ES2266934T3 - Metodo y sistema para la mejora del soporte de la calidad de servicio (qos) en redes inalambricas organizadas de manera descentralizada. - Google Patents
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Abstract
Método para gestionar el acceso de al menos dos estaciones que quieren transmitir datos que tienen diferentes niveles de prioridad a un medio de transmisión en un entorno de red inalámbrica, comprendiendo las etapas de: - detectar por las al menos dos estaciones si el medio de transmisión está libre; - introducir las al menos dos estaciones en una fase de priorización, después de haber detectado que el medio de transmisión está libre, para obtener el acceso a una fase de contención; - introducir las al menos dos estaciones en la fase de contención para obtener el acceso al medio; - transmitir los datos por una de las al menos dos estaciones después de haber obtenido el acceso al medio; caracterizado porque - cada una de las al menos dos estaciones transmiten, durante la fase de priorización, un señal cuya duración depende del nivel de prioridad de los datos que deben transmitir.
Description
Método y sistema para la mejora del soporte de
la calidad de servicio (QoS) en redes inalámbricas organizadas de
manera descentralizada.
La presente invención se refiere a un método y a
un sistema para la mejora del soporte de la calidad de servicio
("Quality of Service", QoS) en entornos de comunicación móvil,
especialmente en los que hay presentes estaciones antiguas.
El soporte de la calidad del servicio (QoS) es
importante para sistemas de comunicación móvil ya que éstos no sólo
soportan el tráfico "best-effort" (sin
garantías de calidad de servicio) sino también servicios en tiempo
real como los de transmisión continua de datos ("streaming") o
de voz sobre IP (VOIP). Para adecuarse a esta evolución, el
estándar IEEE 802.11e está especificado para mejorar las capacidades
y la eficiencia del actual protocolo IEEE 802.11 WLAN al extender
el soporte a aplicaciones con requisitos de calidad del servicio
(QoS).
En sistemas que no tienen un punto de acceso
(AP), el estándar IEEE 802.11 (estándar ANSI/IEEE 802.11, Edición
de 1999) especifica la función de coordinación distribuida (DCF)
para la gestión del acceso a los canales. Para estaciones que
tienen requisitos de calidad del servicio (QoS), el estándar IEEE
802.11e especifica la función de coordinación distribuida mejorada
(EDCF). Se sabe que este esquema tiene inconvenientes en ciertas
condiciones de operación, tal como se afirma en "IEEE 802.11e
Wireless LAN for Quality of Service" de S. Mangold et
al., en Proc. European Wireless 2002, Florencia, Italia, febrero
de 2002. Específicamente, cuando hay presentes estaciones antiguas
en un sistema, la función de coordinación distribuida mejorada
(EDCF) propuesta no puede cumplir los requisitos de calidad del
servicio (QoS) garantizados y el tráfico de fondo afecta al
rendimiento de los usuarios de prioridad principal, como en el caso
de colisiones debidas a estaciones competidoras que transmiten al
mismo tiempo. A la vista de lo anterior, se han propuesto dos
soluciones que intentan superar el problema. Una se basa en el
estándar IEEE 802.11e y la otra en el
estándar ETSI HIPERLAN tipo 1. A continuación se proporciona un breve comentario de las dos soluciones existentes.
estándar ETSI HIPERLAN tipo 1. A continuación se proporciona un breve comentario de las dos soluciones existentes.
Para soportar servicios multimedia (voz, audio,
vídeo) con requisitos de calidad del servicio (QoS) a través de una
LAN inalámbrica, el borrador del estándar IEEE 802.11e define
ampliaciones de la función de coordinación distribuida (DCF) y de
la función de coordinación de punto (PCF). Para el funcionamiento
ad hoc, la función de coordinación distribuida mejorada
(EDCF) proporciona la función de coordinación distribuida
diferenciada al medio inalámbrico para categorías de tráfico (TCs)
priorizadas. Se soportan hasta 8 categorías de tráfico (TCs). Una
estación EDCF tendrá como mucho 8 colas de salida priorizadas, una
para cada TC. Una estación también puede implementar menos de 8
colas físicas y proporcionar una correlación ("mapping") de las
categorías de tráfico con las colas disponibles. Cada estación
compite por las oportunidades de transmisión utilizando una EDCF en
la que el tiempo mínimo especificado de duración de la inactividad
es un valor AIFS[TC] ("Arbitration Inter Frame Space",
espacio entre tramas arbitrario) distinto, en lugar de DIFS ("DFC
Inter Frame Space", espacio entre tramas DCF) y emplea una
ventana de contención específica de TC CWmin[TC] en lugar de
CWmin. Los valores para el AIFS y la CWmin[TC] se asignan a
cada TC por defecto. En el estándar IEEE 802.11e, el AIFS puede ser
de diferente longitud, ya que es un parámetro que puede variar
dependiendo de la TC. La figura 1 da un ejemplo de dos TCs (i y j)
y del procedimiento utilizado para evitar colisiones.
Las colisiones entre colas competidoras en una
estación se resuelven dentro de la estación de tal manera que la
cola de mayor prioridad recibe la oportunidad de transmisión y la
cola o colas en conflicto de menor prioridad se comportan como si
fueran una colisión externa en el medio inalámbrico. Para calcular
el tiempo de desbloqueo ("backoff") se utilizan los mismos
métodos que para la DCF, pero el cálculo se inicia a partir de
intervalos diferenciados [1, CW[i]+1] y el nuevo valor para
CW[i] en el caso de una colisión se calcula mediante un
factor de persistencia específico de CW (CNPF[i]) dando como
resultado diferentes incrementos para las TCs.
Aunque el soporte QoS propuesto del estándar
IEEE 802.11e puede mejorar la priorización de los diferentes flujos
de tráfico, la sobrecarga ("overhead") de protocolo introducida
debido al AIFS es considerablemente grande, especialmente si el
impacto de los flujos de menor prioridad debiera ser bajo. Además,
si están operando estaciones antiguas en paralelo, no conocen el
AIFS. Puesto que estas estaciones no esperarán el AIFS sino el
DIFS, todas las estaciones antiguas competirán por la mayor
prioridad. Una vez que haya transcurrido el periodo de inactividad,
todas las estaciones iniciarán el procedimiento de desbloqueo.
Además, incluso con las estaciones EDCF existe un impacto de las
estaciones con TCs de menor prioridad en el rendimiento de las
estaciones con TCs superiores en la medida en que el AIFS más el
tamaño del desbloqueo supera el valor AIFS de la menor
prioridad.
En el estándar HIPERLAN tipo 1 (H/1) ("High
Performance Radio Local Area Network (HIPERLAN) type 1"; norma
funcional EN 300652 V 1.2.1, julio de 1998), se especifica un
esquema de acceso denominado Elimination-Yield
Non-Pre-emptive Priority Multiple
Access EY-NPMA (acceso múltiple
eliminación-cesión de prioridad no preferente) que
permite la priorización del tráfico. En H/1, un ciclo de acceso al
canal (mostrado en la figura 2), el ciclo está compuesto por tres
fases: priorización, contención y transmisión.
Durante la fase de priorización, todas las
estaciones que no tienen en este momento la mayor prioridad se
particularizan. En (H/1) los niveles de prioridad se numeran de 0 a
m_{cp}-1, indicando 0 el nivel de mayor
prioridad. Si el paquete que ha de transmitirse tiene prioridad n de
acceso al canal, la estación escucha el canal durante n ranuras de
prioridad. Si se detecta que el canal está inactivo durante los n
intervalos de ranuras de priorización, el nodo afirma la prioridad
de acceso al canal transmitiendo inmediatamente una ráfaga de
acceso al canal durante la ranura de orden n+1 del intervalo (PA) de
afirmación de la prioridad, y se admite en la fase de
contención.
De lo contrario, detiene la contención y espera
al siguiente ciclo de acceso al canal.
La fase de contención se inicia inmediatamente
después del intervalo (PA) de afirmación de la prioridad y consiste
en dos fases adicionales: eliminación y cesión. Durante la fase de
eliminación cada estación transmite una ráfaga de eliminación para
un número b de ranuras de eliminación, el número b se basa en el
intervalo [0, m_{Es}] que se determina según una distribución de
probabilidad geométrica truncada. Tras finalizar la transmisión de
la ráfaga de eliminación, cada estación detecta el canal durante la
ranura de verificación de supervivencia a la eliminación (ESV).
Si se detecta que el canal está inactivo, la
estación inicia inmediatamente la fase de cesión, que consiste en
un número d de ranuras de cesión antes de empezar la transmisión,
siempre que el canal esté inactivo durante toda la fase de cesión.
El número d sigue una distribución uniforme en el intervalo [0,
m_{ys}] con igual probabilidad. Si durante esta fase de cesión el
canal no está inactivo, la estación cede ante las otras estaciones
competidoras y se retira del procedimiento de acceso al canal en el
actual ciclo de acceso al canal.
El esquema EY-NPMA soporta la
priorización, pero es muy complicado, introduce una gran cantidad de
sobrecarga y no puede introducirse en el actual esquema de acceso
del estándar IEEE 802.11. En consecuencia, no es adecuado como
ampliación del mismo, y por tanto no se ha tenido en cuenta en el
estándar IEEE 802.11e.
Como puede desprenderse de las soluciones
anteriores, existe una necesidad de un método y un sistema que
puedan permitir el cumplimiento de los requisitos de calidad del
servicio (QoS) y eliminar los efectos del tráfico de fondo en un
entorno de comunicaciones móviles. Por lo tanto, un objetivo de la
invención es solucionar los problemas anteriormente mencionados.
Este objetivo se consigue mediante el método según la reivindicación
1, el sistema según la reivindicación 14 y la estación de la
reivindicación 25.
Dependiendo de la prioridad de los datos que una
estación debe transmitir, ésta transmite una señal cuando detecta
que el medio de transmisión está libre. Cuanto mayor sea la
prioridad mayor será la duración de la señal. Las estaciones que
detectan que el medio de transmisión está activo durante este tiempo
no intentarán transmitir. De este modo, la estación con la mayor
prioridad obtendrá el acceso al medio y transmitirá sus datos. La
ventaja de esta invención sobre las existentes en la técnica
anterior es que, mediante el uso de esta señal transmitida, las
estaciones con datos de prioridad elevada siempre obtendrán el
acceso al medio y evitarán influencias del tráfico de fondo.
La figura 1 muestra el procedimiento utilizado
para evitar colisiones, en el estándar IEEE 802.11e.
La figura 2 muestra el procedimiento utilizado
para evitar colisiones, en el estándar HIPERLAN tipo 1 (H/1).
La figura 3 muestra el procedimiento mejorado
utilizado para evitar colisiones, según la invención.
La figura 4 muestra el algoritmo del esquema
propuesto.
La figura 5 muestra una comparación del
rendimiento en función de las estaciones de prioridad elevada, entre
el estándar IEEE 802.11e y los esquemas de acceso mejorados.
A la vista de los problemas que existen con las
soluciones de la técnica anterior mencionadas anteriormente,
resulta necesario un nuevo esquema de acceso para el estándar IEEE
802.11 que pueda soportar la calidad del servicio (QoS).
En este esquema de acceso, que comprende una
fase de priorización y una de contención, las estaciones en un
entorno de red inalámbrica (fija o móvil) que soportan flujos de
tráfico (voz, audio, vídeo, datos) que requisitos de prioridad
especiales enviarán señales al medio de radio (canal) después de un
periodo de inactividad predefinido que sigue a una transmisión de
paquetes previa. Este periodo de inactividad predefinido es igual al
espacio entre tramas DCF (DIFS), para ser compatible con
terminales/sistemas antiguos. El intervalo de tiempo entre tramas
se define como un espacio entre tramas (IFS). Los diferentes
espacios entre tramas se definen en el estándar IEEE 802.11 como
huecos temporales en el medio de radio y son fijos. Uno de estos
huecos es el DIFS anteriormente mencionado y otro es el Extended
IFS (EIFS). Los EIFS se usan para permitir la continuación y
finalización satisfactoria de transmisiones en curso incluso aunque
otra estación (que se desbloquea durante el EIFS) no haya recibido
la transmisión (por ejemplo, no podría decodificar el mensaje). En
el estándar IEEE 802.11, los EIFS deberán usarse mediante la DCF
siempre que el modo PHY haya indicado al MAC que se inició una
transmisión de trama que no resultó en la correcta recepción de una
trama MAC completa con valores correctos de secuencia de
comprobación de una trama. El intervalo EIFS se iniciará siguiendo
la indicación del PHY de que el medio está inactivo tras la
detección de la trama errónea. Cuanto mayor sea la prioridad, más
larga será la señal transmitida por la estación o estaciones. El
número de ranuras que se usan para la transmisión de señales se
determina por la prioridad del flujo de tráfico. Con una prioridad 1
\in [1;L], en la que L es la mayor prioridad, una estación
transmitirá la señal durante 1xt_{ranura.} Por ejemplo, para un
nivel de prioridad de 3, la estación transmitirá una señal con una
duración igual a 3 ranuras temporales. Las señales son cualquier
tipo de señales con una duración predefinida igual a una ranura
temporal tal como se define en el estándar IEEE 802.11. Pueden ser
una fracción de una señal RTS ("request to send control frame",
trama de control de petición de envío) o CTS ("clear to send
control frame", trama de control de listo para enviar) o
cualquier otra señal codificada o modulada, o sencillamente un señal
interferente ("jamming") que se ajusta a los requisitos del
espectro (máscara del espectro) y al EIRP máximo para el intervalo
de frecuencia objetivo (por ejemplo, banda ISM). Después de
transmitir sus respectivas señales, las estaciones escucharán el
medio de radio durante una ranura temporal adicional (ranura de
verificación (VS)) para verificar el medio de radio. Si el medio
está inactivo las estaciones iniciarán el procedimiento de
desbloqueo, tal como se define en el estándar IEEE 802.11, para
evitar inestabilidades en el sistema. Si el medio está ocupado
debido a que todavía está transmitiéndose una señal, las estaciones
renuncian a retransmitir y volverán a intentarlo durante el
siguiente ciclo de acceso.
La estación con la mayor prioridad ocupará el
medio de radio durante más tiempo y sobrevivirá a esta fase de
priorización. En consecuencia, las estaciones con la mayor prioridad
siempre obtendrán el acceso al medio de radio antes que las
estaciones con prioridades inferiores. En la fase de contención,
sólo la estación con el desbloqueo menor seleccionado
aleatoriamente iniciará la transmisión de un paquete en primer
lugar. Esto evita la contención entre estaciones que tienen la
misma prioridad y que por tanto han prevalecido en la fase de
priorización.
En la figura 3 se muestra una descripción más
detallada del mecanismo del esquema de acceso mejorado. En el
ejemplo, tres estaciones (i, j, k) con correspondientes prioridades
(4, 6, 6) de las clases de tráfico compiten por el acceso al medio
de radio. Una vez que el medio de radio está inactivo, es decir,
cuando ha finalizado una transmisión de paquetes previa, las tres
estaciones esperarán el DIFS y entonces empezarán a transmitir una
señal hacia el medio, para iniciar la fase de priorización. La
duración de la señal de cada estación depende de la prioridad de la
clase de tráfico. Una vez transmitida la señal, las estaciones
detectarán el medio para saber si está inactivo o no. Puede
observarse claramente en la figura 3 que la estación i, que tiene
una prioridad 4 de la clase de tráfico, finalizará la transmisión de
su señal en primer lugar ya que su señal tendrá una menor duración.
Por lo tanto, la estación i detectará que el medio de radio todavía
está ocupado y por tanto renunciará a la transmisión y pospondrá el
nuevo intento hasta que medio haya estado inactivo durante el
DIFS.
Las estaciones j y k, que tienen la misma
prioridad de la clase de tráfico, continuarán transmitiendo hasta
que finalice la duración de su señal. Una vez finalizada la
transmisión, detectarán el medio para determinar si está inactivo o
no. En este caso, como el medio está inactivo, esperarán durante una
ranura temporal adicional, la ranura de verificación (VS), para
verificar que el medio sigue inactivo. Esto completa la fase de
priorización del esquema de acceso, y su duración puede variar en
longitud ya que depende de la prioridad actual de la clase de
tráfico que está tratándose.
Después de la fase de priorización, todas las
estaciones que tienen la misma prioridad de la clase de tráfico
competirán por el medio durante la fase de contención, en este caso
las estaciones j y k. Para evitar inestabilidades en el sistema, se
usa el esquema de desbloqueo negativo tal como se define en el
estándar IEEE 802.11. Cuando se genera el valor temporal aleatorio,
la estación ejecutará un proceso secundario que calcula el tiempo
que tardará antes de poder empezar a transmitir, si la duración
supera la duración del Extended IFS (EIFS), que tiene una longitud
de 19 ranuras temporales, entonces la estación transmitirá otra
señal en la ranura temporal número 18 después de haberse iniciado el
procedimiento de desbloqueo (igual a 360 \mus de tiempo de
inactividad teniendo en cuenta la VS también). Si el tiempo
calculado también es igual a 19 ranuras temporales, entonces también
se transmite una señal. Esto se hace para evitar cualquier
contención con estaciones que tienen prioridades inferiores o
ninguna prioridad. Tales estaciones no reducen sus temporizadores de
desbloqueo, simplemente esperan el EIFS después de que la señal de
la estación con la mayor prioridad haya concluido. De este modo,
estas estaciones deberán esperar de nuevo al EIFS antes de
transmitir, dando tiempo para que el desbloqueo de la estación
finalice su procedimiento de desbloqueo. Posteriormente, la estación
continúa con el procedimiento de desbloqueo y repite esta etapa
después de que el contador de desbloqueo se haya reducido en 18
ranuras temporales adicionales. Esta repetición, renueva la
exclusión de las estaciones que se habían excluido de la contención
durante la fase de priorización después del DIFS. Usando esta
característica, la señal que, que podría ser cualquier señal que
genere algo de ruido en el receptor, provocará el desbloqueo de
todas las estaciones durante al menos la duración del EIFS. Este
tiempo es necesario para completar con éxito el procedimiento de
desbloqueo para las estaciones activas con la misma prioridad y con
datos que esperan a ser transmitidos.
La estación que tiene el desbloqueo más bajo
seleccionado aleatoriamente, de ente las estaciones j y k,
transmitirá en primer lugar, después de que el contador de
desbloqueo haya llegado a cero. De este modo se evitan la contención
y las colisiones. La estación que no tiene el desbloqueo más bajo
detectará que el medio está ocupado y renunciará a la transmisión y
esperará al siguiente ciclo de acceso. Cuando se inicia el siguiente
ciclo de acceso, no generará un nuevo desbloqueo aleatorio sino que
usará el que ya tiene y que ya se ha reducido en el ciclo anterior.
De este modo, una estación con una alta prioridad que ha tenido que
renunciar a la transmisión en el ciclo anterior debido a otra
estación que tenía el mismo nivel de prioridad para sus datos pero
que tenía un tiempo de desbloqueo menor, podrá acceder al medio más
rápido en el siguiente ciclo de acceso.
En una realización alternativa, en el caso de
que no haya presente ninguna estación antigua y que, por tanto, no
intervenga en el esquema de acceso, la señal transmitida se modifica
para contener información sobre la duración de la transmisión que
va a seguir. De este modo se evita la transmisión de una señal que
prolongue el periodo de tiempo en el que las estaciones reducen sus
contadores durante el periodo EIFS, ya que las estaciones conocerán
al final de la fase de priorización cuándo esté libre el medio
porque habrán detectado que el medio está ocupado y habrán salido
del ciclo de acceso y, a partir de la señal detectada, sus medios de
detección también habrán detectado la información. Esta información
contiene la duración del tiempo calculado de la transmisión por la
estación que tiene la mayor prioridad. Esta duración incluye el
periodo de tiempo de desbloqueo generado, el tiempo real necesario
para transmitir los datos y el tiempo para recibir el acuse de
recibo. Aparte de la modificación necesaria para incluir la
duración de la transmisión en la señal transmitida, otra
modificación necesaria es la generación del valor de tiempo
aleatorio durante la fase de priorización, ya que cada estación en
ese punto del esquema de acceso deberá calcular el tiempo de
transmisión para incluirlo en la señal.
La figura 4 muestra el algoritmo de la
invención. Al principio, la estación detecta si el medio está
inactivo. Si no lo está, entonces espera hasta que esté inactivo.
Si está inactivo, esperará durante un periodo de tiempo igual al
DIFS. Una vez finalizado este periodo de tiempo, la estación entra
en al fase de priorización y transmite una señal durante una
duración que depende del nivel de prioridad de los datos que esperan
a ser transmitidos. Cuanto mayor sea el nivel de prioridad, más
larga será la señal transmitida. Una vez transmitida la señal, la
estación detectará si el medio está ocupado o no. Si está ocupado,
la estación renunciará a la transmisión y saldrá de la fase y
esperará al siguiente ciclo de acceso. Si no está ocupado, la
estación esperará a una ranura temporal de un tiempo de
verificación, para comprobar que no se está transmitiendo ninguna
señal. Después de esto, entra entonces en la fase de contención. La
estación generará un valor temporal aleatorio y entonces realizará
un procedimiento de desbloqueo. Durante el procedimiento de
desbloqueo, la estación sigue reduciendo su contador de desbloqueo
y continúa detectando cualquier transmisión en el medio, si detecta
algo entonces renunciará a la transmisión y saldrá hasta el
siguiente ciclo. Sin embargo, en el siguiente ciclo, si la estación
pasa la fase de priorización, es decir la prioridad de los datos que
tiene todavía es la mayor, continuará reduciendo su contador que se
había generado en el ciclo anterior, asegurando así que los datos de
alta prioridad obtienen el acceso al medio.
Si no detecta ninguna transmisión, reducirá su
contador hasta llegar a un valor cero y entonces transmitirá sus
datos. Después de que la estación haya generado su valor de tiempo
aleatorio para el procedimiento de desbloqueo, un proceso
secundario calculará si la suma del valor temporal aleatorio y de la
ranura temporal de verificación es igual a o supera el valor
predefinido del EIFS. Si no lo hace, entonces el contador de
desbloqueo se reduce hasta que llega a cero, si no se produce
ninguna otra transmisión, y entonces se transmitirán los datos. Si
se produce otra transmisión, entonces la estación renuncia y sale
del ciclo. Si el valor calculado es igual o superior al EIFS,
entonces la estación reducirá su contador y transmitirá una señal
durante una ranura en la ranura temporal número 18 después del
inicio del EIFS y entonces de nuevo en la ranura número 18 de la
misma. Si durante este periodo de tiempo se detectase otra
transmisión en el medio, la estación renunciaría y saldría del
ciclo, de lo contrario cuando el contador llega a cero, transmite
sus datos.
El nuevo mecanismo de acceso implementa una
independencia jerárquica pero es no preferente en el sentido de que
a esta actividad no se le permite interrumpir una transmisión una
vez comenzada. Por tanto, de manera similar al uso de la VS, sólo
la estación que transmite durante más tiempo, es decir, la que debe
transmitir el mayor número de ranuras, sobrevivirá y obtendrá una
VS vacía. Sin embargo, la diferencia con el estándar HIPERLAN tipo
1 (H/1) es que todas las estaciones empiezan a transmitir
inmediatamente al mismo tiempo después del DIFS para evitar que los
terminales antiguos obtengan el acceso al medio.
Además, este nuevo esquema de acceso tiene las
siguientes ventajas:
- -
- las señales permiten la priorización de las estaciones y soportan una separación estricta de las clases de tráfico
- -
- el esquema puede introducirse totalmente en el estándar IEEE 802.11 existente sin incrementar la cantidad de sobrecarga
- -
- el esquema puede coexistir con terminales IEEE 802.11 antiguos
- -
- el esquema permite un mejor soporte de los requisitos QoS que el estándar IEEE 802.11e ya que se adapta a la dinámica de un entorno de red de una manera flexible al hacer uso del esquema de desbloqueo para evitar la contención y, al mismo tiempo, mantener la separación de clases de tráfico
- -
- el esquema permite un acceso priorizado en un sistema distribuido sin una infraestructura, y en consecuencia, proporciona garantías de QoS en redes con organización propia (cuando puede realizarse un control de admisión)
- -
- el esquema no introduce sobrecarga adicional para el funcionamiento de terminales antiguos únicamente (después del DIFS, los terminales antiguos empezarán a reducir sus contadores de desbloqueo si no hay activa una estación prioritaria), dando como resultado el máximo rendimiento posible para los terminales antiguos.
En la figura 5, se presenta una comparación
entre el estándar IEEE 802.11e y el nuevo esquema de acceso. El
rendimiento de saturación S_alta para la clase de tráfico (TC) de
alta prioridad para el nuevo esquema se ilustra para una longitud
de paquete de t_{pkt} = 1500 bytes. Se ha usado el mecanismo de
establecimiento de comunicación de cuatro vías con señales RTS/CTS
y acuse de recibo de los datos.
Para mostrar mejor la ventaja del esquema, la
curva de prioridad alta del estándar IEEE 802.11e se ha añadido a
la figura como referencia. (IEEE 802.11e soporta tres clases de
tráfico (TCs) diferentes, sin embargo sólo se ha ilustrado la clase
de tráfico con la mayor prioridad como referencia). Las estaciones
que soportan la clase de tráfico de prioridad alta, media y baja
utilizan un valor de la ventana de contención CW de CW_{alta} = 7,
CW_{med} = 15 y CW_{baja} = 31, respectivamente. Como parámetro,
el número de estaciones con prioridad alta (N_{alta}) y baja
(N_{baja}) se ha cambiado de 1 a 19 y viceversa. Para los
cálculos, el número de estaciones que soportan TCs con una prioridad
media se fijó en N_{med} = 5. El número total de estaciones era
de N = 25 para cada iteración. Para el nuevo esquema, el tráfico de
fondo no tiene ningún impacto ya que las estaciones prioritarias
siempre obtienen el acceso al medio.
Al comparar la curva de referencia con cuadrados
y la curva de rendimiento del nuevo esquema con CW = 7 (curva con
rombos), puede observarse claramente que, para un reducido número de
estaciones, el nuevo esquema tiene un rendimiento mucho mejor. Sin
embargo, al incrementar el número de estaciones de prioridad alta,
los resultados de ambos esquemas se aproximan. La razón de esto es
la contención entre estaciones de prioridad alta debido a la falta
de una ventana de desbloqueo adaptable. En ambos casos, el caso de
referencia y el nuevo esquema, la ventana de contención se ha
establecido en un valor fijo CW = 7.
Si se adapta la ventana de contención (es decir,
se ajusta a 15, como en la curva con triángulos), el rendimiento es
casi constante en todo el intervalo de números de estaciones y el
impacto de incrementar la contención con un mayor número de
estaciones puede mitigarse.
Puede observarse por tanto en la figura 4 que el
nuevo esquema separa con éxito TCs de prioridad alta del efecto del
tráfico de fondo. Además, el esquema permite la adaptación de la CW
para el desbloqueo, dependiendo del número de estaciones que
compiten por el acceso en la misma TC y aun así no se verán
afectadas por estaciones inferiores de prioridades inferiores. Por
lo tanto, se proporciona más de un 100% de mejora de la capacidad
de flujos de tráfico de alta prioridad en un amplio intervalo de
números de estaciones.
Aunque la invención se ha descrito en los
términos de la realización preferida dada a conocer en la presente
memoria, los expertos en la técnica apreciarán que pueden hacerse
otras realizaciones y modificaciones sin alejarse del alcance de
las enseñanzas de la invención. Todas estas modificaciones deben
incluirse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (32)
1. Método para gestionar el acceso
de al menos dos estaciones que quieren transmitir datos que tienen
diferentes niveles de prioridad a un medio de transmisión en un
entorno de red inalámbrica, comprendiendo las etapas de:
- -
- detectar por las al menos dos estaciones si el medio de transmisión está libre;
- -
- introducir las al menos dos estaciones en una fase de priorización, después de haber detectado que el medio de transmisión está libre, para obtener el acceso a una fase de contención;
- -
- introducir las al menos dos estaciones en la fase de contención para obtener el acceso al medio;
- -
- transmitir los datos por una de las al menos dos estaciones después de haber obtenido el acceso al medio; caracterizado porque
- -
- cada una de las al menos dos estaciones transmiten, durante la fase de priorización, un señal cuya duración depende del nivel de prioridad de los datos que deben transmitir.
2. Método según la reivindicación 1,
en el que la señal es cualquier tipo de señal que pueda generarse y
transmitirse al medio.
3. Método según la reivindicación 1,
en el que los niveles de prioridad de los datos corresponden a
requerimientos de la calidad del servicio.
4. Método según la reivindicación 1,
en el que las al menos dos estaciones que han detectado que el
medio de transmisión está libre esperan durante un periodo de tiempo
antes de entrar en la fase de priorización.
5. Método según la reivindicación 1,
en el que la fase de priorización comprende:
- -
- la transmisión de la señal por un número de ranuras temporales por cada estación;
- -
- la detección, por cada estación, al finalizar la transmisión de su propia señal, de si el medio de transmisión está inactivo o no;
- -
- al detectar que el medio de transmisión no está inactivo, las estaciones renuncian a la transmisión de los datos, salen de la fase de priorización y esperan el siguiente ciclo de acceso, o
- al detectar que el medio de transmisión está inactivo, las estaciones esperan un periodo de tiempo adicional antes de entrar en la fase de contención.
6. Método según la reivindicación 1,
en el que las estaciones que entran en la fase de contención
generan un valor temporal aleatorio.
7. Método según la reivindicación 6,
en el que las estaciones que entran en la fase de contención
realizan un desbloqueo utilizando el valor temporal aleatorio
generado.
8. Método según la reivindicación 7,
en el que el valor temporal aleatorio se reduce hasta que alcanza
un valor cero.
9. Método según la reivindicación 8,
en el que la primera estación que alcanza un valor temporal de cero
empezará a transmitir los datos al medio.
10. Método según la reivindicación 9, en
el que las demás estaciones en el proceso de reducir sus valores
temporales correspondientes, al detectar una transmisión en el
medio, salen de la fase de contención y esperan el siguiente ciclo
de acceso.
11. Método según las reivindicaciones 6 a
10 en el que, cuando el valor temporal generado supera un número
predeterminado de ranuras temporales, la estación transmitirá una
señal adicional en la penúltima ranura temporal del número
predeterminado de ranuras temporales y entonces volverá a transmitir
una señal después de ésta en la ranura temporal que tiene un valor
igual al valor de la penúltima ranura temporal.
12. Método según la reivindicación 11, en
el que el número predeterminado de ranuras temporales es igual a
19.
13. Sistema que tiene medios adaptados
para gestionar el acceso de al menos dos estaciones que quieren
transmitir datos que tienen diferentes niveles de prioridad a un
medio de transmisión en un entorno de red inalámbrica, en el
que:
que:
- -
- las al menos dos estaciones tienen medios de detección adaptados para detectar si el medio de transmisión está libre;
- -
- las al menos dos estaciones, después de haber detectado que el medio de transmisión está libre, tienen medios de acceso adaptados para obtener el acceso al medio de transmisión;
- -
- una de las al menos dos estaciones, después de haber obtenido el acceso al medio de transmisión, tiene medios de transmisión adaptados para transmitir datos al medio de transmisión; caracterizado porque
- -
- cada una de las al menos dos estaciones tienen medios de transmisión de señales adaptados para transmitir una señal cuya duración depende del nivel de prioridad de los datos que deben transmitirse.
14. Sistema según la reivindicación 13,
en el que la señal es cualquier tipo de señal que pueda generarse
por medios de generación de señales y transmitirse al medio por
medios de transmisión.
15. Sistema según la reivindicación 13,
en el que las al menos dos estaciones, después de haber detectado
que el medio de transmisión está libre, tienen medios de
temporización adaptados para esperar durante un periodo de
tiempo.
16. Sistema según la reivindicación 13,
en el que:
- -
- cada estación tiene medios de transmisión adaptados para transmitir una señal por un número de ranuras temporales;
- -
- cada estación tiene medios de detección adaptados para detectar, al final de la transmisión de su propia señal, si el medio de transmisión está inactivo o no;
- -
- al detectar que el medio de transmisión no está inactivo, las estaciones tienen medios de renuncia adaptados para renunciar a la transmisión de los datos, y medios de salida adaptados para salir y esperar el siguiente ciclo de acceso, o
- -
- al detectar que el medio de transmisión está inactivo, las estaciones tienen medios de temporización adaptados para esperar un periodo de tiempo adicional antes de que unos medios de generación en cada estación, adaptados para generar un valor temporal aleatorio, generen el valor aleatorio.
17. Sistema según la reivindicación 16,
en el que el valor temporal aleatorio generado se usa por unos
medios de acceso adaptados para realizar un desbloqueo.
18. Sistema según la reivindicación 17,
en el que unos medios de reducción reducen el valor temporal
aleatorio hasta alcanzar un valor cero.
19. Sistema según la reivindicación 18,
en el que la primera estación cuyos medios de reducción reducen el
valor aleatorio a cero, tiene medios de transmisión adaptados para
iniciar la transmisión de los datos al medio de trans-
misión.
misión.
20. Sistema según la reivindicación 19,
en el que las demás estaciones cuyos medios de reducción todavía
están reduciendo el valor temporal aleatorio, tienen medios de
detección adaptados para detectar una transmisión en el medio de
transmisión y tienen medios de salida adaptados para salir y esperar
el siguiente ciclo de acceso.
21. Sistema según la reivindicación 20,
en el que las estaciones tienen medios de cálculo adaptados para
calcular si el valor temporal generado supera un número
predeterminado de ranuras temporales y, en caso de hacerlo, las
estaciones tienen medios de transmisión de señales adaptados para
transmitir una señal adicional en la penúltima ranura temporal del
número predeterminado de ranuras temporales y entonces volver a
transmitir una señal después ésta en la ranura temporal que tiene
un valor igual al valor de la penúltima ranura temporal.
22. Sistema según la reivindicación 21,
en el que el número predeterminado de ranuras temporales que los
medios de cálculo están adaptados para usar en su cálculo es igual a
19.
23. Estación que tiene medios de acceso
adaptados para obtener el acceso a un medio de transmisión, cuando
quiere transmitir datos que tienen diferentes niveles de prioridad,
en un entorno inalámbrico, en la que:
- -
- la estación tiene medios de detección adaptados para detectar si el medio de transmisión está libre;
- -
- la estación, después de haber detectado que el medio de transmisión está libre, tiene medios de acceso adaptados para obtener el acceso al medio de transmisión;
- -
- la estación, después de haber obtenido el acceso al medio de transmisión, tiene medios de transmisión adaptados para transmitir datos al medio de transmisión; caracterizado porque
- -
- la estación tiene medios de transmisión de señales adaptados para transmitir una señal cuya duración depende del nivel de prioridad de los datos que deben transmitirse.
24. Estación según la reivindicación 23,
en la que la señal es cualquier tipo de señal que pueda generarse
por medios de generación de señales y transmitirse al medio por
medios de transmisión.
25. Estación según la reivindicación 23,
en la que la estación, después de haber detectado que el medio de
transmisión está libre, tiene medios de temporización adaptados para
esperar durante un periodo de tiempo.
26. Estación según la reivindicación 23,
en la que:
- -
- la estación medios de transmisión adaptados para transmitir una señal por un número de ranuras temporales;
- -
- la estación tiene medios de detección adaptados para detectar, al final de la transmisión de su propia señal, si el medio de transmisión está inactivo o no;
- -
- al detectar que el medio de transmisión no está inactivo, la estación tiene medios de renuncia adaptados para renunciar a la transmisión de los datos, y medios de salida adaptados para salir y esperar el siguiente ciclo de acceso, o
- -
- al detectar que el medio de transmisión está inactivo, la estación tiene medios de temporización adaptados para esperar un periodo de tiempo adicional antes de que unos medios de generación en la estación, adaptados para generar un valor temporal aleatorio, generen el valor aleatorio.
27. Estación según la reivindicación 26
en la que el valor temporal aleatorio generado se usa por unos
medios de acceso adaptados para realizar un desbloqueo.
28. Estación según la reivindicación 27
en la que unos medios de reducción reducen el valor temporal
aleatorio hasta alcanzar un valor cero.
29. Estación según la reivindicación 28
en la que la estación cuyos medios de reducción reducen el valor
aleatorio a cero, tiene medios de transmisión adaptados para iniciar
la transmisión de los datos al medio de transmisión.
30. Estación según la reivindicación 29
en la que una estación cuyos medios de reducción todavía están
reduciendo el valor temporal aleatorio, tiene medios de detección
adaptados para detectar una transmisión al medio de transmisión y
tiene medios de salida adaptados para salir y esperar el siguiente
ciclo de acceso.
31. Estación según las reivindicaciones
26 a 30, en la que la estación tiene medios de cálculo adaptados
para calcular si el valor temporal generado supera un número
predeterminado de ranuras temporales y, en caso de hacerlo, la
estación tiene medios de transmisión de señales adaptados para
transmitir una señal adicional en la penúltima ranura temporal del
número predeterminado de ranuras temporales y entonces volver a
transmitir una señal después de ésta en la ranura temporal que
tiene un valor igual al valor de la penúltima ranura temporal.
32. Estación según la reivindicación 31,
en la que el número predeterminado de ranuras temporales que los
medios de cálculo están adaptados para usar en su cálculo es igual a
19.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP04004590A EP1569385B1 (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Method and system for the improvement of the QoS support in the de-centrally organized wireless networks |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2266934T3 true ES2266934T3 (es) | 2007-03-01 |
Family
ID=34745931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES04004590T Expired - Lifetime ES2266934T3 (es) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Metodo y sistema para la mejora del soporte de la calidad de servicio (qos) en redes inalambricas organizadas de manera descentralizada. |
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| EP (1) | EP1569385B1 (es) |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109699089B (zh) * | 2017-10-20 | 2020-11-20 | 中移(苏州)软件技术有限公司 | 一种信道接入方法及装置 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2002078229A1 (en) * | 2001-03-21 | 2002-10-03 | Stine John A | An access and routing protocol for ad hoc networks using synchronous collision resolution and node state dissemination |
-
2004
- 2004-02-27 EP EP04004590A patent/EP1569385B1/en not_active Expired - Lifetime
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- 2004-02-27 AT AT04004590T patent/ATE331367T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-02-27 ES ES04004590T patent/ES2266934T3/es not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1569385A1 (en) | 2005-08-31 |
| DE602004001330T2 (de) | 2007-06-14 |
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| DE602004001330D1 (de) | 2006-08-03 |
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