ES2271493T3 - Metodo para evaluar enlaces radioelectricos en una red de comunicacion. - Google Patents

Abstract

Método para regular la frecuencia de los sondeos de un enlace radioeléctrico en una red de comunicaciones que incluye al menos un terminal receptor (A) y al menos dos terminales transmisores (B, C), asignándose a dicho terminal receptor un número predeterminado de sondeos por período de tiempo, caracterizado a nivel del terminal receptor por las siguientes etapas: - determinar la cantidad de datos enviados por cada terminal transmisor al terminal receptor a través de los respectivos enlaces radioeléctricos, acumulando en acumuladores asociados a los respectivos terminales transmisores el resultado de una función aplicada a la cantidad de datos recibidos procedentes de dicho terminal transmisor respectivo, y donde un acumulador es repuesto después de haber realizado un sondeo para su terminal transmisor correspondiente; - cuando deba efectuarse el sondeo de un enlace, seleccionar el enlace a sondear como el correspondiente al acumulador con el contenido mayor y llevar a cabo el sondeo para el enlace seleccionado.

Description

Método para evaluar enlaces radioeléctricos en una red de comunicación.

La invención se refiere a un método para evaluar enlaces radioeléctricos en una red de comunicaciones, tal como (pero sin limitación) una red IEEE 802.11.

En una red inalámbrica, pueden ser necesarios dos dispositivos que se comuniquen a través de un enlace radioeléctrico a fin de configurar dinámicamente sus parámetros de transmisión. Dichos parámetros pueden incluir en particular un sector o elemento de la antena activa del emisor en caso de una antena de sectores múltiples, los ajustes automáticos de control de ganancia, el desplazamiento de frecuencia, el modo físico, la tasa de transferencia de datos u otros parámetros. En la actualidad suelen encontrarse con frecuencia antenas que incluyen una pluralidad de elementos. Una de las antenas más populares es la antena de diversidad espacial de orden 2, que incluye dos elementos simples separados por lambda/2 para reducir la probabilidad de que ambos elementos se encuentren en la región de desvanecimiento.

La selección de los parámetros adecuados influye directamente en la robustez y en el rendimiento general de un enlace radioeléctrico. De hecho, es conocido que las redes inalámbricas en la región de 2 a 5 GHz son sensibles, entre otros factores, a las personas que se desplazan por el interior de una habitación. Este movimiento incluye cambios significativos de las características del canal. Por ello, la selección del elemento activo de la antena receptora podría tener que actualizarse. Un período de actualización de 100 Hz puede considerarse suficiente en comparación con la velocidad de desplazamiento de las personas.

La solicitud de patente europea 01402592.8 publicada el 8 de abril de 2003 con número de publicación 1300986, presenta el 10 de octubre de 2001 a nombre de Thomson Licensing S.A. y titulada "Métodos y dispositivos para la adaptación de un enlace radioeléctrico" describe métodos y dispositivos adaptados para efectuar la evaluación del enlace radioeléctrico en una red centralizada, tal como una red inalámbrica basada en ETSI BRAN HiperLAN 2. Otra solicitud de patente europea presentada en la misma fecha que esta solicitud a nombre de Thomson Licensing S.A. y titulada "Método para la adaptación del enlace radioeléctrico en una red no coordinada" se refiere a las redes no coordinadas, como las redes basadas en IEEE 802.11.

El documento D1, US-A-5467341 se refiere al sondeo de la calidad de un enlace radioeléctrico. Describe el sondeo periódico del enlace radioeléctrico y explica cómo llevar a cabo el sondeo enviando algunos paquetes de datos de prueba y cómo acumular el número de paquetes recibidos y paquetes perdidos a fin de determinar la tasa de error.

En estas aplicaciones, los terminales móviles receptores inician la transmisión de datos de prueba predeterminados a partir de terminales móviles transmisores conocidos a fin de llevar a cabo la evaluación del enlace radioeléctrico con diferentes valores del parámetro de transmisión (elemento de antena, modo físico...).

Un terminal receptor puede recibir datos procedentes de diversos terminales transmisores y puede exigírsele que evalúe continuamente los enlaces procedentes de todos los terminales transmisores a fin de evitar desvanecimientos. El sondeo puede generar una cantidad significativa de tráfico en la red y también puede usar una parte significativa de los recursos de procesamiento del terminal receptor.

La invención se refiere a un método para regular la frecuencia de sondeo del enlace radioeléctrico en una red de comunicaciones que incluya, al menos, un terminal receptor y, al menos, dos terminales transmisores, asignándose a dicho terminal receptor un número predeterminado de sondeos por período de tiempo, caracterizado por las siguientes etapas a nivel del terminal receptor:

- determinar la cantidad de datos enviados por cada terminal transmisor al terminal receptor a través de los respectivos enlaces radioeléctricos, acumulando, en los acumuladores asociados a los respectivos terminales transmisores, el resultado de una función aplicada a la cantidad de datos recibidos desde dicho terminal transmisor respectivo y en el que un acumulador se repone después de haber llevado a cabo un sondeo para su correspondiente terminal transmisor.

- cuando va a efectuarse un sondeo de un enlace, seleccionar el enlace a sondear como el correspondiente al acumulador con el contenido mayor y llevar a cabo el sondeo para el enlace seleccionado.

El terminal receptor puede de este modo atribuir más sondeos a más enlaces activos.

De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad de datos recibidos desde un terminal transmisor se pondera antes de ser añadida al correspondiente acumulador.

De acuerdo con una realización de la invención, la ponderación utilizada para los datos procedentes de un terminal transmisor dado está en función del tipo de datos transmitidos por dicho terminal transmisor.

De acuerdo con una realización de la invención, se asigna un número predeterminado de sondeos a un terminal receptor durante un período de tiempo predeterminado.

De acuerdo con una realización de la invención, el sondeo se lleva a cabo de una forma esencialmente periódica.

De acuerdo con una realización de la invención, un elemento perteneciente a una lista encadenada y ordenada se asocia a cada terminal transmisor, comprendiendo cada elemento un identificador de terminal transmisor, el valor actual de acumulador y punteros al elemento siguiente y al anterior, estando la lista ordenada por contenidos decrecientes del acumulador.

De acuerdo con una realización de la invención, los elementos correspondientes a terminales transmisores que no hayan transmitido durante un período de tiempo predeterminado se eliminan de la lista.

De acuerdo con una realización de la invención, el método comprende adicionalmente la etapa de sondeo de los terminales transmisores que puedan transmitir datos a una tasa de transferencia baja comparada con la de los terminales transmisores desde los cuales recibe datos el terminal receptor.

Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes mediante la descripción de una realización no restrictiva y detallada de la invención, explicada con ayuda de las figuras adjuntas, en las cuales:

- la figura 1 es un diagrama de una red de acuerdo con la presente realización que presenta los intercambios de mensajes para la evaluación de un enlace entre un terminal receptor y un terminal transmisor;

- la figura 2 es un organigrama de un método de los muchos disponibles para la evaluación de un enlace radioeléctrico;

- la figura 3 es un diagrama temporal de la evaluación o sondeo llevado a cabo por un terminal receptor de la figura 1 de los enlaces con otros tres terminales;

- la figura 4 es un organigrama del proceso de acuerdo con la realización preferida.

La presente realización se refiere a la implementación de la invención en una red de acuerdo con la norma IEEE 802.11 publicada por el Institute of Electrical and Electronics Engineers, aunque la invención puede ser también aplicada en otros contextos tal como, sin limitación, ETSI BRAN HperLAN 2.

En las dos solicitudes de patente mencionadas en la introducción se describen diversos métodos para evaluar el enlace. Algunos detalles se facilitan para tan sólo un método de la presente solicitud. El lector debería remitirse a las otras dos solicitudes para mayor información.

Aunque en la presente realización, el parámetro del enlace a comprobar es el elemento de antena activa del terminal receptor, la invención, por supuesto, no se limita a este parámetro concreto.

Las redes basadas en la norma IEEE 802.11 carecen de un controlador centralizado en al menos algunas configuraciones de red. En un modo denominado modo de función de coordinación distribuida (DCF), IEEE 802.11, implementa un mecanismo basado en contención de acceso a medios de detección de portador - Evitación de colisiones (CSMA-CA) para regular el acceso al medio radioeléctrico. De acuerdo con este mecanismo, un terminal móvil que desee transmitir llevará a cabo las siguientes etapas:

- se pone a la escucha del medio para determinar si está ocupado (es decir, si está transmitiendo otro terminal móvil);

- la transmisión se autoriza tan sólo después de un período mínimo de inactividad;

- si el medio está ocupado, el termina móvil espera a la finalización del período de ocupación, espera durante el período mínimo de inactividad y pasa a un período aleatorio de retardo de envío, tras lo cual trata de transmitir;

El IEEE 802.11 ofrece un mecanismo de acceso al medio denominado detección de portadora virtual (en oposición a la detección de portadora física) que es un desarrollo del mecanismo CSMA/CA. Una implementación del mecanismo de detección de portadora virtual se denomina mecanismo RTS/CTS, donde RTS significa Listo para Envío y CTS Autorizado para Envío. Estos son los nombres de dos paquetes de control cortos utilizados en este mecanismo, como se describirá seguidamente.

El mecanismo RTS/CTS permite efectuar una reserva del medio durante un período de tiempo especificado para una transmisión inminente. La figura 1 muestra una red que incluye terminales móviles A a D. Existe un enlace operativo entre A y B. Este enlace se utiliza para enviar, por ejemplo, un flujo de vídeo desde B hasta A. Existe otro enlace desde el terminal C al terminal A. No existe ningún enlace operativo con el terminal D.

La evaluación del enlace, también denominada sondeo en los siguientes párrafos, se lleva a cabo haciendo que el terminal A solicite adecuadamente al terminal B que envíe datos al terminal A bajo ciertas condiciones de recepción (elementos de antena, modo físico....). La información recibida, incluyendo ciertos parámetros vinculados a la recepción de la señal (por ejemplo, potencia total de la señal combinada eventualmente con un criterio basado en la potencia de la portadora individual OFDM...) puede utilizarse entonces para evaluar un criterio de calidad. Este criterio se evalúa para una serie de condiciones de recepción y se conserva el mejor valor. Si el valor encontrado es mejor que el valor válido para el enlace operativo, los parámetros del enlace, serán modificados en consecuencia.

De acuerdo con una realización de la ya mencionada solicitud de patente europea presentada el mismo día que esta solicitud, este mecanismo de detección de portadora virtual se utiliza para iniciar una respuesta predeterminada (en forma de un mensaje de acuse de recibo enviado por el terminal B) a una hora conocida de antemano (tras el envío de un paquete de datos vacío).

- En una primera etapa, el terminal A envía la trama RTS.

- En una segunda etapa, se leen y se almacenan en un registro la identidad del elemento de antena actualmente válido y el valor del criterio de calidad.

- En una tercera etapa, el terminal A espera la trama CRS enviada por el terminal B.

- En una cuarta etapa, el terminal A selecciona un elemento de antena distinto del actualmente almacenado en la tabla de transmisiones entrantes procedentes del terminal B y envía un paquete de datos sin datos útiles.

- En una quinta etapa, el terminal A espera la trama de acuse de recibo ("ACK") enviada por el terminal B.

- En una sexta etapa, el terminal A evalúa el criterio de calidad basado en ACK.

- En una séptima etapa, el terminal A compara el criterio de calidad con el almacenado en el registro. Si la calidad es superior, se memorizan la nueva identidad del elemento de antena y el valor del criterio de calidad (etapa 8).

- En una novena etapa, se decide si deben repetirse las etapas dos a siete para otros elementos de antena.

- En una décima y última etapa, el terminal A verifica si el elemento de antena utilizado para el enlace operativo debe ser cambiado. En ese caso, se adoptan las medidas necesarias para modificar los parámetros de enlace.

El proceso de sondeo puede iniciarse a través de diversos eventos, siendo la siguiente lista no exhaustiva:

(a) cuando el nivel de potencia de la señal recibida está por debajo de un umbral;

(b) cuando la transmisión entrante procedente de un terminal determinado debe hacerse más robusta (por ejemplo, el caso de transmisión de un flujo isócrono para evitar la interrupción del servicio)

(c) después de haber recibido un determinado número de paquetes procedentes de un terminal dado.

La frecuencia del sondeo puede ser una función de (la siguiente lista no es exhaustiva):

(a) la dinámica del canal, considerándose normalmente una frecuencia de 100 Hz como suficiente en un entorno con personas en movimiento;

(b) la sensibilidad del modo físico, pues se sabe que algunos modos físicos son más sensibles a las características de un canal determinado que otros (por ejemplo, un modo físico y de redundancia de Viterbi ¾ es más sensible al factor de forma del canal que una redundancia de ½);

(c) la carga de la red, ya que puede ser aconsejable reducir el ancho de banda utilizado para el sondeo si dicho ancho de banda es necesario para otras tareas;

(d) la tasa media de transferencia de bits en el enlace a sondear, mereciendo probablemente menos atención un enlace poco utilizado (y, por tanto, con menor frecuencia de sondeo) que un enlace muy utilizado.

Cuando se recibe un paquete de datos en el enlace operativo, el terminal receptor determina el valor del criterio de calidad correspondiente y almacena este valor en memoria. Cuando los paquetes de prueba, como la trama ACK, se reciben de acuerdo con el proceso de la figura 2, el terminal receptor determina los valores del criterio y decide si modifica los parámetros del enlace operativo.

De acuerdo con la presente realización, a cada terminal receptor se le asigna un número predeterminado de sondeos por período de tiempo, es decir a una tasa media de 100 Hz, de acuerdo con la presente realización, que se divide para la evaluación del enlace con todos sus terminales transmisores (incluyendo los terminales con los que no existe ningún enlace de operación) a fin de evitar la sobrecarga de la red o de la capacidad del terminal. De acuerdo con la presente realización, el sondeo no está dividido uniformemente y depende de un cierto número de factores. Los inventores observaron que la velocidad a la cual cambian las características del canal, varían de un canal a otro. Algunos canales no cambiarán a lo largo de un período de 1 segundo, mientras que otros (como aquellos que están sometidos a personas u objetos en movimiento) cambiarán con mucha mayor rapidez. Por ello, se han definido unas reglas por las cuales el terminal receptor tiene que adaptar la secuencia de sus sondeos de forma dinámica, terminal transmisor por terminal transmisor, a fin de evitar que los parámetros utilizados para un enlace operativo pasen a ser obsoletos en comparación con las características reales del canal. La frecuencia media puede ser mayor de 100 Hz, dependiendo de los recursos de procesamiento del receptor y del ancho de banda de red disponible.

De acuerdo con la presente realización, un factor tenido en cuenta para asignar más o menos sondeos por período de tiempo a un terminal transmisor determinado, es la cantidad de datos que transitan por dicho canal.

En una realización preferida, el tipo o tipos de datos transportados por un canal se tienen en cuenta para generar coeficientes de ponderación para los datos recibidos desde cada terminal transmisor.

Debe observarse que ambos factores pueden tenerse en cuenta de forma independiente.

Los tipos de datos, también denominados "clases de servicio" considerados en este documento son los siguientes: "vídeo", "audio/voz" y "datos". Las clases de servicio poseen diferentes limitaciones relativas a la transmisión y se atribuye un coeficiente de ponderación de clase de servicio SCI a cada clase para definir su prioridad sobre las otras clases en relación con el mantenimiento de un nivel de calidad de servicio determinado. Cuanto mayor sea el coeficiente, más elevada será la prioridad de la correspondiente clase de servicio. En el marco del presente ejemplo, los coeficientes de ponderación son SCv, SCa y SCd para las clases de servicio vídeo, audio y datos, respectivamente. Por ejemplo, SCa puede ser mayor que SCv debido a que los datos de audio perdidos son difíciles de ocultar, mientras que SCv puede ser por su parte mayor que SCd, que puede tener menos limitaciones en tiempo real.

Los terminales de la red se identifican por su identificador de control de acceso al medio (MAC id). Para cada terminal transmisor con el que tiene una conexión operativa, un terminal receptor mantiene un acumulador en una memoria interna. En la figura 1, se muestran los acumuladores mantenidos por el terminal A para los terminales B y C. Cuando aparece un nuevo MAC id en la red, por ejemplo desde un terminal D al terminal A, el terminal A añade un acumulador adicional a su lista, una vez que ha recibido datos desde el nuevo terminal transmisor.

Para cada MAC id, un terminal receptor también determina un coeficiente de ponderación del canal Ci, utilizando los coeficientes de ponderación de clase de servicio SCI. Los datos correspondientes a varias clases de servicio pueden estar transitando desde un terminal transmisor determinado a un terminal receptor. A los efectos del presente ejemplo, el terminal receptor determina para cada terminal transmisor (es decir, cada MAC id) la clase de servicio con la tasa de transferencia de datos más elevada y utiliza el SCI de coeficiente correspondiente para todo el canal. También es posible utilizar una media ponderada de los coeficientes SCI, efectuándose la ponderación en función de la importancia relativa de cada clase de servicio. Los coeficientes Ci pueden determinarse cada vez que se añade una nueva conexión entre un terminal transmisor dado y un terminal receptor. El proceso detallado para determinar los coeficientes Ci en función de los coeficientes SCi recae fuera del ámbito de la presente realización, y a todos los efectos prácticos pueden utilizarse coeficientes equivalentes a la
unidad.

El proceso de selección del siguiente enlace a sondear se efectúa de la forma siguiente:

- En una primera etapa, todos los acumuladores se reponen a cero (por ejemplo cuando se recibe un nuevo paquete desde un nuevo MAC id.

- Seguidamente, cada vez que el terminal receptor recibe un paquete de datos procedente de uno de los terminales transmisores pondera la cantidad de datos recibidos con el correspondiente coeficiente Ci (tamaño del paquete recibido a través del enlace * coeficiente de ponderación de canal Ci), y añade el resultado al acumulador correspondiente. Se supone que, en general, cuanto mayor sea la tasa de transferencia de bits más importante resultará evitar los errores de transmisión a fin de evitar memorias intermedias de gran tamaño tanto en el transmisor como en el receptor. Como se ha mencionado anteriormente, aunque los coeficientes Ci son iguales de acuerdo con la realización preferida, la utilización de diferentes coeficientes Ci permite adaptar esta norma a la naturaleza y/o prioridad de los datos transmitidos. Por ello, es posible evitar errores en la transmisión de datos para transmisiones a una baja tasa de transferencia de bits atribuyendo simplemente un coeficiente Ci mayor al MAC id correspondiente.

- De acuerdo con el presente ejemplo, un terminal receptor, ejecuta un sondeo cada 100 Hz. Cuando debe realizarse un sondeo, el terminal receptor examina los contenidos de los acumuladores, determina qué MAC id corresponde al acumulador con el contenido más elevado, lleva a cabo el sondeo para el MAC id y repone el acumulador.

El gráfico de la figura 3 es un ejemplo de la evolución del contenido de los acumuladores mantenidos por el terminal A y correspondientes a los tres nodos B, C y D. Se supone que D también tiene un enlace operativo con A.

El organigrama de la figura 4 describe las etapas del proceso de acuerdo con la presente realización.

De acuerdo con una variante de realización, el terminal receptor implementa una lista encadenada y ordenada de elementos que representan los MAC ids de los terminales transmisores. La lista se ordena por orden decreciente del valor del acumulador. Cada elemento contiene un MAC id, el correspondiente valor del acumulador y punteros al elemento anterior y al siguiente.

Cuando se recibe un paquete, se actualiza el correspondiente acumulador y el correspondiente elemento se desplaza a una nueva posición de la lista ordenada, comparando su valor del acumulador con el acumulador del elemento inmediatamente anterior y actualizando los punteros hasta que se alcanza la posición correcta. La lista inicial de elementos está vacía. Un elemento se crea cuando se reciben datos procedentes de un terminal transmisor que todavía carecen de dicho elemento asociado.

Esta variante de realización no requiere la implementación de un algoritmo de búsqueda del valor mayor de acumulador cada vez que debe lanzarse un sondeo. Basta con iniciar el sondeo con el terminal indicado en el primer elemento de la lista, reponer el valor del acumulador y pasar dicho elemento al final de la lista.

Opcionalmente, para evitar tener en la lista elementos correspondientes a terminales transmisores inactivos, el terminal receptor determina si un terminal transmisor no transmite datos a lo largo de un período determinado y, si se detecta dicho terminal, elimina de la lista el elemento correspondiente. Si el elemento transmisor comienza de nuevo el envío de datos, se crea un nuevo elemento. Para implementar esta función de destrucción de elementos a cada se añade elemento un contador adicional. Los contadores se inicializan a un valor cero. Un contador se aumenta cada vez que su elemento es el primer elemento de la lista y el acumulador de este elemento se encuentra vacío. Esto significa que el terminal transmisor no ha estado activo durante un determinado período. Cuando el valor de un contador alcanza un valor predeterminado, por ejemplo 255, se destruye el elemento correspondiente.

Como alternativa al uso del contador que antecede, se propone recortar el final de una lista cuando la lista alcanza un número umbral de elementos.

De acuerdo con una variante de realización, un terminal receptor también sondea los terminales transmisores con los cuales no tiene un enlace operativo para preparar un futuro enlace operativo. Estos terminales transmisores se sondean a baja frecuencia. No es posible utilizar simplemente coeficientes de bajo valor ya que al no recibir datos de estos terminales sus acumuladores siempre estarían en cero.

Aunque los sondeos se llevan a cabo más o menos periódicamente de acuerdo con la realización para no ocupar el medio durante intervalos prolongados, esto no es así necesariamente y pueden llevarse a cabo varios sondeos consecutivamente o a intervalos regulares.

Claims (6)

1. Método para regular la frecuencia de los sondeos de un enlace radioeléctrico en una red de comunicaciones que incluye al menos un terminal receptor (A) y al menos dos terminales transmisores (B, C), asignándose a dicho terminal receptor un número predeterminado de sondeos por período de tiempo, caracterizado a nivel del terminal receptor por las siguientes etapas:

- determinar la cantidad de datos enviados por cada terminal transmisor al terminal receptor a través de los respectivos enlaces radioeléctricos, acumulando en acumuladores asociados a los respectivos terminales transmisores el resultado de una función aplicada a la cantidad de datos recibidos procedentes de dicho terminal transmisor respectivo, y donde un acumulador es repuesto después de haber realizado un sondeo para su terminal transmisor correspondiente;

- cuando deba efectuarse el sondeo de un enlace, seleccionar el enlace a sondear como el correspondiente al acumulador con el contenido mayor y llevar a cabo el sondeo para el enlace seleccionado.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad de datos recibidos desde un terminal transmisor se pondera antes de añadirse al
correspondiente acumulador.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la ponderación utilizada para los datos procedentes de un terminal transmisor dado está en función del tipo de datos transmitidos por dicho terminal transmisor dado.

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 3, en el que un elemento de una lista ordenada y encadenada se asocia a cada terminal transmisor, comprendiendo cada elemento un identificador de terminal transmisor, el valor actual de acumulador y punteros al elemento anterior y al siguiente, estando dicha lista ordenada de acuerdo con el contenido decreciente del acumulador.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los elementos correspondientes a terminales transmisores que no hayan transmitido durante un período de tiempo predeterminado se eliminan de la lista.

6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende la etapa de sondear los terminales transmisores con un enlace no operativo a baja tasa de transferencia en comparación con los terminales transmisores desde los cuales recibe datos el terminal receptor.