WO2007066045A2 - Procede et dispositif d'emission de donnees en paquets - Google Patents

Procede et dispositif d'emission de donnees en paquets Download PDF

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WO2007066045A2
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delay
receiver
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Amine Lamani
Christophe Moussu
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France Telecom
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    • H04L9/40—Network security protocols

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for transmitting data packets from a transmitter to a receiver via a connection established in a telecommunications network.
  • the invention applies in particular but not exclusively to long-delay round trip transmitter-receiver links (or RTT for "Round Trip Time”).
  • RTT for "Round Trip Time”
  • the invention can of course also be applied for short-term round trip connections, such as WiFi links.
  • the round trip delay is the total duration of an operating cycle between the transmitter and the receiver and can be defined as the sum of the time necessary for the transmitter to send a packet of data, the time required for the receiver to receive it, process it, and send a response to the transmitter in the form of an acknowledgment message (positive or negative), and the time required for the transmitter to analyze this message of acknowledgment and extract the response from the receiver relating to the data packet considered.
  • the packet data transmission mode is used for example in the TCP (Transmission Control Protocol) transmission protocol of the TCP / IP ("Transmission Control Protocol / Internet Protocol”) layered model.
  • the term layer is used to refer to the fact that the data that passes over the network crosses several levels of protocols. Note that, in this TCP / IP context, we use the term packet at IP level and segment at TCP level: an IP packet therefore corresponds to the set consisting of a TCP segment and a TCP / IP header , which is usually 40 bytes. For simplicity, throughout the rest of this document, we will use the term packet to designate either an IP packet or a TCP segment.
  • packet transmission examples include satellite links with terrestrial return, links on mobile telephone networks such as GPRS (General Radiocommunication Service in packet mode or, in English, "General Packet Radio Service”) or UMTS ( Universal mobile telecommunications system or, in English, “Universal Mobile Telecommunications System”).
  • GPRS General Radiocommunication Service in packet mode or, in English, "General Packet Radio Service”
  • UMTS Universal mobile telecommunications system or, in English, “Universal Mobile Telecommunications System”
  • the protocols performing the transmission rate control in packet mode are based on an asynchronous acknowledgment technique and sliding transmission windows.
  • the transmitter therefore maintains a list of the data that it is authorized to transmit, for example in the form of a list of identifiers (also called sequence numbers or SN) of the data packets transmitted or to be transmitted: this list is called the transmission window.
  • identifiers also called sequence numbers or SN
  • Such a transmission window is defined by the maximum amount of data in packets (or in bytes under certain operating systems) that can be transmitted and for which no acknowledgment corresponding to these data packets has yet been received from the receiver. More precisely, the emission window is generally characterized by two variables:
  • the size of the transmission window that is to say the maximum number of data packets which can be sent and stored in the window awaiting an acknowledgment.
  • the acknowledgments sent by the receiver allow you to drag the window, but also to increase or decrease its size depending on the acknowledgments.
  • the transmitter initializes the size of the transmission window to a packet, or even to a few packets (generally four at most). Then, during a first transient phase, called slow start
  • the size of the transmission window is increased by one packet for each acknowledgment received from the receiver, until the size of the window reaches a predetermined threshold. Then, the window enters a linear phase, called congestion avoidance
  • FIG. 6 represents the trace of the packets transmitted and acknowledgments received from a TCP transmitter according to the state of the art for a satellite link with terrestrial return.
  • the transfer takes place in a series of bursts and silences, the arrival in bursts of ACK acknowledgments causing the instantaneous emission of bursts of data packets D independently of the acknowledgment reception rate, according to a so-called property. of "self-clocking" (in French, autosynchronisation).
  • Such a succession of transmission peaks and long moments of silence is therefore a source of both an increase in the rate of data loss both on the network and locally (the instantaneous transmission rate proving to be greater than the speed of equipment operation) and decrease in the use of available bandwidth.
  • the invention aims to obtain a method and a device for transmitting data packets overcoming these drawbacks of the prior art.
  • a first object of the invention is a method of transmitting data, in the form of packets of at least one data, from a transmitter (E) to a receiver (R) by a connection established in a telecommunications network (Rl), the transmission of at least one data packet (D) by the transmitter being triggered by taking into account an acknowledgment (ACK) received from the receiver, the method comprising the following step which consists in introducing at the transmitter (E) a delay (d) in the taking into account of at least some of the acknowledgments received, so as to spread the transmission of the data packets.
  • the invention is thus particularly suitable for connections by a telecommunications network having a long round trip time between the transmitter and the receiver. Indeed, it is in this type of network that it is most frequent to receive bursts of acknowledgment messages, or acknowledgments simultaneously acknowledging a large number of data packets: it is therefore very particularly in this type network that we are faced with the problem of sending data packets (or TCP segments) in bursts.
  • the invention is of course also applicable to other types of networks.
  • the delay is determined from the observation of the speed of arrival of the acknowledgments and its comparison with respect to the bandwidth of the telecommunications network.
  • an acknowledgment received contains several acknowledgment elements each acknowledging a separate data packet
  • at least two distinct delays are introduced into the taking into account of at least two acknowledgment elements of the acknowledgment received.
  • the transmitter E transmits several small bursts of packets P of data D separated by determined time intervals d, instead of a single large burst of packets transmitted at the same time.
  • the acknowledgments or acknowledgment elements which are not delivered directly from the IP layer to the TCP layer are placed in a queue of the transmitter E where the delay is applied to them before their delivery to the TCP layer.
  • the acknowledgments or acknowledgment elements which are not delivered directly from the IP layer to the TCP layer are placed in a queue of the transmitter E where the delay is applied to them before their delivery to the TCP layer.
  • successive duplicate acknowledgments arrive from the IP layer, they are placed in the queue without being delivered to the TCP layer and when these duplicate acknowledgments arrive at the head of the queue, they are all delivered immediately at the TCP layer, without waiting for the expiration of the delay 'd'.
  • N / 2-1 artificial acknowledgments are generated, each associated with two successive data packets, and a different delay is introduced in the taking into account of each of the artificial acknowledgments generated.
  • the delay d satisfies the following inequality: d ⁇ 2 * S * RTTmin
  • a second object of the invention is a device for transmitting data, in the form of packets of at least one piece of data, to a receiver (R) by a connection established in a telecommunication network (Rl), l transmission of at least one data packet (D) by the transmission device being triggered by taking into account an acknowledgment (ACK) received from the receiver, the device comprising:
  • a delay means for applying a delay d to the taking into account of at least some of the acknowledgments received
  • the implementation of the invention is particularly simple to carry out, and in particular does not require the use of specific equipment, interposed between the transmitter and the receiver.
  • This device advantageously comprises a buffer storage means (L) managed according to a FIFO protocol and intended to receive one by one the acknowledgments received from the receiver and affected by the delay d.
  • L buffer storage means
  • a third object of the invention consists of a computer program capable of being implemented in the aforementioned data transmission device and comprising code instructions for the execution of the various steps of the predefined method.
  • FIG. 1 schematically shows a network of computers in which is implemented the method and the device according to the invention at the transmitter E in the server to terminal direction;
  • FIG. 2 represents a position of the sliding transmission window of the transmitter according to the TCP protocol
  • FIG. 3 shows the trace of transmitted packets and acknowledgments received by a TCP transmitter implementing the transmission method according to the invention
  • FIG. 4 is a magnifying glass of part of Figure 3;
  • FIG. 5 is a flow diagram of the essential steps of the transmission method according to the invention.
  • FIG. 6 shows the trace of packets transmitted and acknowledgments received from a TCP transmitter according to the prior art for a connection via satellite with terrestrial return;
  • FIG. 7 is a magnifying glass of part of Figure 6.
  • a terminal requesting R requests data from a server E by a first telecommunication network R1.
  • the first telecommunication network R1 is for example a telecommunication network for access from the terminal R to the server E, this server E being for example a proxy server (or in English "proxy") or local, such as that of supplier portals. access or flow accelerators.
  • the first telecommunications network R1 comprises for example a satellite or radio interface I (such as for example GPRS).
  • the server E having received the data request from the terminal R in turn sends by a network RA of access and by the Internet network RI a corresponding request to a second remote server SD hosting the required data.
  • the data server SD routes the required data D to packet mode E through the RI and RA networks.
  • the time taken for the round trip of the request from server E to the second server SD data and required data D from server SD data to server E is approximately 100 milliseconds.
  • the round trip time (RTT time or in English "round trip time") between the terminal R and the server E, corresponding to the time taken for a packet sent by the server E to arrive by the first network Rl to terminal R, to which is added the time taken for an acknowledgment of this ACK packet to arrive from terminal R to server E by the first network Rl is longer, of the order of more than 200 milliseconds and in particular 300 milliseconds about.
  • the server E plays the role of data transmitter E to send the required data D having been received from the second data server SD to the requesting terminal R.
  • the requesting terminal R is for example a desktop or mobile computer or GPRS or UMTS mobile phone.
  • the transmitter E is for example a TCP transmitter, the transmitter E and the receiver R implementing for example the TCP transmission protocol (transmission control protocol or English "Transmission Control Protocol") of the TCP / IP model.
  • the transmitter E comprises, as shown in FIG. 1A, a microprocessor processing unit 10 associated with a data memory 12, a program memory 14 and input / output interfaces 16 including a communication interface 18 allowing a transmission of packets according to the TCP protocol.
  • the program memory notably comprises a computer program comprising code instructions for implementing the method according to the invention.
  • the requesting terminal R plays the role of receiver R of the data transmitted in packet mode by the transmitter E by the connection established by the first telecommunications network R1.
  • the transmitter E manages a transmission window F, which is defined by the amount of data of the packets P that it sent to the receiver R and for which no acknowledgment ACK transmitted by the receiver R and corresponding to the first packet P transmitted from window F has not yet been received by the transmitter E.
  • the terms first packet P and first acknowledgment ACK are understood in the following from packet P and acknowledgment ACK which have were sent first in chronological order respectively by the transmitter E and by the receiver R.
  • the first packet P of window F is usually the one with the number (also called SN for "Sequence Number") the lowest in this one (14 in the example illustrated).
  • this transmission window F corresponds to those of the packets P which have been transmitted by the transmitter E but which have not been acknowledged by the receiver R and corresponds to the accumulation of the packets sent.
  • non-duplicated acknowledgment is also meant an acknowledgment acknowledging new data and by duplicated acknowledgment an acknowledgment acknowledging data already acknowledged.
  • the transmission window F is used by the transmitter E to maintain consistency in the event of loss of packets P transmitted and is a state variable of the transmitter E.
  • the transmitter E includes means for monitoring the value taken through the emission window F.
  • the transmission by the transmitter E of bursts of packets P is interrupted by the reception by the transmitter E of the first acknowledgment ACK of the receiver R, corresponding to one of the data packets P transmitted from window F.
  • an acknowledgment of two packets is delivered to the TCP layer, which allows 2 or 3 packets to be sent.
  • the arrival of 17 acknowledgments acknowledging 40 packets caused the transmission of 43 data packets in 180 ms, i.e. an average bit rate during this transmission period of 2.75 Mbps (to compare with the peak 275 Mbps of the prior art).
  • the transmitter E transmits several bursts of P packets of data D, in this case eighteen bursts S 1 to S18 of packets P of data D. These bursts are transmitted by the transmitter E while being separated by determined time intervals .
  • Each burst S1 to S18 comprises a maximum of four packets, the packets of a burst being transmitted at the same time.
  • the maximum number of packets in each burst depends on the size of the data packets and the transmission phase (Slow Start or Congestion Avoidance).
  • the solution of the invention therefore makes it possible to smooth the transmission of data packets over time, and to avoid excessively high transmission rates liable to generate data losses, both locally and on the network.
  • each data packet P is for example 1,500 bytes and each burst comprises a maximum of three packets, as for the bursts Sl, S4, S7, SIl, S14, S15 and S18, the other bursts comprising two packets, since in the example shown the memory buffer of the transmitter E initially comprises 43 packets to be transmitted.
  • the bursts are emitted periodically with a determined period of for example 10 milliseconds.
  • the probability of losses in the network (which has a bandwidth of the order of Mbps) or even locally (due to the speed of Ethernet interfaces and collisions on hubs) is therefore very significantly diminished with the invention.
  • the transmission method according to the invention allowing the aforementioned smoothing takes place for example in the following manner, with reference to the flow chart of FIG. 5, by automatic technical means provided on the transmitter E comprising in particular a smoothing timer .
  • the following parameters will be used in the following description:
  • Tc Current instant, in seconds.
  • Wmax Maximum size of the TCP window in bytes.
  • PO Observation period of the arrival speed of ACKs, in seconds.
  • AckD Value of the last acknowledgment received before the start of the current PO period, in bytes. It points to the new start of the send window at the start of the current PO period.
  • L List of delayed ACKs. It is a buffer of acknowledgment packets.
  • . d Delay to apply to ACKs in list L, in seconds.
  • RTTmin minimum return journey time.
  • the initialization phase (step 100) is performed at the start of the TCP connection and is used to initialize some of the above parameters. So :
  • this delay will preferably respect the following inequality: d ⁇ 2 * S * RTTmin / Wmax. More precisely, this inequality can be written d ⁇ 2 * S / Dmax ⁇ 50 ms, Dmax being the maximum desired flow. The limitation of 50 ms eliminates any risk of divergence in the calculation.
  • a new PO observation period is started (step 102), of course if no PO observation period is in progress, or if there is exceeded the previous period (Tc is excluding PO).
  • Tc is excluding PO.
  • step 104 if Q ⁇ Qs, the packet of ACKi is delivered to the TCP layer without any processing (step 106) and if Q> Qs, this packet is put in the list L in FIFO, (first in first out, in English "First In First out”), without delivering it to the TCP layer (step 108) in order to apply the smoothing phase (steps 110 and following).
  • I 1 ACKi alone acknowledges a large amount of data (number of packets typically greater than 4)
  • this ACK is put in list L with an acknowledgment field acknowledging packets 11 and 12.
  • 3 artificial acknowledgments are then generated and put in the list L, the first acknowledging the packets 13 and 14, the second the packets 15 and 16, and the last acknowledging the packets 17 and 18.
  • the smoothing phase is carried out by applying the delay d to the first packet entered in the list (that is to say by setting the smoothing timer at d in step 110 ). After 'd 1 seconds (test of step 112), the timer is started and the packet at the head of the queue is delivered to the TCP layer (step 114) then according to the test of step 116 , if the list L is not empty, the timer is reset to 'd 1 (return to step 110). Otherwise, we exit the smoothing phase to return to the detection phase (step 102).
  • IP layer it is then put in the list L in FIFO, without being delivered to the TCP layer.
  • a duplicate ACKi acknowledgment packet arrives from the IP layer, it is also put in the list L in FIFO, without being delivered to the TCP layer.
  • these duplicate acknowledgment packets arrive at the head of the queue, they are all delivered immediately to the TCP layer, without waiting for the expiration of delay 'd 1 .
  • the second or third acknowledgment packet is not duplicated, the duplicate acknowledgment packets are exited from the list L, without being delivered to the TCP layer.

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Abstract

Procédé d'émission de données, sous forme de paquets d'au moins une donnée, d'un émetteur (E) vers un récepteur (R) par une connexion établie dans un réseau de télécommunication (Rl), l'émission d'au moins un paquet de données (D) par l'émetteur étant déclenchée par la prise en compte d'un acquittement (ACK) reçu du récepteur, procédé dans lequel on introduit au niveau de l'émetteur (E) un retard d dans la prise en compte d'au moins certains des acquittements reçus, de façon à étaler l'émission des paquets de données.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EMISSION DE DONNEES EN PAQUETS
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'émission de paquets de données d'un émetteur à destination d'un récepteur par une connexion établie dans un réseau de télécommunication.
L'invention s'applique notamment mais non exclusivement à des liaisons émetteur-récepteur à long délai aller retour (ou RTT pour "Round Trip Time"). L'invention peut bien sûr également s'appliquer pour des liaisons à court délai aller retour, telles que des liaisons WiFi.
On rappelle que le délai aller-retour, encore appelé RTT, est la durée totale d'un cycle d'opération entre l'émetteur et le récepteur et peut être défini comme la somme du temps nécessaire à l'émetteur pour envoyer un paquet de données, du temps nécessaire au récepteur pour le recevoir, le traiter, et envoyer une réponse à l'émetteur sous la forme d'un message d'acquittement (positif ou négatif), et du temps nécessaire à l'émetteur pour analyser ce message d'acquittement et en extraire la réponse du récepteur relative au paquet de données considéré.
Le mode de transmission de données par paquets est utilisé par exemple dans le protocole de transmission TCP (Protocole de Contrôle de Transmission) du modèle en couches TCP/IP ("Transmission Control Protocol/Internet Protocol"). Le terme de couche est utilisé pour évoquer le fait que les données qui transitent sur le réseau traversent plusieurs niveaux de protocoles. On notera que, dans ce contexte TCP/IP, on utilise le terme de paquet au niveau IP et de segment au niveau TCP: un paquet IP correspond donc à l'ensemble constitué d'un segment TCP et d'un entête TCP/IP, qui est généralement de 40 octets. Par souci de simplification, on utilisera uniquement, dans toute la suite de ce document, le terme de paquet pour désigner indifféremment un paquet IP ou un segment TCP.
On peut citer comme exemples de transmission par paquets les liaisons satellite avec retour terrestre, les liaisons sur les réseaux de téléphonie mobile tels que GPRS (Service Général de Radiocommunications en mode paquet ou, en anglais, "General Packet Radio Service") ou UMTS (Système universel de télécommunication avec les mobiles ou, en anglais, "Universal Mobile Télécommunication System"). Les protocoles effectuant le contrôle de débit d'émission en mode paquet se basent sur une technique d'acquittement asynchrone et de fenêtres glissantes d'émission.
Selon cette technique, l'émetteur maintient donc une liste des données qu'il est autorisé à transmettre, par exemple sous la forme d'une liste des identifiants (encore appelés numéros de séquence ou SN) des paquets de données émis ou à émettre: cette liste est appelée fenêtre d'émission.
Une telle fenêtre d'émission est définie par la quantité maximale de données en paquets (ou en octets sous certains systèmes d'exploitation) pouvant être émis et pour lesquels aucun acquittement correspondant à ces paquets de données n'a encore été reçu du récepteur. Plus précisément, on caractérise généralement la fenêtre d'émission par deux variables:
- une première variable correspondant au paquet de données le plus ancien qui n'a pas encore été positivement acquitté par le récepteur;
la taille de la fenêtre d'émission, c'est-à-dire le nombre maximum de paquets de données qui peuvent être envoyés et stockés dans la fenêtre en attente d'un acquittement.
Les acquittements envoyés par le récepteur permettent de faire glisser la fenêtre, mais aussi d'augmenter ou de diminuer sa taille suivant les acquittements.
Dans le protocole TCP, l'émetteur initialise la taille de la fenêtre d'émission à un paquet, voire à quelques paquets (généralement quatre au plus). Puis, pendant une première phase transitoire, dite de départ lent
(en anglais : "Slow Start"), la taille de la fenêtre d'émission est augmentée d'un paquet pour chaque acquittement reçu du récepteur, jusqu'à ce que la taille de la fenêtre atteigne un seuil prédéterminé. Ensuite, la fenêtre entre dans une phase linéaire, dite d'évitement de congestion
("Congestion Avoidance" en anglais) où sa taille augmente d'un paquet chaque fois qu'un acquittement a été reçu pour la fenêtre entière.
Sur certains réseaux de communication, et plus particulièrement sur les réseaux présentant un délai aller-retour, ou RTT, long, il arrive que l'émetteur reçoive un grand nombre d'acquittements de façon simultanée, soit sous la forme d'une rafale d'acquittements groupés, soit sous la forme d'un acquittement unique accusant réception d'un grand nombre de paquets de données de la fenêtre d'émission. De telles rafales d'acquittements sont notamment fréquentes sur des canaux de transmission à réservation de bande passante.
Ainsi, la figure 6 représente la trace des paquets émis et acquittements reçus d'un émetteur TCP selon l'état de la technique pour une liaison satellite avec retour terrestre. On peut observer que le transfert se déroule en une suite de rafales et de silences, l'arrivée en rafales des acquittements ACK provoquant l'émission instantanée de rafales de paquets de données D indépendamment du débit de réception d'acquittement, selon une propriété dite de "self-clocking" (en français, autosynchronisation). La figure 7 qui est une loupe de la partie encadrée de la figure 6, montre au-delà de l'instant t=4,l seconde l'arrivée de 13 acquittements acquittant 48 paquets de données. La prise en compte de ces acquittements déclenche automatiquement l'émission de 48 paquets de données, ou segments TCP, en 2 ms, ce qui représente un débit instantané d'émission de 275 Mbps, qui s'avère donc largement supérieur à la bande passante du réseau (classiquement de l'ordre du Mbps) .
Une telle succession de pics d'émission et de longs moments de silence est donc source à la fois d'augmentation du taux de pertes de données tant sur le réseau que localement (le débit instantané d'émission s'avérant supérieur à la vitesse de fonctionnement des équipements) et de diminution de l'utilisation de la bande passante disponible.
L'invention vise à obtenir un procédé et un dispositif d'émission de paquets de données palliant ces inconvénients de l'état de technique.
A cet effet, un premier objet de l'invention est un procédé d'émission de données, sous forme de paquets d'au moins une donnée, d'un émetteur (E) vers un récepteur (R) par une connexion établie dans un réseau de télécommunication (Rl), l'émission d'au moins un paquet de données (D) par l'émetteur étant déclenchée par la prise en compte d'un acquittement (ACK) reçu du récepteur, le procédé comprenant l'étape suivante qui consiste à introduire au niveau de l'émetteur (E) un retard (d) dans la prise en compte d'au moins certains des acquittements reçus, de façon à étaler l'émission des paquets de données.
Ainsi, ce retardement de délivrance des ACK à la couche TCP permet de lisser l'émission des paquets de données pour éviter des débits crêtes trop grands, qui aboutiraient à des pertes de paquets. L'invention est ainsi particulièrement appropriée aux connexions par un réseau de télécommunication ayant un temps d'aller et retour long entre l'émetteur et le récepteur. En effet, c'est dans ce type de réseau qu'il est le plus fréquent de recevoir des rafales de messages d'acquittement, ou des acquittements acquittant simultanément un grand nombre de paquets de données: c'est donc tout particulièrement dans ce type de réseau que l'on est confronté au problème de l'émission de paquets de données (ou de segments TCP) en rafales. L'invention est bien sûr également applicable à d'autres types de réseaux.
Suivant d'autres caractéristiques non limitatives de l'invention :
. le retard est déterminé à partir de l'observation de la vitesse d'arrivée des acquittements et sa comparaison par rapport à la bande passante du réseau de télécommunication.
Ainsi, on évite de dépasser le débit maximal du réseau de télécommunication.
. lorsqu'un acquittement reçu contient plusieurs éléments d'acquittement acquittant chacun un paquet de données distinct, on introduit au moins deux retards distincts dans la pris en compte d'au moins deux éléments d'acquittement de l'acquittement reçu.
Ainsi, l'émetteur E émet plusieurs petites salves de paquets P de données D séparées par des intervalles de temps d déterminés, au lieu d'une seule grande salve de paquets émise au même instant.
. lorsque ledit procédé d'émission met en œuvre un protocole de type TCP/IP, les acquittements ou éléments d'acquittement qui ne sont pas délivrés directement de la couche IP à la couche TCP sont placés dans une file d'attente de l'émetteur E où le retard d leur est appliqué avant leur délivrance à la couche TCP. De même, lorsque des acquittements dupliqués successifs arrivent de la couche IP, ils sont placés dans la file d'attente sans être livrés à la couche TCP et lorsque ces acquittements dupliqués arrivent en tête de la file d'attente, ils sont tous livrés immédiatement à la couche TCP, sans attendre l'expiration du retard 'd'.
Ainsi, on lisse dans le temps l'émission de paquets de données.
. lorsqu'un acquittement reçu acquitte N paquets de données avec N>2, on génère N/2-1 acquittements artificiels associés chacun à deux paquets de données successifs, et on introduit un retard différent dans la prise en compte de chacun des acquittements artificiels générés.
Ainsi, il est possible de gérer très simplement le nombre et la forme des salves, et cela permet de garantir une bonne utilisation de la bande passante.
. le retard d satisfait à l'inégalité suivante : d < 2 * S * RTTmin
/ Wmax avec respectivement S la taille d'un paquet de données, RTTmin la valeur aller-retour minimale entre l'émetteur et le récepteur et Wmax la taille maximale de la fenêtre d'émission des paquets de données correspondant au débit maximal souhaité Dmax.
Ainsi, les acquittements du RTT courant ne débordent pas sur le RTT suivant.
De même, un deuxième objet de l'invention est un dispositif d'émission de données, sous forme de paquets d'au moins une donnée, vers un récepteur (R) par une connexion établie dans un réseau de télécommunication (Rl), l'émission d'au moins un paquet de données (D) par le dispositif d'émission étant déclenchée par la prise en compte d'un acquittement (ACK) reçu du récepteur, le dispositif comportant:
. un moyen pour surveiller la réception d'un acquittement en provenance du récepteur,
. un moyen de temporisation pour appliquer un retard d à la prise en compte d'au moins certains des acquittements reçus, et
. un moyen de prise en compte des acquittements une fois le retard écoulé.
En intégrant le moyen de temporisation entre les couches IP et
TCP, iimplémentation de l'invention est particulièrement simple à réaliser, et ne nécessite notamment pas l'utilisation d'un équipement spécifique, interposé entre l'émetteur et le récepteur.
Ce dispositif comporte avantageusement un moyen de stockage tampon (L) géré selon un protocole FIFO et destiné à recevoir un à un les acquittements reçus du récepteur et affectés du retard d.
Enfin un troisième objet de l'invention est constitué par un programme d'ordinateur apte à être mis en oeuvre dans le dispositif d'émission de données précité et comportant des instructions de code pour l'exécution des différentes étapes du procédé prédéfini. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels ;
- la figure 1 représente schématiquement un réseau d'ordinateurs dans lequel est mis en oeuvre le procédé et le dispositif suivant l'invention au niveau de l'émetteur E dans le sens serveur vers terminal ;
- La figure IA illustre schématiquement la structure de l'émetteur ;
- la figure 2 représente une position de la fenêtre glissante d'émission de l'émetteur suivant le protocole TCP,
- la figure 3 représente la trace des paquets émis et acquittements reçus par un émetteur TCP mettant en oeuvre le procédé d'émission suivant l'invention;
- la figure 4 est une loupe d'une partie de la figure 3 ;
- la figure 5 est un organigramme des étapes essentielles du procédé d'émission suivant l'invention ;
- la figure 6 représente la trace des paquets émis et acquittements reçus d'un émetteur TCP selon l'état de la technique pour une connexion via satellite avec retour terrestre; et
- la figure 7 est une loupe d'une partie de la figure 6.
A la figure 1, un terminal requérant R demande des données à un serveur E par un premier réseau Rl de télécommunication. Le premier réseau Rl de télécommunication est par exemple un réseau de télécommunication d'accès du terminal R au serveur E, ce serveur E étant par exemple un serveur mandataire (ou en anglais "proxy") ou local, tel que celui de portails de fournisseur d'accès ou d'accélérateurs de débit. Le premier réseau Rl de télécommunication comprend par exemple une interface I satellite ou radio (telle que par exemple GPRS). Le serveur E ayant reçu la demande de données du terminal R envoie à son tour par un réseau RA d'accès et par le réseau Internet RI une requête correspondante à un deuxième serveur distant SD hébergeant les données requises.
Le serveur SD de données achemine en mode paquet les données requises D au serveur E par les réseaux RI et RA. Le temps mis pour le trajet aller-retour de la requête du serveur E au deuxième serveur SD de données et des données requises D du serveur SD de données au serveur E est d'environ 100 millisecondes. En revanche, le temps d'aller-retour (temps RTT ou en anglais "round trip time") entre le terminal R et le serveur E, correspondant au temps mis pour un paquet émis par le serveur E pour arriver par le premier réseau Rl au terminal R, auquel s'ajoute le temps mis pour qu'un acquittement de ce paquet ACK parvienne du terminal R au serveur E par le premier réseau Rl est plus long, de l'ordre de plus de 200 millisecondes et notamment de 300 millisecondes environ.
Vis-à-vis du terminal requérant R, le serveur E joue le rôle d'émetteur E de données pour envoyer les données requises D ayant été reçues du deuxième serveur SD de données au terminal requérant R. Le terminal requérant R est par exemple un ordinateur fixe ou mobile ou un téléphone mobile GPRS ou UMTS. L'émetteur E est par exemple un émetteur TCP, l'émetteur E et le récepteur R mettant en oeuvre par exemple le protocole de transmission TCP (protocole de contrôle de transmission ou en anglais "Transmission Control Protocol") du modèle TCP/IP. L'émetteur E comporte, comme le montre la figure IA, une unité de traitement à microprocesseur 10 associée à une mémoire de données 12, une mémoire de programme 14 et des interfaces d'entrée/sortie 16 dont une interface de communication 18 permettant une émission de paquets selon le protocole TCP. La mémoire de programme comporte notamment un programme d'ordinateur comportant des instructions de code pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention. Le terminal requérant R joue le rôle de récepteur R des données émises en mode paquets par l'émetteur E par la connexion établie par le premier réseau de télécommunication Rl.
Comme l'illustre la figure 2, l'émetteur E gère une fenêtre F d'émission, qui est définie par la quantité de données des paquets P qu'il a envoyé au récepteur R et pour lesquels aucun acquittement ACK émis par le récepteur R et correspondant au premier paquet P émis de la fenêtre F n'a encore été reçu par l'émetteur E. Les termes premier paquet P et premier acquittement ACK s'entendent dans ce qui suit du paquet P et de l'acquittement ACK qui ont été émis les premiers dans l'ordre chronologique respectivement par l'émetteur E et par le récepteur R. Le premier paquet P de la fenêtre F est habituellement celui ayant le numéro (encore appelé SN pour "Séquence Number") le plus bas dans celle-ci (14 dans l'exemple illustré). Par conséquent, cette fenêtre F d'émission correspond à ceux des paquets P qui ont été émis par l'émetteur E mais qui n'ont pas été acquittés par le récepteur R et correspond au cumul des paquets envoyés. On entend aussi par acquittement non dupliqué un acquittement acquittant des nouvelles données et par acquittement dupliqué un acquittement acquittant des données déjà acquittées.
La fenêtre F d'émission est utilisée par l'émetteur E pour conserver une cohérence en cas de perte de paquets P émis et est une variable d'état de l'émetteur E. L'émetteur E comporte des moyens pour surveiller la valeur prise par la fenêtre F d'émission. L'émission par l'émetteur E des salves de paquets P est interrompue par la réception par l'émetteur E du premier acquittement ACK du récepteur R, correspondant à l'un des paquets P de données émis de la fenêtre F.
Suivant l'invention et comme illustré aux figures 3 et 4, il est proposé de pallier aux problèmes d'arrivée d'acquittements en rafales ou d'un acquittement acquittant une grande quantité de données en introduisant au niveau de l'émetteur E un retard dans la prise en compte de ces acquittements dépendant de la bande passante ce qui permet ainsi d'étaler l'émission des données sur les moments de silence.
Ceci est obtenu à partir de l'observation de la vitesse d'arrivée des acquittements au niveau de la couche IP (Internet protocol) avant leur prise en compte à la couche TCP. Si cette vitesse est trop importante par rapport à la bande passante, les acquittements ne sont pas délivrés à la couche TCP, mais placés dans une file d'attente où un retard permettant une bonne cadence d'acquittement leur est appliqué. Si l'acquittement est très large, (N/2 - 1) acquittements artificiels sont donc générés. A l'issu de ce retard, l'acquittement en tête de file est délivré à la couche TCP et l'on obtient automatiquement une émission lissée de paquets de données comme le montre la figure 4.
Ainsi, par exemple à chaque fois, un acquittement de deux paquets est délivré à la couche TCP, ce qui permet à 2 ou 3 paquets d'être émis. Dans l'exemple illustré, l'arrivée de 17 acquittements acquittant 40 paquets a provoqué l'émission de 43 paquets de données en 180 ms, soit un débit moyen pendant cette période d'émission de 2,75 Mbps (à comparer avec le pic de 275 Mbps de l'art antérieur). Plus précisément, l'émetteur E émet plusieurs salves de paquets P de données D, en l'espèce dix-huit salves Sl à S18 de paquets P de données D. Ces salves sont émises par l'émetteur E en étant séparées par des intervalles de temps déterminés. Chaque salve Sl à S18 comporte au maximum quatre paquets, les paquets d'une salve étant émis au même instant. Le nombre de paquets maximum de chaque salve dépend de la taille des paquets de données et de la phase d'émission (Slow Start ou Congestion Avoidance).
La solution de l'invention permet donc de lisser l'émission de paquets de données dans le temps, et d'éviter de trop forts débits d'émission susceptibles d'engendrer des pertes de données, tant au niveau local que du réseau.
Dans l'exemple illustré, chaque paquet P de données est par exemple de 1 500 octets et chaque salve comporte au maximum trois paquets, comme pour les salves Sl, S4, S7, SIl, S14, S15 et S18, les autres salves comportant deux paquets, étant donné que dans l'exemple représenté le tampon de mémoire de l'émetteur E comporte initialement 43 paquets à émettre. Les salves sont émises périodiquement avec une période déterminée de par exemple 10 millisecondes.
Ainsi, avec l'invention, la probabilité de pertes dans le réseau (qui a une bande passante de l'ordre du Mbps) ou même localement (du fait de la vitesse des interfaces Ethernet et les collisions sur les concentrateurs) est donc très notablement diminuée avec l'invention.
Le procédé d'émission suivant l'invention permettant le lissage précité se déroule par exemple de la manière suivante, en référence à l'organigramme de la figure 5, par des moyens techniques automatiques prévus sur l'émetteur E comportant notamment un temporisateur de lissage. Les paramètres suivants seront utilisés dans la suite de la description:
. ACKi; Valeur du ieme acquittement, en octets. Il pointe vers le nouveau début de la fenêtre d'émission désigné dans la figure 2 par "Dernier acquittement".
. Tc : Instant courant, en secondes.
. S ; Taille d'un paquet de données TCP en octets.
. Wmax : Taille maximale de la fenêtre TCP en octets.
. PO : Période d'observation de la vitesse d'arrivée des ACKs, en secondes. . AckD: Valeur du dernier acquittement reçu avant le début de la période PO courante, en octets. Il pointe vers le nouveau début de la fenêtre d'émission au début de la période PO courante.
. Q : Quantité de données acquittées depuis le début de PO, en octets. . Qs; Quantité seuil de Q pendant PO. Au delà de cette quantité acquittée pendant PO (Q > Qs), on considère qu'il y a un risque de provoquer une émission de rafale.
. L : Liste des ACKs retardés. C'est un tampon de paquets d'acquittements.
. d: Retard à appliquer aux ACKs de la liste L, en secondes.
. RTTmin : temps minimal de trajet aller-retour.
On peut définir trois phases successives du procédé : une phase d'initialisation, une phase de détection, et une phase de lissage (L est non vide). Les opérations décrites ci-après dans les phases de détection et de lissage (sauf l'étape de déclenchement du temporisateur) peuvent être intégrées dans le module TCP de réception des acquittements de la couche IP.
La phase d'initialisation (étape 100) est effectuée au démarrage de la connexion TCP et sert à initîaliser certains des paramètres précités. Ainsi :
. PO = 10 à 20 ms. Cette période correspond à la période d'observation de la vitesse d'acquittement désirée,
. Qs = a%*Wmax, 'a' est un pourcentage de la taille de la fenêtre d'émission maximale. II dépend de RTTmin et d'un bon dimensionnement de Wmax. A noter qu'une fenêtre d'émission W est acquittée en un délai aller retour RTT, Par exemple, un seuil de 20% de la fenêtre maximale acquittée en moins de 20 ms serait un signe de rafale, car 20 ms ne représente que 3.5% du RTT dans le cas d'une liaison par satellite, . d = 10 ou 20 ms. Ce retard qui peut être modifié à chaque nouvelle mise à jour du RTTmin ne doit pas être trop grand pour que les acquittements du RTT courant ne débordent pas sur le RTT suivant. Pour respecter cette contrainte, ce retard respectera de préférence l'inégalité suivante : d < 2 * S * RTTmin / Wmax. Plus précisément, cette inégalité peut s'écrire d < 2 * S / Dmax < 50 ms, Dmax étant le débit maximal souhaité. La limitation de 50 ms permet d'écarter tout risque de divergence dans le calcul. Une fois la phase d'initialisation effectuée, il est procédé à une phase de détection qui se déroule en permanence pendant la réception de paquets d'acquittement, excepté lorsque la phase de lissage est en cours.
Ainsi, à l'arrivée d'un paquet d'acquittement ACKi utile (c'est-à- dire non dupliqué et acquittant donc de nouvelles données) de la couche
IP, et avant de le délivrer à la couche TCP, il est procédé au démarrage d'une nouvelle période d'observation PO (étape 102), bien entendu si aucune période d'observation PO n'est en cours, ou si on a dépassé la période précédente (Tc est hors PO). Et, selon le résultat du test de l'étape 104, si Q < Qs, le paquet de ACKi est délivré à la couche TCP sans aucun traitement (étape 106) et si Q > Qs, ce paquet est mis dans la liste L en FIFO, (premier entré premier sorti, en anglais "First In First out"), sans le délivrer à la couche TCP (étape 108) afin de lui appliquer la phase de lissage (étapes 110 et suivantes).
Dans le cas particulier où I1ACKi acquitte à lui seul une grande quantité de données (nombre de paquets typiquement supérieur à 4), il est généré dans la liste L un nombre d'acquittements artificiels au nombre de (N/2 - 1), soit par exemple un acquittement pour deux paquets de données acquittés. Ainsi, si ACKi acquitte 8 paquets (de 11 à 18 en référence à la figure 2), cet ACK est mis dans la liste L avec un champ d'acquittement acquittant les paquets 11 et 12. Puis 3 acquittements artificiels sont ensuite générés et mis dans la liste L, le premier acquittant les paquets 13 et 14, le second les paquets 15 et 16, et le dernier acquittant les paquets 17 et 18.
Lorsque la liste L est donc non vide, il est procédé à la phase de lissage en appliquant le retard d au premier paquet entré dans la liste (c'est-à-dire en armant le temporisateur de lissage à d à l'étape 110). Au bout de 'd1 secondes (test de l'étape 112), le temporisateur est déclenché et le paquet en tête de la file d'attente est délivré à la couche TCP (étape 114) puis selon le test de l'étape 116, si la liste L est non vide, le temporisateur est réarmé à 'd1 (retour à l'étape 110). Sinon, on sort de la phase de lissage pour retourner dans la phase de détection (étape 102).
Dans cette phase de lissage, tant que le retard 'd' n'est pas écoulé, un traitement des paquets d'acquittement est tout de même effectué (étape 118) avant un retour à la période d'observation (étape 102). Notamment, si un paquet d'acquittement ACKi utile arrive de la T/FR2006/051303
12
couche IP, il est alors mis dans la liste L en FIFO, sans être livré à la couche TCP. De même, si un paquet d'acquittement ACKi dupliqué arrive de la couche IP, il est aussi mis dans la liste L en FIFO, sans être livré à la couche TCP. Il en est de même pour le deuxième paquet d'acquittement dupliqué. Lorsque ces paquets d'acquittements dupliqués arrivent en tête de la file d'attente, ils sont livrés tous immédiatement à la couche TCP, sans attendre l'expiration du retard 'd1. Par contre, si le deuxième ou le troisième paquet d'acquittement n'est pas dupliqué, les paquets d'acquittement dupliqués sont sortis de la liste L, sans qu'ils soient délivrés à la couche TCP.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'émission de données, sous forme de paquets d'au moins une donnée, d'un émetteur (E) vers un récepteur (R) par une connexion établie dans un réseau de télécommunication (Rl), l'émission d'au moins un paquet de données (D) par l'émetteur étant déclenchée par la prise en compte d'un acquittement (ACK) reçu du récepteur,
caractérisé en ce qu'on introduit au niveau de l'émetteur (E) un retard d dans la prise en compte d'au moins certains des acquittements reçus, de façon à étaler l'émission des paquets de données, ledit retard étant déterminé à partir de l'observation de la vitesse d'arrivée des acquittements et sa comparaison par rapport à la bande passante du réseau de télécommunication.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsqu'un acquittement reçu contient plusieurs éléments d'acquittement acquittant chacun un paquet de données distinct, on introduit au moins deux retards distincts dans la prise en compte d'au moins deux éléments d'acquittement de l'acquittement reçu.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que, ledit procédé d'émission mettant en œuvre un protocole de type
TCP/IP, les acquittements ou éléments d'acquittement qui ne sont pas délivrés directement de la couche IP à la couche TCP sont placés dans une file d'attente de l'émetteur E où le retard d leur est appliqué avant leur délivrance à la couche TCP.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque des acquittements dupliqués successifs sont reçus du récepteur, ils sont placés dans la file d'attente sans être livrés à la couche TCP et lorsque ces acquittements dupliqués arrivent en tête de la file d'attente, ils sont tous livrés immédiatement à la couche TCP, sans attendre l'expiration du retard d.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lorsqu'un acquittement reçu acquitte N paquets de données avec N>2, on génère N/2-1 acquittements artificiels associés chacun à deux paquets de données successifs, et on introduit un retard différent dans la prise en compte de chacun des acquittements artificiels générés.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le retard d. satisfait à l'inégalité suivante : d_ < 2 * S * RTTmin / Wmax avec S la taille d'un paquet de données, RTTmin le temps minimal de trajet aller-retour entre l'émetteur et le récepteur et Wmax la taille maximale de la fenêtre d'émission des paquets de données.
7. Dispositif d'émission de données en paquets d'au moins une donnée vers un récepteur (R) par une connexion établie dans un réseau de télécommunication (Rl), l'émission d'au moins un paquet de données (D) par le dispositif d'émission étant déclenchée par la prise en compte d'un acquittement (ACK) reçu du récepteur, caractérisé en ce qu'il comporte :
. un moyen pour surveiller la réception d'un acquittement en provenance du récepteur,
. un moyen de temporisation pour appliquer un retard ci à la prise en compte d'au moins certains des acquittements reçus, et
. un moyen de prise en compte des acquittements une fois le retard écoulé.
8. Dispositif selon la revendication I1 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de stockage tampon (L) géré selon un protocole FIFO et destiné à recevoir un à un les acquittements reçus du récepteur et affectés du retard d.
9. Programme d'ordinateur apte à être mis en oeuvre dans un dispositif d'émission de données selon la revendication 7 et comportant des instructions de code pour l'exécution des différentes étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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Citations (3)

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WO2002025880A2 (fr) * 2000-09-19 2002-03-28 Nortel Networks Limited Configuration dynamique du protocole tcp pour trafic voix/donnees a faible temps de latence
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