Brevet FR2846838A1 — publié le 20040507

L'invention concerne notamment un procédé d'allocation d'accès de plusieurs stations à un réseau en diffusion. Sous l'expression " réseau en diffusion ", la description associe un milieu sur lequel plusieurs dispositifs ou stations échangent des 5 informations ou des messages et o les différents postes peuvent recevoir. Par exemple le milieu de diffusion peut être la voie radio et les stations des postes radio émetteurs/récepteurs. Les mécanismes actuellement utilisés pour l'allocation de l'accès de stations à un support en diffusion, par exemple la voie radio, sont basés 10 ou bien sur un ordonnancement préalable, tel que le protocole TDMA (Time Division Multiple Access) ou encore sur un ordonnancement calculé indépendamment par chaque station accédant au support, avec introduction de composantes aléatoires et de rétroactions de manière à diminuer l'effet des collisions (exemples: " slotted Aloha " et adaptation de la probabilité 15 d'accès). L'ordonnancement préalable (TDMA) présente l'avantage de garantir, pour chaque station, un délai minimum d'accès au réseau et une proportion d'utilisation minimum du support pour chaque station. Il présente toutefois l'inconvénient de ne pas adapter cette allocation aux besoins 20 effectifs de chaque station, ces besoins pouvant être variables dans le temps. Il peut donc y avoir une disproportion entre les performances que le support de diffusion est capable d'offrir et celles qui sont réellement obtenues. Les algorithmes d'ordonnancement avec adaptation calculés 25 indépendamment sur chaque station présentent l'avantage de s'adapter à l'utilisation effective du support par les différentes stations. Toutefois, leurs spécifications font systématiquement appel à l'introduction délibérée de phénomènes aléatoires et à des mécanismes de rétroaction entre les différentes stations. Les variables d'état de l'algorithme sur une station varient en fonction du comportement des autres stations. D'autre part, ces algorithmes ne prétendent pas éliminer les collisions. Ils les prennent en compte, dans leur fonctionnement, de manière à réduire leur fréquence. 5 L'ensemble des stations qui utilise un tel algorithme constitue donc un système complexe dont il est pratiquement impossible de démontrer, a priori, le bon fonctionnement. L'objet de la présente invention concerne un procédé permettant notamment l'allocation de l'accès d'un support en diffusion pour au moins 10 deux stations en visibilité. L'invention concerne un procédé d'allocation de l'accès d'un support en diffusion à plusieurs stations caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes: a) coder l'identificateur I de chacune des stations, sur un nombre n de bits 15 bi, b2,... bn, en utilisant 2 symboles correspondant respectivement à un état de " réception " et à un état " d'émission ", b) Pour une station quelconque Si, lors d'une tentative d'émission commençant à un créneau d'identification donné, b.1) pour i variant de 1 à n b.1.1) si la valeur de bi est égale au symbole correspondant à l'état de " réception ", la station Si reçoit pendant le créneau k+i-1: si elle détecte un signal émis par une autre station elle considère qu'elle n'est pas élue; si elle ne détecte rien elle continue le parcours des bits bi b.1.2) si la valeur de bi est égale au symbole correspondant à l'état " d'émission " la station émet pendant le créneau k+i -1; c) allouer le support à la station qui a effectué l'étape b.1) sans recevoir le symbole d'émission. Il peut comporter une étape b.0) préalable à l'étape b.1) 30 d'émission du symbole " d'émission " par la station Si et en ce que les étapes b.1), b.1.1), b.1.2) sont effectuées sur les créneaux d'identification variant de k +1 à k+n. Le support en diffusion est par exemple un réseau radio et les stations sont des postes émetteurs-récepteurs. L'invention concerne aussi un système d'allocation de l'accès d'un support en diffusion à plusieurs stations Si caractérisé en ce que les stations sont pourvues d'un circuit de traitement numérique adapté à exécuter les étapes du procédé présentant l'une des caractéristiques exposée ci-dessus. Le procédé selon l'invention offre notamment les avantages 1o suivants: > Il permet d'attribuer le support en diffusion de manière équitable entre toutes les stations, sans entraîner de collisions, et en garantissant une utilisation à 100% du support ou le plus proche de 100%, > Sa mise en oeuvre utilise seulement la synchronisation de l'ensemble des 15 stations sur une base de temps commune, et l'attribution au préalable à chaque station d'une identification sous la forme par exemple d'un entier appartenant à un intervalle prédéfini. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit annexée des figures 20 qui représentent: > La figure 1 un schéma d'architecture de plusieurs stations en réseau, > La figure 2 un exemple d'algorithme de l'enchaînement des étapes d'allocation du support. De manière à mieux faire comprendre le procédé selon l'invention, 25 la description qui suit donnée à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif concerne un procédé d'allocation de l'accès de stations, par exemple des postes de radio émetteurs/récepteurs (ou stations) à un réseau radio. En résumé, le principe de fonctionnement est le suivant: lorsque plusieurs stations souhaitent accéder au réseau radio, elles entament une séquence d'allocation. Lors de cette séquence, toutes les stations Si annoncent simultanément leurs identifications, en suivant un protocole précis, objet de l'invention. A la fin de cette séquence d'allocation, la station Se ayant annoncé le plus grand nombre, est réputée s'être alloué le réseau 5 radio, c'est-à-dire qu'elle l'utilise. Les autres stations Sj savent qu'elles ne sont pas élues. Une fois que la station élue Se a fini d'utiliser le réseau radio, les autres stations réitèrent les étapes du procédé si elles souhaitent s'allouer le réseau radio, c'est-à-dire devenir la station élue. Afin de ne favoriser aucune station, les identifications sont permutées de façon 10 systématique. La figure 1 représente une structure de réseau radio comportant plusieurs stations Si. Le réseau radio est en diffusion, ce qui se traduit par le fait que lorsqu'une station Si émet un signal contenant une information ou un message, toutes les autres stations savent qu'un message ou une 15 information a été émis. Les stations Si sont adaptées afin que: > si plusieurs stations émettent simultanément, toutes les autres stations sont capables de déterminer le fait qu'une au moins des stations a émis une information, même si le contenu des 20 informations ne peut être extrait (par exemple en cas de brouillage des informations émises). Pour cela les stations possèdent par exemple un calculateur programmé en conséquence. > Les stations Si ont une base de temps commune qui divise le temps en intervalles élémentaires, par exemple en intervalles 25 égaux, appelés par la suite " créneaux d'identification " référencés k. Ces créneaux d'identification sont numérotés à partir de 0 avec une référence connue de toutes les stations. Une remise à 0 périodique de cette référence est possible. La durée de cette périodicité est fixée, par exemple, pour conserver un caractère 30 équitable à l'algorithme mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention. La base de temps est par exemple assurée par des horloges équipant chacune des stations. Ces horloges sont synchronisées entre elles. Le procédé définit notamment deux types d'opérations élémentaires: * opération " recevoir ", c'est-à-dire pour une station Si détecter si une autre station Sm émet quelque chose, un message, pendant le créneau k. Si, lorsqu'elle est dans un état de réception, la station Si détecte un signal émis par une station Sj, on dit qu'elle reçoit le symbole " 1 ", sinon 10 on dit qu'elle reçoit le symbole " O ". * opération " émettre 1 ", la station Si émet un signal quelconque pendant le créneau k. Le contenu du signal émis n'est pas pris en compte pour définir cette opération. Le procédé selon l'invention comporte au moins les étapes 15 suivantes: a) Attribution d'une identification initiale à chaque station Si. Ceci correspond à attribuer à une station, un numéro d'identification lj codé sur un nombre de bits n donné et dont la valeur est prise dans un intervalle prédéfini d'entiers [O, N-1], tel que N=2n. Les identifications initiales des 20 stations Si sont différentes. Cette attribution est par exemple effectuée par un système de gestion et de configuration extérieur aux stations, connu de l'Homme du métier. A chaque nouvel intervalle de temps correspondant à un créneau d'identification k, l'identification courante I de la station Si est calculée par la 25 station, en fonction de la valeur initiale lo et de la valeur courante de k. Un exemple de méthode de calcul de I en fonction de lb et de k est fourni plus loin. Ce calcul est réalisé par exemple à l'aide d'un circuit de traitement numérique, tel qu'un processeur ou un ASIC, intégré à la station. b) Tentative d'émission Une station Si qui souhaite s'allouer le réseau radio (c'est-à-dire l'utiliser) entame une séquence d'annonce de son identification. A ce moment son numéro d'identification a une valeur donnée 1, dont la 5 représentation binaire s'écrit b1b2...bnlbn. La séquence d'annonce comporte notamment les étapes suivantes: > b.1) pour i variant de 1 à n, i étant l'indice de b, > b.1.1) si bi vaut " 0 ", la station Si est dans un état de réception pendant le créneau k+i-1, 10 > si la station reçoit le symbole " 1 ", elle n'est pas élue. Elle abandonne sa séquence d'allocation (tentative d'émission) puisque le réseau radio va être alloué à une autre station Se. La station Si n'émet plus dans les créneaux suivants jusqu'à ce que la 15 station élue référencée Se ait terminé d'utiliser le réseau radio. > si la station reçoit le symbole " 0 ", (état de réception) elle continue la boucle b.1). > b.1.2) Si bi vaut " 1 ", la station Si est dans un état 20 d'émission, elle émet le symbole " 1 " pendant le créneau k+i1. b.2) si la station a effectué les étapes de la boucle b.1) sans recevoir le symbole " 1 ", alors elle est décrétée comme étant la station élue, Se. c) A la fin de la séquence d'allocation, le réseau radio est alloué à la station Se, les autres stations Sj attendent la fin de l'utilisation du réseau radio par cette station élue Se. Pour cela, les stations du réseau sont équipées par exemple d'un calculateur utilisant un algorithme de détection connu par exemple de l'Homme du métier. Selon une variante de réalisation, une étape supplémentaire bO) est rajoutée avant l'étape bl). Cette étape bO) consiste à émettre pendant le créneau k. Les étapes bl); b.1.1) et b.1.2) s'effectuent lors des créneaux k+1 à k+n, au lieu des créneaux k à k+n-1. Tant qu'une station est en état de réception, elle peut détecter le démarrage d'une séquence d'allocation initiée par une ou plusieurs autres stations car un tel démarrage se traduit par l'émission d'un symbole " 1 ". Plusieurs stations peuvent démarrer simultanément une séquence d'allocation, la boucle b2) sert à les départager en ce qui concerne l'accès au 10 support. Exemple de méthode d'attribution de l'identification courante I en fonction de l'identification initiale 10 et de la valeur courante de k Cette attribution s'effectue par exemple de la manière suivante: Pour toute valeur de N, on donne à l'algorithme (il s'agit ici de l'algorithme de 15 calcul de I en fonction de Io k) une donnée de configuration sous la forme par exemple d'une permutation a de l'intervalle [O, n-1]. Cette permutation a un seul cycle de longueur N. Comme il a été mentionné précédemment, une station se voit attribuer une identification initiale bo dans un intervalle [O, N-1]. Lors de la 20 séquence d'allocation qui démarre au créneau k, l'identification utilisée est a k(lo). La valeur de C est choisie de sorte que ses itérations successives, appliquées à un sous-ensemble initial quelconque de l'intervalle [O, N-1] ne favorise aucun des éléments initiaux. Un exemple de permutation sur l'intervalle [O, 31] est donnée dans le tableau 1 ci-dessous à titre illustratif: i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 aff() 14274 1928 30 165 17242 25 182331 21 8 3 0 i 192021 222324 25262728293031 ao) 2611 106 1229 139 2220151 7 Exemple de mise en oeuvre du procédé L'exemple qui suit est donné pour un réseau radio avec 4 stations présentes. Supposons que: > N=32 > 4 stations A, B, C et D sont en présence dans le réseau radio, leurs identifications initiales sont respectivement 11,12, 13 et 22. > La permutation o choisie dans l'implémentation est celle donnée dans le tableau 1 en exemple ci-dessus. On considère uniquement les cas o les stations démarrent simultanément des séquences d'allocation. Pour chaque station, on indique par le symbole " 1I1 " lI'opération " émettre 1 " et par les symboles " 4, " et ".1 " les opérations " recevoir 0 " et " recevoir 1 ". Supposons qu'une séquence d'allocation démarre avec le créneau 15 d'identification k = 3827. k modulo 32 = 19, donc l'itération de la permutation est (3827 = (19. Les valeurs d'identification des stations A, B, C et D sont donc respectivement o19(11) = 3, o19(12) = 24, c19(13) = 26 et 619(22) = 25. Les représentations binaires correspondantes sont A: 00011, B: 11000, C:11010 et D:11001. Le tableau 2 ci-dessous décompose bit par bit la représentation binaire des identifications des stations: bl b2 b3 b4 b5 A 0 0 0 1 1 B 1 1 0 0 0 C 1 1 O 1 O D 1 1 0 0 1 Le comportement des stations sera alors: Créneau K k+ 1 k + 2 k + 3 k + 4 k+5 A: 1' 1, 1 4,1 4o0 41 40 abandon B: 1'1 1'1 1'1 0 41 4,0 abandon C: '1 '1 |O1,0 '1 40 D: 1'1 '1 1.o0 41 4.0 abandon La station C est élue car elle ne reçoit jamais le symbole d'émission " 1 ". Les étapes du procédé d'allocation de l'accès décrit 5 précédemment sont utilisées par exemple dans le cas d'un réseau radio comportant plusieurs postes émetteurs-récepteurs pourvus de circuit de traitement numérique, tel qu'un ASIC programmé pour exécuter les étapes précédemment décrites ou encore un processeur programmé. La détection de " I'activité" d'un poste est par exemple effectuée 10 par détection de niveaux. Par exemple, l'opération " émettre 1 " correspond à l'émission d'un bruit. Ainsi, le brouillage entre les stations n'aura pas pour résultat la diminution du niveau reçu. Le procédé selon l'invention s'applique aussi pour un réseau local pourvus d'équipements informatiques tels que des micro-ordinateurs. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'allocation de l'accès d'un support en diffusion à plusieurs stations caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes: a) coder l'identificateur I de chacune des stations, sur un nombre n de bits bl, b2,... bn, en utilisant 2 symboles correspondant respectivement à un état de " réception " et à un état " d'émission ", b) Pour une station quelconque Si, lors d'une tentative d'émission 10 commençant à un créneau d'identification donné, b.1) pour i variant de 1 à n b.1.1) si la valeur de bi est égale au symbole correspondant à l'état " d'écoute ", la station SI reçoit pendant le créneau k+i-1: > si elle détecte un signal émis par une autre station elle considère 15 qu'elle n'est pas élue; > si elle ne détecte rien elle continue le parcours des bits bi b.1.2) si la valeur de bi est égale au symbole correspondant à l'état " d'émission " la station émet pendant le créneau k+i -1; c) allouer le support à la station qui a effectué l'étape b.1) sans recevoir le 20 symbole d'émission. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape b.0) préalable à l'étape b.1) d'émission du symbole " d'émission " par la station Si et en ce que les étapes b.1), b.1.1), b.1.2) sont effectuées sur 25 les créneaux d'identification variant de k +1 à k+n. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'on utilise le codage en base binaire et l'opération " recevoir ", " reçoit 1 " lorsqu'une station détecte un signal provenant d'une autre station et " reçoit 30 0 " lorsqu'elle ne reçoit pas de signal et l'opération " émettre 1 " lorsque la station émet un signal dans un créneau donné. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on utilise un numéro d'identificateur pris dans un intervalle [O, N-1] avec N=2n. 5 - Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on fait varier les numéros d'identification par application d'une permutation de l'intervalle. 6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le support en diffusion est un réseau radio et en ce que les stations sont 10 des postes émetteurs-récepteurs. 7 - Système d'allocation de l'accès d'un support en diffusion à plusieurs stations Si caractérisé en ce que les stations sont pourvues d'un circuit de traitement numérique adapté à exécuter les étapes du procédé selon l'une 15 des revendications 1 à 6. 8 - Système selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de configuration des stations disjoint des stations.