Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Procédé et système d'accès Internet permanent dans l'ensemble des espaces d'un
réseau de transport urbain de type omnibus
[0001] La
présente invention concerne l'accès Internet permanent dans
l'ensemble des espaces d'un réseau de transport urbain de type omnibus.
[0002] Elle
trouve une application générale dans l'accès Internet permanent
offert à un utilisateur en mobilité dans l'ensemble des espaces d'un réseau de
transport, et plus particulièrement dans le routage d'une requête Internet
émanant
d'un terminal de communication d'un utilisateur voyageant dans un véhicule
circulant
1.0 entre plusieurs stations d'arrêt.
[0003] On
entend ici par espace de transport l'ensemble des espaces d'un
réseau de transport dans lesquels les utilisateurs peuvent se trouver, à
savoir aussi
bien les véhicules que les accès, stations, salles d'échange, couloirs, quais,
zones
commerciales, zones techniques des stations.
15[0004] On
entend ici par utilisateurs l'ensemble des personnes
susceptibles de souhaiter se connecter au réseau Internet, à savoir aussi bien
les
voyageurs que le personnel de l'exploitant du réseau de transport.
[0005] On
entend ici par transport urbain de type omnibus tout mode de
transport urbain et péri-urbain dont les véhicules effectuent des arrêts
réguliers à des
20
stations fixes prédéterminées, dont les distances inter-station permettent des
arrêts
relativement fréquents avec des temps de stationnement pour l'échange de
voyageurs relativement courts. A titre d'exemple, les modes de transport de
type
métro, bus, tramway et RER (acronyme pour Réseau Express Régional) sont des
transports urbains de type omnibus.
25[0006] On
entend ici par liaison sol-bord tous types de liaison permettant
l'échange de données entre les véhicules ( à bord ) et le système de
communication du réseau de transport (appelé le sol ).
[0007]
Aujourd'hui l'accès Internet offert à un voyageur en mobilité dans un
réseau de transport urbain tel que le métro ou analogue est généralement
réalisé par
30 des opérateurs télécoms au travers des réseaux de communication sans fil de
type
cellulaire 3G/4G. En pratique, l'accès Internet est fondé sur la disponibilité
de l'accès
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au réseau de communication 3G/4G via une couverture cellulaire spécifique,
notamment souterraine. Des liaisons télécoms capables de supporter de gros
trafics
de données permettent de raccorder les cellules au coeur de réseau de
communication pour donner l'accès Internet et de servir l'ensemble des
utilisateurs.
L'utilisateur profite ici de la continuité de l'accès Internet mobile au
travers de son
abonnement cellulaire accessible également dans le réseau de transport.
Toutefois,
le niveau de service n'est pas suffisant en terme de débit par utilisateur car
limité à la
capacité du réseau cellulaire déployé dans l'infrastructure de transport. De
plus le
déploiement de la couverture cellulaire souterraine est de mise en oeuvre
coûteuse
car elle nécessite l'utilisation de répéteurs radiofréquences (appelé
communément
base station en anglais) dans chaque station ou groupe de quelques stations,
ce
qui limite son déploiement.
[0008]
En dehors des opérateurs télécoms, certains opérateurs de transport
fournissent également un accès Internet via une connectivité sans fil de type
Wi-Fi
aux voyageurs qui se trouvent dans les stations et en mobilité dans les
véhicules. En
pratique, Internet est accessible aux utilisateurs au sol et dans le véhicule
à l'arrêt en
station via une liaison sol-bord de type Wi-Fi ou via une liaison sol-bord de
type
4G/LTE. L'inconvénient d'une telle solution réside dans le fait que le débit
de la
liaison sol-bord reste insuffisant pour répondre aux besoins Internet d'un
nombre
important d'utilisateurs et que le maintien de la connexion lorsque le
voyageur
descend/monte du véhicule n'est pas nécessairement assuré car il s'agit le
plus
souvent de deux réseaux de communication disjoints. Il en résulte que le
niveau de
service est faible et que l'activité Internet de l'utilisateur peut être
interrompue lors de
la montée/descente du voyageur dans le véhicule.
25[0009]
Afin de remédier aux inconvénients des solutions existantes, l'invention
a pour objet, selon un premier aspect, de proposer un système de routage d'une
requête Internet émanant d'un terminal de communication d'un utilisateur
voyageant
dans un véhicule de type omnibus circulant entre plusieurs stations d'arrêt.
[0010]
Selon une définition générale de l'invention, le système de routage est
caractérisé en ce qu'il comprend :
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- un réseau de communication sans fil implanté au sol, destiné aux
utilisateurs et équipé d'un routeur de communication central implanté au sol;
- un réseau de communication sans fil embarqué dans le véhicule, destiné
aux
utilisateurs et équipé d'un routeur de communication embarqué dans le
véhicule;
- une pluralité de points de connexion répartis au sol et une pluralité de
points
de connexion répartis dans le véhicule et aptes chacun à établir une liaison
permanente à faible débit entre le réseau de communication sans fil bord et le
réseau de communication sans fil sol;
- au moins une unité de communication embarquée dans le véhicule et au
moins une unité de communication répartie par quai de station et aptes à
établir l'une avec l'autre une liaison ponctuelle additionnelle à haut débit
entre
le réseau de communication sans fil bord et le réseau de communication sans
fil sol;
- au moins un serveur de cache central au sol et au moins un serveur de cache
embarqué dans le véhicule ; et
en ce qu'en fonction du moment de l'envoi de la requête, le routeur de
communication sans fil embarqué est configuré pour transmettre la requête
selon les
règles de routage suivantes :
- en cas de disponibilité de la seule liaison sans fil permanente à faible
débit
établie entre le réseau de communication sans fil bord et le réseau de
communication sans fil sol, le routeur de communication sans fil embarqué est
configuré pour transmettre la requête au serveur de cache embarqué dans le
véhicule pour servir la réponse à la requête si elle est disponible, et en cas
de
non disponibilité de la réponse, le routeur embarqué est configuré pour aller
chercher la réponse à la requête directement sur Internet via la liaison sans
fil
permanente à faible débit et le routeur de communication central au sol,
- en cas de disponibilité de la liaison sans fil ponctuelle additionnelle à
haut
débit entre le réseau de communication sans fil bord et le réseau de
communication sans fil sol, le routeur de communication embarqué est
configuré pour transmettre la requête au serveur de cache central implanté au
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sol via la liaison sans fil ponctuelle additionnelle à haut débit établie
entre le
réseau de communication sans fil bord et le réseau de communication sans fil
sol pour servir la réponse à la requête si elle est disponible dans le serveur
de
cache central au sol, et en cas de non disponibilité de la réponse, le routeur
de communication embarqué est configuré pour aller chercher la réponse à la
requête directement sur Internet via la liaison sans fil ponctuelle
additionnelle
à haut débit et le routeur de communication central au sol.
[0011]
Très avantageusement, le système de routage conforme à l'invention
permet à un utilisateur d'un réseau de transport urbain de type omnibus de
disposer
d'un accès Internet non seulement de manière permanente (continuité de service
d'accès Internet au sol et dans le véhicule et en tous lieux de l'espace du
réseau de
transport grâce à la liaison sol-bord permanente à faible débit) mais aussi
avec un
meilleur niveau de service d'accès Internet, par rapport aux solutions de
l'art
antérieur de type cellulaire, Wi-Fi ou autre, grâce à la liaison additionnelle
sol-bord à
haut débit qui non seulement est établie en synergie avec les serveurs de
cache
répartis au sol et dans les véhicules mais qui a en outre l'avantage de
cumuler son
débit avec celui de la liaison sol-bord permanente et d'effectuer sa mise à
jour à la
fréquence des arrêts des véhicules en station via ladite liaison sol-bord
additionnelle
à haut débit.
20[0012]
De plus, l'utilisation de la liaison sans fil ponctuelle additionnelle à haut
débit assure le rafraichissement des serveurs de cache embarqués, ce qui
permet de
soulager l'usage de la liaison sol-bord permanente à faible débit et par voie
de
conséquence d'optimiser la quantité de données à transmettre par cette liaison
permanente et d'augmenter la qualité de service ressentie par l'utilisateur.
25[0013]
Il en résulte que l'utilisateur peut obtenir des réponses à ses requêtes
Internet avec un excellent niveau de service lors de son voyage avec son
terminal
mobile (par exemple un smartphone ou une tablette) sur le réseau de
communication
sans fil (Wi-Fi) déployé dans l'ensemble de l'espace de transport (véhicules
et
espaces en stations) par l'opérateur de transport.
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[0014]
Suivant certains modes de mise en oeuvre, le système de routage
comprend en outre une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prise(s)
isolément ou
suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la liaison sans fil ponctuelle additionnelle à haut débit est établie
automatiquement entre le réseau de communication sans fil bord et le réseau
de communication sans fil sol lorsque ledit véhicule est à l'arrêt en station
ou
sensiblement à l'arrêt ;
- le système de routage comprend en outre un contrôleur central implanté au
sol et chargé d'analyser la mobilité de l'utilisateur dans l'espace de
transport
et ledit contrôleur central est propre en cas de montée ou de descente de
l'utilisateur dans le véhicule à connecter le terminal de l'utilisateur au
réseau
de communication sans fil approprié pour maintenir une connexion sans fil
permanente et sans altérer l'expérience de l'utilisateur ;
- le système de routage comprend en outre un système d'authentification
auprès duquel le terminal utilisateur se connecte et s'authentifie une ou
plusieurs fois selon sa présence, fréquentation ou usage de l'espace de
transport ;
- le système de routage comprend en outre un mécanisme de distribution
d'adresses distinctes du terminal utilisateur en fonction des points de
connexion sur lequel il est accroché ;
- le système de routage comprend en outre un module de traitement du
contenu
du serveur cache central comprenant :
o un algorithme d'analyse des données Internet propre en permanence à
analyser et étiqueter les données Internet appartenant au groupe formé
par des éléments/informations extérieurs au système de transport, les
réseaux sociaux, les sites web prédéfinis, contenus VOD, en fonction
de leur popularité ; et
o un moteur de mise à jour du contenu du serveur cache central en
fonction du résultat de l'algorithme d'analyse ;
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(le système conforme à l'invention permet ainsi d'optimiser la quantité de
données
à transmettre en stockant en mémoire tampon (cache) les contenus les plus
sollicités)
- le serveur de cache embarqué est mis à jour lorsque le véhicule est à
l'arrêt
en station ou sensiblement à l'arrêt ;
- le serveur de cache embarqué de chaque véhicule en circulation est mis à
jour
indépendamment des autres véhicules en circulation dans l'espace de
transport ;
- le système de routage comprend en outre un mécanisme de rafraîchissement
1.0 d'une partie du contenu du serveur cache embarqué comprenant :
o un module de paquetage des données pour produire une succession
de paquets de données au rythme de la circulation du véhicule, lesdits
paquets de données contenant des données pour le rafraîchissement
d'une partie du contenu du serveur de cache embarqué lors du
prochain arrêt du véhicule en station, les paquets de données étant
produits selon au moins un critère appartenant au groupe formé par
des éléments/informations relatifs au système de transport, et l'état
courant du cache embarqué, et
o un module de dépôt pour recevoir les paquets de données ainsi
produits et les mettre à la disposition du serveur de cache embarqué
lorsque le véhicule est à l'arrêt ou sensiblement à l'arrêt en station via
la liaison ponctuelle additionnelle et à haut débit.
- le module de paquetage des données du mécanisme de rafraîchissement
d'une partie du contenu du cache embarqué est apte à enrichir le contenu des
paquets de données à partir de données relatives à l'utilisateur.
[0015]
L'invention concerne également selon un second aspect un procédé de
routage mis en oeuvre par le système de routage conforme à l'invention.
[0016]
Enfin l'invention concerne, selon un troisième aspect, un produit
programme d'ordinateur stocké sur des moyens de stockage et comprenant un jeu
d'instructions chargeable dans la mémoire d'un ordinateur, caractérisé en que,
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lorsque ledit jeu d'instructions est exécuté sur ledit ordinateur, le produit
programme
d'ordinateur met en oeuvre le procédé conforme à l'invention.
[0017]
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à
l'examen de la description et des dessins dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement l'architecture globale des
équipements permettant l'accès au réseau Internet par les utilisateurs en tous
points de l'espace de transport conformément à l'invention ;
- la figure 2 représente le principe du cumul des deux types de liaisons
sol-bord
conformément à l'invention ;
1.0 -
la figure 3 représente schématiquement l'architecture interne du système
embarqué à bord des véhicules conformément à l'invention ;
- la figure 4 représente schématiquement l'architecture interne du système
central selon l'invention ;
- la figure 5 représente schématiquement les différents moyens
d'optimisation
de la quantité de données à transmettre conformément à l'invention ;
- la figure 6 représente schématiquement le processus de mise à jour du
cache
central conformément à l'invention ;
- la figure 7 représente schématiquement le processus de mise à jour de
chaque cache embarqué tel que déterminé par le module de gestion des
contenus des caches embarqués conformément à l'invention ;
- la figure 8 représente schématiquement le système de routage d'une
requête
Internet formulée par un utilisateur situé dans un véhicule conformément à
l'invention ;
- la figure 9 représente schématiquement le système de routage d'une
requête
Internet formulée par un utilisateur situé en station conformément à
l'invention ;
- la figure 10 représente schématiquement l'étape d'authentification de
l'utilisateur sur le réseau Wi-Fi selon l'invention ; et.
- la figure 11 représente schématiquement le fonctionnement en itinérance
(roaming) et la gestion des bornes Wi-Fi pour les utilisateurs conformément à
l'invention.
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[0018]
Les dessins comprennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère
certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux comprendre la
description,
mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.
[0019]
La description qui va suivre est donnée uniquement à titre d'exemple
dans un cas d'application non limitatif à un réseau de transport de type
métro.
[0020]
La figure 1 représente l'architecture générale du réseau de
communication permettant l'accès à Internet des utilisateurs en tous les
points de
l'espace de transport (véhicules 20 et station 10). La figure 1 représente un
cas de
transport urbain de type omnibus de type ferroviaire et plus spécifiquement
métro
1.0 souterrain. Le réseau de transport comporte une voie ferroviaire
80, des stations 10
dont deux sont représentées et individualisées en Si et S2, des inter-stations
30
dont trois sont représentées et des véhicules 20, dont un seul est représenté.
Par
station 10, on entend tous les différents espaces de transport autres que les
véhicules 20, à savoir notamment les accès, les quais, les couloirs, les
salles
d'échange, les zones techniques ainsi que les zones commerciales. Par véhicule
20,
on entend la rame de métro constitué de plusieurs voitures, ici cinq. Le
véhicule 20
est ici représenté de façon non réaliste en partie en inter-station 30 et en
station 10,
afin de figurer les deux types de liaisons sol-bord, dont la combinaison
permet la
qualité du service d'accès Internet assuré aux utilisateurs.
20[0021]
L'architecture générale du réseau de communication repose sur
l'association de deux réseaux de communication sans fil distincts. Le premier
réseau
de communication sans fil est dit réseau sol 35. Il relie tous les espaces
à
l'exception des véhicules 20, adossé à un système central 300. Le second
réseau de
communication sans fil est dit réseau bord 25, et correspond au réseau
embarqué dans les véhicules 20.
[0022]
L'architecture du système central 300 sera détaillée en regard de la
figure 4. Le système central 300 est déployé dans un centre de données (appelé
encore Data Center en anglais) et connecté au reste de l'infrastructure
par un
réseau de communication, usuellement dénommé dorsale (appelé encore Backbone
en anglais) 400 constitué de fibres optiques et de câbles de cuivre permettant
de
connecter l'ensemble des équipements via des commutateurs 420. Les
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commutateurs 420 sont reliés à chacun des éléments du système déployé au sol
,
par opposition aux éléments embarqués dans les véhicules 20. Ainsi, les
commutateurs 420 sont reliés par une liaison 410 de type Ethernet de l'ordre
de 1 à
Gbps au travers d'une interface optique ou d'une interface cuivre à chaque
point
5 d'accès Wi-Fi 140, à chacun des modems 120 ainsi qu'a chacun des
équipements de
transmission 160. Les points d'accès Wi-Fi 140 sont dédiés à la connexion des
utilisateurs au réseau de communication de l'exploitant du réseau de transport
et
sont situés exclusivement en station 10.
[0023]
Afin de permettre à l'utilisateur un accès au réseau de communication
10
de l'exploitant du réseau de transport en tous lieux, il existe également des
points
d'accès Wi-Fi embarqués 240 dans les véhicules 20. L'utilisateur connecte son
terminal 700 via une liaison radio 150 aux points d'accès Wi-Fi disponibles en
tous
points de l'espace de transport : points d'accès Wi-Fi 140 en station 10 et
point
d'accès Wi-Fi embarqués 240. Les modems 120 sont raccordés à au moins une
antenne 130 installée dans l'espace de transport en inter-station 30 et à un
emplacement déterminé pour couvrir au mieux la zone de circulation du véhicule
20
sur la voie 80. Les modems 220 sont raccordés à au moins une antenne 221
installée à l'extérieur du véhicule 20 à un emplacement déterminé pour capter
au
mieux le signal radio transmis par les antennes 130. Un véhicule 20 est équipé
d'au
moins deux modems 220 avantageusement installés dans les voitures d'extrémité.
Les modems 120, 220 et les antennes 130 et 221 sont dédiés à la liaison sol-
bord , c'est-à-dire à la connexion des véhicules 20 au réseau de
communication de
l'exploitant du réseau de transport et assurent ainsi la permanence d'une
liaison à
faible débit PL en station 10 comme en inter-station 30.
25[0024]
Une liaison ponctuelle, additionnelle, et à haut débit HDL entre le
véhicule 20 et le réseau de communication de l'exploitant du réseau de
transport
s'effectue lors de la connexion entre l'équipement de transmission 160 en
station 10
et l'équipement de transmission embarqué 230 correspondant à bord du véhicule
20.
[0025]
Les équipements au sol 160 et les équipements embarqués 230 sont
des équipements de transmission de type WiGig (802.11ad) et ne sont aptes à
établir
une connexion permettant d'échanger des données que lorsqu'ils sont situés à
une
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courte distance l'un de l'autre. Cela se produit lorsque le véhicule 20 est en
station
10, qu'il soit totalement à l'arrêt ou non. En effet, la connexion peut
s'établir lorsque
le véhicule 20 est en phase de freinage à l'entrée en station 10 même s'il
n'est pas
encore totalement immobilisé dès que la proximité entre les deux équipements
de
transmission 160 et 230 le permet. De même, la connexion peut durer au moment
du
départ du véhicule 20 de la station 10 tant que la distance maximale de
connexion
n'est pas dépassée. C'est pourquoi il est considéré que la liaison ponctuelle
et
additionnelle à haut débit HDL s'effectue lorsque le véhicule 20 est à l'arrêt
en station
ou sensiblement à l'arrêt.
10[0026]
Le réseau bord 25 se compose d'un système embarqué 200 connecté
à l'ensemble de l'infrastructure embarquée par la dorsale (ou Backbone en
anglais)
embarquée 210, qui relie les modems embarqués 220, les points d'accès Wi-Fi
embarqués 240 situés dans les véhicules 20, et les équipements de transmission
embarqués 230. L'architecture relative au système embarqué 200 sera détaillée
en
regard de la figure 3.
[0027]
On fait maintenant référence à la figure 2 qui représente le principe du
cumul des deux types de liaisons sans fil sol-bord au cours du temps. En
premier
lieu, la liaison permanente à faible débit PL consiste par exemple en une
liaison radio
par ondes électromagnétiques conforme au standard 802.11n dans la bande 5.2
Ghz
et permet un échange de données entre le véhicule 20 et le réseau au sol à
faible
débit de l'ordre de 40 à 120 Mbps. Cette liaison permanente à faible débit PL
est
représentée par la zone hachurée. En second lieu, la liaison ponctuelle à haut
débit
HDL, consiste par exemple en une liaison radio par ondes électromagnétiques
conforme au standard 802.11ad dans la bande 60Ghz. Elle permet un échange de
données entre le réseau bord 25 et le réseau sol 35 à haut débit de l'ordre de
1 à 2
Gbps. La liaison ponctuelle à haut débit HDL est représentée par les barres
verticales. Cette liaison ponctuelle à haut débit HDL intervient lorsque le
véhicule 20
(non représenté) est à l'arrêt ou sensiblement à l'arrêt à chaque station Sn,
indiquées
sur l'axe des abscisses, qui correspond à l'écoulement du temps t.
30[0028]
La liaison ponctuelle à haut débit HDL en station Sn peut être mise en
place dans tous types de transport de type omnibus (métro, bus, tramway, RER),
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lorsque les temps de stationnement sont relativement courts (entre 10 et 60
secondes), les arrêts relativement fréquents et les temps de parcours inter-
station 30
de l'ordre d'un multiple du temps de stationnement.
[0029]
A titre d'exemple, la figure 2 illustre le cas d'un véhicule 20 dont les
temps de stationnement aux différentes stations 10 Sn sont variables d'une
station 10
à l'autre, comme cela ressort de la différence de largeur des barres à chaque
station
10, et dont les temps de parcours des inter-stations 30 varient entre cinq
fois le
temps de stationnement moyen entre les stations S2 et S3 et dix fois le temps
de
stationnement moyen entre les stations S4 et S.
lo[0030]
La quantité de données pouvant être échangées résultant de la
combinaison (cumul) des deux liaisons sol-bord pour un trajet du véhicule 20
est
représenté par la courbe en pointillé superposée au graphique. Les salves de
débit
de la liaison HDL, représentées par les barres verticales, appelés encore
bursts
en anglais, sont utilisées pour rafraîchir un système de cache embarqué 280
avec
des contenus dynamiques, dont l'architecture est exposée en figure 3. Le cache
embarqué 280 permet de servir les requêtes Internet des utilisateurs en
priorité sans
passer par la liaison sol-bord permanente à faible débit PL. Il s'agit alors
d'un accès
à du contenu Internet Off-Line', dont le principe de fonctionnement est exposé
en
figure 9.
20[0031]
On fait maintenant référence à la figure 3 qui détaille l'architecture
interne du système embarqué 200. Le système embarqué 200 comporte de façon
classique un commutateur interne 250, qui permet de raccorder via une
interface
cuivre 251 et une interface optique 252 tous les équipements embarqués à la
dorsale
embarquée 210, un routeur interne 260 et un module anti-feu, appelé encore
<< firewall en anglais 270. Le système embarqué 200 spécifique au système de
routage d'une requête Internet objet de la présente invention comporte en
outre un
module de cache embarqué 280.
[0032]
Le module de cache embarqué 280 contribue à améliorer la qualité du
service d'accès à Internet rendu à l'utilisateur en permettant une meilleure
gestion de
la quantité de données à transférer sur la liaison sol-bord. Le module de
cache
embarqué 280 stocke des données Internet identifiées comme pertinentes et
devant
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être de nature à répondre à une grande partie des requêtes des utilisateurs à
bord
du véhicule 20. Lorsque la réponse à la requête de l'utilisateur situé dans un
véhicule
20n est bien stockée dans le cache embarqué 280e de ce véhicule 20e,
l'utilisateur
obtient rapidement la réponse via un accès Off-line .
5[0033]
Lorsque la réponse à la requête de l'utilisateur n'est pas présente dans
le cache embarqué 280n du véhicule 20n dans lequel se situe l'utilisateur, la
requête
se fait alors via la liaison permanente PL ou additionnelle HDL. Du fait de la
présence
de la plupart des réponses aux requêtes dans le cache embarqué 280n, la
liaison
permanente à faible débit PL est sollicitée plus rarement et son faible débit
est alors
suffisant pour préserver la qualité du service du point de vue de
l'utilisateur. La
gestion du contenu du cache embarqué 280 de chaque véhicule 20 est décrite en
regard de la figure 7.
[0034] On
fait maintenant référence à la figure 4 qui détaille l'architecture
interne du système central 300. Le système central 300 comporte de façon
classique
à tout centre de données connecté à Internet un module de sécurité 320, au
moins
un module anti-feu (Firewall) 370, au moins un routeur 360, au moins un
commutateur 350 et un réseau local 330 Ethernet connectant les divers modules
du
système central 300 et un accès au réseau Internet 800. Le module de sécurité
320
effectue le contrôle des requêtes afin d'assurer l'utilisation appropriée
d'Internet dans
l'espace public et d'interdire l'accès à des contenus non autorisés par les
règlementations en vigueur. Le système central 300 spécifique au système de
routage d'une requête Internet objet de la présente invention comporte en
outre un
module de gestion 310 des points d'accès Wi-Fi 140 en station 10 et embarqués
240, un module portail d'accès 340, un module de cache central 380, un
module
de gestion 390 des contenus des caches embarqués 280 et un module
d'optimisation de la quantité de données à transmettre 600.
[0035] Le
module de gestion des bornes Wi-Fi 310 a pour fonction d'assurer la
continuité du service d'accès à Internet proposé aux utilisateurs dans
l'intégralité de
l'espace de transport comprenant l'intégralité des stations 10 du réseau de
transport
considéré ainsi que l'intégralité des véhicules 20 en circulation dans
l'espace de
transport, grâce à la pratique connue d'itinérance appelée encore roaming
en
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anglais. Le fonctionnement du module de gestion des bornes Wi-Fi 310 sera
détaillé
en regard de la figure 10. Le module portail d'accès 340 a pour fonction
de
contrôler et d'identifier les utilisateurs. L'authentification n'est effectuée
qu'une seule
fois par l'utilisateur et par accès à l'espace de transport. Elle permet la
connexion de
l'utilisateur au service d'accès à Internet. Ce service est maintenu durant
toute la
durée de la présence de l'utilisateur dans l'espace de transport. Le module
d'optimisation 600 a pour fonction de maximaliser la capacité du débit qui est
nécessairement limité en agissant sur la quantité des données à transmettre.
Son
fonctionnement sera détaillé au regard de la figure 5. Le module de cache
central
1.0
380 est un serveur permettant de stocker du contenu dynamique et de la Vidéo à
la
demande (appelé encore VOD pour Video on Demand). Le fonctionnement du
module de cache central 380 et de la détermination de son contenu seront
exposés
en regard de la figure 6. Le module de gestion des contenus des caches
embarqués
390 a pour fonction de packager les fichiers de rafraîchissement des contenus
de
chaque serveur de cache embarqués 280, le fonctionnement du module de gestion
des contenus des caches embarqués 390 sera détaillé en regard de la figure 7.
[0036]
On fait maintenant référence à la figure 5 qui expose les moyens
d'optimisation 600 de la quantité de données à transmettre sur la liaison sol-
bord à
faible débit PL. Le système de routage d'une requête Internet décrit a pour
objectif
de procurer à l'utilisateur une haute qualité de service. Cette haute qualité
de service
perçue passe par l'optimisation de la quantité de données à transmettre sur la
liaison
sol-bord permanente à bas débit PL. Le débit réseau disponible pour répondre
au
besoin de l'ensemble des utilisateurs situés dans un véhicule 20 est celui qui
résulte
de la somme (cumul) du débit de la liaison permanente à faible débit PL et du
débit
de la liaison ponctuelle à haut débit HDL.
[0037]
L'optimisation de la quantité de données à transmettre repose sur un
traitement adapté des requêtes Internet émises par les utilisateurs présents
dans le
véhicule 20 qui n'altère pas l'expérience utilisateur (temps de latence,
qualité, etc.).
Les moyens d'optimisation de la quantité de données à transmettre sont fondés
sur
trois fonctions techniques distinctes, qui sont la mise en cache 610, la
compression
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vidéo 620 et la segmentation du téléchargement 630. Avantageusement, ces trois
fonctions sont utilisées de façon cumulative et combinée.
[0038]
La mise en cache 610 repose sur l'existence du système embarqué
200 dans le véhicule 20. Du fait de la présence du cache embarqué 280, un
nombre
important de requêtes Internet des utilisateurs présents à bord du véhicule 20
trouve
leur réponse dans le cache embarqué 280 et ne passe plus par la liaison
permanente à faible débit PL. Cela allège automatiquement la quantité de
données à
transmettre et libère automatiquement de la place pour transmettre les données
des
autres requêtes.
w[0039]
La réduction de la quantité de données à transmettre est directement
dépendante de la capacité de stockage du cache embarqué 280 et de l'adéquation
du contenu du cache embarqué 280 aux requêtes des utilisateurs. La taille des
serveurs de cache embarqués 280 peut être adaptée pour un système omnibus. De
préférence, la capacité de stockage du serveur de cache embarqué 280
correspond
à une capacité comprise entre 100 et 1000 fois la quantité de données que le
système est en mesure de transmettre lors de l'arrêt en station.
[0040]
Le contenu des données stockées dans le cache embarqué 280 est
déterminé par le système central 300 en fonction du contenu du cache central
380 et
du module de gestion des contenus 390. La détermination du contenu du cache
central 380 sera mieux comprise en regard de la figure 6. La détermination du
rôle
du module de gestion des contenus 390 sera mieux comprise en regard de la
figure
7.
[0041]
Le module de gestion des contenus 390 inclut une fonction de
rafraîchissement des contenus de chaque cache embarqué 280. Le contenu de ces
rafraîchissements est défini pour exploiter au mieux les salves de débit de la
liaison
ponctuelle additionnelle à haut débit HDL lors du cumul avec la liaison
permanente
PL, lorsque le véhicule 20 est à l'arrêt en station 10 ou sensiblement à
l'arrêt.
[0042]
La compression vidéo 620 consiste à adapter en temps réel la taille des
contenus multimédia à la situation de l'utilisateur afin de réduire la
quantité de
données à transmettre. La fonction de compression vidéo 620 est implémentée
dans
le système central 300. Le taux de compression de données est adapté selon
14
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différents critères tels que le terminal 700 dont émane la requête de
l'utilisateur (taille
et résolution de l'écran), le statut 710 de l'utilisateur (offre premium), et
l'affluence
720, qui correspond au nombre d'utilisateurs à servir dans le véhicule 20.
[0043]
La segmentation du téléchargement 630 consiste à délivrer en flux
tendu la juste quantité de données nécessaire au terminal 700 de
l'utilisateur. Cela
permet de limiter le 'gaspillage' de données lorsqu'un contenu, par exemple
une
vidéo, n'est pas lu en intégralité. La fonction de segmentation du
téléchargement 630
est implémentée sur des serveurs centraux 300.
[0044]
On fait maintenant référence à la figure 6 qui expose les critères de
sélection du contenu et de la mise à jour du contenu du cache central 380. Le
contenu du cache central 380 est mis à jour grâce à un module de mise à jour
383,
qui fonctionne en permanence et qui analyse la pertinence des divers contenus
existants pour apprécier l'opportunité de les stocker dans le cache central
380. Le
module de mise à jour 383 repose sur un algorithme d'analyse des données 397
et
un moteur de mise à jour 399. L'algorithme d'analyse des données 397 combine
deux sortes de données : les différences sources de contenus 381 et les
données
relatives à l'analyse de la popularité de ces contenus 385.
[0045]
Les différentes sources de contenus 381 sont principalement les
réseaux sociaux 382, certains sites web prédéfinis 384 identifiés comme
pertinents
car toujours plébiscités par les utilisateurs (exemples site d'information
continu,
bulletin météo, résultats sportifs etc.), des contenus relatifs à des
évènements
extérieurs 386 comme par exemple des bulletins d'information sur perturbation,
manifestation etc., et des contenus provenant de fournisseurs de vidéo à la
demande
388.
25[0046]
Les données relatives à l'analyse de la popularité de ces contenus 385
proviennent à la fois de sources externes 387 au réseau de transport,
certaines
sociétés mettant à disposition un classement des hits de popularité des
contenus
Internet en temps quasi-réel, et de source interne au réseau de transport 389.
En
effet, l'utilisation d'Internet peut être spécifique dans le contexte des
réseaux de
transport de type omnibus. C'est pourquoi les hits de popularité identifiés
par la
source extérieure 387 doivent être confrontés aux requêtes réellement
formulées par
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les utilisateurs du réseau de transport. Ces requêtes sont toutes transmises
en
temps réel à ce module de connaissance des demandes internes au réseau 389. Le
moteur de mise à jour 399 recopie dans le cache central 380 les données
Internet
identifiées par l'algorithme 397.
5[0047] On
fait maintenant référence à la figure 7 qui schématise le
fonctionnement du module de gestion des contenus 390 de chaque cache embarqué
280. Le module de gestion des contenus 390 de chaque cache embarqué 280 met
en oeuvre un procédé complexe de mise en paquets (appelé encore packaging
en anglais). Le module de gestion des contenus 390 comporte des modules de
Io constitution des paquets de données 392 et un module de dépôt des paquets
de
données 394.
[0048] Les
modules de constitution des paquets de données 392 s'appuient
sur un algorithme 393 et sont en nombre égal au nombre de caches embarqués 280
en circulation sur le réseau de transport. n instances de modules de
constitution de
15 paquets de données 392 tournent donc en parallèle, en se fondant sur
l'algorithme
393.
[0049]
Chaque paquet de données 391 ainsi constitué par un module de
constitution des paquets de données 392 contient l'ensemble des éléments
nécessaires au rafraîchissement du contenu de chaque cache embarqué 280. Ces
20 paquets de données 391 sont destinés à être récupérés par les caches
embarqués
280 lors de la connexion du véhicule 20 à la liaison ponctuelle à haut débit
HDL en
station 10. Ces paquets de données 391 dépendent donc étroitement de chaque
véhicule 20 auquel ils sont destinés et plus particulièrement du contenu
existant 395
du cache embarqué 280 identifié par l'identifiant du véhicule 20 dans lequel
il est
25 situé et de la position du véhicule 20 dans le système de transport
avec les données
relatives au système de transport 396.
[0050] Les
données du système de transport 396 sont relatives à la position
du véhicule 20, la topologie du réseau, le temps de parcours de la prochaine
inter-
station 30 et le temps de stationnement estimé à la prochaine station 10. Le
temps
30 de
parcours de la prochaine inter-station 30 est une contrainte directe du temps
dont
dispose le module de constitution des paquets 392 pour déterminer le contenu
des
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paquets. Le temps de stationnement estimé à la prochaine station 10 est une
contrainte directe sur le volume de données susceptibles d'être échangées via
la
liaison ponctuelle à haut débit HDL. Ces données relatives au système de
transport
396 sont donc nécessairement prises en considération par l'algorithme 393 lors
de la
constitution des paquets de données 391.
[0051] La
constitution des paquets de données 391 par le module de
constitution des paques 392 peut également être influencée par la connaissance
de
données relatives aux utilisateurs 398, telles que leur origine et
destination, leur
position et leur comptage, voire leur profil.
10[0052] Le
module de dépôt 394 des paquets de données 391 reçoit tous les
paquets de données 391 constitués par les modules de constitution des paquets
392. Chaque paquet de données 391 est identifié comme étant destiné à un cache
embarqué 280 identifié situé dans le véhicule 20 correspondant lors de sa
connexion
à l'équipement de transmission à haut débit HDL en station 10.
15[0053] Le
module de dépôt 394 des paquets de données 391 n'initialise pas le
transfert des paquets vers les véhicules 20. Ce sont les caches embarqués 280
qui
détectent la disponibilité de la liaison ponctuelle à haut débit HDL et se
connectent
au module de dépôt 394 et récupèrent le paquet de données 391 qui leur est
destiné.
[0054] Le
module de dépôt 394 des paquets de données 391 est rafraîchi (mis
20 à jour) à chaque fois qu'un nouveau paquet de donnée 391 est constitué pour
un
serveur de cache embarqué 280. Le nouveau paquet de donnée 391 vient remplacer
le paquet de donnée 391 stocké précédemment destiné au même cache embarqué
280 identifié.
[0055] On
fait maintenant référence à la figure 8 qui représente
25
schématiquement les étapes du routage d'une requête d'un utilisateur situé
dans un
véhicule 20. Une étape préalable d'authentification 900 est nécessaire. Cette
étape
d'authentification 900 peut avoir été effectuée dès l'entrée dans l'espace de
transport
par l'utilisateur, et n'a alors pas à être renouvelée au moment de la
formulation de sa
requête Internet. Le déroulement de cette étape 900 sera exposé plus en détail
au
30 regard de la figure 10.
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[0056]
La première étape 910 correspond à la formulation par l'utilisateur
d'une requête sur son terminal 700. Cette requête est transmise au routeur
embarqué 260 via le point d'accès Wi-Fi 240 du véhicule 20. En parallèle, et
sans
que cela constitue une étape du système de routage, la requête de
l'utilisateur est
transmise au module de connaissance des demandes internes au réseau 389 du
cache central 380, afin d'être traitée pour améliorer la connaissance de la
popularité
des requêtes en utilisant soit la liaison permanente à bas débit PL soit la
liaison
ponctuelle, additionnelle et à haut débit HDL.
[0057]
La deuxième étape 920 consiste en l'analyse de la disponibilité de la
liaison ponctuelle, additionnelle et à haut débit HDL par le routeur embarqué
260, qui
oriente alors la requête vers le cache qui est accessible. Lorsque le véhicule
20 est
en inter-station 30, seule la liaison permanente à faible débit PL est
disponible, et la
requête est alors orientée vers le cache embarqué 280 du réseau bord 25 du
véhicule 20. Lorsque le véhicule 20 est à l'arrêt ou sensiblement à l'arrêt en
station
10 et que la liaison ponctuelle additionnelle et à haut débit HDL est
disponible, la
requête est alors orientée vers le cache central 380 via ladite liaison HDL.
[0058]
Lors de la troisième étape 930, la réponse à la requête est recherchée
en priorité dans les caches. Si la réponse à la requête se trouve dans le
cache
embarqué 280, lorsque le véhicule 20 circule en inter-station 30, ou dans le
cache
central 380, lorsque le véhicule 20 y a accès via la liaison HDL, la réponse
est alors
directement envoyée au terminal 700 de l'utilisateur. C'est uniquement lorsque
la
requête est trop spécifique et que la réponse ne fait pas partie des données
stockées
dans le cache embarqué 280 ou dans le cache central 380 que la réponse est
recherchée directement en ligne sur Internet 800. Cela correspond à la
quatrième
étape 940.
[0059]
Cette quatrième étape 940 est facultative, et est la seule à se dérouler
directement en ligne ( on line en anglais), alors que toutes les étapes
précédentes
se déroulent en accès hors ligne ( off-line en anglais). Pour cette étape,
le
terminal de l'utilisateur 700 se connecte à Internet 800 en passant par le
routeur de
communication central 360 auquel il accède soit via la liaison permanente à
faible
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débit PL lorsque le véhicule 20 est en inter-station 30, soit via la liaison
additionnelle,
ponctuelle et à haut débit HDL lorsque le véhicule 20 y est connecté en
station 10.
[0060] On
fait maintenant référence à la figure 9 qui représente
schématiquement les étapes du routage d'une requête d'un utilisateur situé en
station 10, à savoir dans tous les autres espaces de transport autres qu'un
véhicule
20.
[0061] Une
étape préalable d'authentification 900 est nécessaire. Cette étape
d'authentification 900 peut avoir été déjà effectuée par l'utilisateur, et n'a
alors pas à
être renouvelée au moment de la formulation de sa requête Internet.
io[0062] La
première étape 915 correspond à la formulation par l'utilisateur
d'une requête sur son terminal 700. Cette requête est transmise au routeur
central
360 via le point d'accès au Wi-Fi 140 de la station 10. En parallèle, et sans
que cela
constitue une étape du système de routage, la requête de l'utilisateur est
transmise
au module de connaissance des demandes internes au réseau 389 du cache central
380, afin d'être traitée pour améliorer la connaissance de la popularité des
requêtes.
[0063] La
deuxième étape 950 consiste à rechercher la réponse à la requête
dans le cache central 380. Si la réponse à la requête se trouve dans le cache
central
380, la réponse est alors directement envoyée au terminal 700 de
l'utilisateur. C'est
uniquement lorsque la requête est trop spécifique et que la réponse ne fait
pas partie
des données stockées dans le cache central 380 que la réponse est recherchée
directement en ligne sur Internet 800. Cela correspond à la troisième étape
960.
[0064] Cette
troisième étape 960 est facultative, et est la seule à se dérouler
directement en ligne (on-line), alors que toutes les étapes précédentes se
déroulent
hors ligne (off-line). Pour cette étape, le terminal de l'utilisateur 700 se
connecte à
Internet 800 en passant par le routeur de communication central 360. En
parallèle, et
sans que cela constitue une étape du système de routage, la réponse à la
requête
trouvée sur Internet 800 est adressée au cache central 380 via le réseau sol
35.
L'envoi de la réponse au cache central 380 permet la mise à jour du contenu du
cache central en temps réel. La mise à jour du contenu du cache en temps réel
n'intervient que pour le cache central 380, et non pas pour les caches
embarqués
280. Le contenu de ces derniers n'est pas rafraîchi en temps réel mais
exclusivement
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via la liaison ponctuelle additionnelle et à haut débit HDL lors de l'arrêt en
station 10,
en fonction de ce qui aura été déposé dans le module de dépôt 394.
[0065] On fait maintenant référence à la figure 10 qui représente
l'étape
d'authentification de l'utilisateur lors de sa première connexion au réseau Wi-
Fi de
l'espace de transport. La première étape d'authentification 900 correspond à
la
demande de connexion du terminal d'un utilisateur 700 sur une borne d'accès au
réseau Wi-Fi 140 située en station 10 ou sur une borne d'accès 240 à bord d'un
véhicule 20. Les informations d'identification du terminal 700 sont transmises
au
contrôleur 310. Le contrôleur 310 transmet une requête au serveur
d'authentification
.. 340 du système central 300. Le serveur d'authentification 340 valide ou non
l'autorisation de connexion sur la base de listes de profils existants ou
ayant été mise
à l'index ( blacklistés en anglais). Le serveur d'authentification 340
envoie la
réponse au contrôleur 310, autorisant ou non la borne 140 ou 240 à accepter la
connexion du terminal utilisateur 700. Une fois effectuée, l'authentification
est
maintenue tant que le terminal utilisateur 700 est connecté à une borne 140 ou
240,
puis un certain temps (typiquement de 5 à 30 minutes) après la déconnexion du
terminal 700. Cela évite à l'utilisateur de devoir se re-connecter trop
fréquemment et
garantir ainsi une meilleure expérience utilisateur. En revanche, lorsque
l'utilisateur
quitte l'espace de transport de façon durable, il doit procéder à une nouvelle
.. authentification lors de sa prochaine entrée dans l'espace de transport.
[0066] On fait maintenant référence à la figure 11 qui représente
schématiquement le fonctionnement de l'itinérance ( roaming en anglais) et
la
gestion des bornes Wi-Fi pour les utilisateurs. Une fois authentifié sur le
réseau Wi-
Fi, le contrôleur 310 affecte une borne 140 ou 240 au terminal 700 de
l'utilisateur en
fonction principalement de la puissance du signal, et en second lieu, du
nombre
maximum de connexions possibles par borne. Les bornes d'accès Wi-Fi 140 ou 240
situées à proximité du terminal utilisateur 700 analysent en permanence la
puissance
du signal radio reçu par le terminal utilisateur 700, représenté sur la figure
11 par
l'épaisseur du trait reliant le terminal 700 et chacune des bornes d'accès Wi-
Fi 140 et
240.
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[0067]
Le déplacement de l'utilisateur dans l'espace de transport est
représenté sur la figure 11 par trois positions distinctes du terminal 700 aux
instants
t1, t2 et t3 Un cas spécifique de déplacement de l'utilisateur avec son
terminal 700 est
ici représenté par le déplacement au sein de la station 10 puis la montée à
bord d'un
véhicule 20, ce qui permet de figurer le passage du réseau Wi-Fi sol au réseau
Wi-Fi
bord avec modification d'adressage.
[0068]
A l'instant t1, la puissance du signal radio reçu du terminal 700 est la
plus forte pour la borne d'accès 1401, en conséquence le terminal 700 est
attaché à
la borne d'accès 1401.
w[0069]
A l'instant t2, la puissance du signal radio reçu du terminal 700 est la
plus forte pour la borne d'accès 1403, en conséquence le terminal 700 est
attaché à
la borne d'accès 1403. Le contrôleur 310 donne l'ordre alors à la borne 1401
de
libérer la connexion avec le terminal utilisateur 700 et à la borne 1403
recevant
désormais le plus fort signal radio de procéder à la connexion du terminal
utilisateur
700.
[0070]
A l'instant t3, la puissance du signal radio reçu du terminal 700 est la
plus forte pour la borne d'accès 2401. Le contrôleur 310 donne l'ordre alors à
la
borne 1403 de libérer la connexion avec le terminal utilisateur 700 et à la
borne 2401
recevant désormais le plus fort signal radio de procéder à la connexion du
terminal
utilisateur 700. Dans ce cas, s'agissant d'un passage du réseau sol 35 au
réseau
bord 25, la borne 2401 distribue au terminal 700 la nouvelle adresse réseau,
qui lui
est affectée par le système central 300, en application de la technique connue
d'allocation dynamique d'adresses réseau. Ce changement d'adresse réseau est
représenté sur la figure 11 par l'épaisseur du contour du terminal utilisateur
700 et
de la borne 2401 à l'instant t3. Le même principe de changement d'adresse se
produira à nouveau lors du passage du réseau bord 25 au réseau sol 35, au
moment
de la descente du véhicule 20 par l'utilisateur du terminal 700.
[0071]
La présente invention a été décrite de façon non limitative pour un cas
d'application à un réseau de transport de type métro avec une technologie
WiGig.
Elle pourrait être mise en oeuvre pour d'autres applications équivalentes et
par le
21
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biais d'autres technologies haut débit sans fil analogues, par exemple toutes
les
technologies Wi-Fi et la technologie Li-Fi.
22
