Aparato que va a seleccionarse como un nodo cooperativo al que va a transmitirse una señal desde un nodo de origen,

estando adaptado dicho aparato (21-23) para determinar en una primera fase de un proceso de retardo de envío un primer número de retardo de envío basándose en una condición de canal para dicho nodo (10) de origen, y para determinar en una segunda fase posterior de dicho proceso de retardo de envío al menos un segundo número de retardo de envío basándose en una condición de canal posterior para dicho nodo (10) de origen y basándose en una reacción de al menos uno de dicho nodo (10) de origen y otros nodos cooperativos candidatos en dicha primera fase de dicho proceso de retardo de envío

Selección rápida de nodos cooperativos

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a aparatos, a un sistema y a un método para seleccionar al menos un nodo cooperativo en un sistema de transmisión tal como, pero sin limitarse a, una red de área local inalámbrica (WLAN) .

Antecedentes de la invención

Las redes de área local inalámbricas (WLAN) tal como se definen por ejemplo en las especificaciones de IEEE

802.11 son casi omnipresentes en la actualidad. La norma 802.11 obliga a que todas las estaciones implementen una función de coordinación distribuida (DCF) que es una forma de acceso múltiple por detección de portadora con evitación de colisión (CSMA/CA) . CSMA/CA es un protocolo basado en contienda que asegura que todas las estaciones detecten en primer lugar el medio antes de transmitir. El objetivo principal es evitar que las estaciones transmitan al mismo tiempo, lo que da como resultado colisiones y retransmisiones correspondientes. Si una estación que desea enviar una trama detecta energía por encima de un umbral específico en el medio (lo que podría significar la transmisión de otra estación) , la estación que desea acceder esperará hasta que el medio esté inactivo antes de transmitir la trama. El aspecto de evitación de colisión del protocolo se refiere al uso de acuses de recibo que envía una estación de recepción a la estación de envío para verificar la recepción libre de errores. Aunque de una forma más compleja, este proceso de acceder al medio puede considerarse como un encuentro en el que todos son amables y las personas solo hablan cuando nadie más lo hace. Además, los participantes que entienden lo que la persona está diciendo asienten con la cabeza indicando que están de acuerdo.

La tecnología de retransmisión de múltiples saltos, en la que una señal se retransmite a través de diversos nodos de red, es una solución prometedora para futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas ad hoc y celulares, tales como por ejemplo WLAN o redes de sensores, con el fin de lograr una cobertura más amplia y mitigar una deficiencia de canales inalámbricos sin la necesidad de usar mucha potencia en el transmisor. Recientemente, un nuevo concepto que está estudiándose activamente en redes de múltiples saltos aumentadas es la diversidad cooperativa de múltiples usuarios, en la que varios terminales o nodos de red forman una especie de coalición para ayudarse entre sí con la transmisión de sus mensajes. En general, los sistemas de retransmisión cooperativa tienen un nodo de origen que multidifunde un mensaje a un número de nodos o retransmisiones cooperativos, que a su vez envían de nuevo una versión procesada al nodo de destino previsto. El nodo de destino combina la señal recibida desde las retransmisiones, posiblemente también teniendo en cuenta la señal original de la fuente.

En S. Shankar et al., “Cooperative communication MAC (CMAC) - A New MAC protocol for Next Generation Wireless LANs”, IEEE WireComm, junio de 2005, y Bletsas et al., “A Simple Cooperative Diversity Method based on Network Path Selection”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications, marzo de 2006. (MIT) , se describen dos métodos que se basan en el denominado “proceso de retardo de envío” (backoff process) que se usa ampliamente en sistemas de comunicaciones inalámbricos, especialmente en sistemas de WLAN y WPAN como IEEE 802.11 e IEEE 802.15 así como sistemas de comunicaciones cableados, tales como IEEE 802.3 (Ethernet) . El proceso de retardo de envío se usa en sistemas de comunicaciones para un acceso aleatorio a un canal entre una serie de múltiples estaciones de contienda, tal como se indica por ejemplo en D. Bertsekas y R. Gallager, “Data Networks”, capítulo 4, Prentice Hall, 1992. Habitualmente se combina con el protocolo de CSMA. Se ha introducido el proceso de retardo de envío para permitir un acceso justo a un canal por todas las estaciones participantes y para ajustar las transmisiones según el nivel de congestión de red de una manera distribuida.

Antes de que una estación inicie una transmisión, selecciona un número de retardo de envío aleatorio, BO, dentro de determinadas ventanas de contienda (CW) , es decir [0, CW]. Una estación selecciona el número aleatorio, BO, uniformemente a través de la ventana de contienda para lograr un acceso justo al canal. Si una estación descubre después de enviar un paquete que la transmisión resultó en una colisión porque otras estaciones estaban transmitiendo, la estación duplicará su ventana de contienda a 2*CW y repetirá el proceso. Para descubrir una colisión, una estacón o bien usa un conjunto de circuitos de detección de colisión o se basa en el receptor para informarlo.

El proceso de retardo de envío puede usarse de nuevo para el propósito de selección de un nodo cooperativo. En ambas soluciones se diseña solamente un proceso de retardo de envío de una sola fase. En Bletsas et al., “A Simple Cooperative Diversity Method based on Network Path Selection”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications, marzo de 2006. (MIT) , se sugiere que el proceso de retardo de envío se use de nuevo para la selección de un mejor nodo cooperativo.

En A. Bletsas et al., “A Simple Distributed Method for Relay Selection in Cooperative Diversity Wireless Networks, based on Reciprocity and Channel Measurements”, Vehicular Technology Conference 2005. VTC 2005-SPRING, páginas 1484-1488, publicado el 30.05.2005 se propone un método para retransmitir la selección en una red inalámbrica cooperativa que se basa en el procedimiento de retardo de envío. Todas las retransmisiones iniciarán su temporizador con un valor inicial, inversamente proporcional a la calidad de canal de extremo a extremo. La “mejor” retransmisión es aquélla cuyo temporizador se reduce a cero en primer lugar. El resto de las retransmisiones se retardarán.

La figura 2 muestra un diagrama de flujo de una operación básica según el proceso de retardo de envío que puede usarse para seleccionar un nodo cooperativo. En este caso según su condición de canal instantánea, cada nodo cooperativo determina en la etapa S101 un número de retardo de envío (BO) que es inversamente proporcional a la condición de canal instantánea (CC) con un factor de lambda. A continuación detecta el canal y si determina en el procedimiento de bucle de las etapas S102 a S105 que el canal está inactivo durante BO ranuras, entonces inicia una transmisión en la etapa S106. Por el contrario, si determina en la etapa S103 que el canal está ocupado, se aplaza y espera hasta que el canal esté inactivo de nuevo. Por eso un nodo cooperativo con la mejor condición de canal determinará un número de BO más pequeño y aprovechará el canal cuando el canal esté inactivo durante BO ranuras.

Mientras que este método es sencillo de implementar y puede aceptarse fácilmente porque el proceso de retardo de envío es bastante conocido, tiene la dificultad de elegir un factor lambda apropiado. Esto se debe a que la distribución de nodos cooperativos en realidad es desconocida y es muy poco probable que siga una distribución uniforme. Además, podría darse el caso de que todos los nodos cooperativos tengan o bien una condición de canal muy buena o bien una condición de canal muy mala. Por ejemplo, si los nodos cooperativos tienen una distribución logarítmica normal pero con diferentes valores medios, tiene que elegirse un número grande para el factor lambda para reducir una posible colisión entre los nodos cooperativos con distribuciones desconocidas. Sin embargo, se aumentará la sobrecarga porque un lambda más grande significa un número de BO más grande y un tiempo inactivo más largo antes de la contienda.

Esto conlleva al problema de que el proceso de retardo de envío apunta hacia una arbitración justa de estaciones que compiten mientras se pretende que no sea justo en la selección de un mejor nodo cooperativo. Por tanto la aplicación del proceso de retardo de envío sin conocer la distribución de nodos cooperativos no será eficaz. Si por ejemplo los nodos cooperativos tienen condiciones de canal relativas fuertes, un valor de lambda de por ejemplo 27 puede dar como resultado una selección exitosa del 95% de los mejores nodos cooperativos con un retardo promedio de por ejemplo 10 ranuras. Por el contrario, si los nodos cooperativos tienen condiciones de canal relativas débiles, el valor de lambda anterior de 27 puede dar como resultado una selección exitosa del 96% aunque el retardo promedio en la selección... [Seguir leyendo]

1. Aparato que va a seleccionarse como un nodo cooperativo al que va a transmitirse una señal desde un nodo de origen, estando adaptado dicho aparato (21-23) para determinar en una primera fase de un proceso de retardo de envío un primer número de retardo de envío basándose en una condición de canal para dicho nodo (10) de origen, y para determinar en una segunda fase posterior de dicho proceso de retardo de envío al menos un segundo número de retardo de envío basándose en una condición de canal posterior para dicho nodo (10) de origen y basándose en una reacción de al menos uno de dicho nodo (10) de origen y otros nodos cooperativos candidatos en dicha primera fase de dicho proceso de retardo de envío.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho aparato (21 a 23) está adaptado para determinar basándose en dicha reacción de dicho nodo (10) de origen al final de cada fase de retardo de envío, si una fase actual de dicho proceso de retardo de envío fue exitosa.

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que dicho aparato (21 a 23) está adaptado para determinar si dicha fase actual fue exitosa, basándose en al menos una de una ausencia de una respuesta desde dicho nodo

(10) de origen y una reacción realizada por otro nodo cooperativo candidato.

4. Aparato según la reivindicación 2, en el que dicho aparato (21 a 23) está adaptado para determinar si dicha fase actual fue exitosa, basándose en una realimentación desde dicho nodo (10) de origen a nodos cooperativos al final de de dicha primera fase, comprendiendo dicha realimentación información acerca de si se realizó con éxito una selección de un nodo cooperativo o en qué ranura ha fallado dicha selección.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que dicha realimentación desde dicho nodo (10) de origen comprende una información que indica qué nodos cooperativos se excluyen de dicha segunda fase de dicho proceso de retardo de envío.

6. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho aparato (21 a 23) está adaptado para determinar dicho segundo número de retardo de envío basándose en una información obtenida de la determinación de si dicha fase actual fue exitosa.

7. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho aparato (21 a 23) está adaptado para usar un número de ranuras inactivas en dicha primera fase de dicho proceso de retardo de envío para calcular un número de condición de canal correspondiente.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que dicho aparato (21 a 23) está adaptado para sustraer dicho número de condición de canal correspondiente de un número de condición de canal original de dicha primera fase con el fin de calcular dicho segundo número de retardo de envío.

9. Aparato según la reivindicación 7 u 8, en el que una realimentación desde dicho nodo (10) de origen comprende un nuevo valor sugerido de un factor que va a combinarse con dicho número de condición de canal correspondiente para obtener dicho segundo número de retardo de envío.

10. Aparato para seleccionar al menos un nodo cooperativo al que va a transmitirse una señal desde dicho aparato (10) , estando adaptado dicho aparato (10) para iniciar una primera fase de un proceso de retardo de envío en el que los nodos (21 a 23) cooperativos candidatos determinan números de retardo de envío según sus condiciones de canal para dicho aparato (10) , y para iniciar una segunda fase posterior de dicho proceso de retardo de envío si dicha primera fase no fue exitosa o si debe seleccionarse un segundo nodo cooperativo.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que dicho aparato (10) está adaptado para:

- generar una respuesta para dichos nodos (21 a 23) cooperativos candidatos en respuesta a una detección de una colisión durante dicha primera fase de dicho proceso de retardo de envío, y/o, - proporcionar una realimentación a dichos nodos (21 a 23) cooperativos candidatos al final de dicha primera fase, indicando dicha realimentación si dicha selección de dicho nodo cooperativo se realizó con éxito o en qué ranura ha fallado dicha selección.

12. Aparato según la reivindicación 11, en el que dicha realimentación comprende una de: - una información que indica qué nodos cooperativos se excluyen de dicha segunda fase de dicho proceso de retardo de envío, y

- un nuevo valor sugerido de un factor que va a combinarse con dicho número de condición de canal correspondiente para obtener un número de retardo de envío en dichos nodos (21 a 23) cooperativos candidatos.

13. Método para seleccionar al menos un nodo cooperativo de múltiples nodos (21 a 23) cooperativos para recibir una señal desde un nodo (10) de origen, comprendiendo dicho método al menos dos fases de un proceso de retardo de envío en el que dichos nodos (21 a 23) cooperativos candidatos determinan números de retardo de envío respectivos según sus condiciones de canal para dicho nodo (10) de origen, en el que dicha segunda fase se realiza si dicha primera fase no fue exitosa o si debe seleccionarse un segundo nodo cooperativo.

14. Producto de programa informático que comprende medios de código para producir las etapas del método de la reivindicación 13 cuando se ejecuta en un dispositivo informático.

15. Sistema para seleccionar al menos un nodo cooperativo de múltiples nodos (21 a 23) cooperativos comprendiendo cada uno un aparato según la reivindicación 1, en el que dicho sistema comprende además un aparato según la reivindicación 10 en un nodo (10) de origen desde el que va a transmitirse una señal a dicho al menos un nodo cooperativo.