Brevet FR2844947A1 — publié le 20040326

La présente invention concerne un procédé de contrôle de débit dans un réseau de communication en mode paquet. Si les applications multimédia deviennent de plus en plus couramment 10 utilisées, ces applications sont plus ou moins exigeantes vis-à-vis des réseaux en termes de performances (débit, temps de retard et plus généralement qualité de service). De manière générale, deux types de réseau peuvent être utilisés pour les applications de télécommunication multimédia: le réseau téléphonique ou le RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services) et les 15 réseaux de paquets, par exemple les réseaux de type X.25 ou les réseaux utilisant le protocole TCP/IP ou UDP/IP. Dans ce document, les applications visées sont principalement, mais non exclusivement, la téléphonie, la visiophonie et la visioconférence, qui sont des applications exigeantes en termes de performances de réseau. En effet, la qualité perçue par un utilisateur du téléphone dépend de la qualité de la prise de son, de la restitution acoustique et des performances du réseau. Des performances particulières sont attendues pour la visiophonie et la visioconférence lorsque ces services utilisent un réseau de paquets pour le transport de la voix et de l'image. Pour la parole, le téléphone est un moyen connu et couramment utilisé. Le réseau téléphonique ayant été conçu pour cette application, les performances du réseau ont été adaptées pour cette application dans les organismes de normalisation (UIT " Union Internationale des Télécommunications " en particulier) Le RNIS permet de transmettre des 30 images animées (Recommandation H.320 de IUIT-T) pour des applications de visiophonie et de visioconférence. Pour les réseaux de paquets, l'UIT-T a défini la Recommandation H.323 qui est conçue pour les réseaux TCP/IP (signalisation) et UDP/IP (flux audio et vidéo). Pour les applications de visiophonie et de visioconférence, le débit 35 attribué à l'audio varie de 4 kbit/s à 64 kbit/s tandis que le débit de la vidéo est compris entre 20 kbit/s à 1,5 Mbit/s voire plus sur certains réseaux à haut débit. Ces débits peuvent varier dans le temps (silence d'un locuteur, absence de mouvement d'un des correspondants..), mais à l'inverse une gêne plus ou moins importante sera perçue par les utilisateurs de ces applications si le réseau tronque certaines syllabes ou si le mouvement devient saccadé. Pour 5 cette raison, les applications de téléphonie et de visiophonie sont réputées sensibles aux performances des réseaux. A l'inverse, la navigation sur la Toile ou une application de messagerie électronique sont moins sensibles aux performances du réseau. En effet, un retard de quelques secondes, voire plusieurs minutes, est acceptable pour la remise d'un message électronique 10 tandis que retard aussi important ne sera pas acceptable en téléphonie ou en visiophonie. Le réseau téléphonique et le RNIS fonctionnement " en mode circuit ". Cette expression indique qu'un débit donné est réservé sur les liaisons de transmission entre les différents commutateurs à chaque appel. Pour le 15 téléphone, un débit de 64 kbit/s est réservé par la signalisation du réseau (message d'établissement) avant que le demandé n'entende la sonnerie. La signalisation du RNIS permet de demander des débits multiples de 64 kbit/s (jusqu'à 2 Mbit/s), mais pour des raisons de complexité, il n'existe presque pas d'offres commerciales à des débits supérieurs à 64 kbit/s. Pour les applications 20 de visioconférence, les équipements utilisés établissent, en général, 2 voies simultanées à 64 kbit/s et 6 voies à 64 bits, voire plus, pour les équipements récents afin d'obtenir une meilleure qualité d'image. Le temps de retard des liaisons établies par le RNIS dépend de la vitesse de propagation des signaux dans les fibres optiques (ou câbles coaxiaux), c'est 25 à dire uniquement de la distance entre les correspondants lorsque le réseau téléphonique est largement déployé. Ainsi, en utilisant le mode circuit, on peut obtenir des services de visioconférence de bonne qualité avec des temps de retard faibles et avec un débit garanti. A la différence du mode circuit, le " mode paquet " transmet des données sous forme de bloc de données. Le protocole défini par la Recommandation X.25 de l'UIT a été couramment appliqué pour les premiers réseaux de transmission par paquet. Le protocole IP (Internet Protocol) défini par l'IETF (Internet Engineering Task Force) est déployé dans le mode entier. 35 Les réseaux à relais de trame peuvent être assimilés à un cas particulier des réseaux X./25. Une propriété essentielle des réseaux de paquet provient de l'acquittement des données reçues par le destinataire. En l'absence d'acquittement, les protocoles X.25, TCP/IP et relais de trame spécifient que l'émetteur doit ré-émettre les paquets non reçus. Les différents protocoles 5 précisent si l'acquittement doit être effectué par les commutateurs intermédiaires (X.25) ou non (TCP/IP et relais de trame) Ce principe d'acquittement a été conçu pour les applications de transmission de données pour lesquelles l'absence d'erreurs entre les données reçues par rapport aux données émises est essentielle. Cependant, la 10 retransmission des paquets erronés ou perdus présente l'inconvénient d'ajouter un retard. Le retard est un paramètre critique pour les applications de téléphonie et de visioconférence. Pour cette raison, une version de protocole qui n'utilise pas les mécanismes est préférable; Par exemple, la Recommandation H.323 de 15 l'UIT fait appel au protocole UDP/IP (mode datagramme) pour les flux audio et vidéo en faisant référence à au protocole RTP (Real Time Protocol de 'IETF) pour le format des paquets. Cependant, l'absence de retransmission des paquets erronés ou perdus entraîne une difficulté nouvelle: l'application doit "gérer" les pertes de paquets. 20 Ce sujet fait l'objet d'études de dimensionnement afin de garantir un taux acceptable de pertes de paquets. Par exemple, la Recommandation Y.1541 de l'UIT donne les objectifs de retard et de pertes de paquets sur des trajets nationaux et internationaux. Rappelons également les réseaux ATM (Asynchronous Transfer Mode) 25 qui transmettent des cellules de 48 octets. Le " mode circuit " et le " mode paquet " sont utilisables pour ce type de réseaux. De même que sur le réseau fixe, les réseaux mobiles peuvent utiliser le " mode circuit " (réseau GSM...), ou le " mode circuit " et le " mode paquet " (GPRS, UMTS...). Toutefois, ces techniques antérieures connues présentent un certain 30 nombre d'inconvénients. Le " mode circuit " est toujours très employé pour la téléphonie. Pour la visioconférence, l'usage est restreint au début de la décennie 2000, puisque le parc d'équipements raccordés à un débit supérieur ou égal à 128 kbit/s n'atteint pas le million dans le monde. Le réseau RNIS fonctionne bien entre les entreprises, mais il sert surtout au raccordement de commutateurs téléphoniques privés (ou PABX). Dans les bureaux, on trouve des prises pour se raccorder au réseau Ethernet, mais il n'y a généralement pas de prises RNIS. Par ailleurs, des équipements de visioconférence conçus pour être raccordés à des réseaux de paquets existent depuis 1998. Leur parc est encore plus restreint que le parc conçu pour être raccordé au RNIS. Une des difficultés rencontrées pour faire fonctionner les équipements de visioconférence sur des réseaux paquets provient des performances attendues en termes de retard, de gigue de paquets et de pertes de paquets. Le terme "qualité de service" ou QS est généralement utilisé pour désigner ces 10 performances. Pour obtenir une bonne qualité d'image en visioconférence un débit supérieur à 200 kbit/s est attendu avec un codec (codeur/décodeur) conforme à la Recommandation H.263 de l'UIT. Le taux de pertes de paquets doit inférieur à 1%, et le nombre de secondes pendant lesquelles les pertes de 15 paquets surviennent doit être faible (quelques fautes par heure). Ces chiffres sont des indications, mais la plupart des réseaux de paquets déployés ne peuvent atteindre ces performances. Des mécanismes de gestion de réseaux ou de tronçons de réseaux ont été définis par l'IETF. Les mécanismes suivants sont souvent mentionnés: 20 * Utilisation du protocole IP sur un réseau ATM. * Réservation de débit (protocole RSVP de l'IETF). * Mise en place de traitements prioritaires par type de flux( Diffserv de l'IETF...). Au début de la décennie 2000, des expérimentations sont en place sur 25 certains tronçons spécifiques de réseau. Il n'y a pas de date de généralisation connue, puisque les IP actuels servent surtout à des applications peu exigeantes en termes de qualité de service (pertes de paquets....). Un essai de transmission de visioconférence n'est généralement pas satisfaisant sur un plan qualitatif (parole incompréhensible à certains moments, et images de qualité 30 insuffisante) pendant les heures de trafic important. S'agissant du débit sur les réseaux de commutation en " mode paquet ", la Recommandation H.323 de l'UIT précise le rôle du contrôleur d'accès (" gate keeper "). En principe, il a le même rôle qu'un commutateur téléphonique, c'est à dire quil doivent réserver un débit pour la communication. Or, les réseaux de 35 paquets ne savent généralement pas réserver un débit car ils sont dimensionnés pour le trafic TCP/IP et non pour des communications. En visioconférence, le protocole RTCP (Real Time Control Protocol) permet au décodeur vidéo de transmettre un compte-rendu périodique sur la qualité de service mesurée. Une valeur de 4 à 10 secondes est souvent choisie dans les équipements transmettre des informations telles que le nombre de paquets perdus. Ces informations sont transmises de manière facultative. Le codeur vidéo qui reçoit ces informations a le choix entre émettre une nouvelle image codée en "intra" ou ne rien faire. Puisque le flux correspondant à une image codée en intra est élevé, le débit va augmenter à un moment ou la charge du réseau est 10 élevée. Ainsi, ce mécanisme peut être assez dangereux puisqu'il aggrave la situation. A l'opposé, un mécanisme de régulation de débit qui diminue le débit du flux vidéo est préférable lorsque la charge du réseau augmente. Pour maîtriser la qualité de service sur des réseaux de paquets, deux 15 approches sont possibles: * Utiliser un réseau dédié, ce qui est rarement viable économiquement. * Utiliser un ou plusieurs mécanismes cités dans les paragraphes précédents. Ces deux approches visent à donner les performances attendues par des 20 applications de téléphonie et de visioconférence sur des réseaux de paquets. La figure 1 représente le fonctionnement en charge d'un élément de commutation: commutateur de paquets ou un routeur. Le point N de la figure représente la charge nominale. Selon la taille des commutateurs ou des routeurs, les points M, N et P sont plus ou moins rapprochés. La figure 2 représente l'allure des pertes de paquets selon la charge d'un commutateur de paquets ou d'un routeur. Pour des applications de téléphonie ou de visioconférence sur réseau de paquets, il faut dimensionner le réseau pour se situer dans une zone de faible charge ou de charge moyenne. En effet, le taux de pertes de paquets sera trop 30 élevé dès que la charge s'approche du point N. Dans la zone NP, l'application ne fonctionnera même pas tout le temps. Les performances d'un réseau dépendent, bien sr, des performances des commutateurs, mais également de la topologie du réseau. Par exemple, les micro-ordinateurs sont souvent raccordés à un commutateur Ethernet qui 35 assure la concentration du trafic vers un routeur. Les topologies de réseau sont de plusieurs types. Les plus classiques sont: une structure hiérarchique, une structure maillée et une structure plate. Les topologies réseaux en exploitation font appel aux différentes structures selon les performances attendues sur chaque tronçon. La mesure précise du débit sur les différents tronçons est complexe, mais pour les applications qui n'ont pas d'exigences particulières, l'administrateur du réseau arrive à dimensionner correctement le réseau. A l'inverse, si l'administrateur voulait déployer des équipements de visioconférence sur un réseau Ethernet, ou plus généralement, sur un Intranet, 10 des précautions particulières s'imposent pour le dimensionnement. Dans ce cas, les paramètres de qualité de service doivent être pris en compte. C'est pourquoi le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un procédé de contrôle de débit dans un réseau de communication en mode paquet comprenant au moins un terminal à 15 valeur de consigne de débit de communication ajustable associé à un élément de commutation dudit réseau, qui permettrait une meilleure utilisation des ressources du réseau en demandant au terminal d'adapter son débit instantané en cas de besoin. Rappelons par exemple qu'un codec vidéo peut facilement diminuer son débit afin de diminuer la charge sur le réseau. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit procédé comporte les étapes consistant à: équiper ledit élément de commutation d'une sonde de mesure de débit et de moyens de calcul de valeurs de consigne pour le terminal, - mesurer le débit de communication par la ladite sonde, - comparer la valeur de débit mesurée à une valeur de débit maximale, - en cas de comparaison positive, calculer par lesdits moyens de calcul une nouvelle valeur de consigne à appliquer au terminal de manière que la valeur de débit mesurée par ladite sonde soit inférieure à ladite valeur maximale. La description qui va suivre en regard des figures 3 et 4, données à titre 30 d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 3 est un schéma d'une application mettant en oeuvre le procédé de contrôle de débit conforme à l'invention. La figure 4 est un schéma montrant les échanges d'informations lors de 35 la mise en òuvre du procédé de l'invention dans l'application de la figure 3. Les figures 3 et 4 montrent un réseau 1 de communication en mode paquet constitué d'un certain nombre d' éléments de commutation illustrés sur les figures par des routeurs 10, 20 et 30. Pour des raisons de simplicité, le routeur 30 n'a pas été représenté sur la figure 4 car il n'intervient pas 5 directement dans la mise en oeuvre du procédé de contrôle de débit, objet de l'invention. Les routeurs 10 et 20 sont respectivement associés à des terminaux 100 et 200 de visioconférence installés l'un dans un site A et l'autre dans un site B. Chaque terminal 100 et 200 est équipé, par exemple, d'un codec vidéo H.263+ 10 apte à maintenir la valeur de son débit de communication égael à une valeur de consigne ajustable. On se placera dans le cas o deux applications fonctionnent en même temps: * Transfert de fichier lancé périodiquement au débit de 700kbit/s 15 (transfert pendant 10 secondes suivi d'un arrêt de 10 secondes) * Visioconférence en point à point au débit de 500 kbit/s. Le débit nominal du réseau 1 sera pris égal 1 Mbit/s. Au delà de ce débit, on admettra que des pertes de paquets à un taux de 5 % environ apparaissent. Il s'agit d'un réseau 1 actif, c'est-à-dire un réseau qui peut être 20 reconfiguré de manière automatique selon les besoins des applications ou selon les besoins de l'exploitant. Chaque routeur 10, 20 comporte une sonde 11, 21 de mesure de débit ainsi que des moyens de calcul de valeurs de consigne pour le terminal 100, correspondant. Se référant plus spécialement à la figure 4, on voit que le débit du réseau actif 1 est estimé localement sur chaque routeur 10, 20 au moyen des sondes 11, 21. La valeur estimée par le routeur 20 est retransmise au routeur 10 associé au codeur 100 par échange de capsules vidéo et ARC (Active Report Capsule). Le routeur 10 prend en compte les diverses valeurs de débit ainsi 30 mesurées et, en cas de dépassement d'une valeur de débit maximale, calcule une nouvelle valeur de consigne et la transmet au codeur 100 via un paquet de contrôle de débit (RCP) de manière à ramener son débit à une valeur compatible avec la charge de réseau 1 lorsque celle-ci devient trop élevée. Avec des débits de 800 kbits/s pour le transfert de fichier périodique et 35 de 500 kbits/s pour la visioconférence, la charge nominale du réseau est dépassée. Si aucun mécanisme de contrôle du débit du codec 100 n'est mis en place, l'image vidéo est de mauvaise qualité quand le transfert de fichier est en cours. Cette image redevient bonne pendant les périodes ou lorsque le transfert de fichier s'arrête. Lorsque le contrôle de débit est mis en place, le débit de l'image 5 descend à une valeur comprise entre 50 kbit/s et 200 kbit/s selon les réglages de paramètres effectués par les moyens de calcul. La qualité de l'image est moins bonne que lorsque le débit est à la valeur nominale de 500 kbitls, mais il n'y pas de dégradations aussi graves qu'en présence de pertes de paquets. Si les réglages sont tels que le débit du codeur vidéo 100 atteint 250 voire 300 10 kbit/s, les pertes de paquets apparaissent puisque l'on atteint la charge nominale des routeurs 10, 20. Ainsi, ce mécanisme de contrôle de débit du codeur vidéo, qui fait appel à une observation régulière des performances des routeurs, permet à certaines applications de s'adapter à la charge du réseau 1. Le procédé de contrôle de débit qui vient d'être décrit s'applique à tous les types de réseaux de paquets: il s'applique aux réseaux actifs mais également aux réseaux de paquets existants, tels que Ethernet, Intranet. Le procédé s'applique aux différents supports existants: réseau fixe sur câble de cuivre, ou sur fibre optique, mais également aux réseaux radio (réseaux 802.11 20 ou UMTS...). Pour les réseaux mobiles, le contrôle de débit permet d'adapter le débit selon la puissance reçue par le poste mobile et par la borne radio. Ce procédé suppose un protocole de communication entre le réseau et les équipements sur lesquels l'application (informatique ou non) est exécutée, et convient aux applications pour lesquelles des images animées sont à 25 transmettre (visioconférence, mais également télévision sur certains réseaux, ou consultation d'images enregistrées sur des serveurs). Il convient également à la transmission d'images pour des communications bidirectionnelles ou mono directionnelles (consultation de séquences vidéo.) Le procédé de l'invention peut être utilisé seul ou en association avec 30 des mécanismes de gestion de la qualité de service (DiffS, RSVP, IP sur ATM....). REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de débit dans un réseau (1) de communication en mode paquet comprenant au moins un terminal (100) à valeur de consigne de débit de communication ajustable associé à un élément (10) de commutation dudit réseau (1), caractérisé en ce que ledit procédé 10 comporte les étapes consistant à: - équiper ledit élément (10) de commutation d'une sonde (11) de mesure de débit et de moyens de calcul de valeurs de consigne pour le terminal (100), - mesurer le débit de communication par ladite sonde (11), - comparer la valeur de débit mesurée à une valeur de débit maximale, - en cas de comparaison positive, calculer par lesdits moyens de calcul une nouvelle valeur de consigne à appliquer au terminal (100) de manière que la valeur de débit mesurée par ladite sonde (11) soit inférieure à ladite valeur maximale. 2. Procédé de contrôle de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que, ledit réseau (1) de communication comprenant une pluralité de terminaux (100, 200) et d'éléments (10, 20) de commutation associés, un (10) desdits éléments de commutation est apte à prendre en compte toutes les valeurs de débit mesurées par les sondes (11, 21) de l'ensemble des éléments (10, 20) de commutation pour déterminer les nouvelles valeurs de 25 consigne à appliquer aux terminaux (100, 200) de manière que la valeur de débit mesurée par chaque sonde (11, 21) de chaque élément de commutation soit inférieure à une valeur maximale. 3. Procédé de contrôle de débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les nouvelles valeurs de consigne sont appliquées à un terminal, à un 30 groupe de terminaux ou l'ensemble des terminaux. 4. Procédé de contrôle de débit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit terminal est un téléphone fixe, un téléphone mobile ou un terminal multimédia. 5. Procédé de contrôle de débit selon la revendication 4, caractérisé en ce 35 que ledit terminal multimédia est un terminal de visiophonie ou de visioconférence.