Brevet FR3030179A1 — publié le 20160617

.1 PROCEDE DE TRANSMISSION DANS UN RESEAU « CLUSTERISE » L'invention concerne un procédé de transmission de données au sein d'un réseau de communication sans fil ad hoc « clusterisé », c'est-à-dire dans lequel les noeuds émetteurs/récepteurs sont distribués au sein de plusieurs groupes ou clusters, ayant chacun un chef de groupe ou chef de « cluster ». L'un des problèmes techniques existant dans les réseaux de communications sans fil ad hoc est de permettre à un chef de cluster de communiquer avec les autres chefs de clusters voisins avec le même nombre de ressources radio quelque soit la topologie du réseau. Les techniques connues de l'art antérieur se basent sur l'établissement de différents chemins de communication, en fonction de la topologie du réseau, pour permettre à un chef de cluster d'atteindre les chefs des clusters voisins. 15 Dans un réseau de transmission organisé en clusters, chaque cluster opère sur un canal radio (fréquence, code,..) différent et un canal radio commun est utilisé pour tout le réseau pour la signalisation inter-cluster. Chaque cluster a un accès garanti périodique au canal commun pour diffuser de la signalisation ou des données aux autres clusters. Les 20 communications intra-cluster sont coordonnées par le chef de cluster. Les communications inter-clusters sont par contre difficiles à mettre en place car elles nécessitent la coordination entre les différents chefs de cluster pour le partage et l'accès aux ressources radio. Comme les chefs inter-clusters ne sont pas toujours en visibilité directe les uns des autres, i.e., avec la 25 possibilité d'échanger des informations de manière fiable directement sans passer par des noeuds relais, la ressource de signalisation dédiée à ces échanges doit être utilisée efficacement pour permettre à chaque chef de cluster de faire parvenir ses messages de signalisation à tous les chefs des clusters voisins indépendamment de la topologie du réseau. 30 L'un des objectifs de la présente invention est de permettre à chaque chef de cluster de diffuser sa signalisation inter-cluster à tous ses 3030179 `2 clusters voisins, avec une quantité de ressources radio qui ne dépend pas de la topologie du réseau. Un tel accès permettra de réduire le besoin de signalisation inter-cluster et donc de pouvoir programmer cet accès plus fréquemment dans le temps rendant la signalisation ainsi plus rapide. 5 L'invention concerne un procédé dans lequel on utilise un mécanisme de signalisation entre les groupes ou clusters, en utilisant les noeuds réguliers d'un cluster pour relayer d'une manière coopérative la signalisation des chefs de cluster vers d'autres noeuds ou chefs de cluster. Dans la suite de la description, on désigne par « noeud régulier » un noeud d'un réseau équipé de moyens de communication, un « chef de cluster », un noeud régulier comprenant en plus un module de gestion adapté à gérer les noeuds réguliers. Le terme « intra » désigne les noeuds situés dans un groupe et les échanges au sein de ce groupe. Le terme « inter » désigne les échanges entre différents groupes. L'expression « noeud dans le voisinage » ou « en portée radio » désigne des noeuds qui sont situés en portée radio d'un noeud émetteur, c'est-à-dire qui peuvent s'échanger des informations en utilisant les canaux de communication sans passer par des noeuds relais. Les abréviations anglo-saxonnes suivantes seront utilisées : - CH pour désigner un canal de communication, TX pour l'émission et RX pour la réception de signaux, - IRSCH : canal de signalisation inter-cluster plus connu sous l'expression anglo-saxonne « Inter-Cluster Relay Signaling Channel », - RSCH : canal de signalisation relais, ou en anglo-saxon « Relay Signaling Channel, - CHSCH : canal de signalisation chef de cluster, plus connu sous l'expression anglo-saxonne « Cluster Head Signaling Channel ». L'invention concerne un procédé pour diffuser un ou plusieurs messages de signalisation dans un réseau de communication comportant au 30 moins deux clusters, un cluster comprenant au moins un chef de cluster adapté à gérer des communications, plusieurs noeuds équipés de moyens 3030179 d'émission/réception caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes. suivantes : - au moins un chef de cluster d'un premier cluster émet un message de signalisation vers un ensemble de noeuds situés dans son cluster, en 5 utilisant une première ressource radio dédiée, - les noeuds du premier cluster ayant reçu et décodé le message de signalisation relayent ce message de signalisation vers un ou plusieurs noeuds des autres clusters du réseau qui sont en portée radio en utilisant un mécanisme de transmission cohérente 10 coopérative distribuée sur une ressource radio d'un canal commun dédiée, - le ou les noeuds relais ayant reçu et décodé le message de signalisation le transmettent à leur chef de cluster en utilisant un procédé de transmission coopérative distribuée sur une ressource 15 radio dédiée. Selon une variante de réalisation un chef de cluster sélectionne un ou plusieurs noeuds relais pour atteindre un ensemble de clusters voisins et, - si deux noeuds relais sélectionnés ne partagent pas de voisinage externe alors ils émettent sur la même ressource radio sans interférer 20 mutuellement, - si deux noeuds sélectionnés ont en commun une partie de leurs voisinages externes, alors ils utilisent une même ressource radio d'une manière coopérative pour améliorer la qualité de leur transmission. 25 Le procédé peut utiliser un canal de signalisation inter-cluster commun comprenant une signalisation correspondant à un créneau temporel utilisé par un ensemble de noeuds appartenant à un cluster pour relayer la signalisation de leur chef de cluster vers les clusters voisins. Un canal de communication dédié au cluster comporte un slot de réception, plusieurs slots RSCHi, utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un cluster pour relayer la signalisation inter-cluster reçue des 3030179 4 clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCHi de signalisation dédié aux chefs de cluster. Le procédé peut être mis en oeuvre dans un réseau de communication sans fil ad hoc clusterisé. 5 L'invention concerne aussi un système de diffusion de messages de signalisation au sein d'un réseau de communication comportant au moins deux clusters, un cluster comprenant au moins un chef de cluster adapté à gérer des communications, plusieurs noeuds équipés de moyens d'émission/réception caractérisé en ce que : 10 - au moins un chef de cluster d'un premier cluster comprend un module adapté à émettre un message de signalisation vers un ensemble de noeuds situés dans son cluster, en utilisant une ressource radio dédiée, - les noeuds du premier cluster sont équipés de moyens de réception et 15 de décodage du message de signalisation et de moyens de relayage du message de signalisation vers un ou plusieurs noeuds des autres clusters du réseau qui sont en portée radio en utilisant un mécanisme de transmission cohérente coopérative distribuée sur une ressource radio d'un canal commun dédié, 20 - le ou les noeuds ayant reçu et décodé le message de signalisation le transmettent à leur chef de cluster en utilisant un procédé de transmission coopérative distribuée sur une ressource radio dédiée. Le canal commun est, par exemple, un canal de signalisation inter-cluster commun comprenant une signalisation correspondant à un 25 créneau temporel utilisé par un ensemble de noeuds appartenant à un cluster pour relayer la signalisation de leur chef de cluster vers les clusters voisins. Un canal dédié à un cluster comporte, par exemple, un slot de réception, plusieurs slots de relayage de signalisation RSCHi, utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la 30 signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCHi de signalisation dédié aux chefs de cluster. 3030179 3 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit donnée à titre illustratif et nullement limitatif annexée des figures qui représentent : - La figure 1, un exemple de réseau composé de plusieurs clusters ayant chacun un chef de cluster, et - La figure 2 et la figure 3, deux exemples des étapes mises en oeuvre par le procédé. Le réseau ad hoc dans lequel est mis en oeuvre l'invention est organisé en groupes ou clusters, chaque cluster opérant sur un canal radio différent (fréquence, code, etc.). Un canal radio commun est utilisé pour tout le réseau pour la signalisation inter-cluster. Chaque cluster a un accès garanti périodique au canal commun pour diffuser de la signalisation ou des données aux autres clusters. Le procédé repose notamment sur l'exploitation de la diversité spatiale du réseau ainsi que sur le concept du relayage 15 coopératif pour permettre à chaque chef de cluster de sélectionner et d'utiliser un ou plusieurs noeuds relais dans son groupe pour atteindre un ou plusieurs ensembles de clusters voisins. La figure 1 schématise un exemple de réseau de transmission comprenant plusieurs clusters 10i, chaque cluster 10i comprend plusieurs 20 noeuds 11ik pourvus chacun d'un module d'émission réception 12, 13, d'un module 14 adapté à la transmission coopérative, un chef de cluster 24i, comprenant un module d'émission/réception 25, 26, un module de décodage des messages de signalisation 29, un module de gestion 27 des communications de l'ensemble des noeuds présents dans le cluster dont il 25 est le chef, un module adapté pour la transmission coopérative 28. Chacun des clusters opère par exemple sur un canal radio, fréquence Fc, code Mc, différent et dispose d'un accès périodique à un canal de signalisation commun CS. Sur la figure 1, les flèches I, Il, III correspondent à trois phases du 30 procédé selon l'invention qui vont être explicitées ci-après en relation avec 3030179 6 les figures 2 et 3. Les transmissions se font sur des ressources radio dédiées sans requêtes préalables. Lors d'une première phase, un chef de cluster 241 va diffuser le message de signalisation à transmettre aux chefs de cluster 24i situés dans 5 les autres clusters du réseau de communication vers les noeuds réguliers 111k présents dans son cluster 101. La diffusion se fait, par exemple, sur une ressource radio dédiée, temps, fréquence, code. Les noeuds réguliers 111k de ce cluster 101 écoutent cette ressource radio CH1. Les noeuds réguliers 111k sont des noeuds relais qui vont permettre le transfert du message M de 10 signalisation du chef de cluster vers les chefs de cluster 24i situés dans les autres clusters 10i du réseau. Le chef de cluster 241 identifie ou sélectionne les noeuds relais pour atteindre l'ensemble des clusters voisins, selon un procédé connu de l'homme du métier. Un chef de cluster dispose d'une base de données 15 donnant la configuration du réseau de communication. Si deux noeuds relais 1112, 1111, sélectionnés ne partagent pas de voisinage externe, i.e. noeuds voisins n'appartenant pas au même groupe, i.e. voisins à l'extérieur de leur groupe/cluster, alors ils peuvent émettre sur la même ressource radio, ce qui correspond à de la diversité spatiale. 20 Si deux noeuds relais 1112, 1113 sélectionnés ont en commun une partie de leurs voisinages externes alors le concept de relayage coopératif permet à la fois de leur allouer la même ressource radio et de rendre plus robuste aux erreurs de transmission le lien radio vers leurs voisinages communs. 25 A la fin de la première phase I, les noeuds relais 1111, 1112,1113, du cluster 101 source disposent des informations ou du message à transmettre aux différents chefs de clusters 24i. Lors d'une deuxième phase II, les noeuds réguliers du cluster 101 source qui ont reçu le message de signalisation M, vont relayer le message 30 M à destination des chefs des clusters voisins 24j, en utilisant le mécanisme de transmission coopérative, vers leurs voisinages externes appartenant à 3030179 un cluster différent (102, 103 et 104). Le relayage du message M se fait en utilisant une technique de transmission cohérente coopérative du message. Cette transmission est, par exemple, effectuée, sur le canal de communication commun CS à tous les clusters, sur une ressource radio 5 dédiée au cluster 101 auquel appartient le chef 241 émetteur du message de signalisation M. Tous les noeuds 11ik d'un cluster 24i écoutent les ressources radio dédiées au relayage des autres clusters. A l'issue de cette deuxième étape II, certains noeuds relais 1123, 1141, 1142, 1131, des clusters 24i ont reçu le message M à transmettre à leurs chefs de clusters respectifs. 10 Lors d'une troisième phase III, tous les noeuds d'un ou de plusieurs clusters voisins du cluster 101 qui ont décodé correctement le message M en provenance du cluster émetteur 101 relayent ce message M en utilisant un protocole de transmission cohérente de message vers leur chef de cluster 242, 243, 244 (par exemple sur la figure 1), selon un 15 mécanisme de transmission coopérative et des étapes connues de l'homme du métier. Pour cela, ils utilisent une ressource radio dédiée qui est écoutée par le chef de cluster. Les figures 2 et 3 schématisent la mise en oeuvre des trois phases précédemment décrites. 20 Sur la figure 2, on a représenté le canal de signalisation inter- cluster commun CS, le canal CH1 dédié au cluster 101, le canal CH2 dédié au cluster 102, le canal CH3 dédié au cluster 103, et le canal CH4 dédié au cluster 104. Le canal de signalisation inter-cluster commun comprend une 25 signalisation inter-clusters IRSCH, 30, pour le relayage entre cluster, correspondant à un créneau temporel ou slot utilisé par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la signalisation de leur chef de cluster vers les clusters voisins. Le premier canal CH1 dédié au premier cluster 101 comporte un 30 slot 311 de réception RX1, plusieurs slots RSCHi, 321, utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la 3030179 signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCH1 de signalisation dédié aux chefs de cluster. On retrouve cette configuration pour les canaux dédiés aux autres clusters. 5 Le deuxième canal CH2 dédié au deuxième cluster 102 comporte un slot 312 de réception RX1, plusieurs slots RSCH2, 322, utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCH2 de signalisation dédié aux chefs de cluster. Le troisième canal CH3 dédié au troisième cluster 103 comporte un slot 313 de réception RX1, plusieurs slots RSCH3, 323, utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCH3 de signalisation dédié aux chefs de cluster. 15 Le quatrième canal CH4 dédié au quatrième cluster 104 comporte un slot 314 de réception RX1, plusieurs slots RSCH4, 324, utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCH4 de signalisation dédié aux chefs de cluster. 20 La figure 3 schématise les trois phases du procédé selon l'invention, la phase I, la phase II, la phase III. Dans un premier temps le chef du cluster 241 du premier cluster ou cluster source 101 envoie un message M de signalisation destiné aux différents chefs de clusters voisins aux noeuds de son cluster (les clusters 25 voisins contiennent des noeuds dans le voisinage des noeuds de son cluster). Cette émission a lieu sur une ressource radio dédiée que tous les noeuds réguliers du cluster sont obligés d'écouter, slot de signalisation CHSCH1. Les noeuds réguliers 111k du premier cluster 101 ayant reçu le message M, relaye le message de signalisation de leur chef de cluster 241 30 vers les clusters voisins 10i, slot IRSCH, phase II, vers les noeuds réguliers 11ik d'autres clusters 10j en utilisant une ressource radio dédiée (slot IRSCH 3030179 9 sur le canal commun CS) au cluster auquel appartient le chef du cluster 241 émetteur du message. Ce relayage se fait en utilisant une transmission cohérente coopérative du message. Tous les noeuds d'un cluster sont obligés d'écouter les ressources radio dédiées au relayage des autres 5 clusters Les noeuds réguliers 11ik des clusters 10i voisins du premier cluster source 101 qui ont reçu et décodé correctement un message M de signalisation en provenance du cluster source 101 vont le relayer en utilisant une transmission cohérente coopérative de ce message, phase III, vers leur 10 chef de cluster 24j en utilisant une ressource radio dédiée que le chef de cluster est dans l'obligation d'écouter, slots RSCH. Le procédé selon l'invention permet notamment à un chef de cluster de diffuser sa signalisation inter-cluster à ses clusters voisins avec une quantité de ressources radio qui ne dépend pas de la topologie du 15 réseau. Un tel accès permet de réduire le besoin de signalisation inter-cluster et ainsi de pouvoir programmer cet accès plus fréquemment dans le temps. La taille et le nombre de ressources radio qui permettent d'atteindre tout le voisinage d'un cluster sont indépendants de la topologie du réseau. Le procédé permet un gain sur la taille de signalisation en ayant un vrai canal de 20 diffusion pour la signalisation point-à-multipoints et multiplexage possible de la signalisation point-à-point. REVENDICATIONS1 - Procédé pour diffuser un ou plusieurs messages de signalisation dans un réseau de communication comportant au moins deux clusters (101, 102), un cluster comprenant au moins un chef de cluster (241, 242) adapté à gérer des communications, plusieurs noeuds (111k, 112k) équipés de moyens d'émission/réception (12, 13) caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes: - au moins un chef de cluster (241) d'un premier cluster (101) émet un message de signalisation M vers un ensemble de noeuds (111k) situés dans son cluster (101), en utilisant une ressource radio dédiée CH1, - les noeuds (111k) du premier cluster (101) ayant reçu et décodé le message de signalisation M relayent ce message de signalisation M vers un ou plusieurs noeuds (11ik) appartenant à d'autres clusters du réseau qui sont en portée radio en utilisant un mécanisme de transmission cohérente coopérative distribuée sur une ressource radio d'un canal commun CS dédiée, - le ou les noeuds relais (1 1ik) ayant reçu et décodé le message de signalisation M le transmettent à leur chef de cluster (24i) en utilisant un procédé de transmission coopérative distribuée sur une ressource radio dédiée 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un chef de cluster 25 sélectionne un ou plusieurs noeuds relais pour atteindre un ensemble de clusters voisins, et - si deux noeuds relais sélectionnés ne partagent pas de voisinage externe alors ils émettent sur la même ressource radio sans interférer mutuellement, 30 - si deux noeuds sélectionnés ont en commun une partie de leurs voisinages externes, alors ils utilisent une même ressource radio 3030179 11 d'une manière coopérative pour améliorer la qualité de leur transmission. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il s utilise un canal de signalisation inter-cluster commun comprenant une signalisation correspondant à un créneau temporel utilisé par un ensemble de noeuds appartenant à un cluster pour relayer la signalisation de leur chef de cluster vers les clusters voisins. 10 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'un canal Cl-li dédié au cluster (10j) comporte un slot (31j) de réception RXj, plusieurs slots RSCHJ, (32j), utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un cluster pour relayer la signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCHJ de signalisation dédié aux 15 chefs de cluster. 5 - Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans un réseau de communication sans fil ad hoc clusterisé. 20 6 - Système de diffusion de messages de signalisation au sein d'un réseau de communication comportant au moins deux clusters (101, 102), un cluster comprenant au moins un chef de cluster (241, 242) adapté à gérer des communications, plusieurs noeuds (111k, 112k) équipés de moyens d'émission/réception (12, 13) caractérisé en ce que : - au moins un chef de cluster (241) d'un premier cluster (101) comprend un module adapté à émettre un message de signalisation M vers un ensemble de noeuds (111k) situés dans son cluster (10i), en utilisant une ressource radio dédiée CH1, - les noeuds (111k) du premier cluster (101) sont équipés de moyens de réception et de décodage du message de signalisation M et de moyens de relayage du message de signalisation M vers un ou 3030179 12 plusieurs noeuds (11ik) des autres clusters du réseau qui sont en portée radio en utilisant un mécanisme de transmission cohérente coopérative distribuée, sur une ressource radio d'un canal commun CS dédiée, 5 - le ou les noeuds (1 lik) ayant reçu et décodé le message de signalisation M le transmettent à leur chef de cluster (24f) en utilisant un procédé de transmission coopérative distribuée sur une ressource radio dédiée CHF. 10 7 - Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que le canal commun est un canal de signalisation inter-cluster commun comprenant une signalisation correspondant à un créneau temporel utilisé par un ensemble de noeuds appartenant à un cluster pour relayer la signalisation de leur chef de cluster vers les clusters voisins. 15 8 - Système selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'un canal CHF dédié à un cluster (10i) comporte un slot (31) de réception RXi, plusieurs slots de relayage de signalisation RSCHi, (32i), utilisés par un ensemble de noeuds appartenant à un certain cluster pour relayer la 20 signalisation inter-cluster reçue des clusters voisins vers leur chef de cluster, un slot CHSCHi de signalisation dédié aux chefs de cluster.