ES2269676T3 - Control de la potencia de transmision conjunta instantanea y adaptacion de enlaces para el acceso a canales basado en rts/cts. - Google Patents

Abstract

Un método para el control de potencia de transmisión en grupos de bucle abierto en un sistema inalámbrico, que consta de los pasos de: seleccionar (1002), por parte de una primera estación, al menos una estación dentro del grupo; transmitir (1004) desde la primera estación una petición de información de potencia de transmisión desde una primera estación hasta lo que se acaba de definir como "al menos una" de las estaciones seleccionadas; transmitir (1008) una respuesta de potencia de transmisión en una trama, constando la trama de información de la potencia de transmisión para la trama (1006), a cualquier estación próxima desde lo que se ha definido como "al menos una" de las estaciones seleccionadas de una manera ordenada, evitando colisiones; recibir (1010; 1012) la trama en cualquier estación próxima desde lo que se ha definido como "al menos una" de las estaciones seleccionadas, y determinar la ganancia de vía basándose en la fuerza medida de la señal de la trama recibida y en la información de potencia de transmisión contenida en la trama recibida; seleccionar las ganancias de vía que se originan en el grupo; determinar la potencia requerida de transmisión para alcanzar cualesquiera de las ganancias de vía seleccionadas; seleccionar el valor mínimo de a) la más elevada entre las potencias de transmisión requeridas determinadas en el paso previo y b) la potencia permitida de transmisión, donde la potencia permitida de transmisión esté determinada por requerimientos reguladores y la capacidad de potencia de transmisión de las estaciones; y asignar la potencia de transmisión seleccionada a los mensajes de aceptación del envío (Cleared To Send, CTS) procedentes de cualquier estación próxima.

Description

Control de la potencia de transmisión conjunta instantánea y adaptación de enlaces para el acceso a canales basado en RTS/CTS.

Esta solicitud reivindica prioridad con respecto a la solicitud provisional estadounidense Nº 60/282.191, presentada el 9 de abril de 2001 en la lengua inglesa, que se incorpora aquí a modo de referencia.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La invención se circunscribe en el campo de las comunicaciones inalámbricas, en particular al control de la potencia de transmisión y a técnicas y mecanismos de adaptación de enlaces.

2. Información de antecedentes

La norma IEEE 802.11 es un estándar de red local (LAN, Local Área Network) inalámbrica que ha sido normalizado por el IEEE (Institute of Electrical & Electronics Engineers, Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). La norma de LAN inalámbrica IEEE 802.11 está atravesando en la actualidad un proceso de extensión de la norma con características de calidad de servicio (Quality of Service, QoS). El objetivo es capacitar, por ejemplo, a los ordenadores o a los dispositivos multimedia para que se comuniquen con las restricciones de QoS. Esta extensión de la norma recibe la denominación de IEEE 802.11e, y es gestionada por un así llamado grupo de trabajo e, TGe (task group e).

Recientemente, la norma IEEE 802.11 también se vio extendida con una capa física nueva que permitía velocidades de datos más elevadas que la capa física anterior. Se admiten diversas velocidades de datos mediante varias tasas de códigos y constelaciones de señales. El propósito es permitir la adaptación de los enlaces dependiendo de la calidad del canal. La capa física (physical layer, PHY), de alta velocidad, en la así llamada banda de 5 GHz, se denomina IEEE 802.11a, y está basada en el OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, Multiplexado ortogonal por división de frecuencias). La PHY correspondiente a la así llamada banda de 2,4 GHz se denomina IEEE 802.11b y emplea modelos de modulación de una sola portadora.

IEEE 802.11 funciona o bien en modo DCF (Distributed Coordination Function, Función de coordinación distribuida) o bien en modo PCF (Point Coordination Function, Función de coordinación puntual). El primero es para la operatoria distribuida y el último para el control centralizado desde un punto de acceso AP (access point). De momento, el modo PCF no ha sido ratificado por los implementadores, ya que se considera que la complejidad resulta demasiado alta. En su lugar, se emplea el DCF tanto para la operatoria distribuida como con el AP.

El origen del modelo de accesos de IEEE 802.11 se remonta al BTMA (Busy Tone Multiple Access, Acceso múltiple por tono ocupado), que fue el primer método propuesto para el control distribuido de acceso a canales que evitaba el archiconocido problema del terminal oculto.

En el MACA (Múltiple Access with Collision Avoidance, Acceso múltiple con evitación de colisiones), propuesto por Phil Karn en 1980, la introducción de una fase de establecimiento de comunicaciones, con una petición de envío (Request To Send, RTS) y una señal de aceptación del envío (Cleared To Send, CTS), previa a la transmisión de datos resolvió la idea de la reserva distribuida. Esto presentó una base más viable para construir un sistema práctico encima, ya que no dividía la banda de frecuencias en un canal para datos y tonos de ocupado, como en el modelo del BTMA. Además, en el MACA se introdujo la idea de una pausa exponencial aleatoria, que fue empleada más tarde en IEEE 802.11.

En el MACAW (Múltiple Access with Collision Avoidance for Wireless, Acceso múltiple inalámbrico con evitación de colisiones), se refinó el mecanismo básico del MACA. Entre otras cosas, se introdujo un acuse de recibo del enlace, ACK (acknowledgment, reconocimiento o acuse de recibo). En la actualidad, el modelo de acceso del IEEE 802.11 se basa en gran medida en los principios desarrollados en el MACAW.

Otras actividades de normalización en curso en el IEEE 802.11 incluyen el así llamado TGh (grupo de trabajo h, task group h, o sea, un grupo de trabajo del IEEE para el IEEE 802.11h), que tiene el objetivo de diseñar e incluir un control de potencia de transmisión (transmit power control, TPC), al igual que una selección distribuida de frecuencias (distributed frequency selection, DFS), en el IEEE 802.11a. Desde el punto de vista de la normalización, el propósito del control de potencia es fundamentalmente permitir que las STAs, estaciones (stations) IEEE 802.11a, se atengan a los requisitos reguladores europeos.

A continuación, a modo información de antecedentes, se describirán los principios básicos de acceso para el IEEE 802.11. Para una información más detallada, se remite al lector a la norma IEEE 802.11-1999 (que sustituye a la IEEE 802.11-1997), a la norma IEEE 802.11a-1999 (tasas de datos elevadas en la banda de 5 GHz), y a la norma IEEE 802.11b-1999 (tasas de datos elevadas en la banda de 2,4 GHz). Pueden encontrarse también visiones generales buenas y sencillas en a) Smart Antenna Systems and Wireless LANs [Sistemas reducidos de antenas y redes inalámbricas], de Garret T. Okamoto, publicado por Kluwer Academic Publishers (ISBN 0-7923-8335-4), e IEEE 802.11 Handbook, A Designers Companion [Manual de IEEE 802.11, compañero del diseñador], de Bob O’Hara y Al Patrick (ISBN 0-7381-1855-9).

Hay dos modos de operatoria de modelos de acceso a canales en la función de coordinación distribuida (DCF), uno basado en el CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, Acceso múltiple por detección de portadora con evitación de colisiones) y otro basado en CSMA/CA con intercambio de mensajes RTS-CTS. Se emplea un atributo "dot11RTSThreshold" MIB (Management Information Base, Base de información de gestión) para diferenciar la utilización de los dos. Las MPDUs (MAC Protocol Data Units, Unidades de datos de protocolo MAC, donde "MAC" representa Medium Access Control, Control de acceso a medios) más cortas que el umbral se envían sin RTS-CTSs, mientras que las MPDUs más largas se envían con RTS-CTSs. El meollo aquí es el mecanismo CSMA/CA, basado en RTS-CTS, que permite la mitigación de estaciones ocultas y, por ende, proporciona en general un empleo más eficiente del medio inalámbrico.

Las Figuras 1A-1D muestran un procedimiento de comunicaciones entre una estación T y una estación R, y los efectos anejos en estaciones cercanas E, F, G, H. En la Fig. 1A, la estación T transmite una señal de RTS (petición de envío) a la estación R. El alcance de transmisión 302 de la estación T abarca las estaciones R, E y F, pero no las estaciones H, G. De modo que las estaciones R, E y F reciben o perciben la señal RTS, pero las estaciones H, G no. En un paso siguiente mostrado en la Figura 1B, en respuesta a la señal RTS, la estación R envía a la estación T una señal de respuesta CTS (listo para el envío). Como se ve en la Figura 1B, el alcance de transmisión 104 de la estación R abarca las estaciones F, H pero no las estaciones E, G. Después de recibir la señal de CTS, en la Figura 1C la estación T transmite una señal de DATOS (DATA) a la estación R, y luego en la Figura 1D la estación R da acuse de recibo de la señal de DATOS enviando una señal o mensaje ACK a la estación T.

Dado que la estación H es una estación oculta con respecto a la estación T, es informada de la intención de la estación T de transmitir mediante un mensaje CTS de respuesta enviado por la estación R (puesto que la estación H no está oculta de la estación R, o sea, está dentro del alcance de transmisión 104 de la estación R). En consecuencia, la estación H no transmitirá ni perturbará la recepción en curso por parte de la estación R. Las estaciones E y F diferirán de modo similar el acceso a canales a las estaciones T y R, después de percibir la señal de RTS de la estación T y/o la de CTS de la estación R. Como se ve en las Figuras 1A-1D, la estación G está oculta tanto de la estación T como de la R, y, por lo tanto, no es probable que perciba las señales de RTS o de CTS, y, por lo tanto, puede transmitir.

La Figura 2 ilustra los formatos de trama empleados en IEEE 802.11, donde los números que hay encima de las cajas indican el tamaño de la información contenida en la caja. Nótese que Dirección (Address) 4, en la trama de DATOS y GESTIÓN (DATA and MANAGEMENT) existe únicamente para las tramas de tipo DATOS en un DS (Distribution System, Sistema de distribución) inalámbrico, y no existe en las tramas de tipo GESTIÓN (MANAGEMENT).

La Figura 3 ilustra el intercambio de tramas, incluyendo las de las señales RTS y CTS. Cuando las tramas son recibidas por estaciones distintas de aquellas a las que van destinadas, se dispone un así llamado NAV (Network Allocation Vector, Vector de asignación de red) de acuerdo con un valor de duración indicado en un campo de la trama. Esto proporciona un mecanismo adicional de evitación de colisiones a una detección de accesos a canales físicos y, por lo tanto, se denomina detección de canales virtuales. Mientras la detección de canales, ya sean físicos o virtuales, indique actividades en el canal, una estación debe permanecer en silencio. Cuando el canal quede libre, las estaciones empiezan a pugnar por el canal de acuerdo con los principios de acceso a canales definidos en la norma IEEE 802.11-1999. En general, el NAV únicamente puede extenderse si se reciben tramas nuevas. Existen algunos casos especiales cuando el NAV también puede ser reiniciado, pero esa no es la operatoria normal.

La Figura 4 ilustra el empleo de las señales de RTS-CTS con fragmentación de DATOS. Cada fragmento y la señal de ACK actúan entonces como señales de RTS y CTS implícitas. Los fragmentos adicionales quedan indicados por un bit (campo) en el control de tramas de los fragmentos.

De acuerdo con la norma IEEE 802.11-1999, la señal de CTS debería enviarse con la misma velocidad de enlace que la de RTS, y la señal de ACK debería enviarse con la misma velocidad de enlace que la de DATOS. El propósito original es permitir que la estación de origen o transmisora (por ejemplo, la estación T de la Figura 1) calcule el valor de duración con anterioridad a la transmisión de la señal RTS.

La Figura 5 muestra un ejemplo detallado de dos estaciones que intentan acceder a un canal mediante la fase RTS-CTS. En la Figura 3, cada ventana temporal es igual a 9 microsegundos, el tiempo SIFS (Short Interframe Spaces, Miniespacios intertrama) es de 16 microsegundos, con un tiempo CCA (Clear Channel Assessment, Evaluación de canal libre) inferior a 4 microsegundos, una CW (Contention Window, Ventana de contención) mínima igual a 15 ventanas temporales, una CW máxima igual a 1023 ventanas temporales, un tiempo de propagación aérea inferior a 1 microsegundo (en la Figura 5, es 0 microsegundos), un DIFS = SIFS + 2 ventanas temporales = 34 microsegundos, RTS igual a 52 microsegundos a razón de 6 megabytes/segundo (RTS = 24 microsegundos a razón de 54 megabytes/segundo), y CTS igual a 44 microsegundos a razón de 6 megabytes/segundo (CTS = 24 microsegundos a razón de 54 megabytes/segundo). DIFS son las siglas inglesas de los espacios intertrama de la función de coordinación distribuida.

La publicación internacional Nº WO-9501020 A plantea que cada estación de una red local inalámbrica, mediante el empleo de un control de accesos múltiples de tiempo distribuido, escucha el tráfico utilizando el canal de comunicaciones de la red, por ejemplo, para transmisiones de espectro disperso y con salto de frecuencias. Cada estación construye su propio vector de asignación de red a partir del contenido de las transmisiones recibidas, indicando cuándo estará en uso el canal. La transmisión de mensajes emplea un establecimiento de comunicaciones de cuatro vías con dos paquetes de control pequeños, "Petición de envío" (RTS) y "Aceptación de envío" (CTS). El paquete de RTS incluye la longitud de la transmisión de datos, lo que permite que las diversas estaciones receptoras de la red reserven y bloqueen su empleo del canal de comunicaciones durante el lapso en cuestión. El paquete de CTS repite esta longitud de datos, para beneficio de las estaciones receptoras que no estén dentro del alcance de la transmisión del origen. Este documento se corresponde con la norma IEEE 802.11 definida en la norma IEEE 802.11-1999.

Algunas ideas referentes al control de potencia de transmisión en el DBTMA (Dual Busy Tone Multiple Access, Acceso múltiple por tonos ocupados duales) están descritas en S.-L. Wu, Y.-C. Tseng, y J.-P. Sheu, "Intelligent Medium Access for Mobile Ad Hoc Networks with Busy Tones and Power Control" [Acceso inteligente a medios para redes móviles ad hoc con tonos de ocupado y control de potencia], International Conference on Computer Communications and Networks [Congreso internacional sobre comunicaciones y redes de ordenadores], 1999, pp. 71-76. El DBTMA es una extensión del BTMA con tonos ocupados duales en vez de un único tono de ocupado.

Sin embargo, el control de potencia no está soportado en los modelos de acceso a canal conocidos basados en RTS-CTS.

En cuanto al DBTMA con TPC, el BTMA (Acceso múltiple por tono ocupado) como tal no es por lo general una solución viable para el acceso distribuido a canales, pues resulta muy poco práctico. Se utiliza meramente como sistema simple de estudio en la literatura académica. Además, los mensajes de control emplean una potencia de transmisión (Transmit Power, TP) máxima, y, por lo tanto, no resulta posible que los mensajes de control compartan un canal con el tráfico de datos, pues ello causaría picos de interferencia perjudiciales para la recepción de datos. Otro inconveniente es que la información referente a la TP fija se supone que es conocida en el receptor. Además, el DBTMA con TPC procura únicamente resolver un problema en una situación específica, concretamente en un sistema distribuido en el que las estaciones no estén ni asociadas con APs, ni asociadas en un grupo con otras estaciones. Otro inconveniente es que las asimetrías en la interferencia, la ganancia de enlace o la capacidad de TP no se están considerando.

Hay también problemas adicionales comunes tanto a RTS-CTS, como al IEEE 802.11 y al DBTMA genéricos, concretamente: a) en el entorno RTS-CTS no se ha considerado la adaptación de enlaces, y b) no se han considerado las asimetrías en función de la capacidad de adaptación del enlace.

El documento US-A-5732077, correspondiente al estado previo de la especialidad, plantea un método para una WLAN (Wireless Local Area Network, Red inalámbrica de área local) cuyo objetivo es evitar colisiones evitando que se transmitan muchos paquetes que no alcanzarían su destino previsto (debido a las interferencias). En la patente US-5732077, se describe un modelo de control de potencia de bucle cerrado para un MAC basado en RTS-CTS-DATOS-ACK entre una primera estación y una segunda estación. Además, se describe un mecanismo para evitar la creación de interferencias inaceptables en el segundo nodo (receptor) procedentes de un tercer nodo (potencialmente transmisor).

Un método en conformidad con la patente US-A-5732077 plantea los siguientes pasos:

1)

Cada estación, ya esté activa-ocupada o activa-desocupada, mantiene una lista de restricción de potencia que contiene el conocimiento que tiene cada estación en cuanto a paquetes vulnerables en curso de otras estaciones.

2)

Cada estación está preparada para intercambiar paquetes de señales REQUEST/PERMIT [PETICIÓN/PERMISO] con otra estación, de tal modo que las estaciones emisoras y receptoras hagan públicos no solamente la identificación y la longitud del paquete, como en las señales RTS/CTS normales, sino también los niveles de potencia y otra información relevante para las interferencias. Cuando una estación es una estación receptora, anuncia el máximo de interferencia permitida para el paquete que está esperando.

3)

Cuando una estación es una estación receptora para la que va destinado un paquete, determina si el paquete será transmitido, y con qué nivel de potencia. La estación receptora sabe qué cociente señal/interferencia (Signal-to-Interference Ratio, SIR) se requiere para la recepción satisfactoria del paquete.

4)

Cada estación está preparada para realizar una medición de la ganancia de vía al final de cada transmisión (decodificada). La medición de la ganancia de vía se basa en el indicador de fuerza de la señal recibida (received-signal-strength indicator, RSSI) y en el nivel de potencia de transmisión anunciado en el paquete transmitido. Cada estación emplea esas mediciones para predecir situaciones de interferencia. En todo momento, la medición actual de interferencias se basa en el RSSI.

Resumen de la invención

Los ejemplos de realización modélicos de la invención tienen un planteamiento de mayor alcance con respecto al control de potencia de transmisión (TPC) que el esbozado por el IEEE 802.11 TGh, y tienen el objetivo de mejorar el rendimiento global del sistema en IEEE 802.11a, al igual que de otros modelos de acceso a canales basado en las señales RTS-CTS, hasta el mayor extremo posible. Al hacerlo, se abordarán de manera implícita los objetivos de QoS considerados por el IEEE 802.11 TGe.

Es un primer objeto de la invención exponer un método para el control de transmisión de un grupo de bucle abierto en un sistema con control central que supera el inconveniente de transmitir mensajes innecesariamente con potencia de transmisión excesiva, o sea, con más potencia de la requerida para alcanzar a todas las estaciones dentro de un grupo de estaciones organizadas para su comunicación.

Este objeto ha quedado expuesto por el contenido definido por la reivindicación independiente 1.

Además, el contenido de la reivindicación 1 garantiza que se emplee una potencia de transmisión suficiente para que cualquier estación dentro del grupo sea capaz de controlar el acceso a los medios o de comunicarse con cualquier otra estación dentro del grupo. Se consigue, además, que una primera estación dentro del grupo pueda, siempre que sea necesario, iniciar una medición de ganancia de vía (y, por ende, una estimación de la potencia de transmisión requerida) hasta al menos una estación dentro del grupo a través de un procedimiento de petición-respuesta. Cualquier estación dentro del grupo, incluida la estación primera, puede entonces determinar la ganancia de vía y, por ende, requerir una potencia de transmisión a eso que se ha definido como "al menos una estación". Este procedimiento se repite para que cualquier estación dentro del grupo determine la potencia de transmisión requerida para alcanzar a cualquier otra estación dentro del grupo.

Es un segundo objeto de la invención exponer un método para el control de transmisión de un grupo de bucle abierto en un sistema distribuido que supera el inconveniente de transmitir mensajes innecesariamente con potencia de transmisión excesiva, o sea, con más potencia de la requerida para alcanzar a todas las estaciones dentro de un grupo de estaciones organizadas para su comunicación.

Este objeto se ha logrado con el contenido definido por la reivindicación independiente 8.

Además, con la reivindicación 8 se garantiza que se emplee una potencia de transmisión suficiente para que cualquier estación dentro del grupo sea capaz de controlar el acceso a los medios o de comunicarse con cualquier otra estación dentro del grupo.

Según el contenido definido por la reivindicación independiente 8, una primera estación dentro del grupo puede, siempre que sea necesario, iniciar una medición de ganancia de vía (y, por ende, dar pie a una estimación de la potencia de transmisión requerida por ella misma). Cualquier estación dentro del grupo puede entonces determinar la ganancia de vía y, por ende, requerir potencia de transmisión a la primera estación. Este procedimiento se repite para que cualquier estación dentro del grupo determine la potencia de transmisión requerida para alcanzar a cualquier otra estación dentro del grupo.

Las reivindicaciones 1 y 8 de la invención describen mecanismos para asignar potencias de transmisión para las estaciones de un grupo con el objetivo de asignar potencias de transmisión a estaciones individuales, de modo que otras estaciones del grupo puedan al menos recibir mensajes de control, tales como los de RTS y CTS. Además, pueden utilizar el mecanismo propuesto los mensajes de datos enviados a destinos múltiples simultáneos y otros mensajes de control. Los dos mecanismos de la invención están basados en un control de potencia de bucle abierto a las estaciones que forman parte del grupo.

Breve descripción de los dibujos

Otros objetos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a las personas versadas en la especialidad a partir de la siguiente descripción detallada de los ejemplos de realización preferidos, cuando se lea conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que los elementos homólogos han sido designados con numerales similares y en los que:

Las Figuras 1A-1D muestran un intercambio de mensajes RTS-CTS-DATOS-ACK.

La Figura 2 muestra formatos modélicos de trama MAC de la norma IEEE 802.11.

La Figura 3 muestra la configuración del NAV junto con RTS-CTS.

La Figura 4 muestra la configuración del NAV cuando se emplea la fragmentación junto con RTS-CTS.

La Figura 5 muestra dos orígenes o estaciones/nodos emisores que procuran acceder al mismo canal en IEEE 802.11a.

La Figura 6 muestra un ejemplo de un TPC por niveles en un sistema de tipo IBSS (Independent Basic Service Set, Conjunto independiente de servicios básicos) en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 8 muestra la información de TPC derivada de una señal de BALIZA (BEACON) en IBSS, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

Las Figuras 9A y 9B muestran los cálculos de ganancia de vía IBSS procedentes de una señal de BALIZA, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 10 muestra una petición de información de TP emitida por un AP y que es objeto de respuesta por parte de una estación interpelada, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 11 muestra un ejemplo de intercambio de Petición_TP BSS (BSS TP_Request) y Respuesta_TP
(TP_Reply) que establece el conocimiento de la ganancia de la vía, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 12 muestra casos modélicos de elementos de información (Information Elements, IEs) Petición_TP y Respuesta_TP, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 13 muestra transmisiones concurrentes y adyacentes de DATOS permitidas por el TPC, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 14 muestra un perfil de interferencias en una estación receptora, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 16 muestra formatos modélicos de tramas, incluyendo campos de información de TP, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 17 muestra un formato de trama que incluye un campo genérico para información de TP y LA (Link Adaptation, Adaptación de enlaces), en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 18 muestra una tabla que describe unas normas de TPC que siguen un planteamiento a base de niveles, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 19 muestra un formato del elemento de petición de información relativa a la potencia de transmisión (Transmit Power Information Request Element), en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 20 muestra un formato del elemento de información relativa a la potencia de transmisión (Transmit Power Information Element), en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 21 muestra modificaciones de la señal de tipo BALIZA, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 22 muestra modificaciones de la petición de sonda (Probe Request), en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 23 muestra modificaciones de la respuesta de sonda (Probe Response), en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

La Figura 24 muestra un formato de petición P_{TX} (P_{TX} Request), en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención.

Descripción detallada de los ejemplos de realización preferidos

Los requerimientos reguladores europeos para la "banda de 5 GHz", definidos por el ERC (European Radiocommunications Committee, Comité europeo de comunicaciones de radio), limitan la EIRP (Effective Isotropically Radiated Power, Potencia efectiva radiada isotrópicamente) media a 200 mW y a 1 W, en la banda de 5150-5350 MHz (para interiores) y de 5470-5725 MHz (para interiores y exteriores), respectivamente. Además, la DFS (selección distribuida de frecuencias) se aplicará en ambas bandas en conjunción con el TPC (control de potencia de transmisión), funcionando éste tanto en la recepción como en la transmisión. Por lo tanto, los dispositivos IEEE 802.11 que funcionan en la zona del ERC deben satisfacer las condiciones especificadas. Dado que la norma IEEE 802.11 no incorpora en la actualidad los mecanismos de TPC requeridos, es un objetivo de ejemplos de realización modélicos de la presente invención presentar métodos relativos al TPC, de modo que puedan cumplirse las directrices del ERC. Al hacerlo es un objetivo adicional de ejemplos de realización modélicos de la presente invención facilitar métodos de TPC que posibilitan mejoras de enlace y en el rendimiento del sistema.

Pueden aplicarse ejemplos de realización modélicos de la presente invención, tanto en WLANs 802.11 basadas en una infraestructura con un AP (punto de acceso), como en BSS (Basic Service Set, Conjunto de servicios básicos) de infraestructura, como en redes 802.11 ad hoc, o en BSS independiente (IBSS). La DCF (función de coordinación distribuida) a menudo ha sido el modo preferido de operatoria, al igual que el modo fundamental de acceso a canales del 802.11. Contra ese trasfondo, un modelo de TPC que adopte el modo de DCF como punto de inicio resulta coherente con ejemplos de realización modélicos de la invención. Los ejemplos de realización modélicos de la presente invención pueden extenderse o implementarse para que soporten el modo (E)PCF (función de coordinación puntual o función mejorada de coordinación puntual, Enhanced Point Coordination Function) o el HCF (Hybrid Coordination Function, Función de coordinación híbrida).

Los ejemplos de realización modélicos de la presente invención permiten no solo la adecuación a los requerimientos de la ERC, sino que también permiten una mejora significativa del rendimiento del sistema en cuanto a caudal de procesamiento, demora y una vida más prolongada de la batería. Los ejemplos de realización modélicos de la presente invención también proporcionan mecanismos y procedimientos para mejorar implícitamente la QoS (calidad de servicio) experimentada, al igual que para reducir la necesidad de solapamiento en la gestión del BSS. En conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención, se propone un TPC para IEEE 802.11 con alguna modificación en la especificación 802.11 MAC actual que puede ser incorporado como parte de los cambios dentro del entorno 802.11e.

En conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención, se presentan métodos, protocolos y estructuras marco que permiten TPC y LA (Link Adaptation, Adaptación de enlaces), tanto de forma conjunta como independiente, en conjunción con un modelo de acceso a canales basado en RTS/CTS. En conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención, se presentan mecanismos para diferenciar el TPC dependiendo de objetivos topológicos. En un ejemplo de realización modélico de la invención, se proporcionan mecanismos de TPC de grupo para tramas como las señales RTS y CTS. Nótese que el término "grupo" es sinónimo de conjunto de todas las estaciones en un BSS o en un IBSS, pero también puede interpretarse en otros agrupamientos no especificados en IEEE 802.11, o no explícitamente definidos en el mismo. Los ejemplos de realización modélicos de la presente invención también proporcionan un mecanismo de TPC para la mitigación de interferencias, de modo que no se interfiera con las estaciones que pertenezcan a otros grupos (BSSs o IBSSs, donde "BSS" se refiere al conjunto de servicios básicos, e "IBSS" se refiere al conjunto independiente de servicios básicos). A la vez que esto permite la reutilización del canal facilitado, se selecciona un nivel de TP (potencia de transmisión) adecuado. De forma alternativa, pueden emplearse dentro del grupo mecanismos de mitigación de interferencias, por ejemplo, en un grupo infinito o grande y
disperso.

A la hora de reducir la interferencia generada y minimizar el consumo de energía, resulta vital aplicar el modelo más agresivo y preciso de TPC para el grueso del tráfico de la red, que lo más probable es que consista en tramas de DATOS (y ACK). Después de las tramas de DATOS, las tramas de RTS y CTS pueden, dependiendo del valor de dot11RTSThreshold, ser relativamente comunes y, por ende, ser consideradas contribuyentes importantes a la interferencia no deseada y al consumo de energía. Dado que las tramas de RTS y CTS son por lo general más cortas que las tramas de DATOS, su aportación a la situación de interferencias medias globales también será en consecuencia menor. Las tramas que se dan solo ocasionalmente, tales como las balizas (beacons), tienen un impacto menor en la situación de interferencias medias. Además, aparte de disminuir el nivel de interferencias medias radiadas, también resulta de interés la cuestión de minimizar la interferencia pico y variaciones asociadas. Hay diferentes condiciones de tráfico que pueden alterar los supuestos anteriores, pero se cree que las afirmaciones hechas son ciertas en la mayoría, si no en la totalidad, de los escenarios relevantes. Esas cuestiones, junto con los objetivos expuestos con anterioridad, motivan los dos puntos siguientes. En primer lugar, una así denominada norma de TPC, que ha de definirse, que dé directrices muy genéricas relativas a los objetivos algorítmicos del TPC. En segundo lugar, un mecanismo de TPC, que ha de definirse, diseñado para soportar las normas de TPC.

En el segundo ejemplo de realización, TPC de Grupo, se envían las señales de RTS y CTS con una TP lo suficientemente elevada para que llegue a los miembros o estaciones que estén dentro del mismo grupo/BSS, pero preferiblemente con una TP lo suficientemente baja para que a) no alcance a los miembros que estén dentro de otro grupo, y b) para quedarse dentro de los límites y requerimientos reguladores de la TP. En este segundo ejemplo de realización, un propósito es reducir el impacto de las interferencias en las transmisiones de DATOS de otras estaciones debido al intercambio de mensajes RTS/CTS, cuando los mensajes de RTS y CTS se envían por el mismo canal y en transmisiones de DATOS potencialmente concurrentes.

Merece la pena aclarar más las razones para efectuar o permitir un TPC de grupo, porque el modelo convencional conocido de RTS-CTS no resuelve esto de manera inherente. La Figura 5 muestra un caso en el que dos estaciones IEEE 802.11a que pertenecen al mismo grupo intentan hacerse con el control del medio enviando señales de RTS y CTS, con velocidades de enlace de 6 Mbps. A causa de relaciones temporales desafortunadas que se dan entre la duración del comienzo de la señal RTS y el final de la señal de CTS, en relación con la estructura de ventana temporal (time slot, TS) de 802.11a, la detección de la portadora virtual para el emisor 1 (supuesto oculto para el emisor 2) únicamente funcionará aproximadamente 12 TSs después de que el emisor 2 accediese al medio en primer lugar. Sin embargo, la detección de la portadora física del emisor 1 necesitaría aproximadamente 8 TSs para detectar el CTS procedente del emisor 2. En consecuencia, aunque la detección de la portadora virtual mitiga los terminales ocultos a lo largo de la duración de la recepción de datos cuando se ha hecho reserva del canal, sigue haciendo falta la función tradicional de detección de portadora en la fase de RTS-CTS para IEEE 802.11a. Una consecuencia adicional es que resulta vital que las estaciones que pertenezcan al mismo grupo y que, por ende, compartan canal, empleen potencias de transmisión tales que todas las estaciones dentro del grupo puedan alcanzarse. Para ventanas de contención muy grandes y velocidades de enlace elevadas (por ejemplo, 54 Mbps), puede reducirse el impacto de este curioso efecto de bloqueo. Sin embargo, en IEEE 802.11, la razón para emplear las ventanas de contención mayores se da únicamente cuando la intensidad del tráfico es elevada, pero luego sigue siendo muy probable que las dos STAs continúen accediendo al canal dentro de, por ejemplo, 8 TSs.

En conformidad con un ejemplo de realización modélico de la invención, cada fase de RTS-CTS se alberga dentro de una única ventana temporal, de modo que el TPC pueda también depender de la función transmisora mediante la trama CTS.

En una variante del segundo ejemplo de realización del Nivel 2, se efectúa TPC de grupo para el mensaje CTS, mientras que se aplica la TP menor posible para la trama RTS. Esto aborda fundamentalmente el caso en el que la fase RTS-CTS pueda albergarse dentro de una única TS, o sea, no en un sistema IEEE 802.11a. El motivo de esto es que la recepción de paquetes de DATOS es más vulnerable que la recepción de ACKs, debido al tiempo de exposición a interferencias potencialmente mayor para la trama de DATOS.

En la Figura 6 se muestra un ejemplo ilustrativo pero simplificado de un sistema de tipo IBSS. En la figura se ilustra cómo distintas configuraciones de TP para diferentes tramas dan por resultado alcances de transmisión diferentes. Se utiliza el segundo ejemplo de realización del Nivel 2 (o sea, el Caso 2 del TPC de RTS-CTS). Nótese que en un IBSS, todas las estaciones envían balizas ocasionalmente y de forma regular, pero aquí se muestran únicamente dos gamas de balizas por simplificar. Como se muestra de forma específica en la Figura 6, el anillo 102 es el alcance de las transmisiones de DATOS para la estación T, y el anillo 104 es el alcance de las transmisiones de DATOS para la estación R. Un anillo 212 es el alcance de las transmisiones de tipo RTS para la estación T, y el anillo 214 es el alcance de las transmisiones de tipo RTS para la estación R. Como puede verse, los anillos 212, 214 son mayores que los anillos 102, 104. Aún mayores son los anillos 216, 218, que son los alcances de las transmisiones de tipo BALIZA de las estaciones F, H, respectivamente.

En lo que respecta al Nivel 2 (por ejemplo, TPC de RTS, CTS), el objetivo es determinar una configuración de potencia de transmisión tal que todas las estaciones o nodos dentro de un (I)BSS tengan un CIR (Carrier to Interference Ratio, Cociente entre portadora e interferencia) suficiente para poder recibir tramas. Este mecanismo también resulta útil para la configuración del TPC para la emisión y para el tráfico de envíos múltiples simultáneos dentro del (I)BSS, pero va dirigido fundamentalmente a las tramas de RTS y CTS.

Aunque el intercambio de tramas RTS-CTS evita de manera eficiente que las estaciones ocultas accedan al canal, lo que se mejora aún más con la detección de la portadora virtual, las propias tramas RTS-CTS precisan ser protegidas con la detección clásica de la portadora física. En consecuencia, resulta vital garantizar que todas las estaciones que estén dentro del mismo (I)BSS transmitan con potencia suficiente para alcanzarse entre ellas. Sin embargo, desde el punto de vista de las interferencias y del consumo de energía, es preferible cursar el envío con la potencia de transmisión menor posible. El TPC de grupo aquí propuesto intenta lograr un equilibrio entre esos dos objetivos un tanto contrapuestos.

Como se ha indicado con anterioridad, hace falta diferenciar un número de casos. Un primer caso es el TPC fijo. En un sistema en el que las tramas RTS y CTS de control no comparten el canal con las transmisiones de DATOS, la necesidad de mensajes TPC más precisos y restrictivos de tipo RTS y CTS es más baja que si se comparte el canal. Se puede considerar que el canal no está compartido cuando se separan las señales RTS, CTS, por ejemplo, en el tiempo (como, por ejemplo, en una estructura TDD/TDMA, donde "TDD" son las siglas de Time Division Duplex [Dúplex por división temporal] y "TDMA" son las siglas de Time Division Multiple Access [Acceso múltiple por división temporal]), en el código (como, por ejemplo, en el DS-CDMA, siglas de Direct Sequence Code Division Múltiple Access [Acceso múltiple por división de código de secuencia directa]), o en la frecuencia (como, por ejemplo, en el FDD, siglas de Frequency Division Duplex [Dúplex por división de frecuencias]). Un inconveniente de la división de frecuencias es que no puede considerarse que el canal sea recíproco, y, por ende, la ganancia del canal puede diferir para los canales de RTS, CTS y DATOS. Un método adicional para mitigar la influencia de las interferencias en los mensajes de RTS, CTS cuando se comparte el canal con DATOS es emplear un código de corrección de errores de ráfagas fuertes para DATOS. A manera de ejemplo, un código Reed-Solomon (RS) con una longitud de N símbolos RS con N-K símbolos RS redundantes puede corregir hasta floor((N-K)/2) símbolos RS desconocidos o hasta floor((N-K)) símbolos erróneos RS conocidos. Existen dos opciones modélicas para la señal de ACK. O bien se comparte el canal con DATOS usando el mismo modelo de TPC, o se comparte el canal con los mensajes de RTS, CTS usando el mismo modelo de TPC.

En consecuencia, el TPC regula la TP preferiblemente al nivel permitido de acuerdo con los requerimientos reguladores y a lo alcanzable por el propio equipo. Nótese que los sistemas de tipo BSS e IBSS no precisan ser diferenciados aquí desde la perspectiva del TPC.

Un segundo caso es el TPC de Grupo. Se ponen en juego dos métodos para gestionar sistemas de tipo BSS e IBSS.

El procedimiento para el TPC de Grupo IBSS está basado en facilitar información relativa al nivel de potencia de transmisión, P_{TX}, como elemento de información (information element, IE), en la Baliza (Beacon) regular de IBSS. Por lo tanto, P_{TX} representa meramente la potencia de transmisión empleada para la trama en el interior de la cual se transfiere el propio IE. La intencionalidad de usar la Baliza es porque satisface bien tanto la operatoria del modo de suspensión como los objetivos del Nivel 1. Aparte de la información relativa al nivel de potencia de transmisión, se envía en el mismo IE un nivel mínimo de potencia de recepción requerida, P_{RX\_min}.

Cada estación que recibe una Baliza con el IE determina la ganancia de vía y, subsiguientemente, la potencia de transmisión requerida. Cada estación verifica también que la Baliza se origine en una estación dentro del mismo IBSS. Con el tiempo, según se vaya haciendo un tanto aleatorio el tiempo de transmisión de la Baliza IBSS, se recibirán balizas procedentes de todas las estaciones que estén dentro del mismo IBSS y dentro del radio de alcance. Basándose en la información recogida, se selecciona la potencia de transmisión máxima requerida entre las estaciones. Las actualizaciones antiguas pierden validez con el tiempo, al no percibirse actualizaciones nuevas.

En un IBSS IEEE 802.11, cada STA (estación) intentará transmitir una trama de tipo BALIZA en el TBTT (Target Beacon Transmission Time, Tiempo de Transmisión de Baliza Destino) más una pequeña demora aleatoria. Una STA que perciba otra señal de BALIZA evitará transmitir. Como la señal de BALIZA es transmitida con una potencia relativamente elevada, todas las STAs que estén dentro del BSS tienen suficiente SNR (Signal to Noise Ratio, Cociente señal/ruido) para decodificar correctamente el mensaje, salvo cuando se den colisiones, casos en los que la decodificación puede fallar.

Un IE adicional (aparte del ya existente en la norma IEEE 802.11-1999) indica el nivel de TP, P_{TX}(BALIZA), que se emplea cuando se envía la señal de BALIZA. El IE se incorpora en la propia trama de la señal de BALIZA, como se ve, por ejemplo, en la Figura 21. Dado que se conocen P_{TX}(BALIZA) y la potencia de la señal recibida P_{RX}(BALIZA) derivada de la trama de la señal de BALIZA, puede calcularse la ganancia de vía. Esto se repite para todas las señales de BALIZA recibidas. Subsiguientemente, se extrae la ganancia de vía mínima de cualquier STA que pertenezca al mismo IBSS, y se emplea para calcular la TP para el mensaje de RTS y CTS. De manera alternativa, se emplea el procedimiento de TPC de Grupo descrito más abajo cuando las STAs requieren una potencia de recepción mínima diferente.

Una ventaja de aprovechar la señal de BALIZA es que las STAs dotadas de ahorro de energía despiertan y están a la escucha de señales de BALIZA.

La Figura 8 muestra una estación que envía una señal de BALIZA que es recibida por varias STAs dentro del mismo IBSS. Como se ve en la Figura 8, una STA (estación) que envía una señal de BALIZA pone primero P_{TX}(BALIZA) a un nivel máximo permitido, e indica el valor de P_{TX}(BALIZA) en la propia señal de BALIZA. De manera opcional, la STA (estación) que envía la señal de BALIZA determina también la P_{RX\_min} y también indica la P_{RX\_min} en la señal de BALIZA. A continuación, la estación envía la señal de BALIZA a otras STAs (estaciones), y cada una de las demás estaciones mide la P_{RX}(BALIZA) y luego determina la ganancia de vía y la potencia de transmisión requerida.

Cuando en la señal de BALIZA va indicada la P_{RX\_min}, puede lograrse una determinación más precisa de la potencia de transmisión requerida, ya que se requiere un valor estimado de P_{RX\_min}, si no va indicado en la señal de BALIZA.

En las Figuras 9A-B se muestra una vista alternativa del efecto de recibir la señal de BALIZA con información de TPC transportada con ella. El anillo 902 indica el alcance de transmisión de la señal de BALIZA de la estación o nodo C, y G_{CA}, G_{CB}, G_{CE}, G_{CF} y G_{CG}, respectivamente, representan la ganancia de vía desde el nodo C a cada uno de los nodos o estaciones A, B, E, F y G. En primer lugar, la estación C envía una señal de BALIZA, como se muestra en la Figura 9A, y, subsiguientemente, otra estación enviará la señal de BALIZA. En un momento posterior, cada STA tendrá reconocimiento en cuanto a la ganancia media de vía para cada STA, de la que reciben la señal o señales de BALIZA, dentro del mismo IBSS, y posiblemente también de otros IBSSs. La ilustración de la Figura 9B indica el conocimiento adquirido por la estación B relativo a la ganancia de vía, con las ganancias de vía G_{AB}, G_{CB}, G_{FB}, G_{GB} entre la estación B y las estaciones A, C, F y G, respectivamente. Según se mueve la estación, se da por sentado que disminuye el peso de la información antigua relativa a la ganancia de vía.

Con respecto a sistemas de tipo BSS en el TPC de Grupo, el procedimiento para el TPC de Grupo en BSS es un tanto similar al procedimiento para el IBSS, pero la secuencia de sondeo de canales está dirigida por el AP. El AP emite una petición de información relativa a la potencia de transmisión dirigida hacia una STA seleccionada. Esta petición es enviada mediante un IE, llevado, por ejemplo, en una petición de Sonda (Probe) u otra trama adecuada, por ejemplo, inmediatamente después de la señal de baliza. Subsiguientemente, se devuelve una respuesta de Sonda u otra trama adecuada desde la STA a la que se ha dirigido lo anterior con otro IE que indique la información de la potencia de transmisión empleada P_{TX} y, preferentemente, también un nivel mínimo de potencia de recepción requerida, P_{RX\_min}. La petición de Sonda y la respuesta de Sonda (o tramas adecuadas alternativas) emplean la regla de configuración del TPC del Nivel 1. Cada STA que reciba la respuesta de Sonda (o tramas adecuadas alternativas) con el IE determina la ganancia de vía y, subsiguientemente, la potencia requerida de transmisión. Cada STA verifica también que la trama se origine en una STA dentro del mismo BSS. Con el tiempo, se reciben tramas con el IE deseado de todas las STAs que estén dentro del mismo BSS y dentro del radio de alcance. Para cada STA individual, se selecciona entonces la máxima
potencia de transmisión requerida entre las STAs teniendo en cuenta el cambio de la ganancia de canal con el tiempo.

La secuencia de escrutinio de las STAs que pertenecen a una BSS es un asunto específico a la implementación y no está definida en la norma. Nótese que el modelo permite a quienes implementen el modelo que ajusten la P_{RX\_min} y que gestionen la dinámica del algoritmo de cualquier manera que resulte deseable. Nótese también que, regulando la P_{RX\_min}, las estaciones procurarán compensar de forma adaptativa la potencia de recepción deseada en presencia de BSSs adyacentes que causen interferencias. De aquí que, si la potencia de transmisión máxima de dominio es la óptima, el sistema afinará los parámetros de potencia de transmisión en consecuencia. En cambio, otras situaciones conservarán los recursos, en vez de lo anterior. Además, como la información del Nivel 1 no va a interferir con el tráfico del Nivel 2, debido a la división temporal, la medición de interferencias, que guía la configuración de la P_{RX\_min}, debería excluir preferiblemente la interferencia relacionada con el Nivel 1.

De manera específica, en un BSS IEEE 802.11, el AP envía la señal de BALIZA, mientras que las STAs que no sean AP no envían ninguna señal de BALIZA, y, en consecuencia, la solución de IBSS no funciona. Sin embargo, inmediatamente antes, durante o después de la señal de BALIZA, el AP efectúa una Petición de TP (TP_Request) de las STAs que no sean AP. Solicita de una o más STAs que pertenezcan al BSS que envíen una Respuesta de TP (TP_Response) con la correspondiente configuración de TP transmitida en su interior. Preferiblemente, la Respuesta de TP se envía con la misma configuración de TP que está usando la señal de BALIZA. Debería notarse que las STAs que estén dentro de un BSS pueden usar cualquier indicación de potencia de transmisión en la señal de BALIZA para determinar la potencia de transmisión requerida hacia el AP.

Se vislumbran diversas opciones de cómo puede implementarse esto, pero no están limitadas a los ejemplos de realización modélicos dados aquí. Un mensaje específico de Petición de TP es definido como un IE. Se emplea otro IE para la Respuesta de TP, que indica el nivel usado de TP para el mismo mensaje en el que se transmite. El IE de Petición de TP puede incluirse, por ejemplo, en una señal de BEACON (baliza), de PROBE_REQUEST (petición de sonda), o en una así llamada trama genérica de gestión (GENERIC_MANAGEMENT_FRAME) que está actualmente en fase de desarrollo en la normalización de las mejoras al IEEE 802.11. El IE de Respuesta de TP puede incluirse, por ejemplo, en una señal de PROBE_REQUEST (petición de sonda), de PROBE_RESPONSE (respuesta de sonda) o en una así llamada trama genérica de gestión (GENERIC_MANAGEMENT_FRAME).

El modelo de escrutinio de TP del AP puede lograrse, por ejemplo, a manera de liga o encaminarse hacia STAs que se espera que estén en el límite de cobertura.

Nótese que si el grupo de STAs definidas por el BSS o el IBSS abarca un gran alcance existe la posibilidad de que la TP se ponga al mismo nivel que el nivel de TP de la señal de BALIZA para las tramas RTS-CTS.

En un ejemplo de realización opcional, el IE incluye no solamente la P_{TX}(TRAMA) con la TP [TP P_{TX}(FRAME)] empleada, sino también una medición de la potencia de recepción mínima requerida P_{RX\_min}. Cuando se define P_{RX\_min}, se asume la tasa de enlace más baja conocida.

La Figura 10 muestra un caso modélico en el que un AP emite un IE de Petición de TP en una señal de BALIZA. Como se ve en la Figura 10, en el paso 1002 un AP (punto de acceso) que envía una señal de BALIZA selecciona una, u, opcionalmente, más estaciones (STAs), e indica un IE de Petición de TP en la señal de BALIZA. Más tarde, en el paso 1006 la estación contactada responde a la petición a) poniendo P_{TX}(TRAMA) a un nivel máximo permitido, b) indicando la P_{TX}(TRAMA) en un IE con la Respuesta de TP, c) determinando opcionalmente P_{RX\_min} e indicando la P_{RX\_min} determinada en la Respuesta de TP en el IE. En el paso siguiente, 1008, la estación contactada emite el IE con la Respuesta de TP con cualquier tipo adecuado de trama. Si se contactaron estaciones múltiples, responden de manera ordenada de acuerdo con la secuencia de contacto. Cada trama está separada por un SIFS (Short Interframe Space, Miniespacio intertrama). En los pasos 1010, 1012, las otras estaciones que reciben la(s) trama(s) que contiene(n) el o los IE con la Respuesta de TP miden la P_{RX}(TRAMA) y determinan la ganancia de vía y la potencia de transmisión requerida (e incluyen opcionalmente información explícita de la P_{RX\_min} en la determinación de la potencia de transmisión si P_{RX\_min} se recibe en el IE con la Respuesta de TP).

Las Figuras 11A-B muestran una vista alternativa del intercambio de la Petición de TP y la Respuesta de TP con la ganancia de vía calculada indicada. En la Figura 11A, la estación C es un AP y tiene un alcance de transmisión indicado por el anillo 1102, y ganancias de vía G_{CA}, G_{CB}, G_{CE}, G_{CF} y G_{CG} desde la estación C a cada una de las estaciones A, B, E, F y G, respectivamente. La Figura 11A también muestra una petición de TP enviada desde la estación C (AP) a la estación G.

La Figura 11B muestra una situación similar, pero desde el punto de vista privilegiado de la estación G. El anillo 1104 indica el alcance de transmisión de la estación G, y se muestran las ganancias de vía G_{GA}, G_{GB}, G_{GC}, G_{GE} y G_{GF} desde la estación G hasta a cada una de las estaciones A, B, C (AP), E y F, respectivamente. También mostrada es una Respuesta de TP procedente de la estación G a la estación C (AP).

A continuación se expondrán algunos aspectos generales relativos al Caso 2 (TPC de Grupo) del Nivel 2. En particular, la Figura 12 muestra el contenido del IE con la Petición de TP y la respuesta de TP, y su lugar en un cuerpo de tramas de gestión de tipo arbitrario. El Cuerpo de Tramas de Gestión (Management Frame Body) 1204 incluye múltiples campos fijos, y también IEs múltiples. Cada IE tiene un formato 1206, que incluye una ID (identidad) de Elemento (Element ID) de un octeto o byte, un campo de Longitud de un octeto, y un campo de Información que tiene una longitud indicada en el campo de Longitud. Nótese que la Petición de TP se emplea únicamente en la operatoria del BSS. La tabla 1202 mostrada en la Figura 12 describe un formato modélico de Petición de TP (correspondiente a la ID x de Elemento en la tabla), y describe un formato modélico del IE con Respuesta de TP (correspondiente a la ID y de Elemento en la tabla). La Figura 20 muestra también un formato modélico de un IE (Elemento de Información) de Potencia de Transmisión, y la Figura 19 muestra un formato modélico de Elemento de Información de Petición de Potencia de Transmisión.

La Figura 21 muestra cómo puede modificarse una trama de Gestión de subtipo BALIZA para que incluya tres nuevos IEs, en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención. En particular, el undécimo IE de la trama puede incluir Información de Dominio; el duodécimo IE de la trama puede ser un Elemento de Petición de Información de Potencia de Transmisión; y el decimotercer IE de la trama puede ser un Elemento de Información de Potencia de Transmisión. Debería notarse que el Elemento de Petición de Información de Potencia de Transmisión podría también incluirse en otras tramas, como las tramas de gestión. Nótese también que el Elemento de Información de Potencia de Transmisión podría opcionalmente incluirse también en la señal de BALIZA para un BSS.

La Figura 22 muestra cómo puede modificarse una solicitud de sonda en conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención para que incluya un Elemento de Petición de Información de Potencia de Transmisión. La Figura 23 muestra cómo puede modificarse una respuesta de sonda para que incluya un Elemento de Información de Potencia de Transmisión.

En un ejemplo de realización modélico de la invención, las normativas del TPC de grupo pueden emplearse únicamente hacia la trama CTS, mientras que la trama RTS emplea una configuración de TP con respecto al receptor al que va destinado. Los modelos representados antes para que el TPC de RTS, CTS adquiriese conocimiento del TP de grupo se emplean, por lo tanto, meramente para la trama CTS. El nivel de TP RTS se determina con un algoritmo independiente, pero limitado por arriba por la configuración de TP para la trama CTS. Cualesquiera mensajes percibidos que lleven información de TP (como se ha descrito más arriba, por ejemplo) y que sean enviados por el receptor al que van destinados, pueden usarse como entradas para determinar el nivel de TP para la trama de RTS.

Un ejemplo de realización modélico del algoritmo de grupo para TPC incluye los pasos siguientes: Monitorizar el canal para identificar mensajes que lleven un IE que indique la TP de la trama correspondiente. A continuación, determinar si el IE fue enviado por una STA k perteneciente al mismo (grupo) (I)BSS y, en tal caso, determinar la TP requerida. Si el IE incluye información de interferencias, también esto se considera cuando se determina la TP de P_{TX}(RTS)_{k}. Preferiblemente, la TP es determinada para la tasa más baja de datos, que requiere la menor TP y para minimizar, por lo tanto, la interferencia generada de picos. A continuación, se hace P_{TX}(RTS) = máx(P_{TX}(RTS), …P_{TX}(RTS)_{k} , …P_{TX}(RTS)_{K}), donde k indicia las estaciones (STAs) dentro del mismo (grupo) (I)BSS. Para un mensaje de CTS se emplea la misma TP, por ejemplo P_{TX}(CTS) = P_{TX}(RTS).

En conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención, se presenta un procedimiento para aumentar la reutilización espacial mediante el Control de la Mitigación de Interferencias de Bucle Abierto, tal como se esboza más adelante. Con este procedimiento, una estación o nodo puede determinar la TP máxima permitida y puede transmitir tramas sin perturbar (en ningún grado apreciable) comunicaciones en marcha que no serían permitidas bajo las reglas actuales de acceso a canales en la norma IEEE 802.11-1999.

De manera específica, las indicaciones de TP y de la potencia de recepción máxima permitida P_{RX\_max} están incluidas en la información de cabecera de fundamentalmente las tramas de RTS y CTS, pero también en las tramas de DATOS y ACK, y derivan de las mismas. La potencia de recepción máxima permitida P_{RX\_max} tiene que ver con la interferencia y el nivel de ruido experimentados. Es sumamente importante incluir y detectar la información en la cabecera de la trama CTS, puesto que la recepción de tipo DATOS es, por lo general, más vulnerable a la interferencia que, por ejemplo la de ACK, debido a tramas por lo general más largas y posiblemente también a un CIR requerido más elevado resultante de tasas de enlace más altas. Debería notarse que P_{RX\_max} puede determinarse opcionalmente a partir de P_{RX\_min} estableciendo un nivel para P_{RX\_min} que sea suficientemente menor que P_{RX\_max}.

La Figura 13 muestra dos pares de estaciones (T1, R1) y (T2, R2) que se comunican entre sí. Se muestran las ganancias de vía G_{11}, G_{12}, G_{21}, G_{22}, que indican la ganancia de vía entre T1 y R1, T1 y R2, T2 y R1, y T2 y R2. El anillo 1302 indica el alcance de la transmisión de la estación o nodo T1, y el anillo 1304 indica el alcance de la transmisión de la estación o nodo T2. Bajo la norma IEEE 802.11, la estación T2 y la estación R2 no serían normalmente capaces de transmitir, ya que la estación T1 y R1 ya están utilizando el medio. Sin embargo, si la TP para los pares de estaciones puede cumplir las condiciones

(2)\frac{C_{1}}{I_{1}} = \frac{P_{1} \cdot G_{11}}{P_{1}\cdot G_{21}} \geq \gamma_{min}

y

(3)\frac{C_{2}}{I_{2}} = \frac{P_{2} \cdot G_{22}}{P_{1}\cdot G_{12}} \geq \gamma_{min}

donde C/I es el cociente de interferencia, P es la potencia de transmisión, G es la ganancia de canal y \gamma_{min} es el cociente C/I mínimo requerido para una recepción probable; entonces puede resultar posible albergar o permitir transmisiones múltiples y "solapadas".

Asumiendo en la Figura 13 que la estación T2 ha adquirido de la estación R2 un conocimiento de la ganancia de vía y de la potencia de recepción máxima permitida (por ejemplo, percibiendo un CTS anterior con indicación de duración), puede enviar una trama (por ejemplo, de tipo RTS o DATOS), siempre que se cumpla la siguiente condición:

(4)P_{2} \leq \frac{P_{1} \cdot G_{11}}{\gamma_{min} \cdot G_{21}}= \frac{P_{RX_{max}}}{\gamma_{min} \cdot G_{21}}

Sin embargo, la trama solo es probable que se reciba en la estación R2 si se cumple

(5)P_{2} \geq \frac{\gamma_{min} \cdot P_{1} \cdot G_{12}}{G_{22}}

Es importante notar que tanto la estación T2 como la estación R2 deben garantizar que ninguna de las dos esté interfiriendo con la estación T1 ni con la estación R1. Un fallo de respuesta de la estación R2 puede ser debido a interferencias, ya sea de la estación T1 o de la estación R1. En tal caso, la transmisión se posterga hasta que el canal se libere, de acuerdo con las reglas tradicionales de la norma IEEE 802.11-1999.

Como la norma IEEE 802.11 utiliza un canal compartido entre RTS, CTS y DATOS, esto quiere decir que los mensajes RTS, CTS están sujetos a un control de tipo TP. Como consecuencia de esto, no existe garantía de que puedan detectarse P_{TX}(RTS), P_{TX}(CTS), P_{RX\_max} y Duración.

En un sistema que no sea IEEE 802.11 con un canal en el que los mensajes RTS, CTS no tengan un impacto directo sobre el éxito de la recepción de mensajes de DATOS, entonces la información relativa a P_{TX}(RTS), P_{TX}(CTS), P_{RX\_max} y a la Duración puede distribuirse de forma más amplia gracias a que los mensajes de tipo RTS, CTS pueden utilizar un TPC menos agresivo.

En el caso de que se determine, por ejemplo, que una trama RTS que precise P_{TX}(RTS) puede enviarse con buen margen sin perturbar una comunicación en curso, la LA(RTS) empleada puede aumentarse en la medida en que se permita que aumente P_{TX}(RTS).

Ahora se presenta un procedimiento para determinar I_{RX}. Este procedimiento puede emplearse, por ejemplo, en el TPC para DATOS y en la LA para DATOS de Bucle Cerrado del Nivel 3 y en el TPC Conjunto y en el modelo de LA para DATOS descrito con anterioridad. El valor determinado de I_{RX} puede emplearse también cuando se determine una P_{RX\_min} que pueda transmitirse de manera subsiguiente en al menos una de las siguientes: a) tramas del nivel 1; b) tramas del nivel 2; o c) tramas del nivel 3. Al recibir el mensaje RTS, la estación receptora R determina preferentemente el cociente instantáneo entre portadora e interferencia (Carrier to Interference Ratio, CIR). Como opción preferida, la interferencia no se determina sólo basándose en el RSSI (indicador de fuerza de la señal recibida), sino que se determina también basándose en la información relativa a la DURACIÓN, que se ha derivado del tráfico percibido entre otras STAs. Así puede determinarse el I_{RX} esperado al inicio de la recepción de una trama de DATOS. La Figura 14 muestra un perfil de interferencia en la estación receptora R, y el cronometraje de las señales de tipo RTS y DATOS procedentes de un Origen (Source), con respecto a la señal de tipo CTS procedente del destino (la estación receptora R). Como se ve en la Figura 14, se da un periodo DIFS antes de que se envíe la señal RTS, y un DIFS separa en el tiempo la señal RTS de la señal CTS, y un SIFS separa también en el tiempo la señal CTS de la trama de DATOS. El perfil de interferencia en el destino indica que la interferencia se mide en las tramas percibidas con información de duración. En este ejemplo, la interferencia aumenta antes de que comience el periodo de DIFS, y luego decrece a un nivel inferior después del mensaje de CTS, antes de la transmisión de DATOS. Nótese que I_{RX} puede además filtrarse también para que refleje mejor una media tomada a lo largo de un tiempo prolongado del nivel de interferencia.

En conformidad con ejemplos de realización modélicos de la invención, se presenta también un procedimiento para determinar la potencia mínima necesaria de recepción. La potencia mínima necesaria de recepción, P_{RX\_min}, se emplea para el TPC de grupo de las tramas de RTS y CTS, de tal modo que puedan alcanzar a cada estación a la que vayan destinadas, incluidas las estaciones que experimenten interferencia distinta o que tengan niveles básicos de ruido diferentes. Esta información se distribuye normalmente en elementos de IE, por ejemplo los definidos en las Figuras 12 y 19-23. Sin embargo, cuando las tramas (por ejemplo, las de CTS) también incluyen P_{RX\_max}, como se ha expuesto con anterioridad, esa información proporcionará un dato adicional de entrada para determinar la P_{RX\_min} mediante la relación

(6)P_{RX_{min}} = \frac{P_{RX_{max}}}{Constante}

donde la constante típicamente es el cociente requerido de portadora a interferencia, \gamma_{min}. También puede emplearse el procedimiento recíproco, o sea, dada P_{RX\_min} en una trama, puede determinarse P_{RX\_max}.

En lo que respecta a una red de salto múltiple, una red de salto múltiple que emplee un modelo de acceso a canal basado en RTS, CTS puede utilizar los métodos propuestos y lograr ventajas adicionales sobre las ya expuestas. En algunas redes de salto múltiple contempladas, se emplea la ganancia de vía como coste a la hora de calcular la vía más corta al destino. Con esta métrica, la vía más corta es la vía con la mínima TP requerida, al igual que la que genera mínima interferencia. Al determinar el coste de la vía más costa, es preciso obtener la ganancia de vía a STAs vecinas. Si todas las tramas, incluidas las de RTS, CTS, pero también, por ejemplo, las de tipo BALIZA, enviándose éstas con TP elevada, llevan tal información de TP, entonces pueden reducirse potencialmente la carga e intensidad de los mensajes que sondean las ganancias de vía a los vecinos. Otra cuestión es que un conocimiento más preciso de la ganancia de enlace resulta útil en el así llamado control topológico. El control topológico es una técnica perfectamente conocida para mantener una conectividad suficiente y sensata en una red de salto múltiple cuando se emplea el TPC.

En lo que respecta a la capacidad de enlace asimétrico, debido al planteamiento de bucle cerrado para el TPC para mensajes de DATOS y ACK, los ejemplos de realización modélicos de la invención contemplan el caso de que se den un enlace o enlaces asimétricos. Esto puede ser debido a varias razones, incluyendo, por ejemplo, las razones siguientes. La comunicación en cada dirección tiene lugar por medio de un canal estacionario no recíproco, pero de breve duración, por ejemplo, de tipo Dúplex por división de frecuencias (Frequency Division Duplex, FDD). Las estaciones tienen capacidades de TP y LA diferentes. La situación relativa a las interferencias es diferente en los dos STAs que están en comunicación. Los casos simétricos se gestionan de manera automática, ya que son casos degenerados de los casos más asimétricos.

Las asimetrías en el ruido y en las interferencias también están soportadas para el TPC de RTS, CTS, puesto que puede incluirse P_{RX\_min}.

En lo que respecta a la estructura de las tramas, hay disponibles varios ejemplos de realización diferentes para las tramas, dependiendo de hasta qué extremo se aprovechen los mecanismos definidos en esta exposición. Los tamaños de los elementos de trama propuestos son únicamente a título de ejemplo y pueden diferir en la realidad. Se emplean estructuras modélicas de trama tal como se definen en la norma IEEE 802.11-1999, pero resultan concebibles otros formatos de trama con funcionalidad similar. Por ejemplo, la información de TPC y LA puede no estar señalada solamente en las tramas OSI de Capa 2 (MAC), sino también, por ejemplo, en las tramas OSI de Capa 1 (PHY) o en las OSI de Capa 3 (Red).

En un primer escenario, el formato de la trama es como se presenta en la Figura 15. Este escenario aborda el TPC y la LA de bucle cerrado para DATOS, una señal sucesiva de ACK y soporte opcional de fragmentos múltiples de DATOS. En la trama RTS mostrada en la Figura 15, los campos son los mismos que los definidos en la norma IEEE 802.11-1999. En cada una de las tramas de CTS, DATOS y GESTIÓN, y en las de ACK, se incluye un campo nuevo de un octeto o byte, por ejemplo entre los campos RA (Receive Address, Dirección de recepción) y FCS (Frame Check Sequence, Secuencia de comprobación de trama) de la trama CTS. Este nuevo campo es obligatorio en la trama CTS, pero es opcional en las demás tramas. El nuevo campo puede incluir a) TPC de Bucle Cerrado (Closed Loop, CL), o b) LA de CL, o c) TPC y LA conjuntos de CL. Por ejemplo, el campo puede incluir una Petición P_{TX}. La Figura 24 muestra un formato modélico de la Petición P_{TX}, que incluye una sección reservada de bits B0-B1 y una sección de datos de bits B2-B7, que incluye información de CL-TPC en pasos de 1dB. En la trama de tipo DATOS y GESTIÓN mostrada en la Figura 15, se emplea el nuevo campo si la(s) trama(s) ACK está(n) ajustada(s). En la trama ACK, el campo nuevo se emplea si la(s) trama(s) sucesiva(s) de DATOS está(n) ajustada(s).

En un segundo escenario que aborda el TPC de bucle abierto para la mitigación de interferencias, el formato de trama es como se muestra en la Figura 16. En cada una de las tramas de RTS, CTS, DATOS y GESTIÓN, y en las de ACK, se incluye un campo nuevo de un octeto o byte, por ejemplo entre los campos de Dirección de Transmisión (Transmit Address, TA) y FCS, y los campos de Dirección de recepción (RA) y FCS, respectivamente. El nuevo campo (con respecto a la norma IEEE 802.11-1999) es un campo P_{TX}-P_{RX\_max} que incluye P_{TX} únicamente, o bien P_{TX} y P_{RX\_max} combinadas. Este nuevo campo puede ser obligatorio en las tramas RTS y CTS, pero es opcional en la trama de tipo DATOS y GESTIÓN y en la trama de tipo ACK. En la trama de tipo DATOS y GESTIÓN y en la trama de tipo ACK, se usa el nuevo campo si al menos se han de enviar fragmentos sucesivos de DATOS.

La Figura 17 muestra el formato genérico de trama definido en la norma IEEE 802.11-1999. En él se incluye un campo genérico de longitud X para cualquier tipo de combinación de información de TPC, LA o TP y de umbral de la potencia de recepción.

En resumen, los ejemplos de realización modélicos de la presente invención suponen numerosas ventajas. Por ejemplo, los mecanismos propuestos, los protocolos y las estructuras de las tramas permiten una gestión avanzada y precisa de la RRM (Radio Resource Management, Gestión de recursos de radio) mediante TPC y LA bajo topologías tales como IBSS, BSS y redes totalmente distribuidas. Además, tanto el mecanismo de TPC como el de LA son en gran medida instantáneos gracias a la facilitación de información de TPC y LA en las tramas de RTS y CTS (y, opcionalmente, en las tramas de DATOS y ACK). Como el grueso de la interferencia procede (o debería proceder) de la transmisión de datos, unos TPC y LA instantáneos muy estrechos reducen la interferencia generada a un mínimo residual. Además, dado que el grueso del consumo energético procede (o debería proceder) de la transmisión de datos, unos TPC y LA instantáneos muy estrechos reducen el consumo de energía a un mínimo residual. La invención da soporte a los enlaces asimétricos. La invención da soporte al TPC basado en grupos para tramas RTS y CTS y, por ende, reduce la interferencia generada, al igual que el consumo energético relacionados con tales mensajes a un mínimo residual. La invención reutiliza la señal de Baliza (Beacon) y el Tiempo de Transmisión de Baliza Destino (Target Beacon Transmission Time, TBTT) para la medición de las ganancias de vía, satisfaciendo así perfectamente los objetivos de ahorro de potencia, aparte de ser eficiente en el consumo de potencia. Se logra una reutilización espacial mayor al acondicionar el acceso a canal para que se permita, siempre que la comunicación en curso no se vea perturbada apreciablemente. Un planteamiento basado en niveles de TPC con pocas transmisiones ocasionales con TP elevada que guíen muchas transmisiones regulares con TP reducida disminuye la interferencia generada, reduce el consumo de potencia, y lo hace hasta un mínimo residual, mientras que la capacidad del sistema se ve mejorada potencialmente. Las redes de salto múltiple pueden aprovechar de manera adicional la información de TP distribuida en, por ejemplo, las tramas RTS, CTS y calibrar, por lo tanto, reduciendo la carga, una intensidad de tramas sonda a los vecinos utilizadas para determinar la ganancia media de vía a los vecinos, lo que puede emplearse en la métrica de la vía más corta o para el control de la topología.

Por lo tanto, los ejemplos de realización aquí expuestos se considera en todos los sentidos que son ilustrativos y no restrictivos. El ámbito de la invención queda indicado por las reivindicaciones adjuntas, no en la descripción precedente, y todos los cambios que estén dentro del significado y ámbito y equivalentes de los mismos se entiende que quedan cubiertos por ellas.

Claims (14)

1. Un método para el control de potencia de transmisión en grupos de bucle abierto en un sistema inalámbrico, que consta de los pasos de:

seleccionar (1002), por parte de una primera estación, al menos una estación dentro del grupo;

transmitir (1004) desde la primera estación una petición de información de potencia de transmisión desde una primera estación hasta lo que se acaba de definir como "al menos una" de las estaciones seleccionadas;

transmitir (1008) una respuesta de potencia de transmisión en una trama, constando la trama de información de la potencia de transmisión para la trama (1006), a cualquier estación próxima desde lo que se ha definido como "al menos una" de las estaciones seleccionadas de una manera ordenada, evitando colisiones;

recibir (1010; 1012) la trama en cualquier estación próxima desde lo que se ha definido como "al menos una" de las estaciones seleccionadas, y determinar la ganancia de vía basándose en la fuerza medida de la señal de la trama recibida y en la información de potencia de transmisión contenida en la trama recibida;

seleccionar las ganancias de vía que se originan en el grupo;

determinar la potencia requerida de transmisión para alcanzar cualesquiera de las ganancias de vía seleccionadas;

seleccionar el valor mínimo de a) la más elevada entre las potencias de transmisión requeridas determinadas en el paso previo y b) la potencia permitida de transmisión, donde la potencia permitida de transmisión esté determinada por requerimientos reguladores y la capacidad de potencia de transmisión de las estaciones; y

asignar la potencia de transmisión seleccionada a los mensajes de aceptación del envío (Cleared To Send, CTS) procedentes de cualquier estación próxima.

2. El método de la Reivindicación 1, en el que el sistema inalámbrico sea un sistema de infraestructura o un Conjunto de servicios básicos (Basic Service Set, BSS) y en el que la petición de potencia de transmisión se transmita como elemento de información en una trama IEEE 802.11 de gestión.

3. El método de la Reivindicación 2, en el que la trama de gestión sea una baliza, petición de baliza o una trama genérica de gestión.

4. El método de la Reivindicación 1, en el que la respuesta de potencia de transmisión se transmita como elemento de información en una trama IEEE 802.11 de gestión.

5. El método de la Reivindicación 4, en el que la trama de gestión sea una petición de baliza, una respuesta de baliza o una trama genérica de gestión.

6. El método de la Reivindicación 3, en el que la configuración de la potencia de transmisión RTS se determine basándose en parámetros de entrada relacionados únicamente con la estación de destino.

7. El método de la Reivindicación 1, que comprenda la asignación de la potencia de transmisión seleccionada a mensajes de petición de envío (Request To Send, RTS).

8. Un método para el control de potencia de transmisión en grupos de bucle abierto en un sistema inalámbrico, que consiste en:

transmitir, desde una primera estación, una trama que transporta información de potencia de transmisión para la trama a cualquier estación próxima;

la recepción de la trama, por parte de una estación próxima, y la determinación de la ganancia de vía basándose en la fuerza medida de la señal de la trama recibida y en la información de potencia de transmisión contenida en la trama recibida;

seleccionar ganancias de vía que se originan en el grupo;

determinar la potencia requerida de transmisión para alcanzar cualesquiera de las ganancias de vía seleccionadas;

seleccionar el valor mínimo de a) la más elevada entre las potencias de transmisión requeridas determinadas en el paso previo y b) la potencia permitida de transmisión, donde la potencia permitida de transmisión esté determinada por requerimientos reguladores y la capacidad de potencia de transmisión de las estaciones; y

\newpage

asignar la potencia de transmisión seleccionada a los mensajes de aceptación del envío (Cleared To Send, CTS) procedentes de cualquier estación o estaciones próximas.

9. El método de la Reivindicación 8, en el que el sistema inalámbrico consista en un sistema sin estructura o Conjunto independiente de servicios básicos (Independent Basic Service Set, IBSS) y en el que la trama sea una trama 802.11 de tipo BALIZA.

10. El método de la Reivindicación 8, en el que la trama conste de una indicación de una potencia mínima requerida de recepción.

11. El método de la Reivindicación 10, en el que la potencia mínima requerida de recepción se establezca con respecto a un nivel indicado de potencia de transmisión.

12. El método de la Reivindicación 10, en el que la potencia requerida de transmisión se determine basándose en la potencia mínima requerida de recepción.

13. El método de la Reivindicación 8, en el que la potencia requerida de transmisión RTS se determine basándose en parámetros de entrada relativos únicamente a la estación de destino.

14. El método de la Reivindicación 8, que comprende la asignación de la potencia de transmisión seleccionada a mensajes de petición de envío (Request To Send, RTS).