Brevet FR2846816A1 — publié le 20040507

La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications et en 5 particulier au domaine des réseaux de télécommunication faisant intervenir un satellite géostationmaire, une station maîtresse et des stations distantes, réseaux dits Vsat. Vsat est l'abréviation des termes anglo-saxons Very Small Aperture Terminal, c'est-à-dire qu'un tel réseau comprend des stations dont l'antenne possède une petite ouverture. Un réseau Vsat permet la communication entre des stations distantes et une 10 station centrale dite maîtresse au moyen d'une transmission de signaux radioélectriques via un satellite géostationnaire qui assure une fonction de régénération des signaux. Les fréquences utilisées pour la transmission se situent généralement dans les bandes C et K, dans un plan de fréquences à quinze giga Hertz. Les fréquences supportant les signaux sont appelées porteuses; on distingue les 15 porteuses out-routes, qui assurent la transmission des signaux dans le sens station maîtresse-station distantes, des porteuses in-routes qui assurent cette transmission dans le sens stations distantes-station maîtresse. L'état actuel des connaissances sur l'affectation de porteuse, suite à une demande à émettre d'une station, est contenu dans des notes techniques de 20 constructeurs de matériels pour ces réseaux, tels les sociétés Alcatel et Hughes Microsystems. Ces notes sont succinctes et les publications sont rares. Une caractéristique de l'exploitation des réseaux Vsat est le partage tant des porteuses out-routes, en réception, que des porteuses in-routes, en émission, par un ensemble de stations distantes. Ce partage induit une concurrence entre stations pour 25 accéder à la ressource constituée des porteuses qui peut générer des conflits rendant impossible la transmission d'information. La résolution de ces conflits fait intervenir différents modes d'accès aux porteuses et elle nécessite une intervention de la station maîtresse pour affecter une fraction de la ressource à chaque station distante désirant émettre. L'affectation d'une fraction de la ressource à une station distante résout la mise 30 en concurrence entre stations. L'affectation de ressource se fait à la demande car la réservation de bande passante pour une durée indéfinie conduit d'une part à une sousutilisation du réseau et d'autre part à des cots prohibitifs. Cette affectation est effectuée par une fonction désignée par les termes anglo-saxons demands assignment process ou Dap en abrégé. La fonction d'affectation Dap doit tenir compte du fait que, dans un réseau Vsat, les informations sont transmises sous forme de paquets de longueur variable, sauf pour les paquets transportant de la voix, dans ce cas la longueur est fixe et de quatre vingt dix octets. Etant donné que seule la station maîtresse accède aux porteuses outroutes, la gestion de la bande passante de l'ensemble de ces porteuses est relativement aisée. Le principe d'accès aux porteuses out-routes est celui du multiplexage temporel. La porteuse est découpée en trames toutes de longueurs égales. Les trames sont elles-mêmes découpées en intervalles de temps et sont regroupées en super-trames 10 qui comportent toutes le même nombre de trames. Chaque super-trame débute par un préambule permettant aux stations Vsat de se synchroniser sur la station maîtresse. Dans ces conditions, il suffit que la station maîtresse indique à une station Vsat la position, dans la structure récurrente des porteuses outroutes, des informations qui lui sont adressées pour que cette station Vsat puisse les récupérer. En ce qui concerne les porteuses in-routes, la gestion de la bande passante de l'ensemble de ces porteuses est plus difficile que pour les porteuses outroutes. L'accès aux porteuses in-routes se fait suivant le principe de l'accès multiple à répartition dans le temps, c'est-à-dire que des intervalles de temps différents sont attribués aux stations désirant émettre sur une même porteuse in-route. Une porteuse 20 in-route est constituée d'une structure récurrente illustrée par la figure 1: la supertrame. Chaque super-trame comporte huit trames, elles-mêmes divisées en quatre vingt dix fenêtres (slots) de huit octets chacune. Ainsi, pour un débit binaire de cent vingt huit kilos bits par seconde la période de récurrence des super-trames est de trois cent soixante millisecondes. Une station Vsat peut avoir à transférer à destination de la station maîtresse différents types d'information: par exemple de la voix, des requêtes d'interrogation de bases de donnée, des fichiers et des requêtes adressées à la station maîtresse pour disposer de ressource sur une porteuse in-route. Pour réaliser ces transferts, la station Vsat peut employer plusieurs mécanismes décrits ci-après. Lorsqu'une station Vsat veut adresser à la station maîtresse une demande d'allocation de ressource elle doit le faire suivant le mode ContrôleAloha. Une partie de la bande passante de chaque porteuse in-route est dévolue à ce mode et est découpée en canaux dits Contrôle-Aloha. Chacune des stations Vsat peut émettre dans les canaux Contrôle-Aloha, l'accès s'y fait de manière aléatoire. Pour l'émission de messages de faible volume, une station Vsat peut émettre en mode Aloha, dans une partie de la bande passante dévolue à ce mode. Les émissions en mode Aloha se font aussi d'une manière aléatoire, sans réservation de ressource, c'est un mode contentieux. Ce mode est détaillé dans le document de la société Hughes 5 Network System, ayant pour titre "Integrated Satellite Business Network, Traffic Enginering guide". Les modes Aloha et Contrôle-Aloha sont des modes d'accès aléatoires à la bande passante, la station maîtresse n'intervient pas et n'a pas par conséquent de charge de gestion associée. Pour transférer des quantités d'information plus importantes, une station Vsat dispose de différents modes de transfert avec réservation de ressource: le mode Transaction-Réservation et le mode Stream. La présente demande porte uniquement sur la gestion des deux types de trafic associés aux modes Transaction-Réservation et Stream. Lorsqu'une station Vsat veut émettre une quantité déterminée d'information elle peut choisir de le faire suivant le mode Transaction-Réservation. A cette fin, elle émet à l'adresse de la station maîtresse, via un canal Contrôle-Aloha, une demande de réservation de ressource. En retour, la station maîtresse lui attribue un nombre de fenêtres correspondant à la quantité d'information à transmettre. La ressource est 20 automatiquement libérée à la fin du transfert. Cependant, pour transmettre de la voix ou transférer des quantités importantes d'information, une station Vsat choisit généralement le mode Stream. Ce mode est un mode connecté. De même que pour le mode Transaction-Réservation, la station Vsat émet, via un canal ContrôleAloha, une demande de réservation de ressource à 25 destination de la station maîtresse. Par contre, pour le mode stream, la station maîtresse alloue un débit et non un nombre de fenêtres et, contrairement au mode TransactionRéservation, la ressource allouée en mode Stream est maintenue jusqu'à ce que la station Vsat la libère explicitement. En tout état de cause, les techniques connues implantées dans les matériels 30 actuels font appel à des algorithmes qui affectent la première demande d'émission d'information, ultérieurement désignée par les termes demande de trafic, au premier espace libre; ces techniques manquent d'optimisation. Le trafic doit s'entendre comme le transfert d'informations entre stations; dès qu'il y a transmission, il y a trafic. En outre, ces techniques affectent les ressources en fonction d'une demande 35 ponctuelle; elles ne font pas d'anticipation. En conclusion, les méthodes connues conduisent à une utilisation médiocre de la capacité des moyens de transmission et par voie de conséquence, à des surcots lors de l'exploitation des réseaux. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est 5 de proposer un procédé d'affectation de porteuse dans un réseau comprenant des satellites, une station maîtresse et des stations distantes pour transmettre de l'information des stations distantes à la station maîtresse via un satellite, qui assure une gestion plus efficace des moyens de transmission du réseau que les procédés connus. Une solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, 10 en ce que ledit procédé est tel que la transmission de l'information s'effectue au moyen de fréquences porteuses dont l'utilisation par chaque station distante se fait selon des règles d'attribution déterminées par la station maîtresse qui tiennent compte du fait qu'une porteuse est constituée d'une structure récurrente dite supertrame constituée de huit trames chacune divisée en quatre vingt dix fenêtres, que, pour émettre un 15 ensemble de paquets contigus dit rafale, une station distante fait une demande de réservation de porteuse auprès de la station maîtresse, que toute rafale peut être caractérisée par une période p E {0,1,2,4,8} qui détermine le nombre-l de trames d'une supertrame dans lesquelles sont réparties les fenêtres affectées pour placer une rafale et qu'en fin de transmission de l'information la demande de réservation est levée. Le 20 procédé comprend les étapes qui consistent: à déterminer initialement un nombre L de trames, et en ce qu'à chaque demande de réservation, il consiste: - à trier par périodicité décroissante l'ensemble des rafales ri, i E {l,...,n}, à transmettre y compris les rafales déjà placées lors d'un placement préalable et 25 non encore transmises, - pour chaque valeur p de la périodicité, à effectuer les opérations suivantes: - initialiser Fin(j) à 0 pour j de 1 à L, M(i) et Fp(i) à 0 pour i de 1 à n, - dans une boucle, i variant de là n calculer: - j = Min{ijFin(j) = Min {Fin(k), k e LII), 30 - Fp(i) = Fin(j), - M(i) j. - Fin(j) =Fin(j) +s(ri). - effectuer le test Max{Fin(j), j E {l,...,L} B, si la réponse au test est oui alors effectuer le placement de chaque rafale ri, i E {l,..., n, à partir de la 35 fenêtre de numéro Fp(i) sinon sortir de la boucle sur la périodicité, rejeter la dernière demande de réservation et conserver le placement préalable des rafales. Le procédé conforme à l'invention résout le problème posé. En effet, à chaque nouvelle demande de réservation, le procédé remet en question tout placement déjà 5 effectué et tente de placer l'ensemble des rafales non encore transmises dans l'ensemble des fenêtres. Si cette tentative aboutie, ce placement est retenu sinon la dernière demande de réservation est rejetée et seul le précédent placement est retenu. Par conséquent, avant chaque transmission toute demande de réservation est analysée et les rafales associées placées dans la mesure o les capacités de transmission ne sont pas 10 dépassées. Ainsi, en s'autorisant de réarranger l'ensemble des rafales avant chaque transmission, le procédé optimise l'utilisation de la ressource constituée des porteuses. Le procédé selon l'invention peut être implanté sur tous types de matériel des stations maîtresses des réseaux Vsat. Il peut avantageusement procurer une économie substantielle aux opérateurs de réseaux Vsat en apportant une amélioration de la 15 gestion de la bande passante des porteuses in-routes et par voie de conséquence un dimensionnement plus faible du segment spatial du réseau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard de figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est un schéma d'une super-trame selon l'art antérieur. La figure 2 est un schéma d'un réseau Vat. La figure 3 est un organigramme d'un procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention effectue une affectation de porteuse dans un réseau Vsat. Un tel réseau est illustré par la figure 2. Il comprend des satellites Sat, une station 25 SM maîtresse et des stations distantes SD. La transmission des signaux 1 des stations distantes vers la station maîtresse s'effectue au moyen de fréquences porteuses. L'accès à cette ressource est contrôlé par la fonction Dap qui assure la gestion de la bande passante de l'ensemble des porteuses en prenant en compte des règles d'attribution déterminées par la station maîtresse. Ces 30 règles tiennent compte d'une part, qu'une porteuse est constituée d'une structure récurrente dite super-trame et d'autre part, qu'une station distante fait une demande de réservation de ressource auprès de la station maîtresse pour émettre un ensemble de paquets contigus dit rafale et que toute rafale peut être caractérisée par une période p E {0,1,2,4,8} qui détermine le nombre-l de trames d'une super-trame dans lesquelles sont réparties le nombre de fenêtres affectées. La super-trame est constituée de huit trames chacune divisée en quatre vingt dix fenêtres. Le procédé selon l'invention affecte une partie disponible de la bande passante des porteuses in-routes au trafic lié aux modes Transaction-Réservation et Stream. Ceci revient à placer les paquets dans les fenêtres affectées. Comme vu précédemment, une partie de la bande passante de chaque porteuse in-route est réservée aux modes Aloha et Contrôle-Aloha. Les canaux Aloha et Contrôle-Aloha occupent un espace déterminé formé de fenêtres contiguÙs, cet espace a les mêmes caractéristiques de taille et de position dans toutes les trames. Pour 10 faciliter le placement des paquets liés aux autres types de trafic, les canaux Aloha et Contrôle-Aloha sont placés en début de trame. S'ils occupent m fenêtres, on peut considérer que l'espace disponible dans chaque trame est constitué d'un bloc monolithique de 90- m fenêtres. Les paquets émis selon les modes Transaction-Réservation et Stream occupent 15 toujours un nombre entier de fenêtres. Les rafales émises suivant le mode TransactionRéservation ne peuvent pas s'étendre sur plusieurs trames d'une même super-trame, ce mode est réservé à des échanges courts. L'affectation de ressource en mode Stream correspond à l'allocation d'un débit: le nombre de fenêtres affectées par super-trame multiplié par la fréquence de récurrence des super-trames doit être égal au débit 20 demandé. Pour affecter ce nombre de fenêtres, la station maîtresse doit distribuer les fenêtres affectées dans les trames avec une périodicité p E {1, 2, 4, 8}. C'est-à-dire qu'au sein d'une super-trame, elle répartit le nombre de fenêtres affectées dans une trame sur une (p=l), sur deux (p=2), sur quatre (p=4) ou sur huit trames (p=8). La périodicité des rafales d'un flux émis en mode Stream est dictée par le type de flux 25 transporté par une telle connexion. Etant donné que les temps de propagation sont généralement grands devant la période de récurrence des super-trames, il est légitime que la station maîtresse considère plusieurs super-trames, typiquement quatre ou cinq, pour mener à bien l'affectation de porteuse au trafic. En outre, la station maîtresse peut réarranger 30 l'ensemble des rafales déjà placées lors d'un placement préalable avant d'affecter des fenêtres à une nouvelle demande de réservation de ressource. Dans la suite de la demande, un objet périodique est une rafale Stream, c'est-àdire un objet de périodicité p E { 1, 2, 4, 8} et un objet apériodique est une rafale Transaction-Réservation à laquelle est affectée une périodicité p = 0. Dans la suite de la demande, la notion de super-trames est ignorée au profit uniquement de la notion de trames. Toutefois, les trames de 1 à 8 sont toujours considérées comme formant la première super-trame, celles de 9 à 16 la deuxième super-trame, etc... Le procédé d'affectation de porteuse selon l'invention résout un problème de placement de rafales dans des fenêtres. Ce problème P0 est exprimé ciaprès sous forme d'expressions mathématiques qui correspondent aux différentes contraintes à respecter pour réussir le placement des rafales. Soient U = {ui,..., un} un ensemble d'objets, n le nombre de rafales correspondant aux communications en cours. Soit s une fonction de U dans N* qui précise la taille de chaque objet, N = N - {0}. Soient p une fonction de périodicité de U dans {0, 1, 2, 4, 8} et B un entier positif qui représente la capacité de chaque trame. Soit L le nombre de trames, L = 8k, k C N, prises en compte pour résoudre le problème d'affectation de porteuse. L est le plus petit multiple de huit tel que Zs(u.) trame, en respectant les contraintes listées ci-après. Chaque sous-ensemble Uj représente une trame qui contient nj objets indexés de lànj: Vj E {l,...,L}, Uj={U,Uj...,U'} avec =() j=l L'objet us, i E {l,...,n}, qui représente une rafale, est placé avec succès dans la trame j si: il existe k E {î,...,nj,; tel que u1 = Ujk (2) Cette indexation permet la définition d'un ordre dans les trames et donne la position relative des objets les uns par rapport aux autres. Ceci ne suffit pas pour déterminer la position absolue des objets dans les trames parce qu'il peut y avoir des espaces libres. Il faut préciser que les objets d'une trame ne peuvent pas se chevaucher: Vj e (1,...,L}, Vk e {1,. ,nj) Debut(U;)+s(U) S'il existe un placement valide des rafales, alors il existe un placement valide 10 des rafales tel que dans chaque trame: - les rafales sont rangées par périodicité décroissante, - les rafales occupent un ensemble de fenêtres contiguÙs à partir de la première fenêtre. Ceci étant posé, il est possible de défminir un nouvel ensemble d'équations qui 15 permettent de résoudre le problème de placement. Etant donné que les objets sont rangés dans les trames par périodicité décroissante et que les objets de périodicité huit sont présents dans toutes les trames alors il est possible de placer en tête de trame les objets de périodicité huit. Dans ces conditions, l'ensemble d'objets à considérer peut être réduit à un ensemble d'objets V tel que V = U - {u e U,p(u)= 8} et la capacité des 20 trames peut être considérée égale à B' telle que B'= B - y s(u). UEU,p(U>.)8 En outre, comme les rafales occupent des fenêtres contiguÙs alors il est possible de considérer que leur position absolue se confond avec leur position relative. La solution au problème de placement revient à déterminer une partition de V en L sous-ensembles V1,V2,... VL qui satisfasse les contraintes 1, 2, 4, 5, 6, 7 et la 25 contrainte suivante: Vi E {1,...,n}, Vj e {1,...,L} et Vk e il,...,nji tels que V, = u, et j pour chaque valeur p de la périodicité. Lpt est l'abréviation de largest processing time, c'est-à-dire que ce processus affecte la rafale la plus longue à la trame disponible de plus faible indice. Les données d'entrée du processus Lpt sont des rafales appartenant à un 10 ensemble R={r,...,r}de rafales de même périodicité et un ensemble de trames supposées vides. Rest supposé ordonné de sorte que s(r) Fin(j) =Fin(j) +s(ri). Effectuer 8 le test Max{Fin(j),j e {1,...,L}} périodicité, rejeter 10 la dernière demande de réservation et conserver le placement préalable des rafales. REVENDICATIONS 1. Procédé d'affectation de porteuse dans un réseau (Vat) comprenant des satellites (Sat), une station (SM) maîtresse et des stations (SD) distantes pour transmettre de l'information des stations (SD) distantes à la station (SM) maîtresse via un satellite, 5 la transmission (1) de l'information s'effectuant au moyen de fréquences porteuses dont l'utilisation par chaque station (SD) distante se fait selon des règles d'attribution déterminées par la station (SM) maîtresse qui tiennent compte du fait qu'une porteuse est constituée d'une structure récurrente dite super-trame constituée de huit trames chacune divisée en quatre vingt dix fenêtres, que, pour émettre un 10 ensemble de paquets contigus dit rafale, une station (SD) distante fait une demande de réservation de porteuse auprès de la station (SM) maîtresse, que toute rafale peut être caractérisée par une période p E {0,1,2,4,8} qui détermine le nombre-i de trames d'une super-trame dans lesquelles sont réparties les fenêtres affectées pour placer une rafale et qu'en fmin de transmission de l'information la demande de 15 réservation est levée, ledit procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent: - à déterminer initialement un nombre L de trames, et en ce qu'à chaque demande (2) de réservation, il consiste: - à trier (3) par périodicité décroissante l'ensemble des rafales ri, i E {,...,n},à 20 transmettre y compris les rafales déjà placées lors d'un placement préalable et non encore transmises, - pour chaque valeur p de la périodicité, à effectuer (4) les opérations suivantes: - initialiser (5) Fin(j) à 0 pour j de 1 à L, M(i) et Fp(i) à 0 pour i de 1 à n, - dans une boucle (6), i variant de 1 à n calculer (7): - j= Min{jlFin(j)= Min{Fin(k), k E {1,...,L}}}, - Fp(i) = Fin(j), - M(i) =j, - Fin(j) =Fin(j) +s(ri). - effectuer (8) le test Max{Fin(j),j E {1,...,L}} de la fenêtre de numéro Fp(i) sinon sortir de la boucle sur la périodicité, rejeter (10) la dernière demande de réservation et conserver le placement préalable des rafales.