PROCEDIMIENTO PARA COMPARTIR UN CANAL DE COMUNICACIONES DE FORMA SELECTIVA ENTRE COORDINACION E INTERFERENCIA.

Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia.

Que se utiliza en el caso de que exista un canal compartido entre múltiples redes de comunicación y donde cada red contiene uno o más nodos capaces de implementar el procedimiento para compartir el canal. El procedimiento permite la coordinación de redes en ciertas zonas del canal manteniendo su independencia en otras y ajustando la potencia de transmisión de forma que se consiga maximizar el total de información transmitida por las múltiples redes que utilicen el mismo canal de comunicaciones

Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, esto es, un procedimiento en el que en ciertos momentos las distintas redes estarán coordinadas para que sólo transmita una de ellas y el resto reciban, mientras que en otros momentos estarán descoordinadas, de forma que las redes podrían transmitir al mismo tiempo y producir interferencias entre ellas.

Una total coordinación es desaconsejable puesto que sólo una red puede transmitir simultáneamente en el canal compartido, dividiéndose la capacidad del canal entre el número de redes que lo comparten; mientras que una total descoordinación también es desaconsejable puesto la interferencia entre redes puede ser tan grande que no se conseguirán comunicaciones fiables. El procedimiento de la invención resuelve el problema de compartir el canal sin reducir drásticamente la capacidad de comunicación, y consiste en dividir el canal en zonas coordinadas y zonas no coordinadas. Las zonas coordinadas sirven para la publicación de presencia de la red y el intercambio de mensajes, mientras que en las zonas no coordinadas las redes actúan de forma independiente y como si fuesen las únicas que utilizan el canal. Las redes pueden reducir la potencia de transmisión en zonas no coordinadas, gracias a la información obtenida de las zonas coordinadas, reduciendo así la interferencia entre redes hasta conseguir valores aceptables para la comunicación de las distintas redes.

La ventaja principal de este procedimiento es que se evita la coordinación excesiva y reduce la interferencia cuando múltiples redes estén transmitiendo al mismo tiempo en el canal, gracias a lo que se consigue mejorar la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) en global por todas las redes que utilizan el mismo canal compartido.

Antecedentes de la invención

En entornos de red dentro de casa es usual que múltiples sistemas de comunicaciones intenten utilizar el mismo medio de transmisión, como por ejemplo, el medio aéreo (redes inalámbricas o wireless) o la red eléctrica de baja tensión (redes powerline). En estos casos, las redes vecinas, esto es, aquellas redes diferentes a la propia red que utilizan el mismo medio compartido, producen interferencias que reducen la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) alcanzable en la propia red.

En la actualidad las redes vecinas pueden compartir el canal en tiempo o en frecuencia, dividiendo la capacidad del canal entre las redes vecinas. El procedimiento de la invención se basa en un concepto diferente: permitir que las redes se interfieran de forma controlada en parte del canal, con lo que se consigue una eficiencia mayor aún cuando las redes vecinas transmitan simultáneamente.

En el estado del arte existen múltiples métodos para compartir el medio que consiguen resultados más o menos aceptables según la aplicación.

Uno de estos métodos es el publicado en el artículo IEEE "A coordination and bandwidth sharing method for multiple interfering neighbor networks" de Ayyagari, D. Wai-chung Chan presentado en el Consumer Communications and Networking Conference 2005, donde se describe un método para conseguir que las redes se coordinen sin necesidad de intercambiar mensajes.

Por otro lado la patente US 2007/0230497 de título "Method and apparatus to negotiate channel sharing in PLC network" presenta un método en el que se usa una zona de tiempo predefinida para que nodos frontera intercambien mensajes usando acceso múltiple por división en el tiempo (TDMA).

Además existen métodos que reparten el canal en frecuencia o tiempo entre diferentes sistemas para evitar interferencias. Este es el caso de la patente US2007/064783 Al titulada "Transmission/Reception apparatus and transmission/reception method for enabling coexistence of systems".

En cualquiera de los casos anteriores, dichos documentos no interfieren con la novedad ni altura inventiva de la presente invención, puesto que el procedimiento descrito utiliza la interferencia controlada por la potencia de transmisión en la red para mejorar la reutilización global del canal.

El procedimiento de la presente invención puede utilizarse en combinación con el método presentado en la patente española de número 200600867 "Procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones OFDM", de forma al utilizar las redes distintos modos de transmisión se consiga que las señales de control de una red no sean detectadas por sus redes vecinas.

Descripción de la invención

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia. Este procedimiento puede utilizarse cuando exista un canal compartido entre múltiples redes de comunicación y donde cada red contenga uno o más nodos que implementen el procedimiento para compartir el canal. El procedimiento se caracteriza por los siguientes pasos: se divide el canal de comunicaciones en una o más zonas coordinadas y una o más zonas no coordinadas, donde una zona coordinada es una zona libre de interferencias; se detecta la presencia de otras redes que utilicen el mismo canal de comunicación; se obtiene la potencia de señal en la red y la potencia interferente, mediante la transmisión de secuencias conocidas en una o varias zonas coordinadas del canal de comunicaciones; se compara la potencia de señal en la red, la potencia interferente y la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) con umbrales previamente establecidos en cada red; se decide si es necesaria la unión de la red de comunicaciones con otras redes presentes en el canal de comunicaciones a partir de la comparación con los umbrales previamente establecidos en la red para tal efecto; y finalmente se decide si es necesaria la reducción de la interferencia a partir de la comparación con los umbrales previamente establecidos en la red para tal efecto. Gracias a este procedimiento se consigue maximizar el agregado de información transmitida por las múltiples redes que utilizan el mismo canal de comunicaciones.

En muchos casos, dos o más de las redes diferentes que utilizan el mismo canal de comunicaciones implementan el mismo protocolo de comunicaciones, con lo que será posible el intercambio de información entre esas redes, pero tam- bién será necesario incluir mecanismos para evitar la detección de señales de control que lleguen de las redes vecinas.

El procedimiento se basa. en que la partición del canal de comunicaciones en zonas coordinadas y zonas no coordinadas se realiza selectivamente en tiempo, frecuencia y códigos ortogonales (CDMA), tomando como referencia común entre las distintas redes selectivamente una señal externa a la red, como por ejemplo el cruce por cero de la señal de potencia de la red eléctrica en redes powerline, o bien una señal transmitida por uno o varios nodos que indique el comienzo de la partición.

En las zonas coordinadas no existe interferencia entre redes, esto es, en el mismo momento, frecuencia o código ortogonal, dependiendo de si la partición del canal se ha realizado en tiempo, frecuencia o códigos ortogonales; ya que sólo hay una red transmitiendo y el resto de redes que utilizan el mismo medio de comunicación únicamente reciben información.

En cambio, en las zonas no coordinadas las redes utilizan el canal de comunicaciones de forma independiente y sin tener en cuenta la presencia de otras redes, de forma que las señales que lleguen de otras redes serán consideradas como ruido por el receptor.

En general, hay dos posibles formas de dividir el canal de comunicaciones en zonas coordinadas y no coordinadas: que dicha división sea fija o bien que no lo sea. En el caso en que sea fija cada nodo conocerá de antemano el momento de inicio y duración de cada zona. Dicha programación puede ser dependiente del número de redes y del número de nodos de cada red que estén utilizando el mismo medio de comunicación.

1. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, en el que existe un canal compartido entre múltiples redes de comunicación y donde cada red contiene uno o más nodos que implementan el procedimiento para compartir el canal; caracterizado porque el procedimiento comprende las siguientes fases:

- dividir el canal de comunicaciones en al menos una zona coordinada y al menos una zona no coordinada, donde una zona coordinada es una zona libre de interferencia;

- detectar la presencia de otras redes que utilizan el mismo canal de comunicación;

- obtener la potencia de señal en la red y la potencia interferente, mediante la transmisión de secuencias conocidas en al menos una zona coordinada del canal de comunicaciones;

- comparar la potencia de señal en la red, la potencia interferente y la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) con umbrales previamente establecidos en cada red;

- determinar si es necesaria la unión de la red de comunicaciones con otras redes presentes en el canal de comunicaciones a partir de la comparación con los umbrales previamente establecidos en la red; y

- determinar si es necesaria la reducción de la interferencia a partir de la comparación con los umbrales previamente establecidos en la red;

para maximizar el total de información transmitida por las múltiples redes que utilizan el mismo canal de comunicaciones.

2. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque al menos dos de las diferentes redes que utilizan el mismo canal de comunicaciones implementan el mismo protocolo de comunicaciones.

3. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la partición del canal de comunicaciones en zonas coordinadas y zonas no coordinadas se realiza selectivamente en tiempo, frecuencia y códigos ortogonales (CDMA), tomando como referencia común entre las distintas redes selectivamente una señal externa a la red, o bien una señal transmitida por al menos uno nodo que indique el comienzo de la partición.

4. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 3, caracterizado porque en las zonas coordinadas solo transmite una red y el resto de redes que utilizan el mismo medio de comunicación únicamente reciben información, para que no exista interferencia entre redes en un mismo momento, frecuencia o código ortogonal, dependiendo de si la partición del canal se ha realizado en tiempo, frecuencia o códigos ortogonales.

5. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque en las zonas no coordinadas las redes utilizan el canal de comunicaciones de forma independiente y sin tener en cuenta la presencia de otras redes, de forma que las señales que lleguen de otras redes serán consideradas como ruido por el receptor.

6. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 3, caracterizado porque las divisiones del canal en zonas coordinadas y zonas no coordinadas, y los tamaños de las diferentes zonas se publican dentro de al menos una zona coordinada.

7. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 3, caracterizado porque las divisiones del canal en zonas coordinadas y zonas no coordinadas, y los tamaños de las diferentes zonas están prefijadas y son conocidas por todos los nodos de las redes.

8. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 7, caracterizado porque el tamaño y la posición de las zonas coordinadas y no coordinadas es función del número de redes y del número de nodos de cada red.

9. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 3, caracterizado porque en cada partición del canal hay al menos una zona coordinada, y para incluir una nueva zona coordinada se trasmite un mensaje de reserva en, al menos, una zona coordinada anterior a la nueva zona que indique la posición y el tamaño de la nueva zona coordinada.

10. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicaciones 2 y 5, caracterizado porque las redes que utilizan el mismo protocolo de comunicaciones incluyen procedimientos para evitar la detección en las zonas no coordinadas de señales de control de dicho protocolo de comunicaciones.

11. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 10, caracterizado porque los procedimientos que evitan la detección de señales de control de redes vecinas que utilizan el mismo protocolo de comunicaciones consisten selectivamente en la utilización de diferentes modos de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia, multiplexación en códigos ortogonales (CDMA) y subcanales espaciales.

12. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque al menos una zona coordinada contiene al menos una subzona para la publicación de la presencia de la red y otra subzona para el intercambio de información entre distintas redes.

13. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 12, caracterizado porque la subzona para la publicación de presencia de la red se divide en diferentes regiones selectivamente en frecuencia, tiempo y códigos ortogonales.

14. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 13, caracterizado porque cada red transmite señales previamente especificadas de indicación de su presencia en la región asignada a dicha red, para que una red detecte la presencia de otras redes al recibir dichas señales en regiones donde la red no ha transmitido.

15. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 13, caracterizado porque la red utiliza un procedimiento de acceso múltiple por contienda (CSMA) en la subzona de publicación de presencia y únicamente el nodo ganador publica su presencia.

16. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 13, caracterizado porque las redes transmiten en la subzona de intercambio de información tras conseguir acceso a la misma selectivamente mediante la aplicación de un procedimiento de acceso múltiple por contienda (CSMA), mediante un orden preestablecido entre las redes o mediante un orden fijado por una red coordinadora.

17. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque se transmite una secuencia conocida por las diferentes redes selectivamente por un nodo de la red, por todos los nodos de la red, o por un número finito de nodos de la red al mismo tiempo en la subzona de intercambio de información de la zona coordinada del canal de comunicaciones, para que sea posible calcular la potencia en recepción de dicha secuencia conocida.

18. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque si la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) por una red está por debajo de un umbral de calidad previamente establecido, dicha red envía un mensaje en la subzona de intercambio de información de al menos una zona coordinada para que las redes interferentes reduzcan su potencia de transmisión.

19. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 18, caracterizado porque si la cantidad de información transmitida por segundo (throughtput) transmitida por una red está por encima del umbral de calidad previamente establecido y recibe un mensaje para reducir su potencia de transmisión, dicha red reduce la potencia de transmisión hasta que la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) por la red disminuye hasta su umbral de calidad.

20. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 18, caracterizado porque si la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) por una red está por debajo de un umbral de unificación previamente establecido, dicha red establece unificarse e intercambiará mensajes de coordinación en subzonas de intercambio de información de al menos una zona coordinada con una red vecina para coordinarse.

21. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 20, caracterizado porque si la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) por una red está por debajo del umbral de unificación previamente establecido y recibe un mensaje para la coordinación con una red vecina, dicha red aceptala unificación e intercambiará mensajes en subzonas de intercambio de información de al menos una zona coordinada con la red vecina para coordinarse.

22. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicaciones 2 y 21, caracterizado porque si dos redes utilizan el mismo protocolo de comunicaciones, se envían mensajes de coordinación para seleccionar un solo nodo que se encargue de repartir el canal de comunicaciones en la red unificada selectivamente en tiempo, frecuencia, código ortogonal y una combinación de las anteriores.

23. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 1, caracterizado porque si la red utiliza un sistema de comunicaciones multiportadora y decide reducir su potencia hasta un valor determinado, el ajuste de potencia consiste en reducir la potencia en al menos una portadora hasta que se consiga una cantidad de información transmitida por segundo (throughput) determinada en la red.

24. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 23, caracterizado porque las portadoras se ordenan de menor a mayor relación señal a ruido detectada en cada portadora y se reduce la potencia portadora a portadora utilizando el orden indicado en dicha lista hasta que se reduzca la cantidad de información transmitida por segundo (throughput) por la red a un umbral de calidad previamente establecido.

25. Procedimiento para compartir un canal de comunicaciones de forma selectiva entre coordinación e interferencia, según reivindicación 23, caracterizado porque las portadoras se ordenan de mayor a menor según la potencia detectada de las redes adyacentes en dichas portadoras, y se reduce la potencia de transmisión portadora a portadora según el orden indicado.