ES2281445T3 - Metodo y sistema para planificar en enlace ascendente el trafico de paquetes de datos en un sistema inalambrico. - Google Patents

Abstract

Método de control de recursos de comunicaciones en una transmisión desde un primer elemento de red (14) a un segundo elemento de red (12), en el que los recursos de comunicaciones son asignados por un controlador (44), que comprende: monitorizar una longitud de la cola de datos (22) en el primer elemento de red (14) como una indicación de una necesidad futura de recursos de comunicaciones en dicho primer elemento de red (14); enviar la indicación desde el primer elemento de red (14) al controlador (44), en el que la indicación es un valor codificado de la longitud de la cola de datos (22); y controlar los recursos de comunicaciones ajustando la asignación de recursos de comunicaciones entre el primer elemento de red (14) y el segundo elemento de red (12) basándose en esta indicación.

Description

Método y sistema para planificar en enlace ascendente el tráfico de paquetes de datos en un sistema inalámbrico.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a un método y a un sistema para asignar recursos para flujos continuos de datos y más particularmente a un método y a un sistema para asignar recursos de transmisión en un sistema inalámbrico en el que los datos incluyen una indicación de sus propias necesidades de recursos.

Antecedentes de la técnica

En las redes y otras disposiciones, con frecuencia surge una situación en la que un número limitado de recursos, tales como el ancho de banda, debe ser compartido entre una pluralidad de enlaces. En particular, en una red de tipo inalámbrico, una serie de estaciones móviles puede estar conectada a una estación base mediante conexiones inalámbricas. Cada estación base puede disponer únicamente de un número limitado de canales para realizar estas conexiones. En la actualidad, como muchos de estos dispositivos móviles utilizan datos de voz de un nivel superior al básico, la cantidad de datos que se transporta en el flujo puede variar sustancialmente. De este modo, además de las comunicaciones de voz, los dispositivos inalámbricos pueden incluir vídeo en tiempo real, correo electrónico, información basada en páginas web, etcétera. Para asignar equitativamente los recursos disponibles, es necesario que la estación base tome alguna decisión en relación con qué estaciones móviles pueden utilizar los canales.

La disposición más sencilla, y una de las usadas ampliamente en el pasado para datos de voz, consiste simplemente en dedicar un canal individual para una estación móvil individual siempre que la misma esté conectada. El canal lo puede usar únicamente la estación móvil asignada. Dependiendo de la solicitud original, es posible asignar más de un canal individual aunque estos canales múltiples permanecen dedicados a dicha estación móvil hasta que finaliza la conexión. No se comparte ninguna información sobre la cantidad instantánea de datos que se encuentran a la espera en la estación móvil.

Otra forma de gestionar la situación consiste en utilizar un esquema de interrogación en el que la estación base interroga a cada estación móvil para conocer el estado de la cola de datos en cada estación móvil. Esta situación permite que la estación base determine cómo compartir los recursos de ancho de banda entre las diferentes estaciones móviles. De este modo, cuando se interroga a la estación móvil, la misma puede enviar una respuesta indicando si dispone de datos a transmitir. Por ejemplo, en un sistema global para dispositivos móviles (GSM), sistema de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), la oportunidad de transmisión para una estación móvil se concede n tramas después de que la estación base reciba la respuesta a la interrogación desde la estación móvil, en la que n es el número de tramas requerido para transmitir un bloque de datos en el canal. De este modo, se produce un retardo de múltiples tramas después de la interrogación, antes de que pueda realizarse un ajuste.

Desafortunadamente, el tráfico de tiempo real tal como la videoconferencia tiene fluctuaciones imprevisibles en la velocidad de datos. De este modo, es posible que cualquier retardo en el ajuste de los recursos signifique que un enlace con una estación móvil puede que no disponga siempre de datos en su cola de transmisión.

Como un esquema de asignación de canales dedicados no permite que ninguna otra estación móvil use el canal cuando la cola de enlace ascendente de la estación móvil asignada está vacía, el ancho de banda asignado no se usará, lo cual hace que se reduzca la eficacia global del espectro. Esta situación deriva en una utilización deficiente del ancho de banda la cual únicamente irá a peor a medida que aumente el número de conexiones del sistema. Además, durante periodos de una alta velocidad de datos, el número de paquetes en tiempo real que están a la espera en la cola de enlace ascendente aumentará. Debido a la cuota limitada de ancho de banda asignada a la estación móvil, se puede producir una congestión de paquetes y el número creciente de los paquetes puede superar sus requisitos de retardo.

Aunque desde la perspectiva de la utilización del ancho de banda el esquema de interrogación es más eficaz que un esquema de asignación de canales dedicados, se sigue malgastando parte del ancho de banda debido a que la estación móvil no puede enviar datos reales cuando envía una respuesta de interrogación. A medida que la interrogación se hace más frecuente, se malgasta más ancho de banda. Además, se introduce un retardo adicional debido a que el paquete debe esperar mientras se recibe la interrogación y se responde a la misma. De este modo, el retardo ralentizará adicionalmente la transmisión y contrarresta toda ventaja obtenida mediante la interrogación.

El documento US-A-6 097 733 da a conocer un sistema de comunicaciones que incluye una estación base y una pluralidad de unidades móviles inalámbricas. El sistema incluye un asignador de ancho de banda que asigna selectivamente ancho de banda en respuesta al hecho de que los requisitos de la comunicación multimedia inalámbrica alcancen una velocidad de transmisión mínima para la comunicación multimedia.

El documento EP-A-0 981 229 se refiere a un método y un aparato para controlar portadores de radiocomunicaciones dinámicos asimétricos en un sistema de comunicaciones móviles de datos por paquetes. La velocidad de datos en el sistema de comunicaciones móviles de datos por paquetes se puede variar activando únicamente una parte de entre la pluralidad de portadores de radiocomunicaciones que tienen una velocidad de datos predeterminada; revisando la cantidad de datos almacenados en una memoria intermedia de transmisión durante la transmisión de datos de paquetes móviles; y transmitiendo los datos de paquetes móviles con el número de portadores de radiocomunicaciones aumentado o reducido según la cantidad de datos. De este modo, el sistema revisa la cantidad de datos almacenada en la memoria intermedia de transmisión y aumenta y reduce el número de portadores de radiocomunicaciones basándose en la cantidad de datos que se ha determinado inicialmente que está en la memoria intermedia de transmisión sin monitorizar constantemente la memoria intermedia de transmisión. No obstante, el aumento y/o reducción del número de portadores de radiocomunicaciones usados para la comunicación se debe negociar entre los dispositivos participantes, lo cual implica un retardo no deseado de la asignación de recursos.

El objetivo de la presente invención es superar los inconvenientes de las metodologías conocidas incluyendo el esquema de asignación de canales dedicados y de interrogación para la asignación del ancho de banda.

Descripción de la invención

El objetivo de la presente invención se alcanza por medio de un método y un sistema, los cuales proporcionan una asignación de recursos de transmisión entre un primer y un segundo elementos de red en comunicación a través de un sistema de comunicaciones que tiene recursos de comunicación asignables. La longitud de una cola de datos en el primer dispositivo de la red se monitoriza como una indicación de una necesidad futura de recursos de comunicaciones en este primer elemento de red. La indicación se envía desde el primer elemento de red a un controlador, el cual ejerce un control sobre la asignación de recursos de comunicaciones. La indicación es un valor codificado de la longitud de la cola de datos monitorizada. Los recursos de comunicaciones son controlados por el controlador de manera que la asignación de los recursos de comunicaciones entre el primer elemento de red y el segundo elemento de red se asigna basándose en esta indicación.

En resumen, la presente invención se lleva a efecto usando una pluralidad de bits en cada segmento de datos para describir el tamaño de la cola en dicha estación. Una vez que estos bits se han recibido en la estación base, si es necesario se pueden asignar recursos adicionales.

La invención y muchas de las ventajas asociadas a la misma se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada considerada en relación con los dibujos adjuntos, en los que:

Breve descripción de los dibujos

la Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra la disposición del presente sistema;

la Figura 2 es un diagrama de bloques que muestra una estación móvil según la presente invención;

la Figura 3 es un diagrama de bloques que muestra una estación base según la presente invención;

la Figura 4 es un diagrama de flujo que muestra el método de determinación de la longitud de la cola; y

la Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra el método de utilización de la información.

Mejor modo para llevar la invención a la práctica

A continuación se hará referencia a los dibujos, en los que las referencias numéricas iguales designan partes idénticas o correspondientes durante todas las diversas vistas y se hará referencia más particularmente a la Figura 1 de los mismos, en la que el sistema inalámbrico 10 se muestra de manera que incluye una estación base 12 y estaciones móviles 14. Tal como se indica en la figura, las estaciones móviles individuales pueden estar conectadas a la estación base mediante conexiones inalámbricas. Como a la estación base se le permite usar únicamente un cierto intervalo de frecuencias, existe un límite para el ancho de banda disponible para las estaciones móviles. Como este recurso está limitado, es necesario asignar este ancho de banda de manera que se pueda mover la mayor cantidad de datos en el tiempo más breve. Esta situación hace que mejore la calidad de servicio y evita un retardo innecesario para los usuarios.

La presente invención ofrece una mejora con respecto a los esquemas anteriores al asignar el ancho de banda entre las diversas estaciones móviles que están conectadas en ese momento a la estación base. Los sistemas de la técnica anterior no prevén la entrega de esta información a la estación base, ni tampoco los recursos asignados en tiempo real se basan en esta información.

Los datos que se envían desde las estaciones móviles a las estaciones base están dispuestos en bloques según el protocolo que gobierna el aparato. De este modo, dichos bloques incluyen no solamente los propios datos, sino información de identificación y otros bits que se pueden usar con otros fines tales como comprobación de errores, etcétera. En particular, en el sistema de servicios generales mejorados de radiocomunicaciones de datos por paquetes (EGPRS), se proporciona un campo de cuatro bits los cuales se conocen como valor de cuenta atrás del bloque. En el esquema actual, el ancho de banda asignado a la estación móvil es fijo y estos cuatro bits indican la longitud de la cola de esa estación móvil. En particular, indica el número de bloques de datos en la cola siempre que el mismo sea menor que 16. Esta opción proporciona una estimación de cuándo se acabará la transferencia de datos actual. No obstante, la misma no se usa en modo alguno para controlar los recursos disponibles.

En cambio, en la presente disposición, estos cuatro bits proporcionan una indicación de los datos de la cola de manera que la estación base puede determinar si son necesarios recursos adicionales para mover los datos a la velocidad óptima. Aunque los datos específicos incluidos en los cuatro bits pueden tener varios significados diferentes, la disposición preferida consiste en dejar que los valores de 0-8 indiquen el número de segmentos de datos en la cola. Estos valores indicarán una longitud de cola si la misma es menor que o igual a la velocidad de segmentos. Esta velocidad de segmentos es el parámetro que se establece entre la estación móvil y la estación base durante la fase de establecimiento. Si la longitud de la cola supera a la velocidad de segmentos, los valores de 9-15 en el campo de cuatro bits indican el ancho de banda adicional que se requiere para cumplir el requisito de retardo/velocidad del paquete.

De este modo, a medida que los paquetes individuales se envían desde la estación móvil a la estación base, la estación base revisa este campo de cuatro bits y anota la situación de la cola en dicha estación móvil. Si son necesarios recursos adicionales, la estación base asignará un ancho de banda adicional a dicha conexión de manera que los datos almacenados en la cola se moverán más rápido. Esta opción considera evidentemente que hay disponibles suficientes recursos como para añadir los mismos a dicha conexión. Claramente, la estación base debe tener en consideración todas las solicitudes de todas las conexiones antes de asignar estos recursos. Como el campo de cuatro bits se envía con cada paquete, la estación base se actualiza constantemente en relación con la situación de cada estación móvil. Por consiguiente, la misma puede monitorizar detalladamente la situación y ajustarla en un periodo de tiempo muy breve para mejorar la utilización de sus recursos. Esta disposición es mucho más rápida que el esquema de interrogación ya que la información se proporciona en cada paquete sin malgastar ancho de banda para las comunicaciones de las interrogaciones. Además, la presente disposición utiliza un campo de cuatro bits el cual ya está presente según los protocolos actuales. Solamente es necesario prever que la estación móvil y la estación base dispongan cada una de ellas de un sistema adecuado para añadir los datos y usar los mismos.

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de una estación móvil 14. Aunque la estación se muestra de manera que incluye una serie de circuitos, de hecho, estas funciones se podrían realizar también mediante software en un procesador. Un generador de datos 20 produce los datos que van a ser transmitidos por la estación móvil. Este puede incluir cualquiera de los dispositivos normales que se utilizan en una estación móvil para producir datos incluyendo un micrófono para producir datos de voz, un teclado para producir datos alfanuméricos, una cámara para producir datos de vídeo, etcétera. El tipo específico de generación de datos no es crítico para el funcionamiento de la presente invención. No obstante, con independencia del tipo de datos que se produzca, los mismos se envían a una cola de datos 22 para esperar a su transmisión. Un dispositivo de medición de longitudes de cola 24 observa la cantidad de datos de la cola y determina la longitud de la cola. Esta información sobre la longitud de la cola se envía al codificador 26 el cual determina el código de cuatro bits a colocar en el campo basándose en la longitud de la cola. De este modo, en el sistema preferido antes descrito, si la cola es menor que la velocidad de segmentos, se codifica un valor entre cero y ocho y si la longitud de la cola es mayor que la velocidad de segmentos se codifica un valor entre nueve y quince. El valor exacto en cualquiera de estos intervalos depende de la longitud de la cola. También se podrían usar fácilmente otros esquemas de codificación simplemente cambiando el esquema de codificación. De este modo, si se prefiere sería posible usar únicamente un valor de longitud de la cola o solamente un valor para un ancho de banda adicional. También se podrían utilizar otros valores siempre que los mismos se refieran de alguna manera a la longitud de la cola y se puedan utilizar en la estación base para asignar el ancho de banda adecuadamente. Evidentemente, algunos esquemas de codificación proporcionarán una información mejor y permitirán una asignación más adecuada de
recursos.

Una vez que se ha generado el código de cuatro bits, el mismo se añade al bloque de datos en un combinador 28. De este modo, el código se añade al bloque de datos únicamente cuando el mismo alcanza la parte frontal de la línea de la cola de manera que se pueda proporcionar la información más actualizada sobre la longitud de la cola. Alternativamente, el código se puede añadir basándose en la longitud de la cola cuando el bloque de datos entra en la misma, aunque esta información sería ligeramente menos nueva. En esta disposición alternativa, el combinador efectuaría la combinación cuando los datos entran en la cola. En cualquiera de los casos, cuando el paquete está preparado para su transmisión, el mismo se envía al transmisor 30 para conectarse a la estación base a través de la antena 32.

Tal como se muestra en la Figura 3, la estación base 12 incluye una antena 34 y un receptor 36 los cuales reciben el paquete transmitido desde la antena 32. Evidentemente, esta antena y el receptor están en comunicación con varias estaciones móviles al mismo tiempo. No obstante, para simplificar la descripción, la misma se expondrá como si solamente hubiera una única estación móvil conectada a la vez. El receptor 36 reenvía los datos recibidos al procesador de señales 38 para el posterior tratamiento de los datos y la conexión final de los datos con las líneas de salida 40. No obstante, el decodificador 42 observa la señal de datos y determina el código del campo de cuatro bits que representa la información de la longitud de la cola. A continuación, este decodificador proporciona al controlador de recursos 44 la información de la longitud de la cola correspondiente a la estación móvil asociada. El controlador de recursos determina la situación de la cola de datos en la estación móvil asociada y determina si se deberían asignar recursos adicionales a la conexión de esa estación móvil y si los recursos están disponibles. Evidentemente, el controlador debe priorizar las necesidades de las diversas estaciones teniendo en cuenta los recursos disponibles y debe distribuirlos de la manera más eficaz. A continuación, este controlador determina los diversos recursos de ancho de banda disponibles para cada estación móvil y controla al receptor para que prepare la situación. El proceso de decisión real sobre cómo asignar los recursos basándose en esta información puede variar. El mismo puede tener en cuenta la importancia de la información, su sensibilidad con respecto al tiempo, la importancia del usuario específico, u otros factores además de la cantidad de datos de cada estación. No obstante, la asignación debería ser tal que proporcionase la mejor calidad de servicio a tantas estaciones como fuera posible. No obstante, la manera más sencilla de realizar esta elección consiste simplemente en asignar la mayoría de recursos a la estación con la cola más grande sin reducir la velocidad de segmentos que ha sido garantizada. Exactamente tal como en las estaciones móviles, la diversa circuitería indicada para la estación base puede ser en realidad dispositivos de conexión permanente o puede ser funciones programadas de un procesador.

En uno de los sistemas preferidos, el paquete de datos de tiempo real se divide en segmentos de datos de cara a la transmisión. En sistemas celulares por paquetes, los segmentos de datos se corresponden con un bloque de control de enlace de radiocomunicaciones/control de acceso múltiple (RLC/MAC), el cual es un bloque de datos de la capa 2. Cada segmento de datos se transmite individualmente a través de los medios de transmisión cuando se concede la oportunidad. Una oportunidad de transmisión se define como cualquier método usado para transportar un segmento de datos sobre los medios de transmisión. Por ejemplo, en un sistema de acceso múltiple por división en el tiempo (TDMA), la oportunidad de transmisión es un intervalo de tiempo y en un sistema de acceso múltiple por división de código de banda ancha
(WCDMA) la oportunidad es la utilización de un código WALSH exclusivo en una trama de radiocomunicaciones. La trama de radiocomunicaciones es compartida por múltiples usuarios que usan diferentes códigos WALSH. La estación base planifica los paquetes de datos y organiza las oportunidades de transmisión para el tráfico de los usuarios actuales. La presente invención presenta un modelo que ayudará a la planificación de la estación base para proporcionar un servicio óptimo para todos los usuarios en la dirección de enlace ascendente. La información de tráfico se envía en cada bloque en el enlace ascendente. Incluyendo esta información en un campo del bloque, se proporciona información de tiempo real para posibilitar una mejor planificación.

Aunque esta disposición se ha descrito en términos de conexión inalámbrica entre una estación móvil y una estación base, la misma se podría aplicar asimismo a otros sistemas en los que las conexiones se realizan mediante hilos metálicos, cable de fibra óptica, etcétera. El único requisito es que la información sobre la longitud de la cola se pueda enviar con el bloque de datos y que los recursos se puedan asignar basándose en estos datos.

El método de funcionamiento de este sistema puede observarse en los diagramas de flujo de las Figuras 4 y 5. La Figura 4 se refiere al método de determinación de la longitud de la cola y a la codificación del campo de cuatro bits en la estación móvil. En la etapa 100, se determina la longitud de la cola de datos. En la etapa 102, la longitud determinada se convierte en un código de cuatro bits el cual está relacionado con la longitud de la cola. Este código se inserta en el paquete de datos, en la etapa 104. A continuación, el paquete se transmite en la etapa 106.

La Figura 5 muestra el método de utilización de esta información en la estación base. En la etapa 110, se recibe la señal de una estación móvil específica. En la etapa 112 se reenvían los datos. En la etapa 114, un decodificador recibe el campo de cuatro bits codificado y lo decodifica. En la etapa 116, el controlador de recursos recibe la información decodificada y determina la longitud de la cola. En la etapa 118, los recursos se basan en esta información.

A la vista de los aspectos anteriores dados a conocer, son posibles numerosas modificaciones y variaciones adicionales de la presente invención. Por esta razón, debe entenderse que dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, la invención puede llevarse a la práctica de formas diferentes a la descrita específicamente en el presente documento.

Claims (13)

1. Método de control de recursos de comunicaciones en una transmisión desde un primer elemento de red (14) a un segundo elemento de red (12), en el que los recursos de comunicaciones son asignados por un controlador (44), que comprende:

monitorizar una longitud de la cola de datos (22) en el primer elemento de red (14) como una indicación de una necesidad futura de recursos de comunicaciones en dicho primer elemento de red (14);

enviar la indicación desde el primer elemento de red (14) al controlador (44), en el que la indicación es un valor codificado de la longitud de la cola de datos (22); y

controlar los recursos de comunicaciones ajustando la asignación de recursos de comunicaciones entre el primer elemento de red (14) y el segundo elemento de red (12) basándose en esta indicación.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el primer elemento de red (14) está conectado al controlador (44) por medio del segundo elemento de red (12).

3. Método según la reivindicación 1, en el que la indicación comprende información sobre una memoria intermedia de transmisión del primer elemento de red (14).

4. Método según la reivindicación 1, en el que la indicación comprende información sobre los recursos adicionales necesarios para dicho primer elemento de red (14).

5. Método según la reivindicación 3, en el que la indicación comprende un esquema de cuantificación cuyos valores se corresponden con cantidades predefinidas de recursos.

6. Método según la reivindicación 4, en el que la indicación comprende información sobre una memoria intermedia de transmisión del primer elemento de red (14).

7. Método según la reivindicación 1, en el que el primer elemento de red (14) es una estación móvil y el segundo elemento de red (12) es una estación base de una red de comunicaciones inalámbricas (10).

8. Sistema para controlar recursos de comunicaciones en una red (10), que comprende:

una pluralidad de primeras estaciones (14), una segunda estación (12) conectada a dicha pluralidad de primeras estaciones (14) a través de una pluralidad de enlaces de comunicación;

un controlador (44) para controlar la asignación de dichos recursos de comunicaciones entre dichos enlaces;

realizándose dicha asignación según la información transmitida desde dichas primeras estaciones (14) la cual indica una necesidad de recursos de comunicaciones basándose en las longitudes de colas de datos (22) en las primeras estaciones (14), en la que la información es un valor codificado de las longitudes de las colas de datos (22).

9. Sistema según la reivindicación 8, en el que dicho controlador (44) forma parte de dicha segunda estación (12).

10. Sistema según la reivindicación 8, en el que dichas primeras estaciones (14) son estaciones móviles y dicha segunda estación (12) es una estación base de una red inalámbrica (10).

11. Sistema según la reivindicación 8, en el que cada una de entre dicha pluralidad de primeras estaciones (14) comprende:

un generador de datos (20);

una cola de datos (22);

un codificador (26) para generar un código representativo de la longitud de la cola de datos (22);

un transmisor (30) para transmitir dichos datos con dicho código incluido en los mismos en forma de un campo.

12. Sistema según la reivindicación 8, en el que dicha segunda estación (12) comprende:

un receptor (36) para recibir una transmisión y producir datos;

un decodificador (42) para decodificar un campo de dichos datos y producir una indicación de la cola de datos (22) en una primera estación (14) asociada;

en el que dicho controlador (44) está dispuesto para recibir dicha información desde dicho decodificador (42) y para asignar recursos de comunicaciones en concordancia con la misma.

13. Sistema según la reivindicación 8, en el que dicha indicación se proporciona para cada bloque de datos transmitido.