WO2008148960A1 - Procede de controle d'emission de paquets tcp dans un reseau ad hoc, programme d'ordinateur et station emettrice/receptrice associes - Google Patents

Procede de controle d'emission de paquets tcp dans un reseau ad hoc, programme d'ordinateur et station emettrice/receptrice associes Download PDF

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WO2008148960A1
WO2008148960A1 PCT/FR2008/050687 FR2008050687W WO2008148960A1 WO 2008148960 A1 WO2008148960 A1 WO 2008148960A1 FR 2008050687 W FR2008050687 W FR 2008050687W WO 2008148960 A1 WO2008148960 A1 WO 2008148960A1
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packet
station
loss
value
reception
Prior art date
Application number
PCT/FR2008/050687
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Sidi-Mohammed Senouci
Alaa Seddik-Ghaleb
Yacine Ghamri-Doudane
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France Telecom
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Definitions

  • the present invention relates to communication techniques used in telecommunication networks. It applies particularly, but not exclusively, to ad hoc networks.
  • Ad hoc networks are wireless communication networks without a fixed infrastructure. A certain number of wireless stations are equipped with means for transmitting and / or receiving radio and appropriate protocols for forming the nodes of the ad hoc network.
  • stations forming the ad hoc network may be in the form of computers or laptops, handheld computers, mobile phones, vehicles, household appliances, etc.
  • the transmitting / receiving means can also be associated with simple objects such as sensors or actuators.
  • An ad hoc network of sensors makes it possible to collect information, for example to monitor or control installations.
  • Ad hoc networks are particularly useful when a temporary network is required (for example to establish a teleconference) or when it is not possible to implement a fixed infrastructure (for example on a battlefield).
  • Ad hoc networks have severe operating constraints. First, there is no fixed infrastructure. Nodes must cooperate to allow exchanges. When data is to be sent from one node to an ultimate destination node, the data is transferred via several successive hops between intermediate nodes, each intermediate node being in radio range of the previous node and the next node. Nodes play the role of routers.
  • the performance of ad hoc networks depends on the bandwidth available on the network and the lifetime of the stations constituting the nodes of the network. Energy saving is a crucial factor in designing ad hoc networks with a long life span, in particular because, on the one hand, the stations are generally powered by batteries whose replacement or recharging is expensive and difficult or impossible and because on the other hand, energy sources such as batteries or batteries are sources of pollution.
  • the structure of the network can vary frequently, due in particular to the mobility of the nodes and the energy constraints: new nodes can integrate the network, while nodes disappear, in particular when they no longer have a reserve of energy. 'energy.
  • TCP (English Transmission Control Protocol) is a transport protocol, connected mode, standardized by the working group IETF ("Internet Engineering Task Force").
  • the TCP protocol segments data to be transmitted from a sender to a recipient in data packets. It was originally designed for use in fixed infrastructure networks in which transmission errors on a link are rare and where the main cause of TCP packet loss is network congestion. Network congestion is the saturation of nodes on one or more links in the network causing increases in data delivery times.
  • the TCP protocol relies on a congestion window of a certain size CWND.
  • This congestion size CWND limits the number of data that can be transmitted by the transmitting station without reception by this station of an acknowledgment message from the destination station and indicating the good reception by the latter of the data that have been sent to it.
  • the TCP protocol also relies on a congestion control algorithm that is used in case of packet loss.
  • a congestion control algorithm that is used in case of packet loss.
  • RTO in English, "Retransmission Time Out”
  • the station triggers a processing to decrease the transmission rate, then to increase it gradually, in order to reduce the occurrence of packet losses in case of network congestion.
  • this control algorithm of congestion eg TCP Tahoe, Reno TCP, New-Reno TCP, TCP SACK, TCP Vegas, TCP Westwood.
  • TCP has more recently been implemented on heterogeneous networks.
  • the TCP protocol was then adapted to distinguish packet losses due to network congestion packet losses due to a transmission error on the radio part of the link.
  • a transmission error on the radio link or channel error corresponds to a part of data lost or corrupted in at least one packet, due for example to phenomena of interference, noise, bad weather.
  • This document describes a technique that allows the sending station to distinguish, in case of loss of a TCP packet, whether this loss is due to corrupted data or network congestion, in order to improve the performance in heterogeneous networks.
  • the technique further includes error recovery processing in the event of corruption loss, wherein the corrupted data is retransmitted as smaller packets, thereby reducing the error rate.
  • the present invention aims to propose a transmission control method, of a first transmitting / receiving station of a network of wirelessly telecommunications to a second station of said network, data packets on a radio link of said network according to defined rules, said method comprising the following steps:
  • a link failure in an ad hoc network may be due to the fact that a station, node of the radio link, no longer has energy or has moved. The data packets of the communication can then no longer be transmitted on this deleted radio link. This radio link deletion will give rise to the level of the network layer in search of a new radio link connecting the sending station to the destination station. There may also be a partitioning of the insulating network of the sending station of the destination station, such that no other radio link can be used to continue the transmission of the packets of the communication between the two stations.
  • a method according to the present invention makes it possible to identify the losses of TCP packets due to a radio link deletion and in such a case, to adapt the transmission of packets by the first station, without implement the procedure of reducing the transmission rate and increasing the RTO delay, which is not adapted to the problems of deleting radio links.
  • Such a method is particularly advantageous in ad hoc networks because of the occurrence of radio link deletion problems.
  • the cause is selected from among several causes further comprising a transmission error on the radio link and / or congestion of the radio link. Distinguishing these three causes will make it possible to specifically adapt the packet transmission rules by the station to each of the three causes.
  • the first station measures, for transmitted packets relating to the communication, a respective value representative of the RTT delay between the transmission of a packet by the first station and the reception by said station of a message indicating receiving the second station of said packet, said method comprising the following step when a loss of a packet is detected:
  • the cause of the loss based on at least the evolution over time of the measured RTT values for packets relating to the communication and transmitted previously to the lost packet is selected.
  • the first station has at least a first indicator and a second loss indicator adapted to detect a loss of packets.
  • the first indicator detects a packet loss according to the non-reception, after a time elapsed from the transmission of the packet equal to a threshold delay RTO, of a message indicating the reception of said packet by the second station.
  • the second indicator detects a packet loss based on the reception of a determined number of messages indicating the non-reception of said packet by the second station.
  • the cause of loss of the packet is further selected based on that of the first and second indicators having first detected the loss.
  • This arrangement contributes to the selection of the cause of a TCP packet loss among several causes including a cause of link deletion, and at least one of the transmission error on the radio link and the congestion of the radio link.
  • the selected cause is the deletion of the radio link.
  • the selected cause is congestion of the radio link.
  • the selected cause is the congestion of the radio link.
  • the selected cause is a transmission error on the radio link.
  • the selected cause is congestion on the radio link.
  • the selected cause is congestion on the radio link.
  • Each of these arrangements allows a transmitting node to determine the cause of a packet loss among several causes including the removal of radio link and / or the transmission error on the radio link and / or the congestion of the radio link .
  • This determination of the cause of packet loss is performed without implementing dedicated exchanges with the destination node and is therefore advantageous in terms of bandwidth saving and energy.
  • case-specific treatments can be implemented to redefine transmission of packets and thus best use the network while preserving energy.
  • a method according to the invention redefines such rules following the detection of packet loss.
  • a radio link includes radio hops between successive transceiver stations and a threshold delay value (RTO) is set such that the first station detects at least one packet loss as a function of non-reception. , after a time elapsed from the transmission of the packet equal to the threshold delay, a message indicating the reception of said packet by the second station.
  • RTO threshold delay value
  • the first station updates the value of the threshold delay in depending on the previous value of the threshold delay, the number of hops in the new link and the number of hops in the deleted link.
  • Such an arrangement makes it possible to avoid detecting burst packet loss, following link deletion and to avoid unnecessary retransmissions.
  • the first station updates the value of the threshold delay according to the following formula:
  • Ryour inscription e w is the updated value of the threshold time
  • RTO 0ID is the previous value of the threshold time
  • k represents a number of hops in the new link
  • n represents a number of hops in the deleted link.
  • Such an arrangement makes it possible to precisely adjust the value of the RTO retransmission delay during the link change.
  • At least one of the following steps is implemented: - if selection, for a packet loss, a cause of transmission error on the radio link, the first station does not update the value of the threshold delay;
  • the first station does not update the threshold delay value.
  • Such arrangements make it possible to control the stream of transmitted packets in order, in one case, not to penalize the transmission of packets in the event of a transmission error on the channel and to limit the phenomenon of congestion detected in the other case.
  • a radio link includes radio hops between transceiver stations and the first station performs a comparison of a defined maximum data volume value (CWND) and the packet data volume transmitted without reception of messages indicating the reception by the second station of said packets and suspending the transmission of new packets according to the result of said comparison, the method comprising the following step:
  • CWND defined maximum data volume value
  • the first station updates the maximum volume value of data based on the previous value of maximum volume, the number of hops in the new link, and the number of hops in the deleted link.
  • the first station updates the value of the maximum data volume according to the following formula:
  • CWNDnew is the refreshed value of maximum data volume
  • CWND 0Id is the previous value of maximum data volume
  • k is a hop count in the new link
  • n is a hop count in the deleted link.
  • the first station performs a comparison based on a defined maximum data volume value (CWND) and the volume of packet data transmitted without receiving messages indicating receipt by the second station of said packets and suspending issuing new packets according to the result of said comparison, the method comprising the following steps, following the selection of a cause of congestion of the radio link:
  • the bandwidth available on the radio link is estimated and a minimum time required between the transmission of a packet on the radio link and the reception of a message indicating the reception by the other station of said packet;
  • the value of the maximum volume of data is updated according to a given factor, the estimated available bandwidth and the estimated minimum delay.
  • the first station performs a comparison of a defined maximum data volume value (CWND) and the volume of transmitted packet data without receiving messages indicating receipt by the second station of said packets and suspends issuing new packets according to the result of said comparison, said method comprising the following steps:
  • the invention proposes a computer program to be installed in a transmitting / receiving station of a wireless telecommunications network, the station being adapted to transmit, to a destination station of said network, packets data on a radio link according to defined rules, said program comprising instructions for implementing the following steps during a program execution by means of processing the station:
  • the invention proposes a transmitting / receiving station of a wireless telecommunications network, the station being adapted to transmit, to a destination station of said network, data packets relating to a communication on a network.
  • radio link according to defined rules and comprising:
  • FIG. 1 represents an ad hoc network
  • FIG. 2 represents a transmitting station in one embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a window of congestion
  • Fig. 4 is a flowchart showing steps of a process
  • FIG. 1 shows a portion of a telecommunications network 1, in this case an ad hoc network, comprising a plurality of transceiver stations 2 each intended to constitute a node of the ad hoc network 1.
  • a node 2 comprises, with reference to FIG. 2, a transmitting / receiving antenna 5 'and a processing module 5 which provides processing of the transport layer (layer 4 of the OSI model) in accordance with the TCP protocol.
  • the node 2 comprises a memory 7 and modules (not shown) adapted to ensure in particular the processing of the link layers (layer 2 of the OSI model) and network (layer 3 of the OSI model).
  • the different circuits of a node 2 are supplied with electrical energy from a source (not shown) associated with the node 2 such as a battery.
  • the processing carried out by the module 5 is executed by a central processor of the node 2, under the control of appropriate programs.
  • the nodes composing the neighborhood at a jump of a given node are the nodes within radio range of the given node, that is to say the nodes that can exchange a message with the given node directly on the radio channel 4, without need to go through an intermediate node relaying the message.
  • Point-to-point communications are implemented in the network 1 between a first node and a second node, via a radio link having several hops between intermediate radio nodes. For example, consider a point-to-point communication between the node 2 referenced E and the node 2 referenced D on the radio link comprising the successive hops between the nodes E, N1, N2, N3, ..., Nn-1 and D .
  • the processing module 5 of the node E is adapted to segment into packets conforming to the TCP protocol the data to be transmitted by the node E to the node D as part of the communication. Each packet has a determined number of data bytes and is transmitted successively via the antenna 5 '.
  • the processing module 5 is adapted to control the transmission rate of the data transmitted to the destination node by means of a congestion window of a fixed size CWND, and to limit the volume of the transmitted data without receiving any data. corresponding acknowledgment messages.
  • FIG. 3 shows successive bytes O 1 , O 2 ,..., O 1 + 4 , of data for the communication.
  • the O 1 to O 4 bytes, appearing in grid areas in FIG. 3, have already been transmitted by the sending node E and the latter has received the acknowledgment messages from the destination node D indicating the good reception, by this last, packets containing these bytes.
  • the processing module 5 is adapted to not transmit a packet having a data byte with a sequence number greater than the sum of the highest sequence number of an acknowledged byte and the fixed size CWND.
  • the processing module 5 can still transmit the bytes O ⁇ + i and O
  • each packet transmitted by the sending node E indicates a sequence number which identifies it (in general this sequence number is the sequence number of the first byte of data that it comprises).
  • the destination node receives a transmitted packet, it in turn sends to node E an acknowledgment message indicating that it has received the packet and allowing identification of the packet it has received.
  • the processing module 5 of the transmitting node E is adapted, when sending a packet, to trigger a respective time counter. This timer is stopped when the sending node E receives the acknowledgment message. The time value then indicated by the counter is called the RTT (in English "Round Trip Time”) relative to the packet.
  • the processing module 5 stores, in the memory 7, the RTT values measured for packets successively transmitted and thus has a history of the evolution of the measured RTTs for the communication.
  • the time then indicated by the counter is regularly compared to a fixed value of retransmission timeout called RTO (in English "Retransmission Time Out”).
  • RTO retransmission Time Out
  • the value of RTO is taken for example equal to twice an average value of RTT determined according to the RTTs measured for packets previously transmitted as part of the communication.
  • the processing module 5 determines that the packet is lost.
  • the processing module 5 there is a second means for the processing module 5 to detect a loss of a packet. Indeed, when the receiving node receives a new packet whose sequence number is not the expected one (the expected sequence number is the one immediately higher than the sequence number of the last byte received), it sends to the node E a message indicating that it did not receive the packet it was waiting for and indicating the sequence number of said expected packet. And each time the receiving node subsequently receives a new packet whose sequence number is still not the one expected, it transmits again to the destination. Node E the message indicating that it did not receive the packet it was waiting for and indicating the sequence number of said expected packet.
  • the processing module 5 of the node E is adapted to determine that a packet has been lost when a given number Nb of messages, indicating that the packet has not been received, successive from the receiving node D have been received.
  • this number Nb determined is set equal to 3, but other values can be chosen.
  • the processing module 5 of the node E determines a loss of a packet as soon as it determines one of the two events out of an overshoot, for this packet, of the retransmission delay RTO and the reception of 3 messages indicating the non-reception of the packet by the destination node D.
  • the packet is retransmitted by the sending node E to the destination node D and rules relating to the transmission of packets are redefined in order to better manage the performance of the network depending on the circumstances giving rise to the loss, for example on the value of the CWND size of the congestion window.
  • the ProcD process implemented by the differentiation module 51 comprises steps intended to determine the cause of a packet loss among the three following causes: deletion of the radio link, error on the radio link and congestion of the radio link.
  • a loss of a TCP packet is detected.
  • the differentiation module 51 determines whether the packet loss has been detected following an overrun of the RTO timer or again following the reception by the node E of 3 messages indicating the non-reception of the packet.
  • the differentiation module 51 determines, using the history of the values of RTT stored in the memory 7, whether the RTT is globally constant for the last X transmitted packets for which the RTT has been measured and stored (X is a predefined number strictly greater than 1).
  • the differentiation module 51 determines, using the history of the values of RTT stored in the memory 7, if the RTT is globally constant for the X 'last transmitted packets for which the RTT has been measured and stored (X' is a predefined number strictly greater than 1).
  • the cause of the loss of the packet is the link error (step 700).
  • the cause of the loss of the packet is congestion of the link (step 500).
  • the ProcD process thus proposes steps to select the cause of a packet loss among the causes of radio link deletion, radio link error and radio link congestion.
  • the ProcD process is thus particularly suited to the case of ad hoc networks. Treatments specific to each cause of packet loss can then be made, in order to restore a transmission in the best flow conditions on the link and energy saving, in view of the problem encountered.
  • step 300 is replaced by a step 300 'in which it is determined whether the measured RTT values increase overall over time. If this is the case, then, the determined cause is a cause of link congestion (step 500). Otherwise, the determined cause is a cause of link deletion (step 400).
  • step 600 is replaced by a step 600 'in which it is determined whether the measured RTT values increase overall over time. If this is the case, then, the determined cause is a cause of link congestion (step 500). Otherwise, the determined cause is a cause of link deletion (step 700).
  • the RTT values measured for retransmitted bytes will not be taken into account in evaluating the evolution of the RTT over time, as proposed in the Karn algorithm.
  • a vector of dimension less than the maximum of the values X, X' can be used and stored, whose coordinates are determined according to the RTT values successively measured.
  • a Flip-Flop filter such as described in "Efficiency of Loss Labeling in Improving TCP Performance in Wire / Wireless Networks," D. Barman and I. Matta, in 10th IEEE International Conference on Network Protocols (ICNP'02), is used. November 12-15, 2002.
  • the ProcR process implemented by the transmission rule redefinition module 52 comprises steps for redefining rules relating to the transmission of packets relating to the communication, according to the cause identified for a packet loss among the three causes: deletion of the radio link, error on the radio link and congestion of the radio link.
  • a step 510 when the identified cause for packet loss is radio link congestion, the lost packet is retransmitted.
  • the steps practiced in the prior art in case of loss are applied, for example those of TCP New Reno.
  • the new value of the transmission delay RTO considered is taken equal to the previous value considered, according to TCP New Reno technique.
  • the module 52 compares the value of the CWND size of the congestion window to a threshold called ssthresh, in English "Slow Start Threshold".
  • avoidance congestion a congestion avoidance treatment. avoidance congestion
  • the so-called slow start processing consists in redefining the value of the CWND size of the congestion window to a low value (for example equal to the size of a packet), then gradually increasing the size of the window as and when measuring the reception of acknowledgment messages (for example by increasing CWND by the size of a packet for each acknowledgment message received, which amounts to doubling the CWND size by RTT) and this until the size has reached the ssthresh threshold or until there is congestion detection.
  • the so-called slow start processing is also used, before any loss, when starting the communication.
  • the so-called congestion avoidance treatment performs a more conservative survey of the link. It consists in redefining the value of the CWND size of the congestion window to a low value (for example equal to the size of a packet), and then increasing gradually, but more slowly than in the slow start processing, the size of the window as reception of acknowledgment messages (for example by increasing CWND by a value equal to the square of the size of a segment divided by CWND, which amounts to increasing CWND by the size of 'a packet by RTT) and this until the size has reached the ssthresh threshold or until there is congestion detection.
  • a low value for example equal to the size of a packet
  • acknowledgment messages for example by increasing CWND by a value equal to the square of the size of a segment divided by CWND, which amounts to increasing CWND by the size of 'a packet by RTT
  • the bandwidth is estimated using the TIBET method ("Time Intervais base Banwidth Estimation Technique") implemented by the node E.
  • a step 410 when the cause identified for a packet loss is the deletion of the radio link, the transmission is stopped and then resumed when a new radio link has been identified at the network layer for the transmission of packets.
  • the lost packet is then retransmitted and the value of the transmission delay is redefined, for the transmitted packets, according to the value used hitherto, the number of hops of the deleted radio link and the number of hops of the new radio link.
  • RTO new is the value of the updated transmission delay
  • RTO 0Id is the transmission timing value previously used
  • k is the number of hops in the new link
  • n is the number of hops in the deleted link.
  • the module 52 further redefines the value of the CWND size of the congestion window applying from the resumption of transmission on the new link.
  • the module 52 redefines the congestion window as follows:
  • CWND not w is the updated value of the size of the congestion window
  • d is the value of the congestion window used previously
  • k is the number of hops in the new link
  • n is the number of hops in the deleted link.
  • ssthresh Bwest x RTTmin, where Bwest is the estimated bandwidth on the new link and RTTmin is the minimum value of the RTTs measured on the new link.
  • the bandwidth is measured using the TIBET method ("Time Intervais base Banwidth Estimation Technique") implemented by the node E.
  • a step 710 when the cause identified for a packet loss is the transmission error on the radio link, the lost packet is retransmitted, the value of the retransmission timeout RTO is maintained and the CWND size of the congestion window is also maintained.
  • a process of redefinition of the transmission rules according to the invention makes it possible to adjust the performance of the network as a function of the transmission problems encountered. Such a process makes it possible to increase the use of the bandwidth of the available network and also makes it possible to save the energy of the nodes, for example by avoiding, after a problem of link deletion, of aggressively reducing the transmission rate. and avoiding the time-consuming and expensive process of energy and congestion window rate of increase from the lowest level.
  • a given value of travel time is defined.
  • a counter is initialized by the processing module 5. This counter is incremented for each measured value of RTT exceeding the given value.
  • the value indicated by the meter is regularly compared to an upper limit.
  • the processing module 5 determines that a phenomenon of congestion of the link is imminent.
  • the processing module then redefines the size of the congestion window by multiplying the size of the window previously used by a constant factor q between 0 and 1, q being different from 0 and 1 (for example, q is chosen equal to 2/3).
  • This arrangement will make it possible to regulate the overload of the nodes without underutilizing the available bandwidth and avoiding the appearance of a phenomenon of congestion.
  • the transmission rule redefinition process and the loss cause differentiation process described above are implemented independently of one another.
  • a process can apply steps 200, 300 and 400 to distinguish packet losses due to the deletion of a radio link, and then can implement, for the other packet losses, an algorithm of the packet. prior art to distinguish the losses due to errors over the radio link losses due to congestion of the radio link.
  • a process in case of determining a link deletion cause, can redefine a present value of RTO as indicated in step 410, but can adjust the CWND size of the congestion window by dividing by 2 the CWND size used until then.
  • the values of the constant factors q and g indicated above are chosen by experimentation, according to the type of radio link.

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Procédé de contrôle d'émission, d'une première station émettrice/réceptrice (E) d'un réseau (1) de télécommunications sans fil vers une seconde station (D) dudit réseau, de paquets de données sur un lien radio dudit réseau en fonction de règles définies, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - en réponse à la détection de la perte d'un paquet émis par la première station, sélectionner une cause de la perte du paquet parmi plusieurs causes incluant une suppression du lien radio; - redéfinir au moins une règle de contrôle d'émission de paquets par la première station en fonction d'au moins la cause sélectionnée.

Description

PROCEDE DE CONTROLE D'EMISSION DE PAQUETS TCP DANS UN
RESEAU AD HOC, PROGRAMME D'ORDINATEUR ET STATION
EMETTRICE/RECEPTRICE ASSOCIES
La présente invention concerne les techniques de communication utilisées dans les réseaux de télécommunications. Elle s'applique particulièrement, mais non exclusivement, dans les réseaux ad hoc.
Les réseaux ad hoc sont des réseaux de communication sans fil dépourvus d'infrastructure fixe. Un certain nombre de stations sans fil sont équipées de moyens d'émission et/ou réception radio et de protocoles adéquats pour former les noeuds du réseau ad hoc.
Ces stations composant le réseau ad hoc peuvent être sous la forme d'ordinateurs fixes ou portables, d'ordinateurs de poche, de téléphones mobiles, de véhicules, d'appareils électroménagers, etc. Les moyens d'émission/réception peuvent aussi être associés à des objets simples tels que des capteurs ou des actionneurs. Un réseau ad hoc de capteurs permet ainsi d'effectuer de la collecte d'informations par exemple en vue de surveiller ou de contrôler des installations.
Les réseaux ad hoc sont particulièrement utiles lorsqu'un réseau temporaire est requis (par exemple pour établir une téléconférence) ou encore lorsqu'il n'est pas possible de mettre en œuvre une infrastructure fixe (par exemple sur un champ de bataille).
Les réseaux ad hoc ont des contraintes de fonctionnement sévères. Tout d'abord, il n'existe pas d'infrastructure fixe. Les nœuds doivent coopérer pour permettre les échanges. Lorsque des données doivent être envoyées d'un nœud à un nœud destinataire final, les données sont transférées via plusieurs bonds successifs entre des nœuds intermédiaires, chaque nœud intermédiaire étant à portée radio du nœud précédent et du nœud suivant. Les nœuds jouent ainsi le rôle de routeurs.
Par ailleurs, la performance des réseaux ad hoc dépend de la bande passante disponible sur le réseau et de la durée de vie des stations constituant les noeuds du réseau. L'économie d'énergie est un facteur crucial pour concevoir des réseaux ad hoc à grande durée de vie, notamment parce que, d'une part, les stations sont généralement alimentées par des piles dont le remplacement ou le rechargement est coûteux et difficile, voire impossible et parce que d'autre part, les sources d'énergie telles que les piles ou les batteries sont des sources de pollution.
Par ailleurs, la structure du réseau peut varier fréquemment, en raison notamment de la mobilité des nœuds et des contraintes d'énergie : de nouveaux nœuds peuvent intégrer le réseau, tandis que des nœuds disparaissent, notamment lorsqu'ils ne disposent plus de réserve d'énergie.
Par ailleurs, le protocole de contrôle de transmission TCP (en anglais « Transmission Control Protocol ») est un protocole de transport, en mode connecté, normalisé par le groupe de travail IETF (« Internet Engineering Task Force »). Le protocole TCP segmente des données à transmettre d'un émetteur vers un destinataire en paquets de données. Il a été initialement conçu pour être utilisé dans des réseaux à infrastructure fixe dans lesquels les erreurs de transmission sur un lien sont rares et dans lesquels la principale cause d'une perte de paquet TCP est la congestion du réseau. La congestion du réseau correspond à la saturation de nœuds sur un ou plusieurs liens du réseau provoquant des augmentations des délais d'acheminement des données.
Le protocole TCP s'appuie sur une fenêtre de congestion d'une taille déterminée CWND. Cette taille de congestion CWND limite le nombre de données pouvant être émises par la station émettrice sans réception par cette station d'un message d'acquittement provenant de la station destinataire et indiquant la bonne réception par cette dernière des données qui lui ont été envoyées.
Le protocole TCP s'appuie en outre sur un algorithme de contrôle de congestion qui est utilisé en cas de perte de paquet. Lorsque l'émission d'un paquet par une station n'a pas été suivie par la réception d'un acquittement par la station au cours d'une temporisation nommée RTO (en anglais, « Retransmission Time Out »), la station déclenche un traitement pour décroître le taux de transmission, puis pour l'augmenter progressivement, ceci afin de réduire l'occurrence de pertes de paquets en cas de congestion du réseau. Il existe différentes variantes de cet algorithme de contrôle de congestion, par exemple TCP Tahoe, TCP Reno, TCP New-Reno, TCP SACK, TCP Vegas, TCP Westwood.
Le protocole TCP a plus récemment été mis en œuvre sur des réseaux hétérogènes. Le protocole TCP a alors été adapté pour distinguer des pertes de paquets dues à la congestion du réseau des pertes de paquets dues à une erreur de transmission sur la partie radio du lien. Une erreur de transmission sur le lien radio ou erreur canal correspond à une partie de données perdues ou corrompues dans au moins un paquet, du fait par exemple de phénomènes d'interférences, de bruit, d'intempéries.
On connaît notamment le document « A Novel Scheme of Loss Differentiation and Adaptative Segmentation to Enhance TCP Performance over Wireless Networks », M. Mancuso, Politecnico di Milano, Dept of Electronic and Information.
Ce document décrit une technique permettant, au niveau de la station émettrice de distinguer, en cas de perte d'un paquet TCP, si cette perte est due à des données corrompues ou à une congestion de réseau, afin d'améliorer les performances dans des réseaux hétérogènes. Cette technique comprend en outre un traitement de récupération d'erreur en cas de perte due à la corruption, selon lequel les données corrompues sont retransmises sous forme de plus petits paquets, ce qui permet de réduit le taux d'erreur.
Toutefois, ce document prend comme hypothèse que seul le dernier bond du réseau est un lien sans fil, ce qui n'est pas le cas des réseaux ad hoc dans lesquels l'ensemble des bonds sont des réseaux sans fil.
Les techniques connues appliquant le protocole TCP au cas d'un réseau sans fil ne permettent pas de bonnes performances dans le cas d'un réseau ad hoc, tant sur le plan de la sauvegarde d'énergie que sur le plan de l'utilisation de la bande passante du réseau.
Il existe un besoin de disposer d'un protocole basé sur le protocole TCP, qui soit mieux adapté aux contraintes particulières des réseaux ad hoc, en permettant notamment la sauvegarde d'énergie par les stations du réseau et une meilleure utilisation de la bande passante.
La présente invention vise à proposer un procédé de contrôle d'émission, d'une première station émettrice/réceptrice d'un réseau de télécommunications sans fil vers une seconde station dudit réseau, de paquets de données sur un lien radio dudit réseau en fonction de règles définies, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- en réponse à la détection de la perte d'un paquet émis par la première station, sélectionner une cause de la perte du paquet parmi plusieurs causes incluant une suppression du lien radio ;
- redéfinir au moins une règle de contrôle d'émission de paquets par la première station en fonction d'au moins la cause sélectionnée.
Distinguer les pertes de paquets dues à la suppression du lien radio acheminant les paquets de la communication entre la station émettrice et la station destinataire va permettre d'appliquer un traitement adapté à ce type de problème survenant de façon non négligeable dans les réseaux ad hoc, pour retransmettre les paquets perdus tout en utilisant au mieux la bande passante disponible et en économisant l'énergie consommée.
Une suppression de lien radio (en anglais « link failure ») dans un réseau ad hoc peut être due au fait qu'une station, nœud du lien radio, ne dispose plus d'énergie ou s'est déplacée. Les paquets de données de la communication ne peuvent alors plus être transmis sur ce lien radio supprimé. Cette suppression de lien radio va donner lieu au niveau de la couche réseau à la recherche d'un nouveau lien radio reliant la station émettrice à la station destinataire. Il peut également se produire un partitionnement du réseau isolant la station émettrice de la station destinataire, tel qu'aucun autre lien radio ne puisse être utilisé pour poursuivre la transmission des paquets de la communication entre les deux stations.
Actuellement, lorsque survient une suppression de lien radio, chaque fois que l'émission d'un paquet par la station émettrice ne donne pas lieu à la réception par la station d'un message d'acquittement provenant de la station destinataire, dans le délai nommé RTO (« Retransmission TimeOut ») à compter de l'émission, la station émettrice détecte une perte de paquet, réémet le paquet perdu, multiplie par 2 le délai RTO, tout en réduisant la taille CWND de sa fenêtre de congestion à une taille minimum égale à un paquet de données. Puis, la station émettrice va augmenter progressivement le débit de transmission de la station. Toutefois, cette réaction, satisfaisante pour les problèmes de congestion n'est pas adaptée au problème des suppressions de lien radio.
En effet, une suppression d'un lien radio donne lieu à des pertes de paquets en rafale. La procédure de réduction du débit de transmission de la station et d'augmentation du délai RTO vont ainsi se succéder rapidement, ce qui va donner lieu à une augmentation exponentielle du délai RTO et un maintien prolongé du débit de sortie à un niveau bas.
Dans un mode de réalisation, un procédé selon la présente invention, permet d'identifier les pertes de paquets TCP dues à une suppression de lien radio et dans un tel cas, d'adapter la transmission de paquets par la première station, sans mettre en œuvre la procédure de réduction du débit de transmission et d'augmentation du délai RTO, non adaptée aux problèmes de suppression de lien radio. Un tel procédé est particulièrement avantageux dans des réseaux ad hoc, du fait de l'occurrence des problèmes de suppression de lien radio.
Dans un mode de réalisation, la cause est sélectionnée parmi plusieurs causes comportant en outre une erreur de transmission sur le lien radio et/ou une congestion du lien radio. Distinguer ces trois causes va permettre de spécifiquement adapter les règles de transmission de paquets par la station à chacune des trois causes.
Dans un mode de réalisation, la première station mesure, pour des paquets émis relatifs à la communication, une valeur respective représentative du délai RTT entre l'émission d'un paquet par la première station et la réception par ladite station d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet, ledit procédé comportant l'étape suivante lorsqu'une perte d'un paquet est détectée :
- on sélectionne la cause de la perte en fonction au moins de l'évolution dans le temps des valeurs RTT mesurées pour des paquets relatifs à la communication et émis antérieurement au paquet perdu.
Cette disposition contribue à la sélection de la cause d'une perte de paquet TCP parmi plusieurs causes dont une cause de suppression de lien. Dans un mode de réalisation, la première station comporte au moins un premier indicateur et un second indicateur de perte adaptés pour détecter une perte de paquets.
Le premier indicateur détecte une perte de paquet en fonction de la non-réception, après un temps écoulé à compter de l'émission du paquet égal à un délai seuil RTO, d'un message indiquant la réception dudit paquet par la seconde station. Le second indicateur détecte une perte de paquet en fonction de la réception d'un nombre déterminé de messages indiquant la non-réception dudit paquet par la seconde station.
Selon le procédé, on sélectionne la cause de la perte du paquet en fonction en outre de celui des premier et second indicateurs ayant d'abord détecté la perte. Cette disposition contribue à la sélection de la cause d'une perte de paquet TCP parmi plusieurs causes dont une cause de suppression de lien, et au moins une cause parmi l'erreur de transmission sur le lien radio et la congestion du lien radio.
Dans un mode de réalisation, pour sélectionner la cause de la perte, on met en œuvre les étapes suivantes :
- si la perte du paquet est détectée d'abord par le premier indicateur ; et
- si les valeurs mesurées pour des paquets émis antérieurement au paquet perdu sont globalement constantes, alors la cause sélectionnée est la suppression du lien radio.
Dans un mode de réalisation, pour sélectionner la cause de la perte, on met en œuvre les étapes suivantes :
- si la perte du paquet est détectée d'abord par le premier indicateur ; et
- si les valeurs mesurées pour des paquets émis antérieurement au paquet perdu sont globalement non constantes, alors la cause sélectionnée est la congestion du lien radio.
Dans un mode de réalisation, pour sélectionner la cause de la perte, on met en œuvre les étapes suivantes :
- si la perte du paquet est détectée d'abord par le premier indicateur ; et - si les valeurs mesurées pour des paquets émis antérieurement au paquet perdu sont globalement croissantes, alors la cause sélectionnée est la congestion du lien radio.
Dans un mode de réalisation, pour sélectionner la cause de la perte, on met en œuvre les étapes suivantes :
- si la perte du paquet est détectée d'abord par le second indicateur ; et
- si les valeurs mesurées pour des paquets émis antérieurement au paquet perdu sont globalement constantes, alors la cause sélectionnée est une erreur de transmission sur le lien radio.
Dans un mode de réalisation, pour sélectionner la cause de la perte, on met en œuvre les étapes suivantes :
- si la perte du paquet est détectée d'abord par le second indicateur ; et
- si les valeurs mesurées pour des paquets émis antérieurement au paquet perdu sont non globalement constantes, alors la cause sélectionnée est une congestion sur le lien radio.
Dans un mode de réalisation, pour sélectionner la cause de la perte, on met en œuvre les étapes suivantes :
- si la perte du paquet est détectée d'abord par le second indicateur ; et
- si les valeurs mesurées pour des paquets émis précédemment au paquet perdu sont globalement croissantes, alors la cause sélectionnée est une congestion sur le lien radio.
Chacune de ces dispositions permet à un nœud émetteur de déterminer la cause d'une perte de paquet parmi plusieurs causes parmi lesquelles figurent la suppression de lien radio et/ou l'erreur de transmission sur le lien radio et/ou la congestion du lien radio. Cette détermination de la cause de perte de paquet est effectuée sans mettre en œuvre d'échanges dédiés avec le nœud destinataire et est donc avantageuse en termes d'économie de bande passante et d'énergie.
Une fois la cause d'une perte déterminée, des traitements spécifiques à chaque cause peuvent être mis en œuvre pour redéfinir des règles de transmission de paquets et ainsi utiliser au mieux le réseau tout en préservant l'énergie. Dans un mode de réalisation, un procédé selon l'invention redéfinit de telles règles suite à la détection d'une perte de paquet.
Dans un mode de réalisation, un lien radio comprend des bonds radio entre des stations émettrices/réceptrices successives et une valeur de délai seuil (RTO) est définie telle que la première station détecte au moins une perte de paquet en fonction de la non-réception, après un temps écoulé à compter de l'émission du paquet égal au délai seuil, d'un message indiquant la réception dudit paquet par la seconde station. Le procédé comporte l'étape suivante :
- suite à la sélection d'une cause de suppression du lien radio entre les première et seconde stations relative à une perte de paquet, une fois un nouveau lien identifié entre les première et seconde stations, la première station réactualise la valeur du délai seuil en fonction de la valeur précédente du délai seuil, du nombre de bonds dans le nouveau lien et du nombre de bonds dans le lien supprimé.
Une telle disposition permet de ne pas susciter des détections de perte de paquets en rafale, suite une suppression de lien et d'éviter des retransmissions inutiles.
Dans un mode de réalisation, la première station réactualise la valeur du délai seuil selon la formule suivante :
RTOnew = - RTO0Id, OÙ : n
RTOnew est la valeur du délai seuil réactualisée, RTO0Id est la valeur précédente du délai seuil, k représente un nombre de bonds dans le nouveau lien et n représente un nombre de bonds dans le lien supprimé.
Une telle disposition permet d'adapter précisément la valeur de la temporisation de retransmission RTO lors du changement de lien.
Dans un mode de réalisation, au moins l'une des étapes suivantes est mise en œuvre : - en cas de sélection, pour une perte de paquet, d'une cause d'erreur de transmission sur le lien radio, la première station ne réactualise pas la valeur du délai seuil ;
- en cas de sélection, pour une perte de paquet, d'une cause de congestion de lien radio, la première station ne réactualise pas la valeur du délai seuil.
De telles dispositions permettent de contrôler le flux de paquets émis afin, dans un cas, de ne pas pénaliser la transmission de paquets en cas d'erreur de transmission sur le canal et de limiter le phénomène de congestion détectée dans l'autre cas.
Dans un mode de réalisation, un lien radio comprend des bonds radio entre des stations émettrices/réceptrices et la première station effectue une comparaison d'une valeur de volume de données maximum définie (CWND) et du volume de données de paquets émis sans réception de messages indiquant la réception par la seconde station desdits paquets et suspend l'émission de nouveaux paquets en fonction du résultat de ladite comparaison, le procédé comportant l'étape suivante :
- suite à la sélection d'une cause de suppression du lien radio entre les première et seconde stations relative à une perte de paquet, une fois un nouveau lien identifié entre les première et seconde stations, la première station réactualise la valeur de volume maximum de données en fonction de la valeur précédente de volume maximum, du nombre de bonds dans le nouveau lien et du nombre de bonds dans le lien supprimé.
Dans un mode de réalisation, la première station réactualise la valeur du volume maximum de données selon la formule suivante :
CWNDnew = - CWND0Id, où :
CWNDnew est la valeur réactualisée de volume maximum de données, CWND0Id est la valeur précédente de volume maximum de données, k représente un nombre de bonds dans le nouveau lien et n représente un nombre de bonds dans le lien supprimé. Dans un mode de réalisation, la première station effectue une comparaison en fonction d'une valeur de volume de données maximum définie (CWND) et du volume de données de paquets émis sans réception de messages indiquant la réception par la seconde station desdits paquets et suspend l'émission de nouveaux paquets en fonction du résultat de ladite comparaison, le procédé comportant les étapes suivantes, suite à la sélection d'une cause de congestion du lien radio :
- on estime la bande passante disponible sur le lien radio et un délai minimum nécessaire entre l'émission d'un paquet sur le lien radio et la réception d'un message indiquant la réception par l'autre station dudit paquet ;
- on réactualise la valeur du volume maximum de données en fonction d'un facteur déterminé, de la bande passante disponible estimée et du délai minimum estimé.
Une telle réactualisation de la taille de la fenêtre de congestion offre un bon compromis entre les problématiques de suppression de la congestion et de maintien satisfaisant du débit de transmission, tout en diminuant la consommation d'énergie par rapport à celle qui est nécessaire dans les techniques connues.
Dans un mode de réalisation, la première station effectue une comparaison d'une valeur de volume de données maximum définie (CWND) et du volume de données de paquets émis sans réception de messages indiquant la réception par la seconde station desdits paquets et suspend l'émission de nouveaux paquets en fonction du résultat de ladite comparaison, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- pour une pluralité de paquets, mesure par la première station du délai entre l'émission du paquet et la réception par ladite première station d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet et incrémentation d'un compteur lorsque le délai mesuré est supérieur à une première valeur limite ;
- selon le résultat d'une comparaison entre la valeur indiquée par le compteur et une seconde valeur limite, réactualisation de la valeur de volume de données maximum définie en fonction de la valeur de volume de données maximum précédente et d'un facteur déterminé.
Ces étapes, qui peuvent être mises en œuvre indépendamment des opérations de différentiation des causes de pertes de paquets et des opérations de redéfinition des conditions d'émission après détection d'une perte, permettent d'anticiper un phénomène de congestion imminent avant même qu'une perte de paquet ne survienne, et permettent de limiter l'occurrence des congestions de lien.
Suivant un second aspect, l'invention propose un programme d'ordinateur à installer dans une station émettrice/réceptrice d'un réseau de télécommunications sans fil, la station étant adaptée pour émettre, à destination d'une station destinataire dudit réseau, des paquets de données sur un lien radio en fonction de règles définies, ledit programme comprenant des instructions pour mettre en œuvre les étapes suivantes lors d'une exécution du programme par des moyens de traitement de la station :
- en réponse à la détection de la perte d'un paquet émis par la station, sélectionner une cause de la perte du paquet parmi plusieurs causes incluant une suppression du lien radio ;
- redéfinir au moins une règle de contrôle d'émission de paquets par la station en fonction d'au moins la cause sélectionnée.
Suivant un troisième aspect, l'invention propose une station émettrice/réceptrice d'un réseau de télécommunications sans fil, la station étant adaptée pour émettre, à destination d'une station destinataire dudit réseau, des paquets de données relatifs à une communication sur un lien radio en fonction de règles définies et comprenant :
- des moyens pour, en réponse à la détection de la perte d'un paquet émis par la station, sélectionner une cause de la perte de paquet détectée parmi plusieurs causes incluant une suppression du lien radio ;
- des moyens pour redéfinir au moins une règle de contrôle d'émission de paquets par la station en fonction d'au moins la cause sélectionnée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un réseau ad hoc ;
- la figure 2 représente une station émettrice dans un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente une fenêtre de congestion ; la figure 4 est un organigramme représentant des étapes d'un processus
ProcD et d'un processus ProcR selon l'invention.
Sur la figure 1 est représentée une partie d'un réseau de télécommunications 1 , dans le cas considéré, un réseau ad hoc, comportant une pluralité de stations émettrices-réceptrices 2 destinées à constituer chacune un nœud du réseau ad hoc 1.
Un nœud 2 comporte, en référence à la figure 2, une antenne d'émission/réception 5' et un module 5 de traitement qui assure des traitements de la couche de transport (couche 4 du modèle OSI) conformément au protocole TCP.
Par ailleurs, le nœud 2 comporte une mémoire 7 et des modules (non représentés) adaptés pour assurer notamment les traitements des couches de liaison (couche 2 du modèle OSI) et de réseau (couche 3 du modèle OSI).
Les différents circuits d'un nœud 2 sont alimentés en énergie électrique depuis une source (non représentée) associée au nœud 2 telle qu'une pile.
Dans le mode de réalisation considéré, les traitements réalisés par le module 5 sont exécutés par un processeur central du nœud 2, sous le contrôle de programmes appropriés.
Les nœuds composant le voisinage à un bond d'un nœud donné sont les nœuds se trouvant à portée radio du nœud donné, c'est-à-dire les nœuds pouvant échanger un message avec le nœud donné directement sur le canal radio 4, sans nécessiter de passer par un nœud intermédiaire relayant le message.
Des communications point à point sont mises en œuvre dans le réseau 1 entre un premier nœud et un second nœud, par l'intermédiaire d'un lien radio comportant plusieurs bonds entre des nœuds radio intermédiaires. Par exemple, on considère une communication point à point entre le nœud 2 référencé E et le nœud 2 référencé D sur le lien radio comportant les bonds successifs entre les nœuds E, N1 , N2, N3, ..., Nn-1 et D.
Le module de traitement 5 du nœud E est adapté pour segmenter en paquets conformes au protocole TCP les données à transmettre par le nœud E au nœud D dans le cadre de la communication. Chaque paquet comporte un nombre déterminé d'octets de données et est émis successivement par l'intermédiaire de l'antenne 5'.
En outre, le module de traitement 5 est adapté pour piloter le taux de transmission des données transmises au nœud destinataire à l'aide d'une fenêtre de congestion d'une taille fixée CWND, et limiter le volume des données transmises sans avoir reçu de messages d'acquittement correspondants.
La figure 3 représente des octets successifs O-i, O2, ..., Oι+4, de données pour la communication.
Les octets O1 à O4, apparaissant dans des zones quadrillées sur la figure 3, ont déjà été émis par le nœud émetteur E et ce dernier a reçu les messages d'acquittement en provenance du nœud destinataire D indiquant la bonne réception, par ce dernier, des paquets comportant ces octets.
Les octets O5 à O|, repérés par des astérisques, ont déjà été émis par le nœud émetteur E et ce dernier n'a reçu pas les messages d'acquittement correspondants en provenance du nœud destinataire D.
L'octet O1+1 et les octets suivants n'ont pas encore été émis par le nœud émetteur E à destination du nœud destinataire D.
Le module de traitement 5 est adapté pour ne pas émettre de paquet comportant un octet de données avec un numéro de séquence supérieur à la somme du numéro de séquence le plus élevé d'un octet acquitté et de la taille fixée CWND.
Ainsi dans le cas présent, le module de traitement 5 peut encore procéder à l'émission des octet Oι+i et O|+2, mais ne pourra pas émettre les octets Oι+3 et suivants, repérés par des traits obliques, tant que de nouveaux messages d'acquittement ne lui seront pas parvenus. Par ailleurs, chaque paquet émis par le nœud émetteur E indique un numéro de séquence qui l'identifie (en général ce numéro de séquence est le numéro de séquence du premier octet de données qu'il comporte). Lorsque le nœud destinataire reçoit un paquet émis, il émet à son tour à destination du nœud E un message d'acquittement indiquant qu'il a bien reçu le paquet et permettant l'identification du paquet qu'il a reçu.
Le module de traitement 5 du nœud émetteur E est adapté pour, lors de l'émission d'un paquet, déclencher un compteur de temps respectif. Ce compteur de temps est stoppé lors de la réception par le nœud émetteur E du message d'acquittement. La valeur de temps alors indiquée par le compteur est appelée le RTT (en anglais « Round Trip Time ») relatif au paquet.
Dans le cas considéré, le module de traitement 5 mémorise, dans la mémoire 7, les valeurs de RTT mesurées pour des paquets successivement émis et dispose ainsi d'un historique de l'évolution des RTT mesurées pour la communication.
Par ailleurs, tant que le message d'acquittement du paquet n'a pas été reçu, le temps alors indiqué par le compteur est régulièrement comparé à une valeur fixée de temporisation de retransmission nommée RTO (en anglais « Retransmission Time Out »). Par défaut, la valeur de RTO est prise égale par exemple au double d'une valeur moyenne de RTT déterminée en fonction des RTT mesurés pour des paquets précédemment transmis dans le cadre de la communication.
Lorsque le temps indiqué par le compteur dépasse le RTO, alors le module de traitement 5 détermine que le paquet est perdu.
Dans le cas considéré, il existe un second moyen pour le module de traitement 5 de détecter une perte d'un paquet. En effet, lorsque le nœud récepteur reçoit un nouveau paquet dont le numéro de séquence n'est pas celui attendu (le numéro de séquence attendu est celui immédiatement supérieur au numéro de séquence du dernier octet reçu), il émet à destination du nœud E un message indiquant qu'il n'a pas reçu le paquet qu'il attendait et indiquant le numéro de séquence dudit paquet attendu. Et à chaque fois que le nœud récepteur reçoit par la suite un nouveau paquet dont le numéro de séquence n'est toujours pas celui attendu, il émet à nouveau à destination du nœud E le message indiquant qu'il n'a pas reçu le paquet qu'il attendait et indiquant le numéro de séquence dudit paquet attendu.
Le module de traitement 5 du nœud E est adapté pour déterminer qu'un paquet a été perdu lorsqu'un nombre déterminé Nb de messages, indiquant que le paquet n'a pas été reçu, successifs en provenance du nœud récepteur D ont été reçus. Dans ce qui suit, ce nombre Nb déterminé est fixé égal à 3, mais d'autres valeurs peuvent être choisies.
Ainsi le module de traitement 5 du nœud E détermine une perte d'un paquet dès qu'il détermine un des deux événements parmi un dépassement, pour ce paquet, de la temporisation de retransmission RTO et la réception de 3 messages indiquant la non-réception du paquet par le nœud destinataire D.
Suite à la détermination d'une perte de paquet par le nœud émetteur E, le paquet est retransmis par le nœud émetteur E au nœud destinataire D et des règles relatives à l'émission de paquets sont redéfinies afin de gérer au mieux les performances du réseau en fonction des circonstances ayant donné lieu à la perte, portant par exemple sur la valeur de la taille CWND de la fenêtre de congestion.
Il est décrit ci-dessous deux processus ProcD et ProcR mis en œuvre par des modules respectifs 51 de différentiation et 52 de redéfinition des règles au sein du module de traitement 5 du nœud E.
Chacun de ces processus est réalisé à l'aide d'un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées pour mettre en œuvre, lorsqu'elles sont exécutées sur des moyens de traitement du module 5, les étapes du processus décrit ci-dessous en référence aux figures.
Processus de différentiation des causes de pertes de paquets TCP
Le processus ProcD mis en œuvre par le module 51 de différentiation comprend des étapes destinées à déterminer la cause d'une perte de paquet parmi les trois causes suivantes : suppression du lien radio, erreur sur lien radio et congestion du lien radio.
En référence à la figure 4, dans une étape 100, une perte d'un paquet TCP est détectée. Dans une étape 200, le module 51 de différentiation détermine si la perte de paquet a été détectée suite à un dépassement de la temporisation RTO ou encore suite à la réception par le nœud E de 3 messages indiquant la non-réception du paquet.
Si la perte de paquet a été détectée suite à un dépassement de la temporisation RTO, dans une étape 300, le module 51 de différentiation détermine, à l'aide de l'historique des valeurs de RTT mémorisé dans la mémoire 7, si le RTT est globalement constant pour les X derniers paquets transmis pour lesquels le RTT a été mesuré et mémorisé (X est un nombre prédéfini strictement supérieur à 1 ).
Dans le cas positif, il détermine ainsi que la cause de la perte du paquet est la suppression du lien (étape 400).
Dans le cas négatif, il détermine ainsi que la cause de la perte du paquet est la congestion du lien (étape 500).
Si la perte de paquet a été détectée suite à la réception par le nœud E de 3 messages indiquant la non-réception du paquet, dans une étape 600, le module 51 de différentiation détermine, à l'aide de l'historique des valeurs de RTT mémorisé dans la mémoire 7, si le RTT est globalement constant pour les X' derniers paquets transmis pour lesquels le RTT a été mesuré et mémorisé (X' est un nombre prédéfini strictement supérieur à 1 ).
Dans le cas positif, il détermine ainsi que la cause de la perte du paquet est l'erreur sur lien (étape 700). Dans le cas négatif, il détermine que la cause de la perte du paquet est la congestion du lien (étape 500).
Le processus ProcD propose ainsi des étapes en vue de sélectionner la cause d'une perte de paquets parmi les causes de suppression de lien radio, d'erreur sur lien radio et de congestion de lien radio.
Le processus ProcD est ainsi particulièrement adapté au cas des réseaux ad hoc. Des traitements spécifiques à chaque cause de perte de paquet peuvent ensuite être réalisés, en vue de rétablir une transmission dans les meilleures conditions de débit sur le lien et de sauvegarde d'énergie, au vu du problème rencontré.
Dans un autre mode de réalisation, l'étape 300 est remplacée par une étape 300' selon laquelle on détermine si les valeurs de RTT mesurées augmentent globalement au cours du temps. Si tel est le cas, alors, la cause déterminée est une cause de congestion de lien (étape 500). Sinon, la cause déterminée est une cause de suppression de lien (étape 400).
Similairement, dans un autre mode de réalisation, l'étape 600 est remplacée par une étape 600' selon laquelle on détermine si les valeurs de RTT mesurées augmentent globalement au cours du temps. Si tel est le cas, alors, la cause déterminée est une cause de congestion de lien (étape 500). Sinon, la cause déterminée est une cause de suppression de lien (étape 700).
Dans un mode de réalisation, les valeurs de RTT mesurées pour des octets retransmis ne seront pas prises en compte dans l'évaluation de l'évolution du RTT dans le temps, comme proposé dans l'algorithme de Karn.
Dans un mode de réalisation, afin d'utiliser moins de capacité mémoire que ne le nécessite la sauvegarde de chacun des X ou X' RTT de l'historique utilisé, un vecteur de dimension inférieure au maximum des valeurs X, X' peut être utilisé et mémorisé, dont les coordonnées sont déterminées en fonction des valeurs de RTT successivement mesurées. On utilise par exemple un filtre Flip-Flop tel que décrit dans « Effectiveness of loss labelling in improving TCP performance in wire/wireless networks », D. Barman and I. Matta, in 10th IEEE International Conférence on Network Protocols (ICNP'02, November 12-15, 2002.
Processus de redéfinition de règles d'émission en fonction des causes de pertes de paquets TCP
Le processus ProcR mis en œuvre par le module 52 de redéfinition de règles d'émission comprend des étapes destinées à redéfinir des règles relatives à l'émission de paquets relatifs à la communication, en fonction de la cause identifiée pour une perte de paquet parmi les trois causes suivantes : suppression du lien radio, erreur sur lien radio et congestion du lien radio.
En référence à la figure 4, dans une étape 510, lorsque la cause identifiée pour une perte de paquet est la congestion sur lien radio, le paquet perdu est retransmis. Dans un mode de réalisation, en cas de perte due à la congestion, les étapes pratiquées dans l'art antérieur en cas de perte sont appliquées, par exemple celles de TCP New Reno.
Ainsi, dans un mode de réalisation, suite à une perte due à la congestion, la nouvelle valeur de la temporisation de transmission RTO considérée est prise égale à la précédente valeur considérée, conformément à la technique TCP New Reno.
Et lorsqu'une perte de paquet a été détectée par dépassement du RTO, le module 52 compare la valeur de la taille CWND de la fenêtre de congestion à un seuil nommé ssthresh, en anglais « Slow Start Threshold ».
Si la taille CWND est inférieure à ce seuil ssthresh, alors la congestion identifiée n'est pas sévère et un traitement dit de démarrage lent (en anglais « Slow Start ») est effectué, sinon un traitement d'évitement de congestion (en anglais « congestion avoidance ») est effectué.
Le traitement dit de démarrage lent consiste à redéfinir la valeur de la taille CWND de la fenêtre de congestion à une valeur faible (par exemple égale à la taille d'un paquet), puis à augmenter progressivement la taille de la fenêtre au fur et à mesure de la réception de messages d'acquittement (par exemple en augmentant CWND de la taille d'un paquet pour chaque message d'acquittement reçu, ce qui revient à doubler la taille CWND par RTT) et cela jusqu'à ce que la taille ait atteint le seuil ssthresh ou jusqu'à ce qu'il y ait détection de congestion.
Le traitement dit de démarrage lent est en outre utilisé, avant toute perte, lors du démarrage de la communication.
Le traitement dit d'évitement de congestion effectue un sondage du lien plus prudent. Il consiste à redéfinir la valeur de la taille CWND de la fenêtre de congestion à une valeur faible (par exemple égale à la taille d'un paquet), puis à augmenter progressivement, mais plus lentement que dans le traitement de démarrage lent, la taille de la fenêtre au fur et à mesure de la réception de messages d'acquittement (par exemple en augmentant CWND d'une valeur égale au carré de la taille d'un segment divisé par CWND, ce qui revient à augmenter CWND de la taille d'un paquet par RTT) et cela jusqu'à ce que la taille ait atteint le seuil ssthresh ou jusqu'à ce qu'il y ait détection de congestion.
Dans un mode de réalisation, suite à une perte de paquet due à la congestion du lien, on réactualise le seuil ssthresh, qui est égal à la taille de la fenêtre de congestion idéale, de la façon suivante : ssthresh = Bwest x RTTmin, où Bwest est la bande passante estimée sur le lien et RTTmin est la valeur minimale des RTT mesurées sur le lien.
Dans un mode de réalisation, la bande passante est estimée à l'aide de la méthode TIBET (« Time Intervais base Banwidth Estimation Technique ») mise en œuvre par le nœud E.
Et on actualise la valeur de la fenêtre de congestion à considérer pour les paquets émis après détection de la perte due à la congestion, en la prenant égale à un facteur g multiplié par le seuil ssthresh ainsi réactualisé, avec g compris entre 0 et 1 , g étant différent de 0 et 1. Par exemple, g est choisi égal à 2/3.
Dans un mode de réalisation, en référence à la figure 4, dans une étape 410, lorsque la cause identifiée pour une perte de paquet est la suppression du lien radio, la transmission est stoppée, puis est reprise lorsqu'un nouveau lien radio a été identifié, au niveau de la couche réseau, pour la transmission des paquets.
Le paquet perdu est alors retransmis et la valeur de la temporisation de transmission est redéfinie, pour les paquets émis, en fonction de la valeur utilisée jusqu'alors, du nombre de bonds du lien radio supprimé et du nombre de bonds du nouveau lien radio.
Par exemple, en référence à la figure 1 , si le lien utilisé jusqu'alors pour la communication entre le nœud E et le nœud D comportant les n bonds E-N1 , N1-N2, N2-N3, ..., Nn-1-D est identifié par le module 51 comme supprimé après la détection d'une perte de paquet, et si le nouveau lien radio établi entre les nœuds E et D est le lien comportant les k bonds E-K1 , K1-K2, K2-K3, ..., Kk-1-D, alors le module 52 redéfinit la valeur de la temporisation de transmission de la façon suivante : k RTOnew = - RTO0Id, OÙ : n
RTOnew est la valeur de la temporisation de transmission réactualisée, RTO0Id est la valeur de temporisation de transmission utilisée précédemment, k est le nombre de bonds dans le nouveau lien et n est le nombre de bonds dans le lien supprimé.
Le module 52 redéfinit en outre la valeur de la taille CWND de la fenêtre de congestion s'appliquant à partir de la reprise de l'émission sur le nouveau lien.
Dans un mode de réalisation, le module 52 redéfinit la fenêtre de congestion de la façon suivante :
CWNDnew = - CWND0Id1 Ou : k
CWNDnew est la valeur réactualisée de la taille de la fenêtre de congestion, CWND0|d est la valeur de la fenêtre de congestion utilisée précédemment, k est le nombre de bonds dans le nouveau lien et n est le nombre de bonds dans le lien supprimé.
Par ailleurs, la valeur du seuil ssthresh est également réactualisée lors de la reprise de la transmission de paquets de la façon suivante : ssthresh = Bwest x RTTmin, où Bwest est la bande passante estimée sur le nouveau lien et RTTmin est la valeur minimale des RTT mesurée sur le nouveau lien.
Dans un mode de réalisation, la bande passante est mesurée à l'aide de la méthode TIBET (« Time Intervais base Banwidth Estimation Technique ») mise en œuvre par le nœud E.
De telles opérations permettent ainsi d'adapter les règles contrôlant les paquets transmis au problème de suppression de lien en fonction des caractéristiques du lien supprimé et du nouveau lien.
Il est évité la réduction à une valeur minimale de la taille de la fenêtre de congestion, puis le scénario d'augmentation de la taille depuis cette valeur minimale. Le débit de transmission est donc préservé au maximum. La valeur du RTO ainsi ajustée permet que le changement de lien ne soit pas suivi de pertes de paquets en rafale lorsque le nouveau lien est plus long que le lien supprimé, et permet de réagir au plus vite en cas de perte de paquet lorsque le nouveau lien est plus court que le lien supprimé.
Dans un mode de réalisation, en référence à la figure 4, dans une étape 710, lorsque la cause identifiée pour une perte de paquet est l'erreur de transmission sur lien radio, le paquet perdu est retransmis, la valeur de la temporisation de retransmission RTO est maintenue et la taille CWND de la fenêtre de congestion est également maintenue.
Aucun délai de transmission supplémentaire, ni consommation supplémentaire d'énergie pour diminuer brutalement, puis augmenter progressivement la taille de la fenêtre de congestion (qui sont inutiles dans un cas d'erreur sur transmission) ne sont imposés par ce traitement.
Un processus de redéfinition des règles d'émission selon l'invention permet d'ajuster les performances du réseau en fonction des problèmes de transmission rencontrés. Un tel processus permet d'augmenter l'utilisation de la bande passante du réseau disponible et permet en outre de sauvegarder l'énergie des nœuds, par exemple en évitant après un problème de suppression de lien, de diminuer de façon agressive le taux de transmission et en évitant la procédure longue et coûteuse en énergie et en débit d'augmentation de la fenêtre de congestion à partir du niveau le plus bas.
Par ailleurs, un processus de prédiction de congestion est décrit ci- dessous, permettant d'anticiper la survenue d'un phénomène de congestion.
Prédiction de la congestion dans le réseau
Dans un mode de réalisation, on définit une valeur donnée de temps de trajet. Lors de l'établissement de la connexion et après chaque congestion régulée, un compteur est initialisé par le module de traitement 5. Ce compteur est incrémenté pour chaque valeur de RTT mesurée dépassant la valeur donnée.
La valeur indiquée par le compteur est régulièrement comparée à une borne supérieure. Lorsque la valeur indiquée par le compteur est égale ou dépasse la borne supérieure, le module de traitement 5 détermine qu'un phénomène de congestion du lien est imminent.
Le module de traitement redéfinit alors la taille de la fenêtre de congestion en multipliant la taille de la fenêtre utilisée jusqu'alors par un facteur constant q compris entre 0 et 1 , q étant différent de 0 et de 1 (par exemple, q est choisi égal à 2/3).
Cette disposition va permettre de réguler la surcharge des nœuds sans sous-utiliser la bande passante disponible et en évitant l'apparition d'un phénomène de congestion.
Dans des modes de réalisation, le processus de redéfinition de règles de transmission et le processus de différentiation des causes de pertes décrits ci-dessus sont mis en œuvre indépendamment l'un de l'autre.
Par exemple, le processus de différentiation des causes de pertes décrit ci-dessus est mis en œuvre, et des règles de transmission, différentes de celles décrites ci-dessus, sont redéfinies suite à une perte en fonction de la cause de la perte identifiée.
Inversement, une technique autre que celle décrite ci-dessus peut être utilisée pour identifier les causes de perte de paquets, puis le processus de redéfinition des règles décrit ci-dessus peut être mis en œuvre sur la base de cette technique.
Par ailleurs, seules une ou certaines parties du processus de redéfinition de règles de transmission et/ou du processus de différentiation des causes de pertes peuvent être mises en œuvre.
A titre d'exemple, un processus peut appliquer les étapes 200, 300 et 400 pour distinguer les pertes de paquets dues à la suppression d'un lien radio, puis peut mettre en œuvre, pour les pertes de paquets autres, un algorithme de l'art antérieur permettant de distinguer les pertes dues aux erreurs sur lien radio des pertes dues à la congestion du lien radio.
Encore à titre d'exemple, un processus, en cas de détermination d'une cause de suppression de lien peut redéfinir une valeur actualisée de RTO comme indiqué à l'étape 410, mais peut ajuster la taille CWND de la fenêtre de congestion en divisant par 2 la taille CWND utilisée jusqu'alors. Les valeurs des facteurs constants q et g indiqués ci-dessus sont choisies par expérimentation, en fonction du type de lien radio.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d'émission, d'une première station émettrice/réceptrice (E) d'un réseau (1 ) de télécommunications sans fil vers une seconde station (D) dudit réseau, de paquets de données sur un lien radio dudit réseau en fonction de règles définies, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans la première station (E): une étape de mesure pour des paquets émis relatifs à la communication d'une valeur respective représentative du délai (RTT) entre l'émission d'un paquet par la première station (E) et la réception par ladite station d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet, une étape de détection de la perte d'un paquet émis par la première station à partir au moins d'un premier indicateur et d'un second indicateur de perte adaptés pour détecter une perte de paquets, le premier indicateur détectant une perte de paquet en fonction de la non-réception, après un temps écoulé à compter de l'émission du paquet égal à un délai seuil (RTO), d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet et le second indicateur détectant une perte de paquet en fonction de la réception d'un nombre déterminé de messages indiquant la non-réception par la seconde station dudit paquet, une étape de sélection d'une cause de la perte du paquet parmi plusieurs causes incluant une suppression du lien radio, en fonction au moins de l'évolution dans le temps des valeurs mesurées (RTT) pour des paquets relatifs à la communication et émis antérieurement au paquet perdu et en fonction en outre de celui des premier et second indicateurs ayant d'abord détecté la perte ; une étape de redéfinition d'au moins une règle de contrôle d'émission de paquets par la première station en fonction d'au moins la cause sélectionnée.
2. Procédé selon la revendication 1 , selon lequel la cause est sélectionnée parmi plusieurs causes appartenant au groupe comprenant: une suppression du lien radio; une erreur de transmission sur le lien radio; une congestion du lien radio.
3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel un lien radio comprend des bonds radio entre des stations émettrices/réceptrices et une valeur de délai seuil (RTO) étant définie telle que la première station détecte au moins une perte de paquet en fonction de la non-réception, après un temps écoulé à compter de l'émission du paquet égal au délai seuil, d'un message, indiquant la réception par la seconde station (D) dudit paquet, le procédé comportant l'étape suivante :
- suite à la sélection d'une cause de suppression du lien radio entre les première et seconde stations relative à une perte de paquet, une fois un nouveau lien radio identifié entre les première et seconde stations, la première station réactualise la valeur du délai seuil (RTO) en fonction de la valeur précédente du délai seuil, du nombre de bonds dans le nouveau lien et du nombre de bonds dans le lien supprimé.
4. Procédé selon la revendication 3, selon lequel la première station (E) réactualise la valeur du délai seuil selon la formule suivante :
RTOnew = - RTO0Id, OÙ : n
RTOnew est la valeur du délai seuil réactualisée, RTO0Id est la valeur précédente du délai seuil, k représente un nombre de bonds dans le nouveau lien et n représente un nombre de bonds dans le lien supprimé.
5. Procédé selon la revendication 2, selon lequel au moins l'une des étapes suivantes est mise en œuvre : en cas de sélection, pour une perte de paquet, d'une cause d'erreur de transmission sur le lien radio, la première station (E) ne réactualise pas la valeur du délai seuil (RTO) ;
- en cas de sélection, pour une perte de paquet, d'une cause de congestion de lien radio, la première station ne réactualise pas la valeur du délai seuil (RTO).
6. Procédé selon la revendication 2, selon lequel un lien radio entre les première et seconde stations comprend des bonds radio entre des stations émettrices/réceptrices et selon lequel la première station (E) effectue une comparaison d'une valeur de volume de données maximum définie (CWND) et du volume de données de paquets émis sans réception de messages indiquant la réception par la seconde station desdits paquets et suspend l'émission de nouveaux paquets en fonction du résultat de ladite comparaison, le procédé comportant l'étape suivante :
- suite à la sélection d'une cause de suppression du lien radio entre les première et seconde stations relative à une perte de paquets, une fois un nouveau lien identifié entre les première et seconde stations, la première station réactualise la valeur de volume maximum de données (CWND) en fonction de la valeur précédente de volume maximum, du nombre de bonds dans le nouveau lien et du nombre de bonds dans le lien supprimé.
7. Procédé selon la revendication 6, selon lequel la première station réactualise la valeur du volume maximum de données selon la formule suivante :
CWNDnew = - CWND0Id, où : k
CWNDnew est la valeur réactualisée de volume maximum de données, CWND0Id est la valeur précédente de volume maximum de données, k représente un nombre de bonds dans le nouveau lien et n représente un nombre de bonds dans le lien supprimé.
8. Procédé selon la revendication 2 selon lequel la première station (E) effectue une comparaison d'une valeur de volume de données maximum définie (CWND) et du volume de données de paquets émis sans réception de messages indiquant la réception par le seconde station desdits paquets et suspend l'émission de nouveaux paquets en fonction du résultat de ladite comparaison, le procédé comportant les étapes suivantes, suite à la sélection d'une cause de congestion du lien radio :
- on estime la bande passante disponible sur le lien radio et un délai minimum nécessaire entre l'émission d'un paquet sur le lien radio et la réception d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet ;
- on réactualise la valeur du volume maximum de données (CWND) en fonction d'un facteur déterminé, de la bande passante disponible estimée et du délai minimum estimé.
9. Procédé selon la revendication 1 , selon lequel la première station (E) effectue une comparaison d'une valeur de volume de données maximum définie (CWND) et du volume de données de paquets émis sans réception de messages indiquant la réception par la seconde station desdits paquets et suspend l'émission de nouveaux paquets en fonction du résultat de ladite comparaison, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- pour une pluralité de paquets, mesure par la première station du délai (RTT) entre l'émission du paquet et la réception par la première station d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet et incrémentation d'un compteur lorsque le délai mesuré est supérieur à une première valeur limite ;
- selon le résultat d'une comparaison entre la valeur indiquée par le compteur et une seconde valeur limite, réactualisation de la valeur de volume de données maximum définie (CWND) en fonction de la valeur de volume de données maximum précédente et d'un facteur déterminé.
10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé de contrôle d'émission selon la revendication 1 lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.
11. Station émettrice/réceptrice (E) d'un réseau (1 ) de télécommunications sans fil, la station étant adaptée pour émettre, à destination d'une station destinataire (D)1 des paquets de données sur un lien radio en fonction de règles définies et comprenant : des moyens de mesure pour des paquets émis relatifs à la communication d'une valeur respective représentative du délai (RTT) entre l'émission d'un paquet par la première station (E) et la réception par ladite station d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet, des moyens de détection de la perte d'un paquet émis par la première station à partir au moins d'un premier indicateur et d'un second indicateur de perte adaptés pour détecter une perte de paquets, le premier indicateur détectant une perte de paquet en fonction de la non-réception, après un temps écoulé à compter de l'émission du paquet égal à un délai seuil (RTO), d'un message indiquant la réception par la seconde station dudit paquet et le second indicateur détectant une perte de paquet en fonction de la réception d'un nombre déterminé de messages indiquant la non-réception par la seconde station dudit paquet, des moyens de sélection d'une cause de la perte du paquet parmi plusieurs causes incluant une suppression du lien radio, en fonction au moins de l'évolution dans le temps des valeurs mesurées (RTT) pour des paquets relatifs à la communication et émis antérieurement au paquet perdu et en fonction en outre de celui des premier et second indicateurs ayant d'abord détecté la perte ; des moyens de redéfinition d'au moins une règle de contrôle d'émission de paquets par la première station en fonction d'au moins la cause sélectionnée.
PCT/FR2008/050687 2007-05-11 2008-04-17 Procede de controle d'emission de paquets tcp dans un reseau ad hoc, programme d'ordinateur et station emettrice/receptrice associes WO2008148960A1 (fr)

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