Brevet FR2877794A1 — publié le 20060512

La présente invention concerne des améliorations de systèmes de transmission de données en mode de transfert asynchrone (ATM). Plus précisément, bien que non exclusivement, cette invention concerne des techniques et appareils adaptés pour différencier, traiter et ordonner des paquets d'informations (des cellules) dans des environnements qui produisent intrinsèquement de haut taux d'erreurs. 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 dans lequel chaque cellule possède une longueur constante et comporte un repère de tête ou d'en-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'information d'adresse portée par le repère de tête et non par leur position vis-à-vis d'une référence temporelle fixée. L'information d'adresse définie un canal virtuel, et des cellules portant une adresse particulière sont ainsi transmises à des canaux virtuels correspondants. L'ATM utilise le concept de circuit virtuel dans lequel un circuit virtuel est formé au moment où un appel est établi. Le circuit virtuel relie les canaux virtuels utilisés sur une série de liens d'un réseau pour former la connexion complète d'un bout à l'autre. Ainsi, chaque ordinateur (ou tout autre composant de matériel ATM) doit établir une ligne directe avec l'ordinateur avec lequel il souhaite communiquer, et ce malgré les plusieurs dispositifs intervenants qui sont disposés le long du parcours physique des données ATM. Le repère de tête de la cellule inclus un champs d'adresse 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 virtuelle (VCI). Le repère de tête inclut également, entre autre chose, un champs CRC de 8 bits pour le contrôle d'erreurs de tête. Les divers rôles militaires que l'on rencontre dans les environnements tactiques nécessitent souvent des services distincts en fonction de la communication. En effet, de telles exigences différentes sont supportées par une variété de méthodes de communication et de matériel qui impose une approche rigide dans l'allocation de largeurs de bande pour des utilisateurs individuels. L'intercommunication entre différentes forces utilisant différents matériels et techniques de communication nécessite des fonctions de ponts qui sont souvent inefficaces. Tandis que l'ATM donne aux utilisateurs un moyen d'allocation d'une largeur de bande sur demande , partageant de ce fait la largeur de bande disponible entre des utilisateurs d'une manière efficace et amoindrissant dans une certaine mesure les difficultés d'intercommunication entre les utilisateurs, il est conçu pour travailler dans un environnement à faibles taux d'erreurs. Pour qu'un réseau tactique soit efficace, certaines formes de protection d'erreurs doivent être implémentées pour éviter des pertes de trafic inacceptables sur des liaisons à fort taux d'erreurs. De forts taux d'erreurs peuvent être le résultat de la nature intrinsèque de l'environnement du champ de combat, de catastrophes naturelles ou d'interférences délibérées telles que le brouillage. II est de plus nécessaire de protéger le flux de données qui transite par le moyen de transmission. Les partages de larges bandes ne sont pas communément répandus dans les environnements tactiques, la majorité de la circulation étant traitée par des liaisons radio. C'est pourquoi l'ATM tactique doit permettre de maximiser l'efficacité de la largeur de bande pour utiliser au mieux la largeur partagée disponible. En tant qu'aide à ce procédé, il peut s'avérer avantageux de pouvoir ajuster le traitement des données des cellules ATM, incluant la protection des erreurs en fonction des besoins des différents types de trafic. En théorie, ceci devrait éviter une tentative universelle, et donc inefficace, d'ordonnancement des cellules ATM et de leur traitement. Bien que la précédente argumentation soit donnée dans le contexte des réseaux tactiques, en particulier ceux que l'on rencontre dans les environnements militaires, elle ne doit pas être considérée comme une limite à l'invention. La présente invention peut être appliquée dans différents environnements dans lesquels le traitement de cellules adéquates et l'adaptation au trafic en combinaison avec une fiabilité accrue ou renforcée des transmissions de cellules sont requis. D'autres exemples comprennent les liaisons de transmissions satellitaires et les liaisons susceptibles de provoquer des erreurs supportant différents types de trafic telles que la voix, la vidéo et les données. Tous ces types de trafic nécessitent des approches de traitement des données ATM relativement spécifiques, et quelquefois contrastées. Par exemple, des services en temps réel, tels que la voix, qui tolère en général des erreurs mais est sensible au retard, nécessite d'être différenciée des services qui ne sont pas en temps réel tels que les données, qui peuvent tolérer un certain degré de retard, mais qui ne tolère que peu d'erreurs. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un appareil qui fournissent une protection d'erreurs et un traitement des cellules suivant les besoins des différents types de trafic dans des environnements réseaux ATM susceptibles de provoquer des erreurs. Suivant un aspect, l'invention fournit un procédé de traitement de cellules ATM, les cellules incorporant des données relatives à des fonctions ATM, lequel procédé comporte les étapes de: - différenciation des cellules ATM correspondant à différents types de trafics par identification de caractéristiques de données distinctes selon lesdits types de trafics correspondants; - transmission desdites cellules ATM sur un réseau; - détermination de la plage, de la valeur ou d'une autre caractéristique des données de chaque cellule ATM, assurant l'identification du type de trafic et le traitement de la cellule ATM correspondante suivant une manière prédéterminée. Les caractéristiques de données peuvent correspondre à des plages de données séparées, des valeurs ou similaires. De préférence, les données relatives à la fonction ATM correspondent à l'identificateur de parcours virtuel de la cellule. De préférence, la différenciation de cellules est obtenue par gestion des différents types de trafics en des plages séparées d'identificateurs de parcours virtuel. Le trafic ATM différencié est préférentiellement traité selon le type de trafic. 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 cellules 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 unité) de durcissement de cellules 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 cellules; et - la figure 5 est un schéma bloc simplifié pour un prototype du moyen (de l'unité) de durcissement de cellules (CHU). L'exposé qui va suivre est en rapport avec la transmission ATM de données dans des environnements militaires à tendance d'erreurs ou susceptibles de provoquer des erreurs. Le système de durcissement de cellules décrit ici, est, dans un mode de réalisation, destiné à protéger des conduits ATM supportés, par 4 2877794 exemple, par une liaison relais radio qui est soumis à un environnement tactique. D'autres applications sont envisagées, telle que la protection de liaison satellitaire. 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, telle que des données, de la voix, des images, etc. Le champs utile 11 peut également porter des temps systèmes ou des opérations et des informations de maintenance. La tête 12 (montrée en détails 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 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 un schéma simplifié de la technique de durcissement de cellules 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 dits Reed Solomon appliqués à la tête et au champ utile comme il sera expliqué ci-dessous). De plus, 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 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. Des bits supplémentaires sont utilisés dans les cellules ATM durcis. Ces extrabits 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, contribuent à créer des liens supplémentaires. Les cellules ATM encodées de cette manière peuvent être accompagnées par une configuration de synchronisation. Cette caractéristique concerne la synchronisation des cellules, et non 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'entête des cellules. Cette méthode est satisfaisante pour des liaisons à faibles taux d'erreurs. Cependant, les liaisons à tendance d'erreurs, les flux de données satellitaires et radio-fréquencées ont besoin d'une forme plus robuste de synchronisation de cellules. A cet effet, la cellule d'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 (désignées ci-après comme une CHU ) pour fournir une acquisition initiale de cellules et pour restaurer l'acquisition de cellules après la perte de cellules. 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 standard 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 et en indiquant une correspondance entre l'en-tête et l'octet de contrôle d'erreur de cet en- tête. Pour fournir une protection plus robuste, le mot de synchronisation peut être entrelacé à l'intérieur de la cellule. Ceci rend la cellule plus résistante à une attaque par une pulsation de brouillage 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. Le lecteur se reportera aux demandes de brevet au nom de la demanderesse (registre d'invention N XAl297) pour plus de détails. La figure 2 montre 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. A cet effet, la sensibilité des données de charge à rencontrer des erreurs peut varier selon la nature du trafic utilisateur sur le réseau ATM (par exemple voie, données, etc.). Les cellules d'ATM durcies sont ainsi transmises par l'intermédiaire du réseau en tant que cellule ATM assemblée comme décrit ci-dessus. La correction d'erreurs par renvoi 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 séquence d'erreurs, et est relativement directe à implémenter. 6 2877794 Dans un mode de réalisation préféré, les cellules ATM durcies sont traitées en supplément avec un mot de synchronisation. Des trames de cellules codées entrantes, provenant par exemple d'une liaison radio, sont soumises à un mécanisme de reprise de synchronisation. L'établissement des limites de trames s'effectue ainsi de manière fiable de telle sorte que la correction de décodage et de codage peut être menée. La technique de synchronisation est conçue pour être capable de travailler dans un environnement qui présente des erreurs aléatoires et des séquences d'erreurs. La perte de synchronisation est signalée au dispositif externe d'encryptage (voir ci-dessous) de façon à ce qu'il tente de rétablir la synchronisation. Les éléments décodés et corrigés de l'en-tête de cellule et de charge utile sont reformés dans une cellule ATM valide qui est envoyée au commutateur ATM. Si le décodage Reed Solomon de l'en-tête échoue, la cellule est envoyée au rebut. 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 durcissement de cellules de la présente invention. 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) 41 qui appliquent 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 cellules (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 trame est délimitée de façon cellulaire en 30 pendant la mise au rebut de cellules inactives ou non assignées en 37. Selon des techniques connues, les valeurs de VPI de la tête de cellule sont ensuite contrôlées en 32 pour identifier la cellule comme étant d'un des deux types supportées. 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 voie 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 l'opération de l'unité prototype, la cellule est ensuite convertie en un paquet de cellules en insérant 3 octets factices entre l'en-tête de cellule et la charge utile de cellule. Dans un mode de réalisation préféré, les octets factices peuvent correspondre à des zones réservées pour implémenter, entre autre chose, des données de protection d'en-tête. La cellule-paquet 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 soumise à une transmission en série rythmée à un taux sélectionnable vers l'extérieur de la CHU. 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, 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 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. 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 qu'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 50 sont ensuite envoyées au commutateur ATM 36. La figure 5 représente le fonctionnement d'un mode de réalisation prototype qui ne comporte pas la protection supplémentaire pour l'en-tête 8 2877794 et l'entrelacement, et qui à la place insère des octets factices entre l'en-tête et la charge utile. Selon l'invention, le durcissement des cellules ATM sensible au trafic est appliqué à la cellule ATM. Ce procédé traite des sources différentes de trafic ATM de façon différente en fonction de leur caractère et de leur nature. La différentiation de trafic de ce type repose sur les différences intrinsèques qui existent entre des services en temps réels tels que la voix qui tolère en général des erreurs, mais est sensible au retard, et des services qui ne sont pas en temps réel, tels que les données, qui peuvent tolérer un certain degré de retard, mais qui ne tolère pas les erreurs. La différenciation entre ces types de trafic permet le tri et le retri incluant la possibilité de placer en mémoire des données en fonction d'exigences en largeur de bande dans le temps. Différents systèmes de correction d'erreurs peuvent être appliqués sur une base par type de trafic (par exemple à l'intérieur d'une CHU) pour optimiser les caractéristiques d'erreurs et d'attente selon les besoins du trafic. La présente invention peut également exploiter ou prendre en compte l'accessibilité en temps variable de la largeur de bande. Le format de cellule ATM selon l'art antérieur incorpore un système relativement primitif pour distinguer des cellules selon leurs différents types utilisateurs (un drapeau de 2 bits). Ceci permet simplement à un commutateur de servir différemment des queues selon si les données sont des données d'administration système supplémentaires ou d'un autre type. Les données sont multiplexées par un commutateur qui agit de façon transparente sur différents types de données. A l'établissement de la communication, la couche d'adaptation ATM pour chaque service installe le canal avec un nombre voulu de cellules par porteuse, et chaque commutateur ATM est informé de la qualité de service (QOS) voulu pour ce canal (paire VCINPI). Au contraire l'invention permet d'identifier le type de service parmi chaque cellule en changeant la donnée d'en-tête. Les données d'en-tête sont changées au commutateur ATM qui communique avec les moyens ou l'unité de durcissement de cellules (CHU). Tous les commutateurs ATM reforment les en-têtes et le commutateur qui communique avec la CHU est programmé suivant une règle: à l'établissement de la communication, lorsque il est informé qu'un nouveau canal avec une qualité de service donnée (par exemple de la voix), destiné à un terminal à accéder par l'intermédiaire de la CHU, et à chaque fois qu'il rencontre ce canal (paire VCINPI) dans la tête de la cellule, il la modifie en un nouvel en-tête qui inclue des données identifiant la cellule comme de la voix. La CHU peut ensuite manipuler chaque cellule de façon appropriée. Ainsi, le type de trafic est identifié en examinant l'en-tête et en fournissant un type spécifique de correction d'erreurs et un degré de durcissement de cellules qui dépend du type d'information qui est transmise. Il est également possible que la CHU puisse renvoyer un signal le long du chemin de trafic ATM, par exemple, en signalant des mémoires pleines, mettant au rebus des cellules et sollicitant la retransmission des données. Cet envoi d'informations en retour sur le réseau peut être utilisé pour modifier le flux de trafic. Par exemple, le cas donné ci- dessus correspond à l'étranglement du flux donné aux dépends du retard et de la redondance. Un réseau ATM prototype fonctionnant suivant l'invention a démontré sa fiabilité vis à vis du trafic, avec des taux d'erreurs de liaison inférieurs à 1 pour 103. Ceci fourni une amélioration significative vis à vis des techniques connues. 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 aménagements sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de cellules ATM, lesdites cellules incorporant des données relatives à des fonctions ATM, lequel procédé comporte les étapes de: - différentiation des cellules ATM correspondant à différents types de trafic par identification de caractéristiques de données distinctes selon lesdits types de trafic correspondants; - transmission desdites cellules ATM sur un réseau; et - détermination de la caractéristique de données des données de chaque cellule ATM, et ainsi identification du type de trafic et traitement de la cellule ATM correspondante suivant une manière prédéterminée. 2. Procédé de traitement de cellules ATM selon la revendication 1, dans lequel les caractéristiques de données correspondent à des plages de données séparées, des valeurs ou similaires. 3. Procédé de traitement de cellules ATM selon la revendication 1, dans lequel les données relatives à la fonction ATM correspondent à l'identificateur de parcours virtuel de la cellule (VPI). 4. Procédé de traitement de cellules ATM selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la différenciation de cellules est obtenue par gestion des différents types de trafic en des plages séparées d'identificateur de parcours virtuel (VPI). 5. Procédé de traitement de cellules ATM selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le trafic ATM différentié est traité selon le type de trafic. 6. Appareil pour ordonner des cellules ATM, adapté pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.