Procedimiento de acceso a un canal de comunicación para redes de comunicaciones.

Procedimiento para acceder a un canal de comunicación para una red de comunicaciones que comprende una pluralidad de nodos configurados para transmitir y recibir subtramas por medio de dicho canal de comunicación,

comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes:

- definir una sucesión de tramas, estando cada trama formada por uno y el mismo primer número (N) de intervalos de tiempo, y estando cada intervalo de tiempo configurado para acoger la transmisión de una única subtrama y estando asociado a un correspondiente período de una trama de referencia formada por un número de períodos igual a dicho primer número (N) de intervalos de tiempo; y

- ejecutar selectivamente, en cada intervalo de tiempo y por cada nodo determinado de la red de comunicaciones, una de las operaciones siguientes:

- determinar, para cada período de la trama de referencia, una correspondiente indicación de estado, y transmitir una subtrama propia, comprendiendo dicha etapa de transmisión incluir en dicha subtrama propia un vector (FI) formado por un número de campos igual a dicho número de períodos, refiriéndose cada campo a un período correspondiente, e introducir en cada uno de dichos campos la indicación de estado determinada para el periodo correspondiente; y

- recibir una posible subtrama transmitida por otro nodo y almacenar información referente a las indicaciones de estado contenidas en el vector (Fl) incluido en dicha subtrama recibida;

estando dicho procedimiento de acceso caracterizado porque dicha etapa de determinación de una correspondiente indicación de estado para cada período de la trama de referencia comprende seleccionar por el nodo determinado, alternativamente, una indicación de estado libre, una indicación de estado ocupado, una indicación de colisión o una indicación de conexión indirecta, las cuales son todas diferentes entre sí; y en el que dicha etapa de almacenamiento de información referente a las indicaciones de estado contenidas en el vector (F) incluido en dicha subtrama recibida comprende almacenar el vector (FI) incluido en dicha subtrama recibida y asociar dicho vector (FI) incluido en dicha subtrama recibida al período correspondiente al intervalo de tiempo de recepción por el nodo determinado de dicha subtrama recibida; comprendiendo además dicho procedimiento llevar a cabo, por el nodo determinado, en caso de que no se haya transmitido o recibido ninguna subtrama en un intervalo de tiempo, la etapa de almacenamiento de un vector por defecto, conteniendo los campos del mismo una indicación por defecto; y en el que dicha etapa de transmisión de una subtrama propia comprende, para cada campo considerado entre los campos del vector (FI) incluido en dicha subtrama propia, en caso de que la indicación de estado introducida en el campo considerado sea la indicación de estado ocupado, la indicación de colisión o la indicación de conexión indirecta, introducir además, un identificador de origen en el campo considerado, que identifica un respectivo nodo ocupante; y

en el que dicha etapa de selección por el nodo determinado, alternativamente, de una indicación de estado libre, una indicación de estado ocupado, una indicación de colisión o una indicación de conexión indirecta comprende, en un primer intervalo:

- seleccionar, para el período correspondiente al primer intervalo de tiempo, la indicación de estado ocupado;

- seleccionar cada uno de los períodos restantes de la trama de referencia y, para cada período seleccionado,

seleccionar los campos de los vectores (Fl) almacenados que corresponden al período seleccionado y posteriormente seleccionar, para el período seleccionado:

- la indicación de estado libre, si los campos seleccionados contienen la indicación por defecto o la indicación de estado libre, o bien si por lo menos uno de entre los campos seleccionados contiene la indicación de conexión indirecta y los otros campos seleccionados contienen la indicación por defecto, o bien la indicación de estado libre;

- la indicación de estado ocupado, si un campo de detección que forma parte de los campos seleccionados y está contenido en el vector (Fl) almacenado y asociado al período seleccionado contiene la indicación de estado ocupado y un primer identificador de origen, y los otros campos de entre dichos campos seleccionados contienen la indicación por defecto, o bien contienen la indicación de estado libre o la indicación de conexión indirecta, o bien contienen la indicación de estado ocupado y dicho primer identificador de origen;

- la indicación de colisión, si un primer campo y un segundo campo de entre dichos campos seleccionados contienen la indicación de estado ocupado e identificadores de origen diferentes y

- la indicación conexión indirecta, si dicho campo de detección contiene la indicación por defecto, y uno o más de los otros campos seleccionados contienen la indicación de estado ocupado y los mismos identificadores de origen.

Procedimiento de acceso a un canal de comunicación para redes de comunicaciones.

La presente invención se refiere a un procedimiento de acceso a un canal de comunicación para redes de comunicaciones inalámbricas.

Como es sabido, dada una red de comunicaciones constituida por una pluralidad de nodos y dados unos medios físicos que conectan dichos nodos unos a otros para definir un canal de comunicación con una cierta capacidad, se dispone hoy en día de los denominados "protocolos de acceso al canal", es decir, protocolos que permiten a los nodos comunicarse unos con otros por el canal de comunicación, compartiendo la capacidad de este, aun en el caso de que los nodos se desplacen por el espacio.

Conforme al conocido modelo de capas de la International Standard Organization -Open Systems Interconnection (modelo ISO-OSl) , dichos protocolos de acceso al canal pertenecen a la llamada "capa de enlace de datos", denominada también "capa de control de acceso al medio (MAC) " o "capa dos". Puesto que están comprendidos en la denominada "capa MAC", los protocolos de acceso al canal también se denominan, para abreviar, "protocolos MAC".

De forma más detallada, para comunicarse, los nodos acceden al canal de comunicación, es decir, transmiten señales (comúnmente señales eléctricas o electromagnéticas) a través del canal de comunicación. Dichas señales transmiten información, y la unidad elemental de información transmitida en el nivel MAC por un nodo individual se conoce generalmente como "trama". Los protocolos de acceso al canal conciben el control de los accesos de los nodos con el propósito de optimizar la explotación de la capacidad del canal de comunicación y reducir la probabilidad de colisión, es decir, la interferencia entre las señales transmitidas por los diferentes nodos.

En lo que concierne en particular a las redes de comunicaciones inalámbrica, se conoce por ejemplo el denominado protocolo "Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance" (CSMA/CA) , que es utilizado, entre otras, por las normas de la familia IEEE 802, 11, comúnmente conocidas como normas Wi-Fi.

El protocolo de CSMA/CA prevé que cada nodo verifique antes de transmitir, el estado del canal de comunicación, es decir, compruebe que los demás nodos de la red no estén realizando ninguna transmisión, y transmita solo en caso de que el canal de comunicación esté libre. En cambio, en caso de que el canal esté ocupado, es decir, si el canal está siendo utilizado por otro nodo, el nodo espera durante un período de tiempo aleatorio o "tiempo de espera" para verificar otra vez el estado del canal de comunicación y, en caso de que el canal de comunicación esté por fin libre, transmitir.

El protocolo de CSMA/CA prevé además que, después de la recepción por un nodo receptor de una trama enviada por un nodo emisor, el nodo de receptor envíe una trama de acuse de recibo, denominada "trama ACK".

En el caso de que un nodo emisor reciba la trama ACK, este considerará que el nodo receptor ha recibido correctamente la trama enviada previamente.

En su lugar, si el nodo emisor no recibe la trama ACK, este deduce que se ha producido una colisión. En tal caso, después de un nuevo tiempo de espera, se verifica el estado del canal de comunicación y, en caso de que el canal de comunicación esté libre, se repite la transmisión de la trama enviada previamente.

El protocolo CSMA/CA ha alcanzado un éxito considerable en el campo de las comunicaciones inalámbricas, en particular debido a la excelente explotación del canal de comunicación en el caso de una red que está substancialmente libre, es decir, en el caso de una red en la que el tráfico intercambiado, o sea, el conjunto de información intercambiada por los nodos, es muy inferior a la capacidad del canal de comunicación. No obstante, en presencia de tráfico intenso y, por lo tanto, en caso de congestión de la red, los nodos deben soportar tiempos de espera considerablemente largos para poder acceder al canal de comunicación, es decir, transmitir; con lo cual el protocolo CSMA/CA dista mucho de ser escalable. Además, dado que no está previsto ningún mecanismo de reserva de acceso al canal de comunicación, no es posible garantizar la denominada "calidad de servicio" (QoS) .

Una posible alternativa al protocolo CSMA/CA es la representada por el protocolo descrito en el documento "A fivephase reservation protocol (FPRP) for mobile ad hoc networks", "Wireless Networks", 1 de enero de 2001, Kluwer Academic Publishers, Países Bajos, vol. 7, pp. 371-384, por Chenzi Zhu et al. En particular, el protocolo propuesto en ese documento prevé unas etapas de asignación de intervalos de tiempo a los nodos de la red. Sin embargo, a pesar de que en principio esto permite garantizar cierta calidad de servicio, dicho protocolo resulta óptimo en los casos en que, durante las etapas de asignación, la topología de la red permanece fija. En cambio, si durante las etapas de asignación uno o más nodos entran en la red o salen de ella, se produce un deterioro estadístico de los niveles de rendimiento de dicho protocolo.

Para superar los inconvenientes descritos y en particular para garantizar la calidad del servicio dependiendo menos

del comportamiento (entrada/salida, transmisión, etc.) de los nodos de la red, se ha propuesto el protocolo denominado "RR-Aloha", descrito en detalle en el documento Wireless Networks 10, 359-366, 2004, publicado en Holanda por Kluwer Academic Publishers. El protocolo RR-Aloha se menciona igualmente en el documento "Reuse Efficiency of Point-to-Point Connections in Ad Hoc Networks", Global Telecommunications Conference, 2007, Globecom '07, IEEE, Piscataway, NJ, USA, 1 de noviembre de 2007, pp. 4494-4499, de L. Campedelli et al., donde se describe con referencia particular a las comunicaciones punto a punto en las redes fijas. Además, el protocolo RR-Aloha también se menciona en el documento "ADHOC MAC: New MAC Architecture for Ad Hoc Networks Providing Efficient and Reliable Point-to-Point and Broadcast Services", Wireless Networks, The Journal of Mobile Communication, Computation and Information, Kluwer Academic Publishers, DO, vol. 10, nº 4, 1 de julio de 2004, pp. 359-366 de F. Borgonovo et al.

En particular, el protocolo RR-AIoha prevé que los nodos de la red presenten unas respectivas direcciones MAC y que, en primera instancia, estén sincronizados (mediante, por ejemplo, el sistema de posicionamiento global, GPS) . Además, el protocolo RR-AIoha prevé que el canal de comunicación esté dividido en intervalos de tiempo elementales, es decir, sea uno de los denominados "canales ranurados".

Como se representa con mayor detalle en la figura 1, el protocolo RR-AIoha prevé dividir el tiempo en ciclos con el período T. Cada ciclo contiene una trama 1, que a su vez está dividida en un número N de intervalos de tiempo consecutivos 2 de igual duración d, dentro de los cuales los nodos de la red pueden transmitir. En particular, la información transmitida en un único intervalo de tiempo se denomina comúnmente "subtrama 3".

Como se representa también en la figura 1, la duración d del intervalo de tiempo 2 es la adecuada para permitir que se transmita una única subtrama 3 en un único intervalo de tiempo 2. En particular, teniendo en cuenta el área geográfica de la red de comunicaciones y los tiempos de propagación máximos empleados en la propagación de las señales a través de dicha área geográfica, la duración d es la adecuada para permitir que un nodo emisor envíe una única subtrama 3 en un único intervalo de tiempo 2, siendo posible la recepción de dicha única subtrama 3 por cualquier otro nodo de la red en dicho intervalo de tiempo 2.

Además, el protocolo RR-AIoha prevé que cada subtrama 3 comprenda una parte de carga útil 4, que contiene información de la capa dos, tal como por ejemplo un número de sucesión, una dirección MAC de origen, una dirección MAC de destino, un número de fragmento y un código de CRC. Asimismo, la parte de carga útil 4 suele contener la información de capa uno posible asociada al canal de comunicación. Cada subtrama 3 comprende además una parte adicional, que en lo sucesivo se denomina "vector de información de trama" (FI) 5, descrita en detalle más adelante. Está previsto igualmente que las subtramas 3 tengan una duración más corta que la duración d de los intervalos de tiempo 2, de tal manera que cada intervalo de tiempo 2 comprenda además un tiempo de seguridad Tg.

Dentro de una trama, cada nodo puede transmitir... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para acceder a un canal de comunicación para una red de comunicaciones que comprende una pluralidad de nodos configurados para transmitir y recibir subtramas por medio de dicho canal de comunicación, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes:

- definir una sucesión de tramas, estando cada trama formada por uno y el mismo primer número (N) de intervalos de tiempo, y estando cada intervalo de tiempo configurado para acoger la transmisión de una única subtrama y

estando asociado a un correspondiente período de una trama de referencia formada por un número de períodos igual a dicho primer número (N) de intervalos de tiempo; y

- ejecutar selectivamente, en cada intervalo de tiempo y por cada nodo determinado de la red de comunicaciones,

una de las operaciones siguientes: 15

- determinar, para cada período de la trama de referencia, una correspondiente indicación de estado, y transmitir una subtrama propia, comprendiendo dicha etapa de transmisión incluir en dicha subtrama propia un vector (FI) formado por un número de campos igual a dicho número de períodos, refiriéndose cada campo a un período correspondiente, e introducir en cada uno de dichos campos la indicación de estado determinada para el periodo correspondiente; y

- recibir una posible subtrama transmitida por otro nodo y almacenar información referente a las indicaciones de estado contenidas en el vector (Fl) incluido en dicha subtrama recibida;

estando dicho procedimiento de acceso caracterizado porque dicha etapa de determinación de una correspondiente indicación de estado para cada período de la trama de referencia comprende seleccionar por el nodo determinado, alternativamente, una indicación de estado libre, una indicación de estado ocupado, una indicación de colisión o una indicación de conexión indirecta, las cuales son todas diferentes entre sí; y en el que dicha etapa de almacenamiento de información referente a las indicaciones de estado contenidas en el vector (F) incluido en dicha subtrama recibida comprende almacenar el vector (FI) incluido en dicha subtrama recibida y asociar dicho vector (FI)

incluido en dicha subtrama recibida al período correspondiente al intervalo de tiempo de recepción por el nodo determinado de dicha subtrama recibida; comprendiendo además dicho procedimiento llevar a cabo, por el nodo determinado, en caso de que no se haya transmitido o recibido ninguna subtrama en un intervalo de tiempo, la etapa de almacenamiento de un vector por defecto, conteniendo los campos del mismo una indicación por defecto; y en el que dicha etapa de transmisión de una subtrama propia comprende, para cada campo considerado entre los campos del vector (FI) incluido en dicha subtrama propia, en caso de que la indicación de estado introducida en el campo considerado sea la indicación de estado ocupado, la indicación de colisión o la indicación de conexión indirecta, introducir además, un identificador de origen en el campo considerado, que identifica un respectivo nodo ocupante; y en el que dicha etapa de selección por el nodo determinado, alternativamente, de una indicación de estado libre, una indicación de estado ocupado, una indicación de colisión o una indicación de conexión indirecta comprende, en un primer intervalo:

- seleccionar, para el período correspondiente al primer intervalo de tiempo, la indicación de estado ocupado;

- seleccionar cada uno de los períodos restantes de la trama de referencia y, para cada período seleccionado,

45 seleccionar los campos de los vectores (Fl) almacenados que corresponden al período seleccionado y posteriormente seleccionar, para el período seleccionado:

- la indicación de estado libre, si los campos seleccionados contienen la indicación por defecto o la indicación de

estado libre, o bien si por lo menos uno de entre los campos seleccionados contiene la indicación de conexión 50 indirecta y los otros campos seleccionados contienen la indicación por defecto, o bien la indicación de estado libre;

- la indicación de estado ocupado, si un campo de detección que forma parte de los campos seleccionados y está contenido en el vector (Fl) almacenado y asociado al período seleccionado contiene la indicación de estado ocupado y un primer identificador de origen, y los otros campos de entre dichos campos seleccionados contienen la indicación

55 por defecto, o bien contienen la indicación de estado libre o la indicación de conexión indirecta, o bien contienen la indicación de estado ocupado y dicho primer identificador de origen;

- la indicación de colisión, si un primer campo y un segundo campo de entre dichos campos seleccionados contienen

la indicación de estado ocupado e identificadores de origen diferentes y 60

- la indicación conexión indirecta, si dicho campo de detección contiene la indicación por defecto, y uno o más de los otros campos seleccionados contienen la indicación de estado ocupado y los mismos identificadores de origen.

2. Procedimiento de acceso según la reivindicación 1, que comprende además la realización, por cada nodo 65 determinado de la red de comunicaciones, de las etapas siguientes:

- acceder a la red de comunicaciones; y

- esperar durante un segundo número de intervalos de tiempo y posteriormente eliminar, en cada intervalo de tiempo sucesivo, el vector (Fl) almacenado y asociado al período correspondiente a dicho intervalo de tiempo subsiguiente.

3. Procedimiento de acceso según la reivindicación 2, que comprende además la realización, por cada nodo determinado de la red de comunicaciones, de las etapas siguientes:

- durante dicho segundo número de intervalos de tiempo, ejecutar la operación de recepción y almacenamiento;

- después de dicho segundo número de intervalos de tiempo, seleccionar, basándose en los vectores (Fl) almacenados, un número de intervalos de tiempo accesibles de entre un número de intervalos de tiempo posteriores a dicho segundo número de intervalos de tiempo, siendo dicho número de intervalos de tiempo posteriores a dicho segundo número de intervalos de tiempo igual a dicho primer número (N) de intervalos de tiempo;

- entre dicho número de intervalos de tiempo accesibles, seleccionar un intervalo de tiempo elegido, correspondiendo dicho intervalo de tiempo elegido a un período elegido;

- ejecutar la operación de recepción y almacenamiento hasta el intervalo de tiempo que precede al intervalo de tiempo elegido, y verificar posteriormente un primer criterio que comprende verificar si los campos de los vectores (Fl) almacenados y correspondientes al período elegido contienen, alternativamente, la indicación de estado libre o la indicación por defecto; y

- en caso de que se cumpla dicho primer criterio, transmitir en el intervalo de tiempo elegido; en caso contrario, determinar un número de nuevos intervalos de tiempo accesibles y seleccionar un nuevo intervalo de tiempo elegido.

4. Procedimiento de acceso según la reivindicación 3, en el que dicho segundo número de intervalos de tiempo es igual a dicho primer número (N) de intervalos de tiempo.

5. Procedimiento de acceso según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que dicha etapa de selección de un número de intervalos de tiempo accesibles comprende seleccionar cada intervalo de tiempo de entre dicho número de intervalos de tiempo posteriores a dicho segundo número de intervalos de tiempo, y verificar que dicho intervalo de tiempo cumpla un segundo criterio que comprende verificar que los campos de los vectores (FI) almacenados y correspondientes al período que corresponde al intervalo de tiempo seleccionado, contienen, alternativamente, la indicación de estado libre o la indicación por defecto.

6. Procedimiento de acceso según la reivindicación 5, en el que la etapa de transmisión de una subtrama propia se realiza en un intervalo de tiempo de transmisión; comprendiendo además el procedimiento la realización, por cada nodo determinado de la red de comunicaciones, de las etapas siguientes:

- después de un número de intervalos de tiempo adicionales igual a dicho primer número (N) de intervalos de tiempo menos uno, verificar que los campos de los vectores (FI) almacenados y correspondientes al período que corresponde al intervalo de tiempo de transmisión, contienen la indicación por defecto, o tienen la indicación de estado libre o contienen la indicación de estado ocupado y un identificador de origen que indica el nodo determinado.

7. Procedimiento de acceso según la reivindicación 6, en el que dicha etapa de transmisión de una subtrama propia comprende introducir un identificador de prioridad en cada campo del vector (FI) incluido en dicha subtrama propia.

8. Procedimiento de acceso según la reivindicación 7, en el que dicha etapa de selección de un número de intervalos de entre tiempo accesibles comprende, en caso de que ningún intervalo de tiempo seleccionado de dicho número de intervalos de tiempo posteriores a dicho segundo número de intervalos de tiempo cumpla dicho segundo criterio, seleccionar un único intervalo de tiempo accesible de entre dicho número de intervalos de tiempo posteriores a dicho segundo número de intervalos de tiempo, conforme a los identificadores de prioridad introducidos en campos de los vectores almacenados (FI) .

9. Procedimiento de acceso según la reivindicación 8, en el que dicha etapa de introducción de un identificador de origen comprende, para cada subtrama transmitida, las etapas siguientes:

- introducir en el campo del vector (FI) incluido en la única subtrama transmitida y correspondiente al período que corresponde al intervalo de tiempo de transmisión de la única subtrama, una respectiva primera etiqueta asociada al nodo determinado y a dicha única subtrama transmitida;

- introducir en los otros campos del vector (FI) incluido en la única subtrama transmitida, unas respectivas segundas etiquetas, que son funciones de las primeras etiquetas contenidas en las subtramas recibidas previamente por el

nodo determinado y de la información contenida en dichas subtramas recibidas previamente.

10. Nodo para una red de comunicaciones móviles, configurado para implementar todas las etapas del procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 5

11. Red de comunicaciones móviles que comprende por lo menos un nodo según la reivindicación 10.

12. Red de comunicaciones móviles según la reivindicación 11, caracterizada porque es de tipo inalámbrico.

13. Producto de software que puede cargarse en una memoria de un nodo de una red de comunicaciones y está configurado para implementar, cuando se ejecuta, todas las etapas del procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.