ES2305345T3 - Un sistema de comunicaciones inalambricas con deteccion de fuentes de radiaciones extrañas. - Google Patents
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Abstract
Un método para evitar interferencias entre señales de radar y las señales intercambiadas entre una pluralidad de nodos de emisión inalámbricos en un sistema de LAN inalámbrica de la clase 802.11, cuyo método comprende los pasos de: - permitir que uno de los nodos del sistema funcione como nodo de control de radar (RCN) y - hacer que dicho RCN lleve a cabo una medición en, al menos, una banda de frecuencias que se le haya asignado al sistema, realizándose dicha medición para detectar si al menos una frecuencia está siendo utilizada por un dispositivo o un sistema extraño a dicho sistema de comunicaciones inalámbrico, - permitiéndose que la medición sea realizada por medio del RCN, que transmite un mensaje de "silencio" a otros nodos del sistema, - siendo dicho mensaje de "silencio" un mensaje que prohíbe transmitir a otros nodos durante un cierto intervalo de tiempo definido en el mensaje de "silencio", - estando contenido dicho mensaje de "silencio" en el mensaje de baliza del sistema 802.11, como elemento de información (IE) del mensaje de baliza, - conteniendo el mensaje de "silencio" que se transmite información acerca de comienzo del citado intervalo, así como acerca de la duración del intervalo, cuyo método se caracteriza porque: - el mensaje de "silencio" es transmitido por el RCN de manera redundante en cada mensaje de baliza, y - la redundancia se consigue por medio de cada mensaje de "silencio" dentro de un mensaje de baliza que contiene indicaciones de múltiples intervalos de "silencio" para diferentes, pero consecutivos, intervalos de baliza.
Description
Un sistema de comunicaciones inalámbricas con
detección de fuentes de radiaciones extrañas.
Ciertos sistemas de comunicaciones inalámbricas
tales como, por ejemplo, las redes de área local inalámbricas
(WLAN) trabajan en bandas de frecuencia que, también, son utilizadas
por sistemas de radar. Existe, por tanto, la necesidad de que tales
sistemas de comunicaciones puedan coexistir con los sistemas de
radar y, en consecuencia, llevar a cabo mediciones acerca de la
presencia, en la vecindad del sistema de comunicaciones, de radares
que trabajen en la misma banda de frecuencia que el sistema de
comunicaciones.
Una vez detectada la presencia, en la vecindad
del sistema de comunicaciones, de un radar que trabaja en la misma
banda de frecuencia que éste, un nodo de control del sistema puede
controlar éste para adoptar medidas predeterminadas.
La coexistencia de los sistemas de radar y de un
sistema de comunicaciones inalámbrico en la misma banda de
frecuencia es una cuestión relativamente nueva y, por tanto, se han
realizado relativamente pocos intentos para resolver este
problema.
El documento WO 00/22783 muestra un protocolo
MAC, para uso en una red inalámbrica, que soporta eficazmente la
asignación automática y oportuna de frecuencias. El protocolo MAC lo
consigue proporcionando "intervalos de silencio" periódicos.
El intervalo se indica mediante variables de control, una de las
cuales se utiliza para llevar la cuenta atrás del número de tramas
previas a la aparición del "intervalo de silencio". Durante
estos intervalos, se interrumpen todas las transmisiones de una
región de emisión correspondiente, permitiendo así que la estación
base que controla la región de emisión mida la interferencia en un
número de potenciales portadoras de frecuencia. Las mediciones de
interferencia pueden ser utilizadas, luego, por un algoritmo
automático de asignación de frecuencias con objeto de reasignar las
frecuencias, si es necesario, a las diversas estaciones base que
constituyen la red inalámbrica. Cuando a una estación base se le
reasigna una nueva frecuencia, el protocolo MAC proporciona,
también, un período durante el cual la estación base puede
sintonizar una frecuencia recién asignada y, después, un período
durante el cual los terminales inalámbricos asociados con la
estación base se sincronizan, por sí mismos, con la estación base y
la generación de tramas MAC en la frecuencia recién asignada.
Existe, por tanto, la necesidad de un método por
medio del cual un sistema de comunicaciones inalámbrico pueda
detectar la presencia de señales de radar transmitidas en la banda
de frecuencia que se le ha asignado al sistema de comunicaciones.
El método debe hacer posible iniciar mediciones en momentos más o
menos arbitrarios y, también, debe poderse utilizar tanto en
sistemas con una infraestructura fija como en los denominados
sistemas ad hoc.
Esta necesidad se ve satisfecha por el presente
invento, por cuanto proporciona un método para uso en un sistema de
comunicaciones inalámbrico con una pluralidad de nodos de emisión
inalámbricos. El método comprende el paso de permitir que un nodo
del sistema funcione como nodo central en el mencionado sistema y
hacer que dicho nodo permita que se lleven a cabo mediciones en,
por lo menos, una frecuencia de una banda de frecuencias que le ha
sido asignada al sistema.
Dichas mediciones se realizan para detectar si
dicha al menos una frecuencia está siendo utilizada por un
dispositivo o un sistema extraño a dicho sistema de comunicaciones
inalámbrico.
La medición puede ser llevada a cabo bien por el
propio nodo central o bien porque el nodo central le pida a uno o
más de los otros nodos que realice dichas mediciones e informe del
resultado al nodo central.
Es posible realizar la medición por medio del
nodo central transmitiendo un mensaje a otros nodos del sistema,
cuyo mensaje es un mensaje predefinido dentro del sistema como
mensaje que prohíbe a todos los nodos transmitir durante un cierto
intervalo, y dicho mensaje se transmite después de que el nodo haya
detectado que el sistema ha estado en silencio durante un intervalo
predefinido entre transmisiones de los diversos nodos del
sistema.
El mensaje puede ser transportado dentro de un
nuevo elemento de información en las transmisiones de baliza
realizadas periódicamente.
En lo que sigue, se describirá el invento con
mayor detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los que
la fig. 1 ilustra la señalización para
mediciones de acuerdo con un aspecto del invento, y
las figs. 2 y 3 muestran la señalización para
mediciones de acuerdo con un aspecto alternativo del invento, y
las figs. 4 y 5 muestran la señalización para
mediciones de acuerdo con otro aspecto alternativo del invento,
y
las figs. 6-8 muestran
mediciones para fuentes de transmisión extrañas de acuerdo con el
invento, y
la fig. 9 representa un diagrama de bloques para
la detección de fuentes de transmisión extrañas de acuerdo con el
invento, y
la fig. 10 muestra un escenario de tráfico,
y
la fig. 11 ilustra la temporización para las
mediciones requeridas en un aspecto del invento.
Los principios del presente invento se
describirán en lo que sigue utilizando un sistema de comunicaciones
inalámbrico de la clase de una red de área local de radio (RLAN) de
acuerdo con la norma IEEE 802.11. Con el fin de ilustrar los
problemas a que atiende el invento, se utilizará la versión de esta
norma denominada IEEE 802.11a, ya que esta norma está especificada
para la banda de 5 GHz, banda que también es utilizada por los
denominados radares de banda C.
Como se utiliza la misma banda de frecuencias
para el sistema RLAN en cuestión y para ciertos sistemas de radar,
existe la necesidad de coordinar el uso de la banda de frecuencias
en cuestión. Presumiblemente, dicha coordinación y dichas normas de
coexistencia en la misma banda de frecuencias han sido acordadas
anticipadamente y han sido decididas por los órganos reguladores o
por la propia industria. Independientemente de qué normas o
funciones de coordinación se hayan acordado, existirá la necesidad
de que el sistema de RLAN sea capaz de detectar la presencia de
radares en o cerca del área de cobertura del sistema RLAN con el fin
de aplicar esas normas o funciones, necesidad que se ve satisfecha
por el presente invento. Así, esta descripción se enfocará primero
sobre cómo un sistema de RLAN que haga uso del presente invento
puede detectar transmisiones de sistemas extraños tales como, por
ejemplo,
radares.
radares.
De acuerdo con la norma IEEE 802.11, las
transmisiones son asíncronas y se coordinan utilizando la función
puntual (PCF) o la función de coordinación distribuida (DCF). Con
independencia de qué principio de coordinación se utilice, el
sistema comprende varios nodos o estaciones que se comunican entre
sí. La DCF es una función de coordinación obligatoria, mientras que
la PCF es una función de coordinación opcional. Para sistemas de
infraestructura, un punto de acceso (AP) es un punto central a
través del cual pasa todo el tráfico hacia y desde las estaciones.
El AP determina si debe utilizarse o no la PCF. La información es
transportada en mensajes denominados de baliza, que son enviados
periódicamente y que contienen, por ejemplo, la denominada
información de tiempo y de datos.
Para las denominadas redes ad hoc no
existe AP y la DCF es la única función de coordinación permitida. En
una red ad hoc todas las estaciones ayudan, colectivamente,
a generar mensajes de baliza para garantizar que, por ejemplo,
existe una sincronización correcta entre todos los miembros de la
red ad hoc. Para una red de infraestructura, el presente
invento propone que el AP actúe como "nodo de control de radar"
para detectar transmisiones extrañas tales como una transmisión de
radar. Para las redes ad hoc, en el presente invento se
propone que una de las estaciones de la red ad hoc actúe como
"nodo de control de radar". Con el fin de que el "nodo de
control de radar" sea capaz de detectar transmisiones extrañas,
es necesario que pueda coordinar "períodos de escucha" en todo
el sistema, es decir, períodos durante los cuales no se permite
transmitir a ninguno de los nodos del sistema.
En un aspecto del presente invento, el nodo de
control del radar (RCN) no sólo es capaz de llevar a cabo las
mediciones propiamente dichas, sino que también puede utilizar
mensajes definidos dentro del sistema para permitir que otros nodos
del sistema lleven a cabo mediciones de radar durante intervalos de
tiempo específicos. Los resultados de estas mediciones serían
transmitidos, luego, al RCN.
En el sistema IEEE 802.11, se ha propuesto el
uso de las denominadas "tramas falsas" que consistirían en
tramas 802.11 normales conteniendo el denominado vector de
asignación de red (NAV) para el nodo transmisor. Generalmente, el
NAV informa a los otros miembros/nodos/estaciones del sistema de un
punto en el tiempo en que está acabando la transmisión corriente,
incluyendo un acuse de recibo del nodo par receptor y una posible
transmisión subsiguiente y el correspondiente acuse de recibo. La
estación que reciba la "trama falsa" actualizará su
representación interna del NAV, prohibiendo así cualquier
transmisión desde la estación hasta que expire el NAV, lo cual
permitiría llevar a cabo mediciones de radar.
De acuerdo con un aspecto del invento, el
período de medición durante el que el AP podría detectar la
presencia de transmisiones de radar o de otras transmisiones
extrañas, podría conseguirse haciendo que el AP transmitiese una
trama falsa y llevando a cabo entonces las mediciones en lugar de
transmitir durante el intervalo de tiempo especificado en el NAV de
la trama falsa. Con el fin de garantizar que la medición se lleva a
cabo en el momento deseado, el invento propone conceder una alta
prioridad en el sistema a tales tramas falsas. Esto puede hacerse
en la forma esquematizada en lo que sigue.
De acuerdo con la norma, antes de que se le
permita al AP transmitir una trama falsa, éste debe detectar que el
medio inalámbrico (WM) está vacío durante un cierto tiempo
predeterminado con el fin de asegurar que ningún otro nodo quiere
transmitir, Este "período de silencio" se denomina DIFS
(espacio entre tramas distribuido) y puede comprender, también, un
denominado tiempo de parada (BO).
De acuerdo con el invento, el AP transmite la
trama falsa que contiene los datos de medición después de haber
detectado el "silencio" en el sistema durante un período más
corto que el DIFS o más corto que DIFS+BO. Así, se le concedería al
AP la máxima prioridad dentro del sistema para los períodos de
medición y, en consecuencia, se garantizaría que las mediciones
pueden llevarse a cabo en los momentos deseados.
Si se desea una prioridad aún más alta para los
períodos de medición, puede acortarse el período de "silencio"
necesario para el AP antes de que éste transmita la trama falsa que
contiene los datos de medición, hasta el denominado PIFS (espacio
entre tramas PCF) o el SIFS (espacio corto entre tramas).
Como alternativa a la transmisión de "tramas
falsas" que contengan el período de datos de medición deseado,
el "nodo de control del radar", ya sea el AP en un sistema de
infraestructura BSS (conjunto de servicios básicos) ya sea un nodo
al que se ha señalado para que actúe como "nodo de control de
radar" en un sistema ad hoc (o BSS independiente), puede
utilizar el denominado "mensaje de baliza" del sistema para
informar a los otros nodos/estaciones/abonados del sistema acerca
de cuándo comenzará la medición, y de la duración de la misma y,
también, transmitirá cualquier posible información relacionada con
los intervalos de repetición de los períodos de medición, todo lo
cual se ilustra en la fig. 1.
El mensaje de baliza contiene campos fijos tales
como, por ejemplo, el campo de datos y los denominados "elementos
de información" (IE), cada uno de los cuales define un conjunto
de información predefinido, por ejemplo, información sobre el
conjunto de parámetros de salto de frecuencia. Dependiendo de qué
información sea válida, la baliza contendrá diferentes IE. Cuando
se requiera un período de medición, la baliza comprendería un IE
relacionado con un período de silencio utilizado para mediciones de
radar, con los parámetros antes descritos.
El mensaje de baliza es transmitido
periódicamente y, así, con cada transmisión de baliza, puede
actualizarse o llevarse la "cuenta atrás" de la información
relativa al inicio del período de medición. Una ventaja inherente
al uso del mensaje de baliza con el propósito deseado es que el
mensaje de baliza es transmitido repetidamente, lo que reduce al
mínimo el riesgo de que otros nodos del sistema pudieran no recibir
apropiadamente el mensaje debido, por ejemplo, a una zona de sombra
para la señal de radio.
Como alternativa a una de las dos realizaciones
anteriormente descritas, el RCN puede, de acuerdo con el invento
llevar a cabo mediciones durante períodos de silencio que ocurren
"por sí mismos" en el sistema, es decir, sin control alguno
por parte del RCN. De acuerdo con la norma, los datos se envían con
ciertas secuencias de tramas legítimas, con un cierto intervalo de
tiempo mínimo entre tramas, por ejemplo, DIFS, y cierto intervalo
de tiempo entre unidades de datos de protocolo dentro de una trama,
por ejemplo SIFS. Así, siempre hay un cierto período de silencio
mínimo entre transmisiones durante el cual sería posible realizar
mediciones con el fin de detectar transmisiones extrañas. Además,
en la mayoría de los sistemas deben ocurrir, de manera natural,
períodos de silencio más largos que los especificados. En esta
alternativa, el AP podría iniciar mediciones tan pronto como
detectase que el sistema está en silencio, y continuar hasta que un
abonado del sistema comenzase a transmitir.
Hasta ahora, esta descripción se ha referido a
la forma en que, de acuerdo con el invento, es posible conseguir
períodos de tiempo durante los cuales el AP puede llevar a cabo
mediciones en busca de señales de radar en el sistema según la IEEE
802.11. Otra cuestión, que también es considerada por el presente
invento, es la forma en que se lleva a cabo la detección de las
señales de radar como tales durante los "períodos de silencio"
que se han conseguido por medio del invento.
La detección de señales extrañas puede basarse
en la intensidad de la señal recibida, RSS. Si la señal recibida
alcanza un cierto nivel de RSS, esto es advertido por el AP y se
analiza para ver si procede o no de dentro del sistema de RLAN.
Una posibilidad de analizar una señal que se
recibe durante un período de silencio ordenado por el AP, consiste
en analizar la señal para ver si presenta componentes de señal que
muestren que la señal pertenece a una fuente de transmisión del
sistema de RLAN en cuestión, en este caso, el sistema según la IEEE
802.11. Si se detectan tales componentes, puede suponerse que la
fuente de transmisión no es un sistema de radar. Sin embargo, si no
se detectan componentes RLAN, se supone que se ha detectado un
transmisor de radar y se toman las medidas especificadas
apropiadas.
El análisis anteriormente descrito puede incluir
intentos de detectar preámbulos de tramas inherentes a tramas de un
sistema 802.11 o, incluso, intentos de descodificar la señal como si
fuese una señal 802.11, para ver si se detectan datos válidos.
El experto en la técnica comprenderá que existen
muchas otras formas de comprobar si una señal procede o no de un
sistema determinado y, así, esta descripción no entrará en detalles
acerca de cada una de tales posibilidades de detección que,
naturalmente, caen dentro del alcance del invento.
Sin embargo, en este documento se mencionarán
una o más posibilidades de detección de componentes RLAN en una
señal recibida: las tramas IEEE 802.11 contienen un denominado campo
de duración, el campo NAV, es decir, un campo que especifica la
longitud proyectada de la próxima transmisión del acuse de recibo
desde la estación par más una transmisión subsiguiente y su acuse
de recibo correspondiente. Cualesquiera señales detectadas durante
este período que se encuentren por encima del umbral RSS, pueden
descartarse, de forma que solamente se analizan señales que queden
fuera de la duración de la trama. Aparte del campo NAV, junto con el
preámbulo, se incluye un campo longitud que especifica la longitud
de la unidad de datos de protocolo corriente. También podría
utilizarse este campo longitud.
Volviendo ahora a la cuestión de los períodos de
medición, es naturalmente deseable hacer que el AP programe estos
períodos de medición en momentos en que la necesidad de transmisión
de datos dentro del sistema sea baja, ya que los períodos de
medición bloquearán las transmisiones de datos.
Un modo de programar los períodos de medición es
hacer que el nodo central, el AP, vigile su propio estado de la
memoria intermedia de transmisión y, también, estimar el estado de
la memoria intermedia de transmisión de los otros nodos dentro del
sistema RLAN. Un modo de estimar el estado de la memoria intermedia
de transmisión de los otros nodos del sistema es hacer que el AP
detecte el medio durante un tiempo más prolongado que el máximo
tiempo especificado entre transmisiones antes de someter una trama
de medición de acuerdo con cualquiera de los métodos antes
esquematizados. En el sistema IEEE 802.11, este tiempo más
prolongado se convertiría en la suma del espacio máximo entre
tramas (IFS) y el tiempo de parada (BO) más largo.
Naturalmente, si el sistema permite esto, el AP
debe escrutar todos los otros nodos del sistema en cuanto a su
memoria intermedia de transmisión. Una forma de hacerlo es utilizar
el mensaje de baliza del sistema para mostrar que el RCM utiliza
PCF o, si las estaciones/nodos/abonados soportan una función de
escrutinio, se les puede escrutar en busca de transmisiones de
datos pendientes antes de señalizar al RCN los períodos de
medición.
Otro método podría basarse en el recuento del
tráfico hacia y desde el AP durante un período de baliza. Si la
intensidad del tráfico es elevada, la magnitud del tiempo de
medición para la detección del radar se establecerá baja para el
siguiente período de baliza, y al contrario si la intensidad del
tráfico es baja.
Independientemente del método que se utilice
para programar los períodos de medición, éstos deben mantenerse tan
cortos como sea posible, con el fin de reducir al mínimo los
retardos de transmisión de datos. Un valor adecuado para un período
de medición, dado únicamente como ejemplo, es de dos milisegundos (2
ms).
Ha de hacerse hincapié, de nuevo, en que el
invento es igualmente aplicable tanto a sistemas que tienen un nodo
designado como AP desde el comienzo, como a sistemas denominados
sistemas ad hoc. En tales sistemas, también conocidos como
sistemas IBSS, no existe un AP que pueda actuar como controlador
central.
Una propuesta de acuerdo con el invento es hacer
que una de las estaciones del IBSS actúe como controlador central
"nodo de control de radar" con el fin de programar y llevar a
cabo las mediciones de acuerdo con el invento, como antes se ha
esquematizado. Esto debe hacerse de acuerdo con un protocolo o
algoritmo predeterminado y transformará al IBSS, con objeto de
realizar las mediciones de radar, en un BSS basado en una
infraestructura y, así, pueden utilizarse los mismos métodos que
para un sistema con un AP predeterminado.
Una forma posible de señalar uno de los nodos
para que actúe como AP con fines de medición de radar, es asignar
este papel a la estación que inicia el IBSS.
En un aspecto del invento se contemplaría, por
ejemplo, hacer que el RCN fuese el único nodo con capacidad para
realizar "exploración activa", es decir, el AP (o el nodo al
que se le ha asignado el papel del RCN) es la única unidad que
puede iniciar el uso del medio.
En otro aspecto del invento, sería necesaria,
también, una estación para determinar un "nodo de control de
radar" existente, bien en una red ad hoc bien en una red
de infraestructura, antes de intentar ninguna transmisión.
Detectando primero una RCN, puede suponerse que la frecuencia
utilizada por la red ad hoc o la red de infraestructura, no
está siendo utilizada por un radar.
Con el fin de detectar señales de interferencia
como las del radar con características de señal periódica, aparte
de lo que se ha descrito hasta ahora, también podría ser deseable
hacer que los intervalos de medición o de silencio tuviesen una
distribución aleatoria, proporcionando por tanto intervalos de
medición no periódicos. Esto aumentará la probabilidad de detección
de señales de interferencia como las del radar. Esto sería aplicable
a todos los sistemas de RLAN, incluso a los controlados
centralmente, como HIPERLAN/2 e HISWANa.
Un problema que se presenta al introducir
períodos de silencio al azar, es que algunas estaciones
pertenecientes a un BSS (o IBSS) pueden no recibir la
correspondiente información de control de silencio que se envía en
el mensaje de baliza, habiéndose descrito anteriormente dicho
mensaje. (Otra solución es que a las estaciones se les permita
enviar solamente si se descodificó correctamente la baliza más
reciente). Por ello, existe el riesgo de que el período de silencio
sea estropeado por una de las estaciones del BSS (o IBSS) que pueda
transmitir durante el período de silencio.
La solución al aparente problema de falta de
robustez, es introducir una redundancia, lo que puede hacerse de
diversas formas. El método más directo consiste en repetir la
información simplemente indicando múltiples tiempos de silencio en
cada baliza.
Cada indicación representaría, entonces, tiempos
de silencio para intervalos de baliza diferentes pero consecutivos.
Con el fin de limitar el número de indicaciones de desplazamiento de
silencio, los campos de desplazamiento de silencio serían
organizados de manera cíclica en el tiempo. Con vistas a simplificar
la ejecución práctica, la lista de indicaciones de desplazamiento
de silencio podría permutarse en sentido horario un paso o por cada
mensaje de baliza enviado. El tiempo de silencio se relaciona con el
tiempo TBTT (tiempo de transmisión de baliza objetivo), pero
también se pueden utilizar otras referencias, tales como el tiempo
de transmisión de la baliza. En asociación con una estructura de
formato de trama conocido, esto se representa gráficamente en la
fig. 2.
Además, en la fig. 3 se representa un ejemplo de
la primera realización. En este caso, se muestra una lista de tres
desplazamientos diferentes. Además, se muestra que a través de la
lista tiene lugar una segunda fase de repetición.
Un inconveniente del método representado en la
fig. 2 es que las múltiples indicaciones de tiempo de silencio en
una baliza generan una sobrecarga innecesaria. Un remedio a esta
falta de eficacia consiste en indicar un estado para un generador
seudoaletorio en cada baliza. (El generador aleatorio puede
incorporarse como un registro de desplazamiento con realimentación.
El generador polinómico debe seleccionarse de tal manera que se
concedan las características seudoaleatorias de la salida del
generador. Un registrador de desplazamiento de longitud máxima
(lineal) puede constituir una elección adecuada).
Cada estación puede sincronizar entonces su
respectivo generador seudoaleatorio con el estado de una baliza
descodificado correctamente. Este estado se utiliza, entonces,
cuando se deriva el desplazamiento (es decir, el instante de
inicio) del tiempo de silencio. Obsérvese que, también, debe
indicarse la duración del período de silencio. En este caso, se
supone que la duración sigue siendo la misma. La siguiente ecuación
describe un método para determinar el tiempo de desplazamiento para
el período de silencio.
T_{Silencio
\_Desplazamiento} = T_{Silencio \_Duración} \times
Resto(Estado,base(T_{baliza\_Intervalo}/T_{Silencio
\_Duración}))
donde T_{Silencio
\_Desplazamiento} es el tiempo de desplazamiento, Estado es el
estado del generador aleatorio, T_{Silencio \_Duración} es la
duración del tiempo de silencio, T_{baliza \_Intervalo} es el
intervalo entre las balizas y Resto es la función
resto.
Esta relación proporciona un conjunto de
instancias de tiempo de silencio no solapadas distribuidas por todo
el intervalo de baliza. Debe observarse que, igualmente bien,
podrían aplicarse otras funciones para determinar el tiempo de
desplazamiento basándose en el estado del generador aleatorio como
una de las entradas. Los parámetros de la anterior relación se
representan en la fig. 4.
El formato de trama basado en la distribución de
un estado de generador aleatorio, se representa en la fig. 5.
Períodos de silencio distribuidos al azar pueden
ser introducidos en sistemas controlados centralmente, como
HIPERLAN/2 e HISWANa, por el programador en el nodo de control o AP.
En estos sistemas no se necesita protocolo.
Como se ha descrito en lo que antecede, el
invento propone diversos métodos con el fin de diferenciar entre
transmisiones recibidas durante los períodos de medición
("períodos de silencio"), de forma que puedan detectarse
transmisiones de radar.
Una solución para conseguir esta diferenciación
se ha descrito anteriormente aprovechando el hecho de que partes
(tramas) de las RLAN tienen una duración diferente (son más largas)
que los impulsos de radar. En lo que sigue D_SHORTEST_RADAR y
D_LONGEST_RADAR son los impulsos de radar más cortos y más largos,
respectivamente, que pueden ser detectados por la RLAN, y
D_SHORTEST_FRAME es la trama más corta del tráfico en la RLAN.
Valores típicos, dados únicamente como ejemplo, son:
D_SHORTEST_RADAR \sim 50 ns, D_LONGEST_
RADAR \sim 20 \mus y D_SHORTEST_FRAME \approx 24 \mus. Las tramas de RLAN consecutivas están separadas por períodos de silencio de duración variable, dependiendo de la carga de tráfico en cada momento.
RADAR \sim 20 \mus y D_SHORTEST_FRAME \approx 24 \mus. Las tramas de RLAN consecutivas están separadas por períodos de silencio de duración variable, dependiendo de la carga de tráfico en cada momento.
Si se detecta una trama en la que RSS >
RSS_TH_1 y con una duración D_I < D_SHORTEST_FRAME, entonces
puede suponerse que se trata de una señal de radar y, si D_I >
D_LONGEST_RADAR, entonces se supone que se ha recibido una trama de
RLAN.
Dado que los impulsos de radar más cortos que
han de detectarse tienen una duración del orden de 50 ns, el
algoritmo de detección de las señales de radar también debe ser
capaz de detectar tales impulsos cortos.
Las RLAN corrientes utilizan OFDM (multiplexado
por división de frecuencia ortogonal) como técnica de modulación.
Esta técnica de modulación se caracteriza por una envolvente no
constante de la señal de transmisión con un elevado margen dinámico
(\sim10....12 dB), que provoca fuertes variaciones de la
intensidad de campo recibida RSS.
\newpage
Se supone que la intensidad media de las señales
recibidas del tráfico de la RLAN puede estar en el margen del
umbral de potencia de detección de radar, RSS_TH_1. Este umbral
determina el nivel de potencia por encima del cual la RLAN ha de
detectar impulsos de radar.
Esta fuerte variación de la RSS dificulta
determinar la duración D_I de una interferencia si RSS > RSS_TH_1
(véase la fig. 6) si el tráfico de la RLAN se recibe dentro del
margen del umbral de potencia de detección de radar (\pm10 dB).
Desafortunadamente, la fuerte variación de la RSS provocada por la
técnica de modulación OFDM puede engañar en la detección de un tren
de impulsos cortos con una duración menor que D_SHORTEST_FRAME que,
entonces, pueden ser interpretados como impulsos de radar, en lugar
de como una única trama de RLAN. Esta falsa detección de radar
puede provocar una tasa elevada de cambios de frecuencia o, incluso,
puede generar un tiempo de ausencia más prolongado de toda la RLAN,
cuando en el transcurso del tiempo de detección, todos los canales
cuyo uso se permite a la RLAN, son marcados (falsamente) como
ocupados por el radar.
La fig.6 muestra una trama 10 de RLAN, varios
picos 20, dentro de esta trama, que son interpretados
equivocadamente como impulsos de radar y, también, muestra un
impulso de radar 30, verdadero.
Por otro lado, si la RLAN busca estructuras
periódicas con el fin de identificar, a través de esta
característica, una señal de radar, las fluctuaciones de la
envolvente OFDM destruirán la estructura periódica de una señal de
radar recibida, cuando se la recibe en el margen de RSS_TH_1 y, por
tanto, la probabilidad de detección de las señales de radar
disminuirá de forma significativa.
De acuerdo con un aspecto del invento, la
detección de impulsos se consigue sobre la base de valores medios
<RSS>_LONG, que se toman durante un cierto número de muestras
de RSS, cada una con una duración de, por ejemplo, 50 ns. A causa
de este proceso de promediado, sigue existiendo el riesgo de que
impulsos de radar cortos presentes en las cercanías de una
interferencia baja, queden ocultos y no puedan detectarse. Por
tanto, la RLAN consigue un segundo proceso de medición en paralelo,
que hace uso de períodos de promediado más cortos
<RSS>_SHORT. Los resultados de ambos procesos de medición se
combinan con el fin de permitir una detección segura y fiable de
los impulsos de radar.
La figura 7 muestra el resultado para el caso de
que la trama de RLAN se reciba con una fuerte intensidad de campo
RSS. Durante la recepción de la trama de RLAN, bastantes valores de
RSS promediados consecutivos, <RSS>_LONG, están todos, por
encima del segundo umbral RSS_TH_2, indicando así que esta señal es
una trama de RLAN. En la fig. 7 se muestran los contornos de la
fig. 6 con línea de trazos, a fin de resaltar la diferencia.
Una realización preferida consiste en que se
necesitan N=11 valores <RSS>_LONG consecutivos que superen el
umbral RSS_TH_2, para adoptar la decisión de que se trataba de una
trama de RLAN. Para simplificar, en la figura 7 solamente se
esquematizan 8 valores <RSS>_LONG consecutivos. El impulso de
radar se detecta en forma correcta porque el valor RSS_SHORT está
por encima del umbral RSS_TH_1 y no hay suficientes valores
<RSS>_LONG por encima de RSS_TH_2.
La figura 8 muestra el resultado para el caso de
que la trama de RLAN se reciba con una baja intensidad de campo
RSS. Durante la recepción de la trama de RLAN, todos los valores de
RSS <RSS>_LONG promediados están por debajo del segundo
umbral RSS_TH_2 y no hay ningún valor <RSS>_SHORT por encima
del umbral RSS_TH_1. Por tanto, no se detecta señal de radar alguna
durante este período. Esto muestra que la diferencia entre los
umbrales RSS_TH_1 y RSS_TH_2 debe ser, por lo menos, igual al margen
dinámico. El margen dinámico se define como la diferencia existente
entre la potencia media y la potencia máxima de una señal OFDM, y se
muestra con flechas en la fig. 8. Al igual que antes, el impulso de
radar se recibe correctamente porque el valor RSS_SHORT está por
encima del umbral RSS_TH_1.
La figura 8 también demuestra la dependencia del
umbral RSS_TH_2 de los umbrales RSS_TH_1. RSS_TH_2 debe ser menor
que RSS_TH_1 en una magnitud igual a D+margen, siendo D el margen
dinámico de la señal OFDM y donde "margen" significa el márgen
dinámico de los valores medios <RSS>_LONG. RSS_TH_2 debe
definirse de tal modo que si alguno, o ninguno, de los valores
<RSS>_LONG están por debajo de RSS_TH_2 entonces, con una
probabilidad lo bastante alta, ningún valor RSS_SHORT está por
encima de RSS_TH_1, si solamente está presente una señal de
RLAN.
La figura 9 muestra el diagrama de bloques para
el control de detección del radar suponiéndose de nuevo, en este
ejemplo, que D_LONGEST_RADAR < 11 valores RSS_LONG consecutivos
< D_SHORTEST_FRAME.
El dispositivo de detección de radar ha de
controlar que puede disponerse de suficiente tiempo, durante el que
no existe tráfico de RLAN (período de silencio), con el fin de poder
detectar señales de radar con una elevada probabilidad en un cierto
período. Si el dispositivo de detección de radar reconoció un
período de silencio demasiado corto, por ejemplo debido a una
fuerte carga de tráfico, el dispositivo de detección de radar tiene
que incluir, preferiblemente, un denominado período de silencio
forzado sin tráfico alguno de la RLAN. Esto puede conseguirse, por
ejemplo, retardando el tráfico de la propia RLAN (período de
silencio forzado activado por el tiempo).
\global\parskip0.900000\baselineskip
Tal período de silencio forzado sin tráfico de
la RLAN no sólo puede ser iniciado por una determinada restricción
de tiempo, como se ha mencionado en el párrafo anterior, sino que
también puede ser activado por un cierto suceso (período de
silencio forzado activado por suceso). Tal suceso puede ser,
preferiblemente, un suceso en el que el dispositivo de detección de
radar reconozca una cierta indeterminación acerca de la decisión
sobre la detección del radar. Entonces, puede posponer la decisión,
introduce un período de silencio forzado, consigue otras mediciones
de radar dentro de este período de silencio forzado, y decide,
durante o después del período de silencio forzado, si está presente
o no una señal de radar. Un suceso de esta clase puede estar
desencadenado, por ejemplo, por un número demasiado alto de tramas
de RLAN corrompidas en un cierto período de tiempo T1. Otro suceso
puede consistir, por ejemplo, en un número demasiado elevado de
impulsos de radar detectados en un corto período de tiempo T2, lo
cual parece ser atípico de las señales de radar.
En lo que sigue, se ofrecerá una descripción de
este aspecto del invento, sobre la base de un ejemplo en el que
<RSS>_LONG se promedia en más de 2 \mus y <RSS>_LONG
se promedia en más de 0,1 \mus. Además, se supone que
D_SHORTEST_FRAME = 24 \mus y que D_LONGEST_FRAME = 20 \mus pero,
naturalmente, un tiempo promedio para <RSS>_LONG = 4 \mus,
por ejemplo, sería también un valor razonable.
Si por lo menos N_TH = 11 valores consecutivos
de <RSS>_LONG están, todos, por encima de un segundo umbral
RSS_TH_2, entonces la interferencia se interpreta como una trama de
RLAN. Si menos de N_TH = 11 valores consecutivos de
<RSS>_LONG están, todos, por encima de este umbral RSS_TH_2 y,
al menos, un valor de <RSS>_SHORT está por encima del umbral
RSS_TH_1, entonces la fuerte interferencia se interpreta como un
impulso de radar.
RSS_TH_2 es, de preferencia, menor que RSS_TH_1.
RSS_TH_2 depende del nivel de sensibilidad de la RLAN, del margen
dinámico de la señal OFDM y del período de promediado para
<RSS>_LONG. RSS_TH_2 puede ser el valor más bajo al que puede
detectarse con éxito una señal de la RLAN. Preferiblemente, debe ser
más que el margen dinámico de la señal OFDM inferior a RSS_TH_1.
Por ejemplo, si RSS_TH_1 = -61dBm y el margen dinámico de la señal
OFDM = 12dB, entonces RSS_TH_2 debe ser menor que -(73+margen) dBm.
El margen debe tener en cuenta las imprecisiones del hardware y las
variaciones de la potencia de señal media durante una trama de RLAN.
Por ejemplo, margen-5 dB. Esto debe garantizar que
ningún valor de <RSS>_SHORT supera el umbral RSS_TH_1 si
menos de N_TH=11 <RSS>_LONG superan RSS_TH_2 debido,
justamente, al tráfico de la RLAN.
RSS_TH_1 depende del período de promediado de
<RSS>_SHORT. Por ejemplo, si el umbral de detección de radar
para la intensidad de la señal de campo recibida es -61 dBm y se
requiere la detección de un impulso de 50 ns y la longitud promedio
de <RSS>_SHORT es de 100 ns, entonces RSS_TH_1 debe ser 3 dB
inferior a -61 dBm. Además, deben tenerse en cuenta las
imprecisiones del hardware que hagan necesario reducir más el valor
de RSS_TH_1.
El promediado de <RSS>_LONG y
<RSS>_SHORT puede conseguirse en períodos de tiempo no
solapados o en un intervalo deslizante. El ejemplo que antecede se
refiere a períodos de tiempo no solapados. Si se determina
<RSS>_LONG en un intervalos deslizante, entonces debe
incrementarse el umbral N_TH, de tal modo que N_TH valores
consecutivos de <RSS>_LONG cubran un período de tiempo T de
longitud D_LONGEST_RADAR \leq T \leq D_SHORTEST_FRAME.
El aspecto del invento presentado en lo que
antecede es sencillo de llevar a la práctica y permite conseguir
una distinción fiable de los impulsos de radar y las tramas de RLAN.
La detección de tramas de RLAN es independiente de si la trama de
RLAN está o no corrompida (por ejemplo debido a colisiones). Esto
tiene una gran importancia por cuanto las tramas de RLAN también
pueden distinguirse de los impulsos de radar descodificando el
preámbulo de la RLAN. Si se detecta un preámbulo, entonces la
interferencia se identifica como trama de RLAN. Este método de
utilizar el preámbulo para la toma de decisión no sirve si la trama
de RLAN está corrompida, por ejemplo debido a una colisión con otra
trama de RLAN, lo que puede ocurrir con frecuencia.
Como se ha mencionado varias veces en lo que
antecede, uno de los problemas que considera el invento es el de
descubrir señales de radar durante períodos en que el dispositivo de
detección de radar (RDD) no transmite. Este proceso puede dividirse
en dos etapas: medición y detección. Las simples mediciones de RSS
pueden ser satisfactorias, lo que dirige la atención a la búsqueda
de algoritmos de detección eficaces empleando estas mediciones.
Debe satisfacerse el requisito de que, hablando
de una manera general, el P por ciento de cada intervalo de tiempo
de duración T es utilizado por el dispositivo de detección de radar
de la RLAN para explorar en busca de señales de radar. Durante
estos períodos de medición de radar, las interferencias debidas a
otras RLAN no deben generar una falsa alarma, es decir, el
dispositivo de detección de radar de la RLAN no debe suponer que ha
detectado una señal de radar, mientras no hubiese presente ninguna
señal de radar, debido justamente a la interferencia
co-canal de la RLA. Al mismo tiempo, el tráfico
propio de la RLAN deberá sufrir un impacto tan pequeño como sea
posible. Debe hacerse notar que el tráfico propio no siempre es
predecible, por cuanto la RLAN ha de reaccionar, también, a
requerimientos procedentes del sistema de distribución (DS) o de
otras estaciones (STA). Un escenario de tráfico se esquematiza, a
modo de ejemplo, en la fig. 10.
El porcentaje P de T puede expresarse, también,
como un tiempo absoluto T_S=T*P/100 a medir dentro de T.
La idea básica de este aspecto del invento se
aplica, asimismo, si el requisito de detección del radar no es un
tiempo de medición requerido específico dentro de un determinado
intervalo de tiempo, sino un requisito de comportamiento, por
ejemplo, la red o la célula de RLAN ha de abandonar la frecuencia
una vez que estén presentes señales de radar dentro de un cierto
tiempo.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El aspecto del invento que se describirá ahora
ilustra cómo el dispositivo de detección de radar (RDD) puede
detectar eficientemente señales de radar durante el modo de
funcionamiento normal. Se supone que el requisito para detectar
impulsos de radar durante el modo normal será que, durante un cierto
período de tiempo, por ejemplo, del 5%....20%, han de medirse
señales de radar dentro de un cierto intervalo de tiempo T. Otra
posibilidad para un requisito de detección de radar podría ser que
el RDD tenga que iniciar y controlar un cambio de frecuencia o, al
menos, ocuparse de que la célula o red RLAN no continúe funcionando
en la frecuencia utilizada un cierto tiempo después de que se haya
presentado una señal de radar en una cierta frecuencia (canal). Esto
resuelve el problema de cómo puede, el RDD, controlar
eficientemente este período de tiempo de medición requerido durante
el modo de funcionamiento normal sin introducir restricciones de
tráfico innecesarias.
El concepto básico es que el dispositivo
responsable de la detección del radar siga todo el tráfico de la
RLAN, en principio, sin controlarlo activamente, Al mismo tiempo, el
dispositivo de detección de radar realiza exploraciones en busca de
señales de radar en períodos de tiempo sin tráfico. Esta exploración
se realiza mediante mediciones de RSS, que se comparan con el
umbral de potencia de detección de radar RSS_TH. Si no se supera
este umbral, puede suponerse que no están presentes señales de
radar.
Si se supera el umbral, el RDD comprueba si ello
se debió a tráfico de la RLAN o no. Si el RDD encuentra que la
superación del umbral se debió a tráfico de la RLAN, la
correspondiente duración del tráfico de la RLAN se excluye del
tiempo de medición, ya que no puede garantizarse que, al mismo
tiempo, no estaba presente una señal de radar por encima del
umbral.
Si la carga de tráfico de la propia RLAN es
demasiado elevada, o si el tráfico recibido de la RLAN siendo
RSS>RSS_TH ocurre con demasiado frecuencia, de manera que existe
el riesgo de que no pueda medirse la cantidad de tiempo requerida
dentro del período de tiempo T o no pueda darse cumplimiento a las
exigencias de comportamiento, el RDD comienza a controlar el
tráfico. Este control es posible por diversos medios. Merced a este
control, puede garantizarse que las mediciones de radar ya no son
perturbadas por el tráfico de la RLAN y, por tanto, puede
disponerse de tiempo suficiente para llevar a cabo mediciones de
radar sin perturbaciones en su mayoría.
Si se reciben señales por encima de RSS_TH, que
no pueden ser detectadas como tráfico de la RLAN, el RDD tiene la
indicación de que está presente una señal de radar y se pone en
marcha para iniciar y controlar que esta frecuencia ya no se
utiliza.
EL RDD también puede comenzar a controlar el
tráfico para suprimir tráfico de la RLAN si observa muchas
mediciones por encima de RSS_TH, aunque no se detecte tráfico de la
RLAN. Así, el RDD puede garantizar que no detectan falsamente
señales de radar debido a interferencia de RLAN no detectable,
provocada, por ejemplo, por demasiadas colisiones. Esto sólo es
posible, naturalmente, si todavía se cumple el requisito en cuanto
al comportamiento o al tiempo de medición del radar.
En las nueve etapas siguientes, se describe la
idea con detalle a modo de ejemplo. En este caso, un dispositivo
RLAN que genere interferencia se designa con RLAN_I, significando
"I" que genera interferencia. Además, se supone que "fuerte
interferencia" siempre significa una interferencia en la que
RSS>RSS_TH.
- 1.
- Al comienzo del intervalo de tiempo T, el RDD utiliza cada intervalo de tiempo en que el RDD no transmite ni recibe en relación con ningún otro dispositivo de la RLAN, para llevar a cabo mediciones de radar.
- 2.
- El RDD cuenta el tiempo T_M realmente empleado en las mediciones durante el intervalo de tiempo T, es decir, cuando no se produce interferencia fuerte.
- 3.
- La interferencia fuerte provocada por otro RLAN_I es excluida de T_M.
- 4.
- El RDD define internamente un tiempo T_I<T, que depende del tiempo T_M de medición corriente, es decir, T_I se actualiza continuamente. T_I está más cerca de T cuanto más cerca de T_S esté T_M.
- 5.
- En tanto T_M sea menor que T_S y mientras el tiempo transcurrido llega a T_I, el RDD reserva el tiempo restante \DeltaT=T-T_I para el denominado período de medición forzada. En este período de mediciones forzadas no se transmite el tráfico propio de la RLAN y se utiliza el tiempo \DeltaT disponible para conseguir el resto de las mediciones de radar requeridas. Dentro de \DeltaT, se suprimirá la interferencia co-canal debida a otras RLAN (véase el punto 7). Es decir, el medio es silenciado, por ejemplo por el RDD o por otro dispositivo que comunica con el RDD. Podría tratarse de un dispositivo cuya única misión fuese silenciar el medio si así lo indicase el RDD.
- 6.
- T_I se adapta a las posibilidades del RDD o del dispositivo que silencia el medio de forma que pueda conseguirse el tiempo restante T_S-T_M del tiempo de medición de radar requerido dentro del intervalo de tiempo \DeltaT utilizado para las mediciones forzadas.
- 7.
- Para las RLAN según la IEEE, la supresión de una fuerte interferencia co-canal debida a otras RLAN durante \DeltaT, puede conseguirse utilizando el mecanismo RTS/CTS de la IEEE 802.11. Pueden contemplarse, también, otras realizaciones para silenciar el medio, tales como hacer que el dispositivo que quiere silenciar el medio transmita cortos impulsos falsos, de preferencia carentes de información, con un período más corto que el espacio de tramas más corto posible de los dispositivos, que deben mantenerse en silencio (preferiblemente DIFS, si bien es posible, también, PIFS). Además, una baliza transmitida desde el RDD podría indicar a todas las STA asociadas que seguirá un período en el que no se permite el tráfico. Podría tratarse de un período libre de contención. Durante este período, todos los dispositivos estarán en silencio, a no ser que se les pida que transmitan algo. Durante estos períodos, el RDD puede silenciar el medio, simplemente, al no solicitar tráfico alguno. Durante estos períodos podría llevarse a cabo la detección de señales de radar. Para las RLAN H/2 no es un problema suprimir tal interferencia co-canal fuerte debida a otros dis- positivos H/2 pertenecientes a la misma célula si se utilizan las posibilidades ya previstas en la norma H/2.
- 8.
- Tan pronto como el tiempo de medición real, T_M sea igual o mayor que el tiempo de medición requerido, T_S, se interrumpen las mediciones durante este intervalo de tiempo T, ya que se han conseguido mediciones de suficiente longitud dentro de T.
- 9.
- Tan pronto se detecte una señal de radar, se dan por terminadas las mediciones y la RLAN cambia de frecuencia o, por lo menos, interrumpe las transmisiones en la frecuencia utilizada en ese momento.
- \quad
- La decisión, si la fuerte interferencia es provocada por señales de radar o por otra RLAN_I, puede tomarse de distintas formas y éstas pueden combinarse adecuadamente.
Se supone que D_SHORTEST_FRAME y que
D_LARGEST_FRAME son las longitudes mínima y máxima, respectivamente,
de una trama de RLAN, y que D_SHORTEST_RADAR y D_LONGEST_RADAR son
las longitudes mínima y máxima, respectivamente, de un impulso de
radar a considerar.
Valores típicos son, por ejemplo,
D_SHORTEST_FRAME \approx 24 \mus, D_LONGEST_FRAME \approx 3
ms, D_
SHORTEST_RADAR \approx 0,05 \mus y D_LONGEST_RADAR \approx 100 \mus.
SHORTEST_RADAR \approx 0,05 \mus y D_LONGEST_RADAR \approx 100 \mus.
Se mide la duración D_I de la interferencia
fuerte. Basándose en D_I puede decidirse, primero, si D_I puede
verse como un impulso de radar o como una interferencia de RLAN.
En lo que sigue se muestra un ejemplo de cómo
podría llevarse a la práctica la idea general para explorar la
información de la longitud de la interferencia y distinguir, por
ello, entre tráfico de la RLAN y señales de radar.
Si durante el período D_I > D_LONGEST_RADAR o
D_I < D_SHORTEST_RADAR, entonces la interferencia puede
identificarse como no señal de radar y, por tanto, por ejemplo, como
una interferencia de RLAN, porque impulsos de radar tan largos o
tan cortos no son posibles o es muy improbable que lo sean. En este
caso, carece de importancia conocer la fuente de origen de la
interferencia, ya que se identificó como una señal no de radar.
En el otro caso, si D_SHORTEST_RADAR \leq D_I
\leq D_LONGEST_RADAR, entonces es posible que se trate de un
impulso de radar. Si, además, D_I es menor que D_SHORTEST, entonces
se detecta una señal de radar, ya que no es posible o es muy poco
probable que existan tramas de RLAN tan cortas.
Si D_SHORTEST_RADAR \leq D_I \leq
D_LONGEST_RADAR, es posible que se trate de una trama o de un
impulso de radar. Entonces el RDD puede intentar detectar el
preámbulo al comienzo de la fuerte interferencia. Si puede
detectarse un preámbulo, entonces la interferencia se identifica
como una interferencia debida a RLAN. El preámbulo puede ser un
preámbulo del mismo sistema de RLAN o de otro sistema de RLAN (por
ejemplo, una RLAN IEEE puede detectar un preámbulo IEEE, un
preámbulo H/2 y todos los preámbulos de sistemas de RLAN conocidos
y, viceversa, es decir, H/2 puede detectar H/2, IEEE y todos los
preámbulos de sistemas de RLAN conocidos).
En general, todos los sistemas de RLAN deben ser
capaces de identificar todos los preámbulos de todos los otros
sistemas de RLAN conocidos que trabajen en la misma banda de
frecuencias). Si se detecta un preámbulo, el RDD continúa midiendo,
pero excluye D_I del tiempo de medición corriente T_M, es decir, no
se toma la decisión de abandonar la frecuencia, si ello está,
todavía, en línea con el requisito de detección de radar. Si no
puede detectarse preámbulo, se supone que la señal de interferencia
era una señal de radar.
Este hecho de que los impulsos de radar típicos
tengan una duración significativamente más corta que las partes
(tramas) de datos transmitidas en un sistema de RLAN, podría
utilizarse en otra realización del invento. Por ejemplo, si D_I
< D_SHORTEST_FRAME, entonces se supone que está presente una
señal de radar y si D_I > D_SHORTEST_FRAME, entonces se
considera que la interferencia es una señal de RLAN.
En todas las realizaciones no puede garantizarse
que si se detecta una señal de RLAN (por longitud del impulso o por
detección de preámbulo) no haya una señal de radar oculta en esta
señal de RLAN detectada. Por tanto, la decisión acerca de si se
excluye este tiempo del tiempo de medición, que es la realización
preferida, o si ha de dejarse vacía la frecuencia depende, en
cualquier caso, del requisito de detección de radar. En cualquier
caso, el RDD puede utilizar la información de que se detectó una
señal de RLAN superior al umbral de potencia RSS_TH. Una
alternativa a la exclusión del tiempo del tiempo de medición
consiste en dejar vacía esta frecuencia (canal) pero volver a
comprobar dicha frecuencia más a menudo si todavía sigue ocupada por
señales con fuerte interferencia.
Pueden añadirse restricciones con el fin de
reducir la probabilidad de una falsa detección, en nombre de la
sensibilidad de detección. Por ejemplo:
- -
- El nivel de interferencia máximo del impulso debe ser superior a un determinado umbral.
- -
- Debe recibirse más de un impulso dentro de un período dado.
- -
- Dentro de un período dado debe recibirse más de un impulso y éstos deben tener una PRF (frecuencia de repetición de impulso) común. Obsérvese que el detector de PRF puede ser robusto en relación con impulsos perdidos.
No se requiere medición de sobrecarga, y es
posible realizar exploración de radar en canales que no se utilizan.
La exploración de radar puede realizarse de manera continua
(excepto durante el tiempo que duran las tramas de RLAN
transmitidas).
El método descrito de distinguir las señales de
radar de los datos de la RLAN por medio de la longitud D_I de la
fuerte interferencia recibida y un detector de preámbulo, puede
utilizarse no sólo durante el modo normal de la RLAN sino, también,
durante la fase de arranque de la RLAN.
El resultado de detectar una señal de radar en
un canal específico empleando, por ejemplo, el método descrito en
este documento, tiene como consecuencia que el dispositivo de la
RLAN marcará este canal específico como ocupado por el radar y, en
consecuencia, se desplazará a un canal diferente, en el que se
reanudará el funcionamiento normal. Esto podría tener como
consecuencia que un número significativo de canales se estén
marcando como ocupados, dejando pocos canales o ninguno para que
trabaje el dispositivo de la RLAN. En tal caso, sufrirá la
capacidad del sistema.
Entonces, es claramente deseable disponer de un
mecanismo en el que se mida de nuevo el canal marcado con radar. De
esta forma, es posible (i) confirmar la presencia de señales de
radar en el canal o (ii) obtener mediciones que indiquen que ya no
está presente un radar. En el último caso, se permitirá que el
dispositivo RLAN funcione nuevamente en el canal previamente
marcado como ocupado por el radar.
Con el fin de tener una probabilidad
suficientemente alta de detectar la presencia de un radar en tal
frecuencia marcada, será necesario recoger mediciones durante
largos intervalos de tiempo, órdenes de magnitud mayores que los
períodos de medición utilizados típicamente para la detección de un
radar en el modo normal, como se ha descrito previamente. Un valor
típico sería que se necesita medir durante un tiempo total de
T_{TOT} = 10 s. Si durante todo este período no se ve señal
alguna de radar, el canal puede -de nuevo- considerarse como libre
de señales de radar. Tales intervalos de medición prolongados son
muy indeseables, ya que exigen que el dispositivo de RLAN abandone
su modo de fun-
cionamiento normal y, por tanto, afectan adversamente en muy alto grado al funcionamiento normal del dispositivo.
cionamiento normal y, por tanto, afectan adversamente en muy alto grado al funcionamiento normal del dispositivo.
Como alternativa a la programación de tales
intervalos de medición prolongados, se puede utilizar, en su lugar,
el enfoque que se describe en lo que sigue.
El dispositivo de RLAN programará regularmente
cortos períodos de medición en su canal operativo corriente, así
como en otros canales. Tales períodos de medición son parte del
funcionamiento normal del dispositivo de RLAN, y su propósito es
utilizar siempre el canal con las mejores características (es decir,
con el nivel de interferencia más bajo). La idea es, entonces,
llevar a cabo también tales mediciones en canales previamente
marcados como ocupados por el radar, y mantener el seguimiento del
tiempo de medición total. El tiempo de medición total se define
como la suma de todos los intervalos cortos de medición en el canal
específico. Para la siguiente exposición, cada intervalo de
medición (corto) se designa con la variable T_{medic}, mientras
que el tiempo de medición total se designa con la variable
T_{TOT}. La variable T_{TOT} se establece, inicialmente, en un
valor de cero una vez que se ha detectado un radar en un canal
específico. Cada vez que se mide un canal previamente marcado como
ocupado por un radar, puede ocurrir una de dos cosas:
El radar es detectado durante el intervalo de
medición. En este caso, el canal mantendrá su "etiqueta con
radar". El valor de T_{TOT} seguirá siendo cero o no se detectó
señal de radar durante el intervalo de medición. En este último
caso, el tiempo total de medición se incrementa en forma
acumulativa, como T_{TOT} = T_{TOT} + T_{medic}.
El efecto de este esquema es que se mantiene un
seguimiento del tiempo total de medición acumulativo en cada canal
específico. En el caso de que en el canal marcado como ocupado por
el radar se hayan llevado a cabo muchas medidas, en número
suficiente, de modo que T_{TOT} satisfaga el requisito dado en
relación con el tiempo de medición total (por ejemplo, los 10 s que
se utilizan en este ejemplo), el canal previamente marcado como
ocupado por el radar puede considerarse, de nuevo, libre del radar.
Además, en el caso de que se detecte un radar tras varias
mediciones libres de radar, el tiempo total acumulativo T_{TOT} se
establecerá de nuevo en su valor inicial de cero. Utilizando el
método descrito, será posible
- -
- Garantizar, con un nivel de probabilidades suficientemente alto, la presencia o la ausencia de impulsos de radar en un canal previamente marcado y que ello se consiga sin el efecto adverso que suponen los continuos intervalos de medición prolongados.
- -
- Hacer que queden canales disponibles para uso por la RLAN que, de otro modo no lo estarían, mejorándose así la capacidad del sistema.
En lo que sigue se describe una posible solución
técnica.
Al comienzo de cada intervalo de longitud T, se
ponen a cero los contadores C0, C1 y C2. La unidad de contador es
comparable al tiempo medido, por ejemplo, en ns. C0 es un contador
del tiempo total transcurrido durante T.
El contador C0 cuenta el tiempo transcurrido
dentro del intervalo de tiempo T (de cero a T).
El contador C1 cuenta el tiempo ya utilizado
para mediciones de radar (equivalente a T_M), es decir, el contador
C1 se activa cuando se inicia cualquier intervalo de medición y C1
deja de contar cuando la RLAN comienza una transmisión o se recibe
una señal de fuerte interferencia con RSS > RSS_TH, o si se
alcanza la magnitud requerida C1 = T_S de tiempo de medición.
El contador C2 es opcional y cuenta la duración
de una fuerte interferencia ininterrumpida. Si D_SHORTEST_
RADAR \leq C2 \leq D_SHORTEST_FRAME, entonces se detecta una señal de radar. Si D_LONGEST_RADAR < C2, entonces se detecta una interferencia de RLAN, el contador C1 se activa de nuevo después del final de la fuerte interferencia y se continúa con la medición. Si D_SHORTEST_RADAR \leq C2 \leq D_LONGEST_RADAR, entonces la RLAN intenta detectar el preámbulo dentro de la fuerte interferencia. Si no puede encontrarse el preámbulo, entonces se detecta una señal de radar. Por lo demás, el contador C1 se activa de nuevo tras el final de la fuerte interferencia y se continúa con la medición.
RADAR \leq C2 \leq D_SHORTEST_FRAME, entonces se detecta una señal de radar. Si D_LONGEST_RADAR < C2, entonces se detecta una interferencia de RLAN, el contador C1 se activa de nuevo después del final de la fuerte interferencia y se continúa con la medición. Si D_SHORTEST_RADAR \leq C2 \leq D_LONGEST_RADAR, entonces la RLAN intenta detectar el preámbulo dentro de la fuerte interferencia. Si no puede encontrarse el preámbulo, entonces se detecta una señal de radar. Por lo demás, el contador C1 se activa de nuevo tras el final de la fuerte interferencia y se continúa con la medición.
Se supone que el RDD es capaz de conseguir la
medición forzada ("forzada" significa que el RDD u otro
dispositivo suprime sus propias transmisiones y las transmisiones
de dispositivos vecinos de la RLAN que utilicen la misma frecuencia
que RDD) en un X por ciento del intervalo de tiempo de duración
\DeltaT. Entonces, se establece un umbral T_I, por ejemplo, T_I =
(T-T_S-T_M)*100/X.
T_I define el tiempo que se necesita para
conseguir el tiempo de medición requerido restante
T_S-T_M, véase, también, la fig. 11.
Siempre que C0 = T_I, entonces se inician las
mediciones forzadas con el fin de garantizar que, dentro de T, se
consiguen, en la forma requerida, las mediciones con una duración
total de, al menos, T_S.
Las mediciones forzadas para los sistemas de
acuerdo con la IEEE 802.11, pueden conseguirse merced al siguiente
método: El RDD anuncia una transmisión de, preferiblemente, una STA
falsa utilizando el método RTS/CTS. La trama RTS (y la trama CTS)
contiene información acerca de la duración requerida para la
transmisión. Mediante este método, se informa a todos los
dispositivos de RLAN próximos acerca del momento y de la duración de
la siguiente transmisión, y todos los dispositivos de RLAN estarán
en silencio durante esta transmisión anunciada.
Contrariamente al método usual y especificado,
preferiblemente no es necesario enviar una señal de CTS de vuelta
al RDD (ya que el objetivo era, de preferencia, "sólo" una STA
falsa). La señal RTS podría ser enviada, también, a una STA real
que, entonces, responde con una trama de CTS. Pero para el presente
invento, basta con silenciar las STA que se encuentran en el radio
de comunicaciones del RDD. Es decir, no surgen problemas de
estaciones ocultas. El RDD anuncia en el comando de RTS el tiempo
suficiente que es necesario para el resto de las mediciones de
radar. Si el tiempo de medición requerido T_S-T_M es
más largo que el tiempo máximo permitido para una transmisión
continua, entonces el RDD tiene que dividir el resto del tiempo de
medición y ha de utilizar varias transmisiones de RTS tan próximas
entre sí como sea posible.
Durante el tiempo reservado por el RDD para una
transmisión, el RDD no transmite sino que, solamente, mide. Por
tanto, esta medición no se ve perturbada por otros dispositivos de
la RLAN (con algunas raras excepciones si un dispositivo de RLAN no
ha recibido la RTS). Como la petición de transmisión RTS ha de
utilizar el período de competición normalizado dentro de la DCF, el
acceso por el canal de transmisión puede retrasarse si la carga de
tráfico en las cercanías es elevada. Por tanto, solamente puede
evaluarse aproximadamente el tiempo T_I. Por tanto, se propone
darle, a un dispositivo de RLAN que tenga que detectar un radar, una
prioridad más alta durante el período de competición que a los
otros dispositivos de RLAN. Se propone además controlar esta
prioridad mediante la definición de un nuevo espacio entre tramas
RIFS (espacio entre tramas para radar). El RIFS será más corto que
el DIFS, pero mayor que el SIFS. Posiblemente, es igual al PIFS. Es
decir, SIFS < RIFS \leq PIFS < DIFS. En este caso, no ha de
especificarse espacio de tramas adicional; basta con especificar
que al RDD u otro dispositivo que silencie el medio, se le permita
utilizar el PIFS para tener acceso al medio.
El invento no se limita a las realizaciones
anteriormente descritas, sino que puede ser hecho variar libremente
dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo,
cae totalmente dentro del alcance del invento aplicar los
principios inventivos a un sistema diferente del sistema de acuerdo
con la IEEE 802.11 o generaciones posteriores del sistema de
acuerdo con la IEEE 802.11.
Claims (9)
1. Un método para evitar interferencias entre
señales de radar y las señales intercambiadas entre una pluralidad
de nodos de emisión inalámbricos en un sistema de LAN inalámbrica de
la clase 802.11, cuyo método comprende los pasos de:
- -
- permitir que uno de los nodos del sistema funcione como nodo de control de radar (RCN) y
- -
- hacer que dicho RCN lleve a cabo una medición en, al menos, una banda de frecuencias que se le haya asignado al sistema, realizándose dicha medición para detectar si al menos una frecuencia está siendo utilizada por un dispositivo o un sistema extraño a dicho sistema de comunicaciones inalámbrico,
- -
- permitiéndose que la medición sea realizada por medio del RCN, que transmite un mensaje de "silencio" a otros nodos del sistema,
- -
- siendo dicho mensaje de "silencio" un mensaje que prohíbe transmitir a otros nodos durante un cierto intervalo de tiempo definido en el mensaje de "silencio",
- -
- estando contenido dicho mensaje de "silencio" en el mensaje de baliza del sistema 802.11, como elemento de información (IE) del mensaje de baliza,
- -
- conteniendo el mensaje de "silencio" que se transmite información acerca de comienzo del citado intervalo, así como acerca de la duración del intervalo,
cuyo método se caracteriza porque:
- -
- el mensaje de "silencio" es transmitido por el RCN de manera redundante en cada mensaje de baliza, y
- -
- la redundancia se consigue por medio de cada mensaje de "silencio" dentro de un mensaje de baliza que contiene indicaciones de múltiples intervalos de "silencio" para diferentes, pero consecutivos, intervalos de baliza.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
de acuerdo con el cual la redundancia se mejora, además, mediante
campos cíclicos con información acerca de los intervalos de
"silencio" dentro del mensaje de baliza durante el tiempo.
3. El método de la reivindicación 1, de acuerdo
con el cual los intervalos de "silencio" se indican señalando
un estado para un generador seudoaleatorio en cada mensaje de
baliza, sincronizándose entonces cada estación con generadores
aleatorios respectivos en dicho estado, con el fin de derivar el
comienzo de los intervalos de "silencio", indicándose también
la duración en el mensaje de baliza o acordándose previamente.
4. El método de la reivindicación 3, de acuerdo
con el cual el comienzo del intervalo de "silencio" viene
determinado por la ecuación:
T_{Silencio
\_Desplazamiento} = T_{Silencio \_Duración} \times
Resto(Estado,base(T_{baliza \_Intervalo}/T_{Silencio
\_Duración}))
donde T_{Silencio
\_Desplazamiento} es el tiempo de desplazamiento, Estado es el
estado del generador aleatorio, T_{Silencio \_Duración} es la
duración del tiempo de silencio, T_{baliza \_Intervalo} es el
intervalo entre los mensaje de baliza y Resto es la función
resto.
5. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, cuyo método se
caracteriza porque:
- -
- el RCN reconoce las señales de radar merced a la medición de la duración de los impulsos recibidos durante los intervalos de "silencio", de modo que si una trama recibida tiene una duración menor que la menor duración de una trama del sistema de LAN, y tiene una intensidad de señal superior a un cierto nivel predeterminado, se supone que se trata de un radar y si la duración de la trama es mayor que la mayor duración supuesta de una señal de radar, se supone una trama de una LAN.
6. El método de la reivindicación 5, de acuerdo
con el cual se calcula la intensidad de la señal del impulso
recibido obteniendo un promedio mediante la ejecución de un primer
proceso de promediado de los impulsos recibidos que tienen una
duración predeterminada, y un segundo proceso de promediado para los
impulsos recibidos que tienen una segunda duración predeterminada,
menor.
7. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, de acuerdo con el cual:
- -
- la transmisión del mensaje de "silencio" es activada por el RCN al detectar que se necesita una cierta cantidad de tiempo para llevar a cabo su medición, o al detectar el RCN un suceso que hace que no se tenga certeza de la detección de señales de radar.
8. El método de la reivindicación 7, en el que
dicho suceso comprende el número de tramas de LAN corrompidas
detectadas dentro de un cierto período de tiempo que supera un
determinado límite predefinido.
9. El método de la reivindicación 7, en el que
dicho suceso comprende la detección, dentro de un período de tiempo
predefinido, de una cantidad de impulsos de radar que sea superior a
un umbral predefinido.
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