PT2446568E - Método de comunicação por multiplexagem temporal - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO «MÉTODO DE COMUNICAÇÃO POR MULTIPLEXAGEM TEMPORAL»

Domínio técnico da invenção [0001] A invenção refere-se a um método de comunicação por multiplexagem temporal entre um terminal mestre e vários terminais escravos.

Estado da técnica [0002] As radiofrequências são cada vez mais solicitadas e, por esse motivo, são ponderadas soluções para aumentar a densidade das comunicações. Actualmente, são utilizados procedimentos de comunicação de acesso múltiplo por divisão do tempo, nomeadamente na telefonia móvel. 0 acesso múltiplo por divisão de tempo («Time Division Multiple Access», TDMA) é um modo de multiplexagem temporal que permite transmitir vários sinais numéricos num mesmo canal de frequências. Assim, vários utilizadores partilham o mesmo canal. 0 fluxo de dados é geralmente dividido em tramas. Cada trama é dividida em vários intervalos de tempo («time slot» em inglês). Os utilizadores transmitem dados sucessivamente utilizando o seu próprio intervalo de tempo.

[0003] A figura 1 ilustra um exemplo de partilha do tempo TDMA entre diversos utilizadores, aqui em número de três: Ul, U2 e U3. Cada intervalo de tempo é atribuído a um utilizador por um equipamento mestre UM, por exemplo 1 uma estação de base, no fim de uma negociação que se efectua num canal de serviço (não representado) . Todas as comunicações transitam por este equipamento mestre. Esta tecnologia utiliza geralmente duas bandas de frequências, uma para a via ascendente 1, ou seja, para transmitir os dados dos utilizadores em direcção ao mestre, a outra para a via descendente 2, do mestre em direcção aos utilizadores. Cada via comporta uma sucessão de tramas 3 divididas, cada uma, em vários intervalos de tempo 4. Por exemplo, na figura 1, a trama 3 é dividida em seis intervalos de tempo 4. Esta tecnologia é utilizada, por exemplo, na telefonia móvel pela norma GSM/GPRS/EDGE.

[0004] 0 pedido de patente EP1843326 descreve um sistema de comunicação áudio sem fios, multi-utilizadores, por multiplexagem temporal. Neste sistema, a comunicação por ligação rádio entre o conjunto de utilizadores é permanente e os utilizadores comunicam por exemplo em modo de audioconf erência ou em modo de transmissão de dados por intermédio de solicitação e confirmação.

[0005] A figura 2 ilustra o método de comunicação posto em prática neste pedido de patente. Todos os utilizadores (UI a U3), munidos dos respectivos terminais, podem comunicar entre si e cada um escuta as trocas dos outros. O método utiliza uma só banda de frequências 5. A cada terminal está associado um intervalo de tempo, no qual o terminal emite. 0 terminal está em modo de recepção nos outros intervalos de tempo. Por exemplo, enquanto o terminal do utilizador UI está a emitir no seu intervalo de tempo TS1, ele é escutado pelos outros dois. De seguida, escuta sucessivamente o terminal do utilizador U2 durante o 2 intervalo de tempo TS3, depois o U3 durante o intervalo de tempo TS5 .

[0006] Um dos terminais (UI na figura 2) assegura a função de mestre para sincronizar os outros terminais, tornados escravos e ocupa, assim, o seu próprio intervalo de tempo com um sinal de sincronização.

[0007] Este sistema permite obter conversas de tipo conferência num único canal de transmissão 5. Por outro lado, este sistema de comunicação não está dependente do bom funcionamento do mestre. Com efeito, sendo este um terminal de um qualquer utilizador, pode ser substituído por outro terminal em caso de falha.

[0008] Contudo, este sistema é limitado pelo número de utilizadores possíveis, devido ao número limitado de intervalos de tempo 4, cada intervalo de tempo estando dedicado a um terminal.

[0009] 0 pedido de patente europeia EP0635959 descreve um procedimento de optimização de um canal de comunicação utilizado em sistemas de gestão do tráfego aéreo. De acordo com essa técnica, cada participante móvel identifica os intervalos de tempo livres num período de escuta, depois escolhe de forma aleatória um dos intervalos de tempo livres para emitir. Cada dispositivo móvel é sincronizado por um relógio comum, por intermédio de uma estação mestre que ocupa sistematicamente um intervalo por período. 0 dispositivo móvel abandona o canal no final da transmissão.

[0010] Contudo, este procedimento pode revelar-se 3 inadequado à gestão de um grande número de terminais. Com efeito, quando todos os intervalos de tempo estão ocupados, o acesso à rede por um terminal com uma necessidade urgente de transmitir é difícil. Existe, então, o risco de que os dados prioritários não sejam transmitidos em tempo útil.

Objectivo da invenção [0011] A invenção visa um método de comunicação simples e fácil de implementar, que permite a comunicação entre um grande número de terminais, ao mesmo tempo que garante o acesso à rede de dados prioritários.

[0012] Este objectivo é notavelmente atingido pelo facto de que uma transmissão de dados é realizada em tramas sucessivas, cada trama sendo dividida numa pluralidade de intervalos de tempo, um dos intervalos de tempo de cada trama sendo reservado ao terminal mestre para emitir um sinal de sincronização. Cada terminal está ora em modo de emissão, ora em modo de escuta, em cada intervalo de tempo. Cada terminal escravo selecciona, em modo de escuta, um intervalo de tempo livre numa trama corrente e emite em modo de emissão durante pelo menos uma trama seguinte, os dados no intervalo de tempo seleccionado, o intervalo seleccionado ficando livre quando o terminal escravo cessa de emitir. Cada terminal escravo atribui um nível de prioridade aos diferentes intervalos de tempo livres da trama, não selecciona um intervalo de tempo para emissão senão quando o nível de prioridade do intervalo é suficientemente baixo e atribui níveis de prioridade variáveis em função do número de intervalos de tempo livres. 4

Descrição sumária dos desenhos [0013] Outras vantagens e características serão mais evidentes a partir da descrição que se segue das modalidades da invenção apresentadas a titulo de exemplo não limitativo, face aos desenhos em anexo, nos quais: — a figura 1 representa esquematicamente um procedimento de comunicação de acordo com a arte anterior, — a figura 2 representa esquematicamente outro procedimento de comunicação de acordo com a arte anterior, - as figuras 3A a 3D representam várias etapas a titulo de exemplo de uma primeira modalidade do método de comunicação de acordo com a invenção, - as figuras 4A e 4B representam as etapas de uma segunda modalidade do método de acordo com a invenção, - a figura 5 representa uma etapa de uma variante de modalidade do método de acordo com as figuras 3A a 3D, e - as figuras 6A e 6C representam as etapas de uma outra modalidade do método segundo a invenção.

Descrição das modalidades da invenção [0014] As figuras 3A a 3D representam as etapas, a titulo de exemplo, de uma primeira modalidade do método de comunicação segundo a invenção. Este método comporta semelhanças com o descrito em relação à figura 2. A novidade reside no facto de que os intervalos de tempo das tramas não estão reservados aos respectivos terminais e 5 que o número de terminais, ou nós de comunicação, pode ser superior ao número de intervalos de uma trama.

[0015] A figura 3A representa duas tramas sucessivas de uma comunicação. A trama em curso 6 está vazia, à excepção do sinal de sincronização Sync. do terminal mestre U-Mestre. Nos exemplos aqui descritos, o primeiro intervalo de tempo TS1 está reservado para o terminal mestre, no qual este último emite em permanência pelo menos o sinal de sincronização Sync. A função primeira de um terminal mestre é assegurar a sincronização, ou seja, indicar aos terminais escravos os limites de cada trama. Não importa que terminal pode assegurar a função de mestre e utilizar um qualquer intervalo de tempo desde que seja o único nesse papel num determinado instante.

[0016] Os intervalos de tempo TS2 a TS6 estão livres na trama em curso, ou seja, nenhum terminal escravo emite num desses intervalos. Cada terminal escravo a escutar os outros terminais, conhece a ocupação dos intervalos de tempo 4 na trama em curso 6. Ele pode assim identificar, em modo de escuta, um intervalo de tempo livre e, em modo de emissão, transmitir dados no intervalo de tempo identificado durante pelo menos uma trama seguinte 7. Assim, no exemplo da figura 3A, o intervalo de tempo TS2 da trama em curso 6 foi identificado como livre pelo terminal do utilizador Ul, este último pode assim emitir os seus dados DATA nesse intervalo de tempo durante a trama seguinte 7. Enquanto há dados a transmitir, o terminal conserva o intervalo TS2 e emite no mesmo intervalo de tempo das tramas subsequentes (não representadas) . Se o terminal mestre intervém na comunicação e tem dados a transmitir, ele emite os seus 6 dados DATA no seu próprio intervalo de tempo (TS1), para além do sinal de sincronização Sync, tal como foi representado na trama seguinte 7.

[0017] Se, no decurso de uma trama, vários terminais identificarem o mesmo intervalo de tempo livre, pode acontecer que entrem em colisão emitindo simultaneamente nesse intervalo de tempo. Caso os sinais analógicos se sobreponham no intervalo de tempo, somente o sinal mais forte será recebido. Esta colisão é gerida com o auxilio de um protocolo de transmissão usual, como o protocolo «aperto de mão» («handshake» em inglês) .

[0018] Por exemplo, em transmissão de dados, a emissão destina-se a um dos terminais que devolve um aviso de recepção. Assim, o terminal em colisão cuja emissão não foi recebida, não irá receber o aviso de recepção que lhe é destinado e voltará a emitir os seus dados. Em modo áudio, pode garantir-se que o terminal mestre assegura a confirmação das emissões dos terminais escravos. Assim, o terminal em colisão não tendo recebido o aviso de recepção do terminal mestre, procede à identificação de um novo intervalo livre para continuar a emitir.

[0019] Na figura 3B, um segundo utilizador U2 ocupa o intervalo livre seguinte TS3 para emitir. Assim, dois intervalos de tempo (TS2 e TS3) são ocupados pelos terminais dos utilizadores UI e U2 .

[0020] Na figura 3C, o terminal do utilizador UI não tem mais dados DATA a transmitir. 0 intervalo de tempo que ele ocupa na trama em curso 6 fica novamente livre na trama seguinte 7. 7 [0021] Na figura 3D, se um novo terminal escravo UN tem dados a transmitir, ele identifica o intervalo de tempo TS2 libertado na trama em curso durante uma fase de escuta e emite os seus dados DATA no intervalo de tempo TS2 das tramas seguintes.

[0022] Em numerosas aplicações de tipo conferência áudio ou troca de dados por solicitação e confirmação, o número de utilizadores pode ser elevado. Em contrapartida, o número de terminais, ou nós de comunicação, que emitem dados em simultâneo é geralmente fraco em relação ao número de terminais que escutam. Com efeito, uma pessoa não se pode concentrar em várias conversas simultâneas. Do mesmo modo, um concentrador de rede não pode receber dados provenientes de vários periféricos num mesmo instante. Assim, cada terminal escravo que tem necessidade de emitir age de modo «oportunista» reservando-se o primeiro intervalo disponível que detecta. O método descrito acima permite a um subconjunto restrito de um grande número de utilizadores intervir na comunicação. Assim, o número de terminais pode ser superior ao dos intervalos de tempo numa trama, desde que o número de terminais que emite em simultâneo permaneça inferior ou igual ao número de intervalos de tempo.

[0023] As figuras 4A e 4B representam etapas de uma segunda modalidade do método de comunicação no quadro de um exemplo. Á medida que os terminais têm dados a transmitir, a disponibilidade dos intervalos de tempo diminui. Contudo, é possível que um dos terminais escravos, tendo a necessidade urgente de transmitir dados, se confronte com uma rede indisponível. 8 [0024] O método comporta, nesta modalidade, um mecanismo que permite assegurar a disponibilidade do canal de transmissão aos dados considerados prioritários e assim hierarquizar o acesso à rede.

[0025] Cada terminal escravo, conhecendo em permanência o número de intervalos de tempo livres, determina por si mesmo um nível de prioridade destes intervalos, por exemplo segundo um mesmo algoritmo executado em cada terminal. Além disso, um nível de prioridade é afectado a cada terminal, por exemplo, de modo fixo, programado antes da sua utilização. Assim, um terminal só se atribui um intervalo de tempo quando o seu nível de prioridade é superior ou igual ao nível de prioridade que ele determinou para o intervalo.

[0026] Quando todos os intervalos de tempo estão livres, eles têm um nível de prioridade mínimo. No exemplo da figura 4A, este nível de prioridade mínima é fixado em 1 (PRI0=1) para cada intervalo de tempo livre da trama em curso 6. Então, os terminais de prioridade 1 ou superior podem atribuir-se qualquer um dos intervalos de tempo livres. Se, na trama seguinte 7, o número de intervalos de tempo livres diminui, o nível de prioridade destes intervalos livres aumenta (PRI0=2) . Então, apenas os terminais de prioridade 2 ou superior se poderiam atribuir estes intervalos.

[0027] No exemplo da figura 4B, a rede é muito solicitada e só sobra, por exemplo, um intervalo de tempo livre. O seu nível de prioridade é fixado no máximo para garantir a disponibilidade do intervalo para um terminal de prioridade máxima, de prioridade 3, por exemplo. 9 [0028] Em vez de atribuir prioridades aos terminais, podem ser atribuídas prioridades às categorias de dados que cada terminal pode transmitir. É de ponderar a hipótese de que, para além da voz, um terminal possa transmitir sinais, por exemplo um sinal de alarme que teria então uma prioridade máxima.

[0029] Pode-se, por outro lado, prever uma libertação forçada de um intervalo utilizado por um terminal de prioridade mínima. 0 intervalo de tempo novamente libertado irá provocar um novo cálculo dos níveis de prioridade dos intervalos livres e da disponibilidade da rede para terminais de prioridade suficiente.

[0030] Por exemplo, um terminal de prioridade fraca, conhecendo a cada instante a disponibilidade dos intervalos de tempo, pode, por sua própria iniciativa, libertar o intervalo de tempo que ocupa se a rede estiver saturada.

[0031] Em determinadas aplicações, por exemplo num estaleiro de construção, um dos utilizadores pode desempenhar um papel importante, por exemplo de director da obra, e como tal ter uma prioridade absoluta sobre os outros na comunicação. Um utilizador desse tipo receberá o terminal mestre, já que lhe está reservado um intervalo de tempo em cada trama para emitir a sincronização destinada aos outros terminais. Poderá, contudo, haver um segundo utilizador que seja também prioritário.

[0032] A figura 5 ilustra uma possibilidade para responder a essa eventualidade. Cada terminal de 10 utilizador prioritário tem um intervalo de tempo que lhe é reservado. Por exemplo, os utilizadores UI e U2 são considerados prioritários. 0 terminal do UI é o terminal mestre. 0 terminal do U2 atribui-se definitivamente o intervalo de tempo, TS2 por exemplo. Então, sobram apenas quatro intervalos de tempo livres, ou seja, TS3 a TS6.

[0033] Para indicar que um utilizador é prioritário, o seu terminal emite um sinal de sincronização Sync2 diferente do sinal mestre no intervalo de tempo reservado TS2 de cada trama, tal como representado na figura 5. Este sinal indica aos outros terminais que o intervalo está indisponível, mesmo que não contenha dados.

[0034] Este mecanismo é compatível com a gestão de prioridades de acesso descrito anteriormente. Os terminais que partilham os intervalos restantes irão determinar as prioridades destes intervalos, tal como foi explicado em relação às figuras 4A e 4B.

[0035] Afim de melhorar ainda mais a disponibilidade da rede, o método pode comportar uma etapa de divisão dos intervalos de tempo livres em sub-intervalos. Os intervalos de tempo são então encurtados com o objectivo de aumentar o seu número. 0 volume de dados dos sub-intervalos é assim reduzido, mas potencialmente é possível a um maior número de terminais emitir numa mesma trama.

[0036] No exemplo da figura 6A, a trama comporta inicialmente seis intervalos de tempo. O primeiro, TS1, está reservado para o terminal mestre, podendo ser um terminal de utilizador prioritário. Os intervalos TS2 à 11 TS6 são associados aos utilizadores secundários. Tendo em conta que na figura 6A os intervalos de tempo TS2 a TS6 estão todos livres, o nivel de prioridade destes intervalos de tempo é minimo.

[0037] Na figura 6B, os intervalos de tempo TS2 e TS3 são ocupados por utilizadores secundários UI e U2. 0 número de intervalos livres diminui e, assim, o nível de prioridade destes intervalos aumenta. Além disso, estes mesmos intervalos de tempo 4 são divididos cada um em dois sub-intervalos de tempo 8. Por exemplo, o intervalo TS4, com prioridade 2, é dividido em dois sub-intervalos TS41 e TS42, igualmente com prioridade 2.

[0038] Se a rede for muito solicitada, ou seja, se só restar, por exemplo, um único intervalo de tempo livre, este pode ser dividido em três sub-intervalos TS61, TS62 e TS63 com nível de prioridade máximo, como ilustrado na figura 6C.

[0039] A divisão de intervalos de tempo e os níveis de prioridade são determinados por um mesmo algoritmo executado em cada terminal, por exemplo ao nível das camadas protocolares de encaminhamento de dados.

[0040] Numerosas variantes e modificações do método aqui descrito serão evidentes para o profissional do ramo. O sistema foi descrito em relação a terminais sem fios destinados a transmitir voz. Isto não exclui a possibilidade de se utilizar estes princípios numa rede, filar ou não, para tratar uma transmissão de dados entre pontos de comunicação. 0 termo «terminal» neste 12 pedido de patente, descreve tanto um equipamento que interage com o utilizador aquando de uma comunicação rede áudio, quanto um ponto de comunicação de uma autónoma de intercâmbio de dados.

Lisboa, 13

Claims (8)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Método de comunicação por multiplexagem temporal entre um terminal mestre e vários terminais escravos, sendo realizada uma transmissão de dados em tramas (3) sucessivas, cada trama sendo dividida numa pluralidade de intervalos de tempo (4), um dos intervalos de tempo de cada trama sendo reservado ao terminal mestre para emitir um sinal de sincronização (Sync), e cada terminal estando ora em modo de emissão, ora em modo de escuta, em cada intervalo de tempo (4), cada terminal escravo seleccionando em modo de escuta um intervalo de tempo livre numa trama em curso (6), e emitindo em modo de emissão durante pelo menos uma trama seguinte (7), dados no intervalo de tempo seleccionado, o dito intervalo seleccionado ficando livre logo que o terminal escravo cessa de emitir, método esse caracterizado por cada terminal escravo: atribuir um nivel de prioridade aos diferentes intervalos de tempo livres da trama (3) , o nivel de prioridade sendo variável em função do número de intervalos de tempo livres; e não seleccionar um intervalo de tempo (4) para emissão a menos que o nivel de prioridade do intervalo seja suficientemente baixo.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o nivel de prioridade dos intervalos de tempo (4) livres aumentar quando o número de intervalos de tempo livres diminui.
3. 3. Método de acordo com uma das reivindicações 1 e 2, 1 caracterizado por um terminal de prioridade minima ser forçado, por sua própria iniciativa, a libertar o intervalo de tempo (4) que ele ocupa quando a trama está saturada.
4. 4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 3, caracterizado por compreender a reserva de um intervalo de tempo (4) para um terminal de utilizador prioritário durante toda a comunicação.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o terminal mestre ser um terminal de utilizador prioritário.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada terminal escravo de utilizador prioritário emitir no intervalo de tempo (4) que lhe está reservado um sinal de sincronização diferente do sinal do mestre.
7. 7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 6, caracterizado por compreender uma etapa de divisão de cada intervalo de tempo (4) livre em sub-intervalos (8) , cada sub-intervalo estando disponível para um terminal diferente.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o número de sub-intervalos (8) por intervalo aumentar quando o número de intervalos de tempo (4) livres diminui. Lisboa, 2