MX2011005861A - Un sistema y metodo para la exploracion proactiva adaptativa para soportar la conmutacion rapida en redes moviles. - Google Patents

Abstract

Se describe una técnica de exploración para seleccionar el menor canal que necesita un microteléfono móvil cuando se aproxima a la conmutación. De manera más específica, se describe un sistema y método para un mecanismo de exploración proactivo adaptativo, en el cual la velocidad de exploración se determina por la necesidad de conmutación y la energía de la batería.

Description

UN SISTEMA Y MÉTODO PARA LA EXPLORACIÓN PROACTIVA ADAPTATIVA PARA SOPORTAR LA CONMUTACIÓN RÁPIDA EN REDES MÓVILES CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención trata la necesidad de transportar datos de alta velocidad de cuantos de información (bits) y de voz a múltiples usuarios en un medio alámbrico e inalámbrico. En las redes inalámbricas en donde se despliegan múltiples estaciones base, los microteléfonos pueden conmutar de una estación base a otra, mientras están en una llamada de voz. En esta descripción, se describe una técnica de exploración para seleccionar el mejor canal que necesita el microteléfono móvil cuando se aproxima la conmutación. De manera más especifica, se describe un sistema y método para un mecanismo de exploración proactivo adaptativo en el cual la velocidad de exploración se determina por la necesidad de conmutación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención descrita en esta solicitud utiliza modulación de cualquier tipo y funciona con un método de modulación conocido ahora por su designación comercial, xMax. Esta nueva tecnología de capa física inalámbrica desarrollada por xG Technology Inc., referida como xMAX, permite que se reciban transmisiones omnidireccionales de energía extremadamente baja en un área amplia. Al utilizar xMAX, un ancho de banda significativo puede estar disponible para soportar varias aplicaciones inalámbricas. Los servicios celulares basados en Voz Sobre IP (VoIP) se están desarrollando ahora, utilizando xMAX. En las redes celulares basadas en xMAX, tanto la estación base como los microteléfonos estarán equipados con un transceptor xMAX. Un dispositivo móvil (microteléfono xMAX) en tal red, será libre de moverse en un área cubierta por múltiples estaciones base xMAX. Aunque este sistema y método para un mecanismo de exploración proactivo adaptativo en el cual la velocidad de exploración se determina por la necesidad de una conmutación descrita en la presente, en la modalidad preferida, se describe que se utiliza en estos tipos de sistemas de ciclo entero y de modulación del impulso, éste puede implementarse en cualquiera de las tecnologías inalámbricas de banda ancha como WiMax, WiBro, iFi, 3GPP y HSDPA, o cualquier otro tipo de sistemas de voz o datos alámbricos o inalámbricos.

Un protocolo MAC heterogéneo propuesto para soportar tráfico VOIP en redes inalámbricas xMAX se ha discutido en las solicitudes de patente de los Estados Unidos presentadas previamente, Nos. de Serie: 12/069,057 12/070,815; 12/380,698; 12/384,546; 12/386,648; 12,387,811 12/387,807; 12/456,758; 12/456,725; 12/460,497; 12/583,627 12/583,644; 12/590,472; 12/590,469 y 12/590,931, que se incorporan como referencia en esta descripción. En el protocolo MAC heterogéneo descrito en estas solicitudes, las ranuras de tiempo garantizadas se asignan para enviar los paquetes VOIP, las ranuras de tiempo temporales se asignan para enviar paquetes de datos y el acceso basado en la contención se utiliza para intercambiar mensajes de control. Nótese que este protocolo MAC heterogéneo se utiliza en la presente como un protocolo de referencia y de manera similar xMAX como una red inalámbrica de referencia. La idea de un sistema y método para un mecanismo de exploración proactivo adaptativo en el cual la velocidad de exploración se determina por la necesidad de conmutación, como se describe en la presente, puede utilizarse en otros sistemas relevantes .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención descrita en esta solicitud se desarrolló para, y se describe en la modalidad preferida como que se utiliza en un ciclo entero o modulación del tipo de impulso, y más particularmente, un método de modulación conocido por su designación comercial, xMAX, pero puede implementarse en WiFi, 3GPP, HSDPA u otro tipo de sistemas de voz o datos alámbricos o inalámbricos.

Los dispositivos móviles conmutan en una base regular, debido a la degradación de la calidad del canal, que resulta de la movilidad, daño del canal e interferencia localizada. En la mayoría de los sistemas móviles, una conmutación involucra generalmente cambiar a un nuevo canal. Cada vez que se necesita llevar a cabo una conmutación, se necesita tomar una decisión mayor sobre a cual canal cambiarse. Con el fin de seleccionar el mejor canal, el dispositivo móvil necesita explorar un conjunto disponible de canales y estimar las condiciones del canal. La latencia involucrada en la exploración afecta la capacidad del dispositivo móvil para la conmutación de una manera sin problemas. La exploración proactiva periódica de los canales puede realizarse para eliminar la latencia de la exploración. Sin embargo, la exploración periódica consume la energía limitada suministrada por la batería, disponible para los dispositivos móviles. Esta descripción de la invención describe un mecanismo de exploración proactivo adaptativo, en el cual la velocidad de exploración se determina por la necesidad de conmutación. Así, el tiempo en estado en espera del microteléfono no se compromete, con el fin de asegurar que la información requerida sobre las condiciones del canal está disponible, cada vez que un dispositivo móvil necesite una conmutación.

Para un entendimiento más completo de la naturaleza y objetos de la invención, deberá hacerse referencia a la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con los dibujos acompañantes.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento más completo de la naturaleza y objetos de la invención, deberá hacerse referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La FIGURA 1 es un diagrama que muestra una estructura de la Supertrama; La FIGURA 2 es un ejemplo de una tabla mantenida por el microteléfono; y, La FIGURA 3 es un diagrama de flujo que muestra el flujo de mensajes durante la exploración proactiva.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En las redes celulares,. un dispositivo móvil tiene que conmutar de una torre a otra en una base regular. Las razones dominantes detrás de las conmutaciones regulares incluyen la movilidad, daños del canal y la interferencia localizada. La interferencia localizada es más prominente en los sistemas que operan en ISM, o cualquier banda compartida públicamente. Aquí, se supone que la interferencia del canal adyacente y la interferencia del cocanal se manejan por el diseño del sistema y la planeación celular, respectivamente.

En la mayoría de los sistemas, una conmutación requiere que el dispositivo móvil cambie a otro canal. Para realizar un cambio de canal exitoso, el dispositivo móvil debe ser capaz de seleccionar el mejor canal de un conjunto de canales disponibles. Este proceso abarca explorar otros canales para obtener un estimado de las condiciones del canal. Las condiciones del canal pueden cuantificarse mediante algunas métricas, como RSSI, SINR, y dispersión del retraso en múltiples trayectorias. Dependiendo del número de canales disponibles en el sistema, el proceso de exploración puede ser de latencia intensiva. Esta latencia es un factor contribuyente principal para la latencia de conmutación general. Con el fin de asegurar una movilidad perfecta, uno necesita reducir la latencia de exploración del canal.

Un enfoque simplista para mitigar la latencia de exploración involucra explorar periódicamente otros canales, sin importar las condiciones actuales del canal. Este enfoque proactivo asegura que la información necesaria para iniciar un cambio de canal esté disponible fácilmente cuando se necesita. Sin embargo, la desventaja es que las exploraciones frecuentes consumen la energía limitada suministrada por la batería, que es típica de los dispositivos móviles. Como resultado, el mecanismo de exploración proactiva reducirá el tiempo en estado de espera de los dispositivos móviles.

En esta descripción de la invención, se presenta una metodología proactiva de exploración adaptativa. El enfoque reduce al mínimo el número de exploraciones, mientras que al mismo tiempo, asegura que la información requerida para seleccionar el mejor canal esté siempre disponible. Así, se logra una vida de la batería significativamente más larga, mientras que se reduce al mínimo la latencia del cambio de canal .

La exploración proactiva adaptativa se basa en el principio de que un dispositivo móvil debe explorar otros canales sólo cuando es necesario. Por ejemplo, la degradación en las condiciones del canal debido al movimiento o interferencia puede activar una exploración. La velocidad de exploración también es adaptable y se basa en las condiciones del canal en el cual el dispositivo móvil se está comunicando actualmente.

Un cambio de canal durante una sesión de voz activa es un proceso crítico de tiempo, por lo tanto, la exploración proactiva es necesaria en tal escenario. Sin embargo, cuando el dispositivo móvil no está en una sesión de voz, no enfrenta ninguna restricción del tiempo durante el cambio del canal, conforme se mueve de una célula a otra. Como resultado, una exploración proactiva no es necesaria en tal escenario .

Durante una llamada de voz, se definen diferentes modos de exploración; cada uno que corresponde a una velocidad de exploración especifica. La información reunida durante la exploración se mantiene en una base de datos por los nodos del dispositivo móvil. Cuando una llamada se inicia, el dispositivo realiza una exploración rápida, en donde trata de recolectar la información del canal de todos los canales en un corto intervalo de tiempo. La exploración rápida asegura que la base de datos en las condiciones del canal se inicializa. Después de que se termina la exploración rápida, el dispositivo entra a un modo de exploración lenta, en donde explora otros canales a una velocidad mucho menor, con el fin de conservar la energía. El modo de exploración lenta asegurará que el dispositivo móvil tiene la información sobre las condiciones del canal, en los casos en donde las condiciones del canal se deterioran de manera abrupta. El deterioro abrupto de las condiciones del canal puede deberse a una interferencia que se pone de manifiesto o debido a que el dispositivo móvil entró en el área de cobertura del interferidor . Nótese que la información obtenida de la condición del canal en el modo de exploración lenta puede ser antigua. Aunque la información no esté actualizada, puede se útil para realizar la conmutación rápida y evitar los canales afectados por la interferencia. Si la degradación gradual en las condiciones del canal se observa, se genera un activador que impulsa al dispositivo a entrar al modo de exploración intermedia, permitiendo que el dispositivo recolecte los datos a una velocidad más rápida.

Para explicar la operación detallada del mecanismo de exploración proactivo adaptativo, se utiliza un sistema xMAX con múltiples canales como un ejemplo. Nótese que el método propuesto es igualmente aplicable para otros sistemas celulares de dispositivo móvil también.

Un sistema xMAX con múltiples frecuencias opera en la banda ISM de 900 MHz y encapsula las frecuencias de 902 MHz a 928 MHz. Divide la banda de 26 MHz en 18 canales de 1.44 MHz de ancho, cada uno que proporciona una velocidad máxima de datos de 1 Mbps. Puesto que un dispositivo móvil xMAX opera en la banda ISM, puede enfrentar interferencia de otros dispositivos en la banda ISM. xMAC es el protocolo de acceso al medio utilizado por las estaciones base y los dispositivos móviles en las redes xMAX. En cada canal, el dominio de tiempo se divide en supertramas de 30 milisegundos. Referirse a la Figura 1 para la estructura de la supe'rtrama. Una supertrama consiste de (i) Radiobaliza transmitida por la estación base, (ii) Ranura de Tiempo de los Datos de Control (CDT) que contienen la información de la señalización MAC que la estación base transmite a varios dispositivos móviles, (iii) ranuras de tiempo de voz del enlace descendente, (iv) ranuras de tiempo de los datos del enlace descendente, (v) ranuras de tiempo de voz del enlace ascendente, (vi) ranuras de tiempo de datos del enlace ascendente, y (v) ranuras de tiempo basadas en la contención para los dispositivos móviles, para transmitir los mensajes de señalización MAC a la estación base.

Las radiobalizas se transmiten al inicio de la supertrama, al mismo tiempo en todos los canales. Una radiobaliza permite la sincronización entre el microteléfono y la estación base (BTS) . No se requiere que un microteléfono reciba todas las radiobalizas; sólo recibe una radiobaliza por hipertrama. Una hipertrama consiste de 18 supertramas, para una descripción más detallada de las supertramas y las hipertramas, referirse a las solicitudes de patente previas listadas anteriormente.

Para entender la importancia de la exploración proactiva, es importante entender primero el proceso de conmutación en xMAX. La operación en la banda ISM hace al xMAX vulnerable a la interferencia localizada de otros dispositivos en la banda ISM. La evasión de la interferencia se logra cambiando de un canal afectado a otro canal. Asi, se requiere un mecanismo de conmutación robusto, que tenga un tiempo de respuesta' rápido y que pueda manejar cambios frecuentes de canal.

Un proceso de conmutación convencional consistiría usualmente de tres fases principales: Fase de Exploración - durante esta fase el microteléfono explora y recolecta la información sobre otros canales en la vecindad.

Fase de Adquisición de Recursos - durante esta fase, el microteléfono selecciona un canal adecuado y solicita a la Estación Base que asigne ranuras de tiempo en ese canal.

Transferencia de Tráfico - Una vez que las ranuras de tiempo se adquieren, todo el tráfico se desplaza a ese canal .

La fase de exploración consume tiempo y contribuye a la latencia de conmutación general. Esto puede evitarse en gran medida con la ayuda de la exploración proactiva. El proceso de conmutación en xMAX incorpora este mecanismo. Se basa en un proceso escalonado, con múltiples pasos, en donde el dispositivo móvil verifica las condiciones del canal en todos los canales y basándose en el nivel de deterioro del canal actual, genera activadores internos. Cada activador tiene un propósito predefinido y se utiliza para iniciar una acción específica en el proceso de conmutación. En la modalidad preferida, hay tres activadores que se definen como sigue : Activador 1 (Conmutación posible) - Incrementa la velocidad de las exploraciones proactivas por el raicroteléfono .

Activador 2 (Conmutación inminente) - Impulsa al microteléfono a seleccionar un nuevo canal y a adquirir ranuras de tiempo provisionales.

Activador 3 (Conmutación completa) - transfiere todo el tráfico al nuevo canal.

Para una descripción detallada del mecanismo de conmutación en un x AX, favor de referirse a la Solicitud de Patente de los Estados Unidos 12/387,807, "Mecanismo de Conmutación Provisional en un Protocolo MAC Heterogéneo para Redes Inalámbricas", listada anteriormente.

Está claro ahora que la exploración proactiva es un componente importante para el paradigma de la conmutación general. Esta sección presente los detalles del nivel de implementación del mecanismo de exploración en la modalidad preferida, xMAX. La capa MAC de redes xMAX se diseña para facilitar la exploración de otros canales, mientras se comunica de manera activa en el canal actual. La capa física (PHY) de un dispositivo móvil xMAX puede cambiarse a un canal diferente al inicio de una supertrama, recibir la radiobaliza de otro canal, y cambiar nuevamente al canal actual a tiempo para recibir CDT. Para adaptarse al tiempo de cambio del canal, se proporciona un tiempo de protección de 0.5 ms entre la radiobaliza y las transmisiones CDT.

La capa MAC en el microteléfono mantiene una tabla de los canales detectados con una entrada por canal. Cuando la PHY recibe una radiobaliza, también calcula RSSI, SiNR y la interferencia percibida en ese canal. Esta información se pasa al MAC, que actualiza la entrada correspondiente en la tabla. La Figura 2 describe un ejemplo de tal tabla. En el evento de degradación del canal, se activa una conmutación, el microteléfono elegirá el canal con la frecuencia más adecuada de la lista e iniciará el cambio del canal. Puesto que está disponible la información reciente del canal, no se requiere que el microteléfono realice exploraciones adicionales antes de iniciar el proceso de cambio del canal. Asi, el retraso de la exploración se elimina, conduciendo a una reducción significativa en la latencia del cambio de canal .

Como se mencionó anteriormente, la exploración frecuente de otros canales conduce a un consumo mayor de energía en el microteléfono . Basándose en el sistema de exploración proactiva adaptativa descrito y en el método explicado anteriormente, se definen los siguientes modos de exploración : Exploración Rápida - Un cana se explora cada supertrama. Este modo se inicia cuando empieza una sesión de voz; permite que el microteléfono obtenga una instantánea de todos los canales en un corto marco de tiempo. Después de una Exploración Rápida, el microteléfono entra a un modo de Exploración Lenta.

Exploración Intermedia - Un canal se explora cada 4 supertramas. Este modo está activo cuando se genera el primer activador por el microteléfono. El activador indica que se observa algo de degradación en las condiciones del canal y puede ocurrir un cambio en algún punto. Asi, la información del canal necesita recolectarse a una velocidad más rápida.

Exploración Lenta - Un canal se explora cada hipertrama. Asi, son necesarias 18 hipertramas para explorar todos los canales disponibles en el sistema. Este es el estado de exploración por defecto y está activo cuando no se han generado activadores.

Los modos de exploración dependen del estado actual del microteléfono, como sigue: Sin llamada de voz en progreso - En este estado, el microteléfono no explora ningún canal disponible. Conforme el microteléfono se mueve de una célula a otra, puede buscar otros canales y hacer un cambio de canal conforme se aproxima al limite de la célula. Puesto que ninguna sesión de voz está activa, el cambio no es critico con el tiempo.

Llamada de voz en progreso - Existen múltiples casos para este escenario. El microteléfono verifica las condiciones del canal (a saber, la Relación de Señal a Interferencia y Ruido) en el canal actual, y basándose en ciertos criterios, genera activadores que conducen al cambio de la frecuencia. Los varios escenarios son como sigue: Caso 1: Ningún activador está activo. Aquí, la fuerza de la señal es suficientemente alta y la interferencia percibida es suficientemente baja para que el tráfico de voz no se afecte. En este caso, el microteléfono está por defecto en el modo de Exploración Lenta.

Caso 2: el 1er activador está activo. El 1er umbral se rompe; es tiempo ahora de explorar otros canales a una velocidad mayor. El microteléfono entra al modo de exploración intermedia. Cada vez que un nuevo canal se escoge, el proceso se repite.

Caso 3: el 2o activador está activo. Es tiempo ahora de iniciar un cambio de frecuencia. El estado de la exploración permanece en el modo de exploración intermedia.

Caso 4: La conmutación se termina. El microteléfono permanece en el modo de exploración intermedia hasta que las condiciones del canal en el nuevo canal mejoran.

La energía de la batería del microteléfono es un recurso crítico que es afectado directamente por la frecuencia de la exploración proactiva. Por lo tanto, también se describe que los intervalos de la exploración están relacionados con los niveles de energía de la batería. Si el nivel de la batería cae por debajo de un cierto umbral, la velocidad de exploración proactiva se reducirá. Asi, existe un intercambio entre la latencia de la conmutación y la vida de la batería. Una velocidad de exploración menor puede conducir a una latencia de la conmutación incrementada, pero también prolonga la vida de la batería. El flujo del mensaje durante la exploración proactiva entre el MAC del microteléfono, la capa física del microteléfono y la estación base se muestra en la Figura 3.

Así, se describe un mecanismo para reducir la latencia encontrada durante el. cambio del canal y las conmutaciones. La latencia involucrada en estos cambios del canal puede degradar severamente la calidad de la voz en las redes de dispositivos móviles. La exploración para los canales prospectivos es un componente principal en la latencia general. La técnica de exploración proactiva introducida en la presente permite que el microteléfono reduzca de manera significativa la latencia de exploración, al explorar periódicamente otros canales. Además, las velocidades de exploración adaptativas asegurarán que la batería del dispositivo móvil no se consuma debido a la exploración, cuando las condiciones actuales del canal son satisfactorias. Así, cuando un cambio de canal se vuelve inminente, el microteléfono puede seleccionar simplemente un canal adecuado, en lugar de explorar un nuevo canal.

Puesto que ciertos cambios pueden hacerse en el sistema y método para la exploración proactiva descrito anteriormente, para soportar conmutaciones rápidas en las redes de dispositivos móviles, sin apartarse del alcance de la invención involucrada en la presente, se pretende que toda la materia contenida en la descripción de la misma o mostrada en las Figuras acompañantes se interpreten como ilustrativas y no en un sentido limitante.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Un método de exploración proactiva para una conmutación del microteléfono del nodo del dispositivo móvil entre múltiples estaciones base, que tiene un protocolo de control de acceso al medio, utilizado para enviar paquetes del Protocolo de Internet entre múltiples estaciones base y los nodos del dispositivo móvil, en los sistemas del protocolo de voz sobre la Internet, en una red inalámbrica que comprende: múltiples estaciones base en comunicación eléctrica con la Internet; uno o más nodos del dispositivo móvil en comunicación eléctrica inalámbrica con una de las múltiples estaciones base; las múltiples estaciones base y uno o más nodos del dispositivo móvil tienen cada uno, un protocolo de control de acceso al medio; cada una de las múltiples estaciones base transmite una señal de radiobaliza; el protocolo de control de acceso al medio tiene hipertramas comprendidas de supertramas que contiene encabezados que contienen ranuras de tiempo provisionales, dedicadas para conmutar un nodo del dispositivo móvil entre una estación base actual con la cual el nodo del dispositivo móvil está en comunicación eléctrica inalámbrica, y una estación base de reemplazo; en donde cuando uno o más de los nodos del dispositivo móvil no está en una sesión de voz, no explora para una señal de la radiobaliza; en donde cuando uno o más de los nodos del dispositivo móvil y una de las múltiples estaciones base empieza una sesión de voz, el nodo del dispositivo móvil explora una señal de la radiobaliza a una velocidad de exploración rápida de una vez por supertrama para los indicadores de la fuerza de la señal recibida de las radiobalizas de otras múltiples estaciones base en el intervalo de comunicación eléctrica de los nodos del dispositivo móvil y el nodo del dispositivo móvil almacena los indicadores de la fuerza de la señal recibida de las múltiples estaciones base, entonces el nodo del dispositivo móvil empieza a explorar a una velocidad de exploración baja de una vez por hipertrama; en donde cuando el nodo del dispositivo móvil detecta una fuerza de la señal mínima umbral de la estación base actual, el nodo del dispositivo móvil explora a una velocidad de exploración intermedia de más frecuencia que una vez por hipertrama, pero menos frecuente que una vez por supertrama, para los indicadores de la fuerza de la señal recibida de las radiobalizas de otras múltiples estaciones base en el intervalo de comunicación eléctrica de los nodos del dispositivo móvil y el nodo del dispositivo móvil almacena los indicadores de la fuerza de la señal recibida de las múltiples estaciones base; en donde cuando el nodo del dispositivo móvil detecta una fuerza de la señal mínima umbral adicional de la estación base actual, manda una solicitud de conmutación provisional a una estación base de reemplazo que tiene almacenado el indicador de la fuerza de la señal recibida más fuerte ; en donde la estación base de reemplazo que recibe la solicitud de conmutación provisional asigna ranuras de tiempo provisionales al nodo del dispositivo móvil que envía la solicitud de conmutación provisional a la estación base de reemplazo; y, en donde cuando el nodo del dispositivo móvil detecta una fuerza de la señal mínima umbral final de la estación base actual, manda un mensaje de confirmación de la conmutación utilizando las ranuras de tiempo provisionales a la estación base de reemplazo, empezando la comunicación eléctrica inalámbrica con la estación base de reemplazo y también envía un mensaje de romper la conexión con la estación base actual, rompiendo las comunicaciones eléctricas inalámbricas con la estación base actual y el nodo del dispositivo móvil continúa explorando a la velocidad de exploración intermedia, hasta que la fuerza de la señal en la estación base de reemplazo está por encima de la fuerza de la señal mínima umbral.

2. El método de exploración proactiva para la conmutación del microteléfono del nodo del dispositivo móvil entre múltiples estaciones base de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la velocidad de exploración por el nodo del dispositivo móvil se hace más lenta cuando el nivel de fuerza de la batería del nodo del dispositivo móvil cae por debajo de un umbral fijo.