FR2497041A1 - Procede et dispositif de concentration statistique asynchrone pour systeme de telecommunication - Google Patents

Abstract

PLUSIEURS ENTREES D'UN CONCENTRATEUR 12 SONT RELIEES PAR DES VOIES LENTES A DES TERMINAUX RESPECTIFS. LA SORTIE DU CONCENTRATEUR S'EFFECTUE SUR UNE LIGNE RAPIDE A GRAND DEBIT 14, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE MEMOIRE 18 ORGANISEE EN FILE D'ATTENTE. LE CONCENTRATEUR COMPORTE DE PLUS UNE MEMOIRE ORGANISEE EN FILE D'ATTENTE SUR CHAQUE ENTREE ET DES MOYENS PERMETTANT D'INTERROGER, A PERIODE DETERMINEE T, L'ENSEMBLE DES MEMOIRES D'ENTREE 16 ET DE PRELEVER B CARACTERES SUR CHACUNE DES MEMOIRES D'ENTREE QUI COMPORTENT AU MOINS B CARACTERES ET SUR ELLES SEULES. CES B CARACTERES SONT TRANSFERES A LA FILE D'ATTENTE DE LA MEMOIRE DE SORTIE.

Description

Procédé et dispositif de concentration statistique asynchrone pour système. de télécommunication.

La présente invention concerne les systèmes de télécommunication utilisables en téléinformatique ou télématique et elle a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif de concentration statistique asynchrone (dit aussi de multiplexage statistique asynchrone) permettant d'émettre, sur une même ligne de télécommunication rapide, des messages provenant de plusieurs terminaux, ou équipements terminaux de traitement de données, qui émettent des caractères sous forme de messages séparés par des silences, la durée des silences et la longueur des messages obéissant à des lois statistiques.

On connait depuis longtemps des systèmes de multiplexage utilisant des concentrateurs qui permettent de regrouper sur une même ligne rapide à grand débit les messages reçus de plusieurs terminaux par l'intermédiaire de lignes lentes. Les premiers systèmes mettaient en oeuvre un multiplexage temporel synchrone, avec affectation de tranches de temps déterminées à chaque terminal, qu'il ait ou non un message à transmettre.

L'efficacité de la transmission a été notablement accrue par l'introduction, dès 1969, des multiplexeurs asynchrones statistiques qui n'allouent une tranche de la zone d'information qu'aux terminaux ayant effectivement un message à transmettre. La constitution des multiplexeurs est sensiblement différente suivant qu'ils doivent transmettre la parole (dont l'intelligibilité est maintenue même avec un certain pourcentage d'erreurs de transmission du fait de la redondance d' information, mais qui ne peut accepter un retard de transmission excessif) et la transmission de données, dans laquelle on doit éviter les erreurs de transmission et la perte d'informations, mais on peut accepter des retards de transmission plus importants que dans le cas précédent.

Il existe déjà des systèmes de téléinformatique ou télématique qui tentent d'accroitre l'efficacité de la transmission en tenant compte des particularités ci-dessus mentionnées de la transmission de données.

On connait notamment (brevet US 4 093 823) un système de transmission de données à multiplexage statistique comprenant un concentrateur statistique d'émission sur une ligne rapide, ayant plusieurs entrées reliées par des voies de transmission lentes à des terminaux sources respectifs, le concentrateur comportant, à la sortie sur la ligne rapide, un tampon à deux étages, dont l'un peut être constitué par une file d'attente du genre "premier entré, premier sorti".

Dès que cette file d'attente présente sur sa sortie un caractère complet (multiplet de données et multiplet d'identification du terminal source), le concentrateur transfère ce caractère dans une mémoire vive, où les caractères provenant du même terminal sont regroupés. Lorsque ce groupement atteint une dimension déterminée (par exemple quatre caractères), le microprocesseur inclus dans le concentrateur forme un bioc de données et, lorsque celui-ci atteint sa taille maximale, provoque la transmission sur la ligne rapide par un émetteur synchrone.

Un tel concentrateur représente un progrès sensible sur les concentrateurs synchrones antérieurs.

Mais on notera qu'il donne naissance à une configuration figée d'émission sur la ligne.

On a également envisagé et étudié théoriquement un concentrateur à deux niveaux de mémoire, essentiellement dans le but d'effectuer une analyse plus poussée du fonctionnement du concentrateur. En particulier, F. CLOSS (Probabilité des arrivées de paquets et besoins en buffers dans un noeud de communication, Congrès A.F.C.E.T., 1973, Rennes, Informatique et Télécommunication, page 237) a présenté un modèle de concentrateur comportant une mémoire d'entrée et une file d'attente de sortie. Chaaue terminal est connecté à un équipement qui assemble plusieurs bits des messages en provenance des terminaux pour en faire des paquets de longueur déterminée. Une unité d'exploration détecte les paquets complètement assemblés et alerte un dispositif de traitement de paquets.

Le paquet est alors transféré à ce dispositif où il devra attendre pour être servi. Les trames formées par ce système ont encore une longueur constante et égale à un multiple entier de paquets.

On voit que les mémoires d'entrée prévues dans ce modèle sont de simples registres de remplissage.

La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de concentration répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent d'optimiser les paramètres de concentration pour obtenir, suivant les besoins, un temps d'attente minimum ou la desserte du plus grand nombre possible de terminaux sources elle vise également à fournir un procédé et un dispositif susceptibles d'être rendus auto-adaptables, par exemple par modification des paramètres de concentration en cas de modification du nombre de terminaux sources ou de l'activité de ces terminaux.

Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de concentration statistique des informations provenant de façon aléatoire sur plusieurs voies de transmission lentes en vue de les émettre sur une ligne rapide à grand débit, caractérisé en ce qu'on interroge période T des mémoires d'entrée organisées en file d'attente et associées chacune à l'une des voies de transmission, en ce qu'on prélève des caractères, en nombre déterminé B, uniquement sur les mémoires d'entrée contenant au moins B caractères, en ce qu'on range dans une mémoire de sortie organisée en file d'attente l'ensemble des paquets de B caractères, et en ce qu'on émet sur la ligne rapide une trame dont la zone d'information, contenant lesdits paquets de caractères, a une longueur aléatoire,à la fin de chaque prélèvement.

Grâce à l'organisation en file d'attente des mémoires d'entrée et de sortie, on réalise un asynchronisme complet entre les instants d'émission des trames et les instants d'arrivée des caractères de chacun des terminaux. De plus, la présence des deux paramètres T et B rend le système adaptable aux diverses contraintes d'utilisation qui peuvent se présenter.

L'invention propose notamment, pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, un concentrateur statistique comprenant plusieurs entrées reliées par des voies de transmission lentes à des terminaux sources respectifs et une sortie sur une ligne rapide à grand débit munie d'une mémoire organisée en file d'attente.

Le concentrateur comporte, sur chaque entrée, une mémoire également organisée en file d'attente et des moyens permettant de balayer à période déterminée T l'ensemble des mémoires d'entrée et de prélever B caractères sur chacune des mémoires d'entrée qui contiennent au moins
B caractères, et sur elles seules. Les B caractères sont transférés dans la file d'attente de la mémoire de sortie et le concentrateur constitue, à partir de ces caractères, une trame dont la zone d'information, contenant les paquets de B caractères en provenance des divers terminaux sources, a une longueur aléatoire
Le comportement du concentrateur peut être analysé en utilisant des techniques de modélisation, tenant compte de l'émission des caractères par chacun des terminaux, de leur arrivée au concentrateur et de l'évolution des files d'attente dans les mémoires d'entrée et de sortie du concentrateur. L'étude des variations de la longueur moyenne de la file d'attente d'une des mémoires d'entrée (file qui est dans un état stationnaire si le nombre moyen de caractères qui arrivent pendant une période T est inférieur au nombre B de caractères prélevés) montre que, pour une valeur donnée de T, il existe une valeur B de B qui rend minimum la longueur de la file, laquelle est alors voisine de B.

Le concentrateur sera avantageusement prévu pour être auto-adaptatif et donner à B sa valeur optimale B : la longueur moyenne de la file d'attente croit alors de façon sensiblement linéaire en fonction de T, alors que, si B était constant, cette croissance serait parabolique en fonction de T.

Il s'agit là d'une disposition supplémentaire importante, qui permet de limiter la longueur de la file d'attente et d'éviter les risques de débordement.

Une étude complète montre qu'une valeur de B de l'ordre de 3 donne généralement des résultats satisfaisants. Lorsque la charge du concentrateur augmente, il peut cependant être souhaitable d'augmenter B pour éliminer tout risque de débordement des mémoires. Mais en pratique B varie dans une plage relativement restreinte et il suffit en conséquence de donner à chaque mémoire d'entrée une capacité ne dépassant pas 10 caractères. Quant à la mémoire de sortie, elle sera généralement prévue pour contenir quelques trames ayant la longueur maximum, c'est-à-dire correspondant à l'émission de caractères provenant de tous les terminaux.

Diverses constitutions de la trame d'émission sur la ligne rapide à grand débit sont possibles. Toutefois, il est préférable d'éviter l'emploi de la trame dite STDM (Synchronous Time Division Multiplexing) dont la zone d'information est divisée en un nombre de tranches égal au nombre de terminaux, chaque tranche ayant une longueur constante égale à 1 ou plusieurs caractères. En effet, quand un terminal est inactif, la tranche qui lui correspond existe bien qu'elle soit vide d'information et occupe inutilement la ligne.On utilisera donc, une trame à multiplexage temporel asynchrone, dont la zone d'information ne comporte que des tranches allouées aux terminaux actifs mais qui implique pour chaque tranche une adresse ou, mieux encore dans la plupart des cas, une trame ayant une structure proche de celle du concentrateur "codex" dont la zone d'information est divisée en autant de tranches qu'il y a de terminaux, ces tranches étant de longueur variable. Dans ce cas, la tranche associée à une voie de transmission lente contient B caractères s'il y a eu prélèvement dans la mémoire d'entrée correspondante et se réduit à des bits de marquage s'il n'y a pas eu de prélèvement. Cette trame, comme la précédente, a évidemment une longueur aléatoire qui dépend de l'activité des terminaux.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un procédé et d'un dispositif qui en constituent un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe d'une fraction d'une installation incorporant un dispositif de concentration statistique
- la figure 2 montre l'organisation d'une des mémoires d'entrée du concentrateur de la figure 1
- la figure 3 montre l'organisation d'une trame de longueur aléatoire émise par le concentrateur ;
- la figure 4, similaire à la figure 2, montre l'organisation de la mémoire de sortie.

La partie terminale d'une installation de transmission montrée en figure 1 comprend K terminaux indépendants 1, 2 K d'un type susceptible d'émettre des caractères en paquets ou messages séparés par des silences sur des lignes lentes telles que 10, typiquement à 300 ou 600 bauds. Ces lignes lentes sont reliées à un concentrateur 12 capable d'émettre sur une ligne rapide à grand débit 14. Les terminaux seront fréquemment d'un type capable de fonctionner non seulement en source, mais aussi en récepteur. Dans ce cas, ils sont associés à la ligne 14 non seulement par un concentrateur, mais aussi par un démultiplexeur qui ne sera pas décrit, car sa constitution peut être entièrement classique.

Le concentrateur 12 remplit trois fonctions il doit recevoir les caractères émis par les terminaux 1,..., K ; il doit constituer, à partir de ces caractères, des trames dont la constitution permet de reconnaître le terminal d'émission , il doit émettre ces trames sur la ligne rapide 14 à grand débit, typiquement 4800 ou 9600 bits par seconde.

Le concentrateur 12 comporte, associée à chaque entrée reliée à un terminal, une mémoire 16. Toutes les mémoires 16 seront identiques dans le cas fréquent où les terminaux sont également comparables dans leur constitution et dans leur charge de travail. Le concentrateur comporte de plus, associée à la sortie 14, une mémoire 18.

Dans le cas où chaque terminal est d'un type à transmission asynchrone, qui émet des caractères dont chacun comporte un bit de départ, un nombre fixe a de symboles d'information, un bit de parité et un bit d'arret, chacune des mémoires d'entrée 16 peut avoir la constitution montrée en figure 2. La mémoire comporte un premier registre à décalage 18 qui reçoit les bits de caractère provenant de la ligne 10 l'un à la suite de l'autre. Ce registre à décalage a une capacité corres pondant au nombre de bits d'un caractère. Ainsi, lorsqu'un caractère complet aura été reçu, le registre 18 contient, dans des positions successives, le bit de départ 20, les a bits de données 22 (au nombre de cinq par exemple), le bit de parité 24 et le bit d'arrêt 26.

Le concentrateur comporte des moyens qui, dès que le registre 18 est plein, transfèrent les bits de caractères et eux seuls dans un second registre à décalage 28 en décalant de façon correspondante les bits déjà en place, dans le sens indiqué par la flèche -f sur la figure 2.

On voit que le second registre à décalage 28 présente une constitution de file d'attente et mémorise les caractères prets à être prélevés par le concentrateur. Ce dernier comporte des moyens d'interrogation
à période déterminée T, de tous les registres 28 successifs. Un test est effectué sur chaque registre 28 : s'il contient moins de B caractères, ils restent en attente. Si, au contraire, le registre 28 contient au moins B caractères, le concentrateur prélève les
B caractères qui se trouvent en tête pour les insérer dans la trame qui sera construite à la fin du cycle de scrutation.

Le concentrateur doit ensuite regrouper les paquets de caractères prélevés dans des trames pour les transmettre, par l'intermédiaire de la ligne rapide 14, à un récepteur non représenté. La trame peut avoir des constitutions très diverses. Mais dans tous les cas, comme indiqué sur la figure 3, chaque trame 30 comportera deux fanions ou indicateurs 32 et 34 encadrant une zone d'information 36. En plus de ces fanions, la trame peut comporter en tête des bits de service et, en queue, un second groupe de bits de service et des bits de contrôle. Le protocole de transmission peut etre quelconque.

Lors de chaque période T de scrutation, le concentrateur construit une trame et la range dans la mémoire de sortie 18. Comme on le verra plus loin, oette trame peut avoir une longueur constante (cette solution ne permettant toutefois pas de profiter pleinement des avantages de l'invention) ou aléatoire.

La mémoire de sortie 18 aura généralement la constitution montrée en figure 4, similaire à celle des mémoires d'entrée de la figure 2. La mémoire 18 comprend un premier registre à décalage 38 qui reçoit les trames successives et les mémorise. Ce premier registre doit avoir une longueur suffisante pour pouvoir contenir toutes les trames en attente pour le taux d'occupation maximum de la ligne. Un second registre à décalage 40, de capacité égale au nombre de caractères maximum d'une trame, est relié à la ligne rapide 14 de sortie. Le concentrateur comporte des moyens permettant de transférer, du registre 38 au registre 40, une trame à la fois en vue de son émission sur la ligne 14.

On voit que, lorsque le registre à décalage 38 est vide lors de la constitution d'une trame, cette dernière est émise dès qu'elle est complète. Si au contraire la ligne est occupée et qu'une ou plusieurs trames attendent leur tour, la trame qui arrive est mise en attente à la suite des précédentes : on voit que la mémoire de sortie est, elle aussi, constituée en file d ' attente.

On constatera au passage que le concentrateur 12 est entièrement transparent. I1 n'interprête les caractères ni lors du prélèvement des paquets de B caractères, ni en les rangeant dans la zone d'information de la trame.

A un instant donné, les files d'attente des mémoires d'entrée 16 ont évidemment des contenus qui diffèrent de façon aléatoire, comme schématisé sur la figure 1. L'étude de la file d'attente montre qu'on ntobtient un état stationnaire en moyenne que si le nombre moyen de caractères qui arrivent pendant une période T de cycle est inférieur au nombre B de caractères prélevés. Le respect de cette condition implique celui d'une relation entre T, B et la probabilité p d'activité du terminal correspondant tc'est-à-dire la proportion de temps pendant laquelle il émet des caractères). L'étude des variations de la longueur moyenne de la file d'attente en fonction de T et de B montre que, pour chaque valeur de T, il existe au moins une valeur possible pour B et généralement plusieurs.

Mais une seule de ces valeurs correspond à une longueur moyenne de file d'attente minimum. Cette valeur B peut être définie par des solutions graphiques Lorsqu'on donne toujours à B la valeur optimale B, la longueur moyenne de la file d'attente croît linéairement en fonction de T.

Le concentrateur sera avantageusement prévu de façon à être auto-adaptatif et à modifier B en fonction des changements de paramètres de fonctionnement et notamment de la probabilité d'activité des terminaux, de façon à limiter la longueur de la file d'attente dans les mémoires d'entrée et d'éviter les risques de débordement.

Le concentrateur est prévu pour regrouper les paquets de B caractères prélevés à chaque période sous forme d'une trame 30. La meilleure utilisation de la ligne rapide 14 implique l'emploi d'une trame de longueur aléatoire, qui peut être une trame ATDM.

Toutefois, il sera dans la plupart des cas plus avantageux d'utiliser une trame du genre schématisé en figure 3. La zone d'information 36 de cette trame 30 est divisée en un nombre de tranches K égal au nombre de terminaux. Ces tranches peuvent avoir deux longueurs différentes. Celles correspondant à une mémoire d'entrée 16 dans laquelle le concentrateur n'a pas fait de prélèvement, telles que la tranche 42, ont une longueur réduite à celle de e bits de marquage. Celles des tranches pour lesquelles le concentrateur a fait un prélèvement, telles que la tranche 44, ont une longueur égale à B caractères. On voit que la trame 30 aura une longueur aléatoire qui dépend de l'activité des terminaux. Sur la figure 3, on a supposé que le nombre
B est égal à 3.

L'étude montre que le temps de service d'un client en cas d'utilisation d'une telle trame suit une loi binomiale fonction du nombre K de terminaux et de l'activité des terminaux.

L'étude de la stabilité de la file d'attente de sortie montre par ailleurs que le temps moyen d'attente varie en sens inverse du temps d'occupation de la ligne rapide 14. La file d'attente est dans un état stationnaire si le temps moyens de transmission des trames est inférieur à la période de balayage T, ce qui implique que la charge V du concentrateur est inférieure à 1, W étant défini par la formule
a d v = kip b D
A b D
Dans cette formule, D désigne le débit de la ligne de sortie, d le débit d'une ligne d'arrivée 10, a le nombre de bits utiles dans un caractère, b le nombre total de bits d'un caractère, A la probabilité d'activité du terminal, K le nombre de terminaux (la probabilité étant supposée la même pour tous les terminaux).

Il en résulte que, pour des terminaux d'activité
PA fixés, on peut définir une limite supérieure Kg du nombre de terminaux raccordables au concentrateur K = b D
O A P a d
Il est possible d'approcher de cette limite intrinsèque en donnant à B une valeur de l'ordre de 5.

Le choix de T et de B doit etre fait pour répondre à une contrainte sélectionnée suivant llappli- cation ; on peut par exemple chercher soit à minimiser le temps d'attente, soit à relier le plus grand nombre possible de terminaux, soit à utiliser au maximum la ligne de transmission.

Les moyens incorporés au concentrateur pour gérer les entrées et sorties peuvent notamment être constitués par un microprocesseur associé à une mémoire vive de travail et à une mémoire morte de stockage des programmes d'exploitation. Le microprocesseur peut alors déterminer en permanence la longueur moyenne des files d'attente et modifier en conséquence B et T.

La constitution globale du concentrateur peut être similaire à celle décrite dans le brevet US 4 093 823 déjà mentionné, en ce qui concerne du moins les raccordements du microprocesseur, l'interrogation des mémoires d'entrée (mais non le prélèvement qui ne doit s'effectuer que si un nombre minimum B de caractères sont stockés) et la gestion de la mémoire de sortie organisée en file d'attente.

Claims (8)

Revendications

1. Procédé de concentration statistique des informations provenant de façon aléatoire sur plusieurs voies de transmission lentes en vue de les émettre sur une ligne rapide à grand débit, caractérisé en ce qu'on interroge ~~ ~ ~ ~~à ~à période T, des mémoires d'entrée organisées en file d'attente et associées chacune à l'une des voies de transmission: en ce qu'on prélève des caractères, en nombre déterminée

B, uniquement sur les mémoires d'entrée contenant au moins B caractères; en ce qu'on range,dans une mémoire de sortie organisée en file d'attente,l'ensemble des paquets de B caractères; et en ce qu'on émet sur la ligne rapide une trame dont la zone d'information, contenant lesdits paquets de caractères, a une longueur aléatoire,à la fin de chaque période.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on constitue la trame d'émission avec une zone d'information à autant de tranches qu'il y a de voies de transmission lentes, la tranche associée à une voie de transmission lente contenant B caractères s'il y a eu prélèvement dans la mémoire d'entrée correspondante et étant réduite à des bits de marquage s'il n'y a pas eu de prélèvement.

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on donne automatiquement au nombre

B de caractères la valeur qui rend minimum la longueur moyenne des files d'attente des mémoires d'entrée pour la valeur correspondante de T.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on donne à B une valeur généralement inférieure à 5.

5. Concentrateur statistique pour système de transmission de données, comprenant plusieurs entrées reliées par des voies de transmission lentes à des terminaux sources respectifs, et une sortie sur une ligne rapide à grand débit munie d'une mémoire organisée en file d'attente, caractérisé en ce que le concentrateur comporte de plus une mémoire organisée en file d'attente sur chaque entrée du concentrateur et en ce qu'il comporte des moyens permettant d'interroger à période déterminée T l'ensemble des mémoires d'entrée et de prélever B caractères sur chacune des mémoires d'attente qui comportent au moins B caractères et sur elles seules, et de transférer lesdits B caractères dans la file d'attente de la mémoire de sortie.

6. Concentrateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens sont autoadaptatifs en fonction de T de façon à donner à B une valeur proche de la valeur pour laquelle la longueur moyenne de la file d'attente de sortie est minimale.

7. Concentrateur suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les mémoires d'attente sur chaque entrée ont une capacité au plus égale à 10 caractères.

8. Concentrateur suivant la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit concentrateur est prévu pour constituer des trames d'émission et en ce que la mémoire de sortie a une capacité correspondant à quelques trames de longueur maximale.