PROCEDIMIENTO DE PLANIFICACIÓN BASADA EN CONEXIÓN CON SOPORTE DE SERVICIO DIFERENCIADO PARA REDES INALÁMBRICAS MULTISALTO.

Procedimiento de control del acceso a un canal de radio común por nodos (BS,

RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi), en una red de comunicación multisalto inalámbrica para tráfico multisalto desde un nodo fuente hasta un nodo de destino, en el que la red comprende una pluralidad de nodos de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) y un nodo centralizado (BS) que gestiona el control de acceso, y en el que un nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) que tiene que acceder al canal está dispuesto para emitir una petición acumulativa al nodo centralizado resumiendo la petición de los recursos necesarios en cada enlace de una trayectoria multisalto hasta el nodo de destino, caracterizado porque, en presencia de tráfico perteneciente a diferentes clases de servicio, dicha petición acumulativa emitida por dicho nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) comprende la concatenación de una pluralidad de peticiones acumulativas individuales cada una referente a tráfico perteneciente a una clase de servicio diferente

Campo de la invención

La presente invención se refiere a redes de acceso inalámbrico de banda ancha, y más particularmente se refiere a un procedimiento de planificación basada en conexión con soporte de servicio diferenciado para redes de retransmisión multisalto jerárquicas. La invención puede usarse por ejemplo en redes basadas en las normas IEEE 802.16x, que es una de las prometedoras normas en las que se definen elementos de protocolo que merece la pena considerar cuando se diseñan interfaces aéreas para sistemas de nueva generación, es decir sistemas posteriores a 3G (3ª generación) y 4G (4ª generación).

A este respecto, puede hacerse referencia a:

- IEEE 802.16-2004, norma IEEE para redes de área local y metropolitana -Parte 16: Interfaz aérea para sistemas de acceso inalámbrico fijos, octubre de 2004, y

- Norma IEEE 802.16e-2005, modificación de la norma IEEE para redes de área local y metropolitana -Parte 16: Interfaz aérea para sistemas de acceso inalámbrico fijos – Capas de control de acceso al medio y física para la operación fija y móvil combinada en bandas con licencia, febrero de 2006.

El documento “Definition and assessment of relay based cellular deployment concepts for future radio scenarios considering 1st protocol characteristics”, referencia de Internet, [online] 30 de junio de 2005, XP002359226, describe una visión de un sistema de radio ubicuo que proporciona acceso inalámbrico para una amplia gama de servicios y aplicaciones a través de cualquier entorno.

El documento ALAVI H S ET AL: “A Quality of Service Architecture for IEEE 802.16 Standards” COMMUNICATIONS, 2005 ASIA-PACIFIC CONFERENCE ON PERTH, WESTERN AUSTRALIA 03-05 OCT. 2005, PISCATAWAY, NJ, EE.UU., IEEE, 3 de octubre de 2005, páginas 249-253, XP010860780 ISBN: 0-7803-9132-2, describe una arquitectura para soportar calidad de servicios en las normas IEEE 802.16 así como un enfoque de diseño para implementar una arquitectura de este tipo.

Antecedentes de la invención

Las tasas de transmisión de datos muy altas previstas para los sistemas inalámbricos 4G en áreas razonablemente grandes no parece ser factible con la arquitectura celular convencional debido a dos motivos básicos. En primer lugar, las tasas de transmisión previstas para los sistemas 4G son dos órdenes de magnitud mayores que las de los sistemas 3G, y se conoce bien que para un nivel de potencia de transmisión dado, la energía de símbolo (y, por tanto, de bit) disminuye linealmente a medida que crece la tasa de transmisión. En segundo lugar, el espectro que se liberará para sistemas 4G estará situado casi con certeza bastante por encima de la banda de 2 GHz usada por los sistemas 3G. La propagación de radio estas bandas es significativamente más vulnerable a condiciones sin línea de visión, que es el modo de funcionamiento típico en las comunicaciones celulares urbanas actuales.

La solución elemental a este problema es aumentar significativamente la densidad de estaciones base, dando como resultado costes de despliegue considerablemente superiores, lo que sólo sería factible si el número de abonados también aumentara en la misma medida. Parece improbable que esto suceda, al ser ya alta la penetración de teléfonos celulares y otros terminales móviles en los países desarrollados. Por otra parte, el mismo número de abonados tendrán una demanda mucho mayor en cuanto a tasas de transmisión. Puesto que presumiblemente los abonados no desearán pagar la misma cantidad por bit de datos que para los bits de voz, un aumento drástico en el número de estaciones base no parece estar, por tanto, justificado desde un punto de vista económico.

Sin embargo, son necesarias mejoras fundamentales para las exigencias de rendimiento global y cobertura, muy ambiciosas, de los sistemas futuros. Con este fin, además de técnicas de transmisión avanzadas y tecnologías de antenas ubicadas conjuntamente, se requieren algunas modificaciones importantes en la propia arquitectura de red inalámbrica. La integración de

la capacidad de retransmisión multisalto, mediante la cual se encomienda una distribución y recogida eficaz de señales hasta y desde los usuarios inalámbricos no sólo a la estación base sino también a otros elementos de red (relés), es quizá la mejora en cuanto a arquitectura más prometedora para ampliar la cobertura de redes inalámbricas convencionales (de un solo salto) a costes razonables.

Una red de retransmisión jerárquica multisalto es una red en la que una estación base está asociada con una pluralidad de nodos de retransmisión (RN), dispuestos por ejemplo según una estructura en árbol lógica, y se proporcionan conexiones de último salto (o un solo salto) hacia los terminales de usuario (UT) alrededor de cada nodo de retransmisión. El tráfico multisalto se transmite entre la estación base, que está conectada a una red principal fija, y los nodos de retransmisión que están situados estratégicamente. El tráfico de último salto tiene lugar entre el nodo de retransmisión y un número variable de terminales de usuario.

La tecnología multisalto permite ampliar la cobertura del sistema global con infraestructuras de bajo coste, puesto que los nodos de retransmisión tienen una estructura más sencilla y por tanto son más económicos que las estaciones base. Sin embargo, la tarea de garantizar los requisitos de calidad de servicio (QoS) (rendimiento global, retardo, fluctuación, etc.) se vuelve más compleja.

Se ha propuesto una estrategia de petición y asignación de recursos al nivel del control de acceso al medio (MAC) manteniendo limitado el retardo multisalto de extremo a extremo en la solicitud de patente europea en tramitación junto con la presente n.º 05425475.0, presentada el 01.07.2005, titulada “Connection based scheduling method for hierarchical multi-hop wireless networks extended to beyond 3G radio interface”. Esa solicitud representa la técnica anterior más próxima y la reivindicación 1 de la misma dice lo siguiente (se omiten las referencias entre paréntesis a las figuras):

“Procedimiento para controlar el acceso a un canal inalámbrico TDMA desde nodos desplegados como una red de topología o bien lineal o bien en árbol para transmisiones multisalto en enlace ascendente desde un nodo solicitante hasta un nodo centralizado y/o en enlace descendente desde el nodo centralizado hacia un nodo final, que incluye las etapas de:

- emitir información de topología de red desde el nodo centralizado hasta los demás nodos;

- calcular la cantidad de recursos necesarios en cada enlace individual entre nodos adyacentes, por el nodo de transmisión en ese enlace; conceder permisos, también denominados concesiones, para el uso exclusivo del canal TDMA durante un tiempo dado por el nodo centralizado a cada nodo a lo largo de trayectoria(s) multisalto de enlace ascendente y/o enlace descendente, caracterizado porque dicho nodo solicitante emite una petición acumulativa de los recursos necesarios en cada enlace a lo largo de la trayectoria de extremo a extremo”.

Según esa estrategia, las peticiones de recursos para enviar flujos de enlace ascendente desde nodos de retransmisión a la estación base y/o flujos de enlace descendente desde la estación base hasta nodos de retransmisión se calculan por cada nodo solicitante para la conexión de extremo a extremo en lugar de calcularse sólo para el siguiente enlace hacia el destino. Esto es precisamente el significado de “planificación basada en conexión”. Esto se hace posible en redes con topología en árbol y planificación centralizada en las que se calcula una petición de recursos en enlaces individuales entre dos nodos adyacentes, y la configuración de red por lo general es conocida por los nodos solicitantes. En la práctica, cada nodo solicitante emite una petición acumulativa dada resumiendo la misma petición para cada enlace que separa el nodo de la estación base (en enlace ascendente) más cada enlace que separa la estación base del nodo de destino (en enlace descendente). La estación base, en respuesta a todas las peticiones acumulativas, concede recursos

de enlace ascendente y/o enlace descendente para cada enlace. Una concesión está prevista como un permiso individual dado al nodo para el uso exclusivo del recurso común (por ejemplo el canal de radio TDMA) durante una fracción de tiempo. La concesión/petición acumulativa se hace...

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Procedimiento de control del acceso a un canal de radio común por nodos (BS, RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi), en una red de comunicación multisalto inalámbrica para tráfico multisalto desde un nodo fuente hasta un nodo de destino, en el que la red comprende una pluralidad de nodos de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) y un nodo centralizado (BS) que gestiona el control de acceso, y en el que un nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) que tiene que acceder al canal está dispuesto para emitir una petición acumulativa al nodo centralizado resumiendo la petición de los recursos necesarios en cada enlace de una trayectoria multisalto hasta el nodo de destino, caracterizado porque, en presencia de tráfico perteneciente a diferentes clases de servicio, dicha petición acumulativa emitida por dicho nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) comprende la concatenación de una pluralidad de peticiones acumulativas individuales cada una referente a tráfico perteneciente a una clase de servicio diferente. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas peticiones individuales comprenden al menos una petición acumulativa individual para tráfico en tiempo real y una petición acumulativa individual para tráfico no en tiempo real. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dichas peticiones acumulativas comprenden una petición acumulativa individual para cada clase de servicio soportada por la red. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el nodo centralizado (BS), en respuesta a dicha pluralidad de peticiones concatenadas desde un nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi), está dispuesto para generar un único mensaje concesión no diferenciado para todas las clases de servicio a las que se refieren las peticiones individuales.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque, en un nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) que tiene que transmitir un mensaje de concesión además de un mensaje de petición en enlace descendente, dicho mensaje de concesión se concatena con dicha pluralidad de peticiones individuales.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha red es una red con las siguientes características -topología en árbol con planificación centralizada; -capa física basada en trama, en el que la capa de control de acceso al medio puede alinear sus intervalos de planificación con el entramado de la capa física subyacente.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha red es una red conforme al conjunto de normas del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, IEEE 802.16x.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque dichas peticiones individuales se envían como mensajes de planificación centralizada de malla, MSH-CSCH, que incluyen un indicador complementario para distinguir las clases de servicio a las que se refieren las peticiones individuales.

9. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque dichas peticiones acumulativas individuales se envían como mensajes de planificación centralizada de malla, MSH-CSCH, en los que las peticiones individuales relevantes para diferentes clases de servicio se concatenan en un orden predeterminado y fijo.

10. Nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi), en una red de comunicación multisalto inalámbrica para tráfico multisalto, que tiene que acceder a un canal de radio común, dispuesto para emitir una petición acumulativa a un nodo centralizado resumiendo la petición de los recursos

necesarios en cada enlace de una trayectoria multisalto hasta un nodo de destino, caracterizado porque, en presencia de tráfico perteneciente a diferentes clases de servicio, dicha petición acumulativa emitida por dicho nodo de retransmisión (RN(1,1)...RN(n,Nn), RNi) comprende la concatenación de una pluralidad de peticiones acumulativas individuales cada una referente a tráfico perteneciente a una clase de servicio diferente.