PT1467511E - Processo de transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto. - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO DE TRANSMISSÃO DE DADOS POR UM SISTEMA DIGITAL DE TRANSMISSÃO DE DADOS DE UTILIZADORES MÚLTIPLOS PONTO A MULTIPONTO

Campo Técnico da Invenção A invenção aplica-se a modems 1 de vários utilizadores em comunicações em dois sentidos através de um meio 6 físico. 0 processo permite transmissões múltiplas de informação a velocidades variáveis entre um modem la de utilizador e numerosos modems lb-ld de utilizadores destinatários, enquanto se mantêm os valores da largura de banda e do tempo de espera máximo exigido por cada um dos modems lb-ld de utilizadores destinatários. 0 processo compreende o envio de várias configurações 4 de informação a partir de um modem la para numerosos modems lb-ld de utilizadores destinatários a várias velocidades e, além disso, atinge a qualidade de serviço por modem de utilizador reservando uma percentagem da configuração e proporciona um critério para atribuição dinâmica dos pacotes enviados para cada modem de utilizador na configuração, agrupando ou dividindo os pacotes a enviar.

Objecto da Invenção

Esta invenção, como é sugerido no título, consiste num processo para transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto. 0 processo refere-se aos meios de levar a cabo o controlo do acesso ao meio de transmissão no canal a 1 jusante, ou seja, a maneira através da qual é levada a cabo a transmissão a partir de um modem de utilizador para outros numerosos modems de utilizadores. 0 objectivo principal do processo da invenção é maximizar a capacidade de transmissão por meio da distribuição da largura de banda disponível no meio físico entre os diferentes modems de utilizadores, para os quais é transmitida de acordo com as exigências do tempo de espera máximo estabelecidas por cada um dos modems de utilizador. 0 campo técnico da invenção é o sector das telecomunicações e, mais especificamente, das comunicações nos dois sentidos entre vários utilizadores que utilizam qualquer meio de transmissão.

Antecedentes da Invenção A utilização de sistemas de ponto para multiponto, em que os vários modems enviam informação a cada um dos outros, utilizando o mesmo meio físico, é conhecida da técnica anterior. 0 principal problema destes sistemas reside no facto de, embora a rede de transmissão seja simétrica para cada utilizador, algo que é pouco provável acontecer na realidade, os receptores dos modems de utilizadores não estarem em condições de receber informação dos vários transmissores com iguais níveis de qualidade, devido ao facto de a atenuação e o ruído de canal a jusante (o canal que vai de um transmissor de um modem de utilizador para o receptor de outro modem de utilizador} dependerem de quais transmissor e receptor estão envolvidos em cada caso e ao desempenho do canal em cada momento. 0 problema torna muito difícil manter tanto as exigências de largura de banda como o tempo de espera 2 máximo necessário para estar em condições de transmitir tipos diferentes de tráfego nos sistemas ponto para multiponto disponíveis no presente.

Além disso, em casos em que a resposta em tempo do meio de transmissão é variável em vez de fixa, como é o caso das redes de energia eléctrica de baixa tensão ou redes móveis, este problema técnico torna-se mais importante devido à necessidade de modificar a configuração da comunicação de maneira a permitir manter as exigências de tempo de espera e de largura de banda em todos os momentos. A presente invenção resolve este problema técnico, permitindo que as referidas exigências de qualidade de serviço (largura de banda e tempo de espera máximo) sejam mantidas, independentemente das características do meio físico e da comunicação.

Outros sistemas, que permitem a inclusão de qualidade de serviço (QoS) numa comunicação, existem na técnica anterior. 0 processo da presente invenção melhora o processo que permite a inclusão de qualidade de serviço (em termos de largura de banda e de tempo de espera máximo) em comunicações ponto para multiponto, de maneira que qualquer modem de utilizador pode transmitir informação para qualquer outro utilizador e a comunicação não fica limitada a um tempo médio variável, tal como a rede de electricidade de baixa tensão, mas pode também ser empregado em qualquer outro meio de transmissão utilizado como canal de comunicações em transmissões ponto para multiponto.

Outra técnica anterior relevante pode ser encontrada no documento EP-0973-290-A2, que se refere a pacotes de dados multiplexados num canal de serviço de dados com dados num 3 ou mais canais de sinais de vídeo digitais para formar um sinal de saída multiplexado. Os dados no canal de serviço de dados podem incluir dados de controlo, dados de acesso condicional, guias de programas electrónicos, serviços de dados paginados, informação de serviço, informação de Internet difundida e informação comercial, por exemplo, informação financeira sobre acções. Os pacotes de dados compreendem, cada um, uma marca de tempo indicando o tempo de entrega exigido e os pacotes de dados são classificados numa fila por ordem da marca de tempo, A urgência do canal do serviço de dados é calculada como função do comprimento da fila e dos tempos de entrega pretendidos. A partilha de uma taxa de bits de um sinal de saída multiplexado atribuído ao canal de serviço de dados varia de acordo com a sua urgência. Um valor de erro é calculado para cada pacote de dados para representar o erro entre o tempo de entrega esperado e o tempo de entrega exigido à cabeça da fila, e a urgência do canal de dados é derivada como uma média dos valores de erro. A média pode ser uma média ponderada.

Portanto, a presente invenção apresenta um processo que mantém as referidas exigências, incluindo quando a atenuação, o ruído e a resposta do canal variam de forma dinâmica, não só em frequência, mas também em tempo para cada modem de utilizador.

Descrição da Invenção

Para atingir os objectivos e evitar os inconvenientes indicados nos parágrafos anteriores, esta invenção, tal como reivindicado, desenvolveu um novo processo de transmissão de dados a jusante de um sistema de transmissão de dados digitais de utilizadores múltiplos de ponto para 4 multiponto, em que vários modems de utilizadores estão em comunicação em dois sentidos através de um meio físico. 0 canal a jusante é o que é utilizado por um modem de utilizador para transmitir informação a uma série de modems de utilizadores que recebem a informação, e o canal a montante é, por definição, o oposto. 0 processo descrito nesta invenção é caracterizado por compreender a transmissão de informação a velocidades diferentes para modems de utilizadores diferentes, utilizando o mesmo meio físico; em virtude da divisão de tempo no canal a jusante adaptável a velocidades de transmissão diferentes e a utilizadores diferentes é levada a cabo devido ao tamanho do pacote ser optimizado aos meios de comunicação, e este tamanho poder ser diferente do utilizado nos estratos superiores da comunicação pelo transmissor; e em virtude dos pacotes com diferentes prioridades para os modems de utilizadores ou modems para grupos de utilizadores serem transmitidos por meio de reserva do tempo de canal com base na qualidade por este exigida.

Todas estas características permitem garantir uma determinada largura de banda e um determinado valor máximo de tempo de espera para os vários utilizadores no canal a jusante, fornecendo qualidade de serviço (QoS) para o tráfego de comunicação com base nas necessidades diferentes de largura de banda e de tempo de espera para os diferentes modems de utilizadores.

Para se conseguir a divisão de tempo no canal a jusante, que se adapta às velocidades de transmissão dos vários utilizadores, todos os pacotes enviados através do meio físico devem ocupar o mesmo tempo de canal, mas a comprimentos diferentes, uma vez que a informação é 5 transmitida a velocidades diferentes e estas velocidades de transmissão dependem do número de bíts por símbolo a ser utilizado por cada modem de utilizador. 0 comprimento dos pacotes enviados pode ser menor ou igual a um máximo fixado (em número de bits).

Para que os pacotes ocupem o mesmo tempo de canal, o número de símbolos por pacote é fixado naquilo que é convencionalmente chamado Unidade de Transferência Máxima (MTU) no transmissor. Este número de símbolos é ajustado a um valor adequado para se conseguir um compromisso entre a eficiência de transmissão de bits por segundo e a qualidade de serviço em termos de tempo de espera. 0 processo permite tipos diferentes de tráfego da unidade utilizada para transmissão de pacotes (MTU). Entre os vários tipos de tráfego permitidos está o tráfego sem exigência de largura de banda e de tempo de espera mínimo, tráfego com taxas (CBR) de bits constantes, tráfego com taxas (VBR) de bits variáveis e tráfego com largura de banda reservada e tempo de espera máximo fixado.

Devido ao facto do número de símbolos enviado ser um número fixo por pacote, os pacotes que devem ser enviados aos vários utilizadores são agrupados e/ou divididos no transmissor. Desta maneira, o tamanho do pacote é fixado no numero de símbolos utilizado na unidade de transmissão, ou seja, a Unidade de Transferência Máxima (MTU).

Devido ao facto da duração dos símbolos ser fixa e sempre a mesma, o número de símbolos por cada pacote enviado fica também fixado. 0 canal a jusante é dividido numa série de configurações com um número fixo de pacotes. Nestas configurações, percentagens diferentes de pacotes a serem enviados aos grupos de utilizadores destinatários são 6 reservadas. Cada grupo de utilizadores inclui utilizadores que partilham as mesmas exigências de qualidade de serviço para o seu tráfego, sendo esta qualidade largura de banda reservada e/ou tempo de espera máximo.

Se a percentagem reservada para um utilizador ou grupo de utilizadores destinatários não é utilizada, esta percentagem pode ser distribuída entre os modems ou grupos de modems de utilizadores restantes que irão transmitir informação. Isto é levado a cabo de acordo com uma determinada configuração de tráfego a ser transmitida.

Na percentagem reservada para pacotes na configuração por cada grupo de utilizadores, cada utilizador do grupo tem uma certa percentagem de acordo com a sua própria qualidade de serviço dependendo de ter exigências de largura de banda reservada e/ou de tempo de espera máximo. 0 processo de acordo com a invenção inclui a guarda dos pacotes a serem transmitidos aos utilizadores diferentes numa série de filas do transmissor. Estas filas de transmissão são filas por utilizador, em que os pacotes são ordenados de acordo com a prioridade, sendo esta prioridade fixada por um protocolo superior. Com os pacotes guardados nestas filas consegue-se a extracção de pacotes ordenados de acordo com a prioridade. Portanto, os grupos de transmissores constituem pacotes e decidem não só sobre qual é o próximo pacote a ser transmitido como a quem e qual o tamanho de pacote.

Os desenhos que se seguem são fornecidos para facilitar uma melhor compreensão da presente invenção e, embora constituindo parte integrante da descrição pormenorizada e das reivindicações, constituem uma representação ilustrativa, mas não limitativa, dos princípios desta invenção.

Breve Descrição dos Pesenhos

Figura 1 - Mostra um cenário típico de comunicações de utilizadores múltiplos de ponto para multiponto com vários modems de utilizadores distribuídos por edifícios diferentes.

Figura 2 - Mostra um exemplo de comunicação entre um modem de utilizador e três outros modems, mostrando a configuração da transmissão e as velocidades diferentes para cada um dos utilizadores.

Figura 3 - Mostra um exemplo possível de percentagens de reservas de pacotes na configuração para dois utilizadores destinatários com exigências de qualidade diferentes.

Descrição de uma Forma de Realização da Invenção A seguir teremos uma descrição de uma forma de realização preferida da invenção, fazendo referência aos números utilizados nas Figuras.

Este exemplo diz respeito a um sistema de transmissão digital para a transmissão de dados nos dois sentidos ponto para multiponto e onde portanto existem numerosos modems l de utilizadores. 0 exemplo da Figura 1 mostra uma série de modems 1 de utilizadores num edifício 2 e um grupo 1 de utilizadores no edifício 3.

Uma vez que a invenção é aplicável ao canal a jusante, a Figura 2 mostra um modem 1 de utilizador que transmite 8 dados para três modems la-ld de utilizadores com diferentes velocidades Vi, Vi+1 e Vi+2 . A velocidade Vi é o número de bits por segundo e pode ser enviado do transmissor la para o modem lb-ld de utilizadores. 0 transmissor tem o encargo de atribuir largura de banda da comunicação ao meio 6 físico por meio de uma unidade árbitro, como será mencionado mais tarde.

Num sistema ponto para multiponto com diferentes velocidades de transmissão, é considerada a necessidade de definir uma qualidade de serviço que assegure diferentes tempos de espera eficazes para utilizadores diferentes. A velocidade de transmissão de cada modem de utilizador pode ser muito diferente. Por exemplo, num sistema de comunicação "OFDM" (multiplexagem de divisão ortogonal de frequência), a velocidade depende do número de bits por portadora, e este último valor depende da qualidade de certos parâmetros de canal desta portadora. Neste sistema de comunicação, por exemplo, se um modem lb de utilizador fica mais próximo do transmissor la que outro modem ld, a atribuição de uma configuração de bits por portadora mais optimista ao modem lb do que ao modem ld em cada símbolo OFDM permite que mais bits possam ser enviados para o utilizador mais próximo do que para o outro utilizador mais afastado, sem perda de qualidade, devido ao facto da atenuação ser menor.

Num sistema tradicional, em que a velocidade que une a origem com todos os destinatários é a mesma, um número máximo de bytes (MTU) para todos os pacotes que será transmitido é um número fixo. Portanto, cada pacote ocupa o mesmo tempo de canal e pode garantir-se que os tempos de 9 espera de recepção para todos os utilizadores remotos não ultrapassará um certo valor. Pelo contrário, num sistema em que cada destinatário tenha uma velocidade diferente, se houver o mesmo MTU para todos os destinatários, o tempo de canal que os pacotes utilizarão depende da velocidade, pelo que os tempos de espera não podem ser garantidos. 0 processo da invenção determina que o tempo de canal seja igual para todos os modems destinatários, independentemente da velocidade de cada canal. Portanto, a transmissão para cada modem lb-ld destinatário tem um número máximo de bytes (MTU), que será diferente para cada modem.

Considere-se o exemplo da Figura 2, em que dois modems lb e lc de utilizadores são seleccionados, e em que lb está mais longe do modem la do que o modem lc. Considere-se que há velocidades Vi e Vi+i associadas a comunicações de la para lb e de la para lc, respectivamente, (em que Vi é maior que Vi+i) . Tendo em conta que num sistema de comunicação OFDM as referidas velocidades são traduzidas para número de bits por portadora, então em cada símbolo OFDM podem ser introduzidos e enviados Ni bits para o modem lb e N2 bits para o modem lc, uma vez que o tempo que cada símbolo dura é conhecido e é o mesmo para cada modem destinatário.

Neste exemplo, cada pacote ocupa no máximo um número N de símbolos OFDM. Portanto, o tempo de canal para cada pacote é controlado e pode calcular-se que o MTU para o modem lb é N1*N e o MTU para o modem lc é N2*N, garantindo os tempos de espera para todos os modems de utilizadores aos quais transmitem informação.

Outro problema que se verifica numa configuração multíponto, em que cada destinatário tem uma velocidade 10 diferente, é a necessidade de garantir a largura de banda de recepção nos diferentes modems lb-ld de utilizadores destinatários. Para se conseguir isto, o canal é dividido em tempo. Por exemplo, num sistema de comunicação OFDM, o número de símbolos é agrupado em configurações 4, A definição de cada configuração é levada a cabo tendo em conta a largura de banda que se deseja reservar para cada modem lb-ld de utilizador.

Por exemplo, considerando a configuração anteriormente apresentada na Figura 2, é possível reservar 80% da largura de banda para o modem lb e os restantes 20% para o modem lc. Este cenário vem demonstrado na Figura 3. O transmissor utiliza uma unidade árbitro para determinar a qual modem destinatário o pacote em curso deverá ser transmitido.

Tendo em conta que o canal é dividido em configurações 4 e que cada pacote ocupa o mesmo tempo de canal, o canal pode ser dividido em pacotes 5, facilitando assim o funcionamento do árbitro. O árbitro deve decidir em cada momento qual o pacote a ser transmitido. No exemplo anterior, o modem lb tem reservado 80% e o modem lc 20%, implicando esta reserva que o transmissor terá de enviar PI pacotes ao modem lb de utilizador, em que PI é 80% da configuração 4 e P2 pacotes para o utilizador lc, em que P2 é 20% dos pacotes da configuração 4.

Nesta situação, ó árbitro decide a cada momento que pacote deverá transmitir, tendo em conta que dos pacotes P na configuração, a percentagem PI deve ser a percentagem de pacotes para o utilizador de modem lb e P2 a percentagem de pacotes para o utilizador do modem lc. 11

Os pacotes que deverão ser enviados para cada modem de utilizador são guardados no transmissor la. Na gestão destes pacotes armazenados, deve ter-se em conta que para cada utilizador destinatário existe um número de pacotes armazenados e a ordem de transmissão destes pacotes para cada utilizador é transmitida de acordo com a prioridade do pacote, e se houver dois pacotes com a mesma prioridade, então os pacotes deverão ser enviados por ordem de chegada (do mais antigo ao mais recente).

Por exemplo, uma implementação possível deste armazenamento poderá ocorrer numa memória FIFO (First-In-First-Out - Primeiro a Entrar-Primeiro a Sair) para cada utilizador, endereço e prioridade. Quando o árbitro decide a qual utilizador transmitir, escolhe o pacote a transmitir, tendo em conta as prioridades.

Os conceitos de largura de banda reservada e de unidade de tempo de espera máximo oferecem qualidades de serviço diferentes. Por isso, sempre que um pacote pode ser enviado, o utilizador a receber o pacote é identificado e além disso o tempo de espera máximo que este pacote pode ter (MTU) é calculado. Tendo em conta o MTU e o destinatário, os pacotes são retirados das filas de acordo com as prioridades dos pacotes e são então agregados. Para construir o pacote com o máximo comprimento, não só se juntam pacotes mas também são divididos para ajustar o comprimento máximo (MTU) calculado para este modem de utilizador destinatário.

Os utilizadores são agrupados de acordo com a qualidade de serviço exigida. Também existe um grupo de utilizadores sem exigência de qualidade de serviço, isto é, não exigem largura de banda ou tempo de espera máximo. Os pacotes para utilizadores sem exigência de qualidade de serviço entram 12 numa configuração no momento em que árbitro não tem pacotes para enviar a utilizadores que exigem qualidade de serviço.

Por exemplo, numa situação com três modems lb-ld de utilizadores, em que lb tem reservado 80% e o modem lc tem reservado 20%, então ld tem 0% reservado. O árbitro envia sempre pacotes para os modems lb e lc e no caso de não ter pacotes para estes modems de utilizadores, envia dados para o modem ld. O modem ld de utilizador tem uma velocidade de canal de Vi+2 e portanto tem um MTU que não afecta os tempos de espera do perfil dos utilizadores (neste exemplo, lb e lc) .

Em particular, os utilizadores são divididos em dois grupos principais, um grupo com uma percentagem de largura de banda (tipo A) reservada e o outro sem qualquer percentagem (tipo B) reservada. O árbitro dá prioridade ao tipo A. Existe a possibilidade de considerar uma percentagem de largura de banda reservada para todos os tipos B, garantindo assim que todos os utilizadores do tipo B têm uma largura de banda muito pequena, mas recebem pacotes. Uma terceira opção consiste em considerar globalmente todos os utilizadores tipo B como um utilizador tipo A extra.

Por outro lado, pacotes de dados na linha incluem um cabeçalho que ocupa um certo tempo de canal. 0 processo proposto optimiza o tempo atribuído aos cabeçalhos relativamente ao tempo utilizado no canal para a transmissão de dados, chegando a um compromisso eficaz entre o tempo necessário aos cabeçalhos e o tempo utilizado para a transmissão de dados.

Lisboa, 10 de Abril de 2007 13

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de transmissão de dados num sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, em que vários modems (1) de utilizadores estão em comunicação em dois sentidos através de um meio (6) físico, sendo utilizados um canal a jusante, em comunicação entre um modem (la) de utilizador e numerosos modems (Ib-ld) de utilizadores destinatários, e um canal a montante, em comunicação com este modem (de lb-ld a la) de utilizador específico; caracterizado por o processo compreender: execução da transmissão de informação a várias velocidades para vários modems de utilizadores destinatários através do mesmo meio (6) físico; execução de divisão do tempo no canal a jusante que pode ser adaptado a diferentes velocidades de transmissão dos modems (lb-lc) de utilizadores destinatários diferentes; optimização de um tamanho de um pacote a ser transmitido através do meio (6) físico, de tal maneira que o tamanho deste pacote possa ser diferente do utilizado em estratos superiores de comunicação do transmissor (la); execução da transmissão de pacotes com diferentes prioridades por meio de reserva de tempo de canal com base na qualidade exigida pelos modems de utilizador ou grupos de modems de utilizadores destinatários; 1 divisão da ligação a jusante de uma série de configurações (4) contendo um número fixo de pacotes (5) , ocupando todos os pacotes o mesmo tempo de canal, e em que várias percentagens dos pacotes enviados na mesma estrutura são reservados para os vários grupos de modems de utilizadores destinatários que partilham a mesma qualidade de serviço, em termos de critérios escolhidos entre largura de banda reservada, tempo de espera máximo e sua combinação; tudo com o objectivo de garantir uma largura de banda fixa e um tempo de espera máximo fixo para os vários modems de utilizadores destinatários no canal a jusante, e a adaptação das qualidades de serviços (QoS) para o tráfego de comunicação com diferentes exigências de largura de banda e tempo de espera.
2. 2. Processo de transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a divisão de tempo no canal a jusante que pode ser adaptada às diferentes velocidades de transmissão dos diferentes modems de utilizador destinatários ser levada a cabo enviando pacotes de diferentes comprimentos no mesmo tempo de canal, de maneira que a informação seja transmitida a velocidades diferentes, dependendo do número de bits utilizáveis por símbolo para cada um dos modems de utilizadores destinatários por meio de pacotes com um comprimento máximo fixado em número de bits. 2
3. 3. Processo de transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, afim de ocupar o mesmo tempo de canal, um certo número de símbolos numa unidade de transmissão de pacotes (Unidade de Transferência Máxima ou MTU) do transmissor (la) ser fixo, sendo o referido número ajustado de maneira a atingir um compromisso entre a eficiência de transmissão em bits por segundo e a qualidade de serviço em termos de tempo de espera, para permitir selectivamente diferentes tipos de tráfego escolhidos entre o tráfego sem exigências de tempo de espera máximo e largura de banda, o tráfego com taxas de bits constantes (CBR), o tráfego com taxas de bits variáveis (VBR) e o tráfego com largura de banda reservada e tempo de espera máximo fixado.
4. 4. Processo para transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os pacotes, que devem ser enviados para os modems de utilizadores destinatários, serem agrupados e/ou divididos no transmissor de maneira a ocupar o tamanho fixado em número de símbolos na Unidade de Transferência Máxima (MTU).
5. 5. Processo para transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, se num modem de utilizador ou grupo de modems de utilizadores destinatários não for utilizada a percentagem a 3 eles reservada, a referida percentagem ser dividida entre o resto dos modems ou grupos de modems, aos quais a informação está a ser transmitida, em função de uma configuração determinada do tráfego escolhido.
6. 6. Processo para a transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dentro da percentagem de pacotes na estrutura reservada para um grupo de modems de utilizadores destinatários, cada modem ter a sua própria percentagem de pacotes dependendo das exigências de qualidade de serviço em termos dos critérios definidos entre largura de banda reservada, tempo de espera máximo e sua combinação.
7. 7. Processo para a transmissão de dados por um sistema digital de transmissão de dados de utilizadores múltiplos ponto a multiponto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os pacotes que devem ser transmitidos serem guardados em filas de espera de utilizador ordenadas por prioridades, em que estas prioridades são fixadas por um protocolo de estrato mais elevado para permitir a extracção dos pacotes ordenados de acordo com uma prioridade estabelecida, de maneira que o transmissor agrupe os pacotes e determine qual o próximo pacote a ser enviado, a que utilizador e qual o tamanho do pacote. Lisboa, 10 de Abril de 2007 4