Brevet FR2942932A1 — publié le 20100910

Ï3L' K F?rAI CASALONGA & JOSSE Paris - Munich - Alicante - Grenoble CONSEILS EN PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS 8, avenue Percier ù F 75008 PARIS Tél. : 33 (0)1 45 61 94 64 Fax : 33 (0)1 45 63 94 21 e-mail : paris@casalonga.com 1 DEMANDE DE BREVET B08-5027FR/FZ/AR 08-LMS-125 Société anonyme dite : ST WIRELESS SA Procédé de contrôle du fonctionnement d'une unité de traitement d'un appareil de communication sans fil, et appareil de communication correspondant Invention de : Julien BATTISTON Procédé de contrôle du fonctionnement d'une unité de traitement d'un appareil de communication sans fil, et appareil de communication correspondant La présente invention concerne le domaine des communications sans fil et plus particulièrement la gestion de la capacité de calcul d'une unité de traitement au sein d'un appareil de communication sans fil, tel qu'un téléphone mobile cellulaire. L'invention s'applique avantageusement mais non limitativement aux systèmes de communication régis par les normes UMTS, 3G ou LTE, selon des acronymes anglo-saxons bien connus de l'homme du métier. Les microprocesseurs des appareils de communication ont préférentiellement pour objectif de permettre, par exemple, le fonctionnement simultané de plusieurs applications comme par exemple une application multimédia et une application de traitement de données échangées avec le réseau. Cette dernière, permettant la communication avec le réseau, est très exigeante du point de vue des ressources de temps de calcul. Ainsi, il a été montré, que le besoin en MIPS (Millions of Instructions Per Second) selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier augmente linéairement avec le débit descendant du module HSDPA (High Speed Downlink Packet Access selon un terme anglo saxon bien connu de l'homme du métier). Le module HSDPA est en fait une application particulière de l'application de traitement de données avec le réseau, qui intervient au niveau des couches physique et MAC (Medium Access Control selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier) et permet de télécharger des données à des débits de 1,8 Mbit/s, 3,6 Mbit/s, 7,2 Mbit/s et 14,4 Mbit/s Mais, des contraintes demeurent sur les processeurs au sein des appareils de communication et ne permettent pas de les dimensionner en regard de l'utilisation la plus exigeante. Ces contraintes sont principalement le coût et la taille et impliquent généralement un compromis. Ce compromis est en général réalisé au détriment de l'application de traitement de données échangées avec le réseau. Le module HSDPA est alors bridé et il lui est affecté une catégorie inférieure au débit qu'il peut supporter. Ainsi un HSDPA de catégorie 8 correspondant au débit maximum de 7,2 Mb/s sera bridé à la catégorie 6 correspondant à un débit maximum de 3.6 Mb/s. Le débit différent en fonction de la catégorie s'explique par une allocation de codes WCDMA selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier plus importante. Ainsi, à un HSDPA de catégorie 10 on peut allouer 15 codes tandis qu'à un HSDPA de catégorie 8 on peut allouer 10 codes; le débit étant en général proportionnel au nombre de codes alloués. Le bridage représente une des solutions actuellement mises en oeuvre. Cependant quand les applications multimédia ne sont plus utilisées par l'utilisateur du téléphone il aurait été possible d'utiliser le HSDPA avec une catégorie supérieure, sans être limité par les ressources de calcul de l'unité de traitement. Pour remédier au problème de surcharge des processeurs, il est aussi proposé des procédés agissant au dessus de la couche IP (Internet Protocol, selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier) dans lesquels il est prévu d'envoyer des accusés de non réception NACK et de jeter les paquets de données lorsque le microprocesseur est saturé. Ces procédés présentent de nombreux inconvénients. Premièrement, ils ne sont applicables qu'aux communications utilisant le protocole de transport TCP (Transmission Control Protocol selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier), et ne sont pas adaptés aux communications utilisant UDP (User Datagram Protocol selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier). Deuxièmement, la limitation réalisée est brusque. Troisièmement, si le mécanisme "slow start", selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier, est mis en place alors le débit sera très lent à remonter. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé de faire face à des saturations ponctuelles permettant de ne pas limiter la catégorie du HSDPA. I1 est également avantageusement proposé de prévoir une surcharge avant l'exécution des applications, et de limiter le débit de façon graduelle, et ce avant que l'unité de traitement ne soit saturée ainsi qu'à la détection d'une saturation. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé un système de contrôle du fonctionnement d'une unité de traitement permettant de limiter le débit de la communication de façon graduelle et indépendamment du type de protocole de transport utilisé. Selon un aspect il est proposé un procédé de contrôle du fonctionnement d'une unité de traitement d'un appareil de communication sans fil couplé à un réseau via un canal de communication, ladite unité de traitement étant configurée pour traiter au moins une application de traitement de données échangées avec le réseau, et en général au moins une autre application, telle qu'une application multimédia. Selon cet aspect, en présence d'une surcharge de traitement détectée ou prévisible de l'unité de traitement, il est prévu une transmission depuis l'appareil vers le réseau d'une information de qualité représentative d'une qualité fictive dudit canal inférieure à la qualité dudit canal de façon à obtenir une réduction du débit desdites données transmises du réseau vers l'appareil. On utilise donc ici avantageusement une information de qualité de canal, par exemple l'indicateur CQI (Channel Quality Indicator selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier) défini dans la norme HSDPA ou bien l'identifiant de classe de service QCI (QoS Class Identifier selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier) défini dans la norme LTE pour "faire croire" au réseau que la qualité de réception des données au niveau du téléphone est moins bonne qu'elle n'est en réalité, ce qui va engendrer une baisse de débit et résoudre le problème de la surcharge de traitement du processeur sans limitation brusque ni perte de temps due à des rejets de paquets et à leur retransmission comme dans l'art antérieur. Ainsi le débit peut être diminué de manière progressive, graduelle et continue jusqu'à l'obtention du débit permettant que le processeur ne soit plus surchargé. Dans le cas d'une prévision, le débit est diminué d'une manière mesurée avant que le processeur ne soit surchargé. I1 est ainsi proposé ici un système de contrôle de flux continu entre le réseau et l'appareil de communication dans lequel aucun paquet n'est jeté. Selon un mode de mise en oeuvre, en présence d'une surcharge, ladite transmission comprend une détermination du débit maximum descendant de données pouvant être supporté par l'unité de traitement sans risque de surcharge de traitement, et une conversion de ce débit en ladite information de qualité. Selon un autre mode de mise en oeuvre, l'application de traitement de données échangées avec le réseau comprend un traitement de type HSDPA. Selon un autre aspect il est proposé un appareil de communication sans fil comprenant une interface configurée pour être couplée à un réseau via un canal de communication et une unité de traitement configurée pour traiter au moins une application de traitement de données destinées à être échangées avec le réseau. Selon cet aspect l'appareil proposé comprend des moyens de contrôle aptes à détecter une surcharge de traitement actuelle ou prévisible de l'unité de traitement et des moyens d'élaboration configurés pour élaborer en présence d'une surcharge de traitement actuelle ou prévisible, une information de qualité représentative d'une qualité fictive dudit canal inférieure à la qualité dudit canal, et pour délivrer cette information de qualité à ladite interface en vue de sa transmission vers le réseau. Selon un mode de réalisation, les moyens de d'élaboration comprennent des moyens de détermination aptes à déterminer le débit maximum descendant de données pouvant être supporté par l'unité de traitement sans risque de surcharge de traitement, et des moyens de conversion aptes à une convertir ce débit en ladite information de qualité. Selon un autre un mode de réalisation, l'appareil comprend des moyens de traitement du type HSPDA incorporant les moyens de conversion. L'information de qualité peut être un indicateur de qualité de canal ou un identificateur de classe de service CQI ou QCI. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre un exemple d'ordinogramme de contrôle de fonctionnement de l'unité de traitement selon l'invention; la figure 2 illustre un mode de réalisation du système de limitation de débit selon l'invention au sein d'un appareil de communication dans un réseau de type 3G; la figure 3 illustre une échelle des débits HSDPA en fonction des valeurs de l'indicateur CQI et des catégories; et la figure 4 illustre les échanges entre les applications et le système de contrôle de fonctionnement. Sur la figure 1 sont représentées les différentes étapes d'un exemple de procédé de contrôle de fonctionnement de l'unité de traitement d'un appareil de communication sans fil comme par exemple celui illustré sur la figure 2. Tout d'abord, une étape d'enregistrement des applications est réalisée (101). Au cours de cette étape, les moyens de contrôle ou système de contrôle du fonctionnement de l'unité de traitement ou superviseur enregistre les demandes des différentes applications et somme leur différent besoin MIPS. Lors de l'étape suivante (102), cette somme est comparée aux ressources MIPS de l'unité de traitement. Ainsi, si cette somme est inférieure aux ressources de l'unité de traitement et si aucune détection de surcharge n'est reçue alors aucune action n'est prise par le superviseur. Si par contre, la somme est supérieure ou si une surcharge est détectée, le superviseur va envoyer une information relative à un débit maximum (103). Cette information correspond au débit maximum admissible par l'unité de traitement sans qu'elle soit en surcharge de traitement. Cette information est destinée à l'application dont le débit est à restreindre pour que l'unité de traitement ne soit plus en surcharge tout en pouvant continuer de réaliser les applications multimédia. L'application dont le débit est à restreindre est ici l'application de traitement de données échangées avec le réseau et plus précisément le module HSDPA au sein de cette application. Le débit maximum admissible ou standard est interprété par le module HSDPA. Celui-ci va convertir l'information de débit maximum pour en faire une information de qualité de réception, par exemple l'information connue sous le vocable anglo-saxon "Channel Quality Indicator" CQI (104) relative à ce débit maximum. Cette information est alors transmise vers le réseau (105). I1 va alors en résulter une diminution du débit descendant de données jusqu'à atteindre le débit correspondant au CQI transmis, de façon à supprimer la surcharge de l'unité de traitement. I1 est possible que suite à la transmission du CQI, des applications s'arrêtent. Le superviseur radie alors les applications qui déclarent leur arrêt (106). Si aucune application n'est radiée le système est bouclé et on revient à l'étape (101). Sinon, si depuis l'envoi du CQI des applications sont radiées (107), il en est tenu compte lors d'un nouveau calcul de débit maximum. On revient alors à l'étape (103) d'envoi d'une information relative à un débit maximum. Ainsi, si depuis l'envoi du CQI des ressources supplémentaires sont disponibles pour un débit supplémentaire du module HSDPA, ces ressources lui seront allouées. Sur la figure 2 est représenté, au sein d'un appareil de communication sans fil (WAP), le système de contrôle de fonctionnement (SPV) de l'unité de traitement (IC) de cet appareil. L'appareil de communication comprend outre l'une unité de traitement (IC) et une interface (INT) avec le réseau (RES). Ces moyens peuvent comprendre une antenne ainsi qu'un étage de traitement radiofréquence. L'unité de traitement (IC), par exemple le processeur en bande de base de l'appareil, comprend ici plusieurs applications (ATEL, APV, APA, APC) qui ont des besoins d'accès aux ressources de calcul de l'unité de traitement (IC). Cette unité de traitement offre un accès à ses ressources de calcul aux applications de traitement de données système d'exploitation (OS) gère le contrôle d'accès de ces applications aux ressources de l'unité de traitement. Le superviseur analyse les accès et arbitre si l'unité de traitement est surchargée. Le superviseur comprend des moyens de détection (MDET) et des moyens de détermination (MDTM). Les différentes applications et moyens décrits ici peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels. Les moyens de détection et de prévision (MDET) sont réalisés par des moyens d'enregistrement et de radiation des applications et des moyens de comparaison entre la somme des ressources demandées et les ressources disponibles. Dans le cas d'une surcharge prévisible, une détermination du débit maximum admissible par l'unité de traitement sans surcharge est réalisée par le superviseur suite aux procédures d'enregistrement et de radiation. Cette détermination est réalisée ici sur la base de l'hypothèse que les ressources MIPS sont linéairement consommées en fonction du débit. Pour détecter une surcharge, il est utilisé de façon classique et bien connue de l'homme du métier, des données espion permettant de surveiller la réalisation de la tâche de fond de l'unité de traitement. Cela permet de surveiller en continu la charge de traitement de l'unité de traitement pour détecter une surcharge. Cela peut permettre aussi d'évaluer quantitativement la surcharge de l'unité de traitement. Les échangées avec le réseau (ATEL), de traitement vidéo (APV), de traitement audio (APA) ou traitement de connectivité (APC). Un moyens de prévision et de détection d'une surcharge de traitement peuvent donc être réalisés sous forme logicielle. Les moyens de détermination (MDTM) comportent des moyens de calcul de la différence entre la somme des ressources demandées et les ressources disponibles. Dans le cas d'une surcharge prévue, de cette différence est déduite la diminution nécessaire du débit de l'application HSDPA. Cette déduction est réalisée en prenant l'hypothèse d'une consommation de MIPS variant de manière linéaire avec le débit HSDPA. De cette diminution nécessaire est alors déduite le débit maximum qui peut être supporté par l'unité de traitement. Dans le cas d'une surcharge détectée, les moyens de détermination du débit maximum peuvent déduire directement une constante du débit actuellement utilisé par l'application. Dans un autre mode de réalisation, le débit maximum admissible peut être déterminé à partir de l'évaluation quantitative de la surcharge de l'unité de traitement, en prenant encore une fois l'hypothèse d'une consommation de MIPS variant de manière linéaire avec le débit HSDPA. Les moyens de détermination peuvent donc être réalisés sous forme logicielle. Au sein de l'application télécommunication (ATEL), se situe l'application HSDPA. Le module HSDPA est un des modules de l'application de traitement de données échangées avec le réseau, application également dénommée application de télécommunication. Ce module intervient au niveau de la couche 1, 2 et 3. L'indicateur CQI est calculé et transmis au niveau de la couche 1. C'est le module HSDPA qui comprend des moyens de conversion pour convertir l'information relative à un débit maximum sans surcharge de traitement de l'unité de traitement (IC) en une information de qualité ou CQI représentative d'une qualité fictive dudit canal inférieure à la qualité réelle dudit canal. Pour cela le module HSDPA utilise une échelle telle que celle de la figure 3 dont l'utilisation est décrite ci-après. L'information de CQI est reçue par la station de base (SB) et traitée par un ordonnanceur (ORD) ou "scheduler" selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier. Ce dernier va alors adapter le débit des données envoyées vers l'appareil de communication correspondant en fonction de la valeur du CQI. Cette allocation de débit descendant se fait en suivant l'échelle de la figure 3 ainsi que la déclaration de catégorie du module HSDPA qui a eu lieu lors de l'allumage de l'appareil de communication sans fil. Pour la conversion du débit maximum vers le CQI maximum admissible on utilise une échelle linéaire telle que celle représentée en figure 3. En ordonnées sont représentés les CQI et les débits correspondants auxquels seront envoyés les données à l'appareil de communication sans fil par le réseau. En plus de cet axe d'ordonnées, deux intervalles de variation sont représentés. Ils illustrent la limitation du débit due à la catégorie du HSDPA. Ainsi à un HSDPA qui s'est déclaré comme catégorie 6 au réseau, ne sera pas alloué un débit descendant supérieur à 3.6 Mb/s. A partir de l'échelle et des deux intervalles, le CQI maximum admissible est facilement déduit; par exemple, si le module HSDPA reçoit du système de contrôle de fonctionnement comme information un débit maximum HSDPA de 4.8 Mb/s alors le CQI maximum admissible sera 23. Dans le cas de la réception, illustré en figure 4, d'une vidéo en lecture continue (streaming selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier) les différentes applications s'enregistrent et communiquent notamment sur leur besoin en ressource MIPS. Ainsi, le module HSDPA envoie au superviseur une information (31) correspondant au débit descendant avec lequel lui sont envoyées les données du réseau. Les autres applications communiquent, elles aussi, sur leur besoin MIPS. Ainsi, les applications audio et vidéo transmettent au superviseur le CODEC utilisé (32, 33). Le superviseur réalise alors un calcul du MIPS utilisé par l'ensemble des applications. A supposer que celui-ci indique une valeur supérieure aux capacités de l'unité de traitement; une limitation doit donc être réalisée par le superviseur. Ce dernier envoie alors vers le module HSDPA de l'application de traitement de données échangées avec le réseau un débit maximum admissible (34) pour éviter la surcharge de l'unité de traitement. Le module HSDPA convertit alors cette information de débit maximum en une indication de CQI qui est transmise vers le réseau, conduisant en retour à une réduction du débit descendant des données. A la place du débit maximum admissible le superviseur peut envoyer au module HSDPA la catégorie à laquelle il doit fonctionner. Le module HSDPA peut en déduire alors le débit maximum et le CQI maximum admissible. Dans un autre mode de réalisation, il est possible d'envoyer directement au module HSDPA le CQI maximum admissible. Dans un autre cas d'usage, l'application de traitement de données échangées avec le réseau peut utiliser en plus des ressources de traitement du débit descendant, celles correspondant à un traitement du débit remontant. En plus des autres applications, les deux modules HSDPA et HSUPA (équivalent du module HSDPA pour la voie montante) vont enregistrer auprès du superviseur leur besoin de ressource (41, 42). Suite à cet enregistrement si cela est nécessaire le superviseur limite le débit maximum du module HSDPA (43). Cela permet ainsi au module HSUPA de se déclarer et de fonctionner avec une catégorie 2. Ainsi, cela permet d'offrir un processeur qui peut supporter le HSDPA de catégorie 8 et le HSUPA de catégorie 2. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du fonctionnement d'une unité de traitement (IC) d'un appareil de communication sans fil (WAP) couplé à un réseau (RES) via un canal de communication, ladite unité de traitement étant configurée pour traiter au moins une application de traitement de données échangées avec le réseau (ATEL), caractérisé en ce que le procédé comprend en présence d'une surcharge de traitement détectée ou prévisible de l'unité de traitement, une transmission depuis l'appareil vers le réseau (RES) d'une information de qualité représentative (105) d'une qualité fictive dudit canal inférieure à la qualité dudit canal de façon à obtenir une réduction du débit desdites données transmises du réseau vers l'appareil. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, en présence d'une surcharge, ladite transmission comprend une détermination du débit maximum (103) descendant de données pouvant être supporté par l'unité de traitement (IC) sans risque de surcharge de traitement, et une conversion (104) de ce débit en ladite information de qualité. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'application de traitement de données échangées avec le réseau comprend un traitement de type HSDPA. 4. Appareil de communication sans fil (WAP) comprenant une interface (INT) configurée pour être couplée à un réseau (RES) via un canal de communication et une unité de traitement (IC) configurée pour traiter au moins une application (ATEL) de traitement de données destinées à être échangées avec le réseau (RES), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (MDET) aptes à détecter une surcharge de traitement actuelle ou prévisible de l'unité de traitement (IC) et des moyens d'élaboration configurés pour élaborer en présence d'une surcharge de traitement actuelle ou prévisible, une information de qualité représentative d'une qualité fictive dudit canal inférieure à la qualité dudit canal, et pour délivrer cette information de qualité à ladite interface en vue de sa transmission vers le réseau. 5. Appareil selon la revendication 4 dans lequel les moyens de d'élaboration comprennent des moyens de détermination (MDTM) aptes à déterminer le débit maximum descendant de données pouvant être supporté par l'unité de traitement (IC) sans risque de surcharge de traitement, et des moyens de conversion (MCV) aptes à une convertir ce débit en ladite information de qualité. 6. Appareil selon la revendication 5, comprenant des moyens de traitement de type HSDPA incorporant les moyens de conversion (MCV). 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ladite information de qualité est un indicateur de qualité de canal (CQI).