MXPA00011685A - Estimacion de la carga ofrecida y aplicaciones para utilizar la misma en una red de comunicacion. - Google Patents

Abstract

Un sistema, un dispositivo, y un metodo para estimar la carga ofrecida en una red de comunicacion y para utilizar la carga ofrecida en una red de comunicacion y para utilizar la cargaq ofrecida estimada en una red de comunicacion..

Description

ESTIMACIÓN DE LA CARGA OFRECIDA Y APLICACIONES PARA UTILIZAR LA MISMA EN UNA RED DE COMUNICACIÓN Antecedentes 1. Campo de la Invención La invención se relaciona de manera general con sistemas de comunicación, y de manera más particular con la estimación de la carga ofrecida y aplicaciones para utilizar la misma en una red de comunicación. 10 2. Discusión de la Técnica Relacionada En la era de la información actual, existe una necesidad creciente de redes de comunicación de alta velocidad que proporcionen acceso a la Internet y otros 15 servicios en línea para un número cada vez más creciente de consumidores de comunicaciones. Para este fin, las redes y tecnologías de comunicación están evolucionando para satisfacer las demandas actuales y futuras. Específicamente, están siendo desplegadas nuevas redes 20 las cuales alcanzan a un mayor número de usuario finales, y están siendo desarrollados protocolos para utilizar el ancho de banda agregado a esas redes eficientemente. Una tecnología que ha sido ampliamente utilizada y que seguirá siendo importante en el futuro 25 previsible es la red de comunicación de medio compartido.

Una red de comunicación de medio compartido es una en la cual es compartido un solo canal de comunicaciones (el canal compartido) por un número de usuarios, de modo que las transmisiones no coordinadas de diferentes usuarios pueden interferir entre sí. La red de comunicación de medio compartido típicamente incluye un número de estaciones secundarias que transmiten sobre el canal compartido, y una sola estación primaria situada en un extremo de recepción común de canal compartido, para, entre otras cosas, coordinar el acceso por las estaciones secundarias al canal compartido. Puesto que las redes de comunicación típicamente tienen un número limitado de canales de comunicación, la red de comunicación de medio compartido permite que muchos usuarios tengan acceso a la red sobre un solo canal de comunicación, permitiendo por lo tanto, que los canales de comunicación restantes sean utilizados para otros propósitos. Se conocen muchas técnicas en las cuales la estación primaria puede utilizarse para coordinar el acceso por las estaciones secundarias al canal compartido. La capacidad de la estación primaria para satisfacer las metas de funcionamiento especificadas depende de un número de factores, incluyendo las técnicas particulares empleadas y el número de estaciones secundarias que intenten tener acceso al canal compartido s en cualquier tiempo dado (con frecuencia referida como la "carga ofrecida") . Además, la capacidad de la estación primaria para satisfacer las metas de funcionamiento especificadas con frecuencia dependen de la capacidad de 5 la estación primaria para adaptarse a cambios en la carga ofrecida con el tiempo, y de manera más específica que tan rápidamente la estación primaria pueda adaptarse a tales cambios. De este modo, la estación primaria debe ser capaz de estimar la carga ofrecida de la red y 10 reaccionar en consecuencia.

Breve Descripción de los Dibujos En los Dibujos, La FIGURA 1 es una línea de tiempo que describe 15 un canal compartido de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, con el canal compartido dividido en cuadros sucesivos, incluyendo un intervalo de petición para proporcionar acceso controvertido; 20 La FIGURA 2 es una gráfica tridimensional que describe una región plana ABC que representa el conjunto de posibles resultados de contienda de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 3A es una gráfica tridimensional que 25 muestra el sitio de los resultados esperados dentro de la región plana ABC de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 3B es una gráfica bidimensional que muestra la ubicación de los resultados esperados dentro de la región plana ABC de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 4 es una gráfica bidimensional que muestra la región plana ABC dividida en tres regiones en base a la distancia de los puntos del sitio de los resultados esperados de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 5 es una gráfica tridimensional que muestra la región plana ABC intersectada con tres planos SOÍ lo? y Co de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 6 es una gráfica bidimensional que muestra los tres planos So, Io^ y Co intersectándose en el punto de probabilidad máxima de resultados exitoso dentro de la región plana ABC de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 7 es una gráfica bidimensional que muestra los tres planos So, lo y Co de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 8 es un diagrama de bloques que muestra una red de comunicación de medio compartido de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 9 es un diagrama de estado que muestra tres posibles estados para un Usuario de MAC de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La FIGURA 10 es un diagrama de bloques que muestra una estación primaria de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; y La FIGURA 11 es un diagrama de bloques que muestra una estación secundaria de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención.

Descripción Detallada. Como se discutió anteriormente, la estación primaria debe ser capaz de estimar la carga ofrecida de la red y reaccionar en consecuencia. La presente invención incluye técnicas para estimar la carga ofrecida en base a una historia de los resultados de la conexión. La presente invención también incluye aplicaciones para utilizar la carga ofrecida estimada para determinar un tamaño de intervalo de petición y para determinar un modo de acceso de contienda en una red de comunicación. La presente invención se describe aquí con referencia a varias modalidades. 1. Modelo de Estimación de la Carga Ofrecida De acuerdo con la presente invención, el canal compartido se divide en intervalos de tiempo discretos, y es con frecuencia referido como un "canal dividido". El canal dividido está organizado en cuadros sucesivos, donde cada cuadro consiste de un número de intervalos. El número de intervalos en cada cuadro puede ser fijo o variable. Por conveniencia, Tk representa el número de intervalos en un cuadro k. Una porción de cada cuadro (referida como el "intervalo de petición") es utilizada para transmitir peticiones de acceso de contienda, y en particular para conectar reservaciones de ancho de banda. El número de intervalos en cada intervalo de petición puede ser fijo o variable. Por conveniencia, Mk representa el número de intervalos en el intervalo de petición del cuadro k (referido como el "intervalo de petición k") . Asumiendo que son necesarios R intervalos para transmitir una petición, el intervalo de petición k por lo tanto proporciona oportunidades de transmisión de petición Mk/R en las cuales puede ser transmitida la petición. Aunque Mk se selecciona típicamente de modo que Mk/R sea un entero, no es requisito que Mk sea seleccionada así, y el valor de Mk/R es tratado heurísticamente como si fuese un número real para propósitos de discusión.

Por cada oportunidad de transmisión de petición en un intervalo de petición, tal como el intervalo de petición k, no existirá (1) transmisión de petición, (2) una sola transmisión de petición; o (3) múltiples transmisiones de petición. Cuando es transmitida una sola petición en respuesta a la oportunidad de transmisión de petición, se presume para propósitos de claridad de la discusión que la petición es exitosa. Cuando son transmitidas peticiones múltiples, se presume que las peticiones chocan y por lo tanto no son exitosas. Por conveniencia, los tres resultados son referidos como DESOCUPADO, EXITOSA y COLISIÓN, respectivamente. La estimación de la carga ofrecida fue resuelta en el documento escrito por Frits C. Schoute y publicada en IEEE transactions on Comunications, Vol. COM-31, NO. 4, Abril 1983. El documento se relaciona con la presente invención debido a que proporciona una solución a un problema similar, aunque, en un ambiente diferente y utiliza una técnica diferente. Los intentos de Schoute por estimar la carga ofrecida en un Ambiente ALOHA de Longitud de Cuadro Dinámico Dividido, donde todos los datos son transmitidos en contienda y en consecuencia la reservación está totalmente ausente. En resumen, por cada intervalo que tiene un resultado de COLISIÓN, Schoute calcula el número esperado de usuarios contendientes en base al rendimiento máximo conocido del sistema (1/e), e incrementa la estimación de la carga ofrecida en consecuencia. La solución de Schoute puede extenderse fácilmente a un contexto de reservación basado en la contienda de acuerdo con la presente invención, siempre que la meta sea maximizar el rendimiento de la contienda en el intervalo de petición. Sin embargo, la meta de la presente invención no es maximizar el rendimiento de la contienda en el intervalo de petición. Más bien, la meta de la presente invención es estimar la carga ofrecida en base al número de resultados de DESOCUPADO, EXITOSA y COLISIÓN observados en cada intervalo de petición k. Por lo tanto, la técnica de estimación de la carga ofrecida de la presente invención difiere sustancialmente de la técnica de estimación de la carga ofrecida de Schoute. Con el propósito de simplificar, se asumió que sólo ciertas peticiones son elegibles para las transmisiones durante el intervalo de petición k. Específicamente, solo aquellas peticiones que están disponibles para la transmisión antes del intervalo de petición k (incluyendo las "nuevas" peticiones y peticiones hechas como parte de un esquema de resolución de colisión) son elegibles para la transmisión en el intervalo de petición k. Por lo tanto, cualesquier peticiones que se vuelvan disponibles para la transmisión durante el intervalo de petición k no pueden ser transmitidas en el intervalo de petición k, y deben esperar hasta el intervalo de petición (k+1). Un sistema que se adhiere a tal regla se refiere con frecuencia como un sistema "de desbloqueo periódico". Dado que el sistema es desbloqueado periódicamente, todas las peticiones que se vuelvan disponibles para la transmisión durante el cuadro (k-1) serán transmitidas durante el intervalo de petición k. Por conveniencia, Nk_? representa el número total de peticiones que se vuelven disponibles para la transmisión durante el cuadro (k-1) que son transmitidos durante el intervalo de petición k. Las Nk-? peticiones pueden ser conceptualizadas como aquéllas que se vuelven disponibles aleatoriamente sobre los intervalos T-? en el 'cuadro ( k-1), de modo que la tasa promedio para que las peticiones se vuelvan disponibles durante el cuadro (k-1) es igual a : Ec. 1 gk_? = Nk_/Tk_? De este modo, gk-? representa el número promedio de peticiones por intervalo sobre el cuadro (k-1), de modo que: Ec. 2 Nk-? = gk-? x k_? Debido a que las Nk_? peticiones son transmitidas en las oportunidades de transmisión de petición Mk/R en el intervalo de petición k, por lo tanto resulta que el número promedio de peticiones transmitidas por oportunidad de petición durante el intervalo de petición k es igual a: Ec. 3 Gk = Nk_?/(Mk/R) = (gk_? x Tk_!)/(Mk/R) = (gk-? x Ti-i x R)/Mk La distribución del número de peticiones transmitidas por oportunidad de petición de transmisión puede aproximarse por medio de la distribución binomial: Ec. 4 P[m]= Donde A es el número de peticiones que se vuelven disponibles durante el cuadro (k-1) (es decir, A = Nk_?) , B es el número de oportunidades de transmisión de petición en el cuadro k (es decir, B = Mk/R) , y m es la variable aleatoria que representa el número de peticiones transmitidas en una oportunidad de transmisión de petición. Por lo tanto, la probabilidad de los resultados de EXITOSA, OCUPADO y COLISIÓN durante el intervalo de petición k puede aproximarse como: Ec. 5 Pk[S] = A x A-l x (1- 1 ) B B Ec. 6 Pk.l] = [í- 1 X B Ec. 7 PktC] 1-A x x [1- 1 ] A-l [i- i IA B B B Siempre que B sea grande, la distribución binomial P[m] puede ser aproximada por la distribución de Poisson: Ec. 8 P[m] = [(A/B)m x exp (-A/B) ] /m! Por definición, Gk = A/B. Substituyendo Gk por A/B en la Ec. 8 se obtiene como resultado la distribución de Poisson: Ec. 9 P[m] = [Gkra x exp(-Gk)]/m! Por lo tanto la probabilidad de los resultados de EXITOSA, OCUPADO y COLISIÓN durante el intervalo de petición k puede aproximarse como: Ec. 10 Pk[S] = Gk x exp(-Gk) Ec. 11 Pk[l] = exp(-Gk) Ec. 12 Pk[C] = 1 - Gk x exp(-Gk) - exp(-Gk) En base a las probabilidades anteriores, el número esperado de resultados EXITOSA, OCUPADO y COLISIÓN durante el intervalo de petición k es igual a: Ec. 13 Ek(S) = Pk[S] x Mk/R Ec. 14 Ek(I) = Pk[I] x Mk/R Ec. 15 Ek(C) = Pk[C] x Mk/R Con respecto al intervalo de petición k, los valores de Mk y R son conocidos a priori , y el número real de resultados EXITOSA, OCUPADO, y COLISIÓN durante el intervalo de petición k puede medirse. Por conveniencia, el numero real de resultados EXITOSA, OCUPADO, y COLISIÓN medido durante el intervalo de petición k se refiere como Sk, Ik y Ck, respectivamente. Debido a que Sk, Ik y Ck son probabilisticamente iguales a Ek(S), E (I) y Ek(C), respectivamente, puede usarse cualquiera de las Ec. 13, Ec. 14, y Ec. 15 para determinar la carga ofrecida estimada gk_? durante el intervalo de petición (k-1). Trabajando con la Ec. 14 y utilizando el número medido de resultados de DESOCUPADO Ik para determinar la carga ofrecida se obtiene como resultado las siguientes transformaciones : Ec. 16 Ik = Ek(I) = Pk(I) x Mk/R = (1/R) x Mk x exp(-Gk) (R x Ik)/Mk = exp(-Gk) Sustituyendo Gk de la Ec. 3 y resolviendo para gk_? se obtiene la carga ofrecida estimada durante el intervalo de petición (k-1): Ec. 17 gk_! = [Mk/(R x Tk_?) ] x In[Mk/(R x Ik) ] De este modo, la carga ofrecida estimada gk_? puede ser calculada en base a los valores que son conocidos a priori (es decir, Mk, R, y Tk_?) o medibles (es decir, Ik) . En muchas situaciones, la carga ofrecida estimada de acuerdo a la Ec. 17 no puede ser un estimado exacto de la carga ofrecida real. Esto se debe a que la distribución de Poisson de acuerdo a la Ec. 8 únicamente se aproxima a una distribución binomial si B es grande. Dependiendo del número de oportunidades de transmisión de petición en un solo cuadro, el valor de B puede o no ser suficientemente grande para asegurar que el estimado de la carga ofrecida g _? sea exacto. Cuando el número de oportunidades de transmisión de petición en un solo cuadro no es suficientemente grande para proporcionar un número estadísticamente significativo de las oportunidades de transmisión de petición, debe adaptarse al modelo de estimación de la carga ofrecida .

A. Estimación de la Carga Ofrecida Utilizando una Ventana Mués ral Una primera adaptación del modelo de estimación de la carga ofrecida calcula la carga ofrecida estimada sobre unos números de cuadros consecutivos. El número de cuadros consecutivos debe ser suficientemente grande para proporcionar un número estadísticamente significativo de las oportunidades de transmisión de petición, y también no muy grande de modo que la carga ofrecida varíe considerablemente dentro del número de cuadros. Por conveniencia, el número de cuadros n sobre los cuales la carga ofrecida estimada es calculada se conoce como la "ventana muestral". Asumiendo que Ii representa el número de resultados de DESOCUPADO en el cuadro de la ventana muestral i, entonces el número total de resultados de desocupado sobre la Ventana muestral es igual a: Como en la Ecuación 16 anterior, el número de resultados de DESOCUPADO en el cuadro de la ventana muestral i puede estimarse por medio del número esperado correspondiente de resultados como sigue: Ec. 19 Ii =E?(I) de modo que : Ec . 20 I = ? Mi/R x exp ( -G ) Utilizando las transformaciones de la Ec. 16 y la Ec. 17, anteriores, es posible calcular la carga ofrecida instantánea qx para cada cuadro de la ventana muestral i en base a los valores que son conocidos a priori o medibles. Seleccionando una ventana muestral apropiada, se espera que la carga ofrecida instantánea gx no varíe considerablemente sobre la ventana muestral. Por lo tanto, la carga ofrecida instantánea gi. puede ser aproximada por una carga ofrecida g que es la misma para cada cuadro de la ventana muestral i (es decir, g?=G2=...=gn=g) . Sustituyendo Gk de la Ec. 3 en la Ec. 20 y sustituyendo g por cada gx se obtiene como resultado lo siguiente : Ec. 21 I = Excepto para la carga ofrecida qx , todos los elementos de la Ec. 21 son conocidos o medibles. Un objetivo de la presente invención es derivar de la Ec. 21 una función estimadora para g en base a las variables conocidas y medibles, de modo que g=f(I). Por ahora se asume que existe tal función f(I), los detalles de la cual se presentan más adelante. En ciertas situaciones, es deseable actualizar regularmente la carga ofrecida estimada para reflejar la carga ofrecida real de la red cuando ésta cambia con el tiempo. En tales situaciones, es importante que la carga ofrecida estimada se adapte rápidamente a los cambios en la carga ofrecida real. Una forma de actualizar la carga ofrecida estimada es considerar ventanas de muestra separadas consecutivas de tamaño n y actualizar la carga ofrecida estimada al final de cada Ventana muestral. Esta aproximación es simple, y requiere actualizaciones relativamente poco frecuentes. Sin embargo, también es relativamente lenta para adaptarse a los cambios en la carga ofrecida real, y por lo tanto, puede ser inexacta si la carga ofrecida real cambia significativamente entre ventanas de muestras. Una forma más exacta de actualizar la carga ofrecida estimada es utilizar una Ventana muestral desplazable y actualizar la carga ofrecida estimada a cada cuadro. Aunque este método requiere actualizaciones más frecuentes, se adaptan rápidamente a cambios en la carga ofrecida. Sin embargo, puede aún ser inexactos si la carga ofrecida real cambia significativamente entre cuadros . Para mejorar el funcionamiento del método de la Ventana muestral desplazable, se emplea un esquema de ponderación, el cual asigna un peso mayor a los x cuadros más recientes en la ventana muestral. De este modo, en una Ventana muestral que tiene n cuadros, los x cuadros más recientes se les asigna un factor de ponderación a y (n-x) cuadros "más viejos" se les asigna un factor de ponderación ß, donde a>ß. El peso total de los cuadros en la ventana muestral es igual a: Ec. 22 n'=ax + ß(n-x) El factor ponderación ß puede ser fijo de manera arbitraria como (1), de modo que el peso total del cuadro en la ventana muestral es igual a: Ec. 23 n' = ax + n - x = n + (a - l)x El factor de ponderación a se selecciona de modo que el peso asignado a los x cuadros más recientes sea igual a un porcentaje predeterminado X del peso total n' como sigue: Ec. 24 ax/n' = X Con la suposición de que g es constante dentro de la Ventana muestral, puede esperarse que la relación Y = TÍ-I/MÍ (es decir, la relación del tamaño del cuadro al tamaño del intervalo de petición) también sea constante para i=l a n. Aplicando esta suposición a la Ec. 21 resulta que: Ec. 25 I = Por conveniencia, T representa el promedio ponderado del número de intervalos por cuadro sobre toda la Ventana muestral como sigue: Ec. 26 T = [T0 + ... + Tn_x-? + aTn-x + ... + aTn_?] /n' Por conveniencia, M representa el promedio ponderado del número de intervalos por intervalo de petición sobre toda la Ventana muestral, como sigue: Ec. 27 M = [Mi + ... + Mn_x + aMn-x+? + ... + aMn] /n' Sustituyendo M en la Ec. 25 se obtiene como resultado : Ec. 28 I=exp(-g x Y x R) x n' x M/R donde Y = Heurísticamente, la relación T1-1/M3 puede ser aproximada por la relación T/M, de modo que Y = T/M. Sustituyendo Y = T/M de la Ec. 28 se obtiene como resultado: Ec. 29 1= La función estimadora para g se obtiene tomando el logaritmo natural en ambos lados de la Ec. 29 y resolviendo para g como sigue: Ec. 30 q' = f(I) = donde g' es la función estimadora para g.

B. Estimulación de la Carga Ofrecida Utilizando un Solo Cuadro Una segunda adaptación del modelo de estimación de la carga ofrecida calcula la carga ofrecida estimada sobre un solo cuadro. La estimación de la carga ofrecida utilizando un solo cuadro es deseable debido particularmente a su simplicidad dado que no requiere el mantenimiento y evaluación de datos históricos como cuando se requiere cuando se estima la carga ofrecida sobre una ventana muestral. Se piensa que un problema de estimación de la carga ofrecida sobre un solo cuadro, es que el número de oportunidades de transmisión de petición en un solo cuadro no representa una muestra estadísticamente significativa, y por lo tanto los resultados observados pueden o no ser indicativos de la carga ofrecida real. Sin embargo, se sabe que ciertos resultados son más probables que otros resultados. Por ejemplo, es poco probable (aunque posible) que existan en su totalidad resultados de EXITOSA sin resultados de DESOCUPADO o COLISIÓN, o un número igual de resultados de DESOCUPADO y COLISIÓN sin resultados de EXITOSA. De este modo, el conjunto de todos los resultados posible puede dividirse en un conjunto que contenga aquellos resultados que son probables y por lo tanto "confiables", y un conjunto que contenga aquellos resultados que son poco probables y por lo tanto "no confiables". Si un resultado observado cae dentro del conjunto de resultados "confiables", entonces es utilizado para actualizar la carga ofrecida estimada; de otro modo, el resultado obtenido es ignorado y no es utilizado para actualizar la carga ofrecida estimada. El problema entonces es definir el conjunto de resultados "confiables" y "no confiables". Puesto que existen Mk/R oportunidades de transmisión de petición en el cuadro k y cada oportunidad de transmisión de petición da como resultado un resultado de EXITOSA, DESOCUPADO o COLISIÓN, entonces la suma del número de resultados es igual a Mk/R como sigue: Ec. 31 Ik + Sk + Ck = Mk/R Cuando se trace el mapa sobre una gráfica tridimensional en la cual Ik, Sk, y Ck representan los tres ejes, la Ecuación 31 define la región plana ABC como se muestra en la FIGURA 2. La región plana ABC contiene todos los estados posibles del intervalo de petición k, de modo que cualquier punto observado Z(Ik, Sk, Ck) caiga sobre la región plana ABC. Dentro de la región plana ABC, ciertos puntos son más probables que otros puntos como resultado del intervalo de petición k. Asumiendo que el modelo de estimación de la carga ofrecida anterior es exacto, los puntos más probables dentro de la región plana ABC son aquéllos que representan el número esperado de resultados de EXITOSA, OCUPADO o COLISIÓN de acuerdo a la Ec. 13, la Ec. 14 y la Ec. 15, respectivamente, mostrados como la curva L en la FIGURA 3A. De este modo, la curva L describe un sitio de resultados esperados. Por conveniencia, la región plana ABC y la curva L se muestran en una vista bidimensional en la FIGURA 3B.

Deberá notarse que la probabilidad máxima de EXITOSA está en el punto P*, el cual traza a Sk = 0.368, Ik = 0.368, y Ck = 0.264 en una modalidad preferida descrita con detalle más adelante. Un atributo importante de la región plana ABC es que la probabilidad de que un punto particular es inversamente proporcional a su distancia desde la curva L (es decir, que a más cercano esté el punto de la curva L, mayor la probabilidad) . De este modo, la región plana ABC puede ser dividida en regiones que tienen puntos "confiables" y regiones que tienen puntos "no confiables" basados generalmente en la distancia de cada punto desde la curva L. En una modalidad, la región plana ABC se divide únicamente en la distancia desde la curva L. La FIGURA 4 muestra una vista bidimensional de la región plana ABC, con la región plana ABC dividida en tres regiones de acuerdo a la distancia desde la curva L. Aquellos puntos que caen dentro de una distancia predeterminada desde la curva L (es decir, la región 2), son considerados puntos "confiables", mientras que todos los otros puntos (es decir, las regiones 1 y 3) son considerados puntos "no confiables". Mientras que la región 2 captura todos los puntos que satisfacen al menos una probabilidad mínima predeterminada, ésta no es una región fácil de trabajar, puesto que es computacionalmente difícil determinar si un punto particular cae dentro de la región. En otra modalidad, la región plana ABC está dividida de acuerdo a su intersección con tres planos Sk = So, Ik = lo, y Ck = Co, como se muestra en la vista tridimensional en la FIGURA 5. Los tres planos se intersectan en el punto P* si So = 0.368 x Mk/R, I0 = 0.368 x Mk/R, y C0 = 0.264 x Mk/R, como se muestra en la vista bidimensional de la FIGURA 6. La región BB'P*E, corresponde al estado para obtener muchos resultados de DESOCUPADO y unos cuantos resultados de COLISIÓN en el intervalo de petición k, lo cual es razonablemente probable si la carga ofrecida efectiva dentro del cuadro es baja. La región CC'P*D corresponde al estado para obtener muchos resultados de COLISIÓN y pocos resultados de OCUPADO en el intervalo de petición k, lo cual es razonablemente probable si la carga ofrecida efectiva dentro del cuadro es alta. La región EP*D corresponde al estado para obtener muchos resultados de COLISIÓN, muchos resultados OCUPADO, y pocos resultados de EXITOSA en el intervalo de petición k, lo cual es improbable sin importar la carga ofrecida efectiva. La región AB'C corresponde al estado para obtener muchos resultados de EXITOSA (es decir, con una probabilidad mayor de 0.368) con pocos resultados de COLISIÓN y OCUPADO, lo cual es deseable pero improbable, si el modelo de estimación de carga ofrecido es exacto. Excepto por el punto P*, el cual cae en todas las regiones, todos los puntos sobre la curva L caen dentro de cualquiera de las regiones BB' P*E o CC'P*D. De este modo, las regiones BB' P*E o CC P*D son buenas candidatas para contener puntos "confiables". Sin embargo, existen también puntos dentro de las regiones AB'C y EP*D que están cerca de la curva L y por lo tanto son probablemente puntos "confiables". Para capturar aquellos puntos "confiables", los tres planos se redefinen de modo que S0 = 0.4 Mk/R, lo = 0.4 Mk/R, y Co = 0.3 Mk/R, como se muestra en la vista bidimensional en la FIGURA 7. Como resultado, el plano S0 ahora cae por encima del punto P*, y los planos I0 y Co se intersectan muy por debajo del punto P* en el punto X. Los puntos que caen dentro de cualquiera de la región AB'C' (es decir, Sk > So) o la región EXD (es decir, Ck > C0 e Ik < lo) son considerados puntos "no confiables", mientras que los puntos que caen dentro de la región BB'C'CDXE son considerados puntos "confiables". 2. Algunas Aplicaciones que Utilizan la Carga Ofrecida Estimada Como se discutió anteriormente, el problema de estimar la carga ofrecida en una red de comunicación es un problema genérico con muchas aplicaciones. Una aplicación importante utiliza la carga ofrecida estimada para mejorar el funcionamiento del acceso en una red de comunicación de medio compartido. Específicamente, la carga ofrecida estimada es proporcionada para determinar ciertos parámetros de operación, tales como el número de oportunidades de transmisión de petición por cuadro y ciertos parámetros del modo de acceso que tiene efecto sobre como se tiene acceso a la red (descritos con mayor detalle más adelante) . La FIGURA 8 muestra una red de comunicación de medio compartido 100 de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La red de comunicación de medio compartido 100 permite que un número de usuarios finales 110? hasta 110N tengan acceso a la red externa 108 tal como la Internet. La red de comunicación de medio compartido 100 actúa como un conducto para transportar información entre los usuarios finales 110 y la red externa 108. La red de comunicación de medio compartido 100 incluye una estación primaria 102 que está acoplada a la red externa 108. La estación primaria 102 está en comunicación con una pluralidad de estaciones secundarias 104? hasta 104N (referidas colectivamente como "estaciones secundarias 104" e individualmente como una "estación secundaria 104") por medio de canales 106 y 107. El canal 106 transporta información en una dirección "corriente abajo" desde la estación primaria 102 hasta las estaciones secundarias 104, y es referido aquí posteriormente como el "canal corriente abajo 106". El canal 107 transporta información en una dirección "corriente arriba" desde las estaciones secundarias 104 hasta la estación primaria 102, y es referida aquí posteriormente como el "canal corriente arriba 107". Cada usuario final 110 se interconecta a la red de comunicación de medio compartido 100 por medio de una estación secundaria 104. En una modalidad preferida, la red de comunicación de medio compartido 100 es un sistema de comunicación de datos sobre cable (DOC) donde el canal corriente abajo 106 y el canal corriente arriba 107 son canales separados soportados sobre un medio físico compartido. En la modalidad preferida, el medio físico compartido es una red híbrida de cable fibroóptico y coaxial (HFC) . El canal corriente abajo 106 es uno de una pluralidad de canales corriente abajo soportados sobre la red HFC. El canal corriente arriba 107 es uno de una pluralidad de canales corriente arriba soportados sobre la red HFC. En otras modalidades, el medio físico compartido puede ser cable coaxial, cable fibroóptico, cables de par torcido, y así sucesivamente, y puede también incluir el aire, atmósfera, o espacio para la comunicación inalámbrica o de satélite. También, los diferentes canales corriente arriba y corriente abajo pueden ser el mismo canal físico, por ejemplo, a través de la multiplexión/duplexión por división de tiempo, o canales físicos separados, por ejemplo, a través de la multiplexión/duplexión por división de frecuencia. En la red de comunicación de medio compartido 100 de la modalidad preferida, los canales corriente abajo, incluyendo el canal corriente abajo 106 se ubican típicamente en una banda de frecuencia por encima de aproximadamente 50 MHz, aunque la banda de frecuencia particular puede variar de sistema a sistema, y con frecuencia depende del país. Los canales corriente abajo se clasifican como canales de transmisión, puesto que cualquier información transmitida por la estación primaria 102 sobre un canal corriente abajo particular, tal como el canal corriente abajo 106, alcanza todas las estaciones secundarias 104. Cualquiera de las estaciones secundarias 104 están sintonizadas para recibir sobre el canal corriente abajo particular, pueden recibir la información. En la red de comunicación de medio compartido 100 de una modalidad preferida, los canales corriente arriba, incluyendo el canal corriente arriba 107, se ubican típicamente en una banda de frecuencia entre aproximadamente 5 hasta aproximadamente 42 MHz, aunque la banda de frecuencia particular puede variar de sistema a sistema, y con frecuencia depende del país. Los canales corriente arriba se clasifican como canales compartidos, puesto que> sólo una estación secundaria 104 puede transmitir exitosamente sobre un canal corriente arriba particular en cualquier tiempo dado, y por lo tanto los canales corriente arriba deberán ser compartidos entre la pluralidad de estaciones secundarias 104. Si más de una de las estaciones secundarias 104 transmite simultáneamente sobre un canal corriente arriba particular, tal como el canal corriente arriba 107, existe una colisión que corrompe la información de todas las estaciones secundarias que están transmitiendo simultáneamente 104. Para permitir que estaciones secundarias múltiples 104 compartan un canal corriente arriba particular, tal como el canal corriente arriba 107, la estación primaria 102 y las estaciones secundarias 104 participan en un protocolo de control de acceso medio (MAC) . El protocolo MAC proporciona un conjunto de reglas y procedimientos para coordinar el acceso por las estaciones secundarias 104 al canal corriente arriba compartido 107. Cada estación secundaria 104 participa del protocolo MAC a favor de sus usuarios finales. Por conveniencia, cada participante en el protocolo MAC es conocido como un "usuario de MAC". Los protocolos de MAC caen en dos categorías básicas: protocolos libres de contienda y a base de contienda. En los protocolos libres de contienda, los usuarios finales tienen acceso a un canal compartido en una forma controlada, de modo que las transmisiones son programadas estadísticamente, o de manera adaptable, de modo que sean evitadas completamente las colisiones. Con la programación estadística, tal como la del esquema de Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) , se repite un patrón de transmisión predeterminado periódicamente. Los usuarios pueden tener acceso a los recursos de canal sólo durante los intervalos de tiempo asignados a ellos individualmente. Los protocolos libres de contienda con programación estadística para asignación de recursos son ineficientes para una red de cable que soporta a un gran número de usuarios donde, típicamente, sólo una fracción de los usuarios están activos en cualquier tiempo. Con la programación adaptable, el patrón de transmisión puede ser modificado en cada ciclo para acomodar la demanda de tráfico dinámica, vía reservaciones o pasando pruebas.

Una fracción del canal de acceso múltiples, o un canal separado, se utiliza para soportar la sobrecarga debido a la reservación, o pasando pruebas. Un esquema de reservación típicamente requiere un controlador centralizado para manejar las reservaciones. Un esquema para pasar pruebas, por otro lado, es implementado usualmente en forma distribuida. Los protocolos libres de contienda con programación adaptable son algunas veces referidos como acceso múltiple por asignación de demanda. En los protocolos a base de contienda, los usuarios contienden con otros para tener acceso a los recursos del canal. Las colisiones no son evitadas por diseño, sino que son controladas requiriendo que las transmisiones sean retardadas aleatoriamente, o resueltas utilizando una variedad de otras estrategias de resolución de contienda. La capacidad de transmisión de una red, tal como una red de cable HFC, puede con frecuencia tomar ventaja del control simplificado en la capa MAC. Un método para retardar las transmisiones es un método de desbloqueo exponencial binario, donde la ventana de desbloqueo limita el intervalo de desbloqueo aleatorio, y una ventana de desbloqueo inicial se dobla en intentos sucesivos de retransmisión. Puesto que se sabe que el desbloqueo exponencial binario conduce a inestabilidad en la carga pesada, el número máximo de retransmisiones para la petición puede ser utilizada para truncar el desbloqueo en otras circunstancias indefinidas . La mayoría de los protocolos basados en la contienda resuelven las colisiones utilizando información de retroalimentación sobre el número de usuarios implicados en las colisiones. Si el número de transmisiones en conflicto puede ser determinado a partir de la retroalimentación, entonces el rendimiento del canal se aproxima arbitrariamente a un tiempo de transmisión de paquete por paquete que se sabe es alcanzable en principio, pero con una complejidad intratable. De manera muy frecuente, con un propósito de simplificar, la información de retroalimentación es utilizada de manera ternaria indicando cero, una o más transmisiones, o de manera binaria indicando exactamente una transmisión o de otro modo. Un ejemplo de un protocolo basado en la contienda se conoce como un protocolo de acceso múltiple ALOHA. Su versión original, la cual opera en un tiempo continuo o no dividido, se conoce como ALOHA no Dividido. Otra versión, la cual opera con un tiempo discreto o dividido, es conocida como ALOHA Dividido. El comportamiento y funcionamiento del ALOHA no Dividido y Dividido han sido estudiados ampliamente, y sus rendimientos máximos son bien conocidos siendo l/(2e) y 1/e, respectivamente. Un tipo de protocolo MAC adecuado para redes de cables HFC utiliza un sistema de reservación en el cual cada usuario de MAC que desea transmitir datos sobre el canal compartido se le solicita a hacer una reservación. En los protocolos libres de contienda con programación adaptable, los usuarios con transmisiones pendientes deben reservar recursos de transmisión. El protocolo para la reservación es en sí un protocolo de acceso múltiple. En la red de comunicación de medio compartido 100, muchos usuarios comparten el canal corriente arriba 107 para transmisiones a la estación primaria 102. Sin embargo, en cualquier momento, es probable que sólo una fracción de esos usuarios esté realmente ocupada. Si se utiliza un protocolo libre de contienda con programación estadística (por ejemplo, TDMA), los recursos ocupados o a usuarios desocupados son desperdiciados. Esta ineficiencia es particularmente intolerable cuando la carga en el sistema es ligera. Los protocolos basados en la contienda se comportan bien bajo una carga ligera, pero tienen un rendimiento limitado y la carga ofrecida es mayor debido a colisiones excesivas. El rendimiento de un sistema basado en reservaciones es indicado por el porcentaje de ancho de banda disponible que es asignado al canal del control de reservación. Un método para reducir la demanda sobre el canal de reservación es asignar un campo pequeño en los paquetes de datos para peticiones adicionales remolcadas (es decir, que incluyen una petición junto con los datos transmitidos) . Durante la operación en estado estacionario, el número de usuarios que esperan a hacer reservaciones es típicamente pequeño, particularmente cuando se permite el remolque. Por lo tanto, es ventajoso que el protocolo de reservación sea un protocolo basado en la contienda con la resolución de la contienda. A diferencia de un protocolo basado en la contienda convencional, los usuarios típicamente no contienden con paquetes de datos, sino que contienden con paquetes de reservación especiales que son considerablemente más pequeños que los paquetes de datos. En un sistema de acceso múltiple con reservación basada en la contienda, cada usuario del MAC que tenga que transmitir datos porque que no haya hecho ya una reservación espera que sean proporcionadas oportunidades de contienda por la estación primaria 102. Cada oportunidad de contienda es proporcionada por la estación primaria a un grupo seleccionado de usuarios del MAC, y permite que cada uno de los usuarios del MAC en el grupo especificado contienda por una reservación a un tiempo específico, siempre que el usuario del MAC tenga datos que enviar. Después de cada a oportunidad de contienda, la estación primaria 102 verifica la contienda por los Usuarios del MAC y determina el resultado de la contienda por cada oportunidad de contienda, específicamente, si el Usuario del MAC no contendió, o si contendió exactamente un Usuario del MAC, o si contendieron uno o más de los Usuarios del MAC. Por conveniencia, los resultados de la contienda son referidos como OCUPADO, de EXITOSA, y COLISIÓN respectivamente. La estación primaria 102 envía entonces información de retroalimentación a los Usuarios del MAC indicando el resultado de la contienda por cada oportunidad de contienda. La información de retroalimentación permite a cada Usuario del MAC determinar, entre otras cosas, sí o no su propio intento de contiene fue exitoso, y en consecuencia si su petición de reservación de ancho de banda ha sido aceptada. La ventaja de un sistema de reservación sobre un sistema TDMA simple se deriva del hecho de que los paquetes de petición utilizados para la reservación, ya sea en el modo de contienda o en un modo de división por tiempo, son considerablemente más pequeños que la mayoría de los paquetes de datos. En el sistema de reservación •a 36 basado en la contienda, el ancho de banda desperdiciado debidos a los resultados de OCUPADO y COLISIÓN es relativamente pequeño, en comparación con el ancho de banda utilizado para la transmisión de datos real. 5 Supóngase que la relación del tamaño de un paquete de petición al de un paquete de datos es v << 1, y que se utilizó el esquema de acceso múltiple ALOHA dividido simple en el canal de control lógico para la reservación basada en la contienda. Entonces, puede verificarse que 10 el rendimiento máximo, S, en paquetes de datos por unidad de tiempo, alcanzable en tal sistema está dado por: Ec. 32 S = — = —-— 1+v/Sr 1+ve 15 donde Sr es el rendimiento máximo para el ALOHA Dividido, el cual es igual a 1/e (véase Bertesekas y Gallager, Data Ner orks, Sección 4.5, Prentice-Hall, 1987) . 20 Un protocolo MAC basado en la reservación puede representado a un alto nivel por un diagrama de estado por cada Usuario del MAC como se muestra en la FIGURA 9. El Usuario del MAC comienza en el estado INACTIVO; y permanece allí en tanto no haya datos que transmitir o 25 esté esperando una oportunidad para transmitir una •x 37 petición. Cuando el Usuario del MAC recibe los datos a ser transmitidos, el Usuario del MAC transita al estado ACTIVO después de recibir una oportunidad libre de contienda para transmitir una petición, siempre que no se 5 requiere que contienda por ancho de banda corriente arriba, como en el caso de la votación de una sola estación. Por otro lado, el Usuario del MAC transita hacia el estado de CONTIENDA tras recibir y transmitir una petición en una oportunidad de transmisión por 10 contienda. En el estado de CONTIENDA, el Usuario del MAC contiende por tener acceso al canal hasta que puede hacer una reservación exitosa por sí mismo, o hasta que su solicitud sea rechazada debido a la sobrecarga del sistema. Tras hacer una reservación exitosa en este caso, 15 el Usuario del MAC transita al estado ACTIVO. Aquí, el Usuario del MAC recibe oportunidades de transmitir sus datos, y permanece en el estado ACTIVO en tanto tenga datos que transmitir. Durante la sobrecarga del sistema, una resolución de contención pendiente de peticiones 20 puede ser denegada a oportunidades de transmisión adicionales, después de un número predeterminado de intentos. Cuando esto pasa, el Usuario del MAC se mueve del estado de CONTIENDA al estado de INACTIVO. Si arriban nuevos datos mientras el Usuario del MAC está en un 25 estado ACTIVO, al Usuario del MAC puede permitírsele incluir una petición de remolque en los datos que transmite. Tras transmitir todos sus datos, el Usuario del MAC transita de nuevo al estado INACTIVO. Por cada oportunidad de transmisión de petición proporcionada por la estación primaria 102, la estación primaria recibe (1) ausencia de transmisión, indicando que el Usuario del MAC transmitió una petición de reservación; (2) una petición de reservación, indicando que un solo Usuario del MAC transmitió una petición de reservación y la identificación de ese Usuario del MAC; o (3) una colisión, indicando que más de un Usuario del MAC transmitió una petición de reservación. Por conveniencia, los tres estados de retroalimentación son referidos como OCUPADO, EXITOSA, y COLISIÓN, respectivamente. La estación primaria 102 programa las oportunidades de transmisión de petición y oportunidades de transmisión de datos futuras en base al resultado de la reservación basada en la contienda. Si hace la reservación exitosa (es decir, si el resultado de la contienda es EXITOSA) , entonces la estación primaria 102 asigna ancho de banda al Usuario del MAC en base a los requerimientos QoS del usuario final correspondiente, de modo que el Usuario del MAC puede transmitir libre de contienda información del usuario sobre el canal compartido. Por otro lado, si Usuarios del MAC múltiples responden (es decir, si el resultado de la contienda es una COLISIÓN) , entonces la estación primaria 102 intenta ayudar a resolver la colisión proporcionando oportunidades de transmisión de petición adicionales. En una modalidad preferida, el protocolo MAC incluye un protocolo comúnmente conocido como Sistema de Red de Cable de Medios Múltiples (MCNS) , el cual se define el documento titulado Especificación Interina SP-RFI-102-97 1008 de la Interconexión de Frecuencia de Radio y Especificaciones de Interconexión de Servicio de Datos Sobre Cable MCNS (aquí posteriormente referida como la "Especificación del Protocolo MCNS") incorporado aquí como referencia en su totalidad. En la Especificación del Protocolo MCNS, la estación primaria 102 es referida como un Sistema de Terminación de Módem de Cable (CMTS) , y las estaciones secundarios 104 son referidas como Módems de Cable (CM) . El CMTS es responsable del procesamiento del paquete, de repartir recursos, y de la administración del MAC MCNS y las funciones de la Capa Física. Cada CM opera como un esclavo del CMTS. Las Unidades de Datos del Protocolo MAC (PDU) transmitidas sobre el canal corriente abajo 106 por el CMTS pueden ser dirigidas a un CM individual vía una sola estación, o a un grupo seleccionado de CM vía estaciones múltiples o transmisión. En el canal corriente arriba, puede ser enviada una PDU de MAC por cualquier CM al CMTS. El MCNS soporta PDU de MAC de longitud variable. La Especificación del Protocolo MCNS utiliza un canal corriente arriba dividido, de modo que el canal corriente arriba 107 está dividido en intervalos de tiempo sucesivos. El protocolo MAC soporta una pluralidad de tipos de intervalo para transportar diferentes tipos de información. Cada intervalo de tiempo es capaz de transportar una unidad de información (por ejemplo, un paquete de datos o un paquete de control) . La Especificación del Protocolo MCNS divide, además, el canal corriente arriba 107 en cuadros sucesivos, donde cada cuadro incluye un número de intervalos. El CMTS asigna ancho de banda a un grupo de CM transmitiendo sobre el canal corriente abajo 106 un mensaje de control que contiene un elemento de información de asignación de ancho de banda y conocido como MAP. El MAP especifica la asignación de oportunidades de transmisión dentro de un cuadro de transmisión dado. El ancho de banda se asigna, cuadro por cuadro, en términos de las oportunidades de transmisión para peticiones de reservaciones basadas en la contienda (o simplemente peticiones) , así como para datos del usuario. Una transmisión exitosa en una oportunidad de contención da como resultado la reservación de una oportunidad de transmisión de datos futura.

De manera más específica, el canal corriente arriba 107 es modelado como un flujo de miniintervalos, que se proporciona para el TDMA a ticks de tiempos regulados. El uso de miniintervalos implica una sincronización de temporización estricta entre el CMTS y todos los CM. En consecuencia, el CMTS es responsable de generar la referencia de tiempo para identificar esos miniintervalos y periódicamente permitir que se alcancen las oportunidades de modo que todos los CM mantengan su sincronización. El acceso a los miniintervalos por la CM es controlado por el CMTS. Para lograr eso, el CMTS transmite sobre un canal corriente abajo un MAP que describe el uso de cada miniintervalo del flujo corriente arriba en un intervalo de tiempo futuro especificado. Este mensaje, en una forma, "traza" en un intervalo de tiempo futuro cada miniintervalo para su uso. Por supuesto, el MAP tiene que ser enviado por el CMTS antes que el intervalo de tiempo efectivo que describe para permitir suficiente tiempo para que el CM transmita en el miniintervalo trazado. En la Especificación del Protocolo MCNS, cada cuadro está organizado en intervalos discretos. Se definen al menos tres tipos de intervalos diferentes. Un intervalo de petición incluye un número de intervalos que son asignados para transmitir peticiones (o paquetes de datos pequeños) en el modo de contienda. Un intervalo de mantenimiento incluye un número de miniintervalos asignados para el registro de CM. Un intervalo de otorgamiento de datos incluye un número de miniintervalos asignados para transmitir paquetes de datos. El MAP incluye un número de elementos de información (IE) que definen los diferentes intervalos en el cuadro. La FIGURA 10 es un diagrama de bloques que muestra una estación primaria ejemplar 102 de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. En la modalidad preferida, la estación primaria 102 incluye un número de módulos funcionales implementados sobre tarjetas individuales que se colocan dentro de un armazón común. Para permitir la comunicación dentro de la red de comunicación de medio compartido 100, la estación primaria 102 requiere al menos un conjunto mínimo de módulos funcionales. Específicamente, el conjunto mínimo de módulos funcionales comprende un Módulo Adaptador 210, un Módulo MAC 220, un Módulo Transmisor 240, y un Módulo Receptor 230. En la modalidad preferida, el conjunto mínimo de módulos funcionales permite que la estación primaria 102 soporte un solo canal corriente abajo y hasta ocho canales corriente arriba. Por conveniencia y con el propósito de simplificar, las modalidades ejemplares descritas más adelante se refieren a un solo canal corriente arriba 107, aunque será evidente a aquéllos expertos en la técnica que son soportables canales corriente arriba múltiples en una forma similar. El Módulo Adaptador 210 controla el flujo de datos y controla los mensajes entre la estación primaria 102 y las estaciones secundarias 104. El Módulo Adaptador 210 incluye la Lógica de Control 218 que está acoplada a una Memoria 212. La Lógica de Control 218 incluye, entre otras cosas, la lógica para procesar datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) recibido de las estacines secundarias 104, y la lógica para generar datos y mensajes de control (por ejemplo MAP) para la transmisión a las estaciones secundarias 104. La Memoria 212 está dividida en una Memoria Dedicada 216 que es utilizada únicamente por la Lógica de Control 218, y una Memoria Compartida 214 que es compartida por la Lógica de Control 224 (descrita más adelante) para intercambiar datos y mensajes de control. La Lógica de Control 218 y la Lógica MAC 224 intercambian datos y mensajes de control utilizando tres estructuras anulares (no mostradas) en la Memoria Compartida 214. Los datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) recibidas de la estación secundaria 104 son almacenados por la Lógica MAC 224 en una fila de Espera de Recepción en la Memoria Compartida 224. Los mensajes de Control (por ejemplo, MAP) generados por la Lógica de Control 218 son almacenados por la Lógica de Control 218 en una Fila de Espera de Transmisión MAC en la Memoria compartida 214. Los mensajes de datos para la transmisión a la estación secundaria 104 son almacenados por la Lógica de Control 218 en una Fila de Espera de Transmisión de Datos en la Memoria Compartida 214. La Lógica de Control 218 verifica la Fila de Espera de Recepción para Obtener datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) . La Lógica MAP 224 verifica la Fila de Espera de Transmisión MAC para obtener mensajes de control (por ejemplo, MAP), y verifica la Fila de Espera de Transmisión de Datos para obtener mensajes de datos. El Módulo MAC 220 implementa las funciones MAC dentro de la estación primaria 102. El Módulo MAC 220 incluye la lógica MAC 224 que está acoplada a una Memoria Local 222 y a la Memoria Compartida 214 por medio de la interfaz o interconexión 250. La Lógica MAC 224 verifica la Fila de Espera de Transmisión MAC y la Fila de Espera de Transmisión de datos en la Memoria Compartida 214. La Lógica MAC 224 transmite cualesquier datos y mensajes de control (por ejemplo, MAP) colocados en la Fila de Espera al Codificador/Modulador 241 del Módulo Transmisor 240 por medio de la interfaz o interconexión 253. La Lógica MAC 224 también procesa los datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) recibidos del Módulo Receptor 230 por medio de la interfaz o interconexión 255. La Lógica MAC 224 almacena los datos de mensajes y control recibidos en la Fila de Espera de Recepción en la Memoria Compartida 214 por medio de la interfaz o interconexión 250. El Módulo Transmisor 240 proporciona una interfaz o interconexión al canal corriente abajo 106 para transmitir datos y mensajes de control (por ejemplo, MAP) a las estaciones secundarias 104. El Módulo Transmisor 240 incluye una Entrada del Transmisor 242 que está acoplada de manera operable al canal corriente abajo 106 y un Codificador/Modulador 241. El Codificador/Modulador 241 incluye la lógica para procesar los datos y mensajes de control (por ejemplo, MAP) recibidos de la Lógica MAC 224 por medio de una interconexión o interfaz 253. De manera más específica, el Codificador/Modulador 241 incluye la lógica de codificación para codificar los datos y mensajes de control (por ejemplo, MAP) de acuerdo a un conjunto predeterminado de parámetros de codificación, la Lógica de Control para modular los datos codificados y mensajes de control (por ejemplo, MAP) de acuerdo a un modo de modulación predeterminado. La Entrada del Transmisor 242 incluye la lógica para transmitir las señales moduladas del Codificador/Modulador 241 sobre el canal corriente abajo 106. De manera más específica, la Entrada del Transmisor 242 incluye por lógica la sintonización para sintonizar a una frecuencia central corriente abajo 106, y la lógica de filtración para filtrar las señales moduladas transmitidas. Ambos del Codificador/Decodificador 241 y la Entrada del Transmisor 242 incluyen parámetros ajustables, incluyendo la frecuencia central del canal corriente abajo para la Entrada del Transmisor 242 y el módulo de modulación, la tasa de símbolos de modulación, y los parámetros de codificación para el Codificador/Modulador 241. El Módulo Receptor 230 proporciona una interconexión con el canal corriente arriba 107 para recibir, entre otras cosas, datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) de las estaciones secundarias 104. El Módulo Receptor 230 incluye una entrada del Receptor 232 que está acoplada de manera operable al canal corriente arriba 107 y al Desmodulador/Decodificador 231. La Entrada del Receptor 232 incluye la lógica para recibir las señales moduladas del canal corriente arriba 107. De manera más específica, la Entrada del Receptor 232 incluye la lógica de sintonización para sintonizar a una frecuencia central del canal corriente arriba 107, y la lógica de filtración para filtrar las señales moduladas recibidas. El Desmodulador/Decodificador 231 incluye la lógica para procesar las señales moduladas filtradas recibidas y la Entrada del Receptor 232. De manera más específica, el Desmodulador/Decodificador 231 incluye la lógica de desmodulación para desmodular las señales moduladas de acuerdo a un módulo de modulación predeterminado, y la lógica de decodificación para decodificar las señales desmoduladas de acuerdo a un conjunto predeterminado de parámetros para la recuperación de datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) de la estación secundaria 104. Tanto la Entrada del Receptor 232 como el Desmodulador/Decodificador 231 incluye parámetros ajustables, incluyendo la frecuencia central del canal corriente arriba para la Entrada del Receptor 232, y el módulo de modulación, la velocidad de la tasa de símbolos de modulación, la secuencia del preámbulo de modulación, y los parámetros de decodificación para el Desmodulador/Decodificador 231. En la modalidad preferida, la estación primaria 102 incluye una interfaz o interconexión de configuración 254 a través de la cual los parámetros ajustables sobre ambos del Módulo Receptor 230 y el Módulo Transmisor 240 son configurados. La interfaz o interconexión de configuración 254 se acopla de manera operable la Lógica MAC 224 al Desmodulador/Decodificador 231, Entrada del Receptor 232, el Codificador/Modulador 241, y la Entrada del Transmisor 242. La interfaz o interconexión de configuración 354 es preferiblemente un Conductor Colectivo de Interconexión Periférico en Serie (SPI) como es sabido en la técnica. La FIGURA 11 es un diagrama de bloques que muestra una estación secundaria ejemplar 104 de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La estación secundaria 104 incluye una Interfaz o Interconexión de Usuario 310 para interconectarse con el Usuario Final 110. Los datos transmitidos por el Usuario Final 110 son recibidos por la Interfaz o Interconexión del Usuario 310 y almacenados en una memoria 308. La estación secundaria 104 también incluye un Procesador de Mensajes de Control 304 que está acoplado a la Memoria 308. El Procesador de Mensajes de Control 304 participa como un Usuario de MAC en el protocolo MAC en favor del Usuario Final 110. Específicamente, el Procesador de Mensajes de Control 304 transmite datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) a la estación primaria 102 por medio del Transmisor 302, el cual está acoplado de manera operable para transmitir datos y mensajes de control (por ejemplo, peticiones) sobre el canal corriente arriba 107. El Procesador de Mensajes de Control 304 también procesa los datos y mensajes de control (por ejemplo, MAP) recibidos de la estación primaria 102 por medio de receptor 306, el cual está acoplado de manera operable para recibir datos y mensajes de control (por ejemplo, MAP) sobre el canal corriente abajo 106. Una consideración importante que afecta al funcionamiento en el protocolo MAC del MCNS es el número de miniintervalos asignados al intervalo de petición en cada cuadro. Asumiendo que el número de intervalos por cuadro Tk es sustancialmente constante, el número de miniintervalos asignados al intervalo de petición afecta al número de miniintervalos asignados a otros intervalos, particularmente el intervalo de datos. Un gran número de miniintervalos asignados al intervalo de petición hace disminuir la probabilidad de colisiones, pero también hace disminuir el número de miniintervalos asignados para transmitir datos y por lo tanto, hace disminuir el rendimiento de los datos del sistema. Además, un número pequeño de miniintervalos asignados al intervalo de petición puede incrementar la probabilidad de colisiones y por lo tanto hacer disminuir el rendimiento de los datos en el sistema previniendo que las peticiones exitosas alcancen el CMTS. De manera preferible, el número de intervalos en el intervalo de petición se selecciona para maximizar la probabilidad de resultados de EXITOSA. Esto típicamente implica incrementar el número de intervalos en el intervalo de petición si la carga ofrecida es alta, y hace disminuir al número de intervalos en el intervalo de petición si la carga ofrecida es baja. De este modo, la carga ofrecida es una consideración clave en la selección del número de intervalos por intervalo de petición. Otra consideración importante que afecta el funcionamiento en el protocolo MAC del MCNS es el tipo de acceso por contienda utilizado. De acuerdo con la Especificación del Protocolo MCNS, pueden ser soportados al menos dos tipos de acceso por contienda. En un primer tipo de acceso por contienda, a las estaciones secundarias 104 sólo se les permite transmitir la petición durante el intervalo de petición. En un segundo tipo de acceso por contienda, a las estaciones secundarias 104 se les permite transmitir mensajes de petición o mensajes de datos pequeños durante el intervalo de petición. El segundo tipo de acceso por contienda puede mejorar el funcionamiento cuando existen menos colisiones, pero puede hacer disminuir el funcionamiento cuando existen muchas colisiones. Por lo tanto, el segundo tipo de acceso por contienda sería utilizado únicamente cuando la carga ofrecida real sea baja, donde el primer tipo de acceso por contienda sería utilizado cuando la carga ofrecida real sea alta. De este modo, la carga ofrecida es una consideración clave en la selección del tipo de acceso por contienda en el protocolo MAC de MCNS. En el protocolo MAC del MCNS, la carga ofrecida no es conocida a priori . Por lo tanto, la carga ofrecida debe ser estimada utilizando la técnica de ventana muestral o la técnica de un solo cuadro descritas aquí, típicamente con la Lógica de Control 218 como un elemento de su lógica que genera el MAP.

A. Aplicación de la Técnica de Ventana Muestral La función de estimación g' de la Ec. 30 se derivó utilizando un número de variables. Esas incluyen la variable n que representa un tamaño de la ventana muestral; la variable x representa el número de cuadros ponderados en la ventana muestral; y la variable X representa el porcentaje variable que se utilizó en la Ec. 24 para derivar el factor de ponderación de a. De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, a variable n es igual a 16 cuadros.

La variable n tiene que ser suficientemente grande de modo que exista un número estadísticamente significativo de oportunidades de transmisión de petición en la ventana muestral, pero no debe ser demasiado grande de modo que la carga ofrecida varíe significativamente sobre la ventana muestral. Con referencia a la Ec. 21, se aceptó heurísticamente que la carga ofrecida instantáneamente gi por cada cuadro en la ventana muestral no varió considerablemente sobre la ventana muestral, y por lo tanto que la carga ofrecida instantánea q puede ser aproximada por una carga ofrecida g que es la misma por cada cuadro de la ventana muestral i (es decir, gi = gi = ... = gn = g) . Las simulaciones del protocolo MAC del MCNS han mostrado que un cuadro raramente excede de los 5 milisegundos de duración, y que la variación de la carga ofrecida durante un intervalo de tiempo de 100 milisegundos es típicamente menor del diez por ciento de su valor original. Por lo tanto, la carga ofrecida instantánea no puede ser aproximada por g siempre que el tamaño de la ventana muestral n sea menor de aproximadamente 20 cuadros. De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, la variable x es igual a 3, y la variable X es igual a 0.4 de modo que a es igual a 3. La selección de esos valores de los parámetros será evidente al comprender porque se utilizó el método de ventana desplazable con ponderación.

Deberá recordarse que una primera posibilidad era actualizar la carga ofrecida estimada al final de cada ventana muestral. Este método es muy inexacto, y puede conducir a oscilaciones de la carga ofrecida estimada alrededor de la carga ofrecida real. Para comprender por qué, asúmase que al final de alguna venta muestral j, la carga ofrecida es subestimada. Puesto que la carga ofrecida estimada es utilizada para seleccionar el tamaño del intervalo de petición por cada cuadro en la siguiente ventana muestral (j+1), el CMTS fijará el tamaño del intervalo de petición por cada cuadro en la siguiente ventana muestral (j+1) a un valor menor que el debido. Esto conducirá a colisiones en el cuadro 1 de la ventana muestral (j+1) . Cuando esas peticiones que chocaron sean transmitidas en el cuadro 2 de la ventana muestral (j+1), la probabilidad de colisión se incrementa aún más en el cuadro 2. El proceso continuará hasta el fin de la ventana muestral (j+1), conduciendo eventualmente a una probabilidad extremadamente alta de colisión al final de la ventana, y en consecuencia a un número muy pequeño de resultados de DESOCUPADO. Como resultado, la carga ofrecida estimada se incrementará significativamente, conduciendo a una sobreestimación de la carga ofrecida. De manera similar, esta sobreestimación produce tamaño de intervalo de petición en la ventana muestral (j+2) mayores de lo que deberían ser, dando como resultado un número mayor de resultados de DESOCUPADO al final de la ventana muestral (j+2) . El resultado es una subestimación de la carga ofrecida, haciendo que el ciclo se repita, haciendo por lo tanto que la carga ofrecida fluctúe alrededor de la carga ofrecida real. Deberá recordarse también que una segunda posibilidad debe utilizar una ventana muestral desplazable y actualizar la carga ofrecida estimada al final de cada cuadro sin utilizar la ponderación. Aunque los resultados de la simulación han mostrado que este método es significativamente mejor que actualizar la carga ofrecida estimada al final de cada ventana muestral, este método es también susceptible a fluctuaciones alrededor de la carga ofrecida real. Para comprender por qué, asúmase que al final de algún cuadro k, la carga ofrecida es subestimada. Por lo tanto, el intervalo de petición en el siguiente cuadro (k+1) será menor de lo que debiera, dando como resultado una probabilidad mayor de resultados de COLISIÓN en el cuadro (k+1) . Sin embargo, debido a que la carga ofrecida estimada es determinada sobre una ventana de dieciséis cuadros, la probabilidad de incrementar los resultados de COLISIÓN en el cuadro (k+1) tiene poco impacto sobre la carga ofrecida estimada, de modo que la carga ofrecida estimada probablemente se incrementará ligeramente pero permanecerá subestimada. Esta subestimación producirá más colisiones en el cuadro (k+2) y los cuadros subsecuentes, puesto que la carga ofrecida real se incrementa más rápido que la carga ofrecida estimada debido a un incremento en el número de retransmisiones. Después de varios cuadros, la ventana muestral comenzará incluyendo más y más de aquellos cuadros que tengan un mayor número de resultados de COLISIÓN, conduciendo a una sobreestimación de la carga ofrecida. Una vez que la carga ofrecida estimada es sobreestimada, el tamaño del intervalo de petición se fijará más grande de lo que debiera ser, dando como resultados muchos resultados de DESOCUPADO. Nuevamente, debido a que la carga ofrecida estimada es determinada sobre una ventana de dieciséis cuadros, el número incrementado de resultado de DESOCUPADO en los cuadros subsecuentes tendrá poco impacto sobre la carga ofrecida estimada, de modo que la carga ofrecida estimada probablemente disminuya ligeramente pero permanezca sobreestimada. Después de varios cuadros, la ventana muestral comenzará incluyendo más y más de aquellos cuadros que tienen un gran número de resultados de DESOCUPADO, conduciendo nuevamente a una subestimación de la carga ofrecida haciendo que el ciclo se repita y haciendo por lo tanto que la carga ofrecida estimada fluctúe alrededor de la carga ofrecida real. Esos ejemplos demuestran que pueden ocurrir fluctuaciones alrededor de la carga ofrecida real cuando la respuesta a cambios en la carga ofrecida real es muy baja. Con referencia al método de ventana muestral, el problema de respuesta lento no existiría si la ventana muestral fuese pequeña. Sin embargo, la reducción del tamaño de la ventana muestral también reduce el número de oportunidades de transmisión de petición en la ventana muestral, lo cual degrada la exactitud de la estimación. De este modo, la ventana muestral debe permanecer relativamente grande, pero la carga ofrecida estimada debe adaptarse rápidamente. La solución por supuesto es agregar un factor de ponderación que enfatice los cuadros más recientes y que considere aún un gran número de cuadros. Como se discutió anteriormente, a los x cuadros más recientes se les da un factor de ponderación de a, mientras que a los (n-x) cuadros más viejos se les da un factor de ponderación de ß que se fija arbitrariamente como uno. Los factores de ponderación deben ser seleccionados apropiadamente para obtener una respuesta rápida y una carga ofrecida estimada exacta. La relación de a/ß es demasiado pequeña o si x es demasiado grande, entonces no se da suficiente peso a los cuadros más recientes, y por lo tanto la carga ofrecida estimada se adaptará lentamente. Por otro lado, si la relación de a/ß es demasiado grande, entonces se dará demasiado peso a los cuadros más recientes, y por lo tanto la carga ofrecida estimada será más inexacta. LQS resultados de simulación han mostrado que se tiene un buen funcionamiento cuando x es igual a 3 y X es igual a 0.4, de modo que es igual a 3. Esta selección de x es consistente con la operación esperada del protocolo MAC del MCNS. Debido a que el tamaño de la ventana de desbloqueo inicial no excede de Mk/R, y el tamaño de la ventana de desbloqueo final no excede de xM/R, será mostrada cualesquier retransmisiones de las colisiones en el cuadro (n-2), con una alta probabilidad, en los cuadros (n-l) y n. Por la misma razón, el efecto de las condiciones en los cuadros antes de (n-2) es un mínimo del cuadro n. Por lo tanto, los cuadros (n-2), (n- 1), y n son más representativos de la carga ofrecida real para el cuadro (n+1) , y por lo tanto son ponderados más fuertemente que los cuadros anteriores.

B. Aplicación de la Técnica de un Solo Cuadro De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, la Lógica de Control 218 determina el número de resultados de OCUPADO, EXITOSO y COLISIÓN durante el intervalo de petición k, referidos como lk , Sk> y Ck' , respectivamente. En base al número de resultados de OCUPADO, EXITOSO Y COLISIÓN durante el intervalo de petición k, la Lógica de Control 218 decide si los resultados representan un punto "confiable" o "no confiable". Específicamente, se considera que los resultados representan un punto "no confiable" y son ignorados si Sk>S0 o si Ck>C0 y l < lo (donde So = 0.4 x Mk/R, y Co = 0.3 x Mk/R. De otro modo se considera que los resultados representan un punto "confiable" y son utilizados para actualizar la carga ofrecida estimada. Toda la lógica descrita aquí puede realizarse utilizando componentes discretos, circuitos integrados, lógicas programables utilizándose en conjunto con un dispositivo lógico programable tal como un Arreglo de Compuertas Programable en el Campo (FPGA) o un microprocesador, o cualesquier otros medios incluyendo cualesquier combinaciones de los mismos. La lógica programable puede ser fijada temporal o permanentemente en un medio tangible tal como un microcircuito de memoria de sólo lectura, una memoria de computadora, un disco, u otro medio de almacenamiento. La lógica programable también puede ser fijada en una señal de datos de computadora incorporada en una onda portadora, permitiendo que la lógica programable sea transmitida sobre una interfaz o interconexión tal como un conductor colectivo de computadora o red de comunicación. Se pretende que todas esas modalidades caigan dentro del alcance de la presente invención. La presente invención puede ser realizada en otras formas específica sin apartarse de la esencia o características esenciales. Las modalidades descritas son consideradas en todos los aspectos sólo ilustrativas y no restrictivas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.

1. Un método para seleccionar un tamaño de intervalo de petición en una red de comunicación, el método se caracteriza porque comprende los pasos de: estimar una carga ofrecida en la red en base a al menos un conjunto de resultados de contienda; y seleccionar el tamaño del intervalo de petición en base a la carga ofrecida estimada. **. 61 RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un sistema, un dispositivo, y un método para estimar la carga ofrecida en una red de comunicación y para utilizar la carga ofrecida estimada en una red de comunicación.