Brevet FR3101223A1 — publié le 20210326

Procédé pour la transmission de messages, dans un canal physique ou radio-fréquentiel, par au moins deux applications s’exécutant dans une station ITS, les messages comprenant au moins deux messages de types différents. Le procédé est caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à : déterminer (301) un ensemble de propriété relatives à une qualité de service cible ; déterminer (302) en association avec chaque application et chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service; sélectionner (304), pour chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service; déterminer (305), pour chaque type de message, un coefficient de priorité en fonction des valeurs de l’ensemble de valeurs de qualité de service sélectionné ; déterminer (306), pour chaque type de message, un taux d’allocation de ressources en fonction des coefficients de priorité associés à tous les types de messages ; déterminer (307), pour chaque type de message, une part de ressources du canal en fonction dudit taux d’allocation de ressources et d’une limite d’utilisation du canal ; déterminer (308), pour chaque application, un stock de ressources pour le cycle courant; générer et transmettre (310) le message de l’application ayant le plus grand stock de ressources. Figure pour l’abrégé : Figure 3 Dispositif et procédé pour le contrôle de congestion de canal dans les systèmes de transport intelligents L’invention concerne de manière générale les systèmes de transport intelligents et en particulier le contrôle de congestion de canal dans les communications entre les stations connectées dans les systèmes de transport intelligents. L’évolution des technologies de l’information et de la communication a permis ces dernières années l’émergence, dans le domaine des transports, de systèmes de transport intelligents STI (‘Intelligent Transportation System’ en langue anglo-saxonne ou ITS) coopératifs. Les systèmes de transport intelligents mettent en œuvre une infrastructure et des dispositifs véhiculaires connectés pour accroître la sécurité routière et rendre les transports plus sûrs, plus efficaces, et plus durables. Les principaux objectifs techniques visent à développer des dispositifs embarqués à bord des véhicules d’une part et déployés dans des unités de bord de route d’autre part pour l’amélioration de la sécurité routière et reposant sur une communication rapide et sécurisée entre véhicules, infrastructure, et usagers. Les technologies de communication utilisées par un véhicule pour communiquer avec son environnement sont basées sur les standards élaborés dans le périmètre du C-ITS (‘Cooperative-Intelligent Transportation system’ en langue anglo-saxonne) et de l’ETSI (acronyme de ‘European Telecommunication Standard Institute’) et visent comme principales classes d’applications la sécurité routière, la gestion du trafic routier, et les applications de confort. Les communications qui concernent la sécurité routière génèrent en général des données transmises de véhicule à véhicule. On parle de communications V2V (‘Vehicle to Vehicle’ en langue anglo-saxonne). Les communications qui concernent la gestion du trafic routier génèrent des données échangées entre les véhicules et l’infrastructure routière (par exemple le fournisseur de service routier). On parle dans ce cas de communications V2I (‘Vehicle to Infrastructure’ en langue anglo-saxonne) et de communications I2V (‘Infrastructure to Vehicle’ en langue anglo-saxonne). Les communications V2I comprennent les messages et les données qui sont générés par les véhicules sur les situations qu’ils rencontrent (par exemple une route glissante, un freinage d’urgence, etc..) et qui sont interceptés par des entités de l’infrastructure comme par exemple le gestionnaire routier. Les communications I2V comprennent les informations sur les chantiers, la viabilité hivernale, les conditions de trafic, etc., transmises par exemple par le gestionnaire routier aux véhicules connectés. D’autres services peuvent impliquer d’autres acteurs que le gestionnaire routier, tel est le cas des échanges d’informations entre véhicules et piétons V2P (‘Vehicle to Pedestrian’ en langue anglo-saxonne’) ou P2V (‘Pedestrian to Vehicle’ en langue anglo-saxonne). La communication entre un véhicule et tout objet dans un système de transport intelligent est appelée V2X (‘Vehicle to Everything’ en langue anglo-saxonne). Les communications V2X comprennent les communications V2V, V2I, V2P, et V2N pour ‘Vehicle to Network’. Les technologies de communication actuellement utilisées pour assurer la connexion des différents acteurs dans un système de transport intelligent comprennent : - la technologie ITS-G5 qui est une technologie basée sur la norme WiFi TM 802.11p, et - des technologies dérivées des réseaux cellulaires (ex. 2G/3G/4G). La technologie ITS-G5 opère dans la bande non licenciée 5.9 GHz et s’appuie sur des unités de bord de route déployées par le gestionnaire routier. Les stations ITS-G5 (par exemple véhicules et unités de bord de route) constituent un réseau de communication ad-hoc purement distribué opérant sans coordinateur. Le fait qu’il s’agisse d’une bande non licenciée implique que toute technologie respectant les exigences associées à la bande non licenciée peut utiliser cette bande, ce qui peut provoquer des difficultés de congestion du canal de transmission. La couche physique de la technologie ITS-G5 met en œuvre le multiplexage par répartition orthogonale. La couche d’accès adopte le protocole IEEE 802.11e avec le mode EDCA (acronyme pour ‘Enhanced Distributed Channel Access’ en langue anglo-saxonne). Ce protocole définit quatre catégories d’accès au canal de transmission ou encore quatre priorités : une priorité dite « voix », une priorité dite « vidéo », une priorité dite « Best effort » qui traduit un effort au mieux mais sans garantie totale, et une priorité dite « background » inférieure aux précédentes. Une des principales technologies dérivées des réseaux cellulaires est la technologie LTE-V2X ou C-V2X (acronyme de ‘Cellular-V2X’), utilisant la technologie LTE. La technologie LTE-V2X permet les communications V2X (V2V, V2I, et V2P) dans la bande de fréquence 5.9 GHz et dans les bandes de fréquences des opérateurs mobiles et supporte deux interfaces radio, à savoir, l’interface cellulaire Uu et l’interface PC5. L’interface PC5 inclut deux modes de communication, appelés mode 3 et mode 4. En mode 3, le réseau cellulaire affecte et gère les ressources utilisées par les dispositifs connectés pour leurs communications. Le mode 3 est ainsi uniquement disponible lorsque les dispositifs sont sous couverture cellulaire. En mode 4, les dispositifs connectés sélectionnent de manière autonome les ressources radio avec ou sans l’intervention du réseau pour les communications directes. Les différentes technologies actuellement utilisées mettent en œuvre des techniques différentes pour la gestion des flux des données générés par les différentes stations connectées dans un système de transport intelligent et le contrôle de la congestion réseau en présence de plusieurs dispositifs connectés partageant l’accès aux canaux de transmission disponibles. Par exemple, la technologie ITS-G5 met en œuvre une fonctionnalité de contrôle de congestion distribué qui emploie plusieurs techniques pour le contrôle de congestion comprenant le contrôle de la puissance de transmission (‘Transmit Power Control’ en langue anglo-saxonne ou TPC), le contrôle du taux de transmission (‘Transmit Rate Control’ en langue anglo-saxonne ou TRC), et le contrôle du débit de transmission (‘Transmit Debit Control’ en langue anglo-saxonne ou TDC). Utilisant les techniques de TPC, la puissance d’émission est modifiée au niveau d’une station émettrice pour ajuster la charge actuelle du canal de transmission. Les techniques de TRC permettent de réguler le temps entre deux paquets consécutifs transmis par une station ITS-G5. Les techniques de TDC utilisent des mécanismes de la régulation automatique du débit. Chaque station ITS-G5 contrôle de façon décentralisée la charge du canal de transmission en estimant un taux d’occupation du canal (‘Channel Occupancy Ratio’ en langue anglo-saxonne ou CR) qui fournit une indication du niveau de congestion du canal et permet de déterminer et ajuster le taux de transmission et la taille des paquets à transmettre par chaque station ITS-G5. Les quatre niveaux de priorités d’accès au canal de transmission mis en œuvre au niveau de la couche d’accès permettent de renforcer les mécanismes de contrôle de congestion en classifiant les différents paquets générés par les différentes applications dans une file d’attente de paquets selon leurs priorités et en régulant l’accès au canal de transmission selon un mécanisme ‘premier entré-premier sorti’ (‘First In First Out’ en langue anglo-saxonne ou FIFO). Le mode 3 de communication de la technologie LTE-V2X ne met pas en œuvre un contrôle distribué de la congestion de canal, l’allocation et la gestion des ressources radio étant réalisées par le eNodeB qui gère les sous-canaux de transmission et détermine la façon de réduire l’occupation des canaux. En revanche, la technologie LTE-V2X prend en charge le contrôle de congestion dans le mode 4 et met en œuvre des mécanismes possibles pour réduire la congestion du canal de transmission. En mode 4, chaque station LTE-V2X estime le taux d’occupation du canal et en fonction du niveau de congestion du canal, la station décide l’abandon du paquet, l’ajustement de la taille et/ou du nombre des paquets à transmettre, ou la régulation du taux de génération des paquets au niveau de la couche applicative par les différentes applications exécutées au niveau de la station LTE-V2X. Le mode 4 ne met pas en œuvre le classement des paquets en files d’attente selon leurs niveaux de priorité. Les paquets sont abandonnés si le niveau de congestion du canal ne peut pas supporter le quota d’utilisation du canal de la station LTE-V2X. A chaque fois qu’une opportunité de transmission est déterminée par la couche d’accès, les différentes applications régulent leurs taux de génération de paquets pour éviter de générer les paquets trop tôt ou de générer des paquets en excès qui risqueraient d’encombrer les files d’attente de l’unité en charge du contrôle du flux de données au niveau de la couche d’accès. Le mécanisme de contrôle de congestion centralisé utilisé dans le mode 4 de la technologie LTE-V2X a été récemment renforcé par un mécanisme de contrôle de la génération des paquets. Ce mécanisme permet de contrôler le taux de génération des paquets par le biais d’un processus qui fait respecter la périodicité de la génération des paquets de manière à ce que chaque opportunité de génération de paquets par les applications exécutées par une station LTE-V2X est suivie d’une période d’abstention obligatoire. Bien que les technologies utilisées pour les communications dans les systèmes de transport intelligents utilisent des mécanismes de contrôle de flux et de gestion d’accès au canal de transmission, ces mécanismes présentent des limitations et ne permettent pas un contrôle efficace de la congestion du canal. En effet, les mécanismes de contrôle du taux de transmission et de contrôle de congestion distribué basés sur les niveaux de priorités statiques peuvent causer la stagnation des paquets relatifs à la classe de trafic ayant la priorité la plus faible et ne permettent pas de caractériser de façon dynamique les niveaux de priorités des différentes applications de sécurité ou autre en fonction de l’urgence à transmettre les données ou de l’importance des données à transmettre (par exemple des messages générés par des applications de sécurité signalant une situation critique urgente). En outre, les mécanismes d’établissement des priorités des paquets sont statiques et sans coordination adéquate entre les différentes applications exécutées, ce qui ne permet pas de gérer de façon optimale les priorités des différents services et des différents types de messages et de tenir compte des exigences des différentes applications en termes de qualité de service. La qualité de service est définie sur la base d’un groupe de propriétés comprenant par exemple l’urgence, l’utilité, la portée, la latence, la classe du trafic, le taux de perte de messages, le débit de données, la vitesse maximale supportant l’application, la disponibilité, la taille des messages transmis, le nombre de messages transmis, la fiabilité en taux d’erreurs acceptable, et l’âge de l’information ou un sous ensemble de ces propriétés. De plus, les mécanismes de contrôle de congestion existants ne permettent pas une coordination entre la couche d’accès et les différentes applications qui génèrent les données échangées entre les différentes stations connectées dans un système de transport intelligent, ce qui peut produire des situations de conflit ou d’incompatibilité ainsi que des performances sous-optimales surtout en présence de messages de types différents et d’applications de classes ou priorités différentes. Il existe donc un besoin pour développer des techniques de contrôle de congestion efficaces qui permettent d’ordonnancer la génération et la transmission des messages de types différents produits par des applications différentes exécutées par une station connectée dans un système de transport intelligent. Définition Générale de l’invention A cet effet, l’invention a pour but de fournir un dispositif et un procédé pour le contrôle de congestion de canal de transmission dans une station ITS exécutant au moins deux applications différentes qui génèrent au moins deux messages de types différents. Plus précisément, l’invention fournit un procédé pour la transmission de messages, dans un canal physique ou radio-fréquentiel, par au moins deux applications s’exécutant dans une station ITS, lesdits messages comprenant au moins deux messages de types différents. Le procédé est caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à : - déterminer un ensemble de propriété relatives à une qualité de service cible ; - déterminer, en association avec chaque application et chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service, chaque valeur de qualité de service représentant une propriété relative à ladite qualité de service cible ; - sélectionner, pour chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service selon un critère de sélection dépendant de spécifications de qualité de service ; - déterminer, pour chaque type de message, un coefficient de priorité en fonction des valeurs de l’ensemble de valeurs de qualité de service sélectionné ; - déterminer, pour chaque type de message, un taux d’allocation de ressources en fonction des coefficients de priorité associés à tous les types de messages ; - déterminer, pour chaque type de message, une part de ressources du canal en fonction dudit taux d’allocation de ressources et d’une limite d’utilisation du canal ; - déterminer, pour chaque application, un stock de ressources pour le cycle courant; - générer et transmettre le message de l’application ayant le plus grand stock de ressources. Selon certains modes de réalisation, la détermination de l’ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service associé à chaque type de message peut être effectuée par chacune desdites au moins deux applications. Selon d’autres modes de réalisation, la détermination d’au moins une partie de l’ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service cible associé à au moins un type de message peut être effectuée de façon automatique. Selon certains modes de réalisation, une propriété relative à la qualité de service cible peut être choisie dans un groupe comprenant l’urgence, l’utilité, la portée, la latence, la classe du trafic, le taux de perte de messages, le débit de données, la vitesse maximale supportant l’application, la disponibilité, la taille des messages transmis, le nombre de messages transmis, la fiabilité en taux d’erreurs acceptable, et l’âge de l’information. Selon certains modes de réalisation, l’ensemble de propriétés relatives à une qualité de service cible peut être déterminé de façon dynamique et variable dans le temps en fonction du type d’au moins une application requérant la transmission d’au moins un message. Selon certains modes de réalisation, la part de ressources du canal peut être déterminée pour chaque type de message de façon dynamique dépendamment d’un ou plusieurs paramètres comprenant le niveau de congestion et l’information reçue par au moins une desdites au moins deux applications. Selon certains modes de réalisation, le stock de ressources de l’application ayant transmis un message peut être mis à jour, un stock de ressources modifié en association avec ladite application étant déterminé en fonction du stock de ressources associé à ladite application au cycle courant et de la taille du message généré et transmis par ladite application. Selon certains modes de réalisation, le coefficient de priorité associé à un type de message peut être déterminé comme étant la somme pondérée des valeurs de l’ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service sélectionné pour ce type de message, la somme pondérée étant définie par un ensemble de coefficients prédéterminés. L’invention fournit en outre un dispositif pour la transmission de messages, dans un canal physique ou radio-fréquentiel, par au moins deux applications s’exécutant dans une station ITS, lesdits messages comprenant au moins deux messages de types différents, le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur de ressources configuré pour : - déterminer un ensemble de propriété relatives à une qualité de service cible ; - recevoir, en association avec chaque application et chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service, chaque valeur de qualité de service représentant une propriété relative à la qualité de service cible ; - sélectionner, pour chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service selon un critère de sélection dépendant de spécifications de qualité de service ; - déterminer, pour chaque type de message, un coefficient de priorité en fonction des valeurs de l’ensemble de valeurs de qualité de service sélectionné; - déterminer, pour chaque type de message, un taux d’allocation de ressources en fonction des coefficients de priorité associés à tous les types de messages ; - déterminer, pour chaque type de message, une part de ressources du canal en fonction dudit taux d’allocation et d’une limite d’utilisation du canal ; - déterminer, pour chaque application, un stock de ressources pour le cycle courant; l’application ayant le plus grand stock de ressources étant configurée pour transmettre au moins un message. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention fournissent un dispositif et un procédé pour gérer de manière efficace le partage des opportunités de transmission entre au moins deux applications différentes s’exécutant sur une station ITS communicant dans un système de transport intelligent et générant au moins deux messages de types différents exigeant une qualité de service différente. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention fournissent un dispositif et un procédé pour un contrôle efficace de la congestion canal et de l’accès aux ressources radio dans une station ITS communicant dans un système de transport intelligent en tenant compte des exigences des différentes applications de sécurité et des applications non liées à la sécurité. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention permettent d’éviter le problème de stagnation de paquets moyennant une caractérisation de la priorité de chaque application et de chaque type de message de façon dynamique tenant compte de paramètres de qualité de service statiques et dynamiques indicatifs de spécifications et exigences de chaque application et chaque service en termes de qualité de service. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention fournissent un ordonnancement et une allocation de ressource intelligents interagissant entre les différentes couches protocolaires de l’architecture d’une station ITS communicant dans un système de transport intelligent, l’interaction entre les différentes couches permettant de tenir compte à la fois des exigences des applications s’exécutant à la couche applicative, des conditions de génération des paquets, ainsi que des limites et opportunités de transmissions indiquées par la couche d’accès au canal de transmission. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention permettent de gérer de façon centralisée et optimale les opportunités de transmission de messages de types différents pour les différentes applications concurrentes requérant l’accès aux mêmes ressources (canaux de transmission, bandes passantes, etc.) et de gérer la congestion multi-message/multi-application. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention permettent de gérer les priorités d’accès au canal dans une station ITS communicant dans un système de transport intelligent pour les différentes applications et les différents services en tenant compte des exigences de chaque application et de chaque service en termes de qualité de service. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention permettent de gérer les ressources radio de façon flexible en fonction des exigences de qualité de service de chaque application et de chaque type de message et de service pour une station ITS équipée de moyens de communication dans un système de transport intelligent. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d’exemple, et qui représentent, respectivement : est un schéma représentant un exemple d’environnement d’un système de transport intelligent, selon certains modes de réalisation de l’invention. est un diagramme représentant un exemple d’architecture en blocs d’une station ITS, selon certains modes de réalisation de l’invention. est un logigramme représentant un procédé pour la gestion de la génération et la transmission de messages dans une station ITS, selon certains modes de réalisation de l’invention. représente des diagrammes évaluant des performances en termes de temps inter-transmission requis par chaque service en fonction de la densité des nœuds, selon des techniques de contrôle de congestion de l’art antérieur. représente des diagrammes évaluant des performances en termes de temps inter-transmission requis par chaque service en fonction de la densité des nœuds, selon certains modes de réalisation de l’invention. représente des diagrammes évaluant des performances en termes de temps inter-transmission requis par chaque service en fonction de la densité des nœuds, selon certains modes de réalisation de l’invention. représente des diagrammes évaluant des performances en termes de temps inter-transmission requis par chaque service en fonction de la densité des nœuds, selon certains modes de réalisation de l’invention. Procédé pour la transmission de messages, dans un canal physique ou radio-fréquentiel, par au moins deux applications s’exécutant dans une station ITS, lesdits messages comprenant au moins deux messages de types différents, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à : déterminer (301) un ensemble de propriété relatives à une qualité de service cible ; déterminer (302) en association avec chaque application et chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service, chaque valeur de qualité de service représentant une propriété relative à ladite qualité de service cible ; sélectionner (304), pour chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service selon un critère de sélection dépendant de spécifications de qualité de service ; déterminer (305), pour chaque type de message, un coefficient de priorité en fonction des valeurs de l’ensemble de valeurs de qualité de service sélectionné ; déterminer (306), pour chaque type de message, un taux d’allocation de ressources en fonction des coefficients de priorité associés à tous les types de messages ; déterminer (307), pour chaque type de message, une part de ressources du canal en fonction dudit taux d’allocation de ressources et d’une limite d’utilisation du canal ; déterminer (308), pour chaque application, un stock de ressources pour le cycle courant; générer et transmettre (310) le message de l’application ayant le plus grand stock de ressources. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de l’ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service associé à chaque type de message est effectuée par chacune desdites au moins deux applications. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination d’au moins une partie de l’ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service cible associé à au moins un type de message est effectuée de façon automatique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une propriété relative à la qualité de service cible est choisie dans un groupe comprenant l’urgence, l’utilité, la portée, la latence, la classe du trafic, le taux de perte de messages, le débit de données, la vitesse maximale supportant l’application, la disponibilité, la taille des messages transmis, le nombre de messages transmis, la fiabilité en taux d’erreurs acceptable, et l’âge de l’information. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de propriétés relatives à une qualité de service cible est déterminé de façon dynamique et variable dans le temps en fonction du type d’au moins une application requérant la transmission d’au moins un message. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la part de ressources du canal est déterminée pour chaque type de message de façon dynamique dépendamment d’un ou plusieurs paramètres comprenant le niveau de congestion et l’information reçue par au moins une desdites au moins deux applications. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stock de ressources de l’application ayant transmis un message est mis à jour, un stock de ressources modifié en association avec ladite application étant déterminé en fonction du stock de ressources associé à ladite application au cycle courant et de la taille du message généré et transmis par ladite application. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de priorité associé à un type de message est déterminé comme étant la somme pondérée des valeurs de l’ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service sélectionné pour ce type de message, la somme pondérée étant définie par un ensemble de coefficients prédéterminés. Dispositif (2020) pour la transmission de messages, dans un canal physique ou radio-fréquentiel, par au moins deux applications s’exécutant dans une station ITS (200), lesdits messages comprenant au moins deux messages de types différents, le dispositif (2020) étant caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur de ressources (2021) configuré pour : déterminer un ensemble de propriété relatives à une qualité de service cible ; recevoir, en association avec chaque application et chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service, chaque valeur de qualité de service représentant une propriété relative à la qualité de service cible ; sélectionner, pour chaque type de message, un ensemble de valeurs d’indicateurs de qualité de service selon un critère de sélection dépendant de spécifications de qualité de service ; déterminer, pour chaque type de message, un coefficient de priorité en fonction des valeurs de l’ensemble de valeurs de qualité de service sélectionné; déterminer, pour chaque type de message, un taux d’allocation de ressources en fonction des coefficients de priorité associés à tous les types de messages ; déterminer, pour chaque type de message, une part de ressources du canal en fonction dudit taux d’allocation et d’une limite d’utilisation du canal ; déterminer, pour chaque application, un stock de ressources pour le cycle courant; l’application ayant le plus grand stock de ressources étant configurée pour transmettre au moins un message.