Selección automática de socio en el protocolo MAC cooperativo.

Sistema (600) de comunicación inalámbrica cooperativa, que comprende:

un protocolo MAC cooperativo, CMAC, que comprende:

- un control de errores hacia delante, FEC, para cada trama transmitida, y

- un procedimiento de conformidad de conexión, RTS/CTS/PCTS, de petición para enviar, RTS, autorización para enviar, CTS, y autorización para enviar de socio, PCTS, para un dispositivo (500.S.1) de origen y un dispositivo (500.D.1) de destino de dicho origen para solicitar cooperación de un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio de manera que sólo un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio que recibe tanto una RTS (101) transmitida por el dispositivo (500.S.1) de origen y una CTS (102) transmitida por el dispositivo (500.D.1) de destino decide basándose en una autoclasificación (501.2) si cooperar o no como socio con el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) para transmitir información entre los mismos; y

una pluralidad de dispositivos configurados para emplear el protocolo CMAC de manera que cada dispositivo puede ser cualquiera de un origen (500.S.1), un destino (500.D. 1) y uno de retransmisión/socio (500.R.1-3) y una combinación de los mismos.

Selección automática de socio en el protocolo MAC cooperativo.

Esta invención se refiere a la selección automática de socio en un nuevo protocolo MAC cooperativo (CMAC) , que usa la conformidad de conexión de listo para enviar (RTS) , autorización para enviar (CTS) y autorización para enviar de socio (PCTS) para establecer la cooperación.

En una red inalámbrica cooperativa, un dispositivo de transmisión (es decir, el origen) depende de un socio (es decir, el dispositivo de retransmisión) para transmitir información parcial/completa al dispositivo de recepción (es decir, el destino) . De esta manera, el destino recibe la información desde dos dispositivos, concretamente el origen y el de retransmisión, a través de dos trayectos/enlaces inalámbricos diferentes, incurriendo por tanto en una ganancia de diversidad espacial. Con el fin de maximizar la ganancia de diversidad, la selección de un buen socio es crucial para el rendimiento de la red inalámbrica cooperativa.

La familia de protocolos de IEEE 802.11 usa petición para enviar (RTS) y autorización para enviar (CTS) para reservar el canal e impedir un problema de nodo oculto. En un protocolo MAC cooperativo (CMAC) , la cooperación se establece entre el origen, el dispositivo de retransmisión y el destino a través de un procedimiento de conformidad de conexión de RTS/CTS/PCTS. En primer lugar, el origen envía una trama de RTS al destino. Después de la recepción de esta trama de RTS, el destino responde con una trama de CTS al origen. Con el fin de informar tanto al origen como al destino de que algunos dispositivos de retransmisión pueden estar dispuestos a ayudar como socio, el socio preferido también envía una PCTS después de la trama de CTS. Estas tramas de conformidad de conexión también reservan el canal inalámbrico para la transmisión de datos. La línea de tiempo para este procedimiento de conformidad de conexión se ilustra en la figura 1.

Con el fin de permitir una cooperación en las redes de IEEE 802.11 existentes, la trama 101 de RTS se modifica para incluir la dirección del socio aparte de las direcciones del origen y del destino. Al recibir la RTS el destino envía una CTS 102 y a continuación el socio envía un autorización para enviar de socio (PCTS) 103. A continuación, el origen envía datos 104 (parciales) junto con el control 202 de errores hacia adelante (FEC) (por ejemplo, codificación Reed Solomon) tanto al dispositivo de retransmisión como al receptor. El destino recibe la trama 104 de datos con el FEC 202 pero no responde con un ACK inmediatamente. En cambio, el destino espera a que el socio transmita una segunda parte de los datos 105 con un nuevo FEC 203 o el mismo FEC que se envió por el origen. Todas las transmisiones van precedidas por el tiempo 201 de SIFS para tener en cuenta el tiempo de respuesta del transmisor/receptor que se rige por el PHY que está usándose. Los demás dispositivos usan el vector de asignación de red (NAV) actualizado por la "duración" guardada de las tramas recibidas (es decir, RTS, CTS. o PCTS) para diferir su transmisión. Los dispositivos que pueden escuchar al origen establecen sus NAV regidos por el campo de duración especificado en la RTS 101, y los dispositivos que escuchan al destino establecen sus NAV mediante el campo de duración especificado en la CTS 102. Los dispositivos que escuchan a un socio establecen sus NAV especificados por el campo de duración especificado en PCTS 103.

Si la CTS 102 falla entonces el protocolo CMAC es similar al protocolo de IEEE 802.11 y las reglas y normas que aplican a IEEE 802.11 se aplican a CMAC.

Si la transmisión de PCTS 103 falla, entonces el origen envía su trama 104 de datos en SIFS más un tiempo 301 de espera adicional al destino. Obsérvese que se muestra 1 tiempo 301 de ranura en la figura 3 como ejemplo de tiempo de espera. Al realizar esto, el origen refleja el nuevo campo de duración de modo que el medio pueda usarse inmediatamente por los dispositivos que están ocultos tanto del socio como del receptor. Esta situación se ilustra en la figura 3.

En general, un origen debe elegir un dispositivo de retransmisión como socio basándose en información tal como calidad de enlace entre el origen y el dispositivo de retransmisión, el dispositivo de retransmisión y el destino, y el origen y el destino o la topología de red. Sin embargo, incluso dada una mejor opción de socio por un origen, el socio puede no ser en realidad la mejor opción porque la toma de decisiones en el origen puede no realizarse con el conocimiento completo disponible. Es necesario remediar esta situación para incorporar socios en el proceso de toma de decisiones.

El artículo "Cooperative Wireless Communications: A Cross-Layer Approach" de Pei Liu et. al. da a conocer un método de comunicación de manera cooperativa en una red en la que los datos escuchados por nodos vecinos se usan para la reconstrucción del paquete de datos recibido.

El artículo "Power Aware cooperative relay selection strategies in wireless ad hoc networks" de Yan Chen et. al. describe estrategias de optimización de potencia en redes cooperativas.

La presente invención proporciona un sistema, un aparato, y un método para la selección automática de socio en un protocolo MAC cooperativo (CMAC) existente, que usa la conformidad de conexión de listo para enviar (RTS) , autorización para enviar (CTS) y autorización para enviar de socio (PCTS) para establecer la cooperación. La presente invención permite un "mejor" socio que también está dispuesto a cooperar para retransmitir información para el dispositivo de transmisión (es decir, el origen) , sin que el origen tome una decisión sobre la selección de socio.

Es decir, la presente invención proporciona un nuevo mecanismo mediante el cual el mejor dispositivo de retransmisión que también está dispuesto a cooperar "intervendrá" automáticamente sin la intervención del origen en la selección del socio.

Este mecanismo se basa en la competición y el socio se "selecciona" usando información local sólo de manera completamente distribuida.

La figura 1 ilustra el protocolo CMAC basándose en el conformidad de conexión de RTS/CTS/PCTS;

figura 2 Esquema básico para comunicaciones cooperativas;

la figura3 ilustra el fallo de PCTS en el que el emisor espera SIFS+unTiempodeRanura y transmite los datos al receptor y el receptor responde con un ACK;

la figura 4 ilustra una selección automática de socio, según la presente invención;

la figura 5 ilustra un dispositivo de CMAC, modificado según la presente invención; y la figura 6 ilustra un sistema de comunicaciones de CMAC, según la presente invención.

Los expertos en la técnica deben entender que las siguientes descripciones se proporcionan con fines ilustrativos y no limitativos. Pueden omitirse detalles innecesarios de funciones y estructura conocidas de las descripciones presentes para hacer más clara la presente invención.

En lugar de dejar que un origen seleccione un socio, la presente invención proporciona un sistema, un aparato, y un método que permiten a los dispositivos de retransmisión candidatos decidir si cooperan o no con el origen y su destino. Debe observarse que sólo esos dispositivos de retransmisión candidatos que pueden escuchar tanto al origen como al destino (es decir, próximos a ambos dispositivos) son "buenos" candidatos para ser socio. Puesto que el origen puede no tener información completa de proximidad de los dispositivos de retransmisión intermedios, es lógico que los dispositivos de retransmisión intermedios decidan si cooperan o no basándose en su información local.

El método de la presente invención se ilustra en la figura 4 e incluye las siguientes etapas:

1. el origen envía una trama 101 de RTS;

2. el destino envía una trama 102 de CTS que incluye información de enlace entre el origen y el destino (obtenida a partir de la trama 101 de RTS de la etapa 1) ;

3. cada dispositivo de retransmisión que recibe tanto una trama 101 de RTS como una trama 102 de CTS, realiza las etapas de:

a. calcular/estimar la calidad de enlaces entre el origen y él mismo (basándose en la trama 101 de RTS recibida) y entre el destino y él mismo (basándose en la trama 102 de CTS recibida) ,

b. basándose en la calidad de enlace calculada y en la información de enlace incluida en la trama 102 de CTS, clasificarse a sí mismo (excelente, bueno, malo) con el fin de ser un socio,

c. si el dispositivo de... [Seguir leyendo]

1. Sistema (600) de comunicación inalámbrica cooperativa, que comprende:

un protocolo MAC cooperativo, CMAC, que comprende:

- un control de errores hacia delante, FEC, para cada trama transmitida, y

- un procedimiento de conformidad de conexión, RTS/CTS/PCTS, de petición para enviar, RTS, autorización para enviar, CTS, y autorización para enviar de socio, PCTS, para un dispositivo (500.S.1) de origen y un dispositivo (500.D.1) de destino de dicho origen para solicitar cooperación de un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio de manera que sólo un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio que recibe tanto una RTS (101) transmitida por el dispositivo (500.S.1) de origen y una CTS (102) transmitida por el dispositivo (500.D.1) de destino decide basándose en una autoclasificación (501.2) si cooperar o no como socio con el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) para transmitir información entre los mismos; y

una pluralidad de dispositivos configurados para emplear el protocolo CMAC de manera que cada dispositivo puede ser cualquiera de un origen (500.S.1) , un destino (500.D. 1) y uno de retransmisión/socio (500.R.1-3) y una combinación de los mismos.

2. Sistema (600) según la reivindicación 1, en el que un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio de dicha pluralidad comprende además:

una memoria (501) local que almacena datos (501.1) de enlace recibidos en una trama de CTS (102) y una trama de RTS (101) , y datos (501.3) de autoclasificación;

un módulo (502.1) de decisión de asociación que incluye:

- un componente (502.1) de estimación de calidad para estimar y almacenar la calidad de enlaces como dichos datos (501.1) de enlace basándose en dichos datos (502.1) de enlace, y

- un componente (502.2) de clasificación para clasificar y almacenar la autoclasificación (501.2) del dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio como dispositivo de retransmisión/socio (500.R.1-3) candidato para retransmitir transmisiones entre el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) basándose en dichos datos (501.1) de enlace

un módulo (503) de participación de asociación para autoseleccionar, cuando dicha autoclasificación (501.2) es una de un conjunto de selección predeterminado de clasificaciones, para cooperar como socio (500.R.1-3) con el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) para transmitir información entre los mismos.

3. Sistema según la reivindicación 2, en el que dicho módulo (503) de participación de asociación está configurado además para incluir:

un componente (503.2) de origen que va a ejecutarse para controlar el dispositivo de retransmisión/socio como dispositivo (500.S.1) de origen; y un componente (503.3) de destino que va a ejecutarse para controlar el dispositivo de retransmisión/socio como dispositivo (500.D.1) de destino.

4. Sistema (600) según la reivindicación 2, en el que cuando no hay ningún dispositivo de retransmisión/socio candidato que se autoseleccione, el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) modifican una "duración de tiempo reservado" en sus respectivas tramas de DATA (104) y ACK (204) , en el que se libera de este modo un tiempo de canal no usado.

5. Sistema (600) según la reivindicación 2, en el que cuando dicho dispositivo de retransmisión/socio candidato se autoselecciona como socio (500.R.1-3) dicho socio (500.R.1-3) transmite un tono (402) de ocupado durante un periodo de tiempo basándose en la autoclasificación (501.2) y a continuación dicho socio (500.R.1-3) compite por la transmisión de una trama (103) de PCTS para indicar su disposición para actuar como dispositivo de retransmisión entre dichos origen (500.S.1) y destino (500.D.1) , en el que sólo un socio (500.R.1-3) autoseleccionado que no escucha el al menos un tono de ocupado compite por la transmisión de la trama (103) de PCTS y para evitar el conflicto entre los socios autoseleccionados competidores, cada socio autoseleccionado que no escucha el al menos un tono de ocupado ejecuta un componente (503.1) de retirada del módulo (503) de participación de asociación para esperar un tiempo de retirada seleccionado de manera aleatoria desde 1 hasta un número entero predeterminado N de ranuras

(401) libres antes de transmitir la trama (103) de PCTS.

6. Sistema (600) según la reivindicación 5, en el que dicha autoclasificación es una clasificación seleccionada del grupo que consiste en excelente, bueno y malo, siendo dicho conjunto de selección predeterminado de clasificaciones el grupo que consiste en excelente y bueno, transmitiendo un tono de ocupado correspondiente durante dos ranuras y una ranura.

7. Sistema (600) según la reivindicación 6, en el que el origen está configurado además para incluir un componente (503.2) de origen de manera que el origen ejecuta el componente de origen para proceder de la siguiente manera:

- si el componente (503.2) de origen no escucha un tono (402) de ocupado en espacio corto entre tramas, SIFS, + un tiempo de ranura después de una recepción de una trama (102) de CTS, el componente (503.2) de origen lleva a cabo la transmisión como en una situación no cooperativa basándose en la suposición de que no hay ningún socio;

- si el componente (503.2) de origen recibe correctamente una trama (103) de PCTS después de al menos un tono (402) de ocupado el componente (503.2) de origen lleva a cabo la transmisión cooperando con el dispositivo de retransmisión/socio (501.R.1-3) autoseleccionado como socio del mismo;

- si el componente (503.2) de origen recibe una trama (103) de PCTS con errores del socio (500.R.1-3) autoseleccionado después de al menos un tono (402) de ocupado el componente (503.2) de origen lleva a cabo la transmisión como en una situación no cooperativa e indica que no es necesaria la cooperación en una trama (104) de DATA transmitida posteriormente por el componente (503.2) de origen; y

- el socio (500.R.1-3) autoseleccionado sólo participa posteriormente como socio si el socio (500.R.1-3) autoseleccionado recibe tanto una trama (101) de RTS como una trama (104) de DATA que indican la necesidad de cooperación del origen (500.S.1) .

8. Método (400) para cooperar en un sistema (600) de comunicaciones inalámbrico, que comprende las etapas de:

proporcionar un protocolo MAC cooperativo, CMAC, que comprende las etapas de:

- incluir un control (202) de errores hacia adelante, FEC, para cada trama (104) de DATA transmitida,

- proporcionar un procedimiento de conformidad de conexión, RTS/CTS/PCTS, de petición para enviar, RTS, autorización para enviar, CTS, y autorización para enviar de socio, PCTS, para un dispositivo

(500.S.1) de origen y un dispositivo (500.D.1) de destino de dicho origen comprendiendo dicho procedimiento de conformidad de conexión las etapas de:

(a) solicitar cooperación de un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio tanto en una RTS (101) transmitida por el dispositivo (500.S.1) de origen como en una CTS (102) transmitida por el dispositivo (500.D.1) de destino;

(b) un dispositivo (500.R.1-3) de retransmisión/socio que recibe tanto la RTS (101) transmitida como la CTS (102) transmitida decidiendo basándose en una autoclasificación (501.2) si cooperar o no como socio con el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) para transmitir información entre los mismos; y

proporcionar una pluralidad de dispositivos (500) configurados para emplear el protocolo CMAC de manera que cada dispositivo puede ser cualquiera de un origen (500.S.1) , un destino (500.D.1) , uno de retransmisión/socio (500.R.1-3) y combinaciones de los mismos.

9. Dispositivo (500) para comunicación inalámbrica cooperativa, que comprende:

un protocolo MAC cooperativo, CMAC, que comprende-

- un control de errores hacia delante, FEC, (202) para cada trama transmitida,

- un procedimiento de conformidad de conexión, RTS/CTS/PCTS, de petición para enviar, RTS, autorización para enviar, CTS y autorización para enviar de socio, PCTS, para un dispositivo de origen para solicitar cooperación del dispositivo (500) de manera que sólo cuando el dispositivo (500) recibe tanto una RTS (101) transmitida por el dispositivo (500.S.1) de origen como una CTS (102) transmitida por un dispositivo (500.D.1) de destino de dicho dispositivo de origen el dispositivo (500) decide, basándose en una autoclasificación (501.2) , si cooperar o no como socio con el dispositivo (500.S.1) de

origen y el dispositivo (500.D.1) de destino para transmitir información entre los mismos; y un módulo de participación de asociación que emplea el protocolo CMAC para controlar el dispositivo (500) como cualquiera de un origen (500.S.1) , un destino (500.D.1) y uno de retransmisión/socio (500.R.1-3) y una combinación de los mismos.

10. Dispositivo (500) según la reivindicación 9, que comprende además:

una memoria (501) local que almacena datos (501.1) de enlace recibidos en una trama de CTS (102) y una trama de RTS (101) , y datos (501.2) de autoclasificación;

un módulo (502.1) de decisión de asociación que incluye:

- un componente (502.1) de estimación de calidad para estimar y almacenar la calidad de datos de enlace basándose en dichos datos (501.1) de enlace, y

- un componente (502.2) de clasificación para autoclasificar el dispositivo (500) y almacenar la autoclasificación (501.2) como dispositivo de retransmisión/socio (500.R.1-3) candidato para retransmitir transmisiones entre el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) basándose en dichos datos de enlace, calidad de datos (501.1) de enlace; y

un módulo (503) de participación de asociación para autoseleccionar el dispositivo (500) , cuando dicha autoclasificación (501.2) es una de un conjunto de selección predeterminado de clasificaciones, para cooperar como socio (500.R.1-3) con el origen (500.S.1) y el destino (500.D.1) para transmitir información entre los mismos.

11. Dispositivo (500) según la reivindicación 10, en el que dicho módulo (503) de participación de asociación está configurado además para incluir:

un componente (503.2) de origen que va a ejecutarse para controlar el dispositivo (500) como dispositivo (500.S.1) de origen; y un componente (503.3) de destino que va a ejecutarse para controlar el dispositivo (500) como dispositivo (500.D.1) de destino.

12. Dispositivo (500) según la reivindicación 10, en el que cuando dicho dispositivo se autoselecciona como socio (500.R.1-3) y no escucha el al menos un tono de ocupado:

dicho dispositivo (500) transmite un tono (402) de ocupado durante un periodo de tiempo basándose en la autoclasificación (501.2) ;

a continuación, para evitar el conflicto entre otros dispositivos autoseleccionados competidores, el dispositivo (500) ejecuta un componente (503.1) de retirada del módulo (501) de participación de asociación para esperar un tiempo de retirada seleccionado de manera aleatoria desde 1 hasta un número entero predeterminado N de ranuras (401) libres antes de transmitir la trama (103) de PCTS; y a continuación, el dispositivo compite por la transmisión de una trama (103) de PCTS para indicar su disposición para actuar como dispositivo de retransmisión.

13. Dispositivo (500) según la reivindicación 12, en el que dicha autoclasificación es una clasificación seleccionada del grupo que consiste en excelente, bueno y malo, dicho conjunto de selección predeterminado de clasificaciones es el grupo que consiste en excelente y bueno, que tiene una duración de transmisión de tono de ocupado correspondiente de dos ranuras y una ranura.

14. Dispositivo (500) según la reivindicación 13, en el que:

el módulo (503) de participación de asociación comprende además un componente (503.2) de origen configurado de manera que cuando el dispositivo (500) está actuando como dispositivo (500.S.1) de origen-

- si el componente (503.2) de origen no escucha un tono (402) de ocupado en SIFS, espacio corto entre tramas, + un tiempo de ranura después de una recepción de una trama (102) de CTS desde un dispositivo (500.D.1) de destino, el componente (503.2) de origen lleva a cabo la transmisión como en una situación no cooperativa basándose en la suposición de que no hay ningún dispositivo de socio disponible, y

- si el componente (503.2) de origen recibe correctamente una trama (103) de PCTS desde un socio

(501.R.1-3) autoseleccionado después de al menos un tono (402) de ocupado el componente (503.2) de origen lleva a cabo la transmisión cooperando con el socio (501.R.1-3) autoseleccionado que transmitió la trama (103) de PCTS, y - si el componente (503.2) de origen recibe una trama (103) de PCTS con errores desde un socio (500.R.1-3) autoseleccionado después de al menos un tono (402) de ocupado, el componente (503.2) de origen lleva a cabo la transmisión como en una situación no cooperativa e indica que no es necesaria la cooperación en la trama (104) de DATA transmitida posteriormente por el componente (503.2) de origen; y el dispositivo (500) como socio (500.R.1-3) autoseleccionado sólo participa como socio si el dispositivo (500) recibe tanto una trama (101) de RTS como una trama (104) de DATA que indican la necesidad de cooperación del origen (500.S.1) .