Brevet FR2873253A1 — publié le 20060120

La présente invention concerne des améliorations de systèmes de transmission de données en mode asynchrone (ATM). Plus précisément, bien que non exclusivement, cette invention concerne des techniques et appareil adaptés pour améliorer la résistance de paquets de données (de cellules) ATM vis-à-vis de séquences d'erreurs provenant d'erreurs de liaison et d'un brouillage intentionnel. Le mode de transfert asynchrone (ATM) est un système orienté paquet pour transférer une information numérique reposant sur l'utilisation de cellules ATM. Les données ATM sont transmises comme un flux contigu de cellules ATM dans lequel chaque cellule possède une longueur constante et comporte un repère de tête ou d'en-tête de 5 octets, et un champ utile de 48 octets (voir les figures la et 1 b). Le système est asynchrone de façon que les cellules sont identifiées au moyen d'informations d'adresse portées par le repère de tête et non par leur position vis-à-vis d'une référence temporelle fixée. En se référant aux figures la et lb, le repère de tête inclut un champ d'adresse qui comporte l'identificateur de parcours virtuel ou identificateur de conduit virtuel (VPI) et l'identificateur de canal virtuel ou identificateur de voie virtuelle (VCI). Le repère de tête inclut également, entre autres choses, un champ CRC de 8 bits pour le contrôle d'erreurs de tête. La taille relativement petite et constante d'une cellule ATM permet au matériel ATM de transmettre de la vidéo, des sons et des données sur le même réseau, avec un ordonnancement sommaire des cellules supporté par des champs appropriés de l'en-tête. Un problème majeur dans de nombreux réseaux de transmission de données, dont les systèmes ATM, est la perte ou l'altération des données. Ceci peut prendre la forme de séquences d'erreurs et peut être le résultat d'erreurs de liaison intrinsèque ou d'interférences (erreur extérieure) qui ne sont pas dépendantes des données acheminées. Un exemple d'une source d'interférence extérieure est le brouillage. La présente invention concerne essentiellement la protection de séquences d'erreurs et des procédés par lesquels la résistance à ces séquences d'erreurs peut être améliorée. Ceci est désigné sous le terme général de durcissement de cellules dans la présente demande. Dans le cas de cellules ATM standard, toutes les informations d'adresse sont portées dans l'en-tête de cellule. Ceci rend n'importe quelle cellule ATM particulièrement vulnérable à des séquences d'erreurs ou à un brouillage intentionnel visant la tête de cellule. Indépendamment de l'intégrité future des données de charge utile, les erreurs par paquets ou de brouillage peuvent détruire toutes les données d'adresse de la cellule, et ainsi altérer la cellule ATM entière. L'exposé qui va suivre sera donné dans le contexte des réseaux tactiques, en particulier ceux que l'on rencontre dans les environnements militaires. Cependant, ceux-ci ne doivent pas être considérés comme une limite à l'invention. La présente invention peut ainsi être appliquée à divers environnements dans lesquels une fiabilité de transmission des cellules améliorée ou accrue est souhaitée. D'autres exemples consistent en des liaisons de transmission satellitaires et des liaisons à tendance d'erreurs, c'est-à-dire susceptibles de provoquer des erreurs, qui supportent différents types de trafic tels que la voix, les sons ou des données. Pour qu'un réseau tactique soit efficace, certaines formes de protection d'erreur doivent être implémentées pour éviter des pertes de trafic inacceptables sur des liaisons à hauts taux d'erreurs. Ces hauts taux d'erreurs peuvent être le résultat de séquences d'erreurs ou d'interférences délibérées, telles que le brouillage. Pour améliorer la résistance des cellules à des séquences d'erreurs ou à un brouillage, il convient de prendre en considération le fait que l'objectif du brouillage est d'essayer d'isoler et d'altérer l'en-tête de cellule. Les réseaux ATM commerciaux exigent en général des intégrités de liaison supérieures à 1 pour 10', tandis que les liaisons tactiques sont destinées à fonctionner dans des environnements d'erreurs à plus de 1 pour 103. Un certain nombre de tentatives pour fournir un niveau amélioré de corrections d'erreurs ATM, dans des environnements de transmission susceptibles de provoquer des erreurs, ont été envisagées. On peut citer à titre d'exemple le document US-5 699 369 (au nom de GUHA) qui décrit un procédé et un appareil de correction d'erreurs adaptative sans voie de retour. La technique décrite dans ce document est basée sur un contrôle d'erreur déterministe, susceptible de récupérer des cellules perdues lors d'une congestion. Cependant, le procédé décrit dans ce document nécessite de déterminer si une condition spécifique de faisabilité est vérifiée. Ceci est calculé à partir d'un nombre attendu d'erreurs de séquence dans une charge utile corrigée par correction d'erreurs sans retour (FEC), et si la correction d'erreurs sans retour peut neutraliser un nombre attendu d'erreurs en paquets dans cette charge codée. Cependant, un tel procédé ne règle pas le problème de l'altération de l'en-tête visé, provoqué par un brouillage ou des séquences d'erreurs. Ce procédé concerne essentiellement la congestion du réseau et peut être considéré comme un remède plutôt qu'une approche protectrice pour améliorer la fiabilité de transmission de cellules ATM et la résistance aux séquences d'erreur. Un but de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil qui améliore la résistance d'une cellule ATM aux séquences d'erreurs, notamment aux interférences délibérées telles que le brouillage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour améliorer la résistance de cellules ATM à des séquences d'erreurs et à un brouillage, chaque cellule ATM comprenant un en-tête et une charge utile, lequel procédé comporte l'étape d'entrelacement de l'en-tête de la cellule ATM dans une trame de transmission à correction d'erreurs. Suivant d'autres caractéristiques de ce procédé, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - la correction d'erreurs est appliquée séparément à la charge utile et à l'en-tête, avant d'entrelacer la charge utile et l'en-tête à l'intérieur d'une trame de transmission; - la correction d'erreurs correspond à une correction d'erreurs sans voie de retour Reed Solomon; - le codage Reed Solomon est appliqué à l'en-tête et à la charge utile séparément, à la suite de quoi l'en-tête codé est entrelacé avec la charge utile 20 codée; et - des cellules ATM vides ou inactives sont éliminées ou utilisées pour sensiblement ajuster des taux d'entrée et de sortie d'une liaison ATM. L'invention a également pour objet un appareil adapté pour fonctionner suivant le procédé tel que défini ci-dessus. L'invention va maintenant être décrite à l'aide d'un exemple non limitatif et en référence aux figures sur lesquelles: - la figure 1 illustre une structure de cellule ATM selon l'art antérieur; - la figure 2 illustre le verrouillage de trame et l'entrelacement appliqué à une cellule individuelle ATM; - la figure 3 est un schéma simplifié de l'architecture d'un moyen (d'une unité) de durcissement d'une cellule ATM; - la figure 4 est un schéma d'une partie simplifiée d'un réseau ATM illustrant l'emplacement de l'unité (du moyen) de durcissement de cellule; et - la figure 5 est un schéma bloc simplifié du moyen (de l'unité) de durcissement de cellule (CHU). L'exposé qui va suivre est en rapport avec la transmission ATM de données dans des environnements militaires à tendance d'erreurs, c'est-à-dire susceptibles de provoquer des erreurs. Le système de durcissement de cellule décrit ici, est, dans un mode de réalisation, destiné à protéger des conduits ATM supportés, par exemple, par une liaison relais radio qui est soumise à un environnement tactique. Un tel environnement tactique peut comporter des interférences de brouillage, de nature aléatoire ou délibérées. D'autres applications sont envisagées, telles que la protection de liaisons satellitaires. La figure 1 représente un schéma d'un paquet ATM suivant l'art antérieur. Le paquet ATM 10 (par la suite dénommé cellule) consiste en un champ utile 11 et une tête ou en-tête 12. Le champ utile 11 est à 48 octets ou bits et peut correspondre à une information d'un utilisateur réseau, tel que des données, de la voix, des images, etc. Le champ utile 11 peut également porter des données d'administration système ou des opérations et des informations de maintenance. La tête 12 (montrée sur la figure 1 b) comporte: un champ d'adresse (incluant un identificateur de chemin virtuel VPI et un identificateur de canal virtuel VCI) qui définit le canal virtuel auquel la cellule est assignée; un identificateur de type charge utile PTI-; un champ utile CRC à 8 bits pour le contrôle d'erreur en tête (HEC), ce champ fournissant également la délimitation de la structure de la cellule. L'emplacement et le contenu des informations d'adresse de la cellule rendent les cellules ATM potentiellement susceptibles d'altération par une séquence d'erreurs, qui résulte soit d'interférences de liaison, soit d'un brouillage ciblé. Dans certaines situations, il peut arriver qu'un système de brouillage détermine la délimitation des cellules et ainsi vise spécifiquement l'en- tête de cellule. Comme il sera expliqué ci-dessous, ceci aura pour effet de détruire effectivement les contenus de cellules, puisque, malgré le maintien de l'intégrité de la charge utile de la cellule, toute l'information d'adresse est perdue. La figure 2 représente un schéma simplifié de la technique de durcissement de cellule selon l'un des aspects de l'invention. Les cellules ATM individuelles sont encapsulées par l'intermédiaire d'un mot de contrôle de correction d'erreurs (en particulier de mots de contrôle complets dit Reed Solomon appliqués à la tête et au champ utile comme il sera expliqué ci-dessous). De plus, si la correction d'erreur est impossible, seule une unique cellule est altérée et la multiplication d'erreur est évitée. A l'intérieur d'une cellule ATM, les octets de tête sont particulièrement sensibles au sens où leur altération va provoquer une perte totale de la cellule. En utilisant la position de l'en-tête en combinaison avec l'encodage d'en-tête, un niveau supplémentaire de protection est obtenu. De plus, l'octet de contrôle de tête peut être remplacé par un code plus résistant pour obtenir une protection supplémentaire et pour identifier des en-têtes qui ne peuvent pas être corrigés. Comme il va être expliqué plus en détail ci-dessous, des bits supplémentaires sont utilisés dans les cellules ATM durcies. Ces extrabits sont utilisés pour fournir un codage supplémentaire pour l'en-tête. Ils peuvent provenir de cellules ATM inactives ou non assignées, si elles sont disponibles, et, à part cela, contribuent à créer des liens supplémentaires. La présente invention consiste à fournir une protection plus robuste, puisque l'information d'en-tête est entrelacée dans la structure entière de la cellule. Ceci rend la cellule ATM plus résistante à une attaque par un brouillage ou par des séquences d'erreurs puisqu'il n'y a aucune région de la cellule qui est particulièrement vulnérable à une attaque par une impulsion d'interférence. Ceci est particulièrement pertinent en relation avec les techniques de brouillage qui recherchent les limites de trame pour falsifier le flux de données de manière systématique. En considérant de nouveau la structure de cellule ATM durcie, la figure 2 montre la charge utile encodée 20, l'en-tête encodé 21 et un mot de synchronisation 22 à 31 bits entrelacés en un flux de bits contigus formant une trame de 591 bits de long (le lecteur se reportera, pour plus de détails sur ce mot de synchronisation 22, à la demande de brevet anglais du même déposant, dont les numéros au registre d'invention sont XAl294/1295). Chaque cellule contient de plus deux mots de contrôle complets Reed Solomon qui maximisent la protection contre les erreurs pour les éléments les plus petits et non chargés. A cet effet, la sensibilité des données de charge aux séquences d'erreurs peut varier selon la nature du trafic utilisateur sur le réseau ATM (par exemple voix, données, etc). Les cellules ATM durcies sont ainsi transmises par l'intermédiaire du réseau en tant que cellules ATM assemblées comme décrit ci-dessous. La correction d'erreurs sans voie de retour (couramment désignée en anglais Forward Error Correction (FEC)) de type Reed Solomon est utilisée en tant qu'élément de base de l'architecture retenue. Cette forme de codage a été choisie puisqu'elle offre une bonne combinaison pour la correction d'erreurs de bits et la correction de séquences d'erreurs, et est relativement directe à implémenter. L'implémentation spécifique de codage Reed Solomon est considérée comme à la portée de l'homme du métier et ne sera pas détaillée plus avant. Le fonctionnement général d'un tel réseau ATM est le suivant: un commutateur ATM standard 40 reçoit des cellules ATM depuis un réseau non représenté. Ces cellules sont envoyées à une unité de durcissement de cellules (CHU) 41 qui applique à la cellule le procédé selon l'invention, et tel que décrit ici. Les cellules durcies peuvent être soumises à des procédés de cryptographie et ensuite transmises via, par exemple, une liaison radiofréquencée 44/45. Les cellules durcies sont décryptées (si nécessaire) et décodées comme décrit ci-dessous. Les cellules dépaquetées sont ensuite envoyées à un commutateur ATM pour une transmission via le réseau. La figure 3 illustre un schéma d'un exemple d'architecture du moyen de durcissement de cellule (CHU). Le chemin ou conduit de sortie 55 représenté sur la figure 3 reçoit des cellules de trafic depuis un commutateur ATM non représenté. La charge utile de la trame est délimitée de façon cellulaire en 30 pendant la mise au rebus de cellules inactives ou non assignées en 37. La valeur du VPI de l'en-tête de cellule est ensuite contrôlée en 31 et 32 pour identifier la cellule comme étant d'un des deux types supportés. Si le VPI est impair, la cellule contient des informations de type voix et il lui sera donnée une haute priorité. Si le VPI est pair, la cellule contient des informations de type données et suivra une voie à basse priorité à travers la CHU. La cellule est ensuite stockée dans une mémoire 35 de données ou de voie de manière appropriée. Les cellules sont déplacées depuis la mémoire lorsque le transmetteur est capable de les accepter. Au moyen d'un ordonnancement sommaire des cellules, les cellules de la mémoire de données sont uniquement traitées lorsque la mémoire de voie est vide. De la même façon, lorsque les deux mémoires sont vides, des cellules inactives sont générées et transmises pour maintenir le taux de liaison physique de la connexion de données. Les cellules de données ne sont pas transmises lorsque le récepteur d'interface radio n'est pas synchronisé. Cependant, la voie et des cellules inactives continuent à être transmises lorsque l'interface radio n'est pas synchronisée. Selon le fonctionnement d'un prototype de la CHU, la cellule est ensuite convertie en un paquet de cellules en insérant trois octets factices entre l'en-tête de cellule et la charge utile de cellule. Un schéma-bloc d'un tel fonctionnement de la CHU est représenté sur la figure 5. Cependant, dans un mode de réalisation préféré suivant l'invention et comme il sera expliqué en détail ici, les trois octets factices correspondent à des zones réservées pour implémenter, entre autres choses, des données de protection d'en-tête, etc. La cellulepaquet de 56 octets est ensuite envoyée à un codeur Reed Solomon 33 pour coder la correction d'erreurs sans voie de retour (FEC). Après un temps de traitement, la cellule-paquet FEC est lue à partir de l'encodeur Reed Solomon et est soumise à une transmission en série rythmée à un taux sélectionnable vers l'extérieur de la CHU. Les séries de trames (de cellules ATM durcies) quittent alors l'unité sous forme d'un flux de bits contigus qui est envoyé pour transmission par, par exemple, une liaison radio 39. Le chemin entrant 56 représenté sur la figure 3 reçoit un flux de bits de cellules ATM durcies transmises par l'intermédiaire d'une liaison radio. Les cellules délimitées en trame sont reconverties en des cellulespaquets corrigées par correction d'erreurs sans voie de retour (FEC) en 52, et envoyées au décodeur Reed Solomon 51. Si la sortie du flux de bits décodée par le décodeur Reed Solomon contient moins d'une cellule complète, une cellule inactive est insérée en 38. Ceci assure qu'un flux continu de cellules est émis depuis l'interface-de la CHU. Les cellules ATM reconstruites en 50 sont ensuite envoyées au commutateur 36. La figure 5 représente plus en détail les flux de trafic entrant et sortant qui, considérés en parallèle de la figure 3 et de la description ci-dessus montre plus en détail le procédé de traitement des cellules. Lors d'essais, le procédé de durcissement ATM selon la présente invention a démontré sa fiabilité vis-à-vis du trafic, avec des taux d'erreurs de liaison inférieurs à 1 pour 103. Les avantages et la viabilité de la présente approche pour la protection des trafics d'un réseau ont été ainsi amplement démontrés. A la différence de précédentes tentatives pour améliorer la résistance des cellules ATM à l'altération, la présente invention assure que la charge utile est acheminée même lorsque la cellule est endommagée. Acheminer jusqu'à destination une cellule correctement, mais avec une charge utile en partie altérée, peut être intéressant dans des situations où un taux d'erreurs résiduelles donné peut être toléré. Tel est le cas pour les communications vocales pour lesquelles l'oreille humaine peut, dans une certaine mesure, ne pas tenir compte, par interpolation, des hachures ou des parties altérées du message audio. Ainsi, la présente invention, telle que décrite ici et suivant ses modes de réalisation décrits ci-dessus, fournit un procédé de traitement de cellules ATM, une technique de transmission et un appareil qui ont démontré leur capacité à améliorer la résistance à des séquences d'erreurs et/ou des erreurs par brouillage. Il a de plus été testé que le trafic peut être maintenu avec fiabilité pour des taux d'erreurs de liaison inférieurs à 1 pour 103. Bien que la présente invention ait été décrite au moyen d'exemples et en référence aux divers modes de réalisation ci-dessus, il doit être compris que des variantes et/ou des aménagements peuvent être réalisés sans sortir du cadre de l'invention. Là où dans la description précédente, il a été fait référence à des nombres entiers ou des composants possédant des équivalents connus, de tels équivalents sont introduits ici comme s'ils avaient été introduits individuellement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la résistance de cellules ATM à des séquences d'erreurs et à un brouillage, chaque cellule ATM comprenant un en-tête et une charge utile, lequel procédé comporte l'étape d'entrelacement de l'entête de la cellule ATM dans une trame de transmission à correction d'erreurs. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la correction d'erreurs est appliquée séparément à la charge utile et à l'en-tête, avant d'entrelacer la charge utile et l'en-tête à l'intérieur d'une trame de transmission. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la correction d'erreurs correspond à une correction d'erreurs sans voie de retour (FEC) Reed Solomon. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le codage Reed Solomon est appliqué à l'en-tête et à la charge utile séparément, à la suite de quoi l'en-tête codé est entrelacé avec la charge utile codée. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel des cellules ATM vides ou inactives sont éliminées ou utilisées pour sensiblement ajuster des taux d'entrée et de sortie d'une liaison ATM. 6. Appareil pour améliorer la résistance de cellules ATM à des séquences d'erreurs et à un brouillage, adapté pour fonctionner suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.