Système de communication sans fil selon l'une revendications 2 à 7, caractérisé par le fait qu'un ordinateur hôte connecté à un port amont (64) d'un (12) desdits hubs et comprend un modem (66) connecté à un port aval (42) dudit hub via un premier adaptateur échantillonneur (68), un port aval (38) de l'autre hub (10) étant connecté à une ligne réseau téléphonique public commuté via un second adaptateur échantillonneur (70), de sorte que ledit ordinateur hôte peut transmettre des données directement par le réseau téléphonique public commuté.