WO2004109986A1 - Procede de communication optimise, dispositif d’acces et systeme pour sa mise en oeuvre - Google Patents

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WO2004109986A1
WO2004109986A1 PCT/FR2004/001321 FR2004001321W WO2004109986A1 WO 2004109986 A1 WO2004109986 A1 WO 2004109986A1 FR 2004001321 W FR2004001321 W FR 2004001321W WO 2004109986 A1 WO2004109986 A1 WO 2004109986A1
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frames
aggregation
networks
frame
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Thomas Noel
Jean Lorchat
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Strasbourg
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Strasbourg
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    • H04L69/324—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions in the data link layer [OSI layer 2], e.g. HDLC

Definitions

  • the present invention relates to the field of communication, more particularly the communication being carried out on the basis of data transmissions by frames or packets through at least two networks linked together and having different maximum frame sizes.
  • the subject of the present invention is, in the abovementioned context, a communication method optimized in terms of size of transmitted frames, an access device for implementing this method and a system implementing this method.
  • the frames are formatted so as to be able to circulate on the network having the most authorized maximum frame size most weak, these frames passing to the other network and circulating on the latter without modification or alteration.
  • the harmful influence of the situation described above is particularly penalizing for wireless transmission equipment, in particular those with autonomous power supply, due to a consumption of energy that is not proportional to the quantities of data transmitted.
  • the present invention aims, if not to completely overcome the aforementioned drawbacks and limitations, at least to significantly limit the harmful influences.
  • the main object of the present invention is a method of communication by transmission of frames or data packets, using at least a first and a second communication network linked together by at least one interface point or access, said at least two networks accepting lengths or sizes maximum of different frames or packets, method characterized in that it consists in carrying out, at the level of said access point or of each access point, on the one hand, an aggregation of frames for the messages passing through the first network with a lower maximum frame size to the second network with a higher maximum frame size and, on the other hand, a disaggregation of frames for messages passing from the second network with a higher maximum frame size to the first network with a lower maximum frame size , followed by a reconstruction of the frames which were the subject of an aggregation operation beforehand.
  • the saving in terms of energy and congestion is achieved by reducing the volume of information passing through the network, since the overload involved in sending several frames is reduced to the overload necessary for sending a frame.
  • the cost per bit decreases when the size of the frame increases, for reasons related to the nature of radio communications, which makes it possible to realize additional savings when several frames are grouped together. into a larger frame.
  • the aggregation or grouping of smaller wefts into larger straw wefts can, in the simplest embodiment of the invention, be carried out by simple juxtaposition, without modification of any of said smaller frames, and respecting the maximum size allowed for larger frames.
  • the frame aggregation operation may be preceded by an operation for removing redundant data between the different frames of each group of frames circulating on the first network and intended to form a frame capable of circulating on the second network, and the operation of reconstituting, in their entirety or not, frames intended to circulate on the first network following a disaggregation of frames circulating on the second network, is preceded by an operation to regenerate redundant data deleted during the aggregation.
  • the data deleted during the aggregation and regenerated during the reconstruction consist of identical data at the level of the headers of the frames to be aggregated.
  • the frames circulating on the second network and formed by the aggregation of several frames compatible with the first network contain additional information concerning the structure of the corresponding aggregations.
  • the method can consist in aggregating or grouping frames of the same type or nature and whose destinations in the second network are identical, this without modification or alteration of said aggregated frames.
  • the method may consist in aggregating or grouping frames of the same type, originating from the same source and whose destinations in the second network are identical, at least part of the header of each frame to be transmitted on the second network being common to all the frames aggregated or encapsulated in this frame.
  • the method can consist in aggregating or grouping frames of the same type, forming part of the same message or of the same data stream, originating from the same source and whose destinations in the second network are identical. , at least part of the header of each frame to be transmitted on the second network being common to all the frames aggregated or encapsulated in this frame.
  • Each of the above variants groups the frames differently, in an increasingly specific way, but also more and more efficient in terms of gains, by progressively reducing the redundancy contained in the packets which have been grouped.
  • the method will find particular application when the first network is a wired network, in particular local, and that the second network is a wireless network or with radiofrequency transmission, but also when the two networks are wireless networks or with radiofrequency transmission.
  • a completely preferential application of the method according to the invention can be envisaged when the transmission in the second network meets the communication standard known under the designation IEEE 802.11.
  • IEEE 802.11 the communication standard known under the designation IEEE 802.11.
  • a first mechanism hereinafter referred to as level 2 or two
  • groups before transmitting them
  • the frames arriving on the access point bound for the wireless equipment without any modification, and encapsulates them bound for the wireless equipment. This then splits the incoming frame to reconstruct the original frames.
  • a second mechanism hereinafter referred to as level 2+ or two +, groups (before transmitting them) all the frames for which the header of MAC level is common or identical (i.e. frames of the same type and with destination of the station, from the same level 2 source).
  • This particular case applies very well in the case of connections to a large-scale network such as the Internet since all traffic coming from outside the wireless network will have as MAC level address the address of the router interface. connected to the wireless network.
  • the reconstruction of the frames is done by taking the common header and concatenating the differentiated parts of the frames, which are assembled behind the common header at MAC level.
  • level 3 a third mechanism (hereinafter referred to as level 3 or three) extends the scope of the headers common or identical to the information of the network level protocol (for example IP (Internet protocol), in its IPv4 or IPv6 version), this which saves a little more space in the final frame.
  • IP Internet protocol
  • IPv4 Internet protocol
  • IPv6 IPv6 version
  • the present invention also relates to an interface or access device intended to ensure a link between a first and a second communication networks authorizing the circulation of frames or data packets, said two networks accepting maximum lengths or sizes different frames or packets.
  • This device is characterized in that said device comprises means capable of carrying out, on the one hand, an aggregation of frames for messages passing from the first network with a lower maximum frame size to the second network with a higher maximum frame size, and on the other hand , a disaggregation of frames for messages passing from the second network with a maximum maximum frame size to the first network with a maximum maximum frame size, followed by a reconstruction of the previously aggregated frames.
  • this device will be suitable for implementing the communication method described previously.
  • Said device can be integrated into a mobile or cellular telephone and / or into an access point unit ensuring the connection between one or more stations of a wireless communication network and a wired network.
  • the invention also relates to a communication system comprising at least three separate communication networks all authorizing the circulation of frames or data packets, one of said networks, called the central network, accepting frames of length or size. maximum greater than those accepted by the other two networks, and being able to connect the latter two networks by means of communication channels or paths established between at least two interface or access points ensuring respectively a connection between said central network and one of the other two networks, this system being characterized in that it implements the communication method described above at each interface or access point.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate the frame structures of the type
  • Ethernet and the type corresponding to the IEEE 802.11 standard
  • FIG. 2 to 4 respectively illustrate the frame aggregation mechanisms called in this level 2, level 2+ and level 3;
  • FIG. 5 illustrates, put in parallel, the aggregation and disaggregation operations of the three aforementioned mechanisms;
  • FIG. 6 represents the discharge curve of the second battery of a mobile during the transmission of the latter to the fixed network (with PSP) with and without implementation of the method according to the invention;
  • FIG. 7 represents the discharge curve of the second battery of a mobile during the reception of data (without PSP) with and without application of the method according to the invention
  • FIG. 8 represents the discharge curve of the main battery of a mobile during transmission to a fixed network with and without application of the method according to the invention
  • FIG. 9 is a schematic representation of a communication system according to the invention.
  • the communication method concerned uses at least a first PR and a second SR communication networks linked together by at least one interface point or access PA, said at least two networks PR and SR accepting different maximum lengths or sizes of frames or packets.
  • said method essentially consists in carrying out, at the level of said access point or of each access point PA, on the one hand, an aggregation of frames Tl for the messages passing through the first network PR with size of lower maximum frames to the second SR network with higher maximum frame size and, on the other hand, a disaggregation of T2 frames for messages passing from the second SR network with higher maximum T2 frame size to the first PR network with frame size lower maximum, followed by a reconstitution of the Tl frames which have previously been the subject of an aggregation operation.
  • the invention provides in particular at least one interface or access device intended to ensure a link between a first PR and a second SR communication networks authorizing the circulation of frames or packets of data, said two networks accepting different maximum lengths or sizes of frames or packets.
  • This device comprises in particular means capable of carrying out, on the one hand, an aggregation of frames T1 for the messages transiting from the first network PR with a lower maximum frame size to the second network SR with a higher maximum frame size, and on the other hand On the other hand, a disaggregation of T2 frames for messages passing from the second SR network with a higher maximum frame size to the first PR network with a lower maximum frame size, followed by a reconstruction of the previously aggregated T1 frames.
  • NICs Wireless Network Interface Cards
  • IEEE 802.11 Advanced technology in packet radio networks operating with the industrial, scientific and medical band
  • IEEE 802.11 the media access control layer (MAC) of the IEEE 802.11 specification has been designed to allow stations on standby to be mostly awake or asleep when used in combination with an access point (AP). This operating mode is called “infrastructure mode" and serves as a basis for the mechanisms of the invention.
  • PA points send periodic messages known as beacons, allowing stations to locate them and move freely from one PA point to another.
  • the beacon message is also used to interrogate dormant stations and deliver incoming messages to them which have been buffered between the beacon messages.
  • This operating mode of the NIC card is known as interrogation with energy saving (PSP) and makes it possible to obtain great energy savings since the station can be dormant between the beacon messages.
  • PSP energy saving
  • the main drawbacks of this mode are the high latency introduced by the buffering process (around 300 milliseconds) and the lower maximum throughput to the dormant station.
  • IP packets that are transported on the backbone use sizes less than 800 bytes. This ensures that aggregation will be possible and efficient.
  • the operating system can be tricked into building packets of arbitrary size by setting the MTU most suitable for the wireless interface.
  • IEEE 802.11 NICs are considered Ethernet NICs, and the NIC card driver encapsulates Ethernet frames over the wireless link.
  • the key mechanism for frame aggregation is to add consecutive frames together and send them as a single Ethernet frame, reducing the second level network service load introduced by IEEE 802.11 encapsulation.
  • a single IEEE 802.11 header is used for all aggregated frames.
  • the service load of the first level introduced by the physical layer itself (such as the preamble and the frame delimiter) is also reduced in passing, since a single preamble is necessary for the whole aggregated frame.
  • this frame is separated into the various Ethernet frames, which are retrieved via the NIC card driver at the upper levels of the network stack.
  • any frame can be aggregated with any other frame, because in infrastructure mode, the source address and the destination address IEEE 802.11 are always identical for a given destination station because of that the point PA delivers frames to the station. But by aggregating frames by their second level addresses we can further reduce the network service overhead by keeping only one of the Ethernet headers, and using it as a common factor. Finally, frames can be selected by their third header information level by allowing another further reduction of the network service load.
  • the first level called "level two” can incorporate any pending frame into a single frame, but simply by adding it entirely to the main payload (see Figure 2). Since the entire frame is preserved, including the second level header, there is no special processing required and the frame is encapsulated, without any modification of its content.
  • the second level called "level two +" can only incorporate frames with corresponding second level headers (i.e. the source address and the Ethernet destination address are the same, which is actually likely in large networks using routers).
  • the resulting single frame (see Figure 3) contains the common header, which is followed by all the payloads of the grouped frames joined together in a single payload. Because the headers are separated, there is a need for some additional frame processing.
  • the second levels must be matched with each other to obtain a common sequence. These headers are separated and only one is kept so as to reconstruct the frame on the destination station.
  • level three requires the most processing because it maps the frames to be grouped by the content of their third level header. Therefore, the mutually aggregated frames belong to the same flow: the source and destination addresses of the IP protocol correspond, as do the remaining fields of the IP header.
  • This level of aggregation (see Figure 4) imposes filtering on the third level header and is the most complex among the three principles of aggregation.
  • the reconstruction of the frames takes place by looking at the header of the main payload, consisting of two identifiers: the level of aggregation used by the main payload, and the other, the number of aggregated frames included. in this payload.
  • Each payload frame begins with an identifier representing its size, followed by the specific part of the frame itself.
  • level two aggregation there is no processing required and the frames are extracted as is.
  • the frames are reconstructed using the Ethernet header of the first frame and the specific payload of the aggregated frames.
  • the aggregated frames of level three are reconstructed using the Ethernet header and the IP header of the first frame, the following frames being extracted in the main payload, only the third level payload remaining.
  • the inventors have carried out a theoretical analysis of the benefits expected or obtained by the aggregation mechanisms described above, with regard to the network load and the energy consumption. In particular, they analyzed the theoretical gains induced by the combination of the additional Ethernet frames (that is to say all the aggregated frames except the first) compared to their transmission in the form of isolated radio frames.
  • Network service load savings With regard to network load, the obvious advantage of aggregation is the reduction in service load due to the smaller amount of radio frames transmitted over the medium.
  • Each aggregated frame saves an IEEE 802.11 header, as does the physical preamble required for the radio frame to be transmitted over the wireless channel.
  • each additional frame which is encapsulated saves an Ethernet header.
  • a header of the IP protocol is saved at the same time as the Ethernet header for each additional frame.
  • IPv4 J. Postel, "RFC 791 - Internet protocol specification", 1981]
  • IPv6 IPv6
  • the main difference between the two versions is the address space which is four bytes for IPv4 and sixteen bytes for IPv6.
  • IPv4 20 bytes are saved by the latter principle, while 40 bytes can be saved with the IPv6 protocol.
  • the network load resulting from a flow with different aggregation levels is obtained by evaluating the following formula, according to these conditions: If represents the packet size of the IP protocol (including the head); ⁇ the size of the IP header; Ej the size of the Ethernet header, and W x the size of the IEEE 802.11 header.
  • the parameter t represents the number of packets to be sent, and the parameter N 2 , N 2p , N 3 the number of packets incorporated in each radio frame using the aggregation levels two, two + and three, respectively.
  • each packet goes through each level of the network stack, and is concatenated with an Ethernet header and an IEEE 802.11 header. This constitutes the worst case when an aggregation is not validated, and it is used as a basis to be able to assess the point at which the network load is saved by the method according to the invention.
  • the total load generated at the MAC command level (preamble to the physical layer not included) is given by:
  • the size of the radio frame increases, and several packets can be made up into a single radio frame, depending on the size of the packet.
  • the load can be reduced by saving spurious IEEE 802.11 headers.
  • the new formula for calculating the total load becomes
  • the last level of aggregation provides different savings in network load depending on the version of the IP protocol used, because the address space differs between the IPv4 and IPv6 protocols.
  • the size of the header appears in the form Hj in this last formula indicating the total network load generated by a flow formation using level three aggregation.
  • the first advantage of the process according to the invention is that it is not linked to the point PA and that it can also be used on the station.
  • the architecture of the mobile can possibly prevent the use of the two higher principles because they impose much more processing on the frames, while the lower principle requires only an encapsulation and a reconstitution of multiple frames without filtering on the headers of one or the other level.
  • the aggregation principles are fully compatible with the PSP mode which is included in the IEEE 802.11 standard, but can be used alone for real-time exchanges which the PSP mode cannot take into account due to its large latency.
  • frame aggregation is designed to be complementary to the PSP mode because it is powerful when the PSP mode is weak (high bandwidth or real-time communications). Likewise, the higher the bandwidth, the greater the savings and the lower the latency time.
  • the mobile device In order to validate their theoretical analysis, the inventors implemented the process of aggregating frames on a multimedia stream and observed its effects. To achieve such an implementation, they have created tools which allow the streaming of files with parametric packages.
  • the mobile used is equipped with two batteries: a main battery which provides power to the mobile, and an additional battery located in the PCMCIA jacket. This design made it possible to accurately measure the consumption of the network interface because the battery of the jacket is reserved for communications, and only discharges when the network interface is used.
  • the inventors were able to assess the increase in power consumption of the central unit involved in the aggregation process by monitoring the discharge of the main battery and comparing it to that which we obtained without any aggregation. We expect this additional load to be lower than the amount of energy saved by our process.
  • the Aggregation Validation Platform The inventors have created an aggregation platform in order to be able to evaluate the effect of frame aggregation on an IEEE 802.11 wireless link. It is made up of two parts: a flow encapsulator and a flow unencapsulator.
  • the encapsulation part sends data from a stream containing packets using several parameters, the IP version, the size of the third-level packet, the load of the packet (allowing space to be reserved so as to simulate the encapsulation service charge), and the length of the radio frame (for the limitation to 2312 bytes).
  • the reconstruction or decapsulation part takes the incoming packets and separates them into the necessary parts exactly as would be done in the actual implementation. Data is then extracted from the packets and sent to the multimedia application which is used to view the flow.
  • the packets coming from outside the WLAN network (wired local network) which are delivered by the PA point come from an Ethernet segment using a MTU of 1500 bytes. Therefore, the application must be run on the PA point itself. This is the reason why the inventors have used what is called a "host PA point" which consists of a computer with a wireless adapter acting as a PA point, allowing us to use the validation platform with third level packets sized at 2312 bytes. D. Implementation of tests
  • the efficiency of the aggregation is measured by monitoring the state of the two batteries during the experiment, and by comparing them at each level of aggregation.
  • the bit rate chosen is deliberately low because to be sure that the aggregation will work well, even for such low bit rates. Just as the efficiency of the aggregation depends on the bandwidth, good results on streams with low bit rate would mean even better results for high bit rates.
  • the graph in Figure 6 shows that the second battery used for communications drops from 100% to 90% after approximately 30 minutes of streaming.
  • the first curve to fall is that of experimentation which does not use aggregation. Then the second curve drops within two minutes (level two aggregation), the third curve drops one minute later (level two + aggregation) and the last curve also drops two minutes later (level three aggregation).
  • This second case represents the performance of the aggregation when it is used without PSP mode during a streaming from the fixed network to the mobile.
  • PSP mode As the PSP mode is deactivated, several drops in battery level are visible during the experiment. The first fall takes place around 15 minutes and makes it possible to verify that the aggregations of levels two and two + save one minute, and that level three still saves one minute compared to the normal principle. The second fall takes place between the 30 th and 40 th minutes and indicates savings ranging from two minutes for level two aggregation, and three minutes for level two + up to five minutes for level three. Finally, the last fall takes place in the last quarter of an hour and indicates that for a flow lasting one hour, the level two aggregation saves four minutes, the level two + saves six minutes and the level three saves nine minutes.
  • aggregation is a two-way mechanism that allows savings to be made in both directions of communication.
  • the battery life is increased from four to nine minutes for a flow of one hour, which means that by using the same amount of energy, the mobile can communicate up to nine additional minutes using our new process.
  • Figure 8 represents the discharge of the main battery during the first experiment, where the mobile does not restore any flux, so that the energy consumed from the battery is mainly used by the processor and memory. The differences between all the curves are so small that they often cross each other and almost merge.
  • the new process proposed by the inventors is based on a difference in design between the wired and wireless local area networks and works well under the conditions of the tests used to validate its effectiveness, although they were far from ideal circumstances.
  • the bit rate chosen was low enough to evaluate a simple high quality audio stream, but as the bit rate increases, the power consumption using aggregation will increase more slowly than that using no aggregation principle.
  • the method according to the invention therefore proposes a bidirectional aggregation / disaggregation mechanism, preferably applicable in wireless infrastructure networks (in particular IEEE802.i 1) and having different performance levels in terms of energy saving.
  • the method according to the invention always allows level two aggregation and systematically respects the order of the frames during their processing, without causing any disequencing.
  • inventive method is extensible, in particular by the use of the generic standard IEEE802.il, making it possible to exploit different physical layers at different bit rates.
  • This also allows the application of the method to physical layers not yet defined, as long as they are compatible with the standard used.
  • the invention is not limited to the embodiments described and shown in the accompanying drawings. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of protection of the invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de communication par transmission de trames ou de paquets de données, utilisant au moins un premier et un second réseaux de communication reliés entre eux par au moins un point d'interface ou d'accès, lesdits au moins deux réseaux acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes. Procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, au niveau dudit point d'accès ou de chaque point d'accès (PA), d'une part, une agrégation de trames (T1) pour les messages transitant du premier réseau (PR) à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau (SR) à taille de trames maximale supérieure et, d'autre part, une désagrégation de trames (T2) pour les messages transitant du second réseau (SR)à taille de trames (T2) maximale supérieure vers le premier réseau (PR) à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames (TI) ayant fait l'objet préalablement d'une opération d'agrégation.

Description

Procédé de communication optimisé, dispositif d'accès et système pour sa mise en oeuvre
La présente invention concerne le domaine de la communication, plus particulièrement la communication s'effectuant sur la base de transmissions de données par trames ou paquets à travers au moins deux réseaux reliés entre eux et présentant des tailles de trames maximales différentes.
La présente invention a pour objet, dans le contexte précité, un procédé de communication optimisé en termes de taille de trames transmises, un dispositif d'accès pour la mise en œuvre de ce procédé et un système mettant en œuvre ce procédé. Actuellement, lors de la transmission d'un flux de données entre un premier réseau et un second réseau, acceptant des tailles maximales de trames différentes, les trames sont formatées de manière à pouvoir circuler sur le réseau présentant la taille de trames maximale autorisée la plus faible, ces trames transitant vers l'autre réseau et circulant sur ce dernier sans modification, ni altération.
Il en résulte un faible taux de remplissage des trames circulant sur le réseau présentant la taille de trames maximale autorisée la plus grande et donc des rapports [quantité de données transmises / encombrement du réseau ou sollicitation des équipements du réseau ] et [quantité de données transmises / consommation en énergie des équipements sollicités] très peu favorables, et loin d'être optimaux.
L'influence néfaste de la situation exposée ci-dessus est particulièrement pénalisante pour les équipements de transmission sans fil, notamment ceux à alimentation autonome, du fait d'une consommation en énergie non proportionnelle avec les quantités de données transmises.
La présente invention a pour but, sinon de pallier totalement aux inconvénients et limitations précités, au moins d'en limiter notablement les influences néfastes.
A cet effet, la présente invention a pour principal objet un procédé de communication par transmission de trames ou de paquets de données, utilisant au moins un premier et un second réseaux de communication reliés entre eux par au moins un point d'interface ou d'accès, lesdits au moins deux réseaux acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, au niveau dudit point d'accès ou de chaque point d'accès, d'une part, une agrégation de trames pour les messages transitant du premier réseau à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau à taille de trames maximale supérieure et, d'autre part, une désagrégation de trames pour les messages transitant du second réseau à taille de trames maximale supérieure vers le premier réseau à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames ayant fait l'objet préalablement d'une opération d'agrégation. L'économie en termes d'énergie et d'encombrement est réalisée par la réduction du volume d'information transitant sur le réseau, puisque la surcharge impliquée par l'envoi de plusieurs trames est réduite à la surcharge nécessaire à l'envoi d'une trame. De plus, dans le cas particulier d'une transmission radiofréquence, le coût par bit diminue lorsque la taille de la trame augmente, pour des raisons liées à la nature des communications radio, ce qui permet de réaliser des économies supplémentaires lorsque plusieurs trames sont regroupées en une trame de taille supérieure.
L'agrégation ou le regroupement de trames de plus faible taille en trames de plus grande paille peut, dans le mode de réalisation le plus simple de l'invention s'effectuer, par simple juxtaposition, sans modification aucune desdites trames de plus petite taille, et en respectant la taille maximale admise pour les trames de plus grande taille.
Toutefois, selon un autre mode de réalisation, permettant d'aboutir à un regroupement de trames plus performant, il peut être prévu que l'opération d'agrégation de trames soit précédée d'une opération de suppression des données redondantes entre les différentes trames de chaque groupe de trames circulant sur le premier réseau et destiné à former une trame apte à circuler sur le second réseau, et l'opération de reconstitution, dans leur intégralité ou non, des trames destinées à circuler sur le premier réseau consécutivement à une désagrégation de trames circulant sur le second réseau, soit précédée d'une opération de régénération des données redondantes supprimées lors de l'agrégation.
Préférentiellement, les données supprimées lors de l'agrégation et régénérées lors de la reconstitution consistent en des données identiques au niveau des en-têtes des trames à agréger.
Dans le cadre de cette seconde variante, il est également avantageusement prévu que les trames circulant sur le second réseau et formées par l'agrégation de plusieurs trames compatibles avec le premier réseau contiennent des informations additionnelles concernant la structure des agrégations correspondantes.
Compte tenu de ce qui précède, au moins trois variantes de réalisation de l'invention peuvent être envisagées en relation avec les organisations et les équipements des réseaux de communication actuels.
Ainsi, selon une première variante, le procédé peut consister à agréger ou à regrouper des trames de même type ou nature et dont les destinations dans le second réseau sont identiques, ce sans modification, ni altération desdites trames agrégées.
Selon une deuxième variante, le procédé peut consister à agréger ou à regrouper des trames de même type, issues d'une même source et dont les destinations dans le second réseau sont identiques, une partie au moins de l'en-tête de chaque trame devant être transmise sur le second réseau étant commune à toutes les trames agrégées ou encapsulées dans cette trame.
Enfin, selon une troisième variante, le procédé peut consister à agréger ou à regrouper des trames de même type, faisant partie du même message ou du même flux de données, issues d'une même source et dont les destinations dans le second réseau sont identiques, une partie au moins de l'en-tête de chaque trame devant être transmise sur le second réseau étant commune à toutes les trames agrégées ou encapsulées dans cette trame.
Chacune des variantes ci-dessus regroupe les trames différemment, de façon de plus en plus spécifique, mais aussi de plus en plus efficace en termes de gains, en réduisant progressivement la redondance contenue dans les paquets qui ont été regroupés.
Le procédé trouvera notamment application lorsque le premier réseau est un réseau filaire, notamment local, et que le second réseau est un réseau sans fil ou à transmission radiofréquence, mais également lorsque les deux réseaux sont des réseaux sans fils ou à transmission radiofréquence.
Une application tout à fait préférentielle du procédé selon l'invention peut être envisagée lorsque la transmission dans le second réseau répond à la norme de communication connue sous la désignation IEEE 802.11. En relation avec cette dernière norme et avec les trois variantes de réalisation mentionnées précédemment, il est possible de prévoir trois mécanismes concrets de regroupement ou d'assemblage de trames. Ainsi, un premier mécanisme (dénommé ci-après niveau 2 ou deux) regroupe (avant de les transmettre) les trames arrivant sur le point d'accès à destination de l'équipement sans fil sans aucune modification, et les encapsule à destination de l'équipement sans fil. Celui-ci morcelle alors la trame entrante pour reconstruire les trames d'origine.
Un deuxième mécanisme dénommé ci-après niveau 2+ ou deux + regroupe (avant de les transmettre) toutes les trames pour lesquelles l'entête de niveau MAC est commun ou identique (c'est-à-dire les trames de même type et à destination de la station, à partir d'une même source de niveau 2). Cela signifie que pour toutes les trames qui seront assemblées en une seule, un unique entête sera conservé, ce qui permet d'économiser de la place dans la trame finale. Ce cas particulier s'applique très bien dans le cas de connexions à un réseau à grande échelle de type Internet puisque tout le trafic venant de l'extérieur du réseau sans fil aura pour adresse de niveau MAC l'adresse de l'interface du routeur d'accès connecté au réseau sans fil. La reconstruction des trames s'effectue en prenant l'en-tête commun et en concaténant les parties différenciées des trames, qui sont assemblées derrière l'en-tête commun de niveau MAC.
Enfin, un troisième mécanisme (dénommé ci-après niveau 3 ou trois) étend la portée des en-têtes communs ou identiques aux informations du protocole de niveau réseau (par exemple IP (protocole Internet), dans sa version IPv4 ou IPv6), ce qui permet d'économiser encore un peu de place dans la trame finale. Cependant, pour que les trames disposent d'un en-tête commun au niveau IP, il faut que celles-ci appartiennent au même flux de données (c'est-à-dire que l'applications qui exploite les données contenus dans les trames soit la même). Ce scénario est prévu pour les flux multimédias à haut débit utilisés pour transporter des informations audiovisuelles de haute qualité.
Les trois mécanismes décrits ci-dessus s'appliquent aux communications allant du point d'accès vers l'équipement sans fil, mais ils sont tout à fait réversibles et permettent alors de réaliser des économies d'énergie dans les deux sens de communication.
La présente invention a également pour objet un dispositif d'interface ou d'accès destiné à assurer une liaison entre un premier et un second réseaux de communication autorisant la circulation de trames ou de paquets de données, lesdits deux réseaux acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes. Ce dispositif est caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens aptes à réaliser, d'une part, une agrégation de trames pour les messages transitant du premier réseau à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau à taille de trames maximale supérieure, et d'autre part, une désagrégation de trames pour les messages transitant du second réseau à taille de trames maximale supérieure vers le premier réseau à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames préalablement agrégées.
Préférentiellement, ce dispositif sera apte à la mise en œuvre du procédé de communication décrit préalablement. Ledit dispositif pourra être intégré dans un téléphone mobile ou cellulaire et/ou dans une unité de point d'accès assurant la liaison entre une ou plusieurs station(s) d'un réseau de communication sans fil et un réseau filaire.
Enfin, l'invention a également pour objet un système de communication comprenant au moins trois réseaux de communication distincts autorisant tous la circulation de trames ou de paquets de données, l'un desdits réseaux, dénommé réseau central, acceptant des trames de longueur ou taille maximale supérieure à celles acceptées par les deux autres réseaux, et étant apte à relier ces deux derniers réseaux par l'intermédiaire de voies ou de trajets de communication s'étab lissant entre au moins deux points d'interfaces ou d'accès assurant respectivement une connexion entre ledit réseau central et l'un des deux autres réseaux, ce système étant caractérisé en ce qu'il met en œuvre le procédé de communication décrit ci-dessus au niveau de chaque point d'interface ou d'accès.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : Les figures 1A et 1B illustrent les structures de trames du type
Ethernet et du type correspondant à la norme IEEE 802.11 ;
Les figures 2 à 4 illustrent respectivement les mécanismes d'agrégation de trames dénommés dans la présente niveau 2, niveau 2+ et niveau 3 ; La figure 5 illustre, mises en parallèle, les opérations d'agrégation et de désagrégation des trois mécanismes précités ; La figure 6 représente la courbe de décharge de la seconde batterie d'un mobile durant l'émission de ce dernier vers le réseau fixe (avec PSP) avec et sans mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
La figure 7 représente la courbe de décharge de la seconde batterie d'un mobile durant la réception de données (sans PSP) avec et sans application du procédé selon l'invention ;
La figure 8 représente la courbe de décharge de la batterie principale d'un mobile pendant l'émission vers un réseau fixe avec et sans application du procédé selon l'invention, et, La figure 9 est une représentation schématique d'un système de communication selon l'invention.
Comme mentionné précédemment et comme cela ressort des figures 2 à 5 et 9 des dessins annexés, le procédé de communication concerné utilise au moins un premier PR et un second SR réseaux de communication reliés entre eux par au moins un point d'interface ou d'accès PA, lesdits au moins deux réseaux PR et SR acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes.
Conformément à l'invention, ledit procédé consiste essentiellement à réaliser, au niveau dudit point d'accès ou de chaque point d'accès PA, d'une part, une agrégation de trames Tl pour les messages transitant du premier réseau PR à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau SR à taille de trames maximale supérieure et, d'autre part, une désagrégation de trames T2 pour les messages transitant du second réseau SR à taille de trames T2 maximale supérieure vers le premier réseau PR à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames Tl ayant fait l'objet préalablement d'une opération d'agrégation.
Pour la mise en œuvre de ce procédé, l'invention prévoit notamment au moins un dispositif d'interface ou d'accès destiné à assurer une liaison entre un premier PR et un second SR réseaux de communication autorisant la circulation de trames ou de paquets de données, lesdits deux réseaux acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes. Ce dispositif comprend notamment des moyens aptes à réaliser, d'une part, une agrégation de trames Tl pour les messages transitant du premier réseau PR à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau SR à taille de trames maximale supérieure, et d'autre part, une désagrégation de trames T2 pour les messages transitant du second réseau SR à taille de trames maximale supérieure vers le premier réseau PR à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames Tl préalablement agrégées.
L'invention sera à présent décrite plus en détail sur la base d'une réalisation particulière, non limitative, basée sur des réseaux à infrastructure répondant à la norme IEEE 802.11 et en relation avec des dispositifs mobiles de communication (tels que par exemple téléphones cellulaires ou analogues), associé à des réseaux sans fils comprenant notamment une pluralité de stations réparties géographiquement sur un territoire domié et des réseaux filaires du type Ethernet. A mesure que les dispositifs mobiles se répandent de plus en plus et sont utilisés pour communiquer, la plupart d'entre eux peut maintenant être équipée de cartes d'interface de réseau sans fil (NIC). La technologie de pointe dans des réseaux radio par paquets fonctionnant avec la bande industrielle, scientifique et médicale est connue sous le nom IEEE 802.11. Etant donné la forte consommation de puissance des cartes NIC qui suivent ce standard, la couche de commande d'accès au support (MAC) de la spécification IEEE 802.11 a été conçue de manière à permettre que des stations en attente soit la plupart du temps en veille ou endormies lorsqu'elles sont utilisées en association avec un point d'accès (PA). Ce mode de fonctionnement est appelé "mode d'infrastructure" et sert de base aux mécanismes de l'invention.
Les points PA envoient des messages périodiques connus sous le nom de balises, permettant aux stations de les localiser et de se déplacer librement d'un point PA à un autre. En outre, le message de balise est également utilisé pour interroger les stations en sommeil et leur délivrer des messages entrants qui ont été mis en tampon entre les messages de balise. Ce mode de fonctionnement de la carte NIC est connu sous le nom d'interrogation avec économie d'énergie (PSP) et permet d'obtenir de grandes économies d'énergie car la station peut être en sommeil entre les messages de balise. Les inconvénients principaux de ce mode sont le fort temps de latence introduit par le processus de mise en tampon (environ 300 millisecondes) et le débit maximum inférieur vers la station en sommeil.
AGREGATION DE TRAMES Les inventeurs ont remarqué la taille de trame maximale tout d'abord que l'unité de transfert maximum (MTU) définie dans la spécification IEEE 802.11 (2 312 octets) est supérieure à celle du système Ethernet (1 500 octets), qui est utilisée pour transporter des données du réseau fixe au point PA. Donc il y a fondamentalement plus de place pour des données dans une trame IEEE 802.11, cette place supplémentaire n'étant utilisée en raison de la fragmentation des paquets du protocole IP venant du réseau câblé sur la liaison Ethernet, comme cela est apparent en comparant les figures 1A et 1B. En outre, on peut aisément constater (voir notamment C. Fraleigh, S. Moon, C. Diot, B. Lyles, et F. Tobagit, "Mesures du trafic au niveau paquet à partir d'une dorsale IP de niveau 1", Sprint ATL, Tech. Rep., 2001) que la plupart des paquets du protocole IP qui sont transportés sur la dorsale utilisent des tailles inférieures à 800 octets. Ceci assure que l'agrégation sera possible et efficace. En outre, le système d'exploitation peut être dupé pour constituer des paquets de taille arbitraire en réglant l'unité MTU la plus adéquate pour l'interface sans fil.
Du point de vue du système d'exploitation, les cartes NIC IEEE 802.11 sont considérées comme des cartes NIC Ethernet et le pilote de carte NIC encapsule des trames Ethernet sur la liaison sans fil. Le mécanisme clé de l'agrégation de trames consiste à additionner des trames consécutives ensemble et à les envoyer sous forme d'une trame Ethernet unique, en réduisant la charge de service de réseau du second niveau introduite par l'encapsulation IEEE 802.11. Un seul en-tête IEEE 802.11 est utilisé pour toutes les trames agrégées. La charge de service du premier niveau introduite par la couche physique elle-même (telle que le préambule et le délimiteur de trame) est également réduite au passage, car un seul préambule est nécessaire pour toute la trame agrégée. Du côté récepteur, cette trame est séparée en les diverses trames Ethernet, qui sont récupérées par l'intermédiaire du pilote de carte NIC aux niveaux supérieurs de la pile de réseaux.
En utilisant le procédé ci -dessus, toute trame peut être agrégée avec une autre trame quelconque, car dans le mode d'infrastructure, l'adresse source et l'adresse de destination IEEE 802.11 sont toujours identiques pour une station de destination donnée du fait que le point PA délivre des trames à la station. Mais en agrégeant des trames par leurs adresses de second niveau nous pouvons réduire davantage encore la surcharge de service du réseau en ne conservant qu'un seul des en-têtes Ethernet, et en l'utilisant comme facteur commun. Finalement, des trames peuvent être sélectionnées par leurs informations d'en-tête de troisième niveau en permettant une autre réduction additionnelle de la charge de service du réseau.
Sur la base des observations ci -dessus, il est possible de définir trois types correspondant à trois niveaux d'agrégations avec des conditions différentes sur les en -têtes des trames entrantes.
Le premier niveau dénommé "niveau deux" peut incorporer toute trame en attente dans une seule trame, mais simplement en l'ajoutant en totalité à la charge utile principale (se reporter à la figure 2). Du fait que toute la trame est conservée, y compris l'en-tête de second niveau, il n'y a aucun traitement spécial nécessaire et la trame est encapsulée, sans aucune modification de son contenu.
Le second niveau appelé "niveau deux+" ne peut incorporer que des trames dont les en-têtes de second niveau correspondent (c'est-à-dire que l'adresse de source et l'adresse de destination Ethernet sont les mêmes, ce qui est réellement probable dans de grands réseaux utilisant des routeurs). La trame unique résultante (se reporter à la figure 3) contient l'en-tête commun, qui est suivi de toutes les charges utiles des trames regroupées accolées ensemble en une seule charge utile. Du fait que les entêtes sont séparés, il y a besoin d'un léger traitement de trame supplémentaire. Les seconds niveaux doivent être mis en correspondance les uns avec les autres pour obtenir une séquence commune. Ces en-têtes sont séparés et un seul est conservé de manière à reconstruire la trame sur la station de destination.
Le dernier niveau, appelé "niveau trois" demande le plus de traitement car il met en correspondance les trames à regrouper par le contenu de leur en -tête de troisième niveau. Donc, les trames mutuellement agrégées appartiennent au même flux : les adresses de source et de destination du protocole IP correspondent, de même que les champs restants de l'en-tête IP. Ce niveau d'agrégation (se reporter à la figure 4) impose un filtrage sur l'en-tête de troisième niveau et est le plus complexe parmi les trois principes d'agrégation.
La reconstitution des trames quant à elle a lieu en regardant l'en-tête de la charge utile principale, constitué de deux identificateurs : le niveau d'agrégation utilisé par la charge utile principale, et l'autre, le nombre des trames agrégées incluses dans cette charge utile. Chaque trame de la charge utile débute par un identificateur représentant sa taille, suivi de la partie spécifique de la trame elle-même. En utilisant l'agrégation de niveau deux il n'y a pas de traitement nécessaire et les trames sont extraites telles quelles. Pour le niveau deux+, les trames sont reconstruites en utilisant l'en-tête Ethernet de la première trame et la charge utile spécifique des trames agrégées. Finalement, les trames agrégées du niveau trois sont reconstruites en utilisant l'en-tête Ethernet et l'en-tête IP de la première trame, les trames suivantes étant extraites dans la charge utile principale, seule la charge utile de troisième niveau subsistant.
Les inventeurs ont procédé à une analyse théorique des bénéfices attendus ou obtenus par les mécanismes d'agrégation décrits ci- dessus, en ce qui concerne la charge du réseau et la consommation d'énergie. Ils ont en particulier analysé les gains théoriques induits par la combinaison des trames Ethernet supplémentaires (c 'est-à-dire toutes les trames agrégées sauf la première) par comparaison à leur transmission sous forme de trames radio isolées.
A. Economies de charge de service du réseau En ce qui concerne la charge du réseau, l'avantage évident de l'agrégation est la réduction de la charge de service en raison de la plus petite quantité de trames radio transmises sur le support. Chaque trame agrégée économise un en -tête IEEE 802.11, de même que le préambule physique requis pour que la trame radio soit transmise sur le canal sans fil.
Lors de l'utilisation du principe du mécanisme du niveau deux+, chaque trame supplémentaire qui est encapsulée, permet l'économie d'un en -tête Ethernet. Finalement, dans le principe du mécanisme du niveau trois, un en -tête du protocole IP est économisé en même temps que l'en-tête Ethernet pour chaque trame supplémentaire.
Lors de l'utilisation de ce dernier principe, la réduction due à l'en-tête dépend de la version du protocole IP utilisée [soit IPv4[J. Postel, "RFC 791 - Spécification du protocole Internet", 1981], soit IPv6[S. Deering et R. Hinden, "RFC 2460 - Spécification du protocole Internet version 6", décembre 1998.]). La différence principale entre les deux versions étant l'espace d'adressage qui est de quatre octets pour IPv4 et de seize octets pour IPv6. En utilisant IPv4, 20 octets sont économisés par le dernier principe, alors que 40 octets peuvent être économisés avec le protocole IPv6. La charge du réseau résultant d'une mise en flux avec des niveaux d'agrégation différents est obtenue en évaluant la formule ci-après, en fonction de ces conditions : Si représente la taille du paquet du protocole IP (y compris l'en-tête) ; ^ la taille de l'en-tête IP ; Ej la taille de l'en-tête Ethernet, et Wx la taille de l'en-tête IEEE 802.11. Le paramètre t représente le nombre de paquets à envoyer, et le paramètre N2, N2p, N3 le nombre des paquets incorporés dans chaque trame radio en utilisant les niveaux d'agrégation deux, deux+ et trois, respectivement.
En n'utilisant aucun processus d'agrégation, chaque paquet passe par chaque niveau de la pile du réseau, et est concaténé avec un entête Ethernet et un en -tête IEEE 802.11. Ceci constitue le pire cas lorsqu'une agrégation n'est pas validée, et il est utilisé comme base pour pouvoir évaluer le point auquel la charge du réseau est économisée par le procédé selon l'invention. La charge totale générée au niveau de commande MAC (préambule de la couche physique non inclus) est donnée par :
∑(W, + EI + SI) ι=0
Dès que le procédé d'agrégation est validé, la taille de la trame radio augmente, et plusieurs paquets peuvent être constitués en une seule trame radio, suivant la taille du paquet. En utilisant l'agrégation de niveau deux, on peut réduire la charge en économisant les en -têtes IEEE 802.11 parasites. La nouvelle formule permettant de calculer la charge totale devient
∑CW. + N^ CE. + S,)) ι=0
TABLEAU I ECONOMIES DE CHARGE DU RESEAU
En utilisant un principe d'agrégation du niveau deux+, des entêtes Ethernet supplémentaires sont économisés en utilisant l'en-tête commun de toutes les trames Ethernet. La charge totale du réseau diminue à nouveau, comme on peut le voir dans la nouvelle formule : ∑(W, +EI + N2p * SI)
1=0
Le dernier niveau d'agrégation permet d'obtenir différentes économies de charge du réseau suivant la version du protocole IP utilisée, car l'espace d'adressage diffère entre les protocoles IPv4 et IPv6. La taille de l'en-tête apparaît sous la forme Hj dans cette dernière formule indiquant la charge totale du réseau générée par une formation de flux utilisant l'agrégation du niveau trois.
' ∑(W1 +EI +H1 + N3 * (SI -H1)) i=0
Le tableau I suivant récapitule la réduction de charge du réseau pour des paquets supplémentaires, pour tous les principes possibles. Il présente les économies de charge brutes obtenues en utilisant un en -tête commun pour chaque trame supplémentaire, de sorte que les économies finales diffèrent légèrement, du fait que l'agrégation ajoute une certaine charge de service utilisée par la station de destination pour pouvoir reconstruire les trames.
Figure imgf000014_0001
B. Exemple
De manière à obtenir des résultats numériques, les inventeurs ont supposé une formation de flux de taille fixe utilisant des charges utiles de troisième niveau d'une taille de 512 octets. Ce flux est envoyé à 512 kilo-octets par seconde (ce qui est approximativement équivalent à un flux vidéo de haute qualité), pendant 15 minutes. La charge du réseau résultant de cette mise en flux est obtenue en utilisant la formule définie dans le paragraphe IV -A.
C. Economies d'énergie
Etant donné la manière dont les communications radio sont obtenues en utilisant le standard IEEE 802.11, les inventeurs s'attendent à ce que le coût par bit émis diminue lorsque la longueur de la trame radio augmente. Ceci a notamment été exposé dans J. P. Ebert, B. Burns, et A. olisz, "Une approche à base de suivi pour déterminer la consommation d'énergie d'une interface de réseau wlan,", dans Proc. Of European Wireless 2002, Florence, Italie, février 2002, pages 230 à 236 et constitue la base de notre analyse d'économie d'énergie du fait que le but de l'agrégation consiste à augmenter la longueur des trames radio en combinant ensemble de multiples trames Ethernet consécutives.
Mais en combinant ces trames Ethernet en une seule trame radio, des informations redondantes sont mises en facteur et le trafic global du réseau est réduit. Donc, moins d'octets sont envoyés en utilisant des trames radio plus grandes et des économies exponentielles peuvent être attendues en utilisant des principes d'agrégation supérieurs. Ceci signifie que les économies d'énergie sont exponentiellement liées à la réduction du trafic.
D. Bénéfices Le premier avantage du procédé selon l'invention est qu'il n'est pas lié au point PA et qu'il peut également être utilisé sur la station. Cependant, l'architecture du mobile peut éventuellement empêcher d'utiliser les deux principes les plus élevés car ils imposent beaucoup plus de traitement sur les trames, alors que le principe le plus bas n'impose qu'une encapsulation et une reconstitution de trames multiples sans filtrage sur les en -têtes de l'un ou l'autre niveau.
En outre, les principes d'agrégation sont pleinement compatibles avec le mode PSP qui est inclus dans le standard IEEE 802.11, mais peuvent être utilisés seuls pour des échanges en temps réel que le mode PSP ne peut pas prendre en compte en raison de son grand temps de latence. En fait, l'agrégation de trames est conçue pour être complémentaire du mode PSP du fait qu'elle est puissante lorsque le mode PSP est faible (communications à grande bande passante ou en temps réel). De même, plus la bande passante est grande, plus les économies sont importantes et plus le temps de latence est faible.
De manière à valider leur analyse théorique, les inventeurs ont implémenté le processus d'agrégation de trames sur un flux multimédia et ont observé ses effets. Pour réaliser une telle implémentation, ils ont créé des outils qui permettent la mise en flux de fichiers avec des paquets paramétriques. A. Le dispositif mobile
Le mobile utilisé est équipé de deux batteries : une batterie principale qui fournit l'alimentation au mobile, et une batterie supplémentaire située dans la jaquette PCMCIA. Cette conception a permis de mesurer avec exactitude la consommation de l'interface de réseau car la batterie de la jaquette est réservée aux communications, et ne se décharge que lorsque l'interface du réseau est utilisée.
En même temps, les inventeurs ont pu évaluer l'augmentation de consommation de puissance de l'unité centrale impliquée par le processus d'agrégation en surveillant la décharge de la batterie principale et en la comparant à celle que nous avons obtenu sans aucune agrégation. Nous nous attendons à ce que cette charge supplémentaire soit plus faible que la quantité d'énergie économisée par notre processus.
B. La plateforme de validation de l'agrégation Les inventeurs ont créé une plateforme d'agrégation pour pouvoir évaluer l'effet de l'agrégation de trames sur une liaison sans fil IEEE 802.11. Il est composé de deux parties : un encapsulateur de flux et un désencapsulateur de flux. La partie d'encapsulation envoie des données d'un flux contenant des paquets en utilisant plusieurs paramètres, la version IP, la taille du paquet de troisième niveau, la charge du paquet (en permettant de réserver de l'espace de manière à simuler la charge de service d'encapsulation), et la longueur de la trame radio (en ce qui concerne la limitation à 2 312 octets). La partie de reconstitution ou de désencapsulation prend les paquets entrants et les sépare en les parties nécessaires exactement comme ceci serait fait dans la réalisation réelle. Des données sont alors extraites des paquets et envoyées à l'application multimédia qui est utilisée pour visualiser le flux.
C. Le point d'accès
Comme indiqué précédemment, les paquets provenant de l'extérieur du réseau WLAN (réseau local câblé) qui sont délivrés par le point PA proviennent d'un segment Ethernet utilisant une unité MTU de 1 500 octets. Donc, l'application doit être exécutée sur le point PA lui- même. Ceci est la raison pour laquelle les inventeurs ont utilisé ce que l'on appelle un "point PA hôte" qui est constitué d'un ordinateur avec un adaptateur sans fil agissant comme point PA, nous permettant d'utiliser la plateforme de validation avec des paquets de troisième niveau dimensionnés à 2 312 octets. D. Mise en place des tests
En utilisant ces composants, il a été possible d'effectuer des mesures dans les deux sens de communication (du mobile vers le point PA, et du point PA vers le mobile). Ces tests sont réalisés en utilisant toutes les combinaisons possibles de niveaux d'agrégation, de mode PSP et de version IP. Le flux utilisé est un échantillon audio d'une durée d'une heure compressé en utilisant un débit binaire brut de 192 kilobits par seconde. Chaque test isolé est exécuté cinq fois et les résultats sont moyennes.
L'efficacité de l'agrégation est mesurée en surveillant l'état des deux batteries pendant l'expérimentation, et en les comparant à chaque niveau d'agrégation. Le débit binaire choisi est volontairement faible car pour être sûr que l'agrégation fonctionnera bien, même pour de tels faibles débits binaires. De même comme l'efficacité de l'agrégation dépend de la bande passante, de bons résultats sur des flux à faible débit binaire signifieraient des résultats encore meilleurs pour des débits binaires élevés.
Parmi tous les tests effectués, les inventeurs ont choisi certains résultats qui constituent des illustrations représentatives des performances du principe d'agrégation.
A. Premier cas : Mobile vers le réseau fixe Dans ce cas, on surveille les effets de l'agrégation durant la mise en flux depuis le mobile vers le réseau fixe. Le graphe de la figure 6 montre que la seconde batterie utilisée pour les communications chute de 100 % à 90 % après approximativement 30 minutes de mise en flux. La première courbe à chuter est celle de l'expérimentation qui n'utilise pas d'agrégation. Ensuite, la seconde courbe chute dans les deux minutes (agrégation de niveau deux), la troisième chute une minute plus tard (agrégation de niveau deux+) et la dernière chute également deux minutes plus tard (agrégation de niveau trois).
Toutes ces expérimentations ont démontré le résultat prévu : les principes d'agrégation de niveau supérieur sont plus efficaces que les principes inférieurs. Les économies obtenues par chaque niveau vont de deux à cinq minutes pour une mise en flux d'une longueur d'une heure. Deux minutes étant obtenues par le niveau deux, puis trois minutes par le niveau deux+ et cinq minutes par le niveau trois. B. Second cas : Réseau fixe vers mobile
Ce second cas (voir la figure 7) représente les performances de l'agrégation lorsqu'elle est utilisée sans mode PSP durant une mise en flux depuis le réseau fixe vers le mobile. Du fait que le mode PSP est désactivé, plusieurs chutes de niveau de batterie sont visibles au cours de l'expérimentation. La première chute a lieu aux environs de 15 minutes et permet de vérifier que les agrégations de niveaux deux et deux+ économisent une minute, et que le niveau trois économise encore une minute par rapport au principe normal. La seconde chute a lieu entre la 30e et la 40e minute et indique des économies allant de deux minutes pour l'agrégation de niveau deux, et trois minutes pour le niveau deux+ jusqu'à cinq minutes pour le niveau trois. Enfin, la dernière chute a lieu dans le dernier quart d'une heure et indique que pour une mise en flux d'une durée d'une heure, l'agrégation de niveau deux économise quatre minutes, le niveau deux+ économise six minutes et le niveau trois économise neuf minutes.
Comme prévu, l'agrégation est un mécanisme bidirectionnel qui permet que des économies soient réalisées dans les deux sens de communication. La durée de vie de la batterie est augmentée de quatre à neuf minutes pour un flux d'une heure, ce qui signifie qu'en utilisant la même quantité d'énergie, le mobile peut communiquer jusqu'à neuf minutes supplémentaires en utilisant notre nouveau processus. C. Coût de l'agrégation
Durant toutes les expérimentations, la situation des deux batteries a été surveillée, et la figure 8 représente la décharge de la batterie principale durant la première expérimentation, où le mobile ne restitue aucun flux, de sorte que l'énergie consommée à partir de la batterie est principalement utilisée par le processeur et la mémoire. Les différences entre toutes les courbes sont si faibles qu'elles se croisent souvent l'une l'autre et qu'elles fusionnent presque.
Ainsi, le nouveau procédé proposé par les inventeurs est fondé sur une différence de conception entre les réseaux locaux câblés et sans fil et fonctionnent bien dans les conditions des tests utilisés pour valider son efficacité, bien qu'elles aient été loin des circonstances idéales. Le débit binaire choisi était suffisamment faible pour évaluer un flux audio de haute qualité simple, mais à mesure que le débit binaire augmentera, la consommation de puissance en utilisant l'agrégation augmentera plus lentement que celle n'utilisant pas de principe d'agrégation.
Ces économies permettraient que la durée de vie de la batterie augmente d'environ 10 % au moins dans les pires conditions, et comme expliqué dans le paragraphe ci-dessus, les résultats seraient encore meilleurs avec des flux à débits binaires plus élevés. Ce processus est réellement intéressant car il peut aussi être utilisé conjointement au mode PSP du standard IEEE 802.11, avec une efficacité assez bonne. Et lorsque le mode PSP ne peut pas être utilisé (en particulier dans le cas des flux en temps réel à fort débit binaire de la vidéoconférence) le mécanisme proposé par l'invention peut être utilisé seul avec une excellente efficacité.
Grâce à la validation ci-dessus, l'utilité d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans les pilotes de cartes NIC et dans les points PA, du fait que les résultats théoriques ont été confirmés par une implémentation et des mesures sur des équipements réels. Bien que le niveau le plus élevé d'agrégation puisse éventuellement consommer trop de mémoire pour être mis en oeuvre dans la pile de réseau du mobile, les mobiles bénéficieront quand même de ce principe pour les communications entrantes.
Le procédé selon l'invention propose par conséquent un mécanisme bidirectionnel d'agrégation/désagragation, applicable préférentiellement dans les réseaux d'infrastructure sans fil (notamment IEEE802.i l) et présentant différents niveaux de performances en termes d'économie d'énergie.
Ce procédé peut être facilement mis en œuvre et autorise un déploiement incrémental, permettant de mélanger les utilisateurs équipés de l'invention et ceux qui en sont dépourvus, grâce à la totale intégration du mécanisme proposé par l'invention dans la norme existante. II convient de noter que la mise en œuvre du procédé ne nécessite pas la présence d'un réseau d'interconnexion ou d'un point central ("backbone"), et peut donc s'appliquer avantageusement à des réseaux locaux (LAN) ou à des cellules de réseaux locaux sans fil.
Par ailleurs, le procédé selon l'invention autorise toujours une agrégation de niveau deux et respecte systématiquement l'ordre des trames durant leur traitement, sans entraîner de déséquencement.
Enfin, le procédé inventif est extensible, notamment par l'utilisation de la norme générique IEEE802.i l, permettant d'exploiter différentes couches physiques à différents débits. Ceci autorise en outre l'application du procédé à des couches physiques non encore définies, tant qu'elles seront compatibles avec la norme utilisée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de communication par transmission de trames ou de paquets de données, utilisant au moins un premier et un second réseaux de communication reliés entre eux par au moins un point d'interface ou d'accès, lesdits au moins deux réseaux acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, au niveau dudit point d'accès ou de chaque point d'accès (PA), d'une part, une agrégation de trames (Tl) pour les messages transitant du premier réseau (PR) à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau (SR) à taille de trames maximale supérieure et, d'autre part, une désagrégation de trames (T2) pour les messages transitant du second réseau (SR) à taille de trames (T2) maximale supérieure vers le premier réseau (PR) à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames (Tl) ayant fait l'objet préalablement d'une opération d'agrégation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'agrégation de trames (Tl) est précédée d'une opération de suppression des données redondantes entre les différentes trames (Tl) de chaque groupe de trames (Tl) circulant sur le premier réseau (PR) et destiné à former une trame (T2) apte à circuler sur le second réseau (SR) et en ce que l'opération de reconstitution, dans leur intégralité ou non, des trames (Tl) destinées à circuler sur le premier réseau (PR) consécutivement à une désagrégation de trames (T2) circulant sur le second réseau (SR), est précédée d'une opération de régénération des données redondantes supprimées lors de l'agrégation.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les trames (T2) circulant sur le second réseau (SR) et formées par l'agrégation de plusieurs trames compatibles avec le premier réseau (PR) contiennent des informations additionnelles concernant la structure des agrégations correspondantes.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les données supprimées lors de l'agrégation et régénérées lors de la reconstitution consistent en des données identiques au niveau des en-têtes des trames (Tl) à agréger.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à agréger ou à regrouper des trames (Tl) de même type ou nature et dont les destinations dans le second réseau sont identiques, ce sans modification, ni altération desdites trames (Tl) agrégées.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à agréger ou à regrouper des trames (Tl) de même type, issues d'une même source et dont les destinations dans le second réseau (SR) sont identiques, une partie au moins de l'en-tête de chaque trame (T2) devant être transmise sur le second réseau (SR) étant commune à toutes les trames (Tl) agrégées ou encapsulées dans cette trame (T2).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à agréger ou à regrouper des trames (Tl) de même type, faisant partie du même message ou du même flux de données, issues d'une même source et dont les destinations dans le second réseau (SR) sont identiques, une partie au moins de l'en-tête de chaque trame (T2) devant être transmise sur le second réseau (SR) étant commune à toutes les trames (Tl) agrégées ou encapsulées dans cette trame (T2).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier réseau (PR) est un réseau filaire, notamment local, et en ce que le second réseau (SR) est un réseau sans fil ou à transmission radiofréquence.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux réseaux (PR et SR) sont des réseaux sans fils ou à transmission radiofréquence.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la transmission dans le second réseau (SR) répond à la norme de communication connue sous la désignation IEEE 802.11.
11. Procédé selon les revendications 6 et 10, caractérisée en ce qu'il consiste à agréger des trames (Tl) pour lesquelles les données de l'entête de niveau commande d'accès au support (MAC) sont identiques.
12. Procédé selon les revendications 7 et 10, caractérisé en ce qu'il consiste à agréger des trames (Tl) pour lesquelles les données de l'en- tête du protocole de niveau réseau, par exemple du protocole Internet, sont identiques.
13. Dispositif d'interface ou d'accès destiné à assurer une liaison entre un premier et un second réseaux de communication autorisant la circulation de trames ou de paquets de données, lesdits deux réseaux acceptant des longueurs ou tailles maximales de trames ou de paquets différentes, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens aptes à réaliser, d'une part, une agrégation de trames (Tl) pour les messages transitant du premier réseau (PR) à taille de trames maximale inférieure vers le second réseau (SR) à taille de trames maximale supérieure, et d'autre part, une désagrégation de trames (T2) pour les messages transitant du second réseau (SR) à taille de trames maximale supérieure vers le premier réseau (PR) à taille de trames maximale inférieure, suivie d'une reconstitution des trames (Tl) préalablement agrégées.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est apte à la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 12.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il est intégré dans un téléphone mobile ou cellulaire.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il est intégré dans une unité de point d'accès (PA) assurant la liaison entre une ou plusieurs station(s) d'un réseau de communication sans fil (SR) et un réseau filaire (PR).
17. Système de communication comprenant au moins trois réseaux de communication distincts autorisant tous la circulation de trames ou de paquets de données, l'un desdits réseaux, dénommé réseau central, acceptant des trames de longueur ou taille maximale supérieure à celles acceptées par les deux autres réseaux, et étant apte à relier ces deux derniers réseaux par l'intermédiaire de voies ou de trajets de communication s'établissant entre au moins deux points d'interfaces ou d'accès assurant respectivement une connexion entre ledit réseau central et l'un des deux autres réseaux, système caractérisé en ce qu'il met en œuvre le procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 au niveau de chaque point d'interface ou d'accès (PA).
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EP1032165A1 (fr) * 1999-02-26 2000-08-30 International Business Machines Corporation Procédé d' assemblage de trames segmentés de données transmises sur un circuit principal

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