Brevet FR3090261A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE COMMUNICATION DANS UN RESEAU CELLULAIRE METTANT EN OEUVRE DES COM- MUNICATIONS PAIR-A-PAIR [pool j La présente invention concerne les communications dans un réseau radio cellulaire, ainsi qu'aux communications entre plusieurs dispositifs-clients (« User Equipment », ou (JE, en anglais), tels que des ordinateurs, des téléphones mobiles, ou des tablettes numériques, qui seront désignés généralement par « dispositifs » ci-dessous. [0002] L'invention concerne plus particulièrement les communications pair-à-pair (ou P2P pour « Peer-to-Peer » en anglais) entre plusieurs dispositifs. On entend par communication pair-à-pair entre deux dispositifs, l'échange de données entre ces deux dispositifs sans passer typiquement par un serveur central. Aucune limitation n'est attachée au type de données échangées entre les dispositifs (voix, texte, etc.) lors d'une communication pair-à-pair. Cette communication peut consister en un échange direct de données entre les deux dispositifs (on parle alors de communication D2D ou « Device-to-Device » en anglais), ou d'un échange via un ou plusieurs dispositifs intermédiaires mettant en oeuvre deux à deux des communications D2D, ces dispositifs intermédiaires formant une route entre les deux dispositifs cherchant à communiquer ensemble. L'ensemble des dispositifs ainsi connectés pair-à-pair forment un réseau maillé ou réseau « mesh » sans hiérarchie centrale, aussi appelé réseau ad hoc. Quand des dispositifs du réseau ad hoc sont mobiles, on parle de réseau MANET (pour Mobile Adhoc NETwork en anglais). [0003] Les dispositifs au sein d'un même réseau ad hoc peuvent utiliser différentes tech- nologies de connectivité pour détecter la présence de dispositifs voisins, identifier les applications ou les services mis à disposition par ces dispositifs voisins, et se connecter entre eux en vue de communiquer en pair-à-pair. Ils peuvent notamment s'appuyer indifféremment sur les technologies Bluetooth, WiFi (Wireless Fidelity), WiFi Direct, ou LTE (Long Terni Evolution) Direct. Ils peuvent en outre être connectés à des éléments externes au réseau ad hoc, comme par exemple à d'autres dispositifs appartenant à des réseaux d'opérateurs (ex. réseaux 3G, 4G, 5G, etc.) ou à des réseaux privés, pour accéder par exemple au réseau public Internet. [0004] Les réseaux maillés suscitent aujourd'hui un grand intérêt.. Ils ont par exemple montré leur efficacité pour fournir des services de communication résilients dans des cas de rupture volontaire ou non des réseaux de communication classiques, par exemple en temps de guerre ou suite à une catastrophe naturelle. De tels réseaux maillés peuvent également être envisagés dans un but de se protéger contre une cyber- 2 surveillance ou pour éviter que les données échangées entre deux dispositifs ne transitent sur le réseau public Internet. Bien d'autres applications encore des réseaux maillés peuvent être envisagées. [0005] Considérons à présent, en référence à la figure 1, un réseau cellulaire constitué de stations de base BS (pour « Base Station » en anglais) et de dispositifs connectés entre eux en D2D. [0006] Considérons deux tels dispositifs Dl et D2. Pour recevoir ou transmettre des données vers le réseau, un des deux dispositifs doit transmettre ou recevoir des données vers la BS qui couvre la zone dans laquelle il se trouve. Considérons la situation dans laquelle le dispositif D2 doit passer par le dispositif Dl pour envoyer des données à la BS : D2 transmet vers Dl, puis Dl retransmet vers la BS les données reçues de D2. [0007] Dans l'état de l'art, la transmission de D2 vers Dl et la transmission de Dl vers la BS ne peuvent pas se faire simultanément sur une bande passante donnée. En effet, le dispositif Dl ne peut pas recevoir des données de D2 et les retransmettre simultanément vers la BS sur la même fréquence. Par conséquent, selon l'état de l'art, ces deux fonctions, à savoir recevoir des données de la part de D2 d'une part (transmission T2 sur la figure 1), et transmettre ces données à la BS d'autre part (transmission TI sur la figure 1) sont mises en oeuvre à des moments distincts. [0008] En conséquence, les performances et la qualité de service offertes par le réseau sont moindres que si l'on pouvait effectuer ces deux transmissions simultanément. [0009] La présente invention concerne donc un procédé de communication dans un réseau cellulaire mettant en oeuvre des communications pair-à-pair. Ledit procédé comprend les étapes suivantes : - au moins un dispositif dudit réseau, dit premier dispositif, connecté à une station de base dudit réseau, s'associe en pair-à-pair et établit une communication en half-duplex avec un autre dispositif du réseau, dit second dispositif, - ledit premier dispositif mesure la puissance reçue de la part dudit second dispositif et la puissance ID reçue de la part des autres dispositifs du réseau émettant en même temps que le second dispositif, - le premier dispositif transmet à un contrôleur les résultats de ces mesures, ainsi que sa propre puissance d'émission Pl et son propre facteur d'auto-interférence b, - sur la base au moins de ces informations, le contrôleur détermine le rapport signal sur bruit plus interférences SINI221 concernant le signal reçu par le premier dispositif de la part du second dispositif, ainsi que le rapport signal sur bruit plus interférences SINR11,10 concernant le signal reçu par ladite station de base de la part du premier dispositif, et calcule la quantité C telle que 1 bg(l SINR 1421 Ioç 3 - le contrôleur vérifie : * dans le cas où le débit estimé de la liaison entre le premier dispositif et le second dispositif en full-duplex est inférieur au débit estimé de la liaison en full-duplex entre le premier dispositif et la station de base, la condition > exp(C) - 1, où SINRFl est une estimation du rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal qui serait reçu par ledit premier dispositif de la part du second dispositif si la communication était effectuée en full-duplex, ou * dans le cas où le débit estimé de la liaison entre le premier dispositif et le second dispositif en full-duplex est supérieur au débit estimé de la liaison entre le premier dispositif et la station de base en full-duplex, la condition SINR"o> exp(C) - 1, où SINRE,10 est une estimation du rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal qui serait reçu par la station de base de la part du premier dispositif si la communication était effectuée en full-duplex, et - si ladite condition est vérifiée, le contrôleur déclenche les procédures nécessaires pour établir des transmissions simultanées de données du second dispositif vers le premier dispositif et du premier dispositif vers ladite station de base du réseau, et en sens inverse, dans lesquelles le premier dispositif fonctionne en full-duplex. [0010] Ainsi, la présente invention propose un procédé permettant de minimiser la durée de transmission dans un réseau cellulaire mettant en oeuvre des communications en D2D. Ce procédé exploite avantageusement la technique dite « full-duplex ». [0011] On rappelle (cf. Wikipedia) que, dans le domaine des télécommunications, on appelle « simplex » (monodirectionnel) un canal qui transporte des données dans un seul sens. On appelle « duplex » un canal de communication qui transporte des données dans les deux sens (bidirectionnel) ; selon que l'émission et la réception de données ont lieu dans les deux sens simultanément ou non, on parle respectivement de canal « full-duplex » ou « half-duplex ». [0012] Dans le cadre de la présente invention, on considère un système full-duplex dans lequel la réception et l'émission de données sont non seulement simultanées, mais de plus utilisent la même fréquence porteuse. Un tel système full-duplex a pour avantage de permettre une meilleure utilisation de la bande passante de manière temporelle, mais aussi de manière tiéquentielle ; autrement dit, on peut utiliser une plus grande bande passante pour transmettre plus de données à de meilleurs débits. [0013] En revanche, une transmission en full-duplex a pour inconvénient de causer des auto- interférences dues à la superposition des signaux sur le même canal, ce qui tend à diminuer le Rapport Signal sur Interférences plus Bruit (« Signal over Interférence plus Noise Ratio », ou SINR, en anglais). [0014] Mais grâce à l'invention, lorsque ladite condition est vérifiée, le délai de transmission entre des dispositifs en communication D2D et la station de base à laquelle ils sont rattachés peut être divisé par un facteur important par rapport à l'état de l'art. [0015] Selon des caractéristiques particulières, ledit rapport signal sur bruit plus inter- férences SINI2,2, est estimé au moyen de l'expression suivante : 1 SENR SINR [21 + SINR où + Nt, où N,1, est la puissance du bruit thermique. [0016] Grâce à ces dispositions, le rapport signal sur bruit plus interférences SINRF..21 peut être estimé à partir de mesures effectuées en hall-duplex. [0017] Selon d'autres caractéristiques particulières, ledit rapport signal sur bruit plus inter- férences SIN R10 est estimé au moyen de l'expression suivante : 1 SINR = SINR 13 + SINR q,20 [0018] Grâce à ces dispositions, le rapport signal sur bruit plus interférences SINR,..10 peut être estimé à partir de mesures effectuées en half-duplex. [0019] Corrélativement, l'invention concerne un contrôleur apte à fonctionner dans un réseau cellulaire mettant en oeuvre des communications pair-à-pair. Ledit contrôleur comprend des moyens pour : - recevoir, de la part d'au moins un dispositif dudit réseau, dit premier dispositif, la puissance reçue par ledit premier dispositif de la part d'un autre dispositif du réseau, dit second dispositif, et la puissance reçue par le premier dispositif de la part des autres dispositifs du réseau émettant en même temps que ledit second dispositif, ainsi que la puissance d'émission PI et le facteur d'auto-interférence b du premier dispositif, - sur la base au moins de ces informations, déterminer le rapport signal sur bruit plus interférences 5INR11,21 concernant le signal reçu par le premier dispositif de la part du second dispositif, ainsi que le rapport signal sur bruit plus interférences SINR11,10 concernant le signal reçu de la part du premier dispositif par une station de base à laquelle le premier dispositif est connecté, et calcule la quantité C telle que bel+ SIN Io SENR ) H,10 - vérifier : * dans le cas où le débit estimé de la liaison entre le premier dispositif et le second dispositif en full-duplex est inférieur au débit estimé de la liaison en full-duplex entre le premier dispositif et ladite station de base, la condition exp(C) - 1, où SINRFl est une estimation du rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal qui serait reçu par ledit premier dispositif de la part du second dispositif si la communication était effectuée en full-duplex, ou * dans le cas où le débit estimé de la liaison entre le premier dispositif et le second dispositif en full-duplex est supérieur au débit estimé de la liaison entre le premier dispositif et la station de base en full-duplex, la condition SINR, Jo> exp(C) - 1, où SINR," est une estimation du rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal qui serait reçu par la station de base de la part du premier dispositif si la communication était effectuée en full-duplex, et - si la condition est vérifiée, déclencher les procédures nécessaires pour établir des transmissions simultanées de données du second dispositif vers le premier dispositif, et du premier dispositif vers ladite station de base du réseau, dans lesquelles le premier dispositif fonctionne en full-duplex. [0020] On notera que ledit contrôleur peut être hébergé, par exemple, dans une station de base, ou dans une entité centralisée du réseau cellulaire. [0021] Selon des caractéristiques particulières, ledit contrôleur comprend en outre des moyens pour estimer ledit rapport signal sur bruit plus interférences SINRF.21 au moyen de l'expression suivante : SINR = F:21 où b SU\IR sein où Rh est la puissance du bruit thermique. [0022] Selon d'autres caractéristiques particulières, ledit contrôleur comprend en outre des moyens pour estimer ledit rapport signal sur bruit plus interférences SINR,0 au moyen de l'expression suivante : SNR S1NR H,I0 SINR 20 6 [0023] Les avantages offerts par ces contrôleurs sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par les procédés corrélatifs succinctement exposés ci-dessus. [0024] On notera qu'il est possible de réaliser ces contrôleurs dans le contexte d'instructions logicielles et/ou dans le contexte de circuits électroniques. [0025] L'invention vise également un programme d'ordinateur téléchargcable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur. Ce programme d'ordinateur est remarquable en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de communication succinctement exposé ci-dessus, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. [0026] Les avantages offerts par ce programme d'ordinateur sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par ledit procédé. [0027] D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous de modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère à: [0028] [fig.1] la figure 1, mentionnée ci-dessus, qui représente un mode de réalisation de l' invention. [0029] Dans ce mode de réalisation, on considère un réseau cellulaire comprenant : - au moins une station de base, - au moins un dispositif en communication D2D, qui n'est pas directement connecté à une station de base, et - au moins un dispositif en communication D2D, qui est également connecté à une station de base. [0030] Le réseau cellulaire peut également comprendre au moins un dispositif directement connecté à une station de base, et qui n'est pas en communication D2D. [0031] Le réseau cellulaire comprend en outre un contrôleur, dont le rôle sera décrit ci-après. Comme indiqué ci-dessus, ce contrôleur peut par exemple être hébergé dans une station de base, ou dans une entité centralisée du réseau cellulaire. [0032] A titre d'exemple, on considère à présent une transmission de données d'un dispositif D, vers un dispositif DI, et une retransmission de ces données par D, vers la station de base BS à laquelle D, est connecté. Le dispositif Dl est doté d'un émetteur/récepteur apte à fonctionner en full-duplex. [0033] On examine d'abord le cas où le dispositif D2 transmet vers le dispositif DI, et le dispositif D, transmet vers la BS en half-duplex (i.e., D, et D2 ne transmettent pas simultanément). [0034] On appelle SINR11.211e rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal reçu par DI de la part de D,. Il vaut : [0035] SINR -121 ID + [0036] où 1321 est la puissance reçue par D, en provenance de D2, ID est la puissance in- terférente cn provenance des autres dispositifs du réseau émettant en même temps que Dn, et Nd, est la puissance du bruit thermique. [0037] On appelle SINR,, 1,, le rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal reçu par BS de la part de DI. Il vaut : [0038] S1NR - où P10 est la puissance reçue par la station de base SB dc la part du dispositif D,. [0039] On appelle SINR11,20 le rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal reçu par BS de la part de D,. Il vaut : [0040] P20 SPNIR 1-123 ID + Nih [0041] où P20 est la puissance reçue par la station de base SB de la part du dispositif D,. [0042] Considérons à présent le cas où le dispositif D, transmet vers le dispositif D, en fiai- duplex (i.e. le dispositif Dl transmet simultanément vers la BS). [0043] On appelle SINR,J0 le rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal reçu par BS de la part de DI. Il vaut : P10 P70. lo 100451 Par conséquent : 100461 S R. = 311\JR X F,10 1 + SNR H 20 [0047] La valeur de SINR,,,0 peut être ainsi estimée à partir de mesures effectuées en half- duplex. [0048] On appelle SINR.F,,, le rapport signal sur bruit plus interférences concernant le signal reçu par DI de la part de D,. Comme rappelé ci-dessus, les transmissions simultanées associées au fonctionnement en full-duplex engendrent des auto-interférences dans Dl. On peut montrer que SINR17,21 peut être estimé à partir de mesures effectuées en hall- 7 [0044] R F10 8 duplex, au moyen de l'expression suivante : [0049] SNR = SIN F.21 1 INR seff, où. b P1 SINR sat [0050] Ici, P, est la puissance d'émission du dispositif D, et b est un facteur d'auto-interférence (caractéristique du dispositif concerné), tel que décrit dans l'article de T. Huusari et al. intitulé « Wideband Self-Adoptive RF Cancellation Circuit for Full-Duplex Radio: Operating Principle and Measuretnents » (cf. https://arxiv.org/pdf/1503.02877.pdf). [0051] On va étudier à présent les durées de transmission de données entre D, vers la BS en passant par D,. On désigne par W la bande passante disponible pour les transmissions de D, vers DI, et de DI vers la BS. [0052] La durée de transmission d'un volume V de données depuis D2 vers la BS en passant par D, vaut : [0053] - en half-duplex [0054] D , et Hn T1, HO [0055] - en full-duplex [0056] mi r(F2, F0 Ti, FD) [0057] où [0058] LHD est le débit de la liaison (D, vers BS) en half-duplex, qui vaut Tl, HD = W log2(1+ SINRH,10) , 100591 TI,FD est le débit estimé de la liaison (D, vers BS) si elle était réalisée en full- duplex, qui vaut = W log2(1+ SINRF,10) , 100601 T,,HD est le débit de la liaison (D, vers D1) en half-duplex, qui vaut T,,HD = W log2(1+ SINRH,,, ) , et 100611 T,,FD est le débit estimé de la liaison (D, vers DI) si elle était réalisée en full- 2 9 duplex, qui vaut T2.FJ = W log2(1+ SINR,.,21) . [0062] Par conséquent, la durée en full-duplex est inférieure à la durée en half-duplex si : [0063] 1 Min(T9, Fn ,L EU) T2 Hu TIFH) [0064] On doit donc distinguer deux cas. Le contrôleur (mentionné ci-dessus) détermine dans quel cas on se trouve à un instant donné, à partir des mesures qui lui sont remontées. [0065] Dans le premier cas : [0066] T2FD exp(C) - 1 [0075] est vérifiée. [0076] Dans le second cas : [0077] T2 H) > T, [0078] La condition ci-dessus devient dans ce second cas : [0079] 1 1 1 T T1 HD [0080] et donc : [0081] 1 b (1+ S1NR ) log(1+ SMIR ) bg (1+ S1NRR H21 F,19 [0082] Une transmission en full-duplex permet donc de minimiser le délai de transmission par rapport à une transmission en half-duplex si la condition suivante : [0083] SINIRRID> exp(C) - 1 [0084] est vérifiée. [0085] On va décrire à présent les étapes d'un procédé de communication dans un réseau cellulaire, selon un mode de réalisation de l'invention. [0086] Selon une première étape, un dispositif DI et un dispositif D-4 s'associent en pair- à-pair, et établissent une communication en half-duplex. Concernant cette association, on pourra se référer aux articles de William Diego et Jean-Marc Kelif intitulés « Improving D2D Communications using 3D Beatnforming in 5G Wireless Networks » (cf https:Meeexplore.ieee.ore/stamp/stamp.jsp?tp=8Larnumber=8292625) et « Meeting Energy-Efficient and QoS Requirements of 5G Using D2D Communications » (cf https://arxiv.orepdf/1712.06461.pdf). [0087] Selon une deuxième étape, on effectue un certain nombre de mesures. [0088] Le dispositif DI mesure la puissance reçue de la part du dispositif D,. [0089] Le dispositif DI mesure également la puissance reçue de la part des autres dispositifs du réseau émettant en même temps que D, (ce sont donc les puissances interférentes intervenant dans le calcul del D, voir ci-dessus). Pour ce faire. DI peut par exemple exploiter le canal « Physical Sidelink Discovery Channel - PSDCH », comme décrit dans la norme TS 36.201, version 14.0.0, Release 14, septembre 2016, de la 3GPP (3rd Generation Partnership Project). 100901 Optionnellement, d'autres dispositifs du réseau effectuent les mêmes mesures. 100911 Selon une troisième étape, le premier dispositif (D1) transmet à un contrôleur (mentionné ci-dessus) les résultats de ces mesures, ainsi que sa puissance d'émission et son facteur d'auto-interférence b (mentionné ci-dessus). Le contrôleur peut, optionnellement, stocker ces informations dans une base de données. 100921 Selon une quatrième étape, sur la base au moins de ces informations, le contrôleur détermine les rapports SINRH,,i et SINR"0, et calcule la quantité C définie ci-dessus. 100931 Selon une cinquième étape, au moment de la demande de transmission de DI vers la SB, ou périodiquement (de manière à pouvoir prendre en considération une éventuelle modification des conditions de transmission), le contrôleur : 100941 - estime SIN RF.21 et vérifie la condition 100951 SINR14,21> exp(C) - 1 100961 dans le cas où 1-2, exp(C) - 1 [0099] dans le cas où T,,' > [0100] Enfin, selon une sixième étape : [0101] - si la condition est vérifiée, le contrôleur déclenche les procédures nécessaires pour établir des transmissions simultanées de données de D, vers D, et de DI vers la SB, et en sens inverse (i.e. de la SB vers D, et de DI vers D,), dans lesquelles DI fonctionne en full-duplex ; [0102] - si la condition n'est pas vérifiée, le contrôleur maintient, ou établit, des trans- missions successives de données de D, vers DI puis de D, vers la SB, et en sens inverse (i.e. de la SB vers D, puis de D, vers D,), dans lesquelles DI fonctionne en half-duplex. [0103] L'invention peut être mise en oeuvre au sein des noeuds, par exemple des stations de base ou des dispositifs aptes à fonctionner en D2D, de réseaux de communication, au moyen de composants logiciels et/ou matériels. [0104] Les composants logiciels pourront être intégrés à un programme d'ordinateur classique de gestion de noeud de réseau. C'est pourquoi, comme indiqué ci-dessus, la présente invention concerne également un système informatique. Cc système informatique comporte de manière classique une unité centrale de traitement commandant par des signaux une mémoire, ainsi qu'une unité d'entrée et une unité de sortie. De plus, ce système informatique peut être utilisé pour exécuter un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre de l'un quelconque des procédés de communication selon l'invention. [0105] En effet, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de communication selon l'invention, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. Ce programme d'ordinateur peut être stocké sur un support lisible par ordinateur et peut être exécutable par un microprocesseur. [0106] Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et se présenter sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. [0107] L'invention vise aussi un support d'informations, inamovible, ou partiellement ou to- talement amovible, lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus. [0108] Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comprendre un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit micro-électronique, ou un moyen d'enregistrement magnétique, tel qu'un disque dur, ou 12 encore une clé USB (« USB flash drive » en anglais). [0109] D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. [0110] En variante, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution de l'un quelconque des procédés de communication selon l'invention. 13 [Revendication I]