WO2010103217A1 - Procede et systeme de communication sur un reseau de communication sans fil avec acces par multiplexage temporel dynamique - Google Patents

Procede et systeme de communication sur un reseau de communication sans fil avec acces par multiplexage temporel dynamique Download PDF

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WO2010103217A1
WO2010103217A1 PCT/FR2010/050363 FR2010050363W WO2010103217A1 WO 2010103217 A1 WO2010103217 A1 WO 2010103217A1 FR 2010050363 W FR2010050363 W FR 2010050363W WO 2010103217 A1 WO2010103217 A1 WO 2010103217A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
node
reservation
interval
reserved
cell
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/050363
Other languages
English (en)
Inventor
Sidi-Mohammed Senouci
Mosa Ali Abu-Rgheff
Ghassan Abdalla
Original Assignee
France Telecom
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom filed Critical France Telecom
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access, e.g. scheduled or random access
    • H04W74/04—Scheduled or contention-free access
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access, e.g. scheduled or random access
    • H04W74/02—Hybrid access techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the present invention relates to a method and a communication system in an ad hoc wireless communication network, in particular an ad hoc vehicle network (VANET).
  • VANET ad hoc vehicle network
  • VANET vehicle networks are ad hoc wireless networks that provide communications within a group of vehicles within range of each other, and sometimes between vehicles and fixed equipment within range.
  • An ad hoc network carries out direct transmissions step by step.
  • L 1 IEEE is working on a new protocol for controlling access to a network
  • MAC wireless ad hoc vehicles
  • the network access function in the latter is mainly organized according to a mechanism, of the Distributed Coordination Function (DCF) type, based on random accesses of the CSMA / CA type ("Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance").
  • DCF Distributed Coordination Function
  • CSMA / CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
  • QoS quality of service
  • ADHOC MAC new MAC architecture for ad hoc networks providing efficient and reliable point-to-point and broadcast services
  • Borgonovo, Capone, Cesana and Fratta, Wireless Networks Volume 10, Number 4, July 2004, pp.359- 366 describes the ADHOC MAC protocol applicable to VANET networks.
  • the implemented method uses time-division multiplex network access
  • Time division multiplexing defines time slots ("time slots") within a frame of the signal.
  • the nodes exchange status information (BUSY / IDLE) of each time slot as they detect it. In this way, the network access management is distributed over all the nodes, and each of them is aware of the time intervals available for a possible reservation.
  • the invention aims at overcoming at least one of the disadvantages of prior art by providing an adaptive time multiplexing access method which combines both the advantages of the conventional TDMA solution and those of random access techniques
  • the invention particularly relates to a communication method in an ad hoc wireless communication network comprising at least one geographical cell to which a communication channel is associated, a frame of the communication channel being organized in time intervals. of equal duration shared by a plurality of transmitter / receiver nodes of the cell, the time slots being divided into two sets
  • the method comprises a step of sending by a node a reservation request of a given time interval, said given time interval belonging to the first set prior to the reservation request and audit second set when the reservation is effective
  • the invention thus combines the two types of access, random and by reservation, to the network so as to meet both QoS QoS requirements and fast accesses as obtained with the 802 standard 11 p.
  • the sets of the two types of intervals are dynamically modified according to particular reservation requests This dynamic adaptation between the two access modes ensures the effectiveness of the invention regardless of the size of the network, and guarantees in particular the QoS necessary for the diffusion of messages of security in the networks
  • the communication method guarantees QoS quality of service by the reservation mechanism when it is requested, and ensures, on the other hand, performance similar to CSMA / CA mechanisms in case of low traffic II also limits the overhead required to manage reserved access slots
  • the node transmits said reservation request of the given time interval in another time slot of the first set. In a variant, this request is transmitted in a time interval of the second set reserved for it.
  • the reservation request can be issued at short notice, without waiting for the node
  • the risk of collision of the reservation request with other data is minimized
  • a node transmits, in a time interval of the second set reserved for it, information relating to the reservations of all the time intervals of the second set of the frame.
  • the nodes of a cell thus maintain the structure of the network, without resorting to a centralized infrastructure
  • said node maintains locally information relating to reservations according to those transmitted on the communication channel and reservation requests transmitted.
  • the invention thus organizes in a distributed manner the management of the accesses and the reservations of the temporal intervals It frees itself from the presence of a central entity
  • a node increments, at each new frame, a counter associated with a time interval of the second set, if all the information relating to the reservations transmitted by the other nodes indicates this time slot as unused or "inactive", and the method comprises a step of sending a request for reservation of the time slot when said associated counter is greater than a first threshold value
  • the method comprises a step of sending a request for release of the time interval when said associated counter is greater than a second threshold value.
  • the time interval thus released is available at booking for any node in the cell Network performance is even better
  • said node reorganizes the allocation of the time slots of the second set so as to modify the information relating to reservations and transmits on said communication channel said information relating to the modified reservations
  • said reservation made during a first frame is effective when all the information relating to the reservations, received from the nodes of the cell in a frame following the first frame, indicate that said given time slot is reserved. for said node
  • the validation of the reservation is determined, in a distributed manner, by the node requesting this reservation.
  • said reservation request comprises a unique number of the given time interval, said unique number being calculated as follows
  • this arrangement makes it possible to manage the dynamic reservation of the slots in a distributed manner on the nodes. Moreover, the planned unique number follows a continuous numbering, which simplifies the management of the reservations.
  • the method includes, when a node belongs to two cells when moving from an original cell to a new cell
  • the interval reserved by said node in the original cell is dedicated to a point-to-point communication of which said node is not addressed, the corresponding time interval of the original cell is an interval of the first set whose access is random.
  • the method comprises, when a node receives at least two reservation requests of the same time slot:
  • the first node transmitting said message indicates to the other nodes how the conflict is resolved.
  • At least one of the reservation requests is in the form of an indication, in reservation information transmitted by another node and received by said node, that a reservation has been requested by a third node.
  • This indication can result from the comparison of the information received with that available to the node.
  • said node are able to solve the reservation conflicts resulting from "hidden nodes".
  • said node transmits said message informing the actual reservations all the sooner that it receives a large number of reservation requests of the same time slot. In this way, it is a node that resolves a larger number of competing demands that is expressed first. This reduces the number of messages sent on the communication channel for this resolution of conflicting requests.
  • a timer can be used at each node, initiated upon receipt of two competing requests and voluntarily reduced with each new concurrent request received.
  • the method comprises a step of assigning, to the cell, a set composed of a plurality of sub-carrier frequencies so as to form said communication channel, said nodes of the cell transmitting on said channel according to an orthogonal frequency division mechanism (OFDM).
  • OFDM orthogonal frequency division mechanism
  • the invention also relates to a device or communication node in an ad hoc wireless communication network comprising at least one geographical cell to which a communication channel is associated, a frame of the communication channel being organized in time intervals of duration. equal shared by a plurality of transmitter / receiver devices of the cell, said time slots being divided into two sets
  • a first set composed of one or more time slots of a first type for which an access mode is random
  • the device comprising
  • the device has the same advantages as the method mentioned above
  • the device may comprise means relating to the steps of the method above
  • the invention also relates to a communication method in an ad hoc wireless communication network comprising at least one geographical cell to which a communication channel is associated, a frame of the communication channel being organized in time intervals of duration. equal shared by a plurality of transmitter / receiver nodes of the cell, the time slots being divided into two sets
  • a first set composed of one or more time slots of a first type for which an access mode is random
  • said method comprises the following steps implemented by a node
  • the device can understand
  • the invention is here seen from a node receiving the reservation requests and ensuring the dynamic reservation of said time intervals between the two sets.
  • this method and this device may comprise steps or means corresponding to those of the method and device presented above.
  • the invention also relates to a communication system in an ad hoc wireless communication network comprising at least one geographical cell with which a communication channel is associated, a frame of the communication channel being organized in time intervals of duration. equal shared by a plurality of transmitter / receiver nodes of the cell, the time slots being divided into two sets
  • a first set composed of one or more time slots of a first type for which an access mode is random
  • reservation request management means able to assign to the second together a time interval of the first set, said time slot being referred to in one of said requests and belonging to the first set prior to the reservation request, when the reservation is effective
  • the system according to the invention has the same advantages as the above methods and devices.
  • the means are implemented in a software manner.
  • said reservation request management means are distributed over the nodes. of said network
  • the system can comprise several devices as introduced above By this distributed management, no node sees its performance decrease compared to other nodes
  • system may include means relating to the process features set forth above
  • An information storage means possibly totally or partially removable, readable by a computer system, includes instructions for a program computer adapted to implement the communication method according to the invention when this program is loaded and executed by the computer system
  • a computer program readable by a microprocessor comprises instructions for implementing the communication method according to the invention, when this program is loaded and executed by the microprocessor
  • FIG. 1 represents a VANET network divided into cells
  • FIG. 2 illustrates the distribution of subcarrier frequency sets for different cells of the network of FIG. 1,
  • FIG. 3 diagrammatically represents the structure of a vehicle / node of the network
  • FIG. 4 illustrates the temporal division of the accesses to a communication channel of a cell, according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 5a to 5d represent, in the form of logigrams, the processing steps relating to the sending of data on the network by a vehicle / node,
  • FIGS. 6a to 6c show, in the form of logic diagrams, the processing steps relating to the reception of data on the network by a vehicle / node
  • FIG. 7 illustrates an example of a node playing a gateway function
  • FIG. 6a to 6c show, in the form of logic diagrams, the processing steps relating to the reception of data on the network by a vehicle / node
  • FIG. 7 illustrates an example of a node playing a gateway function
  • FIG. 8 represents, in the form of a logic diagram, the steps for releasing a time interval according to one embodiment of the invention.
  • VANET ad hoc vehicle network
  • SDMA original spatial multiplexing
  • OFDMA orthogonal frequency division multiplexing
  • TDMA time division multiplexing
  • the VANET network here a portion of road 1 is divided into circular, elliptical cells 10, 11, 12 at a defined geographical location, these cells having one or more overlapping or overlapping zones 10 '.
  • the vehicles 20 traveling along the road 1 thus pass from cell to cell through these overlapping zones 10 ', 1'
  • the communications on the VANET network for example based on the 802 1 IP standard, are in the frequency band 5 9 GHz (5 85-5 925 GHz).
  • the vehicles 20 are seen in the VANET network as communication nodes implementing works a direct communication with their neighbors in the cell
  • This frequency band is composed of a set of sub-frequencies (or subcarrier frequencies), for example 256, which are distributed as detailed below on all the cells
  • Each cell 10, 1 1, 12 then has a set Si of sub-carrier frequencies forming, by the use of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) techniques, a single communication channel 30, 31 , 32 per cell
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the Si games are distinct in that they have no subcarrier in common.
  • a notable advantage of the use of the OFDM technique for cells having distinct sets of subcarriers lies in the fact that the Nodes belonging to two cells (in a zone of overlap) can receive and transmit in both cells using a same transmitter / receiver.
  • the subcarriers are uniformly distributed in the frequency band in order to reduce interference between subcarriers and to offer a better frequency diversity. In a variant, this distribution can be performed randomly.
  • cells 10, 1 1, 12 are defined in one or more files, called “cards", stored in memory of each of the vehicles, by the indication of a geographical area (circle, ellipse or GPS coordinates for example) and of a set S 1 -S 4 of subcarrier frequencies forming the communication channel 30-32 associated with the cell
  • the cards can be downloaded, periodically, at the end of validity of a previous card, or during a connection of the node to the VANET network, by the nodes 20 from transmitters located for example along the road 1
  • FIG. 3 shows a simplified hardware architecture of a node vehicle in the VANET network.
  • the node 20 comprises a processing unit 21 comprising a read-only memory storing software for the implementation of the invention, a RAM loading these software during their execution and a processor executing the instructions of the software to notably manage the interfaces with the other components described below
  • the node 20 also comprises a storage memory 22, for example removable (memory card), on which the cards 40 are stored.
  • a storage memory 22 for example removable (memory card), on which the cards 40 are stored.
  • the processing unit 21 can recover the card 40 and load it into RAM for its use.
  • the node 20 also includes user interfaces 23 with the passengers of the vehicle
  • a GPS receiver 24 is also provided, connected to the processing unit 21 to provide the latter at all times a geographical positioning indication and a clock. Thanks to the position obtained, the unit 21 can determine which cell 10-14 the vehicle is located in, and determine the sub-carrier frequencies to be used to transmit on the VANET network.
  • the GPS clock guarantees the synchronization of the various nodes of the network, required notably because of access by time multiplexing as described below.
  • the GPS clock can in particular be used to periodically resynchronize (every second) an internal clock of the unit 21.
  • the node 20 also comprises hardware transmission / reception means 25 in OFDM mode, whose frequencies used are dynamically modified by the processing unit 21 when the vehicle 20 passes from one cell to another.
  • the access to the communication channel 30-32 of a cell 10-14 is made by time division multiplexing, that is to say that the nodes 20 share access to the subcarriers If in time, here S2.
  • the following description applies to the different sets Si.
  • a frame 50 of a communication channel is divided into a constant number of equal time slots 51, for example 32, 64 or 128 slots.
  • the intervals 51 of a frame are of two types: a first type of pre-reserved access slots TS and a second type of random access slots RS.
  • the mechanism for reserving the TS slots by the nodes 20 is described below.
  • the RS intervals are, in turn, randomly accessed by methods such as CSMA, DCF or s-ALOHA.
  • Each node 20 can read the data contained in the reserved intervals TS and the random access intervals RS.
  • the distribution of the TS and RS slots in the frame 50 is performed in two sets: a first set 52 composed of Nr consecutive RS intervals, and a second set 53 composed of Nt consecutive TS intervals. As illustrated in the figure, the second set 53 precedes the first set 52 in the same frame. This allows a node to obtain the information relating to the second set, i.e. the reserved slots TS before requesting a reservation via an RS interval of the first set, as described elsewhere.
  • the first set 52 is used by the nodes to reserve one or more time slots, and / or to transmit messages. Since the number of slots 51 is fixed in the frame, the number of slots TS of the second set 53 varies dynamically with the reservation requests. The intervals RS of the first set 52 thus compose the remainder of the frame, after the intervals TS, and their number Nr also varies dynamically.
  • the first set 52 has a minimum length Nrmin equal to 10% of the total length of the frame 50.
  • this minimum length may be 15 intervals, as defined for the minimum contention window size in 802.1a.
  • the majority of the frame 50 is composed of RS intervals. Since access to these is randomized, the average access time to the channel by the nodes is improved over conventional reservation solutions such as the TDMA described above, and a small amount of signaling data is conveyed. on channel 31.
  • the frame 50 is then mainly composed of TS intervals ensuring a quality of service. In this case, performance similar to conventional TDMA solutions is obtained.
  • each node may use different criteria to determine what type of TS or RS interval to use for sending data. For example, an interval TS (more expensive in signaling) is used in the following cases:
  • the quantity of data to be transmitted exceeds a predefined threshold value.
  • the long sequence of data justifies the overhead required for the reservation process
  • any request to obtain QoS quality of service commands the reservation of a TS interval.
  • the RS intervals are used for reservation requests and the transmission of short messages.
  • the node When the node has decided to reserve an interval TS, the latter listens for transmissions on the channel 30-32, by decoding the OFDM signals, to know the state of the occupied reserved and free TS intervals and RS intervals. It retrieves such information on the status of the intervals, at each interval in which they are specified.
  • each TS interval comprises an initial portion
  • the whole of the interval TS is filled by the node 20 which reserved it when it transmits, from an IT table which it keeps up to date in its own memory.
  • the initial part 60 comprises a field 62 containing the number Nt of intervals TS present in the frame, the unique number 63 of the current interval, also noted Tseq thereafter (O 'at the beginning of the frame, and incremented by 1 in 1 in the period 53), then information from the table IT on each of the intervals TS in the order of these intervals in the frame 50
  • the information retranscending the IT tables of the nodes are supposed to be
  • a node 20 successfully decodes the message transmitted in an interval TS, it informs in its table IT the status "occupied” for this interval. Otherwise, it informs the status "inactive", meaning that it is not not used
  • each random access RS interval comprises an initial portion 60 followed by content data 61, and filled by the node 20 that uses this RS interval.
  • the initial portion 60 comprises a field 62 containing the number Nt of TS slots present in the frame
  • the initial portion 60 of an interval RS comprises the same fields 62-68 as a TS interval, for example for reservation request messages "TS-Req” or reservation problem solving “Gaeyay _Hello "These points are detailed later.
  • TS-Req reservation request messages
  • Gaeyay _Hello reservation problem solving
  • a node 20 joins the VANET network at a cell or overlap area.
  • the information relating to this cell or zone is retrieved from the maps 40 in memory using GPS positioning.
  • the node 20 knows at any time the subcarriers Si to monitor the cell or cells to which it belongs.
  • incoming message transmission mechanisms may be provided for initiating the channel with another node of the cell.
  • the beginning of a frame 50 can be determined by each node as a function of a given value of the GPS clock, thus ensuring inter-node and intercell synchronization.
  • FIGS. 5a to 5d illustrate the sending of data by a node 20.
  • a node that wishes to transmit has two options, either through a reserved time slot TS particularly suitable for QoS and long transmissions, either by random access to a time interval RS ideal for short transmissions and the reservation of time slots TS.
  • step E300 the node 20 verifies that it has enough TS slots, in which case it will be able to transmit even short messages in these slots.
  • step E302 determines in step E302 according to the criteria defined above, whether it needs to make an interval reservation TS.
  • the node 20 only wishes to transmit a short message in an interval RS of the first set 52.
  • the step E304 makes it possible to manage the transmission of the data in OFDM in an interval RS randomly accessed by means of a timer armed with a random value.
  • the node 20 has a reserved interval TS (OUI output at the step
  • step E300 it waits in step E306 for the instant corresponding to this interval TS, in order to transmit the desired data to step E3O8
  • a broadcast transmission in the TS interval of a source node is considered successful if all the IT frame information (in each TS interval of the frame) received by the source node indicates that the TS interval used is reserved for this source node (thanks to field 65)
  • a reserved TS interval satisfying the following cumulative conditions satisfies the test of step E300, for only performing a point-to-point communication.
  • the cumulative conditions are
  • bit of the field 67 is set to 0 in all the IT information received from the previous frame
  • the IT information received from the destination node of the message to be sent indicates that the TS interval envisaged is "inactive", - no acknowledgment message can be detected in the said TS interval envisaged
  • the first and third conditions ensure that the communication in progress in the TS interval in question is point-to-point and that the destination node of this communication is not in direct range of the transmitter.
  • the second condition ensures that the recipient of the message to send is not within reach of the origin and destination nodes of a point-to-point transmission using this time interval
  • node 20 when node 20 needs to reserve an interval 51 (YES output of test E302), node 20 initiates a reservation in step E310. This step is detailed below in connection with FIG. 5b In case of successful reservation (test E312), the method performs the steps E306 and E3O8 already described
  • step E300 In case of unsuccessful reservation (test E314), the process executes step E300 again
  • step E310 The reservation process of step E310 is now described with reference to FIG. 5b.
  • step E35O it is determined whether the current node belongs to two adjacent cells (overlap area) using the GPS position of the node 20 and the map 40 defining the cells.
  • step E352 the node 20 arms, in step E352, a timer defining a period of time during which several reservation tests can be conducted (looping of steps E354 to E360). If the timer expires, the process of reservation failed at step E356 (information used in test E340) As long as the timer has not expired, a reservation request is made
  • step E362 If the reservation was successful (test E360), the node 20 updates, at step E362, its table IT indicating the information relating to the interval TS which is reserved for it (fields 63 to 67). Then the process ends in step E364.
  • a first test E400 is whether during the call to this reservation step, a particular TS interval number was required.
  • node 20 arms a random timer in step E402 and listens for the communication channel 30-32 of the cell.
  • the steps E404, E406 and E408 make it possible to reach an interval RS in the first set 52 after expiration of the random timer.
  • the node listens for the transmission channel at the period corresponding to the first set 52 to detect any reservation requests TS-Req, in which case it updates the value of Tseq (step E416).
  • step E410 the node 20 then broadcasts, over the RS interval reached, a TS-Req packet (TS-Req request).
  • a TS-Req request notably comprises: for the interval TS Tseq requested at the reservation: the interval number and the priority field 66,
  • the identifier of the node sending the TS-Req request is included in the source address field according to the IEEE 802.1 1 standard.
  • the two numbers in max ⁇ are equal if node 20 correctly received all reservation requests; the first is larger if node 20 detects one or more reservation requests not detected by the other nodes; and the second is larger if node 20 has not detected all reservation requests.
  • a node 20 may also request to reserve a TS interval that is indicated as "inactive" (field 64) in all received IT frame information for m frames. successive. Indeed, since this interval has not been used for long enough, it is better to reallocate it to another node. It is thus expected that the IT table of the nodes has, for each TS interval, a counter which is incremented at each frame if, in the latter, all received IT information indicates said interval TS as "inactive". A comparison with m is thus easy. The counter is reset as soon as IT information indicates it as "busy".
  • the request for reservation of a new interval TS by a node that has already reserved an interval TS can be carried out by using the latter to broadcast the request TS-Req.
  • the step E412 by estimating if the reservation was successful. This step is detailed in connection with Figure 5d.
  • step E450 the node arms a timer equal to the duration of a frame from the end of the frame in which the TS-Req request was issued.
  • Tseq 1 (test E452, that is to say that there was no time slot TS already reserved), it is checked if no data is received during this time. Looping on steps E454 and E456 provides this check. If so, the reservation is successful or successful at step E458 (information used in test E340) and node 20 updates its table rr.
  • Step E454 If data has been received during this duration (YES output of step E454) or if Tseq is different from 1 (exit of test E452 NO), it is checked that the TS interval identified Tseq has been indicated as reserved for the node 20 in question, for all transmissions made by other nodes during the defined period. Steps E460 and E462 provide this check.
  • step E464 information used in test E340.
  • the nodes transmitting data on the first slots TS No. 1 to 4 will indicate, in the header 60 of their interval TS, the reservation of the new slots 5 and 6 and the new value of the number Nt
  • the reservation is effective for the nodes N1 and N2 only after the reception of this frame to avoid any problem of "terminal cache" as explained below in connection with Figure 6c
  • the third node N3 reproduces the same behavior as the node N2
  • the method executes the steps E402, E404, E406 and E408 making it possible to reach at random a time interval RS of the first set 52 after expiration of the timer as described above
  • the continuation of the interval reservation TS is similar to what has just been described
  • node 20 has just entered a new cell, as opposed to the original (original) cell in which it was before (intercellular transfer)
  • a first test E366 it is checked whether the node 20 already has one or more reserved TS slots in the original cell If this is not the case, proceed to step E352, and a reservation in the new cell as described. higher is conducted
  • step E370 the node 20 verifies certain conditions for different slots of the frame.
  • a node belonging to two cells and already having an interval TS reserved for it in the original cell can reserve an interval TS number Tseq in the new cell that if this last TS interval checks one or more of the following conditions - condition l it has the same unique number Tseq as a TS interval already reserved in the original cell for this node,
  • step E372 the node chooses an interval among those verifying one or more of the above conditions Verification of these conditions makes it possible to ensure that a node performing a handover does not miss a broadcast message in the original cell since in fact this node can not receive and transmit at the same time
  • the node itself controls the interval TS on the other cell
  • the communication on the interval TS in the cell original is of point-to-point type, thus without diffusion
  • the third condition the diffusion of message in the original cell having held through reserved intervals TS, the node is able to receive a broadcast message
  • the interval satisfying the first condition is preferably chosen because it guarantees a symmetrical reservation on the two cells for this node Ce last is thus sure that when it for example transmits in the new cell at this reserved interval TS, there is no message broadcast on the same interval in the original cell
  • a first time interval satisfying the first condition is preferred at a second time interval satisfying the second condition
  • the chosen interval is randomly
  • step E374 a timer is armed which, in combination with step E382, makes it possible to carry out several reservation attempts for this node belonging to two cells.
  • step E376 the reservation step described in FIG. 5c is carried out, the value Tseq to be reserved being known from step E372.
  • priority management of the reservation of intervals for the nodes belonging to two This is called MH ("must-have"), which is provided for this purpose in the priority value 66 (FIG. 4) associated with each TS interval.
  • MH muscle-have
  • FIG. 4 the priority value 66
  • a desired TS interval is free or "inactive", even if a request to reserve it has been sent by another node or if it is "busy" (field 64) without the bit MH associated to be set to T (ie not reserved as a priority), the node 20 in question sends a request TS-Req priority for this interval TS by putting, in this request, the bit MH to T.
  • This interval is then reserved as a priority by the other nodes (which indicate it in the IT information they transmit later) to a node that has set the MH bit to '1' on a "first come, first served" basis (FIFO).
  • the bit MH is maintained at T in the field 66 of all the transmissions of all the nodes, to prevent this reservation being overwritten by a subsequent request.
  • the MH bit has been changed to '0' by this node.
  • the other nodes then update their IT table.
  • the test E378 checks whether the desired interval has been reserved for the node 20 in question. If so, the method continues in step E362 by updating the IT table of the node (keeping the MH bit at '1').
  • the node that previously occupied this TS interval or made the reservation request is allocated another interval or makes a new reservation request. Nodes that simultaneously (during the same frame) make a request
  • the node If the desired and non-reserved interval for the node indicates a bit MH to T (thus reserved primarily for another node), the node returns to step E37O in order to choose a new interval to be reserved (YES output of the step E38O).
  • the number of reserved slot TS is limited primarily (with the bit MH set to '1') to one per frame for a particular node.
  • a finer management of reservations can be set up with priority information 66 more accurate than the simple bit MH.
  • priority information 66 more accurate than the simple bit MH.
  • the 2-bit priority field as defined by the 802.1 standard is used, to which the bit MH mentioned above is added.
  • the following table gives the different resulting priorities:
  • a node requests the reservation of an interval TS if this node has a priority of its own priority (relative to the type of data or to a possible handover situation) greater than that indicated in the IT data for the desired interval L '.
  • MH indicator has the highest priority since it indicates a handover With the exception of the handover case, reservation requests for TS intervals indicated as "busy" can not be conducted unless the maximum number of intervals TS is reached
  • FIG. 6a illustrates the general steps of receiving data.
  • the node 20 in question has recovered, on the communication channel 30-32, the OFDM signal of an interval 51 and decoded it into data.
  • step E500 the node 20, thanks to its clock, determines whether it is the data of a reserved interval TS or random access RS
  • the node In the case of an RS interval, the node processes the content data of the control data differently, such as a reservation request or a "Gateway _Hello" message (test E502).
  • step E504 is used to process these control information to update the IT table of the node and to resolve any interval reservation conflicts, as described later. with reference to FIGS. 6b and 6c
  • the node processes this data using a rebroadcasting mechanism (E516)
  • a rebroadcasting mechanism E566
  • Different rebroadcasting strategies can be implemented, such as a systematic rebroadcast. alternatively, do not rebroadcast the message if another replay is detected in a time interval, which reduces the congestion of the communication channel
  • the node 20 exploits (E508) this data after acknowledgment if it is the recipient of the message
  • step E500 the node 20 determines that the data has been received in an interval TS
  • the node 20 updates its IT table of the information on the frame, at the step E518, indicating
  • the following values o the bit is 1 if the message received in the TS interval is a broadcast message or if the node 20 is the recipient of the data in a point-to-point communication. The node thus knows whether it should receive a transmission for this time interval; o the bit is 0, otherwise. Node 20 then proceeds to process the interval control information
  • FIG. 6b illustrates these steps E504 and E520.
  • step E550 the node 20 compares the received IT information in a TS interval or the TS-Req reservation requests received in an RS interval or TS interval with its IT table. If there is (still) a difference on an interval TS (hereinafter referred to as the modified interval) described in the data and the table, one passes to the E552 test similar to E500 to distinguish if one is processing the data of a reserved interval TS or a random access interval RS.
  • the modified interval an interval TS
  • E554 If it is a TS interval, one tests (E554) if a new reservation request for a TS interval is filled in the IT data describing this TS interval (for example by a hidden terminal). This request corresponds to the step E410 performed by another node of the cell.
  • test E556 If no new reservation request is detected, it is checked whether the value Nt of the number of reserved slots TS in the frame 50 has decreased between the value of the table IT and that of the received data (test E556), in which case, the node replaces the set of data in its IT table with the received IT information (step E558) and the processing ends (step E560).
  • the node 20 is thus informed of the interval allocation changes, for example due to reserved slot releases.
  • step E554 if a new reservation request for a TS interval is detected or if the processed interval is RS random access, proceed to step E564.
  • the following steps allow, among other things, a node to modify its IT table to include any new reserved TS interval if it receives IT information with this new interval.
  • TS allocated to some nodes This approach makes it possible to take into account the "hidden nodes" for which the node 20 can not detect the reservation request but other nodes of the cell can.
  • the E564 test consists in determining whether the modified TS interval is considered as free (that is to say an interval considered as an RS interval in the IT table) by the node 20. If this is the case, step E566, at the level of the IT table, the information is updated
  • the node 20 realizes the requested reservation or the updating the IT information, and now considers the interval in question as reserved
  • step E55O we return to step E55O to process a new modified TS interval if there is one
  • the modified TS interval is not free (NO output of the test E564), it is detected whether the reservation has priority (bit MH set to T) in the received data, in the step E568 Si this is not the case, an internal "ToGateway" variable is activated at the node 20 during the step E57O, then we return to the step E550 to process a modified TS interval following the step
  • E570 can thus occur when the node has received two reservation requests of the same interval, the first request having been processed in step E566 by a "temporary" reservation in the IT table of the node (since the interval was free at this time)
  • the internal variable "ToGateway" therefore indicates that we have an interval request for an already reserved interval (disputed interval).
  • This variable has the effect of triggering a specific treatment, illustrated below in connection with the FIG. 6c, during which the node 20 behaves like a gateway, for the purpose of solving possible reservation conflicts between hidden nodes If the modified TS interval has been reserved as a priority (YES output of the test E568), it is checked that in the IT table of the node 20, this same interval was also reserved as a priority, in the step E572
  • step E550 we go back to step E550 to process a new modified TS interval, the new priority reservation not being able to overwrite the already existing one. If this is not the case, we go to step E574 where the a new TS interval is allocated for the node that was identified in the IT table for the modified TS interval In effect, the priority request causes the old node to give up its interval and is reserved a new interval
  • step E576 the node 20 updates its table IT to take account of the priority reservation and to take account of the allocation of a new time slot TS to the "old" node
  • FIG. 6c illustrates this specific processing with a first step E600 during which the number of TS-Req requests received is counted and the maximum number Nt received in the data 60 is retrieved.
  • the reservation requests include both the TS-Req requests received by the node and the newly reserved TS slots in the IT information transmitted by the other nodes (i.e., different from the IT table of the node).
  • step E602 the node 20 updates its IT table with the number Nt max so as to allocate the intervals to the requesting nodes on a FIFO basis.
  • the information (fields 64-67) relating to each of the intervals TS are also updated. If the node 20 does not have an interval TS reserved for it (test E604), it arms a timer in step E606 to a value less than the duration of a frame 50. This timer makes it possible to delay the transmission "Gateway _He Ho" messages subsequent to the next set of reserved intervals TS.
  • test E608 As long as the timer has not expired (test E608), node 20 listens for the communication channel (step E610). If none of the received data is a message of type
  • node 20 updates the number of received TS-Req requests and the value Nt with the received IT information in the data (step E614) .
  • the "Gateway _Hello" type message aims to resolve interval reservation problems due to competing requests. Such a message indeed transmits the state of each of the reserved slots TS.
  • step E616 If the received data corresponds to a new TS-Req request for the disputed TS interval (test E616), the node 20 halves the timer (step E618) so as to speed up the processing aimed at resolving the reservation conflict. Then return to step E608 and replay the communication channel at step E610. The same applies if the data received is not a TS-Req request for the disputed interval (output NO of test E616), without modification of the timer.
  • the node 20 sends (step E620), in an RS interval, a "Gateway _Hello" message which includes the IT information from its own IT table indicating as reserved intervals for the requests he has received.
  • the number Nt of reserved intervals TS is thus fixed at:
  • node 20 receives a "Gatenay_Hello" message from another node, it determines if all reservation problems are resolved, that is, if all TS-requests are resolved. Req that it received are converted to reserved slots TS in the "Gateway Jiello" message received In practice, node 20 resets the timer and does not transmit a message
  • this message indicates a number Nt equal to or greater than that known from the node 20 in its IT table, and this message indicates that TS slots have indeed been reserved for all the nodes having issued TS-Req requests in reservation received by said node.
  • node 20 updates its IT table for next transmission (step E624), and then terminates processing (step E626)
  • This "gateway" management is illustrated with reference to FIG. 7 showing three groups G1-G3 of vehicles 20 in the same cell, each vehicle being in communication range only with the other vehicles of the same group or groups.
  • the nodes N4 and N6 both detect this second reservation request for the same interval. These two nodes then each arm their timer referred to in the step E606 to resolve this double reservation.
  • N6 would have transmitted on the communication channel and nodes N5 and N7 would have had knowledge of the additional "hidden node” from the IT information provided by the node N6 N5 and N7 would have each reduced their timer in half, and one of them, having then all the information for all the nodes having asked for a reservation, would have announced all the bookings and led to the update of all the other nodes
  • node N4 had a reserved TS interval, it could simply wait for the next frame to announce slot reservations in the reserved TS interval.
  • the node 20 verifies the nature of the data 61 received in the current TS interval, so as to rediffuse them (step E516) if it is broadcast data or to exploit it if the node 20 is the recipient of the data (E524)
  • Figure 8 illustrates a release of an unused TS interval initiated by any node
  • step E700 the node 20 receives the information IT from the other nodes of the network and detects if a transmission takes place on the interval TS in question At the step E702, it updates its own IT table according to these On this occasion, if no transmission occurs on this TS interval and all the IT information received in the frame indicates that this TS interval is "inactive", the node 20 increments (of 1) the counter associated with this interval TS, as previously described when determining m successive "inactive" frames (see step E410) .
  • steps E700 and E702 are performed permanently at the node (see step E518 in particular)
  • step E704 node 20 checks whether one of the counters associated with an interval TS reaches a predefined value (p> m).
  • the node 20 sends (step E706) in an interval TS reserved for it or in an interval RS randomly accessed a request for release of the interval TS identified in step E704.
  • the "D" bit 68 is activated in the initial part 60 of the transmitted IT information.
  • Node 20 proceeds to step E708 during which it rearranges the allocation of the TS slots in the frame, following the removal of the freed interval, and then distributes the reallocation information to the other nodes in the next frame (step E710 ). The treatment then ends (step E712).
  • the TS interval becomes an RS interval.
  • This management according to the invention is particularly interesting in that it is fully distributed in the vehicles of the cells, without the use of a centralized infrastructure or a master vehicle, even though these vehicles are caused to dynamically change cells.
  • the mechanisms thus described also allow efficient transmission of data combining quality of service when necessary through the use of reserved time slots similar to TDMA techniques, and simple and inexpensive transmissions of messages by random access to the communication channels.
  • the second set TS 53 described above is equivalent to the contention-free period (CFP) of the access by Coordination Point Function (PCF) of 802.1 1, while the first set 52 is equivalent to the contention period .
  • CCP contention-free period
  • PCF Coordination Point Function
  • the present solution is compatible with the WAVE solution ("Wireless Access for the Vehicular Environment") defining the wireless access for vehicle environment.
  • the WAVE standard divides the time into segments of two periods each, and each period of a segment is 50 ms. Within the segment, the nodes must grant their transmission / reception means on one control channel during one of the periods and must switch to another channel (among 6) for the other period.
  • the seven channels each have their frames, their sub-carriers and their independent reservations, for the implementation of the invention.
  • the frames are fixed length but can be optimized for better performance.
  • the frame may occupy only one period per segment, but may be expanded to more than one segment.
  • the nodes commute at each period between the control channel and a service channel, storing the IT information for each of these two (or more) channels to which they belong.
  • the invention can be applied to configurations in which a node of a cell plays a central role, for example in the resolution of reservation requests. competing for the same time interval.

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé et un système de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc, notamment un réseau de véhicules ad hoc (VANET). Le réseau comprend au moins une cellule géographique (10-14) à laquelle est associé un canal de communication (30-32), une trame (50) du canal de communication étant organisée en intervalles temporels (51 ) de durée égale répartis en deux ensembles : - un premier ensemble (52) composé d'intervalles temporels (RSi) dont un mode d'accès est aléatoire, et - un deuxième ensemble (53) composé d'intervalles temporels (TSi) dont un mode d'accès est réservé sur demande de réservation préalable. Le procédé comprend une étape d'envoi (E410) par un noeud d'une demande de réservation (TS-Req) d'un intervalle temporel donné, ledit intervalle temporel appartenant au premier ensemble (52) préalablement à la demande de réservation et audit deuxième ensemble (53) lorsque la réservation est effective.

Description

Procédé et système de communication sur un réseau de communication sans fil avec accès par multiplexage temporel dynamique
La présente invention se rapporte à un procédé et un système de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc, notamment un réseau de véhicules ad hoc (VANET).
Les réseaux de véhicules type VANET sont des réseaux ad hoc sans fil qui fournissent des communications au sein d'un groupe de véhicules à portée les uns des autres, et parfois entre les véhicules et des équipements fixes à portée. Un réseau ad hoc réalise des transmissions directes de proche en proche. L1IEEE travaille actuellement sur un nouveau protocole de contrôle d'accès à un réseau
(MAC) sans fil ad hoc de véhicules, référencé 802.1 Ip, qui s'appuie, entre autres, sur la norme existante 802.1 le.
La fonction d'accès au réseau dans cette dernière est principalement organisée selon un mécanisme, de type DCF (" Distributed Coordination Function"), basé sur des accès aléatoires de type CSMA/CA ("Carrier Sensé Multiple Access with Collision Avoidance"). Bien qu'il soit mis en œuvre certains mécanismes pour améliorer la qualité de service (QoS) dans ce réseau, cette dernière n'est pas garantie. Ainsi, lorsque le nombre de véhicules connectés au réseau VANET croît fortement (embouteillage par exemple), Ie réseau n'assure plus de QoS (service en "best effort") et présente des performances faibles, notamment une bande passante fortement réduite pour chaque véhicule.
Or, certaines applications dans les réseaux VANET, en particulier celles relatives à la sécurité routière, requièrent des exigences de qualité de service QoS, que le protocole 802.1 1 p ne peut donc garantir, notamment en zone de fort trafic routier.
La publication "ADHOC MAC: new MAC architecture for ad hoc networks providing efficient and reliable point-to-point and broadcast services" (Borgonovo, Capone, Cesana et Fratta, Wireless Networks Volume 10, Numéro 4, Juillet 2004, pp.359-366) décrit le protocole ADHOC MAC applicable aux réseaux VANET.
La méthode mise en œuvre utilise un accès au réseau par multiplexage temporel
(TDMA, "Time Division Multiple Access"), en particulier en raison de la simplicité d'implémentation et des garanties de QoS qu'il offre. Le multiplexage temporel définit des intervalles temporels ("time slots") à l'intérieur d'une trame du signal. Dans la méthode décrite, les nœuds s'échangent des informations sur le statut (BUSY/IDLE) de chaque intervalle temporel tel qu'ils le détectent. De la sorte, la gestion des accès au réseau est distribuée sur l'ensemble des nœuds, et chacun d'entre eux a connaissance des intervalles temporels disponibles pour une éventuelle réservation.
Toutefois, cette solution présente un important surdébit nécessaire à l'indication du statut de chaque intervalle de temps et du nœud correspondant dans la trame temporelle, ce qui constitue un inconvénient en présence d'une faible charge (peu de véhicules) En effet, le réseau est dans ce cas bien moins performant que pour un accès aléatoire type DCF ou CSMA/CA
De plus, des délais mutiles sont également introduits par faible charge puisque les nœuds sont amenés à attendre l'intervalle temporel qui leur est réservé avant de transmettre Ces protocoles d'accès par multiplexage temporel distribués présentent également une limitation d'un nombre de nœuds ou véhicules pouvant transmettre sur le réseau à un instant donné
Cette limitation peut conduire à une impossibilité pour certains nœuds prolifiques en données de transmettre sur le réseau, alors même que certains intervalles temporels ont été alloués à des nœuds ayant peu de données à transmettre L'invention vise à pallier au moins un des inconvénients de l'art antérieur en proposant une méthode d'accès par multiplexage temporel adaptable qui combine a la fois les avantages de la solution classique TDMA et ceux des techniques d'accès aléatoires
Dans ce dessein, l'invention a notamment trait a un procédé de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc comprenant au moins une cellule géographique à laquelle est associé un canal de communication, une trame du canal de communication étant organisée en intervalles temporels de durée égale partagés par une pluralité de nœuds émetteurs/récepteurs de la cellule, les intervalles temporels étant répartis en deux ensembles
- un premier ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et - un deuxième ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud sur demande de réservation préalable, le procédé comprend une étape d'envoi par un nœud d'une demande de réservation d'un intervalle temporel donné, ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble préalablement à la demande de réservation et audit deuxième ensemble lorsque la réservation est effective
L'invention combine ainsi les deux types d'accès, aléatoire et sur réservation, au reseau de sorte à répondre a la fois à des besoins de qualité de service QoS et à des accès rapides tels qu'obtenus avec la norme 802 11 p Selon l'invention, les ensembles des deux types d'intervalles sont dynamiquement modifiés en fonction notamment des demandes de réservation Cette adaptation dynamique entre les deux modes d'accès assure l'efficacité de l'invention quelque soit l'encombrement du reseau, et garantit notamment la QoS nécessaire pour la diffusion de messages de sécurité dans les réseaux
VANET, même en cas d'embouteillage Ainsi, le procédé de communication garantit une qualité de service QoS par le mécanisme de réservation lorsqu'elle est demandée, et assure, d'autre part, des performances similaires à celles des mécanismes CSMA/CA en cas de faible trafic II permet également de limiter le surdébit nécessaire à la gestion des intervalles à accès réservé
Dans un mode de réalisation, le nœud transmet ladite demande de réservation de l'intervalle temporel donné dans un autre intervalle temporel du premier ensemble En variante, cette demande est transmise dans un intervalle temporel du deuxième ensemble qui lui est réservé
Dans le premier cas, la demande de réservation peut être émise à bref délai, sans attente pour le nœud Dans le deuxième cas, le risque de collision de la demande de réservation avec d'autres données est minimisé
Selon une caractéristique de l'invention, un nœud transmet, dans un intervalle temporel du deuxième ensemble qui lui est réservé, des informations relatives aux réservations de l'ensemble des intervalles temporels du deuxième ensemble de la trame
Par cette transmission des informations de réservation, les nœuds d'une cellule maintiennent ainsi la structure du réseau, sans faire appel à une infrastructure centralisée
En particulier, ledit nœud maintient à jour localement des informations relatives aux réservations en fonction de celles transmises sur le canal de communication et des demandes de réservation transmises
L'invention organise ainsi de façon distribuée la gestion des accès et des réservations des intervalles temporels Elle s'affranchit de la présence d'une entité centrale
Selon une caractéristique particulière, un nœud incrémente, à chaque nouvelle trame, un compteur associé à un intervalle temporel du deuxième ensemble, si l'ensemble des informations relatives aux réservations transmises par les autres nœuds indique cet intervalle temporel comme inutilisé ou "inactif ', et le procédé comprend une étape d'envoi d'une demande de réservation de l'intervalle temporel lorsque ledit compteur associé est supérieur à une première valeur seuil Ceci permet d'éviter que des nœuds se réservent de façon systématique des ressources dans la cellule sans en avoir un besoin effectif Les intervalles non utilisés par les nœuds sont ainsi recyclés régulièrement Cela permet de maximiser le nombre d'intervalles réservés qui sont effectivement utilisés et donc d'améliorer les performances du réseau de communication
De façon similaire à l'aide du même compteur, le procédé comprend une étape d'envoi d'une demande de libération de l'intervalle temporel lorsque ledit compteur associé est supérieur à une deuxième valeur seuil L'intervalle temporel ainsi libère est disponible à la réservation pour n'importe quel nœud de la cellule Les performances du réseau sont encore plus améliorées
En particulier, ledit nœud réorganise l'allocation des intervalles temporels du deuxième ensemble de sorte à modifier les informations relatives aux réservations et transmet sur ledit canal de communication lesdites informations relatives aux réservations modifiées Cette disposition présente l'avantage de rendre simple la libération d'un intervalle temporel puisque c'est le même nœud qui détermine et fournit aux autres nœuds la nouvelle répartition des intervalles temporels dans la trame Encore une fois, Ia gestion distribuée des réservations d'intervalles temporels est accrue
Selon une caractéristique de l'invention, ladite réservation effectuée lors d'une première trame est effective lorsque toutes les informations relatives aux réservations, reçues depuis des nœuds de la cellule dans une trame suivant la première trame, indiquent que ledit intervalle temporel donné est réservé pour ledit nœud Ainsi la validation de Ia réservation est déterminée, de façon distribuée, par le nœud sollicitant cette réservation. Le mécanisme prévu ici est simple et non biaisé par une entité centrale
Dans un mode de réalisation, ladite demande de réservation comprend un numéro unique de l'intervalle temporel donné, ledit numéro unique étant calculé comme suit
\ Nt + nombre de demandes TS-Req reçues gagnantes ]
Figure imgf000006_0001
J où les "demandes TS-Req gagnantes" sont celles qui aboutissent à la réservation d'un nouvel intervalle temporel dans le deuxième ensemble
Encore une fois, cette disposition permet de gérer de façon distribuée sur les nœuds la réservation dynamique des intervalles En outre, le numéro unique prévu suit une numérotation continue, ce qui simplifie la gestion des réservations
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend, lorsqu'un nœud appartient à deux cellules lors d'un déplacement d'une cellule d'origine vers une nouvelle cellule
- préalablement à l'étape d'envoi d'une demande de réservation, une étape de détermination d'au moins un intervalle temporel associé à la nouvelle cellule en fonction de l'intervalle temporel correspondant de Ia cellule d'origine, et dans lequel la demande de réservation de l'intervalle temporel déterminé est traitée prioritairement par rapport à des réservations de cet intervalle temporel
Cette disposition permet de favoriser la réservation d'intervalles pour les nœuds en transfert intercellulaire en optimisant l'utilisation des mêmes intervalles temporels pour deux cellules voisines Ainsi, on réduit Ie risque pour un nœud transmettant dans une cellule, de ne pas recevoir un message transmis dans l'autre cellule adjacente Cette politique se justifie par le fait que le transfert intercellulaire est clé pour la propagation de messages d'une cellule à une autre dans un réseau de type ad hoc En particulier, ledit intervalle temporel déterminé vérifie l'une des conditions suivantes
- il est associé à un numéro unique d'intervalle réservé identique à celui d'un intervalle réservé par ledit nœud dans la cellule d'origine,
- l'intervalle réserve par ledit nœud dans la cellule d'origine est dédie a une communication point-a-point dont ledit nœud n'est pas destinataire, - l'intervalle temporel correspondant de la cellule d'origine est un intervalle du premier ensemble dont l'accès est aléatoire.
Ces conditions permettent de maximiser le contrôle de l'intervalle correspondant dans la cellule d'origine par le nœud en question ou de minimiser les chances qu'un message diffusé soit transmis pendant cet intervalle correspondant, alors que Ie nœud transmet dans la nouvelle cellule. Ainsi, on minimise les messages diffusés que Ie nœud en transfert intercellulaire ne reçoit pas.
Dans un mode de réalisation, Ie procédé comprend, lorsqu'un nœud reçoit au moins deux demandes de réservation d'un même intervalle temporel:
- l'émission d'un message renseignant une réservation effective d'un intervalle temporel pour chacune desdites demandes de réservation reçues.
Cette disposition permet de résoudre les demandes de réservation conflictuelles (demandes concurrentes concomitantes) au niveau des nœuds eux-mêmes. En pratique, Ie premier nœud émettant ledit message indique aux autres nœuds comment Ie conflit est résolu.
Dans un mode de réalisation spécifique, au moins l'une des demandes de réservation est sous forme d'une indication, dans des informations relatives aux réservations transmises par un autre nœud et reçue par ledit nœud, selon laquelle une réservation a été demandée par un nœud tiers. Cette indication peut résulter de la comparaison des informations reçues avec celles dont dispose le nœud. Ainsi, les nœuds sont capables de résoudre les conflits de réservation issus de "nœuds cachés". En particulier, ledit nœud émet ledit message renseignant les réservations effectives d'autant plus tôt qu'il reçoit un nombre important de demandes de réservation du même intervalle temporel. De la sorte, c'est un nœud résolvant un plus grand nombre de demandes concurrentes qui s'exprime en premier. On réduit ainsi Ie nombre de messages émis sur le canal de communication en vue de cette résolution des demandes conflictuelles. En pratique, on peut utiliser un temporisateur au niveau de chaque nœud, initié dès la réception de deux demandes concurrentes et réduit volontairement à chaque nouvelle demande concurrente reçue.
Encore une fois, ces dispositions permettent de s'affranchir de l'utilisation d'une entité centralisée pour résoudre ce différend de demandes concurrentes. Dans un mode de réalisation, Ie procédé comprend une étape d'affectation, à la cellule, d'un jeu composé d'une pluralité de fréquences sous-porteuses de sorte à former ledit canal de communication, lesdits nœuds de la cellule transmettant sur ledit canal selon un mécanisme de répartition en fréquences orthogonales (OFDM). Grâce à cette disposition, un nœud peut n'utiliser qu'un seul émetteur/récepteur pour communiquer dans deux cellules auxquelles il appartient (zone de chevauchement). Il en résulte une configuration matérielle des nœuds moins coûteuse pour assurer la propagation de messages diffusés sur le réseau. Corrélativement, l'invention vise également un dispositif ou nœud de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc comprenant au moins une cellule géographique à laquelle est associé un canal de communication, une trame du canal de communication étant organisée en intervalles temporels de durée égale partagés par une pluralité de dispositifs émetteurs/récepteurs de la cellule, lesdits intervalles temporels étant répartis en deux ensembles
- un premier ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud sur demande de réservation préalable, le dispositif comprenant
- un moyen pour accéder, de façon réservée ou aléatoire, à un intervalle temporel de l'un ou l'autre desdits ensembles correspondants, - un moyen d'envoi, sur Ie canal de communication, d'une demande de réservation d'un intervalle temporel donné, ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble préalablement à la demande de réservation et audit deuxième ensemble lorsque la réservation est effective
Le dispositif présente les mêmes avantages que le procédé évoqué précédemment De façon optionnelle, le dispositif peut comprendre des moyens se rapportant aux étapes du procédé ci-dessus
De façon symétrique, l'invention concerne également un procédé de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc comprenant au moins une cellule géographique à laquelle est associé un canal de communication, une trame du canal de communication étant organisée en intervalles temporels de durée égale partagés par une pluralité de nœuds émetteurs/récepteurs de Ia cellule, les intervalles temporels étant répartis en deux ensembles
- un premier ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud sur demande de réservation préalable, ledit procédé comprend les étapes suivantes mises en œuvre par un nœud
- une étape de réception en provenance d'un autre nœud d'une demande de réservation d'un intervalle temporel donne, ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble, - une étape de modification d'informations relatives aux réservations pour y inclure une indication selon laquelle ledit intervalle temporel donné est réserve et appartient maintenant au deuxième ensemble, et - une étape de transmission, sur le canal, desdites informations modifiées
Corrélativement, le dispositif peut comprendre
- un moyen de réception d'une demande de réservation d'un intervalle temporel donné, ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble, - un moyen de modification d'informations relatives aux réservations pour y inclure une indication selon laquelle ledit intervalle temporel donné est réservé et appartient maintenant au deuxième ensemble, et
- un moyen de transmission, sur le canal, desdites informations modifiées L'invention est ici vue depuis un nœud recevant les demandes de réservation et assurant la réservation dynamique desdits intervalles temporels entre les deux ensembles Les avantages du procédé et du dispositif sont ainsi similaires à ceux présentés précédemment
De façon optionnelle, ce procédé et ce dispositif peuvent comprendre des étapes ou moyens correspondants à celles ou ceux du procédé et du dispositif présentés précédemment
Corrélativement, l'invention a également trait à un système de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc comprenant au moins une cellule géographique à laquelle est associé un canal de communication, une trame du canal de communication étant organisée en intervalles temporels de durée égale partagés par une pluralité de nœuds émetteurs/récepteurs de la cellule, les intervalles temporels étant répartis en deux ensembles
- un premier ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble composé de un ou plusieurs intervalles temporels d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud sur demande de réservation préalable, le système comprenant des moyens de gestion de demandes de réservation aptes à affecter au deuxième ensemble un intervalle temporel du premier ensemble, ledit intervalle temporel étant visé dans l'une desdites demandes et appartenant au premier ensemble préalablement à la demande de réservation, lorsque la réservation est effective
Le système selon l'invention présente les mêmes avantages que les procédés et dispositifs ci-dessus Notamment, les moyens sont mis en œuvre de façon logicielle Selon une caractéristique de l'invention, lesdits moyens de gestion de demandes de réservation sont répartis sur les nœuds dudit réseau Ainsi, le système peut comprendre plusieurs dispositifs tels qu'introduits ci-dessus Par cette gestion distribuée, aucun nœud ne voit ses performances diminuer comparativement aux autres nœuds
De façon optionnelle, le système peut comprendre des moyens se rapportant aux caractéristiques de procédé présentées ci-dessus
Un moyen de stockage d'informations, éventuellement totalement ou partiellement amovible, lisible par un système informatique, comprend des instructions pour un programme informatique adapté à mettre en œuvre le procédé de communication conforme à l'invention lorsque ce programme est chargé et exécuté par le système informatique
Un programme d'ordinateur lisible par un microprocesseur, comprend des instructions pour la mise en œuvre du procédé de communication conforme à l'invention, lorsque ce programme est chargé et exécuté par le microprocesseur
Les moyens de stockage d'information et programme d'ordinateur présentent des caractéristiques et avantages analogues aux procédés qu'ils mettent en œuvre
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après, illustrée par les figures ci-jomtes, dans lesquels - la figure 1 représente un réseau VANET divisé en cellules,
- la figure 2 illustre la répartition de jeux de fréquences sous-porteuses pour différentes cellules du réseau de Ia figure 1,
- la figure 3 représente schématiquement la structure d'un véhicule/nœud du réseau,
- Ia figure 4 illustre le découpage temporel des accès à un canal de communication d'une cellule, selon un mode de réalisation de l'invention,
- les figures 5a à 5d représentent, sous forme de logigrammes, les étapes de traitement relatifs à l'envoi de données sur Ie réseau par un véhicule/nœud,
- les figures 6a à 6c représentent, sous forme de logigrammes, les étapes de traitement relatifs à Ia réception de données sur le réseau par un véhicule/nœud, - la figure 7 illustre un exemple de nœud jouant une fonction passerelle, et
- la figure 8 représente, sous forme de logigramme, les étapes de libération d'un intervalle temporel selon un mode de réalisation de l'invention
La description détaillée ci-après présente une solution de contrôle de l'accès à un réseau ad hoc de véhicules (VANET) qui combine de façon originale un multiplexage spatial (SDMA), un multiplexage par fréquences orthogonales (OFDMA) et un multiplexage temporel (TDMA)
Comme illustré sur la figure 1, Ie réseau VANET, ici une portion de route 1 , est divisée en cellules 10, 1 1, 12 circulaires ou elliptiques à un emplacement géographique défini, ces cellules ayant une ou plusieurs zones de recouvrement ou chevauchement 10', 1 l' entre elles Les véhicules 20 parcourant la route 1 passent ainsi de cellule en cellule par ces zones de chevauchement 10', 1 l'
Les communications sur le réseau VANET, par exemple basé sur la norme 802 1 Ip, sont dans la bande de fréquences 5 9 GHz (5 85-5 925 GHz) Les véhicules 20 sont vus dans le reseau VANET comme des nœuds de communication mettant en œuvre une communication directe avec leurs voisins dans la cellule
Cette bande de fréquences est composée d'une ensemble de sous-frequences (ou fréquences sous-porteuses), par exemple 256, qui sont réparties comme détaillé ci-après sur l'ensemble des cellules Chaque cellule 10, 1 1 , 12 dispose alors d'un ensemble Si de fréquences sous-porteuses formant, par l'utilisation des techniques de multiplexage par fréquences orthogonales (OFDM), un unique canal de communication 30, 31, 32 par cellule Les jeux Si sont distincts en ce qu'ils ne présentent aucune sous-porteuse en commun Un intérêt notable de l'utilisation de la technique OFDM pour des cellules ayant des jeux distincts de sous-porteuses réside dans le fait que les nœuds 20 appartenant à deux cellules (î e dans une zone de chevauchement) peuvent recevoir et transmettre dans les deux cellules à l'aide d'un même émetteur/récepteur
En pratique, pour une portion de route 1 rectihgne comme représentée sur la figure 1, on choisit au moins quatre jeux distincts S1-S4 de sous-porteuses de sorte à éviter toute interférence ou collision de données entre nœuds 20 n'appartenant pas à une même cellule
(problème du "terminal caché") Un exemple de répartition de ces quatre jeux S1-S4 est illustré sur la figure 2, où chaque jeu comprend 64 fréquences sous-porteuses adjacentes
Les nœuds 20 présents dans les zones de chevauchement 10'- 13' peuvent communiquer sur l'une ou l'autre des cellules 10-14 adjacentes en utilisant l'un ou l'autre des jeux S 1 -S4 correspondant de sous-porteuses
Selon une mise en œuvre simple, les sous-porteuses sont réparties de façon uniforme dans la bande de fréquences afin de réduire les interférences entre sous-porteuses et d'offrir une meilleure diversité fréquentielle En variante, cette répartition peut être réalisée de façon aléatoire Les cellules 10, 1 1 , 12 sont définies dans un ou plusieurs fichiers, dits "cartes", stockés en mémoire de chacun des véhicules, par l'indication d'une zone géographique (cercle, ellipse ou coordonnées GPS par exemple) et d'un jeu S 1-S4 de fréquences sous-porteuses formant le canal de communication 30-32 associé à la cellule
Les cartes peuvent être téléchargées, périodiquement, à la fin de validité d'une carte précédente, ou lors d'une connexion du nœud au réseau VANET, par les nœuds 20 depuis des émetteurs situés par exemple Ie long de Ia route 1
Sur la figure 3, on a représenté une architecture matérielle simplifiée d'un véhicule 20 nœud dans le réseau VANET
Le nœud 20 comprend une unité de traitement 21 comprenant une mémoire morte stockant des logiciels pour la mise en œuvre de l'invention, une mémoire vive chargeant ces logiciels lors de leur exécution et un processeur exécutant les instructions des logiciels pour notamment gérer les interfaces avec les autres composants décrits ci-après
Le nœud 20 comprend également une mémoire de stockage 22, par exemple amovible (carte mémoire), sur laquelle sont stockées les cartes 40 Ainsi, l'unité de traitement 21 peut récupérer la carte 40 et la charger en mémoire vive pour son utilisation
De façon classique, le nœud 20 comprend également des interfaces utilisateur 23 avec les passagers du véhicule Un récepteur GPS 24 est également prévu, relié à l'unité de traitement 21 pour fournir à cette dernière à tout instant une indication de positionnement géographique et une horloge. Grâce à la position obtenue, l'unité 21 peut déterminer dans quelle cellule 10-14 le véhicule se situe, et déterminer les fréquences sous-porteuses à utiliser pour transmettre sur le réseau VANET. L'horloge GPS garantit la synchronisation des différents nœuds 20 du réseau, requise notamment en raison d'un accès par multiplexage temporel comme décrit ci-après. L'horloge GPS peut en particulier être utilisée pour resynchroniser périodiquement (toutes les secondes) une horloge interne de l'unité 21.
Le nœud 20 comprend également des moyens matériels d'émission/réception 25 en mode OFDM, dont les fréquences utilisées sont dynamiquement modifiées par l'unité de traitement 21 lorsque le véhicule 20 passe d'une cellule à une autre.
En référence à Ia figure 4, l'accès au canal de communication 30-32 d'une cellule 10- 14 est réalisé par multiplexage temporel, c'est-à-dire que les nœuds 20 se partagent l'accès aux sous-porteuses Si dans le temps, ici S2. La description qui suit s'applique aux différents jeux Si. Une trame 50 d'un canal de communication est divisée en un nombre constant d'intervalles de temps 51 égaux, par exemple 32, 64 ou 128 intervalles.
Selon l'invention, les intervalles 51 d'une trame sont de deux types: un premier type d'intervalles à accès avec réservation préalable TS et un deuxième type d'intervalles à accès aléatoire RS. Le mécanisme de réservation des intervalles TS par les nœuds 20 est décrit dans la suite.
Les intervalles RS sont, quant à eux, accèdes de façon aléatoire à l'instar de méthodes telles que CSMA, DCF ou s-ALOHA.
Chaque nœud 20 peut lire les données contenues dans les intervalles réservés TS et les intervalles à accès aléatoire RS.
La répartition des intervalles TS et RS dans la trame 50 est réalisée en deux ensembles: un premier ensemble 52 composé de Nr intervalles RS consécutifs, et un deuxième ensemble 53 composé de Nt intervalles TS consécutifs. Comme illustré sur Ia figure, Ie deuxième ensemble 53 précède le premier ensemble 52 dans une même trame. Ceci permet à un nœud d'obtenir les informations relatives au deuxième ensemble, c'est-à-dire les intervalles réservés TS avant de solliciter une réservation via un intervalle RS du premier ensemble, comme décrit par ailleurs.
Le premier ensemble 52 est utilisé par les nœuds pour réserver un ou plusieurs intervalles temporels, et/ou pour transmettre des messages. Comme le nombre d'intervalles 51 est fixe dans la trame, le nombre d'intervalles TS du deuxième ensemble 53 varie dynamiquement avec les demandes de réservations. Les intervalles RS du premier ensemble 52 composent ainsi le reste de la trame, après les intervalles TS, et leur nombre Nr varie également dynamiquement.
Aux fins de stabilité du protocole de réservation des intervalles TS tel que décrit après, on prévoit de conserver en permanence des intervalles de temps RS, par exemple le premier ensemble 52 a une longueur minimale Nrmin égale à 10% de la longueur totale de la trame 50. En variante, cette longueur minimale peut être de 15 intervalles, comme défini pour la taille de fenêtre minimale de contention dans la norme 802.1 la.
Ainsi, en cas d'un faible nombre de nœuds 20 dans la cellule 11 (peu de trafic de données sur le canal de communication 31), la majorité de la trame 50 est composée d'intervalles RS. L'accès à ceux-ci étant réalisé aléatoirement, le temps d'accès moyen au canal par les nœuds est amélioré par rapport aux solutions de réservation classiques telles que le TDMA décrit ci-dessus, et une faible quantité de données de signalisation est véhiculée sur le canal 31.
En présence d'un fort trafic de données, un grand nombre de nœuds réservera des intervalles TS pour transmettre une grande quantité de données avec QoS. La trame 50 est alors principalement constituée d'intervalles TS assurant une qualité de service. Dans ce cas, on obtient des performances similaires aux solutions TDMA classiques.
On décrit par la suite les mécanismes permettant cette gestion dynamique d'allocation/réservation des intervalles 51. Cette gestion permet de conserver les avantages des techniques d'accès aléatoires (peu de contention, peu de surdébit de signalisation) en cas de faible charge, et les performances du TDMA en cas de trafic important (qualité de service).
Différents critères peuvent être utilisés par chaque nœud 20 pour déterminer quel type d'intervalle TS ou RS à utiliser pour l'envoi de données. A titre d'exemple, un intervalle TS (plus coûteux en signalisation) est utilisé dans les cas suivants :
- la quantité de données à transmettre dépasse une valeur seuil prédéfinie. Dans ce cas, en effet, la longue séquence de données justifie le surdébit nécessaire au processus de réservation;
- une qualité de service QoS (débit, latence maximale, perte de paquet, etc.) est nécessaire. Puisque les techniques TDMA offre une telle qualité de service, dans le cadre de l'invention, toute requête visant à obtenir une qualité de service QoS commande la réservation d'un intervalle TS.
On constate ainsi que les intervalles RS sont utilisés pour les demandes de réservation et la transmission de messages courts.
Lorsque le nœud a décidé de réserver un intervalle TS, celui-ci écoute les transmissions sur le canal 30-32, en décodant les signaux OFDM, pour connaître l'état des intervalles réservés TS occupés et libres et des intervalles RS. Il récupère de telles informations sur le statut des intervalles, au niveau de chacun des intervalles dans lesquelles elles sont spécifiées.
Ces informations sont nommées informations de trame (IT). Comme représenté sur la figure 4, chaque intervalle TS comprend une partie initiale
60 suivie de données de contenus 61 L'ensemble de l'intervalle TS est rempli par le nœud 20 qui l'a réservé lorsqu'il transmet, à partir d'une table IT qu'il maintient à jour dans sa mémoire propre
La partie initiale 60 comprend un champ 62 contenant le nombre Nt d'intervalles TS présents dans la trame, le numéro unique 63 de l'intervalle courant, également noté Tseq par la suite (O' au début de la trame, et incrémenté de 1 en 1 dans la période 53), puis des informations issues de la table IT sur chacun des intervalles TS dans l'ordre de ces intervalles dans la trame 50 Les informations sur chaque intervalle comprennent le statut 64 de l'intervalle TS à savoir "occupé" (BUSY) ou "inactif" (IDLE), l'identifiant 65 du nœud associé à l'intervalle considéré, une information de priorité 66 explicitée plus loin, un bit 67 indiquant si le nœud 20 est destinataire de la communication pour l'intervalle considéré (bit =1) et un bit "D" 68 renseignant une demande de libération de l'intervalle temporel considéré Le nœud 20 est destinataire de la communication pour l'intervalle considéré si cette communication est de type diffusion ou bien si elle est de type point à point et le nœud 20 est en destinataire Les informations retranscπvant les tables IT des nœuds sont censées être identiques d'un intervalle TS à l'autre (hors le bit 67) Toutefois, en fonction des demandes de réservation que certains nœuds reçoivent et d'autres pas, ces données peuvent temporairement différer pour générer une mise à jour des tables IT chez ces nœuds n'ayant pas détecté les demandes de réservation Ce mécanisme est décrit ultérieurement Les informations de trame sont répétées dans chacun des intervalles TS de la trame par les nœuds 20 qui les utilisent On note dès à présent que c'est au travers de la mise à jour permanente des tables IT par les noeuds 20 que l'accès partagé au canal de communication 30-32 de la cellule est assuré et stable
En pratique, lorsqu'un nœud 20 décode avec succès le message transmis dans un intervalle TS, il renseigne dans sa table IT le statut "occupé" pour cet intervalle Sinon, il renseigne le statut "inactif ', signifiant qu'il n'est pas utilisé
De façon similaire, chaque intervalle RS à accès aléatoire comprend une partie initiale 60 suivie de données de contenus 61, et remplies par le nœud 20 qui utilise cet intervalle RS La partie initiale 60 comprend un champ 62 contenant le nombre Nt d'intervalles TS présents dans la trame
Dans certains cas, la partie initiale 60 d'un intervalle RS comprend les mêmes champs 62-68 qu'un intervalle TS, par exemple pour des messages de demandes de réservation "TS-Req" ou de resolution de problèmes de réservation " 'Gaîeuay _Hello" Ces points sont détaillés ultérieurement On décrit maintenant, en référence aux figures 5 à 8, les mécanismes de gestion du reseau par les nœuds 20 eux-mêmes, dans le cas donc où aucune gestion centralisée n'est prévue On rappelle ici que, dans le cadre des réseaux ad hoc, ce sont les véhicules ou nœuds 20 qui propagent les messages de diffusion, de proche en proche et de cellule en cellule.
En particulier, on illustre plus loin la gestion d'un nœud 20 dans une zone de chevauchement 10'- 13 ' pour cette transmission inter-cellules. Initialement, un nœud 20 rejoint le réseau VANET au niveau d'une cellule ou d'une zone de chevauchement. Les informations relatives à cette cellule ou zone sont récupérées des cartes 40 en mémoire à l'aide du positionnement GPS. Ainsi le nœud 20 connaît à tout instant les sous-porteuses Si à surveiller de la cellule ou des cellules auxquelles il appartient.
Des mécanismes classiques permettent au nœud de détecter des messages transmis sur le canal de communication de la cellule pour récupérer les informations IT donnant l'état courant du canal de communication.
En l'absence de message détecté, des mécanismes d'émission de messages d'arrivée peuvent être prévus pour initier le canal avec un autre nœud de la cellule.
On note que le début d'une trame 50 peut être déterminé par chaque nœud en fonction d'une valeur donnée de l'horloge GPS, assurant de la sorte une synchronisation inter-nœuds et intercellules.
Une fois le réseau rejoint, le nœud 20 procède soit à la réception et au décodage de données dans les différents intervalles 51, soit à la transmission de données de sa propre initiative. Il est à noter que la retransmission de données, dans le cadre de la diffusion de messages, est automatiquement gérée à réception d'un tel message, comme on le verra ci-après. Les figures 5a à 5d illustrent l'envoi de données par un nœud 20. Comme évoqué précédemment, un nœud qui souhaite transmettre dispose de deux options, soit au travers d'un intervalle temporel réservé TS particulièrement adapté pour la QoS et les transmissions longues, soit par accès aléatoire à un intervalle temporel RS idéal pour les courtes transmissions et la réservation d'intervalles temporels TS.
En référence à la figure 5a, à l'étape E300, le nœud 20 vérifie qu'il dispose suffisamment d'intervalles TS, auquel cas il pourra transmettre, même des messages courts, dans ces intervalles.
S'il n'a pas d'intervalle TS qui lui est réservé sur le canal 30-32, il détermine à l'étape E302 selon les critères définis précédemment, s'il a besoin d'effectuer une réservation d'intervalle TS.
Dans la négative, le nœud 20 souhaite uniquement transmettre un message court dans un intervalle RS du premier ensemble 52.
Dans ce cas, l'étape E304 permet de gérer la transmission des données en OFDM dans un intervalle RS accédé aléatoirement à l'aide d'un temporisateur armé avec une valeur aléatoire. Dans le cas où le nœud 20 dispose d'un intervalle TS réservé (sortie OUI à l'étape
E300), il attend à l'étape E306 l'instant correspondant à cet intervalle TS, afin de transmettre les données souhaitées à l'étape E3O8
Une transmission par diffusion dans l'intervalle TS d'un nœud source est considéré comme réussie si toutes les informations de trame IT (dans chaque intervalle TS de la trame) reçues par le nœud source indiquent que l'intervalle TS utilisé est bien réservé pour ce nœud source (grâce au champ 65)
On peut noter qu'un intervalle TS réservé vérifiant les conditions cumulatives suivantes satisfait le test de l'étape E300, pour uniquement réaliser une communication point à point Les conditions cumulatives sont
- le bit du champ 67 est mis à 0 dans toutes les informations IT reçues de la trame précédente,
- les informations IT reçues du nœud destinataire du message à envoyer indiquent que l'intervalle TS envisagé est "inactif", - aucun message d'acquittement ne peut être détecté dans ledit intervalle TS envisagé
Les premières et troisièmes conditions assurent que la communication en cours dans l'intervalle TS en question est point à point et que le nœud destinataire de cette communication n'est pas à portée directe de l'émetteur La deuxième condition assure que le destinataire du message à envoyer n'est pas à portée des nœuds origine et destination d'une transmission point à point utilisant cet intervalle de temps
Toujours en référence à la figure 5a, lorsque le nœud 20 a besoin de réserver un intervalle 51 (sortie OUI du test E302), le nœud 20 initie une réservation à l'étape E310 Cette étape est détaillée ci-après en lien avec la figure 5b En cas de réservation réussie (test E312), le procédé exécute les étapes E306 et E3O8 déjà décrites
En cas de réservation non réussie (test E314), le procédé exécute de nouveau l'étape E300
On décrit maintenant le processus de réservation de l'étape E310 en référence à la figure 5b
A l'étape E35O, on détermine si le nœud 20 courant appartient à deux cellules adjacentes (zone de recouvrement) à l'aide de la position GPS du nœud 20 et de la carte 40 définissant les cellules
En cas de test négatif, le nœud 20 arme, a l'étape E352, un temporisateur définissant un laps de temps au cours duquel plusieurs essais de réservation peuvent être menés (bouclage des étapes E354 à E360) Si le temporisateur expire, le processus de réservation a échoue à l'étape E356 (information utilisée au test E340) Tant que le temporisateur n'a pas expiré, on effectue une demande de réservation
(étape E358) comme décrit ci-après en lien avec la figure 5c.
Si la réservation a réussi (test E360), le nœud 20 met à jour, à l'étape E362 sa table IT en indiquant les informations relatives à l'intervalle TS qui lui est réservé (champs 63 à 67). Puis le procédé prend fin à l'étape E364.
On décrit maintenant, en référence à la figure 5c, l'étape de réservation E358/E376. Un premier test E400 consiste à savoir si lors de l'appel à cette étape de réservation, un numéro particulier d'intervalle TS a été requis.
Si le numéro de l'intervalle de temps TS n'est pas connu du nœud 20 (sortie OUI du test E400), ce dernier détermine (E414) un numéro d'intervalle de temps Tseq de la façon suivante : .
Figure imgf000017_0001
J
Puis, le nœud 20 arme un temporisateur aléatoire à l'étape E402 et écoute le canal de communication 30-32 de la cellule. Les étapes E404, E406 et E408 permettent d'atteindre un intervalle RS dans le premier ensemble 52 après expiration du temporisateur aléatoire. Pendant cette attente, le nœud écoute le canal de transmission au niveau de la période correspondant au premier ensemble 52 pour détecter d'éventuelles demandes de réservation TS-Req, auquel cas il met à jour la valeur de Tseq (étape E416).
A l'étape E410, le nœud 20 diffuse alors, sur l'intervalle RS atteint, un paquet TS-Req (requête TS-Req). Une requête TS-Req comprend notamment : - pour l'intervalle TS Tseq demandé à la réservation : le numéro d'intervalle et le champ 66 de priorité,
- pour chaque intervalle TS réservé au cours des trames précédentes ou nouvellement réservé au cours de la trame courante par un autre nœud : l'identifiant du nœud associé à l'intervalle considéré; la table IT du nœud 20 ayant été mise à jour à chaque requête TS-Req reçue s'il n'y a pas de conflit.
L'identifiant du nœud envoyant la requête TS-Req est compris dans le champ adresse source conformément à la norme IEEE 802.1 1.
Les deux nombres dans la fonction max { } sont égaux si le nœud 20 a correctement reçu toutes les demandes de réservation; le premier est plus grand si le nœud 20 détecte une ou plusieurs demandes de réservation non détectée(s) par les autres nœuds; et le deuxième est plus grand si le nœud 20 n'a pas détecté toutes les demandes de réservation.
La signification du terme "requête TS-Req gagnante" est détaillée plus tard en référence aux étapes E376-E380. Grossièrement, il s'agit des requêtes qui ont abouti à une réservation effective. Un nœud 20 peut également demander de réserver un intervalle TS qui est indiqué comme " inactif' (champ 64) dans toutes les informations de trame IT reçues pour m trames successives. En effet, cet intervalle n'étant plus utilisé depuis suffisamment longtemps, il est préférable de le réallouer à un autre nœud. On prévoit ainsi que la table IT des nœuds présente, pour chaque intervalle TS, un compteur qui est incrémenté à chaque trame si, dans cette dernière, toutes les informations IT reçues indiquent ledit intervalle TS comme "inactif". Une comparaison avec m est ainsi aisée. Le compteur est remis à zéro dès qu'une information IT l'indique comme "occupé".
En variante, la demande de réservation d'un nouvel intervalle TS par un nœud ayant déjà réservé un intervalle TS peut être réalisée en utilisant ce dernier pour diffuser la requête TS- Req. On poursuit à l'étape E412 en estimant si la réservation a été réussie. Cette étape est détaillée en lien avec la figure 5d.
A l'étape E450, le nœud arme un temporisateur égal à la durée d'une trame à compter de la fin de la trame dans laquelle la demande TS-Req a été émise.
Dans le cas où Tseq = 1 (test E452, c'est-à-dire qu'il n'y avait pas d'intervalle temporel TS déjà réservé), on vérifie si aucune donnée n'est reçue pendant cette durée. Le bouclage sur les étapes E454 et E456 assure cette vérification. Dans l'affirmative, la réservation est réussie ou gagnante à l'étape E458 (information utilisée dans le test E340) et le nœud 20 met à jour sa table rr.
Si des données ont été reçues pendant cette durée (sortie OUI de l'étape E454) ou si Tseq est différent de 1 (sortie NON du test E452), on vérifie que l'intervalle TS identifié Tseq a bien été indiqué comme réservé pour le nœud 20 en question, pour l'ensemble des transmissions effectuées par d'autres nœuds pendant la durée définie. Les étapes E460 et E462 assurent cette vérification.
Si toutes les transmissions indiquent bien que l'intervalle Tseq a été réservé pour le nœud 20, la réservation est réussie (étape E458).
Sinon dès qu'une transmission n'indique pas cette information, la réservation est considérée comme échouée (étape E464, information utilisée au test E340).
Pour illustrer ce qui vient d'être décrit, on prend un exemple de trame comprenant 20 intervalles 51 dont quatre sont réservés (TS). On considère trois nœuds (Nl, N2 et N3) souhaitant réserver un nouvel intervalle.
Le premier nœud Nl accède à un intervalle RS sans collision et émet une requête TS- Req indiquant Nt= 4 et Tseq=5.
Le deuxième nœud N2 accède à son tour à un intervalle RS et émet une requête TS- Req indiquant Nt= 5 et renseignant les informations IT, à savoir Nt=5 et que l'intervalle Tseq=5 est bien réservé pour Nl . N2 inclut également dans sa requête TS-Req le numéro de l'intervalle demandé Tseq=6. Lors de la trame suivante, les nœuds transmettant des données sur les premiers intervalles TS n°l à 4, vont indiquer, dans l'entête 60 de leur intervalle TS, la réservation des nouveaux intervalles 5 et 6 et la nouvelle valeur du nombre Nt La réservation n'est effective pour les nœuds Nl et N2 qu'à l'issue de la réception de cette trame afin d'éviter tout problème de "terminal cache" comme expliqué ci-après en lien avec la figure 6c
Le troisième nœud N3 reproduit le même comportement que le nœud N2
On peut noter que si une collision a lieu entre des requêtes de réservation, alors
- soit les réservations sont considérées comme défaillantes et le processus de réservation peut être recommencé, - soit une des réservations est détectée avec succès par certains nœuds qui l'indiquent ensuite dans leurs transmissions ultérieures,
- soit les deux réservations sont détectées par deux groupes de nœuds différents, auquel cas ces groupes indiquent, dans leurs transmissions ultérieures, ces deux réservations pour un même intervalle TS Le procédé décrit en lien avec la figure 6c permet de résoudre cette situation
De retour a la figure 5c, si le numéro d'intervalle de temps Tseq est connu du nœud (sortie NON du test E400), le procédé exécute les étapes E402, E404, E406 et E408 permettant d'atteindre aléatoirement un intervalle de temps RS du premier ensemble 52 après expiration du temporisateur comme décrit précédemment La suite de la réservation d'intervalle TS est similaire à ce qui vient d'être décrit
De retour à la figure 5b, on s'intéresse maintenant au cas où le nœud 20 appartient à deux cellules adjacentes (sortie OUI du test E350), engendrant une gestion particulière de la réservation d'intervalles dans une cellule afin de tenir compte de la situation de réservation d'intervalles dans l'autre cellule Les trames des deux cellules sont synchronisées avec un même instant initial, les intervalles numérotés Tseq des deux cellules se produisant au même instant
On considère ici que le nœud 20 vient d'entrer dans une nouvelle cellule, par opposition a la cellule originelle (d'origine) dans laquelle il était avant (transfert intercellulaire)
Dans un premier test E366, on vérifie si le nœud 20 possède déjà un ou plusieurs intervalles TS réservés dans la cellule originelle Si ce n'est pas le cas, on passe a l'étape E352, et une réservation dans la nouvelle cellule comme décrite plus haut est menée
Si c'est le cas (sortie OUI du test E366), le nœud 20 obtient les informations de trame IT dans la nouvelle cellule a l'étape E368
A l'étape E370, le nœud 20 vérifie certaines conditions pour différents intervalles de la trame Un nœud appartenant a deux cellules et ayant déjà un intervalle TS reserve pour lui dans la cellule originelle, peut reserver un intervalle TS numérote Tseq dans la nouvelle cellule que si ce dernier intervalle TS vérifie une ou plusieurs des conditions suivantes - condition l il a Ie même numéro unique Tseq qu'un intervalle TS déjà réservé dans la cellule originelle pour ce nœud,
- condition 2 l'intervalle TS dans la cellule originelle ayant le même numéro Tseq est réservé pour une communication point à point dont le présent nœud n'est pas destinataire, - condition 3 l'intervalle correspondant dans la cellule originelle appartient à au premier ensemble 52 d'intervalles RS
A l'étape E372, le nœud choisit un intervalle parmi ceux vérifiant une ou plusieurs des conditions ci-dessus La vérification de ces conditions permet de s'assurer qu'un nœud réalisant un transfert intercellulaire ne rate pas de message diffusé dans la cellule originelle, puisqu'en effet ce nœud ne peut recevoir et transmettre en même temps Selon la première condition, le nœud contrôle lui-même l'intervalle TS sur l'autre cellule Selon la deuxième condition, la communication sur l'intervalle TS dans la cellule originelle est de type point à point, donc sans diffusion Selon la troisième condition, la diffusion de message dans la cellule originelle ayant heu au travers d'intervalles réservés TS, le nœud est à même de recevoir un message diffusé Si plus d'un intervalle vérifie une ou plusieurs conditions, l'intervalle satisfaisant la première condition est préférentiellement choisi car il garantit une réservation symétrique sur les deux cellules pour ce nœud Ce dernier est ainsi sûr que lorsqu'il transmet par exemple dans la nouvelle cellule au niveau de cet intervalle réservé TS, il n'y a pas de message diffusé sur le même intervalle dans la cellule originelle Ainsi, un premier intervalle de temps satisfaisant la première condition est préféré à un deuxième intervalle de temps satisfaisant la deuxième condition Un troisième intervalle de temps satisfaisant la deuxième condition est préféré à un quatrième intervalle de temps satisfaisant la troisième condition
Si au moins deux intervalles candidats satisfont les mêmes conditions, l'intervalle choisi l'est de façon aléatoire
A l'étape E374, on arme un temporisateur qui, en combinaison avec l'étape E382, permet de réaliser plusieurs tentatives de réservation pour ce nœud 20 appartenant à deux cellules
Suite a l'étape E376, on procède à l'étape de réservation décrite par la figure 5c, la valeur Tseq à réserver étant connue de l'étape E372 Toutefois, une gestion prioritaire de la réservation d'intervalles pour les nœuds appartenant à deux cellules est menée afin d'assurer la diffusion inter-cel Iules Un bit, nomme MH ("must-have"), est prévu à cet effet dans la valeur de priorité 66 (figure 4) associée à chaque intervalle TS Le bit MH prend la valeur 1 pour favoriser la réservation pour les nœuds appartenant à deux cellules Les grandes lignes de la réservation pour ce type de nœuds sont comme suit
Si un intervalle TS souhaite est libre ou "inactif ', même si une demande de réservation de celui-ci a été envoyée par un autre nœud ou s'il est "occupé" (champ 64) sans que le bit MH associé soit mis à T (i.e. non réservé de façon prioritaire), le nœud 20 en question envoie une requête TS-Req prioritaire pour cet intervalle TS en mettant, dans cette requête, le bit MH à T.
Cet intervalle est alors réservé de façon prioritaire par les autres nœuds (qui l'indiquent dans les informations IT qu'ils transmettent ultérieurement) à un nœud ayant mis le bit MH à '1 ' sur une base "premier arrivé, premier servi" (FIFO). Tant que le nœud est dans plusieurs cellules, le bit MH est maintenu à T dans le champ 66 de toutes les transmissions de tous les nœuds, pour empêcher que cette réservation soit écrasée par une demande ultérieure. Toutefois, dès que le nœud 20 n'appartient plus qu'à une seule cellule, le bit MH est passé à '0' par ce nœud. Les autres nœuds mettent ensuite à jour leur table IT. Le test E378 vérifie si l'intervalle souhaité a bien été réservé pour le nœud 20 en question. Dans l'affirmative, le procédé se poursuit à l'étape E362 en mettant à jour la table IT du nœud (en conservant le bit MH à '1 ').
Le nœud qui occupait précédemment cet intervalle TS ou qui en avait fait la demande de réservation se voit allouer un autre intervalle ou fait une nouvelle demande de réservation. Les nœuds qui ont simultanément (pendant la même trame) fait une demande
"prioritaire" (avec le bit MH mis à '1') de réservation du même intervalle numéroté Tseq, mais qui n'ont pas été servis du fait de la sélection par FIFO, ne se voient pas allouer d'intervalle (sortie NON du test E378). Les requêtes TS-Req correspondantes n'ayant pas abouti à une réservation d'intervalle TS sont les "requêtes TS-Req perdantes", par opposition aux "requêtes TS-Req gagnantes" (qui sont toutes les autres) visées à l'étape E410.
Si l'intervalle souhaité et non réservé pour le nœud indique un bit MH à T (donc réservé prioritairement pour un autre nœud), le nœud retourne à l'étape E37O afin de choisir un nouvel intervalle à réserver (sortie OUI de l'étape E38O). Lorsque le temporisateur fixé à l'étape
E374 expire sans qu'une réservation n'ait été réalisée avec succès pour le nœud 20 (sortie OUI du test E382), la réservation a échoué (étape E384).
On notera ici, que pour des raisons d'efficacité du transfert intercellulaire, on limite le nombre d'intervalle réservé TS prioritairement (avec le bit MH mis à '1') à un seul par trame pour un nœud particulier.
Une gestion plus fine des réservations peut être mise en place à l'aide d'une information de priorité 66 plus précise que le simple bit MH. On utilise notamment le champ de priorité sur 2 bits tel que défini par la norme 802.1 le auquel on ajoute le bit MH évoqué ci-dessus. La table ci-après renseigne les différentes priorités résultantes:
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000022_0001
En pratique, un nœud sollicite la réservation d'un intervalle TS si ce nœud présente une priorité propre (relative au type de données ou à une éventuelle situation de transfert intercellulaire) supérieure à celle indiquée dans les données IT pour l'intervalle souhaité L'indicateur MH présente la plus haute priorité puisqu'il indique un transfert intercellulaire A l'exception du cas de transfert intercellulaire, les requêtes de réservation pour des intervalles TS indiqués comme "occupés" ne peut être menée à moins que le nombre maximum d'intervalles TS soit atteint
On décrit maintenant en lien avec les figures 6a à 6c le processus de réception de données par un nœud 20 du réseau
La figure 6a illustre les étapes générales de réception de données A ce stade, le nœud 20 dont il est question a récupéré, sur le canal de communication 30-32, le signal OFDM d'un intervalle 51 et l'a décodé en données
A l'étape E500, le nœud 20, grâce à son horloge, détermine s'il s'agit des données d'un intervalle réservé TS ou à accès aléatoire RS
Dans le cas d'un intervalle RS, le nœud traite différemment les données de contenu des données de contrôle telles une requête de réservation ou un message " Gateway _Hello" (test E502)
Dans le cas de données de contrôle, on procède à l'étape E504 au traitement de ces informations de contrôle visant à mettre à jour la table IT du nœud et à résoudre d'éventuels conflits de réservation d'intervalles, comme décrit par la suite en référence aux figure 6b et 6c
S'il s'agit de données de contenu diffusées (test E506), le nœud traite ces données à l'aide d'un mécanisme de rediffusion (E516) Différentes stratégies de rediffusion peuvent être mises en place, par exemple une rediffusion systématique En variante, ne pas rediffuser le message si une autre rediffusion est détectée dans un intervalle de temps, ce qui diminue l'encombrement du canal de communication
S'il s'agit de données de contenu point à point, le nœud 20 exploite (E508) ces données après acquittement s'il est destinataire du message
Si à l'étape E500, le nœud 20 détermine que les données ont été reçues dans un intervalle TS, le nœud 20 met à jour sa table IT des informations sur la trame, a l'étape E518, en indiquant
- que l'intervalle TS en question est réservé et utilise ("occupe") par le nœud émetteur des données reçues (une indication "inactif" est mise dans la table IT pour tous les intervalles de la trame pour lesquels le nœud ne reçoit pas de données) ,
- dans le champ 67 pour l'intervalle TS, les valeurs suivantes o le bit vaut 1 si le message reçu dans l'intervalle TS est un message diffusé ou si le nœud 20 est destinataire des données dans une communication point à point. Le nœud sait ainsi s'il doit recevoir une transmission pour cet intervalle temporel; o le bit vaut 0, autrement. Le nœud 20 procède ensuite au traitement des informations de contrôle de l'intervalle
TS étudié, à l'étape E520 similaire à E504.
La figure 6b illustre ces étape E504 et E520.
A l'étape E550, le nœud 20 compare les informations IT reçues dans un intervalle TS ou les requêtes de réservation TS-Req reçues dans un intervalle RS ou dans un intervalle TS avec sa table IT. S'il existe (encore) une différence sur un intervalle TS (ci-après dénommé intervalle modifié) décrit dans les données et la table, on passe au test E552 similaire à E500 pour distinguer si on traite les données d'un intervalle réservé TS ou d'un intervalle à accès aléatoire RS.
S'il s'agit d'un intervalle TS, on teste (E554) si une nouvelle demande de réservation d'un intervalle TS est renseignée dans les données IT décrivant cet intervalle TS (par exemple par un terminal caché). Cette demande correspond à l'étape E410 réalisée par un autre nœud de la cellule.
Si aucune nouvelle demande de réservation n'est détectée, on vérifie si la valeur Nt du nombre d'intervalles réservés TS dans la trame 50 a diminué entre la valeur de la table IT et celle des données reçues (test E556), auquel cas, le nœud remplace l'ensemble des données de sa table IT par les informations IT reçues (étape E558) et le traitement prend fin (étape E560). Le nœud 20 est ainsi informé des modifications d'allocations des intervalles, par exemple dues à des libérations d'intervalles réservés.
Si Nt n'a pas diminué, les informations IT n'ont pas été modifiées. Le traitement prend alors directement fin (E560). De retour à l'étape E554 et à l'étape E552, si une nouvelle demande de réservation d'un intervalle TS est détectée ou si l'intervalle traité est à accès aléatoire RS, on passe à l'étape E564.
Les étapes qui suivent permettent, entre autres, à un nœud de modifier sa table IT pour y inclure tout nouvel intervalle TS réservé s'il reçoit des informations IT avec ce nouvel intervalle
TS alloué à certains nœuds. Cette approche permet de tenir compte des "nœuds cachés" pour lesquels le nœud 20 ne peut pas détecter la demande de réservation mais d'autres nœuds de Ia cellule le peuvent.
Ainsi, le test E564 consiste à déterminer si l'intervalle TS modifié est considéré comme libre (c'est-à-dire un intervalle considéré comme intervalle RS dans la table IT) par le nœud 20. Si c'est le cas, à l'étape E566, on met à jour, au niveau de la table IT, les informations
IT de l'intervalle TS modifié. Par cette action, le nœud 20 réalise la réservation demandée ou la mise à jour des informations IT, et considère désormais l'intervalle en question comme réservé
Puis on retourne à l'étape E55O pour traiter un nouvel intervalle TS modifié s'il y en a un
Si, pour le nœud 20, l'intervalle TS modifié n'est pas libre (sortie NON du test E564), on détecte si la réservation est prioritaire (bit MH mis à T) dans les données reçues, à l'étape E568 Si ce n'est pas le cas, on active une variable "ToGateway" interne au nœud 20 lors de l'étape E57O, puis on retourne à l'étape E550 pour traiter un intervalle TS modifié suivant L'étape
E570 peut ainsi se produire lorsque le nœud a reçu deux demandes de réservation d'un même intervalle, la première requête ayant été traitée à l'étape E566 par une réservation "temporaire" dans la table IT du nœud (puisque l'intervalle était libre à cet instant) La variable interne "ToGateway" indique donc que l'on a une demande d'intervalle pour un intervalle déjà réservé (intervalle litigieux) Cette variable a pour effet de déclencher un traitement spécifique, illustré ci-après en lien avec la figure 6c, au cours duquel le nœud 20 se comporte comme une passerelle, aux fins de solutionner d'éventuels conflits de réservation entre nœuds cachés Si l'intervalle TS modifié a été réservé de façon prioritaire (sortie OUI du test E568), on vérifie que dans la table IT du nœud 20, ce même intervalle était également réservé de façon prioritaire, à l'étape E572
Si c'est le cas, on retourne à l'étape E550 pour traiter un nouvel intervalle TS modifié, la nouvelle réservation prioritaire ne pouvant écraser celle déjà existante Si ce n'est pas le cas, on passe à l'étape E574 où l'on alloue un nouvel intervalle TS pour le nœud qui était identifié dans la table IT pour l'intervalle TS modifié En effet, la demande prioritaire fait que l'ancien nœud doit céder son intervalle et se voit réserver un nouvel intervalle
TS
A l'étape E576, le nœud 20 met à jour sa table IT pour tenir compte de la réservation prioritaire et pour tenir compte de l'allocation d'un nouvel intervalle temporel TS à l'"ancien" nœud
On a ici traité les demandes prioritaires de réservation
On retourne alors à l'étape E550 pour traiter un nouvel intervalle TS modifié
S'il n'y a plus de différence à traiter entre la table IT et les données reçues (sortie NON du test E55O), on vérifie si la variable interne "ToGateway" a été activée (test E578) Dans la négative, le traitement prend fin (étape E580)
Dans l'affirmative, on procède au traitement spécifique évoque précédemment ou le nœud 20 officie comme passerelle pour la résolution de conflits de réservation (étape E582) Pour rappel, la variable "ToGateway" indique que l'on a un intervalle TS litigieux une demande de réservation non prioritaire de cet intervalle déjà réservé a été reçue La figure 6c illustre ce traitement spécifique avec une première étape E600 au cours de laquelle on comptabilise le nombre de requêtes TS-Req reçues et on récupère le nombre Nt maximal reçu dans les données 60 depuis que le nœud 20 a détecte une double réservation lors du test E568 : deux requêtes TS-Req visant le même intervalle temporel (intervalle litigieux) ont été reçues, ces réservations ayant le bit de priorité MH mis à '0' (réservation qui peut provenir d'un "nœud caché"; les réservations prioritaires sont gérées aux étapes E574 et E576).
Les requêtes en réservation englobent à la fois les requêtes TS-Req reçues par le nœud et les intervalles TS nouvellement réservés dans les informations IT transmises par les autres nœuds (c'est-à-dire différentes de la table IT du nœud).
A l'étape E602, le nœud 20 met à jour sa table IT avec le nombre Nt max de sorte à allouer les intervalles aux nœuds demandeurs sur une base FIFO. Les informations (champs 64-67) relatives à chacun des intervalles TS sont également mises à jour. Si le nœud 20 n'a pas d'intervalle TS qui lui est réservé (test E604), il arme un temporisateur à l'étape E606 à une valeur inférieure à la durée d'une trame 50. Ce temporisateur permet de retarder la transmission de messages " Gateway _He Ho" postérieurement au prochain ensemble 53 d'intervalles réservés TS.
Tant que le temporisateur n'a pas expiré (test E608), le nœud 20 écoute le canal de communication (étape E610). Si aucune des données reçues n'est un message de type
"Gateway Jîello" résolvant les problèmes de réservation (test E612), tel que décrit plus loin, le nœud 20 met à jour le nombre de requêtes TS-Req reçues et Ia valeur Nt avec les informations IT reçues dans les données (étape E614). Le message de type " Gateway _Hello" vise à résoudre des problèmes de réservation d'intervalles en raison de demandes concurrentes. Un tel message transmet en effet l'état de chacun des intervalles réservés TS.
Si les données reçues correspondent à une nouvelle requête TS-Req pour l'intervalle TS litigieux (test E616), le nœud 20 réduit de moitié le temporisateur (étape E618) de sorte à accélérer le traitement visant à la résolution du conflit de réservation. On retourne ensuite à l'étape E608 et réécoute le canal de communication à l'étape E610. Il en est de même si les données reçues ne sont pas une requête TS-Req pour l'intervalle litigieux (sortie NON du test E616), sans modification du temporisateur.
Lorsque Ie temporisateur a expiré (sortie OUI du test E608), le nœud 20 envoie (étape E620), dans un intervalle RS, un message " Gateway _Hello" qui inclut les informations IT issues de sa propre table IT en indiquant comme réservés des intervalles pour les requêtes qu'il a reçues. Dans ces informations IT, le nombre Nt d'intervalles réservés TS est ainsi fixé à:
Nt + nombre de " TS-Req gagnantes" + 7
Figure imgf000025_0001
On tient compte des "requêtes gagnantes" reçues pour clarifier Ie fait que si plusieurs demandes de réservation ont le bit MH de priorité mis à '1 ' pour réserver un même intervalle, seule une demande de réservation est satisfaite. Les demandes non satisfaites sont les "requêtes perdantes". Toutes les autres demandes sont des "requêtes gagnantes" prises en compte dans la formule ci-dessus. Les informations IT dans le message " Gateway _Hello" généré par le nœud 20 organisent les réservations des intervalles TS selon le mécanisme FIFO tel qu'évoqué précédemment et indiquent qu'un autre intervalle TS est également réservé pour le nœud 20 en tant que passerelle ("gateway") Après l'étape E620, le traitement prend fin (étape E622)
De retour à l'étape E612, si le nœud 20 reçoit un message "Gatenay_Hello" d'un autre nœud, il détermine si tous les problèmes de réservation sont résolus, c'est-à-dire si l'ensemble des requêtes TS-Req qu'il a reçues sont converties en intervalles réservés TS dans le message " Gateway Jiello" reçu En pratique, le nœud 20 réinitialise le temporisateur et ne transmet pas de message
" Gateway _Helîo" s'il n'y a plus d'intervalle TS libre ou si les conditions suivantes sont vérifiées
- un message " Gateway Jtiello" d'un autre nœud est détecté,
- ce message indique un nombre Nt égal ou supérieur à celui connu du nœud 20 dans sa table IT, et - ce message indique que des intervalles TS ont bien été réservés pour tous les nœuds ayant émis des demandes TS-Req en réservation reçues par ledit nœud 20
II s'agit donc de vérifier que les nœuds ayant sollicité des réservations par les requêtes TS-Req se retrouvent bien avec un nouvel intervalle TS qui leur est réservé
Si c'est le cas, le nœud 20 met à jour sa table IT pour transmission prochaine (étape E624), puis le traitement prend fin (étape E626)
Dans le cas où le nœud 20 a déjà un intervalle TS qui lui est réservé (sortie OUI du test E604), les traitements sont sensiblement similaires comme illustré sur la figure (pas d'étapes E616 et E618 cependant), sauf que le temporisateur est armé pour attendre un intervalle réservé au nœud 20 en question et non plus la fin de l'ensemble 53 Ainsi, en attendant un intervalle TS qui lui est réservé, le nœud 20 peut détecter un message " Gateway _Hello" résolvant tous les conflits de réservation
En différentiant le traitement pour des nœuds disposant ou non d'un intervalle temporel réservé TS comme il ressort de ci-dessus, on favorise la résolution des conflits de réservation par les noeuds détenant un intervalle réservé Par ailleurs, lors de l'étape E620, il n'est pas utile de procéder à la nouvelle réservation pour le nœud 20 passerelle et on peut retirer le "+1" dans la formule de Nt ci-dessus
On illustre cette gestion "passerelle" en référence à la figure 7 représentant trois groupes G1-G3 de véhicules 20 dans une même cellule, chaque véhicule n'étant à portée de communication qu'avec les autres véhicules du ou des mêmes groupes On a identifié sept nœuds Nl à N7 Ainsi, le nœud N2 peut détecter les transmissions des nœuds N4, N5 et N6 mais pas des autres nœuds, alors que N4 peut détecter les transmissions de tous les autres nœuds On considère qu'il n'y a pas d'intervalle TS réservé dans la trame courante (Nt=O) Les nœuds Nl , N2 et N3 souhaitent réserver un intervalle TS, et comme ils ne se "voient" pas, émettent tous une requête TS-Req dans la période de réservation RS 52 indiquant le même intervalle Tseq=l Le nœud N 1 étant le premier à transmettre, la demande est détectée par les nœuds N4,
N6 et N7 Suite à la transmission similaire du nœud N2, les nœuds N4 et N6 détectent tous deux cette deuxième demande de réservation pour le même intervalle Ces deux nœuds arment alors chacun leur temporisateur visé à l'étape E606 pour résoudre cette double réservation Les nœuds N5 et N7 n'ont à ce stade détecté qu'une seule demande de réservation Maintenant le nœud N3 émet sa demande de réservation les nœuds N5 et N7 arment à leur tour leur temporisateur, le temporisateur du nœud N6 n'est pas modifié, le temporisateur du nœud N4 est réduit de moitié (étape E618) car N4 a détecté une nouvelle demande pour le même intervalle Tseq=l
Au final, c'est le temporisateur de N4 qui expire en premier Le nœud N4 émet donc un message " Gateway Jiello" dans lequel il indique Nt=4 (pour les trois demandes + un intervalle TS pour lui)
Les nœuds N5, N6 et N7 reçoivent ce message (étape E612) et constatant que Nt=4 (tous les problèmes de réservation sont résolus), qui est supérieur aux Nt=3 que eux avaient en mémoire, ils mettent à jour leurs tables IT et n'émettent pas de message " Gateway _Hello" II est à noter que même si le nœud N4 n'avait pas existé, dans l'exemple décrit ici, N6 aurait transmis sur le canal de communication et les nœuds N5 et N7 aurait eu connaissance du "nœud caché" additionnel à partir des informations IT fournies par le nœud N6 N5 et N7 auraient alors réduit chacun leur temporisateur de moitié, et l'un de ceux-ci, ayant alors l'ensemble des informations pour tous les nœuds ayant demandé une réservation, aurait annoncé l'ensemble des réservations et conduit à la mise à jour de tous les autres nœuds
Si le nœud N4 disposait d'un intervalle TS réservé, il pourrait simplement attendre la trame suivante pour annoncer les réservations d'intervalles dans l'intervalle TS qui lui est réservé
De retour a la figure 6a, après traitement des informations IT reçues dans l'intervalle TS courant (étape E52O), le nœud 20 vérifie la nature des données 61 reçues dans l'intervalle TS courant, de sorte à les rediffuser (étape E516) s'il s'agit de données de diffusion ou à les exploiter si le nœud 20 est destinataire des données (E524)
La figure 8 illustre une libération d'un intervalle TS non utilisé à l'initiative d'un quelconque nœud
A l'étape E700, le nœud 20 reçoit les informations IT des autres nœuds du reseau et détecte si une transmission a lieu sur l'intervalle TS en question A l'étape E702, il met à jour sa table IT propre en fonction de ces informations A cette occasion, si aucune transmission n'a lieu sur cet intervalle TS et que toutes les informations IT reçues dans la trame indiquent que cet intervalle TS est "inactif ', le nœud 20 incrémente (de 1) le compteur associé à cet intervalle TS, comme décrit précédemment lors de la détermination de m trames successives "inactives" (voir étape E410). Ces étapes E700 et E702 sont réalisées en permanence par le nœud (voir étape E518 notamment). A l'étape E704, le nœud 20 vérifie si l'un des compteurs associé à un intervalle TS atteint une valeur/? prédéfinie (p > m).
Dans la négative, il retourne à l'étape E700.
Dans l'affirmative, le nœud 20 envoie (étape E706) dans un intervalle TS qui lui est réservé ou dans un intervalle RS accédé aléatoirement une requête en libération de l'intervalle TS identifié à l'étape E704. A cette occasion, le bit "D" 68 est activé dans la partie initiale 60 des informations IT transmises.
Le nœud 20 poursuit à l'étape E708 au cours de laquelle il réarrange l'allocation des intervalles TS dans la trame, suite au retrait de l'intervalle libéré, puis diffuse les informations de réallocation aux autres nœuds dans la trame suivante (étape E710). Le traitement prend alors fin (étape E712).
Il est à noter que le nombre d'intervalles TS est réduit et que celui des intervalles RS est en conséquence accru: l'intervalle TS redevient un intervalle RS.
On a pu décrire ci-dessus l'ensemble des mécanismes qui permettent à un ensemble de nœuds de se partager l'accès de plusieurs canaux de communication répartis en autant de cellules. Cette gestion selon l'invention est particulièrement intéressante en ce qu'elle est totalement distribuée dans les véhicules des cellules, sans utilisation d'une infrastructure centralisée ou d'un véhicule maître, alors même que ces véhicules sont amenés à changer dynamiquement de cellules.
Les mécanismes ainsi décrits permettent également une transmission efficace de données alliant qualité de service lorsque cela est nécessaire via l'utilisation d'intervalles temporels réservés similaire aux techniques TDMA, et des transmissions simples et peu coûteuses de messages par accès aléatoire aux canaux de communication.
On notera que les mécanismes présentés ici ne requièrent pas de mise en œuvre matérielle complexe. L'invention peut ainsi être mise en œuvre à moindre coût en utilisant des équipements sur étagère. Cette solution s'intègre particulièrement bien à la norme 802.1 1 p en développement.
Notamment, le deuxième ensemble TS 53 décrit ci-dessus s'assimile à la période sans contention (CFP) de l'accès par Point Coordination Fonction (PCF) de 802.1 1 , alors que le premier ensemble 52 s'assimile à la période contention. A l'aide du nombre Nt disponible dans les intervalles TS réservés et du nombre Tseq de l'intervalle courant, il est aisé de connaître les instants de débuts et fins des premier et deuxième ensembles 52, 53. Les vecteurs d'allocation réseau (NAV) des nœuds peuvent en conséquence être ajustés afin d'accéder au canal de transmission à l'instant correspondant à l'intervalle TS réservé pour chacun des nœuds.
On notera également que la présente solution est compatible avec la solution WAVE ("Wireless Access for the Vehicular Environment") définissant les accès sans fil pour environnement de véhicules.
La norme WAVE divise le temps en segments de deux périodes chacun, et chacune des périodes d'un segment fait 50 ms. A l'intérieur du segment, les nœuds doivent accorder leurs moyens de transmission/réception sur un canal de contrôle pendant l'une des périodes et doivent commuter sur un autre canal (parmi 6) pour l'autre période.
En intégrant la présente invention dans la solution WAVE, les sept canaux ont chacun leurs trames, leurs sous-porteuses et leurs réservations indépendantes, pour la mise en œuvre de l'invention. Les trames sont de longueur fixe mais peuvent être optimisées pour de meilleures performances. Pour chaque canal, la trame peut occuper seulement une période par segment, mais peut être étendue à plusieurs segments.
Les nœuds commutent à chaque période entre le canal de contrôle et un canal de service, en mémorisant les informations IT pour chacun de ces deux (ou plus) canaux auxquels ils appartiennent.
Les exemples qui précèdent ne sont que des modes de réalisation de l'invention qui ne s'y limite pas.
En particulier, bien que la description détaille une gestion des réservations entièrement distribuée sur les nœuds, l'invention peut s'appliquer à des configurations dans lesquelles un nœud d'une cellule joue un rôle central, par exemple dans la résolution des demandes de réservation concurrentes pour un même intervalle temporel.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc ( 1) comprenant au moins une cellule géographique ( 10-14) à laquelle est associé un canal de communication (30-32), une trame (50) du canal de communication étant organisée en intervalles temporels (51) de durée égale partagés par une pluralité de nœuds émetteurs/récepteurs (20) de la cellule, caractérisé en ce que les intervalles temporels (51) étant répartis en deux ensembles :
- un premier ensemble (52) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (RSi) d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble (53) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (TSi) d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud (20) sur demande de réservation préalable, ledit procédé comprend une étape d'envoi (E410) par un nœud d'une demande de réservation (TS-Req) d'un intervalle temporel donné, ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble (52) préalablement à la demande de réservation et audit deuxième ensemble (53) lorsque la réservation est effective.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le nœud transmet ladite demande de réservation (TS-Req) de l'intervalle temporel donné dans un autre intervalle temporel (RS) du premier ensemble (52).
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, un nœud (20) transmet, dans un intervalle temporel (TSi) du deuxième ensemble (53) qui lui est réservé, des informations relatives aux réservations de l'ensemble des intervalles temporels du deuxième ensemble (53) de la trame (50).
4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel un nœud (20) incrémente, à chaque nouvelle trame (50), un compteur associé à un intervalle temporel (TSi) du deuxième ensemble (53), si l'ensemble des informations relatives aux réservations transmises par les autres nœuds indique cet intervalle temporel comme inutilisé, et le procédé comprend une étape d'envoi (E410) d'une demande de réservation (TS-Req) de l'intervalle temporel lorsque ledit compteur associé est supérieur à une première valeur seuil (m).
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel un nœud (20) incrémente, à chaque nouvelle trame (50), un compteur associé à un intervalle temporel (TSi) du deuxième ensemble (53), si l'ensemble des informations relatives aux réservations transmises par les autres nœuds indique cet intervalle temporel comme inutilisé, et le procédé comprend une étape d'envoi (E706) d'une demande de libération de l'intervalle temporel lorsque ledit compteur associé est supérieur à une deuxième valeur seuil (p).
6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite réservation effectuée lors d'une première trame (50) est effective lorsque toutes les informations relatives aux réservations (IT), reçues depuis des nœuds (20) de la cellule (10-14) dans une trame suivant la première trame, indiquent que ledit intervalle temporel donné est réservé pour ledit nœud.
7. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel ladite demande de réservation (TS-
Req) comprend un numéro unique (Tseq) de l'intervalle temporel donné, ledit numéro unique étant calculé comme suit: f Nt + nombre de demandes TS-Req reçues gagnantes 1
Figure imgf000031_0001
[Tseq annoncés dans les autres demandes TS-Req reçues) où les "demandes TS-Req gagnantes" sont celles qui aboutissent à la réservation d'un nouvel intervalle temporel dans le deuxième ensemble (53).
8. Procédé selon la revendication I, comprenant, lorsqu'un nœud appartient à deux cellules lors d'un déplacement d'une cellule d'origine vers une nouvelle cellule :
- préalablement à l'étape d'envoi (E410) d'une demande de réservation, une étape de détermination (E370, E372) d'au moins un intervalle temporel associé à la nouvelle cellule en fonction de l'intervalle temporel correspondant de la cellule d'origine; et
- la demande de réservation de l'intervalle temporel déterminé étant traitée prioritairement (E272-E576) par rapport à des réservations de cet intervalle temporel.
9. Procédé selon la revendication 1 , comprenant, lorsqu'un nœud (20) reçoit au moins deux demandes de réservation d'un même intervalle temporel: - l'émission d'un message renseignant une réservation effective d'un intervalle temporel pour chacune desdites demandes de réservation reçues.
10. Procédé de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc (1) comprenant au moins une cellule géographique (10-14) à laquelle est associé un canal de communication (30-32), une trame (50) du canal de communication étant organisée en intervalles temporels (51) de durée égale partagés par une pluralité de nœuds émetteurs/récepteurs (20) de la cellule, caractérisé en ce que les intervalles temporels (51) étant répartis en deux ensembles :
- un premier ensemble (52) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (RSi) d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble (53) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (TSi) d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud (20) sur demande de réservation préalable, ledit procédé comprend les étapes suivantes mises en œuvre par un nœud :
- une étape de réception en provenance d'un autre nœud d'une demande de réservation (TS-Req) d'un intervalle temporel donné (RS), ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble (52), - une étape de modification (E504, E520, E566, E576) d'informations relatives aux réservations (IT) pour y inclure une indication selon laquelle ledit intervalle temporel donné est réservé et appartient maintenant au deuxième ensemble (53), et
- une étape de transmission, sur le canal, desdites informations modifiées.
11. Dispositif (20) de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc (1) comprenant au moins une cellule géographique (10-14) à laquelle est associé un canal de communication (30-32), une trame (50) du canal de communication étant organisée en intervalles temporels (51 ) de durée égale partagés par une pluralité de dispositifs émetteurs/récepteurs (20) de la cellule, lesdits intervalles temporels (51 ) étant répartis en deux ensembles :
- un premier ensemble (52) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (RSi) d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble (53) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (TSi) d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud (20) sur demande de réservation préalable, le dispositif comprenant :
- un moyen pour accéder, de façon réservée ou aléatoire, à un intervalle temporel (51) de l'un ou l'autre desdits ensembles (52, 53) correspondants,
- un moyen d'envoi, sur le canal de communication (30-32), d'une demande de réservation (TS-Req) d'un intervalle temporel donné, ledit intervalle temporel donné appartenant au premier ensemble (52) préalablement à la demande de réservation et audit deuxième ensemble (53) lorsque la réservation est effective.
12. Dispositif (20) de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc ( 1) comprenant au moins une cellule géographique ( 10-14) à laquelle est associé un canal de communication (30-32), une trame (50) du canal de communication étant organisée en intervalles temporels (51) de durée égale partagés par une pluralité de dispositifs émetteurs/récepteurs (20) de la cellule, lesdits intervalles temporels (51 ) étant répartis en deux ensembles :
- un premier ensemble (52) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (RSi) d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble (53) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (TSi) d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud (20) sur demande de réservation préalable, le dispositif comprenant: - un moyen de réception d'une demande de réservation (TS-Req) d'un intervalle temporel donné (RS), ledit intervalle temporel appartenant au premier ensemble (52), - un moyen de modification d'informations relatives aux réservations (IT) pour y inclure une indication selon laquelle ledit intervalle temporel donné est réservé et appartient maintenant au deuxième ensemble, et
- un moyen de transmission, sur le canal, desdites informations modifiées 13 Système de communication dans un réseau de communication sans fil ad hoc ( 1) comprenant au moins une cellule géographique (10-14) à laquelle est associé un canal de communication (30-32), une trame (50) du canal de communication étant organisée en intervalles temporels (51) de durée égale partagés par une pluralité de nœuds émetteurs/récepteurs (20) de la cellule, les intervalles temporels (51) étant répartis en deux ensembles - un premier ensemble (52) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (RSi) d'un premier type pour lequel un mode d'accès est aléatoire, et
- un deuxième ensemble (53) composé de un ou plusieurs intervalles temporels (TSi) d'un second type pour lequel un mode d'accès est réservé à un nœud (20) sur demande de réservation préalable, le système comprenant des moyens de gestion de demandes de réservation aptes à affecter au deuxième ensemble un intervalle temporel du premier ensemble, ledit intervalle temporel étant visé dans l'une desdites demandes et appartenant au premier ensemble préalablement à ladite demande de réservation, lorsque la réservation est effective
14 Moyen de stockage d'informations lisible par un système informatique, comprenant des instructions pour un programme informatique adapté à mettre en œuvre le procédé de communication selon la revendication 1 ou 10, lorsque ce programme est chargé et exécuté par le système informatique
15 Produit programme d'ordinateur lisible par un microprocesseur, comprenant des instructions pour la mise en œuvre du procédé de communication selon la revendication 1 ou 10, lorsque ce programme est chargé et exécuté par le microprocesseur
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