Procedimiento para asignar eficientemente un canal de enlace descendente desde un transmisor (1) hasta un usuario seleccionado de una pluralidad de usuarios (30-1,

30-2,... 30-N) en una red inalámbrica que proporciona diferentes aplicaciones de servicio a dichos usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), que comprende las etapas de: clasificar (21, 220), en una cola de DLC (221) de dicho transmisor (1), una pluralidad de M paquetes de la capa de aplicación que han de ser transmitidos a dicha pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), basándose dicha clasificación en una demanda de calidad de servicio asociada a cada paquete de la capa de aplicación, estando a su vez dichas demandas de calidad de servicio asociadas a clases de aplicaciones respectivas (C1, C2, C3, C4), teniendo dicha cola de DLC (221) longitud M, siendo M un número natural, correspondiendo dichos M paquetes a P usuarios de dicha pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), en la que P · M. También comprende: cambiar dinámicamente dicha longitud M de dicha cola de DLC (221) como función de los diferentes valores instantáneos de las demandas de calidad de servicio de las diferentes aplicaciones de servicio a las que se refieren dichos paquetes de la capa de aplicación, ajustando así el punto de funcionamiento de la red; y asignar, en un planificador (23) de dicho transmisor (1), un canal al usuario que tenga mejores condiciones del canal de dicho grupo de P usuarios

Procedimiento de asignación eficiente de canal en sistemas inalámbricos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas inalámbricos y, en particular, a escenarios multiusuario de enlace descendente en tales sistemas, en los que diferentes usuarios tienen diferente calidad de demandas de servicio (QoS).

Estado de la técnica

La demanda de uso de redes inalámbricas que soporten aplicaciones sensibles a retardo en tiempo real como voz, descarga y reproducción de vídeo en tiempo real o juegos en línea ha estado creciendo extraordinariamente durante los últimos años. Sin embargo, los sistemas inalámbricos actuales no cumplen con los requisitos estrictos de Calidad de Servicio (QoS) en cuanto a velocidad de transmisión mínima permitida, retardo de planificación máximo permitido, tasa de transferencia mínima garantizada y/o variación de retardo permitida para tales aplicaciones. El hecho de que los entornos inalámbricos estén caracterizados por un escenario severo para las comunicaciones añade ciertas dificultades para garantizar la QoS en los sistemas inalámbricos, donde el canal inalámbrico adolece de múltiples efectos no deseados como desvanecimientos intensos y recorrido múltiple que producen errores en la información original. Por lo tanto, proporcionar QoS usando los escasos recursos del medio inalámbrico es un aspecto que constituye un reto para tal objetivo del sistema.

Se dispone de diferentes nociones de QoS en diferentes capas de comunicación. En la capa física, QoS significa un nivel aceptable de relación señal/ruido (SNR) o tasa de bits erróneos (BER) en el receptor, mientras que en el control de enlace de datos (DLC) o las capas superiores la QoS se expresa normalmente en función de la tasa de transferencia mínima garantizada, retardo máximo permitido y/o variación de retardo permitida. El cumplimiento de los requisitos de QoS depende de los procedimientos que siga cada capa. En la capa DLC, las garantías de QoS pueden proporcionarse mediante algoritmos apropiados de planificación y asignación de recursos, mientras que en la capa física, se usa adaptación de potencia de transmisión, nivel de modulación o velocidad de símbolos para mantener la calidad del enlace.

Por otra parte, la consideración de las características de transmisión de la capa física desde las capas superiores puede mejorar considerablemente la eficiencia de los sistemas inalámbricos. El acoplamiento vertical entre capas es bien conocido como diseño entre capas (Cross-Layer). El diseño entre capas entre la capa física y las capas superiores parece ser inevitable en entornos inalámbricos para aprovechar las condiciones instantáneas de la capa física. Se necesita tal clase de esquemas para garantizar los requisitos de QoS en sistemas de tráfico heterogéneo, donde la red incluye usuarios con diferentes aplicaciones y diferentes restricciones de QoS. Ventajas adicionales del diseño entre capas pueden incluir mejoras en cuanto a tasa de transferencia del enlace, reducción de la latencia de red, ahorros de energía en los nodos móviles o minimización de la potencia transmitida.

Una observación interesante con respecto a la conformidad con la QoS en sistemas inalámbricos comerciales se refiere al concepto de incumplimiento (del inglés "outage"), donde debido a las características del canal inalámbrico, es imposible la satisfacción del 100% de las demandas de QoS estrictas, por lo que se conoce como incumplimiento en los requisitos de QoS. La noción de incumplimiento se usa ampliamente en sistemas celulares donde varios sistemas comerciales (por ejemplo, GSM y WCDMA) permiten del 2 al 5% de incumplimiento. Por lo tanto, la extensión del incumplimiento de QoS a todos los sistemas inalámbricos, cuando ejecutan aplicaciones sensibles al retardo, parece ser el procedimiento más manejable para valorar su eficiencia.

Con respecto a los conceptos anteriormente mencionados en un sistema de enlace descendente con tráfico heterogéneo, varias propuestas en la bibliografía y la comunidad industrial abordan la consideración de cola dinámica para satisfacer el requisito de retardo de planificación máximo permitido:

Q. Zhao y L. Tong proponen, en el documento "A dynamic queue MAC protocol for random access channels with multipacket reception", Signáis, Systems and Computers, 2000. Conference Record of the Thirty-Fourth Asilomar Conference en el volumen 2, 29 octubre-1 noviembre de 2000, página(s): 1235-1239 vol. 2, un protocolo MAC para un canal con intervalos de tiempo de usuarios finitos con capacidad de recepción de múltiples paquetes (MPR). Cambiando adaptativamente el tamaño de la clase de contención (definida como un subconjunto de usuarios que pueden acceder al canal al mismo tiempo) según la carga de tráfico y la capacidad MPR del canal, el protocolo de cola dinámica propuesto proporciona superior eficiencia de canal con carga de tráfico alta y retardo mínimo con carga de tráfico baja. Sin embargo, este protocolo es dinámico en cuanto a la cola de carga de tráfico y no se ocupa del problema de tener diferentes usuarios con diferentes demandas de calidad de servicio (QoS).

B. Ata, en el documento "Dynamic control of a multiclass queue with this arrival streams", Operations Research, volumen 54, número 5, septiembre de 2006, páginas 876-892, 2006 ISSN: 0030-364X, considera un problema de control de admisión para una cola multiclase de servidor único. El sistema de producción da servicio a múltiples flujos de demanda, que tienen cada uno un tiempo de espera de plazo de vencimiento rígido. Para cumplir con las limitaciones de plazo de vencimiento, un administrador de sistema puede rechazar órdenes cuando se juzga que una acumulación de trabajo es excesiva, incurriendo así en ingresos perdidos. Sin embargo, en este documento, las clases de servicio son rechazadas basándose en umbrales de carga (paquetes en la cola) predefinidos y en el retardo medio.

H. Choi y col., en el documento "Dynamic Queue Management Mechanism for Service Enhancement in Wireless Inteligent wetwork Environment", Globecom 1999, volumen 1A, 1999, página(s): 16-20 vol. 1a, proponen una característica de servicio de formación de cola de forma dinámica para mejora de servicio según el incremento de abonados al servicio y su movilidad. Además, proponen un Administrador de Cola Dinámica que maneja el tamaño de la cola para incrementar las tasas de finalización de llamada para mejoras de servicio en entornos de redes inteligentes inalámbricas. Sin embargo, no se ocupa del problema de tener diferentes usuarios con diferentes demandas de calidad de servicio (QoS).

En el documento "Performance analysis of a dynamic priority queue for traffic control of bursty traffic in ATM networks", Communications, IEE Proceedings- volumen 148, número 3, junio de 2001 página(s): 181-187, Choi, D.l. y col. describen diversos requisitos de QoS de tráfico a ráfagas y una cola de prioridad dinámica y se propone y analiza una cola de prioridad dinámica con dos tipos de tráfico. El sistema tiene dos memorias intermedias separadas para alojar dos tipos de clientes, suponiéndose que las capacidades de las memorias intermedias son finitas para aplicaciones prácticas. El orden de servicio sólo está determinado por la longitud de la cola de la primera memoria intermedia.

La solicitud de patente internacional WO2004/06882A1 describe un procedimiento para determinar la asignación óptima de recursos entre clases de servicios. Sin embargo, la planificación descrita está basada en una función de idoneidad, donde el planificador tiene en cuenta la longitud de la memoria intermedia de cada usuario, que puede ser variable (dinámica) basada en la carga de servicio de la aplicación.

Resumen de la invención

La presente invención se ocupa del problema anteriormente mencionado de tener diferentes usuarios con diferentes demandas de calidad de servicio (QoS) instantánea. Se propone un procedimiento para ajustar dinámicamente la longitud de la cola de usuarios en la capa de control del enlace de datos en un sistema inalámbrico de enlace descendente con tráfico heterogéneo usando las mediciones de QoS instantánea.

Se presenta un entorno heterogéneo con diferentes demandas de calidad de servicio (QoS) por aplicación. Los requisitos de QoS instantánea para cada usuario están basados en sus demandas de aplicación actuales, de manera que el procedimiento tiene que satisfacer la QoS para cada usuario, donde las demandas de QoS son muy variables entre las aplicaciones. Tal procedimiento considera las...

1. Un procedimiento para asignar eficientemente un canal de enlace descendente desde un transmisor (1) hasta un usuario seleccionado de una pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N) en una red inalámbrica que proporciona diferentes aplicaciones de servicio a dichos usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), que comprende las etapas de:

- en una cola de DLC (221) de dicho transmisor (1), clasificar (221) una pluralidad de M paquetes de la capa de aplicación que han de ser transmitidos a dicha pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), basándose dicha clasificación en una demanda de calidad de servicio asociada a cada paquete de la capa de aplicación, estando a su vez dichas demandas de calidad de servicio asociadas a clases de aplicaciones respectivas (C1, C2, C3, C4), teniendo dicha cola de DLC (221) longitud M, siendo M un número natural, correspondiendo dichos M paquetes a P usuarios de dicha pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), en la que P ≤ M,

caracterizado por las etapas de:

- cambiar dinámicamente dicha longitud M de dicha cola de DLC (221) en función de los diferentes valores instantáneos de las demandas de calidad de servicio de las diferentes aplicaciones de servicio a las que se refieren dichos paquetes de la capa de aplicación, ajustando así el punto de funcionamiento de la red; y

- en un planificador (23) de dicho transmisor (1), asignar un canal al usuario que tenga mejores condiciones del canal de dicho grupo de P usuarios.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dichas demandas de calidad de servicio son función de al menos uno de lo siguiente: un retardo por planificación máximo permitido, una velocidad de transmisión mínima permitida y una tasa de transferencia mínima garantizada.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dichas demandas de calidad de servicio se calculan teniendo en cuenta un valor de incumplimiento predefinido.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichas demandas de calidad de servicio son función de un retardo por planificación máximo permitido.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichas demandas de calidad de servicio son función de un retardo por planificación máximo permitido y una velocidad de transmisión mínima permitida.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichas demandas de calidad de servicio son función de un retardo por planificación máximo permitido, una velocidad de transmisión mínima permitida y una tasa de transferencia mínima garantizada.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dicho valor de M se calcula a partir de la siguiente expresión:

max M

donde SNR_th es un valor de SNR mínima requerida, SNR_i es el valor de SNR instantánea proporcionado para un usuario i, ξ_rate es un incumplimiento de velocidad de transmisión permitido, D_max es un retardo por planificación máximo permitido, K_i es el valor obtenido del retardo por planificación, ξ_access es un incumplimiento de retardo por planificación, T_min es una tasa de transferencia mínima garantizada, T_i es una tasa de transferencia obtenida, ξ_out es un incumplimiento total permitido y dicha velocidad de transmisión mínima permitida está relacionada directamente con SNR_th a través de una relación velocidad de transmisión-SNR.

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas mejores condiciones del canal se evalúan a partir de un valor medido de la relación señal/ruido para cada usuario.

9. Un transmisor (1) que comprende medios adaptados para llevar a cabo las etapas del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Una estación base que comprende al menos un transmisor (1) según la reivindicación 9.

11. Un sistema de comunicaciones inalámbricas que comprende al menos una estación base según la reivindicación 10.

12. Un programa informático que comprende medios de código de programa informático adaptados para realizar las etapas del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador, un procesador de señal digital, una matriz de puertas programable in situ, un circuito integrado específico de aplicación, un microprocesador, un microcontrolador, o cualquier otra forma de hardware programable.