Brevet FR2835676A1 — publié le 20030808

prises téléphoniques. La présente invention concerne un système de communica tion et un procédé de communication pour des communications de véhi cule à véhicule notamment des communications entre les véhicules automobiles et un programme d'ordinateur correspondant. s Les réseaux de radio à organisation décentralisée sont un domaine de recherches très actif depuis les années 80. Il existe ainsi une série de propositions de protocole de communication radio optimisées pour des applications déterminées et qui se distinguent par exemple par la topologie du réseau, le processus d'application et la mobilité des stations. o Les standards actuels pour des réseaux Ad-hoc sont ETSI HIPERLAN Typ 1 ou IEEE 802.11. Ces standards ne tolèrent que des vi tesses relatives assez faibles entre les terminaux (moins de 10m/seconde) et ne permettent pas en général une variation rapide de la topologie, par exemple à cause des phases d'enregistrement longues. s Selon l'état de la technique on connaît en outre des systè mes de communication qui nécessitent l'établissement d'une infrastruc ture avec des n_uds d'accès fixes par exemple le long d'une autoroute. Il s'agit par exemple du réseau Ricochet. L'inconvénient de cette solution est que la communication entre les véhicules se fait toujours par l'intermédiaire d'une infrastructure fixe de sorte que le domaine d'application est limité à des domaines alimentés de façon correspondante par des stations fixes. Le système PARROT (Programmable Adaptive Relay with Revert-back Onword Transmission) SALBU R&D Ltd., Afrique du Sud, est s un prototype de système pour la communication de véhicule à véhicule travaillant dans une borne de fréquence de 50 MHz avec une puissance d'émission allant jusqu'à 60 W. Du fait des faibles fréquences et de la puissance d'émission, on peut atteindre des portées allant jusqu'à 100 km et en fonction de la portée radio on aura des débits de données qui actuellement sont de 80 kbits/s. Pour l'acheminement on mesure les paramètres des canaux radio et on en tient compte dans la détermination du chemin. Comme la fré quence faible combinée à une puissance d'émission maximale élevée du système PARROT permet une plus grande couverture radio, le système 3s PARROT aura de façon prévisible une dynamique plus faible dans la to pologie du réseau. De plus les données de position des véhicules dans le système PARROT ne sont pas utilisées pour optimiser les trajets. On trouvera une description technique du système PARROT sur l'adresse Internet suivante: http: / /users.iafrica. com/g/gw/wvl/p 1 7.htm. Dans le projet européen Prometheus, à la fin des années 80 s et au début des années 90 on a également examiné le domaine de la communication entre véhicules. A l'occasion de ces travaux on a dévelop pé des propositions de protocoles radio mais ceux-ci n'ont pas encore été réalisés jusqu'à présent sous forme de systèmes commerciaux. Le système de signalisation radio de véhicule selon le projet o BMBF a exclusivement pour but d'avertir les véhicules suiveurs. Ce projet ne cherche pas à communiquer dans le sens d'une transmission de don nées quelconques et de formats de données dans ce projet. Dans le cadre des activités IETF pour " Mobile ad-hoc Net working., (MANET), on travaille aux composants nécessaires à la réalisa s tion de réseaux radio Multihop. Les protocoles proposés à cette occasion réalisent l'acheminement dans le plan IP et sont ainsi en principe indé pendants de l'architecture du réseau. Toutes les propositions sont publi ques et peuvent être demandées sous l'adresse Internet http://www.ietf. orú/ID.html. Ces propositions sont traitées sous le nom IP Micro Mobility et peuvent très schématiquement se subdiviser en procédés suivants: >, " Per-Host Forwarding >>, " Mobile Ad-hoc Networking ". On connaît en outre différents protocoles d'accès de canal. Les protocoles les plus utilisés sont ALOHA (ou ALOHA en tranches) et CSMA (carrier sense multiple access), utilisés dans de nombreux systèmes de transmission par fil et sans fils. Selon l'état de la technique on connaît différents protocoles d'accès multiples. Une vue d'ensemble des différents protocoles d'accès multiples se trouve dans le document " Computernetzwerke >> Andrew S. Tannenbaum, Prentice Hall, 1998, en particulier chapitre 4.2, pages 272 et suivantes. Dans le système ALOHA, l'attribution du canal se fait de fa çon que différents utilisateurs puissent entrer en concurrence de manière non coordonnée pour l'utilisation d'un unique canal. On distingue entre le 3s système ALOHA pur et le système ALOHA en tranches: dans le procédé ALOHA pur on peut avoir des collisions dans le cas d'accès multiples. Par la possibilité de confirmation de la technique d'émission radio, un utilisa teur peut touj ours déterminer si sa trame émise a été perturbée et pour cela l'utilisateur écoute les messages correspondants du canal. Si la trame a été perturbée, l'utilisateur attend pendant une durée aléatoire et envoie de nouveau la trame. De tels systèmes dans les quels les utilisateurs utilisent en commun un canal avec risques de colli- sion sont appelés en général les systèmes concurrents. Dans le procédé ALOHA à tranches, le temps est subdivisé en différents intervalles et chaque intervalle correspond à une trame. Dans ce procédé, contrairement au procédé ALOHA pur, un utilisateur ne o peut pas émettre immédiatement dès que le retour de temps est indiqué. Au lieu de cela il doit attendre la fenêtre de temps suivante. Il s'agit ainsi pour ce procédé ALOHA subdivisé (en tranches) d'une variante discrète dans le temps du système ALOHA pur. On connaît en outre différents procédés de résolution des collisions comme par exemple la sauvegarde dite exponentielle. On trouve- ra des indications détaillées dans le document B. Walke " Mobilfunknetze und ihre Protokolle - Band 1 ", Teubner, Stuttgart 1998. Un autre procédé d'accès connu est le procédé de réserva- tion ALOHA (R-ALOHA). Dans le procédé R-ALOHA, on introduit une trame qui se répète périodiquement. Si une fente de temps est occupée dans une trame, cela est vrai pour les trames suivantes aussi longtemps qu'il y a occupation jusqu'à ce que la fente soit de nouveau libérée de ma- nière implicite ou explicite. L'occupation d'une fente ou fenêtre de temps est maintenue habituellement jusqu'à ce que la mémoire tampon s d'émission est vide. Le premier accès à la fenêtre de temps se fait alors en mode de concurrence. On se reportera à la documentation suivante: Litté- rature (1) S.S. Lam, " Packet Broadcast Netvorks - A Performance Analy- sis of R-ALOHA Protocol '>, IEEE Trans. on Computers, vol. C-29, no.7, Jul. 1980, pp. 596-603 (2) S. Tasaka "Stability and Performance of R ALOHA Packet Broadcast System", IEEE Trans. on Computers, vol. C-32, no. 8, Août 1983, pp. 717- 1726). D'autres procédés d'accès connus sont les suivants: Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA) et Code Division Multiple Access (CDMA). On aura une vue 3s d'ensemble par exemple dans le document " Digital communication, fun- damentals and applications ", Bernard Sklar, Prentice Hall, 2001 ", no- tamment dans le chapitre 11. La présente invention a pour but de développer un système et un procèdé de communication perfectionnés pour une communication de véhicule à véhicule ainsi qu'un programme d'ordinateur correspondant. La présente invention permet une adaptation du procédé de transmission choisi pour la communication de véhicule à vehicule à la densité des informations. La densité des informations est de manière générale mise en correlation avec la densité de la circulation dans la zone de portee de communication. o Pour un e faib le den s ité d 'information s on ch oi s it un procèdé de transmission qui ne nécessite que des moyens de gestion réduits comme par exemple le procédé ALOHA ou le procédé ALOHA par fentes. Cela est notamment particulièrement avantageux car les procédés connus d'accès à un canal pour les systèmes radio ont pour l'essentiel une relation directe entre les moyens de gestion nécessaires à l'accès et l'efficacité de l'utilisation du canal. Le procédé ALOHA selon lequel une demande d'émission se traduit par l'émission d'un paquet de données à un instant quelconque, présente par exemple une utilisation maximale de canal d'environ 18% (1/2e) et d'autres procédés beaucoup plus complexes dans lesquels l'unité centrale gère le canal atteignent en général en brut une occupation de 1 00%. Dans la communication inter-vehicules, un procèdé d'accès simple comme le procèdé ALOHA suffit souvent. Grâce aux moyens de gestion réduits pour une très faible utilisation de canal on peut même émettre l'information plus rapidement que si l'on utilise un procèdé d'accès compliqué. Ce n'est que si la densité de circulation et ainsi l'arrivee des donnees augmentent, qu'il est necessaire d'utiliser un procèdé d'accès de canal élaboré pour atteindre le debit necessaire et réduire au minimum le retard d'émission des informations. La présente invention adapte le procédé d'accès à un canal, tel qu'il est utilisé à la densité de circulation et permet ainsi l'utilisation du procédé d'accès de canal optimum en fonction de la situation de cir- culation respective. Pour une faible densité de circulation, les vehicules n'émettent qu'une faible quantité de donnces. Un véhicule qui se trouve s dan s un tel environn em ent reconnait la faible d ens ité d'informations et occupe le canal pour une information à émettre 7.8 selon le procédé ALOHA. Pour une densité de ctrculation élevée, la densité s d'informations dans le canal de communication sera d'autant plus élevée. Un véhicule qui se trouve dans un tel environnement ne cherchera pas à occuper le canal selon le procédé ALOHA mais il émet au lieu de cela un signal Beacon (Beacon: signal radio spécial qui caractérise le début d'une trame de transmission). A l'aide de ce signal Beacon on commence une o trame de transmission. En détectant un signal Beacon, tous les autres véhicules dans la zone de portée radio commutent également du mode ALOHA sur un procédé d'accès très élaboré. Ce procédé d'accès peut étre par exemple le procédé TDMA (Time Division Multiple Access) selon lequel les véhicules souhaitant s émettre occupent une certaine fente de temps dans laquelle ils envoient leurs données. L'occupation de ces fentes se fait de manière caractéristi- que à l'aide d'une phase de concurrence au cours de laquelle les stations sont en concurrence pour l'accès à un canal pour une fente déterminée ou aussi pour plusieurs fentes. L'honnéteté entre les différentes stations est o assurée en général par des mécanismes de sauvegarde au cours desquels une station après avoir réussi à occuper un canal doit d'abord attendre un certain temps avant d'accéder de nouveau à un canal. Comme procédure d'accès on peut envisager de la méme manière également les procédures FDMA (Frequency Division Multiple Access) ou CDMA (Code Division Mul s tiple Access) avec la différence qu'il n'y a pas ici de fenétres de temps mais des canaux de fréquence FDMA ou des codes de transmission CDMA qui sont répartis. I1 est également possible de mélanger ces procédés d'accès. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention on peut également utiliser une procédure d'accès à commande so centrale en ce que la station qui a émis le signal Beacon ou si une autre station assure le rôle d'unité centrale et exploite les requetes des autres stations pour attribuer la capacité de transmission disponible en fonction des requetes. I1 est ainsi possible plus facilement de garantir des paramè- tres de transmission déterminés comme par exemple les conditions de re ss tard maximum à respecter par le service de qualité QoS. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, au cas o la densité d'informations est plus faible, on choisit le procédé ALOHA par fentes comme procédure d'accès car dans ce cas le débit maximum possible se situe à environ 36 %. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, on choisit comme procédé d'accès élaboré, dans le cas de plus forte densité d'information, un procédé reposant sur une trame de temps avec des fenêtres de temps. I1 est particulièrement avantageux dans ce cas que l'occupation des fenêtres de temps se fasse au préalable dans plu- sieurs trames de temps pour attribuer à chaque participant la communi- cation, dans chaque trame (ou dans chaque énième trame) une certaine o capacité. Cela permet la transmission de données à débits constants, avantageux en particulier pour la transmission des données vidéos et au- dios. I1 est particulièrement avantageux en outre d'utiliser le pro- cédé de réservation ALOHA comme procédure d'accès élaboré dans le cas s d'une plus forte densité d'information ou encore un autre procédé IDMA. I1 est en outre avantageux d'utiliser différents systèmes ra- dio pour les différents procédés de transmission. Les systèmes radio peu- vent différer par exemple par les fréquences radio, les procédés de modulation et/ou le codage des canaux. Cela permet de respecter diffé o rentes exigences concernant la portée et le débit des données que l'on peut avoir pour des densités d'information et ainsi aussi de circulation, diffé- rentes en sélectionnant le meilleur système radio correspondant à une situation donnée. Dessins s La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs d'un mode de réalisation préféren tiel d'un système de communication selon l'invention. - la figure 2 montre un mode de réalisation d'un procédé d'accès à un ca- nal basé sur une trame de temps avec signalisation de la sélection de la procédure d'accès. - la figure 3 montre un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention pour la communication inter-véhicules. s5 Description des modes de réalisation préférentiels La figure 1 montre un véhicule 1 qui peut être par exemple un véhicule automobile. Le véhicule 1 comporte un système de communi- cation avec un émetteur/récepteur 2. L'émetteur/récepteur 2 sert à rece voir des informations émises par d'autres véhicules à portée de communi cation du véhicule 1. De façon correspondante, l'émetteur/récepteur 2 sert à émettre des informations du véhicule 1 vers d'autres véhicules à portée de s communication. La portée de communication peut être définie par la por tée de la transmission radio; en variante la portée de communication peut également être définie dans l'espace, par exemple par l'éloignement maxi mum d'un véhicule à l'autre. Les informations émises ou reçues par l'émetteur/récepteur 0 2 sont émises/reçues par des sources/puits d'information 3. Le système de communication comporte en outre un mo dule de programme 4 pour déterminer la densité actuelle des informa tions. Pour cela le module de programme 4 détermine les informations reçues de l'émetteur/récepteur 2 à l'intérieur d'une unité de temps don lS née. On peut également tenir compte des informations émises directement par l'émetteur/récepteur 2. A partir du nombre d'informations par unité de temps on obtient la densité d'informations. La densité d'informations est traitée par le module de programme 5 du système de communication. Le module de o programme 5 sélectionne le procédé de surveillance en fonction de la den sité d'information transmise par le module de programme 4. La mémoire 6 contient des protocoles de transmission 7, 8 différents ou d'autres proto coles de transmission. Le protocole de transmission 7 est choisi pour une procé s dure de transmission A utilisée pour une faible densité d'informations. Il s'agit par exemple du procédé ALOHA par tranches. Le protocole de transmission 8 sert à convertir un procédé de transmission B en cas de densité d'informations relativement élevée. Le procédé de transmission B est de préférence le procédé de réservation ALOHA. so Si le module de programme 4 a déterminé la densité d'informations et que celle-ci est inférieure à un seuil donné, le module de programme 5 choisit le procédé de transmission A et active le protocole de transmission 7 pour commander l'émetteur/récepteur 2. Si la densité d'informations se situe au-dessus du seuil, le ss module du programme 5 active le protocole de transmission 8 pour com mander l'émetteur/récepteur 2. Au passage du procédé de transmission A au procédé de transmission B. le module de programme 5 active en outre un signal Beacon 9 transmis par l'émetteur/récepteur 2 aux autres véhi cules à portée de communication pour signaler la sélection de la procé dure de transmission B. Les autres véhicules qui reçoivent un tel signal Beacon commutent alors également sur la procédure de transmission B. I1 est en outre possible de sélectionner plusieurs seuils et s dans chaque plage de valeur on associe un protocole de transmission dans la mémoire 6. On a ainsi un échelonnement plus fin des procédés de transmission à sélectionner suivant la densité des informations. En outre il est avantageux qu'en passant à un procédé de transmission B plus élaboré pour une densité d'informations plus élevée, o l'un des systèmes de communication des véhicules assure la fonction de l'unité centrale dans la zone de portée de communication. Si par exemple le système de communication du véhicule 1 constate une plus forte den sité d'informations dépassant le seuil et qu'il souhaite ensuite commuter sur le procédé de transmission B. le système de communication du véhi cule 1 joue le rôle d'unité centrale. Le système de communication interroge les capacités de transmission nécessaires dans la zone de portée de communication au près des autres systèmes de communication des véhicules. Cette informa tion sert à l'attribution des fentes de temps dans les différents systèmes de o communication, suivant leurs capacités de transmission souhaitées. Cette attribution se fait avantageusement de manière à étre fixe pour plusieurs trames de temps successives, pour permettre une transmission de don nées à débit constant. La figure 2 montre une structure de trame de temps corres pondante du procédé de transmission B. Une trame de temps N com mence par un signal Beacon 9 pour signaler la sélection de la procédure de transmission B. Dans une trame de temps N on aura ensuite plusieurs phases de donnces 11 dans lesquelles il y aura chaque fois une phase de concurrence 10. o En variante on peut subdiviser la trame de temps en N fen tes de temps discrètes et chaque fois une ou plusieurs telle fente de temps sont associées suivant la capacité de transmission nécessaire au système de communication de véhicule à l'intérieur de la zone de portée de com munication. s5 Ainsi par exemple le véhicule 1 (voir figure 1) se trouve tout d'abord dans une zone de faible densité de ctrculation et ainsi de faible densité d'informations, le système de communication du véhicule 1 choisit le procédé de transmission A. Si ensuite le véhicule 1 passe dans une zone de plus forte densité d'informations, supérieure au seuil, il y a deux possi bilités: - les véhicules dans cette zone communiquent déjà selon le procédé de transmission B c'est-à-dire que des signaux Beacon 9 sont émis en permanence dans la trame de temps N. Le véhicule 1 reçoit un tel signal Beacon 9 et commute automatiquement sur le procédé de transmission B. - les véhicules de cette zone de communication communiquent encore selon le procédé de transmission A. Le véhicule 1 prend alors la fonction o de commutation c'est-à-dire qu'il émet un signal Beacon 9 pour signaler aux autres véhicules la commutation sur le procédé de transmission B. De plus le véhicule peut alors également assurer le rôle d'unité centrale pour les véhicules qui se trouvent dans cette zone de communication. La figure 3 montre l'ordinogramme correspondant. Dans l'étape 30 on détermine la densité d'informations dans le système de communication. Suivant la densité d'informations, dans l'étape 31 on sé lectionne le procédé de transmission: si la densité d'information est infé rieure à un seuil, on choisit un procédé de transmission simple à gestion réduite. Si la densité d'informations se trouve au contraire au-dessus du o seuil, on sélectionne une procédure de transmission à gestion élevée et efficacité plus élevée de la largeur de bande. La sélection du procédé de transmission se fait alors dans l'étape 32 par signalisation aux autres véhicules dans la méme zone de communication. Tous les véhicules de cette zone de communication com s mutent alors dans l'étape 33 sur la procédure de transmission sélection nce. Ensuite dans l'étape 30 on détermine de nouveau la densité d'informations. Aussi longtemps que celle-ci est supérieure au seuil il n'y a pas de changement de la sélection du procédé de transmission. Mais dès que l'un des systèmes de communication des véhicules de cette zone de communication constate que la densité d'informations est en-dessous du seuil, on revient au procédé de transmission plus simple. NOMENCLATURE 1. véhicule 2. émetteur/récepteur s 3. source/puits d'informations 4. module de programme 5. module de programme 6. mémoire 7. protocole de transmission lo 8. protocole de transmission 9. signal Beacon 10. phase de concurrence 11. phase de données 30. étape 31. étape 32. étape 33. étape REVEND I CATI ONS 1 ) Système de communication pour un véhicule (1) caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (4) pour déterminer une densité d'information, s des moyens (5) pour sélectionner au moins un premier ou un second procédé de transmission suivant la densité d'informations, - des moyens (9) pour signaler la sélection du procédé de transmission aux autres véhicules qui se trouvent dans cette zone de communication. o 2 ) Système de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer une densité d'informations sont conçus pour déterminer un nombre d'informations reçues par unité de temps à partir des autres véhicules. 3 ) Système de communication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier procédé de transmission est le procédé ALOHA ou le procédé ALOHA par tranches et le second procédé de transmission est le procédé de réservation ALOHA, un procédé d'accès multiple en temps partagé (TDMA), un procédé d'accès multiple à division de fréquences (FDMA) ou un procédé d'accès multiple à division de codes (CDMA). 4 ) Système de communication selon la revendication 1, 2s caractérisé en ce qu' au moins le second procédé de transmission est un procédé de transmis sion reposant sur une trame de temps et chaque trame de temps (N. N+1) est subdivisée en fentes de temps et une fente de temps prédéterminée (9) dans chaque trame de temps est utilisée pour signaler le procédé de transmission sélectionné. ) Système de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' - il comprend des moyens pour recevoir et exploiter des requêtes de 3s communication venant d'autres véhicules, - des moyens pour attribuer les capacités de transmission aux autres vé hicules selon les requêtes de communication. 6 ) Système de communication selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour attribuer les capacités de transmission attribuent les ca pacités de transmission pour plusieurs trames de temps au préalable. s 7 ) Procédé de communication pour communiquer entre les véhicules ca ractérisé par les étapes suivantes: - on déternine une densité d'informations, - on sélectionne au moins un premier et un second procédé de transmis o sion en fonction de la densité d'informations, - on signale la sélection du procédé de transmission aux autres véhicules qui se trouvent à portée de la communication. 8 ) Procédé de communication selon la revendication 7, S caractérisé en ce que le second pro cédé de transmission est un pro cédé basé sur une trame de temps et chaque trame de temps est subdivisée en fentes de temps et la signalisation de la sélection se fait par transmission d'une caractéristique de sélection (9) dans une fente de temps prédétermince d'une trame de temps. 9 ) Procédé ce communication selon les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu' - on interroge les requêtes de communication des autres véhicules, s - on attribue des capacités de transmission en fonction de la requête de communication respective aux autres véhicules. ) Procédé de communication selon la revendication 9, caractérisé en ce que o l'attribution des capacités de transmission se fait pour plusieurs trames de temps au préalable et cela de préférence par l'attribution de système de communication des véhicules à certaines fenêtres de temps dans des tra mes de temps. ss 11 ) Programme d'ordinateur pour la mise en ceuvre d'un procédé de communication pour communiquer entre les véhicules selon l'une des re