Brevet FR2861231A1 — publié le 20050422

Méthode de communication dans un réseau de communication sans fil L'invention concerne une méthode de communication pour des stations émettrices/réceptrices dans un réseau de communication sans fil dans laquelle des premières trames multi-récepteurs sont échangées entre une station et une pluralité d'autres stations et des secondes trames monorécepteur sont échangées entre une station émettrice et une station réceptrice du réseau, les premières trames étant transmises de manière omnidirectionnelle. L'invention est destinée plus particulièrement à un réseau de communication sans fil d'entreprise ou domestique utilisant le standard américain IEEE802.1la ou le standard européen Hiperlan/2 de l'ETSI ("European Telecommunications Standards Institute"). Les performances de la communication sans fil sont limitées, principalement dans un espace fermé, par l'atténuation de la puissance du signal avec la distance, le bruit, les interférences avec d'autres équipements électriques, ainsi que par l'effet multi-trajet du à la réflexion des ondes sur des obstacles tels que des murs. Ces problèmes de performances sont exposés dans l'article "System Applications for Wireless Indoor Communications" de A.S. Acampora publié en août 1987 dans "IEEE communications magazine -volume 25; n 8" Dans le standard IEEE802. 11a, les communications entre les stations fixes ou mobiles du réseau, plus particulièrement des ordinateurs et des 25 points d'accès (ou noeuds du réseau), se font par transfert de: trames de contrôle, de petites tailles, telles que les trames dites "RTS" et "CTS", signifiant respectivement "Request To Send" et "Clear To Send", utilisées pour contrôler l'accès au support, et "ACK" signifiant "Acknowledgement", pour valider la réception de données, de trames de données, dites trames "DATA", utilisées pour la transmission des données et pouvant contenir beaucoup d'informations, et de trames de gestion utilisées pour l'échange d'informations de gestion du réseau qui sont transmises de la même façon que les 35 trames de données. 2861231 2 Le mécanisme d'accès de base entre les stations, appelé "DCF" ("Distributed Coordination Function") suit le protocole "CSMAICA" ("Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance" - accès multiple par détection de porteuses sans collision) décrit ci-après, pour éviter les collisions entre les trames: Une première station voulant envoyer des données vers une deuxième station transmet à toutes les stations dans son champ d'émission une trame RTS pour réserver le support pendant une certaine durée en indiquant la source, la destination et la durée de la transaction. La deuxième station répond, si le support est libre, à toutes les stations dans son champ d'émission pour signaler son acceptation du transfert de données avec une trame CTS, contenant les mêmes informations que la trame RTS. Toutes les stations autres que les deux stations en communication, ayant reçu au moins une des trames RTS ou CTS établissent à partir des informations reçues une "NAV" ("Network Allocation Vector" - vecteur d'allocation de réseau), c'est à dire une période pendant laquelle elles arrêtent toute activité, pour ne pas perturber le transfert de données. - Après réception de la trame CTS, la première station envoie les données à transférer vers la deuxième station dans une ou plusieurs trames DATA. La deuxième station reçoit les données et envoie une trame ACK à la première station pour signaler la bonne réception des données. Les trames RTS et CTS sont des trames multi-récepteurs qui doivent être reçues par toutes les stations du réseau susceptibles de communiquer avec les deux stations, tandis que les trames DATA et ACK sont des trames monorécepteur qui doivent uniquement être reçues par les deux stations en communication. Actuellement, dans un réseau de communication sans fil, on utilise pour chaque station du réseau des antennes omnidirectionnelles pour l'envoi de tous les types de trames indiquées ci-dessus. L'étendue de la couverture, la robustesse du réseau et le débit de transfert des données dépend du mode de transmission exploité par la couche physique de l'antenne. Plus la couverture est étendue, plus on établi des communications robustes, et plus le débit est faible. Lorsqu'on effectue une communication en mode robuste, 2861231 3 par exemple BPSK1/2, la couverture est étendue, mais le débit est faible, tandis que lorsqu'on effectue une communication en mode élevée, par exemple 64QAM3/4, le débit est élevé mais la couverture est restreinte (voir norme IEEE 802.1 la pour d'autres modes de transmission). Par conséquent un réseau de communication sans fil avec des stations équipées d'antennes omnidirectionnelles présente une couverture limitée et un débit de communication relativement faible. Par ailleurs les communications sont sujettes à des effets multi-trajets qui dégradent le fonctionnement du réseau. En outres, on connaît certains systèmes qui utilisent de la diversité d'antennes en réception pour améliorer les performances. Le but de l'invention est d'améliorer les communications dans un réseau de communication sans fil telle qu'indiquée ci-dessus en augmentant le débit du réseau de façon générale et en particulier en accélérant le débit des messages mono-récepteur. Plus particulièrement, l'invention est une méthode de communication pour des stations émettrices/réceptrices dans un réseau de communication sans fil dans laquelle des premières trames mufti-récepteurs sont échangées entre une station et une pluralité d'autres stations et des deuxièmes trames mono-récepteur sont échangées entre une station émettrice et une station réceptrice. Les premières trames sont transmises de manière omnidirectionnelle. Les deuxièmes trames sont transmises de manière directive. Avec la méthode de communication selon l'invention, la transmission omnidirectionnelle (aussi bien en émission qu'en réception) se fait de façon plus robuste que la transmission directive. Selon encore une particularité de la méthode selon l'invention, la transmission la plus robuste se fait à un débit plus faible que la transmission la moins robuste. Avec la méthode de communication selon l'invention, chaque station du réseau est équipée d'une antenne omnidirectionnelle pour la transmission des trames RTS et CTS en particulier et d'une ou plusieurs antennes directives pour la transmission des trames DATA et ACK. Avec cet agencement on obtient une augmentation du débit et de la qualité de la communication entre les stations. L'invention s'étend à une station émettrice et/ou réceptrice pour un réseau 35 de communication sans fil. La station est agencée pour émettre et/ou 2861231 4 recevoir des trames multi-récepteurs de manière omnidirectionnelle et pour émettre et/ou recevoir des trames monorécepteur de manière directive. La station émettrice/réceptrice selon l'invention comprend au moins une antenne omnidirectionnelle et une ou plusieurs antennes directives, par exemple quatre antennes directives orientées à 90 l'une par rapport à l'autre. L'invention s'étend encore à un réseau de communication sans fil comprenant une ou plusieurs de telles stations émettrice / réceptrices. La méthode et la station selon l'invention sont décrits plus en détail ciaprès et illustrés par les dessins. La figure 1 est un synoptique illustrant la méthode de communication dans un réseau de communication sans fil selon l'invention. La figure 2 illustre de façon très schématique un réseau utilisant la 15 méthode selon l'invention. La figure 3 montre de façon très schématique une station équipée de quatre antennes directives et d'une antenne omnidirectionnelle selon l'invention. Sur la figure 1, on a illustré par un synoptique très schématique la méthode de communication sans fil selon l'invention pour le transfert de données à haut débit entre deux stations 1, 2. La station 1 envoie de manière omnidirectionnelle (antenne omnidirectionnelle 11) une première trame multi-récepteurs RTS. La station 2 en réponse à la réception de la trame RTS (sur son antenne omnidirectionnelle 21) renvoie une trame multirécepteurs CTS. En réponse à la réception de la trame CTS (sur son antenne omnidirectionnelle 11) la station 1 envoie une trame monorécepteur DATA (par l'intermédiaire d'une antenne directive 12). En réponse à la réception de la trame DATA (sur une antenne directive 22), la station 2 renvoie une trame mono-récepteur ACK (antenne 22) qui est reçue par la station 1 sur l'antenne 12. On comprend donc qu'avec la méthode selon l'invention les trames multirécepteurs tel que RTS et CTS sont envoyées par les stations du réseau à partir d'antennes omnidirectionnelles alors que les trames monorécepteur telles que DATA et ACK sont envoyées et reçues par les stations à partir d'antennes directives. 2861231 5 Sur la figure 2, on voit la topologie d'un réseau de communication sans fil selon l'invention avec quatre stations 1, 2, 3, 4. Bien entendu, un réseau de communication sans fil selon l'invention peut comporter un plus grand nombre de stations. On voit sur cette figure la couverture représentée par le cercle 5 qui correspond à l'utilisation de l'antenne omnidirectionnelle de la station 1 (et d'une station réceptrice utilisant une antenne omnidirectionnelle) lorsque la station 1 envoie la trame multi-récepteurs RTS. On voit également la couverture représentée par le cercle 6 qui correspond à l'utilisation de l'antenne omnidirectionnelle de la station 2 (et d'une station réceptrice utilisant une antenne omnidirectionnelle) lorsque la station 2 envoie la trame multi-récepteurs CTS. On voit enfin la couverture représenté par l'ellipse 7 lorsque les stations 1 et 2 utilisent leurs antennes directives pour la transmission des trames mono-récepteur DATA et ACK. Les stations 1 à 4 peuvent être des ordinateurs fixes ou mobiles, des 15 points d'accès du réseau ou des appareils audio et vidéo. Dans la communication entre les stations 1 et 2, la station 3 reçoit la trame RTS qui contient les informations sur la durée de la communication entre les stations 1 et 2. Par ailleurs la station 4 reçoit la trame CTS qui contient également les informations sur la durée de la communication entre les stations 1 et 2 de par la topologie du réseau illustrée sur la figure 2. En conséquence les stations 3 et 4 peuvent établir une NAV de telle façon à rester inactives au moins pendant la communication avec les antennes directives entre les stations 1 et 2. Bien entendu, les stations 1 et 2 doivent utiliser des algorithmes connus 25 de détermination de la meilleure antenne directive tant en réception qu'en émission. En particulier le choix de la meilleure antenne directive en émission et réception peut être basée sur l'analyse de trames de test échangées entre les deux stations et de mesure de la puissance du signal reçu avec mise à jour d'une table dans chaque station où une antenne directive d'une station est mise en correspondance avec une antenne directive de l'autre station, les antennes directives des deux stations pouvant être utilisées aussi bien en émission qu'en réception. L'utilisation d'antennes omnidirectionnelles selon un mode de transmission en bas débit pour l'envoi des trames multi-récepteurs, de petites tailles et ne nécessitant donc pas d'être émises avec un haut débit, 2861231 6 permet une très bonne couverture du réseau, limitant ainsi au maximum les interférences et les collisions entre les trames et permettant à d'autres réseaux voisins de détecter une activité, ces derniers pouvant ainsi passer sur un autre canal pour effectuer leurs communications. Par ailleurs, l'utilisation d'antennes directives émettrices I réceptrices selon un mode en haut débit pour le transfert des trames mono récepteur, qui sont des trames de grande taille, permet d'augmenter le débit de communication dans le réseau. En outre, les antennes directives améliorent, grâce à leur directivité, les rapports signal sur bruit et signal sur interférent et donc améliore le gain d'antenne à l'émission et à la réception, ce qui améliore globalement la communication dans le réseau. Sur la figure 3, on a représenté très schématiquement une station telle que la station 1 comportant une antenne omnidirectionnelle telle que 11 représentée symboliquement par un cercle et quatre antennes directives 12a, 12b, 12c, 12d qui sont disposées dans un même plan mais orientées à 90 l'une par rapport à l'autre. L'antenne omnidirectionnelle 11 peut être agencée pour émettre et/ou recevoir des trames multi-récepteurs dans le mode de transmission robuste (par exemple BPSK1/2) et chaque antenne directive 12a à 12d peut être agencée pour émettre ou recevoir des trames mono-récepteur dans un mode plus élevé (par exemple 64QAM3/4). On doit comprendre que la transmission la plus robuste se fait à un débit plus faible que la transmission la moins robuste. Bien entendue une station selon l'invention peut comporter plus ou moins de quatre antennes directives. Une station configurée pour mettre en oeuvre la méthode de communication selon l'invention reste bien entendue compatible pour une communication avec des stations qui n'appliquent pas le principe de la communication selon l'invention. L'invention peut s'appliquer à des standards autre que les standards 30 IEEE802.l l a ou Hiperlan/2 dès l'instant où les communications se font au moyen de trames multi-récepteurs et de trames mono-récepteur. 7 REVENDICATIONS 1/ Méthode de communication pour des stations émettrices / réceptrices (1, 2) dans un réseau de communication sans fil dans laquelle des premières trames multi-récepteurs (RTS, CTS) sont échangées entre une station et une pluralité d'autres stations et des deuxièmes trames mono-récepteur (DATA, ACK) sont échangées entre une station émettrice et une station réceptrice, les premières trames étant transmises de manière omnidirectionnelle, caractérisée en ce que les deuxièmes trames sont transmises de manière directive. 2/ Méthode selon la revendication 1, dans laquelle la transmission de manière omnidirectionnelle se fait de façon plus robuste que la transmission de manière directive. 3/ Méthode selon la revendication 2, dans laquelle la transmission la plus robuste se fait à un débit plus faible que la transmission la moins robuste. 4/ Station (1, 2, 3, 4) émettrice et/ou réceptrice pour un réseau de communication sans fil, caractérisée en ce qu'elle est agencée pour émettre et/ou recevoir des trames mufti-récepteurs de manière omnidirectionnelle et pour émettre et/ou recevoir des trames monorécepteur de manière directive. 5/ Station selon la revendication 4, comprenant au moins une antenne omnidirectionnelle (11) et une ou plusieurs antennes directives (12a, 12b, 12c, 12d). 6/ Station selon la revendication 5, comprenant quatre antennes directives 30 orientées à 90 l'une par rapport à l'autre. 7/ Réseau de communication sans fil comprenant plusieurs stations émettrices et/ou réceptrices (1,2,3,4) selon l'une des revendications 4 à 6.