FR2875983A1 - Procede d'acces pour reseau local sans fils a acces aleatoire - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'accès d'un ensemble de systèmes émetteur-récepteur à un canal de transmission d'un réseau sans fils dans lequel chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur désirant transmettre une trame sur le canal de transmission, détermine, si le canal de transmission est occupé, un nombre aléatoire entre 0 et une fenêtre de contention, CW, et attend, à la libération du canal de transmission, au moins une durée proportionnelle au nombre aléatoire avant de transmettre la trame, ledit procédé comprenant les étapes consistant, pour au moins un système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, à déterminer une estimation d'une donnée représentative de la durée d'attente moyenne entre deux transmissions de trames sur le canal de transmission et à augmenter la fenêtre de contention si l'estimation est inférieure à une valeur cible déterminée ou diminuer la fenêtre de contention si l'estimation est supérieure à la valeur cible déterminée.
Description
PROCEDE D'ACCES POUR RESEAU LOCAL SANS FILS A ACCES ALEATOIRE
Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'accès pour un réseau local sans fils à accès aléatoire au canal de transmission.
Exposé de l'art antérieur Un réseau est constitué d'un ensemble d'ordinateurs, ou systèmes émetteur- récepteur, reliés par des canaux de communication qui leur permettent d'échanger des trames d'information entre eux. Un réseau sans fils utilise les ondes radio- électriques (ondes radio et ondes infrarouges) pour les échanges de trames entre systèmes émetteur-récepteur. Un réseau local sans fils ou WLAN (acronyme anglais pour Wireless Local Area Network) est un réseau sans fils à canal de transmission hertzien dans lequel les systèmes émetteur-récepteur du réseau utilisent la même fréquence porteuse pour la transmission de trames.
L'échange de trames sur le canal de transmission du réseau local sans fils peut être réalisé selon un protocole d'échanges défini par la norme IEEE 802.11 et les révisions de cette norme. En particulier, la norme IEEE 802.11 définit un procédé d'accès au canal de transmission appelé procédé d'accès multiple avec détection de porteuse et évitement de collision ou CSMA/CA (acronyme anglais pour Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). Un tel procédé d'accès prévoit que chaque système souhaitant émettre une trame vérifie avant toute émission que le canal de transmission est libre. Si le canal n'est pas libre, le système tire un nombre aléatoire C dans une fenêtre de contention dont la valeur inférieure est 0 et la valeur supérieure est notée CW (acronyme anglais pour Contention Window). Une fois que le canal est libre, le système souhaitant émettre attend, après la libération du canal, une durée de garde fixe DIFS (acronyme anglais pour DCF InterFrame Spacing, DCF signifiant Distributed Coordination Function) puis une durée égale à C*Slot où Slot correspond à une durée élémentaire. Les durées DIFS et Slot sont fixes et dépendent du réseau considéré.
La figure 1 illustre le principe de fonctionnement d'un procédé d'accès du type CSMA/CA. Trois axes de temps 1, 2 et 3 associés respectivement à des premier, deuxième et troisième systèmes émetteur-récepteur d'un réseau sont représentés. Jusqu'à l'instant t0, le premier système transmet une trame Fl sur le canal de transmission du réseau. On entend par transmission d'une trame sur le réseau, l'ensemble des signaux échangés entre un système émetteur et un système destinataire. En particulier, ceci inclut généralement un message d'acquittement émis par le système destinataire en fin de transmission. Dans le présent exemple, les deuxième et troisième systèmes souhaitent émettre à leur tour une trame au cours de la transmission de la trame F1. Le deuxième système tire alors un nombre aléatoire Cl entre 0 et CW correspondant à une durée d'attente Tl égale à Cl*Slot et le troisième système tire un nombre aléatoire C2 entre 0 et CW correspondant à une durée d'attente T2 égale à C2*Slot. Dans le présent exemple, Tl est supérieur à T2.
A la libération du canal à l'instant t0, les deuxième et troisième systèmes attendent la durée fixe DIFS. Le deuxième système commence alors le décompte de la durée Tl et le troisième système le décompte de la durée T2. La durée T2 étant inférieure à la durée Tl, le troisième système commence à émettre une trame F2 à l'instant tl. Il restait alors au deuxième système à attendre une durée T3. Le deuxième système attend la fin de la transmission de la trame F2, puis une fois le canal libre à l'instant t2, attend la durée fixe DIFS puis effectue le décompte de la durée T3 avant de transmettre la trame F3.
La figure 2 illustre un autre aspect du principe de fonctionnement d'un procédé d'accès du type CSMA/CA. Dans le présent exemple, les deuxième et troisième systèmes ont tiré un même nombre aléatoire correspondant, par exemple, à une durée d'attente Tl'. En conséquence, à l'instant tl', les deuxième et troisième systèmes, après avoir attendu la durée Tl', conunencent respectivement la transmission d'une trame F2' et d'une trame F3'. On a donc une collision puisque deux trames sont transmises simultanément sur le canal de transmission du réseau. Une telle collision est détectée par le fait que ni le deuxième ni le troisième système ne reçoit de message d'acquittement confirmant une bonne réception d'une trame par le système destinataire. Le procédé d'accès CSMA/CA prévoit alors que les deuxième et troisième systèmes doublent la valeur de CW. Un tel procédé correspond à un procédé d'augmentation exponentiel. Le deuxième système tire alors un nombre aléatoire entre 0 et 2CW correspondant à une durée d'attente T2' et le troisième système tire un nombre aléatoire entre 0 et 2CW correspondant à une durée d'attente T3', inférieure, dans le présent exemple, à T2'. La fenêtre de contention étant augmentée, la probabilité pour que les deuxième et troisième systèmes attendent des durées différentes est plus importante et donc la probabilité qu'une nouvelle collision se produise est réduite. A la fin de la transmission de la trame la plus longue, les deuxième et troi- sième systèmes coitunencent respectivement le décompte des durées T2' et T3' à l'instant t2'. De façon analogue à l'exemple précédent, à l'instant t3', le troisième système émet une trame F4', correspondant éventuellement à la trame F3'. A la fin de la transmission de la trame F3', le deuxième système attend alors la durée DIFS puis la durée restante T4' avant de transmettre une trame F5'. S'il y avait eu à nouveau une collision entre les deuxième et troisième systèmes, leurs fenêtres de contention auraient été encore doublées.
Après une transmission réussie, la valeur supérieure CW de la fenêtre de contention d'un système émetteur-récepteur ayant participé à une collision est remise à une valeur minimale CWmin. Par ailleurs, la valeur supérieure CW de la fenêtre de contention d'un système émetteur-récepteur ne peut pas dépasser une valeur maximale CWmax si le système participe à plusieurs collisions successives. Les valeurs CWmin et CWmax sont fixées de façon identique pour tous les systèmes du réseau.
Un tel procédé d'accès ne permet généralement pas d'atteindre l'optimum de capacité du réseau. En outre, un tel procédé d'accès peut conduire à des problèmes d'équité à court terme. En effet, la fenêtre de contention d'un système participant à plusieurs collisions successives s'accroît rapidement. Un tel système peut, après plusieurs collisions successives, déterminer un nombre aléatoire correspondant à une durée d'attente importante. Un tel système transmet finalement une trame après une durée d'attente bien supérieure à la durée d'attente moyenne de transmission de trame des autres systèmes émetteur-récepteur du réseau. De plus, un tel procédé d'accès ne permet pas de détecter si la transmission non réussie d'une trame est due à une collision ou à de mauvaises conditions de transmission. Le premier cas correspond à la présence de systèmes émetteur-récepteur concurrents alors que dans le second cas, le problème n'est pas lié à la surcharge du réseau et pourrait être résolu en changeant la modulation utilisée par le système pour la transmission des trames.
La présente invention vise à proposer un procédé d'accès au canal de transmission d'un réseau sans fils à accès aléatoire permettant d'approcher l'optimum de capacité du réseau.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé d'accès au réseau permettant d'améliorer l'équité à court terme.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé d'accès permettant de détecter si des échecs de transmission de trame correspondent à des collisions ou à des mauvaises conditions de transmission.
Résumé de l'invention Dans ce but, la présente invention prévoit un procédé d'accès d'un ensemble de systèmes émetteur-récepteur à un canal de transmission d'un réseau local sans fils dans lequel chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur désirant transmettre une trame sur le canal de transmission, tire, si le canal de transmission est occupé, un nombre aléatoire dans une fenêtre de contention et attend, à la libération du canal de transmission, au moins une durée proportionnelle au nombre aléatoire avant de transmettre la trame. Le procédé comprenant les étapes suivantes pour au moins un système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur: (a) déterminer une estimation d'une donnée représentative de la durée d'attente moyenne entre deux transmissions de trames sur le canal de transmission; et (b) augmenter la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à une valeur cible déterminée constante ou qui dépend uniquement d'une estimation du nombre de systèmes émetteur-récepteur actifs de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur ou diminuer la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les étapes (a) et (b) sont réalisées indépendamment pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur cible déterminée est identique et constante pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, la fenêtre de contention étant augmentée ou diminuée de façon à évoluer autour d'une même valeur de fenêtre de contention pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, à l'étape (b), si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible déterminée, une nouvelle valeur supérieure, CWnew, de la fenêtre de contention est déterminée à partir de la dernière valeur supérieure, CWold, de la fenêtre de contention déterminée selon la relation suivante: CWnew = CWold a où a est un nombre réel positif inférieur à l'unité, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, la nouvelle valeur supérieure de fenêtre de contention est déterminée selon la relation suivante: 2CWo1d CWnew = 2+6CWo1d où E est un nombre réel positif inférieur à l'unité.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les étapes (a) et (b) sont réalisées par un système émetteur-récepteur spécifique de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, le système émetteur-récepteur spécifique transmettant, après l'étape (b), la fenêtre de contention aux autres systèmes émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, avant l'étape (a), le système émetteur-récepteur spécifique met à une valeur initiale une donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, et dans lequel, à l'étape (b), si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible déterminée, le système émetteur-récepteur spécifique diminue la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur et modifie la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur diminuée, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, le système émetteur-récepteur spécifique augmente la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur- récepteur et modifie la fenêtre de conten- tion et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur augmentée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, la fenêtre de contention dépend du débit d'émission du système émetteurrécepteur et/ou de la taille de la trame à émettre par le système émetteur-récepteur.
La présente invention prévoit également un système émetteur-récepteur destiné à échanger des trames sur un canal de transmission d'un réseau local sans fils, comprenant un moyen de tirage, si le canal de transmission est occupé, d'un nombre aléatoire dans une fenêtre de contention, et un moyen de transmission, à la libération du canal de transmission, d'une trame après l'attente d'au moins une durée proportionnelle au nombre aléatoire, et comprenant un moyen de détermination d'une estimation d'une donnée représentative de la durée d'attente moyenne entre deux transmissions de trames sur le canal de transmission, et un moyen pour augmenter la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à une valeur cible déterminée constante ou qui dépend d'une estimation du nombre de systèmes émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur ou pour diminuer la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée.
CWnew = a où a est un nombre réel positif inférieur à l'unité, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, selon la relation suivante: Selon un mode de réalisation de la présente invention, la valeur cible déterminée est constante, le système émetteur-récepteur comprenant un moyen de détermination d'une nouvelle valeur supérieure, CWnew, de la fenêtre de contention à partir de la dernière valeur supérieure, CWold, de la fenêtre de contention déterminée, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible déterminée, selon la relation suivante: CWold 2CWold CWnew - 2+ sCWold où s est un nombre réel positif inférieur à l'unité.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système émetteur-récepteur comprend un moyen de mémorisation d'une valeur initiale d'une donnée représentative d'un nombre de systèmes émetteur- récepteur du réseau; un moyen, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible, pour diminuer la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur et pour modifier la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur diminuée, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, pour augmenter la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur et pour modifier la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur- récepteur augmentée; et un moyen de transmission de la fenêtre de contention sur le canal de transmission à d'autres systèmes émetteur- récepteur du réseau.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de deux modes de réalisation parti- culiers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 2, précédemment décrites, illustrent le principe de fonctionnement d'un procédé d'accès à un réseau sans fils du type CSMA/CA; la figure 3 illustre schématiquement le principe de fonctionnement du procédé d'accès à un réseau sans fils selon l'invention; la figure 4 est un graphe illustrant l'évolution de la valeur supérieure de la fenêtre de contention optimale en fonc- tion du nombre de systèmes émetteur-récepteur du réseau; la figure 5 est un graphe illustrant l'évolution de la durée moyenne d'attente optimale en fonction du nombre de systèmes émetteur-récepteur du réseau; la figure 6 illustre les étapes d'un premier exemple 20 de réalisation du procédé selon l'invention; et la figure 7 illustre les étapes d'un second exemple de réalisation du procédé selon l'invention.
Description détaillée
Le procédé selon la présente invention reprend certains principes d'un procédé de type CSMA/CA. En particulier, pour éviter les collisions, le procédé selon l'invention prévoit que les systèmes émetteur-récepteur du réseau attendent une durée proportionnelle à un nombre aléatoire choisi entre zéro et la valeur supérieure CW de la fenêtre de contention. Toutefois, à la différence d'un procédé CSMA/CA, le procédé selon la présente invention prévoit que les valeurs supérieures CW des fenêtres de contention utilisées par les systèmes émetteur- récepteur du réseau sont égales à une même valeur ou convergent vers une même valeur pour tous les systèmes. Il n'y a donc pas d'augmentation exponentielle de la valeur supérieure CW de la fenêtre de contention d'un système émetteur-récepteur en cas de collision. La valeur supérieure CW de la fenêtre de contention de chaque système émetteur-récepteur est adaptée à la charge réelle du réseau et modifiée en fonction du nombre de systèmes actifs.
La figure 3 illustre la démarche qui a conduit au procédé d'accès selon la présente invention.
Le principe de la présente invention consiste, pour assurer une équité à court terme et de faibles durées d'attente, à maintenir la valeur supérieure CW de la fenêtre de contention à une valeur optimale identique pour tous les systèmes émetteur-récepteur du réseau, ou à faire tendre la valeur supérieure CW de la fenêtre de contention de chaque système émetteur-récepteur du réseau vers ladite valeur optimale. La valeur optimale de CW est modifiée en fonction du nombre de systèmes émetteur-récepteur en compétition.
La figure 3 illustre le processus mis en oeuvre pour déterminer la valeur optimale de CW. On considère que tous les systèmes émetteur-récepteur du réseau sont "gourmands", c'est-à- dire qu'ils ont toujours une trame à transmettre. La figure 3 illustre un processus de transmission de trames sur un réseau sans fils comprenant deux systèmes émetteur-récepteur sous la forme d'un processus stochastique à temps discret évoluant entre les trois états suivants: - état d'attente 2; - transmission réussie pour le premier système (carré blanc 3) ou pour le second système (carre noir 4) ; et - collision (carré contenant une croix 5).
En réalité, tous les intervalles de temps ne sont pas égaux. Par exemple, la durée d'un état d'attente est nettement inférieure à la durée d'une collision, qui à son tour peut être inférieure à la durée d'une transmission réussie (qui inclut le message d'acquittement émis par le système destinataire en fin de transmission). Toutefois, en figure 3, les intervalles de temps pour chaque état sont représentés avec des durées égales, car cela suffit lorsqu'on s'intéresse seulement à des probabilités de se trouver dans un état donné. On peut remarquer qu'il est facile pour un système émetteur-récepteur du réseau de faire la distinction entre un état d'attente, dans lequel aucune porteuse n'est détectée sur le réseau, et les deux autres états, dans lesquels une porteuse est détectée sur le réseau.
Considérons maintenant l'événement consistant pour un système émetteurrécepteur en la tentative de transmission d'une trame sur le réseau dans un intervalle de temps donné. On note Pe la probabilité de tentative de transmission. La probabilité d'une transmission réussie, notée Pt, dans un intervalle de temps donné pour un réseau comportant N systèmes émetteur-récepteur s'obtient en considérant qu'un tel événement nécessite une tentative de transmission d'un seul système émetteur- récepteur et l'absence de tentative de transmission pour tous les autres systèmes émetteur-récepteur. L'expression de la probabilité Pt est la suivante: Pt = N Pe (1 - Pe)N-1 (1) L'expression de la probabilité de collision Pc dans un 20 intervalle de temps donné est la suivante: Pc=1- Pt-Pi (2) où Pi est la probabilité d'un état d'attente dans l'intervalle de temps donné, et s'exprime de la façon suivante: Pi =(1-Pe)N (3) On note ni le nombre d'intervalles d'état d'attente consécutifs entre deux tentatives de transmission (correspondant à des transmissions réussies ou à des collisions). On note ni La moyenne du nombre ni. La moyenne ni est reliée à la probabilité d'un état d'attente par la relation suivante: Pi ni= (4) 1-Pi En considérant que la durée d'une trame est constante, et que la fenêtre de contention est identique pour tous les systèmes du réseau, la probabilité Pe peut s'exprimer de la façon suivante: Pe_ (5) CW +1 Cette relation est valable seulement si les systèmes émetteur- récepteur considèrent les intervalles de transmission réussie et de collision de façon analogue aux intervalles d'attente. Ceci n'est en général pas vrai. En effet, par exemple pour un procédé d'accès du type CSMA/CA, les systèmes émetteur-récepteur interrompent le décompte de la durée d'attente durant les transmissions. Néanmoins, l'équation (5) reste une bonne approximation de la probabilité Pe pour un procédé d'accès à fenêtre de contention donnée. On notera que même si l'on connaît la probabilité de tentative Pe' pour trouver les autres probabilités il est nécessaire de connaître N, c'est-à-dire le nombre de systèmes émetteur- récepteur en compétition.
La présente invention consiste à optimiser le débit de transmissions réussies de trames sur le canal de transmission du réseau en minimisant la durée perdue en collision ou en attente. On peut exprimer le débit comme une fonction de Pe de la façon suivante: Ptsd X(Pe)= Pt Tt +PcTc + PiTSLOT (6) où Tt correspond à la durée moyenne d'une transmission, Tc correspond à la durée moyenne d'une collision et TSLOT correspond à la durée d'un intervalle d'attente. Ces paramètres sont généralement des paramètres propres à la structure des systèmes émetteur-récepteur et ne sont pas modifiables. On note sd la taille d'une trame. Pour l'emploi des réseaux sans fils actuels, la taille maximale d'une trame est généralement de l'ordre de 1500 octets.
La présente invention vise à déterminer la probabilité de tentative optimale PeOPt qui rend maximum le débit en mini- misant le temps passé dans des collisions et le temps passé en attente tout en rendant maximum le temps passé en transmission réussie. On définit alors la fonction de coût Cost suivante qui doit être rendue minimale: Cost(Pe) = TcPc + TSLOTPi (7) Pt En mettant à zéro la dérivée première de l'équation précédente, on obtient l'équation: 1 NPé pt = rl(1 _ pe pt)N avec: (8) (9) Pour un nombre N de systèmes émetteur-récepteur tendant vers l'infini, l'équation (9) devient: 1 S = ne S (10) L'équation (10) peut être résolue numériquement. Par exemple, pour Tc/TSLOT = 60, on obtient ç = 0,172. A partir de l'équation (5), on détermine alors la valeur supérieure CW Pt de la fenêtre de contention optimale et, à partir des équations (3) et (4), on obtient la moyenne du nombre d'intervalles d'attente consécutifs entre deux tentatives de transmission -opt
TSLOT
A titre d'exemple, pour un procédé CSMA/CA selon la norme IEEE 802.11b, on a approximativement: Tc -1200gs=60 TSLOT 20 Ils Pour un procédé d'accès selon la norme IEEE 802.11g, on a approximativement: Tc 300 s _34 TSLOT 9 gs En notant ç= NPé Pt, on obtient l'équation suivante 1-S=r) (1-N)N correspondant à CW Pt.
Pour un nombre N de systèmes émetteur-récepteur tendant vers l'infini, l'équation (3) devient alors: lim(1 P)N = lim(1- -)N =e_S (11) N. co e N>- N L'équation (4) implique donc que la moyenne du nombre d'intervalles d'état d'attente ni tend vers une constante pour un nombre N de systèmes émetteur-récepteur tendant vers l'infini.
La figure 4 représente l'évolution de CW Pt en fonction du nombre N de systèmes émetteur-récepteur du réseau, et la figure 5 représente l'évolution de lpt en fonction de N. Les courbes précédentes sont obtenues à partir du tableau I ci-dessous:
Tableau I
N CWopt 1opt N CWopt -opt 2 16 3,516 22 249 5,174 3 28 4,183 23 261 5,188 4 40 4,516 24 272 5,181 51 4,616 25 284 5,195 6 63 4,765 26 295 5,188 7 75 4,872 27 307 5,200 8 86 4,890 28 319 5,211 9 98 4,960 29 330 5,204 110 5,015 30 342 5,215 11 121 5,015 31 353 5,208 12 133 5,057 32 365 5,218 13 144 5,053 33 377 5,227 14 156 5,086 34 388 5,220 168 5,115 35 400 5,229 16 179 5,108 36 412 5,237 17 191 5,132 37 423 5,231 18 203 5,154 38 435 5,238 19 214 5,146 39 446 5,233 226 5,165 40 458 5,240 21 237 5,158 La moyenne r pt converge rapidement vers une valeur asymptotique et évolue très peu dès que N est suffisamment 35 grand.
15 20 25 30 La figure 6 illustre, plus en détail, les étapes d'un premier exemple de réalisation du procédé d'accès selon la présente invention. Selon le premier exemple de réalisation, la détermination de la valeur supérieure de la fenêtre de contention est réalisée par chaque système émetteur-récepteur du réseau indépendamment l'un de l'autre.
A l'étape 10, chaque système émetteur-récepteur du réseau détermine une valeur cibletarget Comme cela apparaît en figure 4, opt converge très rapidement vers une valeur asymp- totique, légèrement supérieure à 5,2 pour un procédé d'accès dont les caractéristiques correspondent par ailleurs à celles définies dans la norme IEEE 802.11b. On fixe alors la valeur -target cible ni à environ 5,2 pour tous les systèmes émetteurrécepteur du réseau ce qui correspond à la moyenne 11opt optimale pour 27 utilisateurs. En effet, pour un nombre N de systèmes émetteur-récepteur supérieur à 27, l'augmentation de 1opt est inférieure à 2 %. Un tel choix de valeur cible 1target signifie que l'efficacité du réseau peut être légèrement diminuée lorsque le nombre d'utilisateurs est faible. Toutefois, ceci a peu d'impact sur les performances du réseau, puisque, dans ce cas, chaque système émetteur-récepteur bénéficie d'une grande part de la bande passante disponible.
A l'étape 12, chaque système émetteur-récepteur du réseau détermine une estimation de la moyenne fi, c'est-à-dire une estimation de la moyenne du nombre d'intervalles d'attente consécutifs entre deux tentatives de transmission.
A l'étape 14, chaque système émetteur-récepteur -target compare l'estimation fli à la valeur cible ni. Si ni est -target inférieur à n. , le procédé continue à l'étape 26. Si rai est -target supérieur à rai, le procédé continue à l'étape 28.
Le procédé selon l'invention tend à faire converger l'estimation pli vers la valeur cible -target ni Puisqu'il est souhaitable de partager également la probabilité de tentative de transmission Pe entre tous les systèmes émetteur-récepteur du réseau, le procédé selon l'invention modifie la probabilité de tentative de transmission Pe selon une régulation du type AIMD (acronyme anglais pour Additive Increase Multiplicative Decrease) qui fait tendre Pe vers une valeur commune pour tous les systèmes émetteur-récepteur du réseau. Plus précisément, si - target ni est supérieur à rli, Pe est augmenté de façon additive, c'est-à-dire que Pe est augmenté de E. Ceci entraîne la diminution du nombre attendud'intervalles d'attente consécutifs. Au contraire, si i1i est inférieur à -Larget, on diminue Pe de façon multiplicative, c'est-à-dire qu'on multiplie Pe par un coef- ficient a inférieur à 1. Ceci entraîne l'augmentation du nombre attendu d'intervalles d'attente consécutifs. En pratique, la modification de la probabilité Pe est obtenue en modifiant CW à partir de l'équation suivante, obtenue par simplification de l'équation (5) . Pe = CW (12) A l'étape 16, 11i étant supérieur à -target une nouvelle valeur CWnew de la valeur supérieure de la fenêtre de contention est obtenue à partir de la dernière valeur supérieure déterminée de la fenêtre de contention CWold de la façon suivante: CWnew = 2 + CCWold A l'étape 18, rli étant inférieur a -target une nouvelle valeur CWrieW est obtenue à partir de la dernière valeur CWnew = a A titre d'exemple, des coefficients de régulation AIMD adaptés sont a = 1/1,2 et e = 0,001.
Pour comprendre comment fonctionne l'algorithme selon l'invention, il est nécessaire de connaître les valeurs de CW qui imposent des probabilités Pe et Pi telles que ni =5,2. Le tableau II ci-dessous donne les valeurs de CW pour ni =5,2 pour un nombre N croissant de systèmes émetteur- récepteur.
2CWold CWold 25 de la façon suivante: CWold
Tableau II
N CW N CW
2 22,756 22 250,157 3 34,122 23 261,527 4 45,490 24 272,898 56,859 25 284,269 6 68,229 26 295,640 7 79,599 27 307,010 8 90,969 28 318,381 9 102,340 29 329,751 113,710 30 341,122 11 125,080 31 352,493 12 136,451 32 363,863 13 147,821 33 375,234 14 159,192 34 386,605 170,562 35 397,975 16 181,933 36 409,346 17 193,304 37 420,717 18 204,674 38 432,087 19 216,045 39 443,458 227,415 40 454,829 21 238,786 Par exemple, pour 5 systèmes émetteur- récepteur et ni =5,2, on a Pi=0,839 d'après l'équation (4), Pe=0,035 d'après l'équation (3), et CW=56,859 d'après l'équation (5). Le tableau II donne donc les valeurs de CW qui seraient utilisées pour une valeur cible ni=5,2. Par exemple si le nombre de systèmes émetteur-récepteur est 5, la valeur de CW oscille pour chaque système émetteur-récepteur autour de 56,859. Plus précisément, supposons que 5 systèmes émetteur-récepteur du réseau utilisent la valeur supérieure de fenêtre de contention 51. A l'étape 12, il est probable que l'estimation r)i obtenue sera de l'ordre de 4,6 (voir tableau I). L'estimation Ili étant inférieure à 5,2, chaque système émetteur-récepteur, à l'étape 18, détermine une nouvelle valeur CWnew = CWold/a 60. La nouvelle valeur CWnew correspond à Pe=0,033 et Pi=0,0846 et donc à ni=5,49, ce qui correspond probablement à l'estimation ni qui sera alors obtenue à l'étape 12 par chaque système émetteur-récepteur. Comme pli est supérieur à 5,2, chaque système émetteur-récepteur, à l'étape 16, détermine une nouvelle valeur CWnew = 2CWold/(2+ECWold) 58,25. La nouvelle valeur CWnew correspond à Pe=0,034 et Pi=0,0842 et donc à ni =5,33, ce qui correspond probablement à l'estimation pli qui sera alors obtenue à l'étape 12. Comme pli est supérieur à 5,2, chaque système émetteur-récepteur, à l'étape 16, détermine une nouvelle valeur CWnew = 2CWold/(2+CWold) 56,60. On note bien la convergence vers la valeur 56,859.
La figure 7 illustre les étapes d'un second exemple de 15 réalisation du procédé selon la présente invention.
Selon le second exemple de réalisation de la présente invention, un système émetteur-récepteur particulier du réseau, appelé système maître, est adapté à transmettre des trames à la totalité des systèmes émetteurrécepteur du réseau. A titre d'exemple, le système maître peut en outre correspondre à un système qui est l'émetteur ou le récepteur de toutes les trames échangées par des systèmes émetteur-récepteur du réseau. Un tel système maître est alors généralement appelé point d'accès. Le système maître estime la moyenne pli du nombre d'intervalles d'attente consécutifs entre deux tentatives de transmissions sur le réseau et transmet alors la valeur supérieure CW Pt de la fenêtre de contention optimale correspondante à tous les systèmes émetteur-récepteur du réseau. Si le nombre de systèmes émetteur-récepteur en compétition varie, la fenêtre de conten- tion est modifiée par le système maître pour s'adapter aux nouvelles conditions. On obtient alors un débit de réseau optimal, associé à un faible nombre de collisions, et à une bonne équité à court terme.
A l'étape 20, le système maître détermine une valeur 35 initiale du nombre de systèmes émetteur-récepteur en compétition Ntarget, par exemple 2. Le système maître détermine alors les valeurs CWoPt et opt (cf. tableau I) à partir de la valeur Ntarget choisie. 22, le système maître détermine une A l'étape estimation fi de la moyenne d'intervalles d'attente consécutifs entre deux tentatives de transmission sur le réseau.
A l'étape 24, le système maître compare à nopt. Si est inférieur à 1 pt, le procédé continue à l'étape 26 et si pli est supérieur à rpt, le procédé continue à l'étape 28.
A l'étape 26, fi étant inférieur à ropt, cela signifie que le nombre de transmissions sur le réseau est supérieur au nombre attendu. Le système maître ajuste alors la fenêtre de -opt contention en augmentant Ntarget et modifie CWoPt et r. en conséquence Le procédé continue alors à l'étape 30 à laquelle le système maître transmet la nouvelle valeur supérieure de fenêtre de contention à l'ensemble des systèmes émetteur-récepteur du réseau. Le procédé retourne alors à l'étape 22.
A l'étape 28, îi étant supérieur à rapt, cela signifie qu'il y a trop peu de transmissions sur le réseau. Le système maître diminue alors la valeur Ntarget et modifie CW Pt et iept en conséquence. Le procédé continue alors à l'étape 32 à laquelle le système maître transmet la nouvelle valeur supérieure de fenêtre de contention à l'ensemble des systèmes émetteur-récepteur du réseau. Le procédé retourne alors à l'étape 22.
Un tel procédé tend donc à faire converger la valeur vers le nombre réel de systèmes émetteur-récepteur en compétition sur le réseau.
Pour les deux exemples de réalisation précédemment décrits, on a considéré que chaque système émet des trames sur le canal de transmission du réseau avec un débit d'émission identique. Toutefois, les systèmes émetteur-récepteur d'un réseau sans fils peuvent émettre des trames avec des débits différents. A titre d'exemple, certains procédés de transmission de trames prévoient, en cas de tentatives successives infrucNtarget tueuses de transmission de trame, de réduire le débit d'émission d'un système émetteur afin d'augmenter le rapport signal sur bruit de la trame transmise. Dans le cas où des systèmes émettant à des débits différents coexistent sur un même réseau, le procédé selon l'invention prévoit que les systèmes qui émettent avec le débit maximum ratemax utilisent la valeur supérieure CW de fenêtre de contention telle que déterminée selon l'un des exemples de réalisation précédemment décrits. Si un système du réseau émet avec un débit ratecurrent inférieur, le procédé selon l'invention prévoit, pour ce système émetteur-récepteur, d'utiliser une valeur supérieure CW' modifiée de fenêtre de contention obtenue à partir de la valeur supérieure CW de fenêtre de contention associée au débit maximum de la façon suivante: CW'= CW x rate max ratecurrent Dans ce cas, la probabilité de tentative de transmission pour des systèmes émetteur-récepteur ayant le débit ratecurrent est diminuée par un facteur ratemax/rate current- on laisse donc plus de capacité de transmission disponible pour des systèmes émetteur-récepteur ayant le débit ratemax le plus élevé, ce qui évite qu'un système émetteurrécepteur à faible débit n'encombre excessivement le canal de transmission du réseau.
De façon similaire, le procédé selon la présente invention peut prendre en compte un trafic dans lequel les trames transmises ont des tailles différentes. Dans ce cas, pour un système transmettant des trames de taille maximale, par exemple de 1500 octets dans les exemples de réalisation précédemment décrits, la valeur supérieure CW de fenêtre de contention associée à un tel système émetteur-récepteur est déterminée selon l'un des exemples de réalisation précédeuunent décrits. Pour un système transmettant des trames de taille inférieure, on considère qu'il a un débit différent du débit des autres systèmes émetteur-récepteur et on modifie la valeur supérieure de la fenêtre de contention associée à un tel système émetteur-récepteur de manière analogue a ce qui a été décrit précédemment pour des systèmes émetteur-récepteur ayant des débits d'émission différents.
La présente invention comporte de nombreux avantages: Premièrement, elle permet la transmission de trames sur un réseau sans fils avec un débit optimum, une bonne équité à court terme même pour un grand nombre de systèmes émetteur-récepteur.
Deuxièmement, elle permet la détermination du nombre de systèmes émetteurrécepteur actifs sur le réseau.
Troisièmement, elle permet de décider si les transmissions infructueuses de trames sont dues à des mauvaises transmissions de trames qui s'ajoutent aux collisions. Une mauvaise transmission de trame correspond à une trame qui n'a pas été reçue correctement par le système destinataire alors qu'il n'y a pas eu de collision. Ceci peut être dû à de mauvaises conditions de transmission, le système émetteur de la trame étant, par exemple, trop éloigné du système destinataire.
On peut utiliser l'estimation fi du nombre d'intervalles d'attente consécutifs pour estimer la probabilité de perte de trame. En effet, à partir de l'estimation fi, un système émetteur-récepteur peut déterminer, en utilisant l'équation (2), la probabilité de collision Pc qui serait attendue étant donné les conditions de fonctionnement du réseau. Si le nombre de transmissions non réussies réel (incluant les collisions et les mauvaises transmissions), c'est-à-dire le nombre de transmissions pour lesquelles le système émetteur ne reçoit pas d'acquittement, est plus important que la valeur issue de la probabilité de collision attendue, ceci signifie que certaines transmissions non réussies ne correspondent pas à des collisions mais correspondent à des mauvaises transmissions. On peut donc estimer le nombre de mauvaises transmissions et envisager, par exemple, de modifier les débits d'émission des systèmes émetteur-récepteur à l'origine des mauvaises transmissions. 10
Claims (10)
1. Procédé d'accès d'un ensemble de systèmes émetteur-récepteur à un canal de transmission d'un réseau local sans fils dans lequel chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur désirant transmettre une trame sur le canal de transmission, tire, si le canal de transmission est occupé, un nombre aléatoire dans une fenêtre de contention et attend, à la libération du canal de transmission, au moins une durée proportionnelle au nombre aléatoire avant de transmettre la trame, ledit procédé comprenant les étapes suivantes pour au moins un système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur: (a) déterminer une estimation d'une donnée représentative de la durée d'attente moyenne entre deux transmissions de trames sur le canal de transmission; et (b) augmenter la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à une valeur cible déterminée constante ou qui dépend uniquement d'une estimation du nombre de systèmes émetteur-récepteur actifs de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur ou diminuer la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes (a) et (b) sont réalisées indépendamment pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la valeur cible déterminée est identique et constante pour chaque système émetteurrécepteur de l'ensemble de systèmes émetteur- récepteur, la fenêtre de contention étant augmentée ou diminuée de façon à évoluer autour d'une même valeur de fenêtre de contention pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, à l'étape (b), si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible déterminée, une nouvelle valeur supérieure, CWnew' de la fenêtre de contention est déterminée à partir de la dernière valeur supérieure, CWold, de la fenêtre de contention déterminée selon la relation suivante: CWold a où a est un nombre réel positif inférieur à l'unité, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, la nouvelle valeur supérieure de fenêtre de contention est déterminée selon la relation suivante: 2CWold CWnew = 2 + CCWo1d où s est un nombre réel positif inférieur à l'unité.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes (a) et (b) sont réalisées par un système émetteur-récepteur spécifique de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, le système émetteur-récepteur spécifique transmettant, après l'étape (b), la fenêtre de contention aux autres systèmes émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, avant l'étape (a), le système émetteur-récepteur spécifique met à une valeur initiale une donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, et dans lequel, à l'étape (b), si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible déterminée, le système émetteur- récepteur spécifique diminue la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur et modifie la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur diminuée, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible CWnew = déterminée, le système émetteur-récepteur spécifique augmente la donnée représentative du nombre de systèmes émetteurrécepteur et modifie la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur augmentée.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour chaque système émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur-récepteur, la fenêtre de contention dépend du débit d'émission du système émetteurrécepteur et/ou de la taille de la trame à émettre par le système émetteur-récepteur.
8. Système émetteur-récepteur destiné à échanger des trames sur un canal de transmission d'un réseau local sans fils, comprenant un moyen de tirage, si le canal de transmission est occupé, d'un nombre aléatoire dans une fenêtre de contention, et un moyen de transmission, à la libération du canal de transmission, d'une trame après l'attente d'au moins une durée proportionnelle au nombre aléatoire, et comprenant un moyen de détermination d'une estimation d'une donnée représentative de la durée d'attente moyenne entre deux transmissions de trames sur le canal de transmission, et un moyen pour augmenter la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à une valeur cible déterminée constante ou qui dépend d'une estimation du nombre de systèmes émetteur-récepteur de l'ensemble de systèmes émetteur- récepteur ou pour diminuer la fenêtre de contention si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée.
9. Système émetteur-récepteur selon la revendication 8, dans lequel la valeur cible déterminée est constante, le système émetteur-récepteur comprenant un moyen de détermination d'une nouvelle valeur supérieure, CWnew, de la fenêtre de contention à partir de la dernière valeur supérieure, CWold, de la fenêtre de contention déterminée, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible déterminée, selon la relation suivante: CWold a où a est un nombre réel positif inférieur à l'unité, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, selon la relation suivante: 2CWold CWnew = 2 + ECWold où E est un nombre réel positif inférieur à l'unité.
10. Système émetteur-récepteur selon la revendication 8, comprenant: - un moyen de mémorisation d'une valeur initiale d'une donnée représentative d'un nombre de systèmes émetteur-récepteur du réseau; - un moyen, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est inférieure à la valeur cible, pour diminuer la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur et pour modifier la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur diminuée, et, si l'estimation de la donnée représentative de la durée d'attente moyenne est supérieure à la valeur cible déterminée, pour augmenter la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur- récepteur et pour modifier la fenêtre de contention et la valeur cible déterminée à partir de la donnée représentative du nombre de systèmes émetteur-récepteur augmentée; et un moyen de transmission de la fenêtre de contention sur le canal de transmission à d'autres systèmes émetteur- récepteur du réseau.
CWnew =
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