Brevet FR2877795A1 — publié le 20060512

L'invention concerne une amélioration des systèmes de transmission de données en mode de transfert asynchrone dit ATM. Plus particulièrement, bien que pas exclusivement, cette invention concerne des techniques et appareils pour renforcer les paquets de données ATM, dit cellules, pour la transmis- sion dans des environnements qui produisent de manière intrinsèque de hauts taux d'erreurs. Le mode de transfert asynchrone ATM est un système orienté par paquets pour le transfert d'informations numériques basé sur l'utilisation de cellules ATM. Les données ATM sont transmises comme un flux contigu des cellules ATM dans lequel chaque cellule a une longueur constante et comprend une étiquette d'entête de 5 octets et un champ de données utile de 48 octets (voir figures la et lb). Le système est asynchrone en ce sens que les cellules sont identifiées aux moyens d'informations d'adresse transportées dans l'étiquette d'entête et non par leur position par rapport à une référence temporelle fixe. En se référant à la figure lb, l'étiquette d'entête inclut un champ d'adresse qui inclut l'identificateur de conduit virtuel communément appelé VPI et l'identificateur de canal virtuel ou voix logique virtuelle, communément appelé VCI. L'étiquette d'entête inclut également, parmi d'autres choses, un champ CRC de 8 bits pour un contrôle d'erreurs de l'entête. La relativement petite et constante taille des cellules d'ATM permet au matériel ATM de transmettre des données vidéo et audio sur les mêmes réseaux avec une hiérarchisation rudimentaire des cellules qui est réalisée par des champs appropriés dans l'entête. Un problème significatif dans beaucoup de réseaux de transmission de données, y compris les systèmes ATM, est la perte ou l'endommagement des données. Ceci peut prendre la forme de pertes de cellules ou de pertes ou endommagements au niveau des bits et peut être dû à une congestion du trafic ou à des effets externes d'erreurs ou d'interférences qui ne sont pas dépendants de la charge de trafic. La présente invention concerne premièrement les techniques par lesquelles la résistance des cellules à l'endommagement, indépendamment de la source d'endommagement, peut être augmentée. Ceci est appelé le renforcement des cellules dans la présente demande. Dans le cas des cellules ATM, le contenu des entêtes rend la cellule en tant que telle, particulièrement vulnérable à l'endommagement ou aux pertes. Si l'entête est endommagé, la cellule ATM ne peut pas être délivrée du tout puisque toutes les informations d'adressage sont dans l'entête. La discussion suivante est faite dans le contexte de réseaux tactiques, spécialement ceux existants dans des environnements militaires. Cependant, cela ne doit pas être considéré comme une limitation de son application. L'invention peut être appliquée dans n'importe quel environnement dans lequel un accroissement ou une augmentation de la stabilité des transmissions et une résistance à l'endommagement, sont nécessaires. D'autres exemples incluent des liaisons de transmissions satellites et des liaisons sujettes aux erreurs transportant différents types de trafic tels que la voix, des vidéos ou des données. Pour qu'un réseau tactique soit efficace, certaines formes de protection contre les erreurs doivent être implémentées pour éviter des pertes inacceptables de trafic sur des liaisons à haut taux d'erreurs. De hauts taux d'erreurs peuvent être le résultat de la nature intrinsèque d'un environnement de champ de bataille, de causes naturelles ou d'interférences de nature humaine telles que du brouillage. Les réseaux ATM commerciaux requièrent habituellement des liaisons d'une intégrité supérieure à 1 pour 107, tandis que des réseaux tactiques sont envisagés pour opérer dans des environnements d'erreurs jusqu'à 1 pour 103. Il y a eu de nombreuses tentatives pour fournir des corrections/gestions d'erreurs améliorées pour ATM dans des environnements de transmission sujets aux erreurs. Une publication qui, jusqu'à un certain niveau concerne l'intégrité des cellules ATM, est le brevet américain n 5 600 653 (titulaire Chitre et al.). Ce document décrit une technique générale pour manipuler le contenu des cellules ATM de manière à augmenter la protection contre les erreurs. En particulier, ce document décrit l'entrelacement des données entre une pluralité de cellules ATM. Ceci diffuse l'effet de n'importe quelle erreur de liaison sur le flux de bits et ainsi ne concentre pas l'endommagement sur une unique cellule ATM. Ce document ne concerne pas le renforcement des cellules à un niveau détaillé. En conséquence, l'objectif de la présente invention est de fournir une méthode et un appareil qui fournissent une protection des cellules améliorée dans un environnement sujet aux erreurs. Selon un aspect, l'invention fournit une méthode pour renforcer des cellules ATM, les cellules ATM incluant chacune en entête et des données utiles, la méthode incluant des étapes de renforcement individuel des cellules ATM en encodant l'entête et les données utiles et en encapsulant les données résultantes de chaque cellule dans une trame de transmission dédiée à cette cellule. L'entête et les données utiles peuvent être entrelacées dans une trame de transmission individuelle. La correction d'erreur peut être appliquée séparativement à l'entête et aux données utiles avant de les insérer dans une trame de transmission. Dans un mode de réalisation alternatif, l'entête et/ou les données utiles peuvent être entrelacées au hasard dans la trame de transmission. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'étape d'encodage correspond à une correction d'erreurs vers l'avant Reed Solomon (en anglais "Reed Solomon foward error correction"). La correction d'erreurs vers l'avant Reed Solomon peut être appliquée 15 à l'entête et aux données utiles séparativement selon quel entête encodé est entrelacé avec les données utiles encodées. Les bits utilisés pour insérer les cellules ATM encodées peuvent être extraits des cellules ATM vides ou inutiles dans le flux de données. Préférentiellement, l'élimination/l'utilisation des cellules ATM vides/inutiles est réalisé de telle manière que les taux d'entrée et de sortie d'une liaison ATM sont substantiellement équivalents. L'invention va maintenant être décrite au travers d'un exemple en faisant référence aux figures dans lesquelles: - la figure 1 illustre la structure des cellules ATM de l'état de l'art; - la figure 2 illustre l'insertion et l'entrelacement appliqués aux cellules ATM individuellement; - la figure 3 illustre un schéma simplifié d'une architecture d'un dispositif/unité de renforcement de cellules ATM; - la figure 4 illustre un schéma d'une portion simplifiée d'un réseau ATM montrant la localisation d'un dispositif/unité de renforcement de cellule; et - la figure 5 illustre un schéma bloc simplifié pour un prototype de dis- positif/unité de renforcement de cellule (CHU). La discussion à suivre concerne de manière générale des transmissions de données ATM dans des environnements militaires sujets aux erreurs. Le système de renforcement de cellules décrit ici est, dans un mode de réalisation, conçu pour protéger des lignes de réseau ATM étant transportées, par exemple une liaison de relai radio qui est sujette à un environnement tactique. D'autres applications sont envisagées, comme la protection de liaisons satellites. La figure 1 représente un schéma d'un paquet de données ATM selon l'état de l'art. Le paquet ATM 10, ci-après désigné cellule, comprend un champ de données utiles 11 et un entête 12. Le champ de données utiles 11 est de 48 octets et peut correspondre à des informations d'utilisateur de réseau telles que des données, de la voix, des images, etc. Le champ de données utiles 11 peut également contenir des informations de marge ou d'opérations et de maintenance. L'entête 12, montré en détails dans la figure 1 b, inclut: un champ d'adresse, incluant un identificateur de conduit virtuel, dit VPI ( Virtual Path Identifier ) et un identificateur de canal virtuel, dit VCI ( Virtual Channel Identifier ) qui définit le canal virtuel auquel la cellule est assignée; un identificateur de type de données utiles, dit PTI ( Payload Type Identifier ) ; et un champ CRC de 8 bits pour le contrôle d'erreur de l'entête, dit HEC ( Header Error Control ), ce dernier champ fournissant également le mécanisme pour la délimitation de la structure de cellule. La figure 2 représente un schéma simplifié de la technique de renforcement de cellules selon un aspect de l'invention. Les cellules ATM individuelles sont encapsulées avec un mot code de correction d'erreur. De manière spécifique, deux mots code complets Reed Solomon sont appliqués à l'entête 21 et aux données utiles 20 ainsi que cela va être décrit plus loin. Comme les cellules ATM sont renforcées individuellement, si une correction d'erreurs est saturée, seulement une unique cellule est compromise et la multiplication des erreurs sera évitée. Dans une cellule ATM, les octets d'entête sont particulièrement sensibles dans le sens où si ils sont altérés, ceci entraîne la perte totale de la cellule puisque toutes les informations d'adressage peuvent être perdues indépendam- ment de l'intégrité du reste du contenu de la cellule ATM. En utilisant la connaissance de la position de l'entête en conjonction avec l'encodage de l'entête, un niveau de protection additionnel est fourni. En outre, l'octet de contrôle de l'entête peut être remplacé par un code plus puissant pour permettre une protection additionnelle et pour identifier les entêtes incorrigibles. Des bits additionnels sont utilisés pour renforcer chacune des cellules ATM. Ces bits additionnels sont utilisés pour fournir un encodage additionnel pour les données utiles et l'entête. Si possible, ils peuvent être extraits de cellules ATM inutiles ou non assignées, autrement ils contribuent à la saturation des liai- sons. En retournant à la structure des cellules ATM renforcées, selon l'invention, la figure 2 montre les données utiles 20 encodées, l'entête 21 encodée et, quand il est implémenté, un mot 22 de synchronisation de 31 bits, entrelacé dans un flux de bits contigu formant une trame de 591 bits de long. Chaque cellule contient pour cela deux mots code complets Reed Solomon qui maximisent la protection contre les erreurs pour les éléments courts qui ne sont pas des don-nées utiles. A cette fin, la sensibilité des données utiles aux paquets d'erreurs peut varier en fonction de la nature du trafic d'utilisation du réseau ATM (c'est-à-dire voix, data, etc.). Les cellules ATM renforcées sont alors transmises au tra- vers du réseau ainsi que décrit précédemment. Le code de correction vers l'avant Reed Solomon est utilisé comme élément basique de l'architecture définie. Cette forme d'encodage a été choisie car elle fournit un bon mélange de correction d'erreurs de bits et de paquets d'erreurs et est relativement simple et directe à implémenter. Des implémentations spécifiques de l'encodage Reed Solomon sont considérées comme étant à la portée de l'homme de l'art et ne seront pas décrites plus en détails ici. La figure 4 montre l'aspect général d'une portion simplifiée d'un réseau ATM illustrant la localisation du dispositif de renforcement de cellules de la pré-sente invention. Le fonctionnement général d'un tel réseau ATM est le suivant. Un commutateur ATM standard 40 reçoit des cellules ATM d'un réseau (non représenté). Celles-ci sont transmises à une unité de renforcement de cellules, dit CHU ( Cell Hardening Unit ) 41 qui traitent la cellule selon l'invention et ainsi que cela est décrit précédemment. Le renforcement des cellules peut être sujet à un procédé de cryptographie et ensuite transmis au travers par exemple d'une liaison RF 44/45. Les cellules renforcées sont décryptées si nécessaires 46 et décodées 47 ainsi que cela est décrit plus loin. Les cellules défaites sont ensuite transmises à un commutateur ATM 48 pour la transmission au travers du réseau. La figure 3 illustre un schéma d'un exemple d'architecture de dispositif de renforcement de cellule (par exemple 41 et 47 sur la figure 4). Le chemin de sortie 55 montré sur la figure 3 accepte un traffic de cellules depuis un commutateur ATM (non représenté). La trame de données utiles est désentrelacée au ni-veau de la cellule 30 tandis que les cellules inutiles ou non assignées sont reje- tées 37. La valeur VPI de la cellule d'entête est ensuite contrôlée 31, 32 pour identifier la cellule comme l'une de deux types supportés. Par exemple, si le VPI est impair, alors la cellule contient des informations de voix et une haute priorité lui sera donnée. Si le VPI est pair, la cellule contient des informations de données et va suivre une route de priorité inférieure au travers du CHU. La cellule est alors mémorisée dans le tampon de données ou de voix approprié 35. Si les tampons sont pleins, alors la cellule est rejetée. Les cellules sont retirées des tampons lorsque l'émetteur est capable de les prendre. Du fait de la hiérarchisation rudimentaire des cellules, les cellules dans le tampon de données sont traitées uniquement lorsque le tampon de voix est vide. De manière similaire, lorsque les deux tampons sont vides, des cellules inutiles sont générées et transmises pour maintenir le taux de liaison physique de la connexion de données. Des cellules de données ne sont pas transmises lorsque l'interface récepteur radio est désynchronisé. Cependant les cellules de voix et inutiles conti- nuent à être transmises lorsque l'interface radio est considéré comme désyn- chronisé. Selon les opérations du prototype CHU, la cellule est ensuite convertie en une cellule condensée par l'insertion de 3 octets factices entre l'entête de la cellule et les données utiles de la cellule. Ceci est montré dans le schéma bloc illustré sur la figure 5. Cependant, dans une forme préférée de l'invention, et décrite en détails, les trois octets factices correspondent à des zones réservées pour l'implémentation, entre autres choses, de la protection d'entête, etc. La cellule condensée de 56 octets est ensuite passée dans l'encodeur Reed Solomon 33 pour l'encodage de codes de correction d'erreur vers l'avant. Après un temps de traitement, la cellule condensée FEC et entrelacée 34 est lue à partir de l'encodeur Reed Solomon et est synchronisée en série à la sortie du CHU à un taux sélectionnable. Les séries de trames (de cellules ATM renforcées) quittent ensuite le dispositif sous la forme d'un flux de bits contigus qui est alors envoyé pour sa transmission, dans le présent cas sur une liaison, qui est alors envoyé pour sa transmission, dans le présent cas sur une liaison, radio 39. Le chemin de réception 56 représenté sur la figure 3 accepte un flux de bits de cellules ATM renforcées depuis une liaison radio 39. Les cellules de trame désentrelacées sont reconverties en cellules condensées selon le code de correction d'erreurs vers l'avant 52 et passées au décodeur Reed Solomon 51. Si la sortie du flux de bits du décodeur Reed Solomon contient moins qu'une cellule complète, une cellule inutile est insérée 38. Ceci assure qu'un flux continu de cellules est émis à partir de l'interface CHU. Les cellules ATM reconstruites 50 sont ensuite passées au commutateur ATM à travers une interface 36. Lors d'essais, la méthode de renforcement de cellules ATM selon la présente invention a produit une fiabilité de trafic avec des taux d'erreur de liai-son inférieurs à 1 pour 103. Les avantages et la viabilité de la présente approche de la protection de trafic de réseau ont ainsi été amplement démontrés. A la diffé- rence des tentatives précédentes pour augmenter la résistance des cellules ATM à l'altération, la présente invention assure que les données utiles des cellules sont délivrées même lorsque la cellule est endommagée. Délivrer une cellule correctement, mais avec un champ de données utiles partiellement altéré, peut être intéressant dans des situations où un taux d'erreur résiduel significatif peut être toléré. Un tel exemple est dans les communications vocales dans lesquelles l'oreille humaine peut, jusqu'à un certain point, interpoler entre les coupures et les portions altérées de matériel audio. Ainsi, grâce à l'invention décrite ici et aux modes de réalisation décrits précédemment, la présente invention fournit une méthode et un dispositif pour la prise en charge et la transmission de cellules ATM qui aboutit à des taux d'erreur inférieurs à 1 pour 103. Bien que la présente invention était décrite à titre d'exemple seulement et en faisant référence à des modes de réalisation possibles, il doit être apprécié que les améliorations et/ou des modifications peuvent être faites sans s'éloigner de la portée de l'invention définie dans les revendications annexées. Lorsque dans la description faite précédemment des références ont été faites à des entités ou des composants ayant des équivalents connus, alors de tels équivalents sont incorporés au même titre que si ils avaient été décrits individuellement. REVENDICATIONS 1. Méthode pour renforcer des cellules ATM (10), les cellules ATM (10) comprenant chacune un entête (12) et des données utiles (11), la méthode incluant les étapes d'encodage de l'entête et des données utiles dans une trame de transmission individuelle. 2. Méthode pour renforcer les cellules ATM selon la revendication 1, dans laquelle l'entête et les données utiles sont entrelacées dans une trame de transmission individuelle. 3. Méthode selon la revendication 2, dans laquelle une correction d'erreur est appliquée séparativement à l'entête et aux données utiles avant de les entrelacer dans une trame de transmission. 4. Méthode selon la revendication 3, dans laquelle la correction d'erreur correspond à une correction d'erreur vers l'avant Reed Solomon. 5. Méthode selon la revendication 4, dans laquelle l'encodage Reed Solomon est appliquée à l'entête et aux données utiles séparativement selon quel entête encodé est entrelacé avec les données utiles encodées. 6. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle des cellules ATM vides/inutiles sont éliminées/utilisées pour faire correspondre substantiellement les taux d'entrée et de sortie d'une liaison ATM. 7. Méthode pour renforcer des cellules ATM substantiellement comme décrites ici en référence aux figures 2 à 5. 8. Appareil adapté pour renforcer des cellules ATM selon la méthode de l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Appareil adapté pour renforcer des cellules ATM substantiellement comme décrit ici en référence aux figures 2 à 5.