EP2220800A1 - Method and module for correcting transmission errors in a datastream - Google Patents

Method and module for correcting transmission errors in a datastream

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Publication number
EP2220800A1
EP2220800A1 EP08859316A EP08859316A EP2220800A1 EP 2220800 A1 EP2220800 A1 EP 2220800A1 EP 08859316 A EP08859316 A EP 08859316A EP 08859316 A EP08859316 A EP 08859316A EP 2220800 A1 EP2220800 A1 EP 2220800A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sequences
sequence
known sequence
error correction
similar
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08859316A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Juan Cantillo
Jérôme Lacan
Isabelle Buret
Fabrice Arnal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2220800A1 publication Critical patent/EP2220800A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end

Definitions

  • the invention relates to a method and a module for correcting transmission errors in a data stream transmitted through a communication channel.
  • the invention applies to any digital communications system.
  • the invention applies to satellite communications and ATM links over ADSL.
  • the most widely used techniques today for detecting and / or correcting transmission errors in digital communications systems are error correcting codes, retransmission error recovery and cyclic redundancy checks, respectively known by acronyms FEC (for Forward Error Correction), ARQ (for Automatic Repeat Request) and CRC (for Cyclic Redundancy Check).
  • FEC Forward Error Correction
  • ARQ Automatic Repeat Request
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the FEC technique is for the transmitter to add redundancy to the payload to allow the receiving receiver to detect and correct some of the inevitable transmission errors. This technique is the only way to correct errors in non-return systems. In systems with a return channel, this technique also reduces the number of retransmissions necessary to ensure a given quality of service.
  • FIG. 1 shows the diagram of a communication system implementing a method for correcting transmission errors according to the state of the art.
  • the communication system comprises a transmission chain comprising a transmitting source S, a communication channel
  • the emitting source S is provided with an FEC encoder 10 for encoding the incoming data stream FD followed of a modulator 20.
  • the output stream of the modulator 20 is transmitted by the communication channel C.
  • the receiver R receives the incoming stream FE transmitted by the communication channel C.
  • This receiver R comprises a demodulator 40 followed by a decoder FEC 60.
  • the markers 50 and 70 correspond to points where the BER bit error rate could be measured.
  • the CRC technique makes it possible to detect certain errors by adding redundancy, but does not make it possible to correct them.
  • Redundancy is obtained by computing a hash function on a logical subset of the data to be transmitted, for example a packet, and sent with it. In reception this value is compared to the computation of the same hash function on the received data, in order to verify the integrity of the message.
  • the most commonly used CRCs are constructed to detect the vast majority of errors not corrected by the FEC, or due to faulty re-assembly of fragmented data in transmission.
  • the present invention aims to overcome this disadvantage by proposing a solution that improves the reliability of the transmission of a data stream without adding any data (i.e. neither redundancy nor control information) to the transmitted useful stream.
  • the error correction method according to the invention makes it possible to reduce the bit error rate (BER) and the packet error rate (PER: Packet Error Rate) of a digital communications system without reducing the resources of this system (bandwidth, throughput).
  • the method can be implemented regardless of the communication system, alone or in combination with known error correction methods.
  • the present invention relates to a method of correcting transmission errors in a data stream belonging to a given protocol stack by implementing multilayer techniques.
  • protocol stacks many control information is replicated in all packets belonging to the same logical flows.
  • the method consists in exploiting the natural redundancy of these flows, the main manifestation of which is the predictable and recurrent repetition of sequences whose content is fixed, these so-called known sequences SP being constructed from characteristic control information.
  • different layers of the protocol stack this redundancy being used for the purpose of correcting transmission errors;
  • the method consisting of searching for the original positions of the known sequences SP on a received data stream and by detecting sequences similar to this known sequence SP, the non-similar, that is to say different, sequences not being retained;
  • the process consisting, in the presence of similar sequences, detecting one or more transmission errors produced on a known SP sequence, and modifying similar detected sequences using the known SP sequence.
  • this error correction mechanism it is possible to use this error correction mechanism at any level of the reception chain.
  • a sequence both a discrete sequence (that is to say a sequence of binary symbols or symbols resulting from quantized information), and a portion of a signal corresponding to a sequence discrete, depending on whether the incoming stream is processed after demodulation or before.
  • binary symbols mean one or more bits.
  • the present invention more particularly relates to a method for correcting transmission errors in reception in a data stream by a communications system using any protocol stack, said method being mainly characterized in that it comprises the following steps :
  • the data of the stream can be in the form of binary symbols or in the form of real or quantified data.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence SP.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals by a sequence of signals representative of the known sequence SP.
  • the known sequence SP is not necessarily composed of contiguous symbols in the incoming stream.
  • the known sequence SP is a sequence built from static information fields that is to say protocol fields whose content is constant for all the data packets of the incoming stream.
  • One of the fields that can be part of the known sequence SP is for example a destination address or a source address, placed in the headers of the packets of the data stream.
  • One of the fields that can be part of the known sequence SP is for example a coding information of the following type of headings.
  • the search for a known sequence SP is carried out continuously on the incoming data stream.
  • the search for a known sequence SP in the incoming stream comprises the opening of an analysis window W of length equal to the length of the known sequence SP, the calculation of a detection threshold ⁇ , the calculation of a measure of similarity between an analyzed sequence and the known sequence SP, a detection of a similar sequence occurring when the measured similarity is greater than or equal to the threshold ⁇ .
  • this similarity measure corresponds for example to a Hamming distance type distance calculation. In the case of real signals or quantified, this measure corresponds for example to a correlation type calculation.
  • the threshold ⁇ is chosen so as to obtain a probability of recovery of the known maximum PSR sequences, this threshold ⁇ then corresponding to an estimate of the optimum threshold ⁇ opt .
  • the search for a known sequence is carried out continuously by sliding the analysis window of a position with each movement.
  • the displacement of a position corresponds for example to a displacement byte by byte, or bit by bit in the incoming flow.
  • the invention also relates to a module for correcting transmission errors in a data stream transmitted by a communications system using a protocol stack, mainly characterized in that it comprises:
  • the means for searching for sequences corresponding to the known sequence and detecting similar sequences comprise:
  • means for calculating a detection threshold ⁇ means for calculating a measure of similarity between an analyzed sequence and the known sequence SP and means for detecting a similar sequence, the detection taking place when the measured similarity is greater than or equal to the threshold ⁇ .
  • the false known sequence detection means comprise means for modifying the similar detected sequence when the measured similarity is greater than or equal to the detection threshold.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence SP.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals by a sequence of signals representative of the known sequence SP.
  • the analysis window is a sliding window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F, formed of the received symbols indexed from i to i + F-1.
  • the invention also relates to a data flow communication system comprising a reception chain mainly characterized in that said reception chain comprises an error correction module, as described above.
  • the reception chain includes a demodulator and an FEC decoder.
  • the error correction module can also be placed before, inside or after the demodulator.
  • the invention applies for example to satellite communication systems.
  • the invention applies, for example, to links using ATM over ADSL.
  • FIG. 1 represents the diagram of a communication system of a data stream with a transmission chain according to the prior art
  • FIG. 2 represents the diagram of an error correction module placed on a transmission chain according to the invention.
  • FIG. 3A represents the diagram of a communication system of a data flow between a transmitting source S and a reception chain R comprising an error correction module placed between the demodulator and the decoder
  • FIG. 3B represents the diagram of a communication system of a data stream between a transmitting source S and a reception channel R comprising an error correction module placed before the demodulator.
  • FIG. 4 represents the detailed diagram of the steps implemented by the error correction module according to the invention.
  • FIG. 5 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the detection threshold ⁇ , according to noise conditions of the transmission channel, translated by a variable ⁇ and for a length F of known sequence chosen,
  • FIG. 6 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window according to the size F of the known sequence, according to selected channel noise conditions translated by a variable ⁇ and a number of symbols L between two successive occurrences in the original stream of the known sequence ,
  • FIG. 7 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence according to channel noise conditions translated by a variable ⁇ different of that of FIG. 6 and the same number L of symbols between two successive occurrences in the original stream of the known sequence,
  • FIG. 8 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence according to a second number L of symbols between two successive occurrences of the known sequence and channel noise conditions translated by a chosen variable ⁇ ,
  • FIG. 9 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence, according to channel noise conditions translated by a variable ⁇ different from that of FIG. 8 and the same number L of symbols between two occurrences of the known sequence,
  • Figure 12 illustrates curves of the bit error rate
  • Fig. 14 is a hexadecimal representation of an incoming packet sequence in the case of an Ethernet-caught FTP / TCP / IP / Ethernet protocol stack, highlighting the existence of repeated sequences in the control information of each packet and can constitute the known sequence SP.
  • the method for correcting transmission errors according to the invention applies to communication systems using protocol stacks.
  • protocol stacks to which this method applies are TCP / IP or UDP / IP. It applies to any digital communications system and in particular to satellite communication systems and ADSL ATM links.
  • the known sequences SP are sequences containing "static" information fields, that is to say fields whose content is constant and can be known to the receiver for all the packets of the stream. These may be subsets of bits belonging to different header fields such as MAC level addresses or IP of the sending source or receiver, TCP or UDP ports, protocol type or version. The bits of the subset are not necessarily contiguous but their relative position in the header is known.
  • the transmitted stream FE by the communication channel C of the transmission chain and incoming R receiver side is analyzed so as to search the known sequences SP flow.
  • the stream data processed according to the method can be in the form of binary symbols or in the form of real or quantized data.
  • the method comprises the determination of a detection threshold ⁇ of known sequences SP.
  • the detection threshold ⁇ is chosen so as to have a probability of recovery of the maximum known PSR sequences.
  • the threshold chosen is preferably an optimum threshold ⁇ op t, which can be estimated by analysis of the received stream.
  • This optimum threshold ⁇ opt takes into account the average number L of symbols between two occurrences of the known sequence SP in the stream (the average packet length) and the state of the communication channel C.
  • the state of the communication channel is translated by an estimated variable ⁇ corresponding to the noise conditions.
  • the value of L and the state of the channel are estimated values obtained for example by a conventional estimator or by other methods.
  • the method makes it possible to detect in the flow sequences similar to the expected known SP sequences, that is to say identical or very similar sequences, this proximity being established from a predetermined similarity criterion; the sequences that are not similar, that is to say different, are not retained.
  • the method comprises the detection of erroneous known sequences, which corresponds to the detection of similar sequences.
  • the method includes modifying the detected erroneous sequences.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a sequence of real signals representative of the known sequence.
  • the analysis of the incoming flow FE is carried out by means of a sliding window W.
  • the window W is a sliding window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F formed received symbols indexed from i to i + F-1.
  • FIG. 2 represents the diagram of an error correction module 100 placed on a transmission chain containing a communication channel C with protocol stacks.
  • the module 100 receives a stream FE of data packets transmitted by the channel C.
  • the average length of the packets is L,
  • the known sequences SP may have been transmitted with errors, as illustrated by the sequence SPe.
  • the module 100 receives from the upper layers 110 information relating to the constituent fields of the known sequence SP for all the packets of the stream. This data is used to determine the known sequence SP to look for in the stream by the module 100.
  • the module 100 includes a window W for analyzing the received data.
  • the sliding window W is a window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F formed of the indexed received symbols from i to i + F-1.
  • FIG. 3A represents a communication system as represented in FIG. 1 but in which an error correction module 100 according to the invention has been implemented.
  • the module 100 is implanted between the demodulator 40 of the receiver R and the decoder 60.
  • the detection of errors is carried out after demodulation of the signal.
  • the known sequences SP sought are discrete sequences (sequence of binary symbols or quantized information results).
  • FIG. 3B represents a second embodiment of a communication system according to the invention.
  • the transmission error correction is performed before demodulation.
  • the known known sequences SP are a signal portion corresponding to a discrete sequence.
  • FIG. 4 illustrates the steps implemented by the error correction module 100.
  • the upper layers at the receiver R provide the module 100 with information relating to the known sequence SP of the incoming stream FE so that the module 100 proceeds to search for these sequences in the stream FE. 101, 102, 103, 104 -
  • the module 100 searches on the flow FE the probable positions of the known sequences by successive comparison of symbol sequences with the known sequence SP according to a predetermined criterion. The steps implemented are as follows:
  • the module determines the detection threshold of a known sequence, this threshold corresponding to a satisfactory similarity to reject very different sequences that is to say sequences whose similarity is below the threshold.
  • the detection threshold ⁇ of known sequences SP is chosen so as to maximize the probability of recovery of known PSR sequences.
  • the chosen threshold is an estimate of an optimum threshold ⁇ opt .
  • This optimum threshold ⁇ opt takes into account the average number of symbols L between two occurrences of the known sequence (the average length of the packets) and the state of the communication channel C, translated by the variable ⁇ .
  • the value of L and the state of the channel are estimated values obtained by the estimator 102.
  • the module analyzes the sequence present in the window W, by measuring its similarity to the known sequence SP.
  • the module compares the detection threshold ⁇ with the similarity measured.
  • the module 100 performs a detection 105 of erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences, that is to say the sequences whose similarity measured with the known sequence SP is greater than the threshold ⁇ , and modifies the sequences similar to the help the known sequence.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence.
  • the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a sequence of real signals representative of the known sequence.
  • the module controls the end of the flow and slides 106 the analysis window W of a position.
  • the dashed line represents the logarithmic distance between the probability of recovery of the known sequences and 1.
  • Figures 10 to 13 illustrate performance estimation curves obtained by simulation of a communication system implementing the method.
  • FIG. 10 shows curves of variation of the BER bit error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a coding
  • FIG. 11 shows the variation curves of the PER packet error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a Turbo coding: curve with squares; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 20 bytes.
  • FIG. 12 shows curves of variation of the BER bit error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a coding
  • FIG. 13 shows the variation curves of the PER packet error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a Turbo coding: curve with squares; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 40 bytes.
  • Figure 14 illustrates an example in the case of a file transfer using the protocol stack FTP / TCP / IP / Ethernet.
  • This figure represents a hexadecimal extraction of the suite of incoming packets captured at the Ethernet level.
  • each packet includes an Ethernet header, an IP header, a TCP header, and FTP protocol data.
  • These headers have, as can be seen, constant information fields on all the packets.
  • These are static sequences, which are located on one or more layers of a protocol stack. The method exploits this feature to search for known sequences from knowledge of the protocol stack, in order to correct the erroneous sequences detected from this search.
  • the method exploits the natural redundancy of the data generated by a protocol stack. It is non-intrusive as can the methods for correcting known transmission errors. It can be implemented in any communication system including in satellite communication systems and those using ATM links over ADSL.
  • FIGS. 10 to 13 illustrate the improvement of the transmission error correction provided by the method according to the invention, when it is placed in the transmission chain of FIG. 3A comprising a suitable FEC 60 decoder.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Communication Control (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method of correcting transmission errors in a datastream transmitted by a communication system using a protocol stack. According to the invention, the method consists in utilizing the redundancy of sequences whose content is fixed on several layers in a stack of protocols so as to correct transmission errors; the method consists for this purpose in searching at the level of the receiver for the sequences corresponding to a known sequence present in the stream received and doing so by detecting sequences similar to this known sequence, the nonsimilar sequences not being retained; the method consists furthermore, in the presence of similar sequences, in detecting transmission errors in the known sequence and in modifying the similar sequences (erroneous sequences) with the aid of the known sequence.

Description

PROCEDE ET MODULE DE CORRECTION D ' ERREURS DE TRANSMISSION DANS UN FLUX DE DONNEES METHOD AND MODULE FOR CORRECTING TRANSMISSION ERRORS IN A DATA STREAM
L' invention concerne un procédé et un module de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données transmis à travers un canal de communication. L'invention s'applique à tout système de communications numériques. L'invention s'applique aux communications par satellite et aux liaisons ATM sur ADSL.The invention relates to a method and a module for correcting transmission errors in a data stream transmitted through a communication channel. The invention applies to any digital communications system. The invention applies to satellite communications and ATM links over ADSL.
Les techniques les plus employées aujourd'hui pour détecter et/ou corriger des erreurs de transmission dans les systèmes de communications numériques sont les codes correcteurs d'erreurs, la reprise d'erreurs sur retransmission et les contrôles de redondance cyclique, connus respectivement par les acronymes FEC (pour Forward Error Correction) , ARQ (pour Automatic Repeat Request) et CRC (pour Cyclic Redundancy Check) . La technique FEC consiste pour l'émetteur à ajouter de la redondance aux données utiles afin de permettre au récepteur destinataire de détecter et de corriger une partie des inévitables erreurs de transmission. Cette technique constitue le seul moyen pour corriger des erreurs dans les systèmes sans voie de retour. Dans les systèmes avec voie de retour, cette technique diminue en outre le nombre de retransmissions nécessaires pour assurer une qualité de service donnée.The most widely used techniques today for detecting and / or correcting transmission errors in digital communications systems are error correcting codes, retransmission error recovery and cyclic redundancy checks, respectively known by acronyms FEC (for Forward Error Correction), ARQ (for Automatic Repeat Request) and CRC (for Cyclic Redundancy Check). The FEC technique is for the transmitter to add redundancy to the payload to allow the receiving receiver to detect and correct some of the inevitable transmission errors. This technique is the only way to correct errors in non-return systems. In systems with a return channel, this technique also reduces the number of retransmissions necessary to ensure a given quality of service.
On a représenté sur la figure 1 le schéma d'un système de communication mettant en œuvre un procédé de correction d'erreurs de transmission selon l'état de la technique. Le système de communication comporte une chaîne de transmission comprenant une source émettrice S, un canal de communicationFIG. 1 shows the diagram of a communication system implementing a method for correcting transmission errors according to the state of the art. The communication system comprises a transmission chain comprising a transmitting source S, a communication channel
C et un récepteur R. La source émettrice S est munie d'un codeur FEC 10 pour coder le flux de données entrant FD suivi d'un modulateur 20. Le flux de sortie du modulateur 20 est transmis par le canal de communication C. Le récepteur R reçoit le flux entrant FE transmis par le canal de communication C. Ce récepteur R comporte un démodulateur 40 suivi d'un décodeur FEC 60. Les repères 50 et 70 correspondent à des points où le taux d'erreur bit BER pourrait être mesuré.C and a receiver R. The emitting source S is provided with an FEC encoder 10 for encoding the incoming data stream FD followed of a modulator 20. The output stream of the modulator 20 is transmitted by the communication channel C. The receiver R receives the incoming stream FE transmitted by the communication channel C. This receiver R comprises a demodulator 40 followed by a decoder FEC 60. The markers 50 and 70 correspond to points where the BER bit error rate could be measured.
La technique CRC permet de détecter certaines erreurs par ajout de redondance, mais ne permet pas de les corriger. La redondance est obtenue en calculant une fonction de hachage sur un sous-ensemble logique des données à émettre, par exemple un paquet, et envoyée avec celui-ci. En réception cette valeur est comparée au calcul de la même fonction de hachage sur les données reçues, afin de vérifier l'intégrité du message. Les CRC les plus utilisés sont construits de manière à détecter l'immense majorité des erreurs non corrigées par le FEC, ou dues à un re-assemblage défectueux de données fragmentées en émission.The CRC technique makes it possible to detect certain errors by adding redundancy, but does not make it possible to correct them. Redundancy is obtained by computing a hash function on a logical subset of the data to be transmitted, for example a packet, and sent with it. In reception this value is compared to the computation of the same hash function on the received data, in order to verify the integrity of the message. The most commonly used CRCs are constructed to detect the vast majority of errors not corrected by the FEC, or due to faulty re-assembly of fragmented data in transmission.
Les schémas FEC de l'état de la technique tels que les codes LDPC (Low Density Parity Check) , les codes Reed- Solomon et les Turbo codes sont utilisés dans les standards européens de satellites les plus récents (par exemple DVB-S2 et DVB-SH) dans le but de détecter et de corriger des erreurs sur le canal de transmission. Les codes CRC sont classiquement utilisés pour la vérification d' intégrité des données dans les couches intermédiaires des piles protocolaires, permettant de détecter des erreurs puis, éventuellement, d'écarter des paquets re-assemblés défectueux. Les techniques qui viennent d'être décrites sont basées sur le rajout de données de contrôle ou de redondance dans le flux utile. Malgré le gain en termes de contrôle d'erreurs que représentent ces techniques, le rajout de données de contrôle ou de redondance pénalisent les performances de la transmission en termes de quantité d'information utile effectivement transmise, et par conséquent en termes de coût de la transmission.State-of-the-art FEC schemes such as Low Density Parity Check (LDPC) codes, Reed-Solomon codes and Turbo codes are used in the latest European satellite standards (eg DVB-S2 and DVB -SH) for the purpose of detecting and correcting errors on the transmission channel. CRC codes are conventionally used for the verification of data integrity in the intermediate layers of the protocol stacks, making it possible to detect errors and possibly to discard failed re-assembled packets. The techniques that have just been described are based on the addition of control or redundancy data in the useful stream. Despite the gain in terms of error control represented by these techniques, the addition of control or redundancy data penalizes the performance of the transmission in terms of quantity. useful information actually transmitted, and therefore in terms of the cost of transmission.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant une solution qui améliore la fiabilité de la transmission d'un flux de données sans ajouter aucune donnée (i.e. ni de redondance, ni information de contrôle) au flux utile transmis.The present invention aims to overcome this disadvantage by proposing a solution that improves the reliability of the transmission of a data stream without adding any data (i.e. neither redundancy nor control information) to the transmitted useful stream.
Le procédé de correction d'erreurs selon l'invention permet de diminuer le taux d'erreur bit (BER : Bit Error Rate) et le taux d'erreur paquet (PER : Packet Error Rate) d'un système de communications numériques sans réduire les ressources de ce système (bande passante, débit) . Le procédé peut être mis en place quel que soit le système de communication, seul ou en combinaison avec des procédés de correction d'erreurs connus.The error correction method according to the invention makes it possible to reduce the bit error rate (BER) and the packet error rate (PER: Packet Error Rate) of a digital communications system without reducing the resources of this system (bandwidth, throughput). The method can be implemented regardless of the communication system, alone or in combination with known error correction methods.
La présente invention a pour objet un procédé de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données appartenant à une pile protocolaire donnée en mettant en œuvre des techniques multicouche. Dans les piles de protocoles, de nombreuses informations de contrôle sont répliquées dans tous les paquets appartenant aux mêmes flux logiques.The present invention relates to a method of correcting transmission errors in a data stream belonging to a given protocol stack by implementing multilayer techniques. In the protocol stacks, many control information is replicated in all packets belonging to the same logical flows.
Selon l'invention, le procédé consiste à exploiter la redondance naturelle de ces flux, dont la principale manifestation est la répétition prévisible et récurrente de séquences dont le contenu est fixe, ces séquences dites connues SP étant construites à partir d' informations de contrôle caractéristiques des différentes couches de la pile protocolaire, cette redondance étant utilisée dans le but de corriger des erreurs de transmission ; le procédé consistant à cette fin à rechercher sur un flux de données reçu les positions originales des séquences connues SP et cela par détection de séquences similaires à cette séquence connue SP, les séquences non similaires, c'est-à-dire différentes, n'étant pas retenues ; le procédé consistant, en présence de séquences similaires, à détecter une ou plusieurs erreurs de transmission produites sur une séquence connue SP, et à modifier les séquences détectées similaires à l'aide de la séquence connue SP . Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible d'utiliser ce mécanisme de correction d'erreurs à tout niveau de la chaîne de réception.According to the invention, the method consists in exploiting the natural redundancy of these flows, the main manifestation of which is the predictable and recurrent repetition of sequences whose content is fixed, these so-called known sequences SP being constructed from characteristic control information. different layers of the protocol stack, this redundancy being used for the purpose of correcting transmission errors; the method consisting of searching for the original positions of the known sequences SP on a received data stream and by detecting sequences similar to this known sequence SP, the non-similar, that is to say different, sequences not being retained; the process consisting, in the presence of similar sequences, detecting one or more transmission errors produced on a known SP sequence, and modifying similar detected sequences using the known SP sequence. According to another characteristic of the invention, it is possible to use this error correction mechanism at any level of the reception chain.
Ainsi dans la suite, il faut entendre par séquence, tout aussi bien une séquence discrète (c'est-à-dire une suite de symboles binaires ou de symboles résultant d'informations quantifiées), qu'une portion de signal correspondant à une séquence discrète, selon que le flux entrant est traité après démodulation ou avant.Thus, in the sequel, a sequence, both a discrete sequence (that is to say a sequence of binary symbols or symbols resulting from quantized information), and a portion of a signal corresponding to a sequence discrete, depending on whether the incoming stream is processed after demodulation or before.
En outre, on entend par symboles binaires un ou plusieurs bits.In addition, binary symbols mean one or more bits.
La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé de correction d'erreurs de transmission en réception dans un flux de données par un système de communications utilisant une pile de protocoles quelconque, ledit procédé étant principalement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :The present invention more particularly relates to a method for correcting transmission errors in reception in a data stream by a communications system using any protocol stack, said method being mainly characterized in that it comprises the following steps :
- Pour un flux de données entrant comportant une séquence connue SP,- For an incoming data stream with a known SP sequence,
- - la recherche de séquences similaires à la séquence connue SP, les séquences non similaires n'étant pas retenues,the search for sequences similar to the known sequence SP, the non-similar sequences not being retained,
- - la détection de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires, et la modification des séquences erronées détectées. Selon le procédé de l'invention, les données du flux peuvent être sous la forme de symboles binaires ou sous la forme de données réelles ou quantifiées.the detection of erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences, and the modification of the erroneous sequences detected. According to the method of the invention, the data of the stream can be in the form of binary symbols or in the form of real or quantified data.
Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue SP.In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence SP.
Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux représentative de la séquence connue SP.In the case where the data are in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals by a sequence of signals representative of the known sequence SP.
La séquence connue SP n'est pas nécessairement composée de symboles contigus dans le flux entrant. La séquence connue SP est une séquence construite à partir de champs d'information statiques c'est-à-dire des champs protocolaires dont le contenu est constant pour tous les paquets de données du flux entrant.The known sequence SP is not necessarily composed of contiguous symbols in the incoming stream. The known sequence SP is a sequence built from static information fields that is to say protocol fields whose content is constant for all the data packets of the incoming stream.
Un des champs pouvant faire partie de la séquence connue SP est par exemple une adresse de destination ou une adresse source, placée dans les entêtes des paquets du flux de données.One of the fields that can be part of the known sequence SP is for example a destination address or a source address, placed in the headers of the packets of the data stream.
Un des champs pouvant faire partie de la séquence connue SP est par exemple une information de codage du type d'entêtés suivantes.One of the fields that can be part of the known sequence SP is for example a coding information of the following type of headings.
La recherche d'une séquence connue SP est réalisée en continu sur le flux de données entrant.The search for a known sequence SP is carried out continuously on the incoming data stream.
La recherche d'une séquence connue SP dans le flux entrant comprend l'ouverture d'une fenêtre d'analyse W de longueur égale à la longueur de la séquence connue SP, le calcul d'un seuil de détection η, le calcul d'une mesure de similitude entre une séquence analysée et la séquence connue SP, une détection d'une séquence similaire ayant lieu lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil η.The search for a known sequence SP in the incoming stream comprises the opening of an analysis window W of length equal to the length of the known sequence SP, the calculation of a detection threshold η, the calculation of a measure of similarity between an analyzed sequence and the known sequence SP, a detection of a similar sequence occurring when the measured similarity is greater than or equal to the threshold η.
Dans le cas de signaux binaires, cette mesure de similitude correspond par exemple à un calcul de distance de type distance de Hamming. Dans le cas des signaux réels ou quantifiés, cette mesure correspond par exemple à un calcul de type corrélation.In the case of binary signals, this similarity measure corresponds for example to a Hamming distance type distance calculation. In the case of real signals or quantified, this measure corresponds for example to a correlation type calculation.
Le seuil η est choisi de manière à obtenir une probabilité de récupération des séquences connues PSR maximum, ce seuil η correspondant alors à une estimation du seuil optimum ηopt.The threshold η is chosen so as to obtain a probability of recovery of the known maximum PSR sequences, this threshold η then corresponding to an estimate of the optimum threshold η opt .
La recherche d'une séquence connue est réalisée en continu en faisant glisser la fenêtre d'analyse d'une position à chaque déplacement. Le déplacement d'une position correspond par exemple à un déplacement octet par octet, ou bit par bit dans le flux entrant .The search for a known sequence is carried out continuously by sliding the analysis window of a position with each movement. The displacement of a position corresponds for example to a displacement byte by byte, or bit by bit in the incoming flow.
L' invention concerne également un module de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données transmis par un système de communications utilisant une pile de protocoles, principalement caractérisé en ce qu'il comprend:The invention also relates to a module for correcting transmission errors in a data stream transmitted by a communications system using a protocol stack, mainly characterized in that it comprises:
- une entrée pour recevoir un flux de données comportant une séquence connue SP,an input for receiving a data stream comprising a known sequence SP,
- des moyens pour rechercher des séquences similaires à la séquence connue SP, les séquences non similaires n'étant pas retenues,means for searching for sequences similar to the known sequence SP, the non-similar sequences not being retained,
- des moyens de détection de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires et de modification des séquences erronées détectées.means for detecting erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences and for the modification of the erroneous sequences detected.
Les moyens pour rechercher des séquences correspondant à la séquence connue et détecter des séquences similaires comportent :The means for searching for sequences corresponding to the known sequence and detecting similar sequences comprise:
- une fenêtre W de longueur égale à la longueur de la séquence connue SP, pour l'analyse dans le flux des séquences circulant dans la fenêtre,a window W of length equal to the length of the known sequence SP, for analysis in the stream of sequences flowing in the window,
- des moyens de calcul d'un seuil de détection η, - des moyens de calcul d'une mesure de similitude entre une séquence analysée et la séquence connue SP et des moyens de détection d'une séquence similaire, la détection ayant lieu lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil η.means for calculating a detection threshold η, means for calculating a measure of similarity between an analyzed sequence and the known sequence SP and means for detecting a similar sequence, the detection taking place when the measured similarity is greater than or equal to the threshold η.
Les moyens de détection de séquences connues erronées comportent des moyens pour modifier la séquence similaire détectée lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil de détection. Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue SP.The false known sequence detection means comprise means for modifying the similar detected sequence when the measured similarity is greater than or equal to the detection threshold. In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence SP.
Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux représentative de la séquence connue SP.In the case where the data are in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals by a sequence of signals representative of the known sequence SP.
La fenêtre d'analyse est une fenêtre glissante se déplaçant d'une position i à une position i+1 après chaque analyse d'une séquence de longueur prédéterminée F, formée des symboles reçus indexés de i à i+F-1.The analysis window is a sliding window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F, formed of the received symbols indexed from i to i + F-1.
L' invention concerne également un système de communication de flux de données comprenant une chaîne de réception principalement caractérisé en ce que ladite chaîne de réception comprend un module de correction d'erreurs, tel que décrit précédemment .The invention also relates to a data flow communication system comprising a reception chain mainly characterized in that said reception chain comprises an error correction module, as described above.
Dans de tels systèmes de communications, la chaîne de réception comporte un démodulateur et un décodeur FEC. Le module de correction d'erreurs peut tout aussi bien être placé avant, à l'intérieur ou après le démodulateur.In such communications systems, the reception chain includes a demodulator and an FEC decoder. The error correction module can also be placed before, inside or after the demodulator.
L'invention s'applique par exemple aux systèmes de communication par satellite. L'invention s'applique par exemple aux liaisons utilisant ATM sur ADSL.The invention applies for example to satellite communication systems. The invention applies, for example, to links using ATM over ADSL.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et en regard des figures sur lesquelles :Other features and advantages of the invention will become clear from reading the description which is given below and which is given by way of illustrative and nonlimiting example and with reference to the figures in which:
La figure 1 représente le schéma d'un système de communication d'un flux de données avec une chaîne de transmission selon l'art antérieur,FIG. 1 represents the diagram of a communication system of a data stream with a transmission chain according to the prior art,
La figure 2 représente le schéma d'un module de correction d'erreurs placé sur une chaîne de transmission selon l'invention, La figure 3A représente le schéma d'un système de communication d'un flux de données entre une source émettrice S et une chaîne de réception R comprenant un module de correction d'erreurs placé entre le démodulateur et le décodeur, La figure 3B représente le schéma d'un système de communication d'un flux de données entre une source émettrice S et une chaîne de réception R comprenant un module de correction d'erreurs placé avant le démodulateur.FIG. 2 represents the diagram of an error correction module placed on a transmission chain according to the invention. FIG. 3A represents the diagram of a communication system of a data flow between a transmitting source S and a reception chain R comprising an error correction module placed between the demodulator and the decoder, FIG. 3B represents the diagram of a communication system of a data stream between a transmitting source S and a reception channel R comprising an error correction module placed before the demodulator.
La figure 4 représente le schéma détaillé des étapes mises en œuvre par le module de correction d'erreurs selon 1' invention,FIG. 4 represents the detailed diagram of the steps implemented by the error correction module according to the invention,
La figure 5 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction du seuil de détection η, selon des conditions de bruit du canal de transmission, traduites par une variable ε et pour une longueur F de séquence connue choisies,FIG. 5 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the detection threshold η, according to noise conditions of the transmission channel, translated by a variable ε and for a length F of known sequence chosen,
La figure 6 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue, selon des conditions choisies de bruit du canal traduites par une variable ε et un nombre de symboles L entre deux occurrences successives dans le flux original de la séquence connue,FIG. 6 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window according to the size F of the known sequence, according to selected channel noise conditions translated by a variable ε and a number of symbols L between two successive occurrences in the original stream of the known sequence ,
La figure 7 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue selon des conditions de bruit du canal traduites par une variable ε différente de celle de la figure 6 et le même nombre L de symboles entre deux occurrences successives dans le flux original de la séquence connue,FIG. 7 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence according to channel noise conditions translated by a variable ε different of that of FIG. 6 and the same number L of symbols between two successive occurrences in the original stream of the known sequence,
La figure 8 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue selon un deuxième nombre L de symboles entre deux occurrences successives de la séquence connue et des conditions de bruit du canal traduites par une variable ε choisies,FIG. 8 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence according to a second number L of symbols between two successive occurrences of the known sequence and channel noise conditions translated by a chosen variable ε,
La figure 9 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue, selon des conditions de bruit du canal traduites par une variable ε différente de celle de la figure 8 et le même nombre L de symboles entre deux occurrences de la séquence connue,FIG. 9 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence, according to channel noise conditions translated by a variable ε different from that of FIG. 8 and the same number L of symbols between two occurrences of the known sequence,
La figure 10 illustre des courbes de variation du taux d'erreur bit BER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour une longueur F de séquence connue donnée (F= 20 octets) ,FIG. 10 illustrates curves of variation of the BER bit error rate with the introduction of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art for a length F of known given sequence (F = 20 bytes ),
La figure 11 illustre des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour une longueur F de séquence connue donnée (F= 20 octets) ,FIG. 11 illustrates variation curves of the PER packet error rate with the implementation of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art for a length F of known given sequence (F = 20 bytes),
La figure 12 illustre des courbes du taux d'erreur bitFigure 12 illustrates curves of the bit error rate
BER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour une longueur F de séquence connue plus longue (F= 40 octets) ,BER with the introduction of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art for a length F of longer known sequence (F = 40 bytes),
La figure 13 illustre des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour la même longueur F de séquence connue qu'à la figure 12 (F= 40 octets) .FIG. 13 illustrates variation curves of the PER packet error rate with the introduction of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art for the same length F of known sequence as in FIG. 12 (F = 40 bytes).
La figure 14 est une représentation hexadécimale d' une suite de paquets entrants dans le cas d'une pile protocolaire FTP/TCP/IP/Ethernet , capturée au niveau Ethernet, mettant en évidence l'existence de séquences répétées dans les informations de contrôle de chaque paquet et pouvant constituer la séquence connue SP.Fig. 14 is a hexadecimal representation of an incoming packet sequence in the case of an Ethernet-caught FTP / TCP / IP / Ethernet protocol stack, highlighting the existence of repeated sequences in the control information of each packet and can constitute the known sequence SP.
Le procédé de correction d'erreurs de transmission selon l'invention s'applique aux systèmes de communication utilisant des piles de protocoles. Des exemples non exhaustifs de piles protocolaires auxquelles s'applique ce procédé sont TCP/IP ou UDP/IP. Il s'applique à tout système de communications numériques et en particulier aux systèmes de communication par satellite et aux liaisons ATM sur ADSL.The method for correcting transmission errors according to the invention applies to communication systems using protocol stacks. Non-exhaustive examples of protocol stacks to which this method applies are TCP / IP or UDP / IP. It applies to any digital communications system and in particular to satellite communication systems and ADSL ATM links.
Dans un flux de données transmis par un pile protocolaire, une ou plusieurs séquences connues SP sont transmises . Les séquences connues SP sont des séquences contenant des champs d'informations « statiques » c'est-à-dire des champs dont le contenu est constant et pouvant être connu du récepteur pour tous les paquets du flux. Il peut s'agir de sous-ensembles de bits appartenant à différents champs d'entêté comme par exemple les adresses des niveaux MAC ou IP de la source émettrice ou du récepteur, des ports TCP ou UDP, le type de protocole ou sa version. Les bits du sous- ensemble ne sont pas obligatoirement contigus mais leur position relative dans l'entête est connue. Selon le procédé de correction d'erreurs, le flux transmis FE par le canal de communication C de la chaîne de transmission et entrant coté récepteur R est analysé de manière à rechercher les séquences connues SP du flux.In a data stream transmitted by a protocol stack, one or more known sequences SP are transmitted. The known sequences SP are sequences containing "static" information fields, that is to say fields whose content is constant and can be known to the receiver for all the packets of the stream. These may be subsets of bits belonging to different header fields such as MAC level addresses or IP of the sending source or receiver, TCP or UDP ports, protocol type or version. The bits of the subset are not necessarily contiguous but their relative position in the header is known. According to the error correction method, the transmitted stream FE by the communication channel C of the transmission chain and incoming R receiver side is analyzed so as to search the known sequences SP flow.
Les données du flux traitées selon le procédé peuvent être sous la forme de symboles binaires ou sous la forme de données réelles ou quantifiées.The stream data processed according to the method can be in the form of binary symbols or in the form of real or quantized data.
Le procédé comporte la détermination d'un seuil de détection η de séquences connues SP. Le seuil de détection η est choisi à de manière à avoir une probabilité de récupération des séquences connues PSR maximale. Le seuil choisi est de préférence un seuil optimum ηopt, qu' il est possible d'estimer par analyse du flux reçu. Ce seuil optimum ηopt tient compte du nombre moyen L de symboles entre deux occurrences de la séquence connue SP dans le flux (la longueur moyenne des paquets) et de l'état du canal de communication C. L'état du canal de communication se traduit par une variable estimée ε correspondant aux conditions de bruit. La valeur de L et l'état du canal sont des valeurs estimées obtenues par exemple par un estimateur classique ou par d'autres méthodes.The method comprises the determination of a detection threshold η of known sequences SP. The detection threshold η is chosen so as to have a probability of recovery of the maximum known PSR sequences. The threshold chosen is preferably an optimum threshold η op t, which can be estimated by analysis of the received stream. This optimum threshold η opt takes into account the average number L of symbols between two occurrences of the known sequence SP in the stream (the average packet length) and the state of the communication channel C. The state of the communication channel is translated by an estimated variable ε corresponding to the noise conditions. The value of L and the state of the channel are estimated values obtained for example by a conventional estimator or by other methods.
Dans le cas d'erreurs introduites par la transmission, le procédé permet de détecter dans le flux des séquences similaires aux séquences connues SP attendues, c'est-à-dire des séquences identiques ou très proches, cette proximité étant établie à partir d'un critère de similarité prédéterminé; les séquences non similaires, c'est-à-dire différentes n'étant pas retenues.In the case of errors introduced by the transmission, the method makes it possible to detect in the flow sequences similar to the expected known SP sequences, that is to say identical or very similar sequences, this proximity being established from a predetermined similarity criterion; the sequences that are not similar, that is to say different, are not retained.
Lorsqu'une séquence analysée répond au critère de similarité une séquence dite « similaire » est détectée. Ce critère de similarité est rempli lorsque la séquence analysée présente un degré de similitude avec la séquence connue SP supérieur ou égal à la limite définie par l'estimation du seuil de détection optimum ηopt.When an analyzed sequence satisfies the similarity criterion, a so-called "similar" sequence is detected. This similarity criterion is fulfilled when the sequence analyzed has a degree of similarity with the known sequence SP greater than or equal to the limit defined by the estimate of the optimum detection threshold η opt .
Le procédé comporte la détection de séquences connues erronées, ce qui correspond à la détection de séquences similaires .The method comprises the detection of erroneous known sequences, which corresponds to the detection of similar sequences.
Le procédé comporte la modification des séquences erronées détectées.The method includes modifying the detected erroneous sequences.
Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue.In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence.
Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux réels représentative de la séquence connue.In the case where the data is in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a sequence of real signals representative of the known sequence.
L'analyse du flux entrant FE est réalisée au moyen d'une fenêtre glissante W. La fenêtre W est une fenêtre glissante se déplaçant d'une position i à une position i+1 après chaque analyse d'une séquence de longueur prédéterminée F formée des symboles reçus indexés de i à i+F-1.The analysis of the incoming flow FE is carried out by means of a sliding window W. The window W is a sliding window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F formed received symbols indexed from i to i + F-1.
La figure 2 représente le schéma d'un module de correction d'erreurs 100 placé sur une chaîne de transmission contenant un canal C de communication à piles protocolaire. Le module 100 reçoit un flux FE de paquets de données transmis par le canal C. La longueur moyenne des paquets est L,FIG. 2 represents the diagram of an error correction module 100 placed on a transmission chain containing a communication channel C with protocol stacks. The module 100 receives a stream FE of data packets transmitted by the channel C. The average length of the packets is L,
La longueur des séquences connues SP est F,The length of the known sequences SP is F,
En sortie du canal les séquences connues SP peuvent avoir été transmises avec des erreurs, tel que cela est illustré par la séquence SPe. Le module 100 reçoit des couches supérieures 110 des informations relatives aux champs constitutifs de la séquence connue SP pour tous les paquets du flux. Ces données servent à déterminer la séquence connue SP à rechercher dans le flux par le module 100.At the output of the channel, the known sequences SP may have been transmitted with errors, as illustrated by the sequence SPe. The module 100 receives from the upper layers 110 information relating to the constituent fields of the known sequence SP for all the packets of the stream. This data is used to determine the known sequence SP to look for in the stream by the module 100.
Le module 100 comporte une fenêtre W d'analyse des données reçues. La fenêtre glissante W est une fenêtre se déplaçant d'une position i à une position i+1 après chaque analyse d'une séquence de longueur prédéterminée F formée des symboles reçus indexés de i à i+F-1.The module 100 includes a window W for analyzing the received data. The sliding window W is a window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F formed of the indexed received symbols from i to i + F-1.
La figure 3A représente un système de communication tel que représenté sur la figure 1 mais dans lequel un module de correction d'erreurs 100 selon l'invention a été implanté. Dans cet exemple de réalisation, le module 100 est implanté entre le démodulateur 40 du récepteur R et le décodeur 60. La détection d'erreurs est réalisée après démodulation du signal. Les séquences connues SP recherchées sont des séquences discrètes (suite de symboles binaires ou résultats d'informations quantifiées) .FIG. 3A represents a communication system as represented in FIG. 1 but in which an error correction module 100 according to the invention has been implemented. In this exemplary embodiment, the module 100 is implanted between the demodulator 40 of the receiver R and the decoder 60. The detection of errors is carried out after demodulation of the signal. The known sequences SP sought are discrete sequences (sequence of binary symbols or quantized information results).
La figure 3B représente un deuxième mode de réalisation d'un système de communication selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, la correction d'erreurs de transmission est réalisée avant démodulation. Les séquences connues SP recherchées sont une portion de signal correspondant à une séquence discrète.FIG. 3B represents a second embodiment of a communication system according to the invention. In this embodiment, the transmission error correction is performed before demodulation. The known known sequences SP are a signal portion corresponding to a discrete sequence.
La figure 4 illustre les étapes mises en œuvre par le module de correction d'erreurs 100.FIG. 4 illustrates the steps implemented by the error correction module 100.
110- Les couches supérieures au niveau du récepteur R fournissent au module 100 des informations relatives à la séquence connue SP du flux entrant FE afin que le module 100 procède à la recherche de ces séquences dans le flux FE. 101, 102, 103, 104 - Le module 100 recherche sur le flux FE les positions probables des séquences connues par comparaison successive de séquences de symboles avec la séquence connue SP suivant un critère prédéterminé. Les étapes mises en œuvre sont les suivantes :The upper layers at the receiver R provide the module 100 with information relating to the known sequence SP of the incoming stream FE so that the module 100 proceeds to search for these sequences in the stream FE. 101, 102, 103, 104 - The module 100 searches on the flow FE the probable positions of the known sequences by successive comparison of symbol sequences with the known sequence SP according to a predetermined criterion. The steps implemented are as follows:
101, 102- le module détermine le seuil de détection d'une séquence connue, ce seuil correspondant à une similitude satisfaisante permettant de rejeter des séquences très différentes c'est-à-dire des séquences dont la similitude est inférieure au seuil. De façon pratique, le seuil de détection η de séquences connues SP est choisi de manière à maximiser la probabilité de récupération des séquences PSR connues. Le seuil choisi est une estimation d'un seuil optimum ηopt. Ce seuil optimum ηopt tient compte du nombre moyen de symboles L entre deux occurrences de la séquence connue (la longueur moyenne des paquets) et de l'état du canal de communication C, traduit par la variable ε. La valeur de L et l'état du canal sont des valeurs estimées obtenues par l'estimateur 102. 103- le module analyse la séquence présente dans la fenêtre W, en mesurant sa similitude à la séquence connue SP.101, 102- the module determines the detection threshold of a known sequence, this threshold corresponding to a satisfactory similarity to reject very different sequences that is to say sequences whose similarity is below the threshold. In practice, the detection threshold η of known sequences SP is chosen so as to maximize the probability of recovery of known PSR sequences. The chosen threshold is an estimate of an optimum threshold η opt . This optimum threshold η opt takes into account the average number of symbols L between two occurrences of the known sequence (the average length of the packets) and the state of the communication channel C, translated by the variable ε. The value of L and the state of the channel are estimated values obtained by the estimator 102. The module analyzes the sequence present in the window W, by measuring its similarity to the known sequence SP.
104- le module compare le seuil de détection η à la similitude mesurée. Le module 100 effectue une détection 105 de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires c'est-à-dire les séquences dont la similitude mesurée avec la séquence connue SP est supérieure au seuil η, et modifie les séquences similaires à l'aide la séquence connue.The module compares the detection threshold η with the similarity measured. The module 100 performs a detection 105 of erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences, that is to say the sequences whose similarity measured with the known sequence SP is greater than the threshold η, and modifies the sequences similar to the help the known sequence.
Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue. Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux réels représentative de la séquence connue.In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence. In the case where the data is in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a sequence of real signals representative of the known sequence.
107- Le module contrôle la fin du flux et fait glisser 106 la fenêtre d'analyse W d'une position.107- The module controls the end of the flow and slides 106 the analysis window W of a position.
On a représenté sur la figure 5 la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues en fonction du seuil de détection η pour une longueur F de séquence connue SP égale à 16 octets, et des conditions de bruit importantes traduites par la variable ε, ε= 10"1 (1 bit sur 10 erroné) . La ligne en pointillés représente la distance logarithmique entre la probabilité de récupération des séquences connues et 1.FIG. 5 shows the variation curve of the probability of recovery of the known sequences as a function of the detection threshold η for a length F of known sequence SP equal to 16 bytes, and of significant noise conditions translated by the variable ε , ε = 10 "1 (1 out of 10 erroneous bit) The dashed line represents the logarithmic distance between the probability of recovery of the known sequences and 1.
On a représenté sur les figures 6 et 7, les courbes de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue SP dans la fenêtre d'analyse respectivement pour des conditions de bruit ε= 10"1 et ε= 10~4 et un nombre de symboles L entre deux occurrences successives de la séquence connue SP (taille moyenne des paquets) de 100 octets.FIGS. 6 and 7 show the variation curves of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence SP in the analysis window respectively for noise conditions ε = 10 "1 and ε = 10 ~ 4 and a number of symbols L between two successive occurrences of the known sequence SP (average packet size) of 100 octets.
On a représenté sur les figures 8 et 9, les courbes de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse, respectivement pour des conditions de bruit ε= 10"1 et ε= 10~4 et un nombre de symboles L entre deux occurrences successives de la séquence connue SP (taille moyenne des paquets) de 1500 octets. Les figures 10 à 13 illustrent des courbes d'estimation des performances obtenues par simulation d'un système de communication mettant en œuvre le procédé.FIGS. 8 and 9 show the variation curves of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window, respectively for noise conditions ε = 10 "1 and ε = 10 ~ 4 and a number of symbols L between two successive occurrences of the known sequence SP (average packet size) of 1500 bytes. Figures 10 to 13 illustrate performance estimation curves obtained by simulation of a communication system implementing the method.
On a représenté sur la figure 10, des courbes de variation du taux d'erreur bit BER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codageFIG. 10 shows curves of variation of the BER bit error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a coding
Turbo : courbe avec des symboles carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo : courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale àTurbo: curve with square symbols; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to
20 octets.20 bytes.
On a représenté sur la figure 11 des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codage Turbo : courbe avec carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo : courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale à 20 octets.FIG. 11 shows the variation curves of the PER packet error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a Turbo coding: curve with squares; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 20 bytes.
On a représenté sur la figure 12 des courbes de variation du taux d'erreur bit BER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codageFIG. 12 shows curves of variation of the BER bit error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a coding
Turbo : courbe avec les carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo : courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale àTurbo: curve with the squares; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to
40 octets.40 bytes.
On a représenté sur la figure 13 des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codage Turbo : courbe avec carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo : courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale à 40 octets.FIG. 13 shows the variation curves of the PER packet error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a Turbo coding: curve with squares; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 40 bytes.
La figure 14 illustre un exemple dans le cas d'un transfert de fichiers utilisant la pile protocolaire FTP/TCP/ IP/Ethernet . Cette figure représente une extraction hexadécimale de la suite de paquets entrants capturés au niveau Ethernet. Dans l'exemple de la pile protocolaire choisie, chaque paquet comporte une entête Ethernet, une entête IP, une entête TCP, et des données du protocole FTP. Ces entêtes comportent comme on peut le voir des champs d'information constants sur tous les paquets. Il s'agit de séquences statiques, que l'on trouve réparties sur une ou plusieurs couches d'une pile protocolaire. Le procédé exploite cette caractéristique pour rechercher des séquences connues à partir de la connaissance de la pile protocolaire, afin de corriger les séquences erronées détectées à partir de cette recherche.Figure 14 illustrates an example in the case of a file transfer using the protocol stack FTP / TCP / IP / Ethernet. This figure represents a hexadecimal extraction of the suite of incoming packets captured at the Ethernet level. In the example of the chosen protocol stack, each packet includes an Ethernet header, an IP header, a TCP header, and FTP protocol data. These headers have, as can be seen, constant information fields on all the packets. These are static sequences, which are located on one or more layers of a protocol stack. The method exploits this feature to search for known sequences from knowledge of the protocol stack, in order to correct the erroneous sequences detected from this search.
Le procédé exploite la redondance naturelle des données générées par une pile protocolaire. Il est non intrusif comme peuvent l'être les procédés de correction d'erreurs de transmission connus. Il peut être implémenté dans tout système de communication y compris dans les systèmes de communication par satellite et ceux utilisant des liaisons ATM sur ADSL.The method exploits the natural redundancy of the data generated by a protocol stack. It is non-intrusive as can the methods for correcting known transmission errors. It can be implemented in any communication system including in satellite communication systems and those using ATM links over ADSL.
Les figures 10 à 13 illustrent l'amélioration de la correction d'erreurs de transmission apportée par le procédé selon l'invention, lorsqu'il est placé dans la chaîne de transmission de la Figure 3A comprenant un décodeur FEC 60 adapté. FIGS. 10 to 13 illustrate the improvement of the transmission error correction provided by the method according to the invention, when it is placed in the transmission chain of FIG. 3A comprising a suitable FEC 60 decoder.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de correction d'erreurs de transmission en réception dans un flux de données transmis par un système de communication utilisant une pile de protocoles multicouches, ledit procédé étant caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes :A method for correcting transmission errors in reception in a data stream transmitted by a communication system using a stack of multilayer protocols, said method being characterized in that it comprises the following steps:
- la réception d'un flux de données entrant comportant des paquets de données comprenant des champs protocolaires dont le contenu est constant pour tous les paquets de données,receiving an incoming data stream comprising data packets comprising protocol fields whose content is constant for all the data packets,
- la construction d'une séquence connue à partir des champs protocolaires de contenu constant, - la recherche au niveau du récepteur de séquences similaires à la séquence connue, les séquences non similaires n'étant pas retenues,the construction of a known sequence from the constant content protocol fields, the search at the receiver of sequences similar to the known sequence, the non-similar sequences not being retained,
- la détection de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires, et la modification des séquences erronées détectées à l'aide des séquences connues.the detection of erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences, and the modification of the erroneous sequences detected using the known sequences.
2. Procédé de correction d'erreurs, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque les données du flux sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence erronée par la séquence connue.2. An error correction method according to claim 1, characterized in that when the data of the stream are in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous sequence by the known sequence.
3. Procédé de correction d'erreurs, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque les données du flux sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux réels représentative de la séquence connue . An error correction method according to claim 1, characterized in that when the data of the stream are in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a real signal sequence representative of the known sequence.
4. Procédé de correction d'erreurs, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séquence connue peut être composée de symboles contigus dans le flux entrant ou non contigus. Error correction method according to one of the preceding claims, characterized in that the known sequence can consist of contiguous symbols in the incoming or non-contiguous flow.
5. Procédé de correction d'erreurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la recherche d'une séquence connue est réalisée en continu sur le flux de données entrant.5. error correction method according to any one of the preceding claims, characterized in that the search for a known sequence is carried out continuously on the incoming data stream.
6. Procédé de correction d'erreurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la recherche d'une séquence connue dans le flux entrant comprend l'ouverture d'une fenêtre d'analyse de longueur égale à la longueur de la séquence connue, le calcul d'un seuil de détection η, une mesure de similitude entre une séquence analysée et la séquence connue, la détection d'une séquence similaire ayant lieu lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil de détection η.An error correction method according to any one of the preceding claims, characterized in that searching for a known sequence in the incoming stream comprises opening an analysis window of length equal to the length of the the known sequence, the calculation of a detection threshold η, a measurement of similarity between an analyzed sequence and the known sequence, the detection of a similar sequence taking place when the measured similarity is greater than or equal to the detection threshold η.
7. Procédé de correction d'erreurs selon la revendication 6, caractérisé en ce que le calcul du seuil de détection η correspond à une estimation d'un seuil optimal ηopt, le seuil optimum étant obtenu lorsque l'on obtient une probabilité de récupération des séquence connues maximale.7. An error correction method according to claim 6, characterized in that the calculation of the detection threshold η corresponds to an estimate of an optimum threshold η opt , the optimum threshold being obtained when a probability of recovery is obtained. maximum known sequences.
8. Procédé de correction d'erreurs selon la revendication 6, caractérisé en ce que la recherche d'une séquence connue est réalisée en continu en faisant glisser la fenêtre d'analyse d'une position à chaque déplacement.8. error correction method according to claim 6, characterized in that the search for a known sequence is carried out continuously by sliding the analysis window of a position with each movement.
9. Procédé de correction d'erreurs selon la revendication 8, caractérisé en ce que le déplacement d'une position correspond par exemple à un déplacement octet par octet ou bit par bit dans le flux entrant.9. error correction method according to claim 8, characterized in that the displacement of a position corresponds for example to a byte by byte or bit by bit in the incoming flow.
10. Module de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données transmis par un système de communications utilisant une pile de protocoles multicouches, caractérisé en ce qu' il comprend : - une entrée pour recevoir un flux de données comportant des paquets de données comprenant des champs protocolaires dont le contenu est constant pour tous les paquets de données, - une séquence connue construite à partir des champs protocolaires de contenu constant,10. Module for correcting transmission errors in a data stream transmitted by a communications system using a stack of multilayer protocols, characterized in that it comprises: an input for receiving a data stream comprising data packets comprising protocol fields whose content is constant for all the data packets, a known sequence built from the constant content protocol fields,
- des moyens pour rechercher des séquences similaires à la séquence connue, les séquences non similaires n'étant pas retenues, - des moyens de détection de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires et pour modifier les séquences similaires .means for searching for sequences similar to the known sequence, the non-similar sequences not being retained, means for detecting erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences and for modifying similar sequences.
11. Module de correction d'erreurs selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour rechercher des séquences correspondant à la séquence connue et détecter des séquences similaires comportent :11. Error correction module according to claim 10, characterized in that the means for searching for sequences corresponding to the known sequence and detecting similar sequences comprise:
- une fenêtre de longueur égale à la longueur de la séquence connue, pour l'analyse dans le flux des séquences circulant dans la fenêtre,a window of length equal to the length of the known sequence, for the analysis in the stream of sequences flowing in the window,
- des moyens de calcul d'un seuil de détection ( ηopt)means for calculating a detection threshold (η opt )
- des moyens de mesure de similitude entre une séquence analysée et la séquence connue et de détection d'une séquence similaire, la détection ayant lieu lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil (ηopt) •means for measuring similarity between an analyzed sequence and the known sequence and for detecting a similar sequence, the detection taking place when the measured similarity is greater than or equal to the threshold (η op t);
12. Module de correction d'erreurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que la fenêtre glissante se déplace d'une position i à une position i+1 après chaque analyse d'une séquence de longueur prédéterminée F formée des symboles reçus indexés de i à i+F-1.An error correction module according to claim 11, characterized in that the sliding window moves from a position i to a position i + 1 after each analysis of a predetermined length sequence F formed of the indexed received symbols of i to i + F-1.
13. Système de communication de flux de données comprenant une chaîne de réception caractérisé en ce que ladite chaîne de réception comprend un module de correction d'erreurs dans le flux de données reçu selon l'une quelconque des revendications 10 à 12.13. Data flow communication system comprising a reception chain characterized in that said reception channel comprises a correction module of errors in the received data stream according to any one of claims 10 to 12.
14. Système de communication selon la revendication 13, caractérisé en ce que la chaîne de réception comprend un démodulateur et un décodeur, le module de correction d'erreurs étant placé avant, après, ou à l'intérieur du démodulateur .Communication system according to claim 13, characterized in that the reception chain comprises a demodulator and a decoder, the error correction module being placed before, after, or inside the demodulator.
15. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que ledit système de communication est un système de communication par satellite .15. Communication system according to any one of claims 13 and 14, characterized in that said communication system is a satellite communication system.
16. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que ledit système de communication utilise des liaisons ATM sur ADSL. 16. Communication system according to any one of claims 13 and 14, characterized in that said communication system uses ATM links on ADSL.
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