Brevet FR2873252A1 — publié le 20060120

La présente invention concerne des améliorations de systèmes de transmission de données en mode de transfert asynchrones (ATM). Plus précisément, bien que non exclusivement, cette invention concerne des techniques et appareils adaptés pour préserver la synchronisation des flux de données ATM. Le mode 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 dans lequel chaque cellule possède une longueur constante et comporte un repère d'en-tête ou de tête de 5 octets et un champs utile de 48 octets. 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. La synchronisation de trame est le procédé par lequel des signaux de délimitation de trames entrantes sont identifiés. Les séquences de délimitation correspondent à des séquences distinctives d'un bit qui peuvent être distinguées de bits de données. Le procédé de synchronisation permet aux bits de données à l'intérieur de la trame d'être extraits pour décodage ou retransmission. Il est connu dans l'art antérieur d'insérer, dans un intervalle de temps dédié à l'intérieur de la trame, un bit de non-information qui est utilisé pour la synchronisation réelle avec le récepteur des données entrantes. Dans la présente demande, la synchronisation des données (ou de la trame) est utilisée pour détecter et délimiter les limites d'un mot de codage à partir duquel les cellules (ATM) sont extraites. Le champs d'adresse est divisé en deux parties, l'identificateur de parcours virtuel ou identificateur de conduit virtuel (VPI) et l'identificateur de canal virtuel ou identificateur de voie virtuel (VCI). Le repère de tête inclut également, entre autre chose, un champs CRC de huit bits pour le contrôle d'erreurs d'en-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 des cellules supporté par des champs appropriés de tête. Un problème majeur dans de nombreux réseaux de transmission de données, dont les systèmes ATM, est la perte ou l'endommagement de données qui peuvent provoquer la perte de synchronisation des données. La synchronisation des données ou de la trame est nécessaire à la 35 transmission de données en mode asynchrone puisque les paquets de données peuvent arriver à des intervalles irréguliers. C'est pourquoi les commutateurs ou les autres matériels de traitement doivent posséder un moyen de délimitation des cellules ou des trames entrantes. La perte de la synchronisation peut éventuellement ne pas endommager le contenu des cellules en tant que tel. Cependant, la perte de synchronisation causera la perte du paquet conduisant à des requêtes de retransmission de manière excessive, et réduira ainsi l'utilisation de la largeur de bande et la vitesse de liaison. La présente invention concerne principalement des techniques pour préserver la synchronisation des cellules et rétablir la synchronisation après la perte de cette synchronisation. Dans un sens plus large, la présente invention concerne des techniques par lesquelles la résistance à l'altération des cellules (en particulier aux erreurs de synchronisation) peut-être améliorée. Cette technique générale est dénommée durcissement de cellules dans la présente demande. 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 être appliquée dans différents environnements dans lesquels la perte et le rétablissement de la synchronisation est un problème. De hauts taux d'erreurs, conduisant à la perte de synchronisation, peuvent être le résultat de la nature intrinsèque de l'environnement du champs de bataille, de catastrophes naturelles ou d'interférences délibérées tel que le brouillage. Cette dernière source d'erreurs peut être particulièrement problématique dans le cas d'un brouillage délibéré qui vise les limites de trames dans le but d'altérer le flux de données de manière systématique. Un but de la présente invention est donc de fournir un procédé et un appareil qui améliorent la résistance (ou la dureté ) d'un flux de données ATM pour minimiser la perte de synchronisation. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour préserver et/ou rétablir la synchronisation de cellules ATM dans un système de transmission de cellules ATM, chaque cellule ATM possédant un en-tête et une charge utile, lequel procédé comporte les étapes de codage de l'entête et de la charge utile, et d'entrelacement de l'en-tête et de la charge utile avec des données de synchronisation à l'intérieur d'une trame de transmission. Suivant d'autres caractéristiques de ce procédé, prises isolément ou suivant 35 toutes les combinaisons techniquement possibles: - la correction d'erreurs est appliquée séparément à l'en-tête et à la charge utile avant que l'en-tête et la charge utile forment la trame de transmission; - la correction d'erreurs correspond à une correction d'erreurs sans voie de retour (FEC) 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 les données de synchronisation et la charge utile codée; - les données de synchronisation correspondent à un mot de synchronisation choisi pour posséder des caractéristiques d'autocorrélation et de corrélation en retard basses; et - il comporte une étape supplémentaire d'élimination et/ou d'utilisation de cellules ATM vides ou inactives de façon à ce que les taux de données entrantes et sortantes d'une liaison ATM par laquelle les cellules ATM traitées sont transmises, sont sensiblement ajustés. L'invention a également pour objet un procédé pour préserver et/ou rétablir la synchronisation de cellules ATM dans un système de transmission de cellules ATM, lequel procédé comprend les étapes: - à un premier emplacement, pour une pluralité de trames de transmission qui contiennent chacune une cellule ATM codée, d'entrelacement de données de synchronisation à l'intérieur desdites trames, avant la transmission via une liaison de transmission ATM; - de transmission de la pluralité de trames traitées via une liaison de transmission; - de réception, à un second emplacement, des cellules ATM en trames; - de désentrelacement des trames reçues pour extraire les données de synchronisation; et - de contrôle des données de synchronisation et, selon si un nombre prédéterminé d'éléments des données de synchronisation correctes ou incorrectes sont détectés, d'établissement de la synchronisation, de déclenchement de la resynchronisation ou de déclenchement de tentatives de rétablissement de la synchronisation. Les données de synchronisation peuvent être entrelacées à l'intérieur de la cellule ATM de façon à rendre la cellule ATM pratiquement insensible à des interférences visant les limites de cellule. L'invention a en outre pour objet un appareil de traitement de cellules ATM dans un système de transmission ATM, adapté pour fonctionner suivant un procédé tel que défini ci-dessus. L'invention va maintenant être décrite à l'aide d'un exemple non limitatif et 5 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 trames et l'entrelacement appliqué à une cellule ATM; - la figure 3 est un schéma simplifié de l'architecture d'un moyen (d'une 10 unité) de durcissement d'une cellule ATM; - la figure 4 est un schéma d'une partie simplifiée d'un réseau ATM illustrant la localisation de l'unité (du moyen) de durcissement de cellule; - la figure 5 est un schéma bloc simplifié pour un prototype du moyen (de l'unité) de durcissement de cellules (CHU) ; - la figure 6 représente différents états de synchronisation d'une trame; et - la figure 7 représente une trame simplifiée. 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. Cependant, d'autres types de réseaux peuvent être sujets à des aménagements selon la présente invention. Le système de préservation de la synchronisation et le procédé décrit ici sont, dans un mode de réalisation, destinés à protéger les lignes de réseaux ATM supportées, par exemple par une liaison relais radio soumise à un environnement tactique. D'autres applications sont envisagées, telle 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 dénommée cellule) consiste en un champs utile 11 et une tête ou en-tête 12. Le champs utile 11 est à 48 octets ou bytes et peut correspondre à une information d'un utilisateur réseau telles que des données, de la voix, des images, etc. Le champs utile 11 peut également porter des données d'administration système ou des opérations et des informations de maintenance. La tête 12 (montrée en détail sur la figure 1 b) comporte: un champs 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 champs CRC à 8 bits pour le contrôle d'erreurs en tête (HEC), ce champs fournissant également la délimitation de la structure de la cellule. La figure 2 représente, avec la figure 7 montrant une cellule codée et sous forme d'une trame, un schéma simplifié de la technique de durcissement de cellules. Pour plus de détails sur la technique de durcissement de cellules appliquée aux données de tête et de charge, le lecteur se reportera à la technique de durcissement de cellules ATM décrite dans la demande de brevet anglais au nom du présent déposant (registre d'invention N XAl294/1295). Comme expliqué dans la demande de brevet mentionnée ci-dessus, les cellules individuelles ATM sont encapsulées dans les limites d'un mot de codage de correction d'erreurs. De la sorte, si la correction d'erreurs est impossible, seule une unique cellule est altérée et la multiplication d'erreurs est évitée. A l'intérieur d'une cellule ATM, les octets d'entête 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 expliqué plus en détail dans une demande de brevet anglais au nom du déposant (registre d'invention n XAl296), des bits supplémentaires sont utilisés dans la cellule ATM durcie. Ces extra-bits sont utilisés pour fournir un encodage supplémentaire pour la charge utile et l'en-tête. Ils peuvent provenir de cellules ATM inactives ou non assignées, si elles sont disponibles, et, à part cela, contribue à créer des liens supplémentaires. Les cellules ATM codées de cette manière sont, selon la présente invention, accompagnées par une configuration de synchronisation. Dans ce cadre, la synchronisation concerne la synchronisation des cellules ou trames, et non celle des bits. La transmission ATM standard utilise une méthode de synchronisation de cellules basée sur la délimitation des limites de cellules à partir de l'information de l'en-tête des cellules. Cette méthode est satisfaisante pour des liaisons à faible taux d'erreurs. Cependant, les liaisons susceptibles de provoquer des erreurs, telles que les flux de données satellitaires et radiofréquencés, ont besoin d'une forme plus robuste de synchronisation. A cet effet, la cellule ATM encodée peut contenir un mot de synchronisation qui est détecté par le commutateur ATM ou par le moyen/l'unité de durcissement de cellules (désigné ci-après comme une CHU ) pour fournir une acquisition initiale de cellule et pour restaurer l'acquisition de cellules après la perte de la synchronisation. Cette information est également utilisée par la CHU réceptrice (voir ci-après) pour délimiter les limites des mots de contrôle à partir desquels les cellules sont ensuite extraites. La délimitation des cellules selon les techniques ATM connues fonctionne par recherche de l'en-tête (sur une période de 5 octets) en calculant l'octet de contrôle sur chaque octet dans la fenêtre, en indiquant une correspondance entre l'en-tête et l'octet de contrôle d'erreurs de cet en- tête. Selon l'invention le mot de synchronisation peut être entrelacé à l'intérieur de la trame de transmission qui contient une cellule ATM codée. Ceci rend la cellule plus résistante à une attaque par une pulsation de brouillage, puisqu'il n'y a qu'une région de la cellule qui est particulièrement vulnérable à une attaque par impulsion d'interférences. Les données de synchronisation sont délocalisées et, de la sorte, aucune partie spécifique n'est susceptible d'erreurs par brouillage. Ceci est particulièrement pertinent en relation avec les techniques de brouillage qui recherchent les limites de trame pour altérer le flux de données de manière systématique. Le mot de synchronisation est classique et est choisi pour présenter une autocorrélation et une corrélation en retard basses (pour un environnement donné). Pour l'établissement de la synchronisation/le rétablissement de la synchronisation, un algorithme est appliqué à l'extrémité du flux de données pour analyser le mot de synchronisation. En se référant de nouveau à la structure de cellules ATM durcie, les figures 2 et 7 montrent la charge utile encodée 20, l'en-tête encodé 21 et le mot de synchronisation 22 à 31 bits entrelacés en un flux de bits contigus formant une trame de 591 bits de long. 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. Les cellules ATM durcies sont ensuite transmises sur le réseau. La correction d'erreurs sans voie de retour (FEC) Reed Solomon est utilisée en tant qu'élément de base de l'architecture retenue. Cette forme d'encodage 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. Comme représenté sur les figures 3 et 4, des trames entrantes, contenant 35 des cellules encodées et provenant, par exemple, d'une liaison radio, sont soumises à un mécanisme de rétablissement de la synchronisation. Ce dernier détermine les limites de trame de façon que la correction de décodage et celle de codage puissent être menées. A la réception d'une cellule ATM durcie à partir, par exemple, d'une liaison radio, les éléments décodés et corrigés de la tête et de la charge de la cellule sont reformés dans une cellule ATM valide qui est transmises au commutateur ATM. Si le décodage Reed Solomon de l'en- tête échoue, la cellule est envoyée au rebus. Si nécessaire, des cellules inactives sont envoyées au commutateur ATM pour maintenir le taux de lien physique de la connexion. La figure 4 montre la maquette générale d'une partie simplifiée d'un réseau ATM illustrant l'emplacement des moyens de durcissements de cellules. Un commutateur ATM standard 40 reçoit des cellules ATM depuis un réseau (non représenté). Ces cellules sont envoyées à une unité 41 de durcissement de cellules (CHU). Les cellules durcies peuvent être soumises à des procédés de cryptographie et sont ensuite transmises via, par exemple, une liaison radiofréquencée (44/45). Les cellules durcies sont décryptées (si nécessaire) et décodées par la CHU 47. Les cellules dépaquetées sont ensuite envoyées à un commutateur ATM pour une transmission via le réseau. Le fonctionnement d'un mode préféré de la CHU est le suivant. La figure 3 illustre un schéma d'un exemple d'architecture de la 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 valeur de VPI de la tête de cellule est ensuite contrôlée en 32 pour identifier la cellule comme étant d'un des deux types supportés. Par exemple, si le VPI est impair, la cellule contient alors des informations de type voix et il lui sera donné une haute priorité. Si le VPI est pair, la cellule contient des informations de type données et suivra une voix à basse priorité à travers la CHU. La cellule est ensuite stockée dans une mémoire 35 de données ou de voix de manière appropriée. Si les mémoires sont pleines, la cellule est mise au rebus. Les cellules sont déplacées depuis la mémoire lorsque le transmetteur est capable de les accepter. Les cellules dans la mémoire de données sont uniquement traitées lorsque la mémoire de voix est vide. De la même façon, lorsque les deux mémoires sont vides, des cellules inactives sont générées et transmises. Les cellules de données ne sont pas transmises lorsque le récepteur d'interface radio n'est pas synchronisé. Cependant, la voix et des cellules inactives continuent à être transmises lorsque l'interface radio n'est pas synchronisée. Selon le fonctionnement d'une CHU prototype, 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. Ce mode de réalisation de la CHU est représenté sur la figure 5. Cependant, dans une forme préférée de l'invention, et qui est exposée en détails ici, les trois octets factices correspondent à des zones réservées pour, entre autre chose, des données de protection d'en-tête, etc. La cellule- paquet de 56 octets est ensuite envoyée au codeur Reed Solomon 33 pour coder les corrections 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 soumise à une transmission en série rythmée à un taux sélectionnable vers l'extérieur du codeur. Un mot de synchronisation de 31 bits est ajouté à la fin de chaque cellule-paquet FEC et les données sont entrelacées pour former une trame en 34. Les séries de trames (cellules ATM durcies) quittent ensuite l'unité sous forme d'un flux de bits contigus qui est alors envoyé pour transmission par, par exemple, une liaison radio 39. Le chemin entrant 56 représenté sur la figure 3 reçoit un flux de bits, délimité par des mots de synchronisation entrelacés, de cellules ATM durcies transmises par l'intermédiaire d'une liaison radio. Le chemin entrant 56 resynchronise en 52 les trames contenues parmi le flux de bits. Lorsqu'on trouve un nombre donné de motifs qui sont en proche accord avec le motif de synchronisation attendu et qui appartiennent chacun à une trame, le récepteur est considéré comme étant en synchronisation. Comme la charge utile de trame est délimitée de façon cellulaire en 52, les cellules inactives et non assignées sont mises au rebut en 37. Si la synchronisation échoue, la CHU envoie des cellules inactives au commutateur ATM. Concernant le mot de synchronisation, un code de type séquence de longueur maximale de 31 bits est de préférence utilisée pour identifier les limites de trame. Ces codes dits MSL sont considérés comme disposant de propriétés d'autocorrélation recherchées. Une corrélation positive et négative peut être détectée. La corrélation positive se produit lorsqu'un grand nombre de bits sont en accord entre le code MLS et le motif d'entrée, par exemple 28 ou plus de 31. Une corrélation négative se produit lorsque le nombre de bits qui est en accord avec l'entrée est inférieur à un certain seuil, par exemple lorsque 3 ou moins de 31 bits sont en accord. La corrélation négative est, dans une forme préférée, égale à 31 moins le seuil positif. Les cellules délimitées sont reconverties en des cellules-paquets corrigées des erreurs transmises et envoyées au décodeur Reed Solomon 51. Si la sortie du flux de bits décodé 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 CHU. Les cellules ATM reconstruites sont ensuite envoyées au commutateur ATM 36. D'autres détails concernant les flux de trafics entrant et sortant sont donnés en regard de la figure 3 et dans la description ci-dessous, et montrent d'autres aspects du procédé du traitement des cellules. Dans la présente implémentation de l'invention, le seuil positif peut être ajusté en utilisant un matériel de commande manuelle de la CHU. La synchronisation de trame est considérée comme terminée lorsque six motifs de synchronisation consécutifs ont été reçus, chacun avec un résultat de corrélation qui n'est pas inférieur à la valeur de seuil positif et qui n'est pas supérieur à la valeur de seuil négatif. La synchronisation de trame est considérée comme perdue lorsque sept motifs de synchronisation de trame incorrects sont reçus de façon consécutive. Le nombre de trames corrects/incorrects requis par l'algorithme de synchronisation peut être ajusté par une modification des niveaux du logiciel associé. En se référant à la figure 6, le présent mode de réalisation du procédé et de l'appareil de préservation de la synchronisation contrôle la présence du motif de synchronisation sur une base bit à bit. Lorsque, dans un état de présynchronisation, au moins un motif de synchronisation correct a été détecté, la CHU décompte d'une longueur de trame jusqu'au prochain motif de trame et vérifie alors le motif appartenant à la prochaine trame. De cette façon, dans des états de présynchronisation ou de synchronisation, la CHU décompte de trame en trame et vérifie la synchronisation du motif. Lorsque la synchronisation est perdue, la CHU recommence de vérifier le motif d'entrée sur une base bit à bit. Lors d'essais, la liaison radio a été resynchronisée sans intervention en 25 millisecondes pour 2 048 kilobits par seconde et en 100 millisecondes pour 512 kilobits par seconde dans un environnement d'erreurs à taux d'erreurs binaire arbitrairement égal à 10-2 ou plus favorable. Ainsi, la présente invention telle que décrite ici et suivant ses modes de réalisation décrits ci-dessus, fournit un traitement de cellules ATM, une technique de transmission et un appareil qui ont démontré leur capacité à maintenir le trafic dans les limites d'une plage d'erreurs désirée. Bien que la présente invention ait été décrite au moyen d'exemples et en référence aux modes de réalisation particuliers ci-dessus, il doit être compris que des variantes et/ou des aménagements sont possibles 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 préserver et/ou rétablir la synchronisation de cellules ATM dans un système de transmission de cellules ATM, chaque cellule ATM possédant un en-tête et une charge utile, lequel procédé comporte les étapes de codage de l'en-tête et de la charge utile, et d'entrelacement de l'en-tête et de la charge utile avec des données de synchronisation à l'intérieur d'une trame de transmission. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la correction d'erreurs est appliquée séparément à l'en-tête et à la charge utile avant que l'entête et la charge utile forment la 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 les données de synchronisation et la charge utile codée. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les données de synchronisation correspondent à un mot de synchronisation choisi pour posséder des caractéristiques d'auto-corrélation et de corrélation en retard basses. 6. Procédé selon la revendication 1, comportant une étape supplémentaire d'élimination et/ou d'utilisation de cellules ATM vides ou inactives de façon à ce que les taux de données entrantes et sortantes d'une liaison ATM par laquelle les cellules ATM traitées sont transmises, sont sensiblement ajustés. 7. Procédé pour préserver et/ou rétablir la synchronisation de cellules ATM dans un système de transmission de cellules ATM, comprenant les étapes: - à un premier emplacement, pour une pluralité de trames de transmission qui contiennent chacune une cellule ATM codée, d'entrelacement de données de synchronisation à l'intérieur desdites trames, avant la transmission via une liaison de transmission ATM; - de transmission de la pluralité de trames traitées via une liaison de transmission - de réception, à un second emplacement, des cellules ATM en trames; - de désentrelacement des trames reçues pour extraire les données de synchronisation; et - de contrôle des données de synchronisation et, selon si un nombre prédéterminé d'éléments des données de synchronisation correctes ou incorrectes sont détectés, d'établissement de la synchronisation, de déclenchement de la resynchronisation ou de déclenchement de tentatives de rétablissement de la synchronisation. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 7, dans lequel les données de synchronisation sont entrelacées à l'intérieur de la cellule ATM de façon à rendre la cellule ATM sensiblement insensible à des interférences visant les limites de cellule. 9. Appareil de traitement de cellules ATM dans un système de transmission ATM, adapté pour fonctionner suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.