Brevet FR3031270A1 — publié le 20160701

PROCEDE ET SYSTEME DE GESTION DE RESSOURCES RADIO DANS UN RESEAU DE COMMUNICATION MOBILE L'invention concerne un procédé et un système pour gérer des 5 ressources radio dans un environnement hétérogène et en mobilité. Le terme hétérogène désigne des stations radios qui peuvent être différentes les unes des autres, soit physiquement, soit en termes de performances ou capacités de télécommunications, le terme mobilité correspond à une station mobile qui se déplace dans une zone géographique comprenant les stations radios 10 mentionnées ci-dessus, passant d'une cellule de communication à une autre. Dans un réseau où les stations radio sont mobiles et hétérogènes, un des problèmes posés est de gérer les ressources radio permettant à ces dernières d'accéder au support radio pour des communications. Les solutions actuelles connues du demandeur consistent, par exemple, en une 15 gestion dynamique des liens radio dans le voisinage de la station mobile afin de s'adapter à l'environnement immédiat, et afin de satisfaire un niveau de service défini. Pour cela, il est possible d'utiliser des procédures de changement de cellule plus connues sous l'expression anglo-saxonne « handover » horizontal ou vertical, ou des réseaux tolérants aux retards, 20 plus connus sous l'acronyme anglo-saxon « Delay Tolerant Network » ou réseau DTN. Il est aussi connu d'utiliser une carte d'environnement radio connue sous l'expression anglo-saxonne « Radio Environment Map », en abrégé REM, ou cartographie radio qui permet d'améliorer le choix du lien 25 radio. La REM stocke notamment des données environnementales, telles que des caractéristiques liées à la géographie, des services disponibles, des informations de régulation spectrale, le résultat de connexions réalisées lors d'expériences passées, les niveaux d'interférences rencontrées lors d'expériences passées, afin de déterminer pour un utilisateur mobile 30 concerné un optimum local en termes de capacité de canal, dans le but 3031270 2 notamment de faire cohabiter un utilisateur mobile opportuniste avec un utilisateur primaire. L'état de l'art propose différentes techniques et utilisations de la REM. Pour chacune des solutions offertes, l'objectif est d'optimiser l'allocation radio pour un lien radio, afin de respecter au maximum les contraintes de qualité de service QoS, avec comme écueil éventuel de « sur-allouer » la ressource radio, aucun relâchement de contraintes n'étant envisagé. Le document intitulé « Cognitive radio resource management 10 exploiting heterogeneous primary users and a radio environment map » de A.Viziello and al- Wireless Netw. (2013) 19 :1203-1216 décrit un système de Radio Cognitive associée à une REM stockant des informations relatives à un utilisateur primaire afin de rendre possible ou d'optimiser l'accès au spectre radio à un ou plusieurs utilisateurs opportunistes. Ce système 15 comporte de longs intervalles temporels qui conduisent à une utilisation du spectre non optimale. Le cadre développé pour le standard MIH/IEEE 802.21 de sondage d'un environnement radio et d'allocation dynamique afin d'optimiser les handovers verticaux utilise des remontées de qualité du lien radio pour 20 aider à la décision d'allocation, afin de faire une gestion dynamique des ressources radio. Il n'y a pas d'utilisation de REM a priori, en particulier aucune prédiction sur un parcours d'une station radio n'est envisagée. On remonte l'information d'un lien se dégradant, en attente d'une allocation sur un autre lien respectant la contrainte de qualité de service QoS requise. 25 Le standard de communication mobile LTE/ LTE-Advanced du 3GPP (en anglo-saxon « Long Term Evolution ») propose une optimisation de l'allocation radio dans un voisinage : une mise à jour régulière d'une table caractérisant les cellules au voisinage d'un utilisateur mobile est effectuée afin d'optimiser les handovers. Là encore, il s'agit d'une gestion dynamique à 30 un instant donné, sans exploitation ultérieure de la table REM créée. 3031270 3 Malgré les avantages procurés par les solutions de l'art antérieur, ces dernières offrent toutefois certains inconvénients, par exemple : - Une sous-optimalité, soit par remontée au niveau de l'utilisateur mobile des informations de sondage de l'environnement radio le 5 concernant, soit par l'utilisation d'une REM relative à l'environnement des utilisateurs primaires à sa position, la solution d'allocation sera optimale seulement pour le terminal mobile, et non pas pour un ensemble de noeuds ou stations mobiles dans le voisinage. Dans le cas où l'on cherche à disséminer dans le réseau des états de connexion au-delà du voisinage, ceci est alors coûteux en termes de signalisation et sujet à une éventuelle latence de mise à jour liée à la transmission, - La solution est causale, à son arrivée dans une position un utilisateur mobile ne peut pas anticiper la situation, - La gestion des liens « court-terme » se déduit du point précédent, cela induit des handovers fréquents. Les solutions offertes par l'art antérieur ne traitent pas les problèmes suivants : - La signalisation importante par rapport à une baisse de débit et de latence induite, - Dans la plupart des terminaux, la phase de sondage et la phase de transmission s'effectuent de manière exclusive, donc la phase de sondage ou de remontée des caractéristiques des liens radio se fait au détriment de celle de transmission. Il existe ainsi un besoin de disposer d'un procédé et d'un système permettant de gérer les ressources radio afin de fournir un meilleur niveau de service possible aux différents noeuds d'une zone géographique, en prenant en compte les besoins des différents noeuds et une stratégie d'allocation variable dans le temps. Plus particulièrement, le problème technique est notamment de pouvoir se reconfigurer efficacement et dynamiquement 3031270 4 lorsqu'un lien ne permet plus de fournir le service demandé, mais également de pouvoir anticiper la défaillance de liens. Dans la suite de la description, on utilisera indifféremment les expressions « terminal mobile », « station mobile », « utilisateur mobile », 5 pour désigner un même terminal mobile d'un réseau de communication. L'expression « QoS cible » désigne une qualité de service exprimée par une requête de communication émise par un utilisateur mobile. Le procédé selon l'invention repose notamment sur la mise en oeuvre d'un mécanisme conjoint à l'utilisation d'une base de données REM 10 d'expérience stockant les données d'environnement radio selon les dimensions espace, temps, fréquence (cartographie radio 3 D) afin de gérer de manière globale à une zone, l'accès opportuniste aux liens radio disponibles, en déterminant un optimum pour un ensemble d'utilisateurs. L'invention concerne un procédé pour la gestion de ressources 15 radio au sein d'un réseau de communication R comprenant au moins une base de données centrale REMc contenant des informations relatives à la planification du réseau de communication R à un instant donné, une ou plusieurs stations mobiles comprenant une base de données contenant des informations sur un environnement radio de la station mobile, caractérisé en 20 ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : - transmettre une requête de communication Rq émise par une station mobile à un module d'algorithme d'analyse REM et aussi à une base de données REMri de la station mobile, - analyser en exécutant l'algorithme d'analyse les paramètres de 25 communication contenus dans la requête Rq en tenant compte de la qualité de service requise QoS et de paramètres caractérisant une situation radio à un instant donné, les paramètres étant délivrés par la REMri, - Déterminer s'il existe une contrainte de latence dans la requête Rq, 3031270 5 - S'il n'existe pas de contrainte de latence, alors transmettre la requête Rq à une étape de temporisation avant de l'analyser à nouveau par le module d'analyse REM, - S'il existe une contrainte de latence, décider du lien radio à utiliser 5 et initier la communication, et transmettre des données et retourner un rapport contenant des informations sur des évènements survenus lors de la communication. Selon un mode de réalisation l'algorithme d'analyse comporte les trois phases suivantes : 10 - calculer la valeur de QoS disponible, - calculer la probabilité que la QoS cible soit supportée par la QoS allouable sur un lien, - vérifier pour chaque fréquence/canal de la zone de couverture d'une station mobile la probabilité que la contrainte QoS cible est respectée et en fonction 15 de cette valeur de probabilité choisir le lien à attribuer. Le calcul des probabilités peut être effectué en considérant un paramètre caractérisant le lien radio QI en exécutant les étapes suivantes : - prendre une hypothèse de distribution gaussienne, - le paramètre cible : QI étant connu dans la requête Rq, le paramètre 20 disponible sur le lien étant calculé QILIEN, pi et cri étant respectivement la moyenne et l'écart-type associés à chaque lien radio i, déterminer la probabilité que le paramètre QIQ0S-CIBLE soit inférieur au paramètre QILIEN allouable sur un lien radio i: Pr (QIQOS-CIBLE 80% ressource radio en contraintes et MCS3 avec latence de t1, t2 et At + t3 MCS3 -> 100% préserve la (délai en attendant MCS1 et MCS2. d'être en visibilité de MCS3). ® Même configuration MCS1 50% MCS2 Compatible des que 0 mais avec MCS2 -> 95% contraintes de débit et de latence. réduction de la MCS3 100% qualité du lien sur MCS1 et pas de tolérance de délai. ® Même configuration MCS1 50% MCS3 Application de que 0 mais avec MCS2 95% règles de stratégie. réduction de la MCS3 -> 95% qualité du lien sur MCS1, et une pénalité de coût sur MCS2. 10 3031270 17 La décision d'attribution de lien se fera par le module de « décision liens » en appliquant les règles de stratégie décidées en début de mission. La figure 6 illustre un exemple de déroulement d'une mission en 5 considérant deux plateformes A et B dans un environnement radio constitué de trois liens (LOS1, LOS2 et LOS3), dont les couvertures sont de nature différentes (taille, positions géographiques). Chaque plateforme A, B dispose d'une version embarquée REMA, REMB de la REM centrale REMc (réduction de la REM à la zone géographique envisagée pour le parcours). 10 Les figures 7A, 7B, 7C et 7D illustrent deux scénarios possibles dans l'allocation des liens. Sur la figure 7A, les critères de QoS des plateformes A et B peuvent être respectées avec le lien LOS1. B voit son lien alloué, tandis que pour la plateforme A, le lien avec le LOS1 est planifié. 15 Sur la figure 7B, les parcours des plateformes A et B se poursuivent. La plateforme A passe de la zone couverte par le LOS1 à celle couverte par le LOS2, tandis que la plateforme B quitte cette zone. Sur la figure 7C, lors de l'analyse de situation, on se rend compte que les besoins en termes de QoS de la plateforme B seront très exigeants 20 vis-à-vis du LOS1. En revanche, pour sa communication, la plateforme A peut tolérer un délai par stockage des paquets à transmettre. Dans ce cas, l'allocation de lien pour la plateforme A est temporisée mais déjà planifiée vers LOS3. Sur la figure 7D, les parcours des plateformes A et B se 25 poursuivent, avec pour chacune d'entre elles des liens alloués sur des points radio différents, afin d'optimiser les contraintes de QoS. Le procédé selon l'invention est générique, même si l'utilisation de la REM et l'analyse de contexte pour la gestion des liens s'appuient sur les données radio, elles-mêmes liées aux couches physiques des standards 30 considérés, la méthode permettant de rendre le meilleur service ne dépend pas que des caractéristiques intrinsèques des liens, elle utilise la prédiction 3031270 18 et l'apprentissage. Elle permet d'allouer les liens radio à plusieurs stations mobiles en proposant une configuration qui optimisera le service global. Le procédé repose sur un apprentissage de l'environnement radio, ce qui est particulièrement bien adapté à un déploiement et à une utilisation 5 sur une zone définie, un théâtre d'opération, un aéroport, une région côtière. En outre, ce procédé étend dans le temps la gestion des liens radio : avant le parcours d'une zone prédéfinie : une planification de la mission est effectuée afin de simplifier le sondage et d'utiliser une connaissance a priori de l'historique temporel de la REM ; 10 - durant le parcours d'une station mobile, l'allocation radio se fait dynamiquement, en permettant à la station mobile d'anticiper les événements (liens KO, nombre de noeuds importants dans une zone...) ou de limiter le cas échéant l'impact d'événements inopinés, 15 après le parcours, une remontée des données significatives vers la REM centrale permet d'une part de confirmer ou de corriger les informations de couverture radio, mais d'autre part, permet de stocker également une métrique quantifiant la qualité du choix d'allocation, pour une utilisation sur les parcours à 20 venir. REVENDICATIONS1 - Procédé pour la gestion de ressources radio au sein d'un réseau de communication R comprenant au moins une base de données centrale REMc contenant des informations relatives à la planification du réseau de communication R à un instant donné, une ou plusieurs stations mobiles (10i) comprenant une base de données (REMri, 22i) contenant des informations sur un environnement radio de la station mobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : - transmettre une requête de communication Rq émise par une station mobile (10i) à un module d'algorithme d'analyse REM (21) et aussi à une base REMri (22) de la station mobile, - analyser par l'algorithme d'analyse les paramètres de communication contenus dans la requête Rq en tenant compte de la qualité de service requise QoS et de paramètres caractérisant une situation radio à un instant donné émis par la REMri, - Déterminer s'il existe une contrainte de latence dans la requête Rq, - Si non, alors transmettre la requête Rq à une étape de temporisation (24) avant de l'analyser à nouveau par le module d'analyse REM (21), - Si oui, décider du lien radio à utiliser et initier la communication (26) et transmettre des données et retourner un rapport contenant des informations sur des évènements survenus lors de la communication. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'algorithme d'analyse comporte les trois phases suivantes : - calculer la valeur de QoS disponible, - calculer la probabilité que la QoS cible soit supportée par la QoS allouable sur un lien, 3031270 20 - vérifier pour chaque fréquence/canal de la zone de couverture d'une station mobile la probabilité que la contrainte QoS cible est respectée, et en fonction de cette valeur de probabilité choisir le lien à attribuer. 5 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le calcul des probabilités en considérant un paramètre caractérisant le lien radio QI comporte les étapes suivantes : - prendre une hypothèse de distribution gaussienne, - le paramètre cible : QI étant connu dans la requête Rq, le paramètre 10 disponible sur le lien étant calculé QILIEN et, avec pi et o correspondant respectivement à la moyenne et à l'écart-type associés à chaque lien radio i, déterminer la probabilité que le paramètre QIQOS-CIBLE soit inférieur au paramètre QILIEN allouable sur un lien radio i: Pr (Qloos_ciBLE 5 QILIEN) avec : (Q/Q0s- Pr(Q1Q0S-CIBLE Q1LIEN) = 1 - erf c/BLE-m i) où erf est la fonction 15 mathématique fonction erreur, - connaissant les liens disponibles et les probabilités sur chacun de ces liens appliquer une fonction de coût et déterminer le lien à utiliser pour satisfaire une qualité de service d'une requête Rq. 20 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'on utilise comme paramètre caractérisant un lien radio, le débit cible DQOS-CIBLE pour le paramètre QoS requis et le débit disponible sur le lien calculé DLIEN. 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise comme 25 paramètres de qualité de service à respecter tout paramètre caractérisant la qualité de service tel que le taux d'erreurs, la largeur de bande, la latence autorisée. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il 30 comporte aussi l'exécution d'une tâche de fond exécutée sur une station 3031270 21 mobile (10i) en dehors de l'étape d'émission des données afin de sonder l'environnement radio d'une station mobile, en choisissant des valeurs de fréquences stockées dans la REMri et sur une zone élargie comprenant la cellule contenant la station mobile et des cellules voisines afin de déterminer 5 les données de la REMri de la station mobile (10i). 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que sur réception d'une information d'évènement prioritaire, l'algorithme d'analyse interrompt la communication en cours et attribue le lien radio à la 10 communication prioritaire. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que sur réception d'un évènement modifiant l'environnement radio au cours d'une communication ou de l'établissement d'un lien de communication, 15 l'information est remontée à l'algorithme d'analyse, et une modification est envoyée en retour pour s'adapter à la nouvelle situation. 9 - Système pour la gestion de ressources radio au sein d'un réseau de communication R comprenant au moins une base de données centrale 20 REMc contenant des informations relatives à la planification du réseau à un instant donné, une ou plusieurs stations mobiles (10i) comprenant une base de données (REMri, 22i) contenant des informations sur un environnement radio de la station mobile, caractérisé en ce qu'une station mobile (10i) est équipé d'un module d'algorithme d'analyse REM (21) adapté à recevoir une 25 requête de communication Rq émise au moins par la station mobile (10i) et des données propres à l'environnement radio de ladite station mobile (10i), un module de décision (23) fournissant l'autorisation d'initier une communication et les liens de communication à utiliser ou bien la transmission de la requête Rq à un module de temporisation en fonction d'un 30 paramètre de latence contenu dans la requête Rq, un module d'émission de données une fois la communication établie, un module d'établissement d'un 3031270 22 rapport de communication en liaison avec la base de données (22i) de la station mobile. 10 - Système selon la revendication 9 caractérisé en ce que le module 5 d'analyse (21) est adapté à exécuter les étapes suivantes : - calculer la valeur de QoS disponible, - calculer la probabilité que la QoS cible soit supportée par la QoS allouable sur un lien, - vérifier pour chaque fréquence/canal de la zone de couverture d'une station 10 mobile la probabilité que la contrainte QoS cible est respectée, et en fonction de cette valeur de probabilité choisir le lien à attribuer. 11 - Système selon la revendication 10 caractérisé en ce que le module d'analyse est adapté à calculer des valeurs de probabilités en considérant 15 comme paramètre de qualité de service le paramètre débit et à exécuter les étapes suivantes : - prendre une hypothèse de distribution gaussienne, - le paramètre caractérisant le lien radio : QIQOS-CIBLE étant connu dans la requête Rq, le paramètre QI caractérisant le lien étant calculé QILIEN et avec 20 pi et o respectivement la moyenne et l'écart-type associés à chaque lien radio i, - déterminer la probabilité que le paramètre cible QIQOS-CIBLE soit inférieur au paramètre disponible QILIEN allouable sur un lien radio i: Pr (Q1Q0S-CIBLE QILIEN) avec 25 Pr(Ql Q0S-CIBLE QILIEN) = 1 (Q1Q0S- erf c/BLE-gi 6i J où erf est la fonction mathématique fonction erreur, et en ce que - le module de décision est adapté à déterminer le lien à utiliser pour satisfaire une qualité de service d'une requête Rq en tenant compte des liens disponibles et des probabilités sur chacun de ces liens. 30 3031270 23 12 - Système selon la revendication 11 caractérisé en ce que le paramètre caractérisant un lien radio est le débit cible Dcms_ciBLE pour le paramètre QoS requis et le débit disponible sur le lien calculé DLIEN. 5