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IRIG 106 Chapter 7 : faire passer paquets, Ethernet et vidéo par une liaison PCM
Les liaisons de télémesure ont été construites pour le PCM : trames fixes, débits fixes, et des décennies de récepteurs, de synchroniseurs bit et de décommutateurs dans chaque centre d'essais. Les installations modernes, elles, produisent des paquets — paquets Chapter 10, trames Ethernet, vidéo compressée. Le Chapter 7 de l'IRIG 106 transporte ces paquets dans un flux PCM ordinaire, si bien que la liaison radio et le matériel sol ne changent pas. Voici comment cela fonctionne, et ce qu'il faut surveiller.
Pourquoi des paquets sur une liaison PCM
Un flux de télémesure PCM est une suite fixe de mots répétée à cadence fixe. Cette rigidité fait sa force : chaque centre d'essais a des récepteurs, des synchroniseurs bit et des décommutateurs qui s'y accrochent, et chaque ingénieur d'essais sait le lire. Elle fait aussi sa limite. La vidéo, le trafic Ethernet et les paquets Chapter 10 varient en taille et arrivent irrégulièrement ; les forcer dans des créneaux de mots fixes gaspille du débit ou fait perdre des données.
Le Chapter 7, la liaison descendante de télémesure par paquets, résout cela sans toucher à la liaison. Il réserve une partie de chaque trame mineure PCM à un flux d'octets de paquets : l'émetteur, le récepteur et le synchroniseur bit voient un flux Chapter 4 ordinaire, et seuls les équipements aux deux bouts ont à connaître les paquets.
Ce qu'on peut transporter
- Des paquets Chapter 10 — appelés paquets Chapter 11 dans la norme depuis que le format de paquet a son propre chapitre —, légèrement allégés pour la liaison et reconstruits au sol.
- Des trames Ethernet brutes, de l'adresse de destination à la séquence de contrôle, quel que soit leur contenu.
- Des paquets IPv4 et IPv6.
- Des messages TmNS, pour les installations bâties autour des chapitres réseau de l'IRIG 106.
- Des paquets propres à une application, et deux types utilitaires : des paquets de remplissage, des octets 0xAA qui font circuler le flux quand il n'y a rien à envoyer, et un compteur de test de 12 bits pour vérifier la liaison.
Deux couches de paquets
Chaque paquet source est enveloppé dans un paquet d'encapsulation : un court en-tête, puis le paquet. L'en-tête — deux mots de 12 bits — indique la nature de la charge utile, s'il s'agit d'un paquet complet ou du premier, d'un intermédiaire ou du dernier fragment d'un paquet, sa longueur en octets, et si un CRC-16 clôt le paquet. Un paquet de 64 kilooctets ou plus doit être fragmenté ; n'importe quel paquet peut l'être.
Les paquets d'encapsulation se suivent en un flux d'octets continu, tous types mêlés. Ce flux est découpé en paquets de transport de longueur fixe, un par trame mineure PCM. Un paquet de transport commence par un octet portant un identifiant de flux et une version, puis par un mot protégé qui donne le décalage du premier paquet d'encapsulation commençant en lui. Un récepteur qui prend le flux en cours, ou qui perd une trame, retrouve la frontière de paquet suivante sans relire tout ce qui précède.
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Pour un paquet Chapter 10, l'enveloppe retire ce dont la liaison n'a pas besoin — le motif de synchronisation, la longueur du paquet, l'essentiel du remplissage de fin — et garde intacts l'identifiant de voie, la longueur des données, le numéro de séquence, l'horloge relative et les données. Au sol, le paquet est reconstruit avec son motif 0xEB25 et une longueur recalculée, et ressort comme un paquet Chapter 10 ordinaire, que n'importe quel outil conforme sait lire ou enregistrer.
Protéger la structure, pas les données
Une seule erreur de bit dans un champ de longueur peut faire perdre tous les paquets qui suivent. Le Chapter 7 code donc les mots critiques pour la structure — les en-têtes des paquets d'encapsulation et de transport, et la partie protégée des en-têtes de paquets Chapter 10 — avec le code de Golay binaire étendu : chaque mot de 12 bits devient un mot de 24 bits qui résiste à trois erreurs de bit.
La charge utile ne bénéficie pas de cette protection. Ses erreurs sont détectées, pas corrigées : par le CRC-16 facultatif en fin de paquet d'encapsulation, par les sommes de contrôle des paquets Chapter 10, et par un CRC-32 sur la trame mineure PCM, que la norme recommande. C'est toujours la marge de la liaison qui décide de la part des données qui arrive intacte.
Placer les paquets de transport dans la trame mineure
Le paquet de transport occupe une part fixe de chaque trame mineure, écrit octet par octet, bit de poids fort en tête. Les éditions postérieures à 106-15 permettent de le répartir en plusieurs segments intercalés entre des mots PCM ordinaires ; le motif de synchro, le compteur de sous-trame et les paramètres classiques gardent leur place et ne font pas partie du paquet de transport. Le TMATS décrit l'emplacement des segments. Quand il n'y a rien à envoyer, le codeur remplit les paquets de transport avec des paquets de remplissage : le flux PCM ne s'arrête jamais, et le sol ne perd jamais l'accrochage.
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| Choix de conception | Ce qu'il fixe |
|---|---|
| Octets de paquet de transport par trame mineure × cadence des trames mineures | Le débit de paquets ; le reste de la trame reste disponible pour les mots PCM classiques |
| Taille du plus long paquet de la file | Le retard maximal des paquets qui le suivent |
| Paquets d'encapsulation à faible latence | De courts paquets urgents placés en tête du paquet de transport suivant, devant un long paquet en cours d'envoi |
| Identifiant de flux | Sépare plusieurs flux applicatifs partageant les mêmes paquets de transport |
| Mémoire tampon du codeur | La taille de rafale — image clé vidéo, pointe de trafic Ethernet — absorbée sans perte |
| CRC-32 de trame mineure | La détection des trames corrompues avant le réassemblage de leurs paquets |
La latence, et pourquoi existent les paquets à faible latence
Les paquets descendent dans l'ordre. Un long paquet — une image vidéo de plusieurs centaines de kilooctets — occupe les paquets de transport le temps de son envoi, et un message court et urgent placé derrière lui attend. Le Chapter 7 permet au codeur d'insérer des paquets d'encapsulation à faible latence au début du paquet de transport suivant, devant le long paquet en cours d'émission, qui reprend ensuite. Un paquet à faible latence doit tenir entièrement dans un seul paquet de transport.
La mémoire tampon compte tout autant. Les caméras et les sources réseau émettent par rafales bien au-dessus de leur débit moyen ; le codeur doit garder la plus grosse rafale pendant que la liaison à débit fixe la vide. Dimensionner ce tampon sur le débit moyen est la façon classique de perdre des images vidéo.
Au sol
Un flux Chapter 7 se décommute comme n'importe quel flux PCM, jusqu'à la trame mineure. Le matériel sol extrait ensuite les octets des paquets de transport, décode les en-têtes Golay, suit les décalages pour reconstruire les paquets d'encapsulation, réassemble les fragments, et restitue ce qui a été envoyé : des paquets Chapter 10 vers un enregistreur ou un outil d'analyse, des trames Ethernet vers un réseau. Les paquets compteurs de test, si le codeur en envoie, mesurent directement la liaison avant que les vraies données en dépendent.
Chapter 7, ou liaison réseau ?
Le Chapter 7 est une liaison descendante à sens unique qui garde tout ce qu'un centre d'essais possède déjà : émetteurs, récepteurs, antennes et décommutateurs PCM. Les chapitres réseau de l'IRIG 106, regroupés sous le nom TmNS, vont plus loin, avec des radios IP, un trafic dans les deux sens et la commande à distance des unités embarquées, mais ils demandent des radios et une infrastructure sol réseau. Pour faire passer des paquets par une liaison PCM existante, le Chapter 7 est la voie normalisée.