Brevet FR3076969A1 — publié le 20190719

Description Titre de l'invention : Procédé de diffusion de paquets de données dans un réseau de noeuds mobiles [0001] DOMAINE TECHNIQUE GENERAL [0002] L'invention concerne le domaine des réseaux de communication ad-hoc. Plus pré- cisément, elle concerne la diffusion d'informations au travers d'un réseau ad-hoc formé dynamiquement par des noeuds mobiles communicants et se déplaçant selon des voies de circulation d'un réseau routier. Et l'invention trouve notamment application dans les réseaux ad-hoc véhiculaires dénommés VANETs (en anglais, « Vehicular Ad-Hoc NETworks ») dont l'un des standards de communication est le standard IEEE 802.11p. Technique antérieure [0003] Les réseaux VANETS sont des réseaux mobiles plus ou moins éphémères se constituant à la volée et permettant à des véhicules (noeuds) de communiquer entre eux (nous parlons dans ce cas de V2V (Vehicle-to-Vehicle)) ou avec des infrastructures fixes installées le long des routes (nous parlons alors de V2I (Vehicle-to-Infrastructure)). [0004] Ces réseaux sont utilisés afin de fournir aux conducteurs et aux opérateurs routiers des informations en temps réel dans le but d'améliorer la sécurité routière (prévention des accidents), l'efficacité du réseau routier (fluidité du trafic) et le confort des passagers (infodivertissement). [0005] L'objectif principal poursuivi est bien entendu l'amélioration de la sécurité routière : il s'agit de réduire significativement le nombre d'accidents et leur impact sur les personnes et les biens. [0006] Or, les applications de sécurité routière sont surtout basées sur le partage actif, en temps réel, d'informations entre les véhicules et les unités de bord de route constituant l'infrastructure fixe. [0007] Ces informations sont diffusées par les noeuds à l'aide de messages dits « messages de sécurité » (en anglais, « Safety Messages »). Concernant la sécurité routière, jusqu'à 17 cas d'utilisations ont été recensés dans la littérature (ils sont cités ici en anglais car ils sont clairs et concis dans cette langue et correspondent aux connaissances de l'homme du métier) : intersection collision warning, lane change assistance, overtaking vehicle warning, head on collision warning, rear end collision warning, cooperative forward collision warning, emergency vehicle warning, pre-crash sensing, co-operative merging assistance, wrong way driving warning, stationary vehicle warning, traffic condition warning, signal violation warning, collision risk warning, 2 hazardous location notification, control loss warning. [0008] A ce titre, on pourra se référer au document "Vehicular Networking: A Survey and Tutorial on Requirements, Architectures, Challenges, Standards and Solutions" by Georgios Karagiannis, Onur Altintas, Eylem Ekici, Geert Heijenk, Boangoat Jarupan, Kenneth, Lin, and Timothy Weil in IEEE Communications Surveys & Tutorials. [0009] Ces messages dits de sécurité doivent satisfaire plusieurs contraintes : - Le temps de latence pour leur diffusion ne doit pas dépasser 100 ms. - Ils doivent être générés à la cadence minimale de 10 messages par seconde. - La portée radioélectrique minimale doit être de 150 mètres au moins. [0010] En effet, les applications liées à la sécurité routière sont critiques dans temps : les messages de sécurité émis par un noeud du réseau doivent être reçus et démodulés sans erreur par les noeuds destinataires en un temps court (de l'ordre de 100 ms). [0011] Un problème est que le protocole IEEE 802.11p ne permet pas de satisfaire ces contraintes et notamment ne permet pas de délivrer des messages de sécurité en un temps court (de l'ordre de 100ms). [0012] En effet, l'accès au médium en temps borné n'est pas garanti. Exposé de l'invention [0013] L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. [0014] A cet effet, l'invention propose un procédé de diffusion d'au moins un message dans un réseau formé par une pluralité de noeuds mobiles aptes à se déplacer dans un espace géographique, le procédé comprenant [0015] un premier mode de diffusion dudit message selon un premier standard de commu- nication du type IEEE 802.11p ; et [0016] un deuxième mode de diffusion dudit message selon un second standard de commu- nication; [0017] procédé dans lequel le deuxième mode de diffusion est sélectionné lorsque ledit message correspond à un message de sécurité tel que défini dans le standard IEEE 802.11p. [0018] L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : [0019] - selon le deuxième standard, le procédé comprend une étape d'émission du message de sécurité comprenant une étape de formation d'une salve de N paquets de données transportant tous ledit message de sécurité, N étant de préférence inférieur ou égal à 10, la salve ayant une durée inférieure ou égale à 100ms. [0020] - chaque paquet modulé a une durée inférieure à 5ms. [0021] - chaque paquet de la salve est émis sur la même fréquence. [0022] - chaque paquet de la salve est émis sur des fréquences différentes avec éven- 3 tuellement un recouvrement temporel, de préférence partiel, des paquets. [0023] - chaque paquet comprend 1944 bits encodés selon l'une des stratégies suivantes : [0024] - stratégie 1: RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 1/2; [0025] - stratégie 2 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 2/3; [0026] - stratégie 3 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 3/4; [0027] - stratégie 4 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 5/6; [0028] - stratégie 5 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 7/8. [0029] - tous les paquets de la salve sont encodés avec la même stratégie ou bien avec une combinaison de toutes les stratégies ; [0030] - chaque paquet comprend 2808 bits encodés selon l'une des stratégies suivantes : [0031] - stratégie ibis : RS(376, 312, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif, les polynômes suivants peuvent être utilisés : 17loct, 133oct, ayant un taux de poinçonnage de 1/2; [0032] - stratégie 2bis : RS(376, 312, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif, les polynômes suivants peuvent être utilisés : 17loct, 133oct, ayant un taux de poinçonnage de 2/3 ; [0033] - stratégie 3bis : RS(376, 312, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif, les polynômes suivants peuvent être utilisés : 17loct, 133oct, ayant un taux de poinçonnage de 3/4; [0034] - tous les paquets de la salve sont encodés avec la même stratégie ou bien avec une combinaison de toutes les stratégies. [0035] L'invention concerne également un noeud mobile d'un réseau comprenant une pluralité de noeuds mobiles communicants, le noeud mobile étant configuré pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention. [0036] L'invention concerne également un système de communication sans fil comprenant une pluralité de noeuds mobiles selon l'invention. [0037] Et l'invention concerne aussi un produit programme d'ordinateur comportant des ins- tructions de code pour l'exécution des étapes du procédé selon l'invention lorsque ce 4 procédé est exécuté par au moins un processeur. [0038] Les avantages de l'invention sont multiples. [0039] Elle permet la transmission d'un message d'alerte en un temps statistiquement borné. [0040] Le codage de canal proposé dans le cadre de l'invention est plus résiliant aux dis- torsions induites par le canal de propagation que celui du standard 802.11p. Brève description des dessins [0041] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0042] [fig.1] [0043] - la figure 1 illustre un espace géographique dans lequel des noeuds sont mobiles et en communication les uns avec les autres ; [0044] [fig.21 [0045] - la figure 2 illustre des étapes d'un procédé de diffusion selon l'invention ; [0046] [fig.31 [0047] - la figure 3 illustre un créneau temporel dans lequel un message de sécurité est diffusé ; [0048] [fig.41 [0049] - la figure 4 illustre des sous-étapes du procédé de la figure 2; [0050] [fig.51 [0051] - la figure 5 illustre le format d'une salve de paquets ; [0052] [fig.61 [0053] - la figure 6 illustre les piles protocolaires mises en oeuvre dans l'invention. [0054] Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation [0055] La figure 1 illustre schématiquement des noeuds 1, 2, 3 de communication en com- munication dans un espace E géographique. [0056] Les noeuds 1, 2, 3 sont mobiles et se déplacent dans l'espace E. Il s'agit de préférence de véhicules. [0057] Chaque noeud est membre d'un réseau ad-hoc et comprend un terminal de commu- nication sans fil comprenant un émetteur-récepteur configuré pour que chaque noeud communique avec ses noeuds voisins selon un premier standard de communication ou un deuxième standard de communication. Un premier standard de communication est de préférence le standard 802.11p. [0058] Chaque noeud, par l'intermédiaire de son terminal de communication, est apte à diffuser des paquets de données selon un procédé ci-dessous décrit en relation avec la figure 2. [0059] Le procédé de diffusion est tel que lorsqu'un message (constitué d'au moins un paquet de données) correspond à un message de sécurité tel que défini dans le standard IEEE 802.11p, le message en question est diffusé selon un deuxième mode M2 de diffusion sinon il est diffusé selon un premier mode M1 de diffusion. [0060] Ainsi, au cours de la diffusion, le premier mode ou le deuxième mode est sélectionné SEL en fonction du type de message et permet notamment s'agissant des messages de sécurité de les délivrer rapidement dans un temps inférieur à 100ms. [0061] Le premier mode de diffusion est basé sur un premier standard de communication tel que le standard IEEE 802.11p. [0062] Le premier mode de diffusion est quant à lui basé sur un second standard de commu- nication dit propriétaire en ce qu'il n'est pas dédié à être intégré à l'un des standards développés par des organismes de normalisation publics comme l'ETSI ou une association professionnelle comme FIEEE par exemple. [0063] Le tableau ci-dessus donne des paramètres de la couche physique du standard 802.11 p. 6 [Tableaux l] Système Multi-porteuse Débits binaires (Mbit/s) 3 4,5 6 9 12 18 27 Modulations BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Codage de canal Code convolutif (polynômes utilisés : 1710' , 1330') Taux de codage 1/2, 2/3, 3/4 Nombre total de sous-porteuses 64 Nombre de sous-porteuses utilisées 52 Nombre de sous-porteuses « données » 48 Nombre de sous-porteuses « pilotes » 4 Espacement entre sous-porteuse (MHz) 0,15625 Largeur spectrale du signal (MHz) 8,125 (8,28125 en incluant la composante DC) Durée symbole (SIGNAL ou DATA) (ils) 8 Intervalle de garde (ils) 1,6 Durée FFT (ils) 6,4 Durée préambule (PLCP) (ils) 32 Charge utile maximale (octet) 2312 Durée maximale d'un paquet (ms) 6,216 Puissance d'émission (dBm) 33,0 (canaux 172, 174, 176)44,8 (canal 178)23,0 (canaux 180, 182)40,0 (canal 184) [0064] Le deuxième standard permettant d'émettre en temps utile les messages de sécurité va maintenant être décrit. [0065] Pour être compatible avec le premier standard, la ressource radioélectrique correspond à un pavé radioélectrique de largeur 10MHz segmenté en créneaux temporels contigus de 100 ms dans la bande des 5,9GHz du standard IEEE 802.11p. Un créneau temporel est illustré sur la figure 3. [0066] Dans ce créneau temporel, on considère qu'un message de sécurité constitue la 7 charge utile de paquets de données. [0067] Selon le second standard, dès lors qu'un message de sécurité doit être diffusé à l'émission, dans une étape El, une salve de N paquets transportant tous la même charge utile est formée (voir la figure4). Le nombre de paquets est de préférence égal à N=10. [0068] De manière alternative, il est possible que la durée d'une salve de paquets dépasse le seuil S = 100 ms - les temps de traitement d'émission/réception en raison de la durée des temps de traitement. Il est possible de remédier à cela en diminuant le nombre de paquets par salve au prix d'une diminution de la probabilité de détection d'un message d'alerte dans le temps imparti. [0069] La figure 5 illustre le format d'une salve de paquets d'une durée TsALNE comprise entre 60 et 80 ms avec une durée inter-paquet Tinter comprise entre 0,96 et 2,96 ms. [0070] On voit sur la figure 3, N=10 paquets de données (numérotés de 1 à 10 sur la figure 3) qui sont émis pendant le créneau temporel de 100ms. [0071] Un paquet de données occupe une largeur fréquentielle de 625 MHz et a une durée temporelle maximale de 5,04 ms. En outre, la durée de chaque paquet est de 5,04 ms. [0072] Une telle durée permet d'éviter de perdre des paquets qui entrent en collision. Ensuite, dans une étape E2, la charge utile est protégée au moyen de codes détecteurs et correcteurs d'erreurs concaténés (concaténation d'un code de Reed-Solomon (RS) raccourci et d'un code convolutionnel (CC) caractérisé par un taux de poinçonnage donné). [0073] De manière avantageuse, chaque paquet comprend 1944 bits encodés selon l'une des stratégies suivantes : [0074] - stratégie 1: RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 1/2; [0075] - stratégie 2 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 2/3; [0076] - stratégie 3 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 3/4; [0077] - stratégie 4 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 5/6; [0078] - stratégie 5 : RS(280, 216, 32) raccourci à partir du RS(511, 447, 32) combiné à un code convolutif (les polynômes suivants peuvent être utilisés : 1710', 1330') ayant un taux de poinçonnage de 7/8. 8 [0079] De manière complémentaire, tous les paquets de la salve sont encodés avec la même stratégie ou bien avec une combinaison de plusieurs stratégies. [0080] Dans une étape E3, un CRC est ajouté à la charge utile afin de savoir si le paquet est démodulé sans erreur lors de sa réception par les noeuds destinataires. [0081] Les différentes charges utiles sont protégées avec des codes concaténés ayant une capacité de protection identique ou différente selon la stratégie adoptée. [0082] De manière avantageuse contrairement au standard IEEE 802.11p, la salve de paquets est émise sans écoute préalable du médium radioélectrique. Il peut donc se produite des collisions entre les paquets mais qui sont sans incidence sur l'émission des paquets. [0083] A la réception tous les paquets reçus sont démodulés. Les paquets n'ayant pas subi de collisions sont démodulés sans erreur. [0084] Toutefois, lorsque deux paquets subissent une collision, on distingue les deux cas suivants : [0085] - les paquets reçus ont sensiblement la même énergie (ce qui arrive peu souvent) aucun des paquets ne peut être démodulé ; [0086] - l'énergie des paquets diffère d'au moins 0,5 dB : l'un des deux paquets est systéma- tiquement démodulé sans erreur (dans cas, sous certaines conditions, la reconstruction subséquente du paquet démodulé sans erreur permet également de démoduler sans erreur le paquet adverse. [0087] Le tableau ci-dessous donne des paramètres du second standard. 9 [Tableaux2] Système Mono-porteuse Débit symbole (Msym/s) 0,5 Modulation QPSK Facteur de décroissance du filtre en racine de cosinus surélevé (a) 0,25 Codage de canal Code concaténé = Reed-Solomon RS(511,447,32) raccourci (polynôme générateur utilisé : 529dec) 1+Entrelacement (permutation des bits issus du codeur RS selon un schéma prédéterminé)+Code convolutif (polynômes utilisés : 1710', 1330' ) Largeur spectrale du signal (MHz) 0,625 Nombre de paquets par salve