WO2008029053A2 - Wireless grid network for distributing content - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a wireless grid network for distributing multimedia content, in particular in an aircraft. The distribution network comprises N nodes (N>1 ) (N1, N2) forming a wireless grid network operating at frequencies of several gigahertz and at least P items of client equipment (P>N), each item of client equipment being linked by a wireless or wired link to at least one of the N nodes (N1, N2).

Description

RESEAU MAILLE SANS FILS POUR LA DISTRIBUTION DE CONTENU WIRELESS MESH NETWORK FOR CONTENT DISTRIBUTION
La présente invention concerne la distribution de contenu multimédia à l'intérieur d'un espace clos, tel qu'un avion, un train, un bus ou autre endroit clos mobile ou non. Elle concerne plus particulièrement l'application « In Flight Entertainment » (IFE) en langue anglaise qui consiste à fournir un service de VOD (video on demand ou vidéo à la demande) à chaque usager se trouvant à l'intérieur de l'espace clos. Comme représenté sur la Figure 1 , la distribution de contenu multimédia (constitué principalement de musique, de vidéo compressée et de données diverses) destiné au divertissement et à l'information des passagers, notamment d'un avion (In Flight Entertainement), utilise en général une architecture de réseau centralisée constituée par des serveurs S reliés à des ADB (Area Distribution Boxes ou boites de distribution locales). Ces boîtes sont elles-mêmes connecté es à des SEB (Seat Equipement Boxes ou boites d'équipement de siège). Ces serveurs, outre le stockage de données numérisées, permettent le contrôle du réseau IFE et l'interface avec les autres systèmes à bord.. Actuellement, les systèmes existants sont tous basés sur des réseaux câblés avec centralisation des données, ces réseaux utilisant une technologie filaire basée sur les fibres optiques et/ou les câbles Ethernet. Le ou les serveurs de données transmettent aux boîtes de distribution locales (ADB) ou points d'accès, l'ensemble des contenus, via un lien haut débit (Gigabit Ethernet). Les boîtes de distribution locales retransmettent à un groupe de sièges ou à chaque utilisateur, le contenu demandé. Le contenu est typiquement 50 heures de vidéo (250 Gb de donnée), soit 80 films, 74 langues par films, 200 CD de musique et 30 canaux radio. Le codage des films est en MPEG1 , ce qui implique un débit de transmission de 1.7 Mbps. D'autre part, avec la multiplication des services à bord et des sources numériques associées, le serveur devient de plus en plus volumineux, complexe et coûteux, non seulement en terme de prix de revient et de maintenance, mais également par rapport à son poids et à la place qu'il occupe dans l'avion.The present invention relates to the distribution of multimedia content inside an enclosed space, such as an airplane, a train, a bus or other closed place mobile or not. It relates more particularly to the application "In Flight Entertainment" (IFE) in English which consists in providing a VOD service (video on demand or video on demand) to each user inside the confined space. . As shown in Figure 1, the distribution of multimedia content (consisting mainly of music, compressed video and other data) for the entertainment and information of passengers, including an aircraft (In Flight Entertainment), uses general a centralized network architecture consisting of S servers connected to ADB (Area Distribution Boxes or local distribution boxes). These boxes are themselves connected to SEB (Seat Equipment Boxes or seat equipment boxes). These servers, in addition to the storage of scanned data, allow the control of the IFE network and the interface with the other systems on board. Currently, the existing systems are all based on cable networks with data centralization, these networks using a technology wired based on optical fibers and / or Ethernet cables. The data server or servers transmit all the contents to the local distribution boxes (ADB) or access points via a high speed link (Gigabit Ethernet). The local distribution boxes retransmit to a group of seats or to each user, the requested content. The content is typically 50 hours of video (250 Gb of data), ie 80 movies, 74 languages per movie, 200 music CDs and 30 radio channels. The encoding of the films is in MPEG1, which implies a transmission rate of 1.7 Mbps. On the other hand, with the proliferation of on-board services and associated digital sources, the server becomes increasingly bulky, complex and expensive, not only in terms of cost price and maintenance, but also in relation to its weight and the place it occupies in the plane.
De ce fait, un système IFE est très volumineux (disque dur, ensemble d'alimentation, câbles ...),. D'autre part, il doit comporter un certain niveau de redondance et par conséquent il est cher. C'est en fait le deuxième ou troisième poste de prix dans un avion. Le besoin de réduire le coût direct du système IFE est donc évident, mais il y a aussi un coût récurrent concernant la masse de ce système et le coût en kérosène en résultant. Il est donc pertinent de chercher à réduire la masse d'un système IFE. La présente invention consiste donc à proposer une architecture de réseau de distribution de contenu aux passagers sans fil. Il en résulte donc une économie sur la masse des câbles. D'autre part, la présente invention consiste à proposer une répartition des contenus distribuée de manière à supprimer les serveurs embarqués, ce qui limite aussi le poids global et l'encombrement.As a result, an IFE system is very bulky (hard disk, power supply, cables, etc.). On the other hand, it must have some level of redundancy and therefore it is expensive. It's actually the second or third price point on an airplane. The need to reduce the direct cost of the IFE system is therefore obvious, but there is also a recurrent cost regarding the mass of this system and the resulting kerosene cost. It is therefore relevant to seek to reduce the mass of an IFE system. The present invention therefore consists in proposing a content distribution network architecture for wireless passengers. This results in a saving on the mass of the cables. On the other hand, the present invention consists in proposing a distribution of the distributed content so as to eliminate the embedded servers, which also limits the overall weight and bulk.
La présente invention concerne donc un réseau de distribution de contenu multimédia à l'intérieur d'un espace clos comportant N nœuds ou boîtes de distribution (N > 1 ) formant un réseau maillé sans fil fonctionnant à des fréquences de plusieurs gigahertz et au moins P équipements clients (P > N), chaque équipement client étant relié par une liaison sans fil ou filaire à au moins un des N nœuds.The present invention thus relates to a multimedia content distribution network inside a closed space comprising N nodes or distribution boxes (N> 1) forming a wireless mesh network operating at frequencies of several gigahertz and at least P client equipment (P> N), each client equipment being connected by a wireless or wired link to at least one of the N nodes.
Selon une caractéristique de la présente invention, le réseau maillé est un réseau (P2P) « peer to peer » ou « pair à pair » et il fonctionne de préférence à 60 GHZ. Selon une autre caractéristique de la présente invention, au moins chaque boîte de distribution comporte des moyens de stockage de localisation (par exemple des tables d'indexation) et de gestion des données multimédia permettant de distribuer le contenu partagé entre les différentes boîtes de distribution et équipements client. D'autre part, afin de reconstituer le contenu des fichiers, chaque équipement client coopère avec la boite de distribution à laquelle il est associé pour programmer le chargement du contenu dont il a besoin ou pour transmettre à la demande d'un autre équipement client, un contenu qu'il a stocké. Par ailleurs, les boites de distribution planifient les échanges entre les équipements clients.According to a feature of the present invention, the mesh network is a peer-to-peer (P2P) network and preferably operates at 60 GHZ. According to another characteristic of the present invention, at least each distribution box includes location storage means (for example index tables) and multimedia data management means for distributing the content shared between the different distribution boxes and customer equipment. On the other hand, in order to reconstitute the content of the files, each client equipment cooperates with the distribution box with which it is associated to program the loading of the file. content it needs or to transmit at the request of another client equipment, content that it has stored. In addition, the distribution boxes plan the exchanges between the customer equipments.
L'utilisation d'une architecture de réseau distribuée de type « Peer to Peer » (P2P), sans serveur centralisé, permet de ce point de vue de réduire les coûts directs et indirects d'un système IFE. Par ailleurs, l'utilisation d'un réseau sans fil (Wireless), permet de réduire encore le poids et donc les coûts liés aux câbles. De plus, il apporte une plus grande flexibilité dans l'agencement intérieur de l'avion. D'autre part, l'utilisation de la technologie 60 GHz donne une disponibilité spectrale accrue et permet l'utilisation de composants passifs miniaturisés, en particulier des antennes.The use of a Peer-to-Peer (P2P) distributed network architecture, without a centralized server, makes it possible from this point of view to reduce the direct and indirect costs of an IFE system. In addition, the use of a wireless network (Wireless), further reduces the weight and therefore the costs associated with cables. In addition, it provides greater flexibility in the interior layout of the aircraft. On the other hand, the use of 60 GHz technology gives increased spectral availability and allows the use of miniaturized passive components, especially antennas.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation de la présente invention, cette description étant faite avec référence au dessin ci-annexé dans lequel :Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following description of an embodiment of the present invention, this description being made with reference to the accompanying drawing in which:
La figure 1 déjà décrite est une représentation schématique d'un réseau de distribution filaire selon l'art antérieur.Figure 1 already described is a schematic representation of a wire distribution network according to the prior art.
La figure 2 est une représentation schématique d'un réseau IFE sans fil selon un mode de réalisation de la présente invention.Figure 2 is a schematic representation of a wireless IFE network according to one embodiment of the present invention.
La présente invention concerne une architecture sans fil pour un système IFE dans un environnement avion. Cette architecture est développée à partir d'une technologie sans fil à très haut débit utilisant la technologie 60GHz. L'invention s'appuie sur les trois avantages majeurs de la technologie 60 GHz, à savoir : l. La disponibilité spectrale : plusieurs GHz de bande, libre de toute interférence et gratuite sont réservées aux réseaux sans fil à très haut débit 2. Son adaptation pour la miniaturisation des composants passifs et en particulier des antennes. 3. Sa forte atténuation dans l'espace, qui privilégie des communications courtes distances et limite le niveau d'interférences radio, ce qui est particulièrement important dans un environnement à forte densité tel qu'un avion. Dans le cas de la technologie 60 GHz, la largeur de bande de fréquence disponible permet de diviser celle-ci en plusieurs sous bandes, chacune ayant une largeur de plusieurs centaines de MHz. Ainsi, chacune des sous bandes permet la transmission de plusieurs centaines de Mbps avec des modulations simples, à faible efficacité spectrale, et donc moins coûteuses, plus robustes et permettant des portées plus longues avec des puissances d'émission relativement modestes.The present invention relates to a wireless architecture for an IFE system in an aircraft environment. This architecture is developed from a very high speed wireless technology using 60GHz technology. The invention is based on the three major advantages of 60 GHz technology, namely: Spectral availability: several GHz band, free of any interference and free are reserved for very high speed wireless networks 2. Its adaptation for the miniaturization of passive components and in particular antennas. 3. Its high attenuation in space, which favors short-distance communications and limits the level of radio interference, which is particularly important in a high-density environment such as an airplane. In the case of the 60 GHz technology, the available frequency bandwidth divides the band into several sub-bands, each having a width of several hundred MHz. Thus, each of the sub-bands enables the transmission of several hundred Mbps with simple modulations, with low spectral efficiency, and therefore less expensive, more robust and allowing longer ranges with relatively modest transmission powers.
Les bandes de fréquences millimétriques offrent la possibilité de réaliser des antennes à gain élevé avec des dimensions relativement réduites. A titre d'exemple, une antenne de surface carrée d'environ 2,5 cm de côté présente typiquement un gain de 20 dB et une largeur de faisceau d'environ 12°. Ainsi, il est possible à l'aide d'un module de forme, par exemple, cubique de 2,5 cm de côté de réaliser jusqu'à six faisceaux pouvant émettre et recevoir dans des directions perpendiculaires aux faces du cube. En éliminant les faces supérieures et inférieures qui émettraient vers le plafond et le sol, on peut envisager quatre faisceaux « utiles » par module radio, d'ouverture 12° chacun, pouvant émettre ou recevoir dans 4 directions perpendiculaires.The millimeter frequency bands offer the possibility of producing high gain antennas with relatively small dimensions. For example, a square surface antenna of about 2.5 cm side typically has a gain of 20 dB and a beam width of about 12 °. Thus, it is possible using a shape module, for example, cubic 2.5 cm side to achieve up to six beams that can transmit and receive in directions perpendicular to the faces of the cube. By eliminating the upper and lower faces that emit towards the ceiling and the ground, it is possible to envisage four "useful" beams per radio module, of 12 ° aperture each, which can emit or receive in four perpendicular directions.
Ainsi la combinaison de ces deux avantages permet d'envisager un maillage sans fil de l'avion par la réalisation d'un réseau maillé (Mesh Network) à très haut débit. Selon le dimensionnement désiré, chaque nœud permet de relier le terminal d'un passager ou d'un groupe de passagers voisins et sert par ailleurs de relais pour faire « propager » les données distribuées vers les terminaux voisins. La figure 2 représente une implémentation possible dans le cas deThus, the combination of these two advantages makes it possible to envisage a wireless mesh of the aircraft by the realization of a Mesh Network at very high speed. According to the desired dimensioning, each node makes it possible to connect the terminal of a passenger or a group of neighboring passengers and also serves as a relay for "propagating" the distributed data to the neighboring terminals. Figure 2 represents a possible implementation in the case of
4 faisceaux (f1 , f2, f3, f4) par nœud ou boîte de distribution N1. Comme représenté sur cette figure, la division de la bande totale en sous bandes permet, par une distribution adéquate des fréquences prenant en compte la proximité mais aussi la direction des liens sans fil, de minimiser les interférences entre liaisons sans fil.4 beams (f1, f2, f3, f4) per node or distribution box N1. As shown in this figure, the division of the total band into sub-bands allows, by an adequate distribution of frequencies taking into account the proximity but also the direction of the wireless links, to minimize interference between wireless links.
La multiplicité des chemins entre deux nœuds permet de parer à d'éventuelles coupures de faisceau, par exemple par des blocages, et assure donc une très bonne robustesse du système.The multiplicity of paths between two nodes makes it possible to prevent possible cuts in the beam, for example by blocking, and thus ensures a very good robustness of the system.
Les nœuds voisins tels que N1 , N2 sont reliés entre eux en mode Ad-Hoc point-to-point qui utilise un protocole équivalent à celui du mode Ad- Hoc du standard WiFi IEEE 802.11. En fait le MAC (Médium Access Control) préconisé aujourd'hui est celui qui est standardisé IEEE 802.15.3, lequel permet des communications en mode « pair à pair » à l'intérieur d'un groupe (appelé piconet) ou entre « Piconets » , ou bien en mode centralisé.Neighboring nodes such as N1, N2 are connected to each other in point-to-point Ad-Hoc mode which uses a protocol equivalent to the Ad-Hoc mode of the IEEE 802.11 WiFi standard. In fact the MAC (Medium Access Control) recommended today is the one that is standardized IEEE 802.15.3, which allows communications in "peer-to-peer" mode within a group (called piconet) or between "Piconets Or in centralized mode.
Cependant, le MAC défini dans l'alliance WiMedia peut également être utilisé afin de gérer un réseau complètement distribué, d'autant plus qu'il offre l'avantage de gérer les collisions ou les recouvrements de zones, ce qui permet de définir des zones supplémentaires pour gérer la redondance.However, the MAC defined in the WiMedia alliance can also be used to manage a fully distributed network, especially since it offers the advantage of managing collisions or overlaps of zones, which makes it possible to define zones to manage redundancy.
Enfin, plutôt que de réaliser une division en fréquence de la bande totale, il est possible d'utiliser toute la bande disponible pour chaque lien sans fil, et de gérer les transmissions par une division dans le temps des divers liens sans fil . Chaque lien utilisant un créneau d'émission et un créneau de réception, un protocole particulier doit alors être établi pour gérer la distribution des créneaux.Finally, rather than performing a frequency division of the total band, it is possible to use the entire available band for each wireless link, and manage the transmissions by a division over time of the various wireless links. Each link using a slot of emission and a slot of reception, a particular protocol must then be established to manage the distribution of the slots.
Un mixte des deux divisions (Subdivision de la bande en sous bandes et division dans le temps de chaque sous bande) est également possible, en particulier dans les pays où le spectre de fréquences disponible peut atteindre jusqu'à 7 GHz de bande. Dans ce cas, la limitation de la largeur de bande de fréquence totale est imposée par les composants (1 à 2 GHz de bande) et ce mode « hybride » prend tout son sens. A mix of the two divisions (subdivision of the band into subbands and time division of each subband) is also possible, especially in countries where the available spectrum can reach up to 7 GHz band. In this case, the limitation of the total frequency bandwidth is imposed by the components (1 to 2 GHz band) and this "hybrid" mode makes perfect sense.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Réseau de distribution de contenu multimédia à l'intérieur d'un espace clos comportant N nœuds (N>1 ) (N1 , N2) formant un réseau maillé sans fil fonctionnant à des fréquences de plusieurs gigahertz et au moins P équipements clients (P>N), chaque équipement client étant relié par une liaison sans fil ou filaire à au moins un des N nœuds (N1 , N2).1 - Network for distributing multimedia content inside a confined space comprising N nodes (N> 1) (N1, N2) forming a wireless mesh network operating at frequencies of several gigahertz and at least P client equipments ( P> N), each client equipment being connected by a wireless or wired link to at least one of the N nodes (N1, N2).
2 - Réseau selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le réseau maillé est un réseau « Peer to Peer » ou « Pair à Pair » (P2P).2 - Network according to claim 1, characterized in that the mesh network is a network "Peer to Peer" or "Peer to Peer" (P2P).
3 - Réseau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il fonctionne à 60 GHz.3 - Network according to one of claims 1 or 2, characterized in that it operates at 60 GHz.
4 - Réseau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nœud (N1 , N2) est formé par une boîte de distribution comportant des moyens de stockage de localisation et de planification des échanges des données multimédia.4 - A network according to one of the preceding claims, characterized in that the node (N1, N2) is formed by a distribution box comprising means for storing location and planning exchanges of multimedia data.
5 - Réseau selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque équipement client comporte des moyens permettant de stocker et de coopérer avec le nœud auquel il est rattaché pour le chargement du contenu dont il a besoin ou pour transmettre à la demande d'un autre équipement client, un contenu qu'il a stocké. 6 - Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu'au niveau de chaque nœud (N1 , N2), la bande de fréquence est divisée en plusieurs sous-bandes (f1 , f2, f3, f4) pour émettre selon plusieurs faisceaux 5 - Network according to claim 4, characterized in that each client equipment comprises means for storing and cooperating with the node to which it is attached for the loading of the content it needs or to transmit at the request of another customer equipment, content that he has stored. 6 - Network according to any one of the preceding claims, characterized in that at each node (N1, N2), the frequency band is divided into several subbands (f1, f2, f3, f4) to transmit according to several beams
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