Brevet FR2953354A1 — publié le 20110603

La présente invention concerne le domaine de l'agrégation de lien au niveau de la couche de liaison d'un système de transmission de données. Elle concerne plus particulièrement un dispositif et un procédé d'agrégation de données reçues sur une pluralité de liens physiques. L'agrégation de liens physiques pour pallier des insuffisances de bande passante est connue. En particulier, il est connu de distribuer les paquets de données de la couche de liaison sur une pluralité de liens physiques en fonction des données d'adressage contenues dans l'en-tête de ces paquets. Cette solution conduit à des solutions non adéquates où l'occupation réelle de chaque lien physique dépend des informations d'adressage qui ne sont pas corrélées avec les bandes passantes disponibles de chaque lien. D'autres solutions découpent les paquets de données reçues et les distribuent directement sur les liens physiques. Ces solutions nécessitent une synchronisation des liens physiques pour permettre de reconstruire les paquets à l'autre extrémité. L'invention vise à résoudre les problèmes précédents en proposant un procédé de données basé sur le découpage des paquets de liaison en blocs. Chaque bloc est doté d'un numéro de séquence et d'un drapeau indiquant le dernier bloc du paquet. Les blocs sont acheminés indépendamment sur chaque lien physique. La distribution est faite en fonction des bandes passantes de chaque lien. Le procédé décrit permet de gérer souplement tout type de lien physique et ne nécessite pas de synchroniser les liens physiques. L'invention concerne un dispositif d'agrégation de données qui comporte un lien externe permettant l'émission de paquets de données ; une pluralité de liens physiques internes permettant la réception de paquets de données ; des moyens de réception d'une pluralité de blocs de données reçus sur la pluralité de liens physiques internes ; des moyens pour supprimer l'en-tête de chaque bloc de données reçu qui comporte un numéro de séquence dudit bloc au sein d'un paquet de données et un drapeau marquant le dernier bloc du paquet ; des moyens pour agréger lesdits blocs pour reconstituer un paquet de données en fonction du numéro de séquence de chaque bloc et du drapeau marquant le dernier bloc et des moyens pour émettre ledit paquet de données sur le lien externe. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, il comporte des moyens d'insertion d'un préambule au début du paquet de données. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les liens physiques ayant une interface GMII, les moyens d'insertion (10.10) d'un préambule sont des moyens d'insertion d'un préambule GMII. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte en 5 outre des moyens de calcul et d'insertion d'une somme de contrôle du paquet de données en fin de paquet de données. L'invention concerne également un procédé d'agrégation de données au sein d'un dispositif comportant un lien externe pour l'émission des données et une pluralité de liens physiques internes pour la réception des données qui comporte une étape de 10 réception d'une pluralité de blocs de données reçus sur la pluralité de liens physiques internes ; une étape pour supprimer l'en-tête de chaque bloc de données reçu qui comporte un numéro de séquence dudit bloc au sein d'un paquet de données et un drapeau marquant le dernier bloc du paquet ; une étape d'agrégation des différents blocs pour reconstituer le paquet de données et une étape d'émission du paquet de 15 données sur le lien externe. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, il comporte une étape d'insertion d'un préambule au début de chaque paquet de données. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les liens physiques ayant une interface GMII, l'étape d'insertion (7.3) d'un préambule est une étape d'insertion 20 d'un préambule GMII. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre une étape de calcul et d'insertion d'une somme de contrôle du paquet de données en fin de paquet de données. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, 25 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : La Fig. 1 illustre le schéma de fonctionnement de l'invention, La Fig. 2 illustre le format des paquets de données d'un exemple de réalisation, 30 La Fig. 3 illustre le découpage des paquets de données dans un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 4 illustre le fonctionnement de l'émetteur dans un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 5 illustre le fonctionnement général du récepteur dans un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 6 illustre le fonctionnement de la réception sur l'un des liens physiques dans un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 7 illustre la reconstruction de la trame dans un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 8 illustre l'architecture générale de l'émetteur, récepteur, selon un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 9 illustre l'architecture du bloc de distribution selon un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 10 illustre l'architecture du bloc d'agrégation selon un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 11 illustre le fonctionnement général du processus d'émission selon un exemple de réalisation de l'invention, La Fig. 12 illustre le fonctionnement général du processus de réception selon un exemple de réalisation de l'invention. La Fig. 1 illustre le schéma de fonctionnement de l'invention. Celle-ci concerne l'agrégation de liens dans un réseau de communication par paquet. L'agrégation de lien intervient entre deux équipements réseau 1.2 et 1.4. Chacun de ces équipements dispose d'un premier lien, que l'on appelle le lien externe, qui lui permet de recevoir et d'émettre des données sous forme de paquets de données vers d'autres équipements. Le lien externe de l'équipement 1.2 est le lien 1.1. Le lien externe de l'équipement 1.4 est le lien 1.5. Une pluralité de liens 1.3, que l'on appelle les liens internes, relie les deux équipements 1.2 et 1.4. Chacun de ses liens peut fonctionner selon sa propre technologie physique. Chacun de ces liens possède ses propres caractéristiques telles que sa bande passante, sa latence de transmission et autres. L'invention est basée sur du matériel spécifique permettant la gestion des liens internes. En référence au modèle OSI des liens de communication, l'invention intervient au niveau de la couche de liaison pour distribuer les données reçues du lien externe entre les différents liens internes. Les données reçues sur ces différents liens internes sont agrégées pour reconstituer les paquets de données de la couche de liaison. L'invention est donc transparente pour la couche de liaison. L'exemple de réalisation est basé sur une couche de liaison du type Ethernet selon la norme internationale ISO/IEC 8802-3, mais elle pourrait s'appliquer à d'autres standards de couches de liaison. La couche physique utilisée pour les liens peut être diverse, il peut s'agir de communication radio, fibre optique, cuivre ou autres. L'invention fonctionne indépendamment du support physique du lien. Certaines de ces couches physiques permettent d'assurer un débit garanti, tandis que d'autres ont un débit variable dans le temps. C'est typiquement le cas des transmissions radio sujettes aux variations du canal radio. Selon certains modes de réalisation, l'invention permet d'utiliser de manière optimale la bande passante variable de ce type de lien. La Fig. 2 illustre le format des paquets de données d'un exemple de réalisation. Sur le support physique, les paquets de données 2.2, typiquement Ethernet, sont transmis précédés d'un préambule 2.1 et suivis d'une somme de contrôle 2.3, typiquement du type CRC (Cyclic redundancy check en anglais). Le paquet Ethernet lui-même est constitué d'un en-tête 2.4 et d'un corps de message 2.5 (payload en anglais). Les données transitant sur les liens externes sont donc transmises sous cette forme : des octets de préambule, des octets constituant le paquet Ethernet et des octets de CRC. La Fig. 3 illustre le découpage des paquets de données dans un exemple de réalisation de l'invention. Lors de la réception des paquets de données, les octets de préambule et de CRC extérieurs au paquet lui-même sont écartés. Le paquet de données est alors divisé en blocs. Avantageusement, les blocs ont une taille fixe, mais ce n'est pas nécessaire. En particulier, les paquets de données reçus pouvant être de taille variable, le dernier bloc peut être également de taille variable. Selon l'exemple de réalisation, le paquet de données est divisé en blocs 3.10, 3.11, 3.12, 3.13 et 3.14, de 256 octets, le dernier bloc pouvant avoir une taille comprise entre 64 et 320 octets pour accommoder la taille du paquet de données reçu. On ajoute à chaque bloc de données ainsi créé un en-tête 3.30, 3.31, 3.32, 3.33 et 3.34 qui a au moins deux fonctions. Une première est de permettre de mémoriser la séquence des blocs constituant le paquet de données. Pour ce faire, un numéro de séquence est stocké dans l'en-tête. Une seconde fonction est de marquer la fin du paquet de données. Pour ce faire, un drapeau signale le dernier bloc constituant un paquet de données. Selon l'exemple de réalisation, l'en-tête comporte deux octets. Le numéro de séquence est codé sur 14 bits, tandis qu'un quinzième bit sert de drapeau et est positionné à 1 pour le dernier bloc du paquet. Le seizième bit est inutilisé. Le corps de chaque bloc 3.20, 3.21, 3.22, 3.23 et 3.24 contient les données du paquet, respectivement les parties 3.10, 3.11, 3.12, 3.13 et 3.14 du paquet de données. Le fait de choisir une taille de bloc relativement petite permet d'avoir un système souple dont la granularité va permettre de s'adapter à la diversité des liens physiques constituant l'agrégation. Une trop petite taille, toutefois, augmente la quantité des en-têtes rajoutés et nuit à l'utilisation de la bande passante. Un choix judicieux de cette taille de bloc est donc fait en fonction du type de lien physique utilisé. Le fait de numéroter les blocs permet un réordonnancement des blocs lors de la reconstruction du paquet et donc de gérer des liens dont la latence de communication est différente. En l'absence de ce mécanisme, il est nécessaire de synchroniser les liens pour assurer une reconstruction du paquet à l'arrivée, ce qui n'est pas nécessaire ici. On a donc une grande souplesse dans le choix des liens physiques utilisés pouvant marier diverses technologies. La Fig. 11 illustre le fonctionnement général de l'émetteur. Elle exprime le caractère répétitif du processus sous la forme d'une boucle sans fin. Le processus répété est illustré par la Fig. 4. La Fig. 4 illustre le fonctionnement de l'émetteur dans un exemple de réalisation de l'invention. L'algorithme de réception fonctionne sur une base octet. Lors d'une première étape 4.1, on reçoit un octet. On teste alors s'il s'agit d'un octet de préambule ou de CRC, étape 4.2. Si c'est le cas, on écarte l'octet et on repasse à la réception de l'octet suivant. Sinon, on mémorise 4.3 l'octet reçu dans un tampon de réception. Ce tampon fonctionne selon le principe premier entré, premier sorti ou FIFO (First In First Out en anglais). L'étape 4.4 représente la sortie d'un octet de ce tampon de réception pour être transféré dans un tampon de construction de bloc. Avantageusement, elle comporte l'ajout d'un neuvième bit à l'octet pour mémoriser si l'octet est le dernier octet du bloc. On teste 4.5 alors s'il s'agit du premier octet du bloc courant. Si c'est le cas, on teste 4.6 alors s'il s'agit du dernier bloc du paquet de données reçu. Lorsqu'il s'agit du premier octet d'un bloc, on ajoute les deux octets d'en-tête en positionnant le numéro de séquence du bloc et le drapeau de dernier bloc, étapes 4.7 ou 4.8. Les octets du tampon de construction de bloc sont transférés lors de l'étape 4.9 au tampon de sortie. Les octets du tampon de sortie sont extraits. On teste si l'octet extrait est le premier octet d'un nouveau bloc, étape 4.10. Si ce test est positif, on détermine le lien physique qui va être utilisé pour émettre le bloc lors de l'étape 4.11. Les liens physiques étant gérés via une interface GMII (Gigabit Media Independent Interface en anglais), on doit alors insérer un préambule GMII avant le premier octet, étape 4.12. On extrait alors l'octet lors de l'étape 4.14. Dans le cas où l'on n'a pas de nouveau bloc à extraire, on teste si un bloc est en cours d'extraction, étape 4.13. Si c'est le cas, on extrait un octet lors de l'étape 4.14, sinon on ne fait rien lors de ce passage et on boucle sur l'ensemble de l'organigramme. Le bloc est donc émis sur le lien physique sous la forme d'un paquet GMII. Ces paquets sont normalement terminés par une somme de contrôle de type CRC. Selon les implémentations des interfaces GMII, les paquets GMII dont la somme de contrôle est erronée seront acceptés ou pas. Avantageusement, on insère donc un CRC valide du bloc à la fin de celui-ci, cette étape n'est pas représentée sur la figure. La Fig. 12 illustre le fonctionnement général du processus de réception. Lors d'une première étape d'initialisation 12.1, une variable Pl est initialisée à 0 pour signifier qu'aucune extraction de bloc n'est en cours sur la voie 1. Une variable P2 est initialisée à 0 pour signifier qu'aucune extraction de bloc n'est en cours sur la voie 2. Une variable Début Trame est initialisée à 0 pour signifier que l'on est en début de trame. Une variable Fin Trame est initialisée à 1 pour signifier que l'on n'est pas en fin de trame. Ces variables sont utilisées comme sémaphore pour, respectivement, l'insertion d'un en-tête et d'une somme de contrôle en début et en fin de trame. Ensuite, on entame une boucle sans fin sur une étape de réception voie 1 12.2, une étape de réception voie 2 12.3, une étape de concaténation 12.4 et une étape d'extraction du tampon de sortie 12.5. Ces étapes vont être détaillées dans les figures décrites ci-dessous. La Fig. 5 détaille le fonctionnement du récepteur dans un exemple de réalisation de l'invention. Selon l'exemple de réalisation de l'invention, deux liens physiques constituent l'agrégation. Toutefois, le procédé décrit s'étend naturellement à une pluralité de liens physiques. Une variable d'état est utilisée par lien et appelée Pi où i est le numéro du lien physique. L'algorithme commence par tester ces variables pour déterminer si un bloc est en cours de réception sur l'un des liens, c'est-à-dire si l'une des variables est à 1. Ce sont les étapes 5.1 et 5.2. Si un bloc est en cours de réception, on passe directement à l'étape de réception dudit bloc 5.10 ou 5.11. Si aucun bloc n'est en cours de réception, on teste si un nouveau bloc est disponible sur l'un des liens, étapes 5.3 et 5.4. Si c'est le cas, on positionne la variable d'état correspondante à 1, étapes 5.6 et 5.7. On supprime ensuite les 2 octets d'en-tête du bloc, étapes 5.8 et 5.9. Le drapeau indiquant qu'un bloc est le dernier bloc du paquet qui est présent dans l'en-tête est mémorisé dans une variable d'état appelée « Fin_Trame ». Le mot trame est ici utilisé pour désigner un paquet de données de la couche de liaison. On entame ensuite l'étape de réception sur ce lien physique 5.10 ou 5.11. Les numéros de séquence seront utilisés pour vérifier l'ordre des blocs et pour reconstruire le paquet dans le bon ordre. Il faut noter qu'au préalable, les octets de préambule GMII et des éventuels 10 CRC GMII auront été écartés. La Fig. 6 illustre le fonctionnement de la réception sur l'un des liens physiques dans un exemple de réalisation de l'invention. Lors de l'étape 6.1, un octet est transféré du tampon de réception du lien physique vers le tampon de reconstruction du paquet. On teste ensuite s'il s'agit du dernier octet du bloc, étape 6.2. Si c'est le cas on 15 positionne, étape 6.3, la variable Pi du lien physique courant à 0 pour indiquer la fin de l'étape de réception d'un bloc sur ce lien physique. On teste alors si le bloc extrait est le dernier bloc du paquet à reconstruire lors de l'étape 6.4, par le test de la variable Fin_Trame. Si c'est le cas, on calcule et on insère le CRC du paquet reconstruit, étape 6.5, et on positionne la variable Fin_Trame à 1, étape 6.6. 20 La Fig. 7 illustre la reconstruction de la trame dans un exemple de réalisation de l'invention. Lors de l'étape 7.1, on teste si le paquet de données est complet. Si c'est le cas, on teste si l'on est positionné en début de trame, étape 7.2, par un test Début_Trame = 0. Dans ce cas, on insère un préambule GMII, étape 7.3, on positionne la variable Début_Trame à 1, étape 7.4. On peut alors extraire un octet du 25 tampon vers le lien externe, étape 7.5. Si cet octet est le dernier octet de la trame, étape 7.6, on positionne la variable Début_Trame à 0 lors de l'étape 7.7. On extrait ainsi les trames, octet par octet, pour les émettre sur le lien externe. La Fig. 8 illustre l'architecture générale de l'émetteur, récepteur, selon un exemple de réalisation de l'invention. Les liens physiques utilisent un module dit 30 « serdes » de sérialisation / désérialisation, 8.1, 8.7 et 8.9, couplé respectivement à un module GMII, 8.2, 8.6 et 8.8. Les modules 8.1 et 8.2 représentent le lien externe, tandis que les modules 8.6 et 8.7, respectivement 8.8 et 8.9 représentent les liens physiques internes. Les données reçues du lien externe sont dirigées vers un module de distribution 8.4 chargé de construire les blocs et de les distribuer sur les liens physiques. Ce module fonctionne selon les algorithmes décrits ci-dessus. Les blocs reçus des liens physiques internes sont dirigés vers un module d'agrégation 8.5 chargé de la reconstruction des paquets de données de la couche de liaison selon les algorithmes définis ci-dessus. Avantageusement, le dispositif reçoit des informations en temps réel sur la bande passante disponible sur chacun des liens internes. Ces informations correspondent à un mode dit ACM (Adaptative Code Modulation en anglais) disponible notamment pour les liens radio. Ces informations sont alors reçues par un module 8.3 de gestion des débits. Ce module 8.3 fournit alors au module de distribution 8.4 une information sur les débits courants disponibles sur les liens physiques sous la forme d'un signal. Ces informations seront utilisées par le module de distribution pour répartir les données entre les liens internes en fonction de cette bande passante disponible. La Fig. 9 illustre l'architecture du module de distribution selon un exemple de réalisation de l'invention. Les paquets de données arrivent du lien externe vers le tampon de réception 9.1. Les octets sont alors transférés au tampon de bloc 9.2. Ce tampon fait une taille de 320 octets dans l'exemple de réalisation, c'est-à-dire la taille maximum d'un bloc. Sous le contrôle du module d'état 9.4, les blocs sont alors transférés dans un tampon de mémorisation des blocs 9.5. Un module d'insertion des en-têtes de bloc 9.3, permet d'insérer les 2 octets d'en-têtes de blocs sous le contrôle du module d'état en positionnant le numéro de séquence du bloc et la variable de dernier bloc de la trame. Un module 9.12 est chargé de calculer un CRC et de l'insérer au besoin dans le tampon 9.5 sous le contrôle du module d'état. Ce module est optionnel, en particulier dans le cas où les modems acceptent des paquets avec un CRC GMII erroné. Un signal émis par le tampon 9.2 vers le module d'état permet la détection des trames supérieures à 320 octets. De cette façon le module d'état 9.4 est prévenu en temps réel que le tampon 9.2 est plein, et donc qu'il y a au moins un bloc complémentaire à recevoir pour le paquet de données en cours. Le module 9.6 contrôle la détermination du lien physique sur lequel va être émis chaque bloc, ainsi que l'émission des blocs vers les voies 9.10 et 9.11. Avantageusement, il reçoit les signaux 9.9 des débits courants de chacun des liens physiques. Il les utilise pour générer un signal de synchronisation proportionnel au débit du lien pour chacun des liens. Cette génération est faite par un NCO (Numerically Controlled Oscillator en anglais) en fonction de la valeur de débit reçue. Plus précisément, grâce aux informations sur les débits courants reçus, 9.9, les NCO constitués de l'additionneur 9.13 et du sélectionneur de bit de poids fort MSB 9.14 permettent de générer un signal de synchronisation proportionnel au débit de la voie considérée, pour chaque voie sortante. On optimise ainsi de manière fine l'utilisation de la bande passante autorisée pour chaque voie. Le signal issu du module 9.5 vers le module 9.6 indique que ce tampon a un bloc à transmettre. Un signal en retour appelé Enablefifo, permet au module 9.6 de contrôler la sortie octet par octet du bloc. Les signaux NCO 1 et NCO 2 reçus des NCO sont respectivement synchrones octet des voies de transmission 1 et 2. Pour chacune des voies 1 et 2, on gère des compteurs courants CC1 et CC_2 sur 16 bits initialisés à 0. A chaque top de 125 MHz, en ce qui concerne le compteur CC 1 de la voie 1 on implémente le comportement suivant : Quand « NCO 1 » = 0 et «Enablefifo » = 1, CC1 = CC_1 + 1 en cours de bloc et CC_1 = CC_1 + 6 si l'on est en début de bloc pour tenir compte de l'encapsulation GFP (Generic Framing Procedure en anglais), qui est dans notre exemple de réalisation la méthode d'encapsulation utilisée pour transporter la trame Ethernet via le modem. Quand « NCO_1 » = « Enablefifo », CC_1 reste inchangé. Quand « NCO 1 » = 1 et « Enablefifo » = 0, CC1 = CC_1 ù 1, CC1 restant 20 toujours au moins égal à 0. CC_1 fonctionne comme un intégrateur représentatif du déséquilibre entre le nombre d'octets effectivement transmis par le modem situé après la voie 1 et le nombre d'octets extraits du tampon 9.5. Un intégrateur symétrique est implémenté pour la voie 2. 25 Quand un bloc complet a été extrait du tampon 9.5, on compare les compteurs CC_1 et CC_2 à un seuil programmable pour chaque voie, Seuil 1 et Seuil 2. Si CC_1 REVENDICATIONS1/ Dispositif d'agrégation de données comportant : - un lien externe permettant l'émission de paquets de données ; - une pluralité de liens physiques internes permettant la réception de paquets de données ; caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de réception (10.1, 10.2) d'une pluralité de blocs de données reçus sur la pluralité de liens physiques internes ; - des moyens pour supprimer l'en-tête de chaque bloc de données reçu qui comporte un numéro de séquence dudit bloc au sein d'un paquet de données et un drapeau marquant le dernier bloc du paquet ; - des moyens pour agréger lesdits blocs pour reconstituer un paquet de données en fonction du numéro de séquence de chaque bloc et du drapeau marquant le dernier bloc ; - des moyens pour émettre ledit paquet de données sur le lien externe. 2/ Dispositif d'agrégation de données selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'insertion (10.10) d'un préambule au début du paquet de 20 données. 3/ Dispositif d'agrégation de données selon la revendication 2, caractérisé en ce que, les liens physiques ayant une interface GMII, les moyens d'insertion (10.10) d'un préambule sont des moyens d'insertion d'un préambule GMII. 4/ Dispositif d'agrégation de données selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de calcul et d'insertion (10.6) d'une somme de contrôle du paquet de données en fin de paquet de données. 30 5/ Procédé d'agrégation de données au sein d'un dispositif comportant un lien externe pour l'émission des données et une pluralité de liens physiques internes pour la réception des données comportant : - une étape (5.10, 5.11) de réception d'une pluralité de blocs de données reçus sur la pluralité de liens physiques internes ; 25- une étape (5.8, 5.9) pour supprimer l'en-tête de chaque bloc de données reçu qui comporte un numéro de séquence dudit bloc au sein d'un paquet de données et un drapeau marquant le dernier bloc du paquet ; - une étape (12.4) d'agrégation des différents blocs pour reconstituer le paquet 5 de données; - une étape (12.5) d'émission du paquet de données sur le lien externe. 6/ Procédé de distribution de données selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (7.3) d'insertion d'un préambule au début de chaque paquet 10 de données. 7/ Procédé de distribution de données selon la revendication 6, caractérisé en ce que, les liens physiques ayant une interface GMII, l'étape d'insertion (7.3) d'un préambule est une étape d'insertion d'un préambule GMII. 8/ Procédé de distribution de données selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (6.5) de calcul et d'insertion d'une somme de contrôle du paquet de données en fin de paquet de données. 15