Procedimiento para acceder a un canal de comunicación compartido para redes de comunicación inalámbricas.

Procedimiento para acceder a un canal de comunicación compartido de una red de comunicación (1) formadapor una pluralidad de nodos (2) conectados por medio de dicho canal de comunicación,

comprendiendo dichoprocedimiento un procedimiento de establecimiento de red y un procedimiento de operación, incluyendo elprocedimiento de establecimiento de red las etapas siguientes:

- definir una sucesión de tramas de prioridad (10), estando cada trama de prioridad formada por una pluralidadde ranuras de prioridad (12);

- para cada ranura de prioridad, asignar a cada nodo un respectivo nivel de prioridad para definir, para cadanodo, una respectiva sucesión preestablecida de niveles de prioridad;

- definir una sucesión de tramas de comunicación (6), estando cada trama de comunicación formada por unasucesión de ranuras de comunicación (8), estando cada ranura de comunicación asociada a unacorrespondiente ranura de prioridad (12), en el que las sucesiones de tramas de prioridad (10) se compartende una manera distribuida por dichos nodos (2), sin necesidad de recurrir a una estación base;

determinar, para cada nodo, una respectiva fracción de banda, que indica una respectiva fracción de una banda detransmisión asociada al canal de comunicación; y en el que dicha etapa destinada a asignar a cada nodo unrespectivo nivel de prioridad comprende, para cada ranura de prioridad, asignar a cada nodo considerado de entredichos nodos un respectivo nivel de prioridad que es una función de la fracción de banda determinada para dichonodo considerado;

siendo el procedimiento de operación posterior a dicho procedimiento de establecimiento de red e incluyendo lasetapas siguientes:

- detectar (32; 94, 96, 100), por un primer nodo, un estado del canal de comunicación durante un intervalo detiempo de detección Tg, siendo dicho intervalo de tiempo una función del nivel de prioridad asignado al primernodo, siendo dicho estado alternativamente libre, en caso de que el primer nodo no detecte ningunatransmisión por otros nodos, u ocupado, en caso de que el primer nodo detecte una transmisión de al menosun nodo adicional; y

- si el estado detectado durante dicho intervalo de tiempo de detección Tg es libre, acceder (36; 104), por elprimer nodo, al canal de comunicación, transmitiendo un paquete de datos.

Procedimiento para acceder a un canal de comunicación compartido para redes de comunicación inalámbricas.

La presente invención se refiere a un procedimiento para acceder a un canal de comunicación compartido para redes de comunicación.

Tal como se conoce, dada una red de comunicación 1 formada por una pluralidad de nodos 2 (figura 1) y dado un medio físico (no ilustrado) que se conecta entre sí dichos nodos 2 definiendo un canal de comunicación con una cierta capacidad, hasta ahora hay disponibles los denominados “protocolos de acceso al canal”, es decir, protocolos que permiten que los nodos 2 se comuniquen entre sí a través del canal de comunicación, compartiendo la capacidad de los mismos. Los protocolos de acceso al canal también se denominan “protocolos de acceso al medio”.

De conformidad con el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos de la Organización Internacional de Normalización (ISO-OSI) por capas conocido, dichos protocolos de acceso al canal pertenecen a la denominada “capa de enlace de datos”, también denominada “capa dos”. Más precisamente, dichos protocolos de acceso al canal pertenecen a una subcapa de capa dos, conocida como “subcapa de control de acceso al medio (MAC) ”. Puesto que los protocolos de acceso al canal van por debajo de la denominada subcapa de MAC, también se les denomina, por motivos de brevedad, “protocolos de MAC”.

En mayor detalle, con el fin de comunicarse, los nodos 2 acceden el canal de comunicación, es decir, transmiten señales (normalmente, señales eléctricas o electromagnéticas) a través del canal de comunicación. Dichas señales transportan información.

En general, es común denominar la información transmitida por los nodos 2 como “paquetes de datos”, o también, por motivos de brevedad, simplemente como “paquetes”. Los protocolos de acceso al canal prevén un control de los accesos de los nodos 2 y, en particular, el envío de los paquetes con el fin de optimizar un aprovechamiento de la capacidad del canal de comunicación y reducir la probabilidad de que se produzcan colisiones, es decir, interferencia entre señales transmitidas por diferentes nodos 2.

Entre los protocolos de MAC hasta ahora conocidos, hay presentes algunos protocolos particulares que permiten, normalmente de una manera implícita, una asignación a cada nodo 2 de un respectivo nivel de prioridad. En otras palabras, dichos protocolos particulares garantizan que el acceso al canal de comunicación por cada nodo se produzca según el respectivo nivel de prioridad de tal manera que los nodos que presentan niveles de prioridad altos se ven favorecidos para acceder al canal de comunicación en comparación con los nodos que presentan niveles de prioridad bajos, permitiendo así una implementación, por ejemplo, de mecanismos de calidad de servicio (QoS) de tipo determinístico, o bien implementando denominadas “clases de servicio de prioridad” (CoS) .

A modo de ejemplo, se conoce el denominado protocolo de “acceso múltiple por división de tiempo” (TDMA) , que se usa ampliamente tanto en el caso de redes de comunicación como en el caso de redes de comunicación inalámbricas.

El protocolo TDMA prevé que los nodos 2 de la red de comunicación 1 presenten respectivas direcciones de MAC y se sincronicen en una primera aproximación, por ejemplo por medio de la utilización del sistema de posicionamiento global (GPS) . Además, el protocolo TDMA prevé que el canal de comunicación sea del tipo dividido en ranuras de tiempo elementales, es decir, del denominado tipo “con ranuras de tiempo”. De hecho, tal como se ilustra en detalle en la figura 2, el protocolo TDMA prevé la definición en el tiempo de una sucesión de tramas de comunicación 3, estando cada trama de comunicación formada a su vez por un número N de ranuras de tiempo 4 consecutivas de igual duración d, dentro de las cuales los nodos 2 pueden transmitir. En particular, normalmente dentro de una única ranura de tiempo 4 (también denominada simplemente como “ranura”) , puede comunicarse un único nodo 2.

Para impedir que se produzcan colisiones, es decir, para impedir que dos nodos 2 transmitan respectivos paquetes en una misma ranura 4, con la consiguiente interferencia y pérdida de información, el protocolo TDMA prevé que los nodos 2 estén coordinados (normalmente, por un nodo maestro) de tal manera que se establezca, para cada ranura 4 considerada, un correspondiente nodo 2, que tiene derecho a transmitir un paquete propio en la ranura 4 considerada. En otras palabras, dada una trama de comunicación 3 considerada, se establecen N asociaciones de antemano entre las ranuras 4 de la trama de comunicación considerada y N correspondientes nodos 2. Todavía en otras palabras, cada ranura 4 está reservada para el correspondiente nodo 2. Normalmente, las asociaciones se establecen por un nodo central. Además, generalmente las asociaciones establecidas se mantienen válidas también para las tramas de comunicación posteriores.

De manera operativa, asociar una ranura dada a un nodo 2 dado significa que, durante la ranura dada, el nodo 2 dado tiene un nivel de prioridad máximo, mientras que los otros nodos 2 presentan un nivel de prioridad cero, sin permiso para transmitir. Además, según el protocolo TDMA, es posible asociar un mismo nodo 2 a varias ranuras 4, lo que equivale a aumentar el nivel de prioridad del propio nodo 2 con respecto a los otros nodos 2.

Por tanto, el protocolo TDMA permite una división de una manera determinística de la banda del canal de comunicación entre los nodos 2. Sin embargo, en caso de que uno o más nodos 2 no transmitan ningún paquete durante la correspondiente ranura 4, hay una falta de aprovechamiento del canal de comunicación, a menos que se implementen mecanismos de reasignación. En otras palabras, la introducción de los niveles de prioridad introduce la posibilidad de que la capacidad de transmisión del canal de comunicación no se aproveche de una manera óptima.

Una vez más a modo de ejemplo, y con referencia particular al caso de redes de comunicación inalámbricas, ese conoce asimismo el denominado acceso al canal distribuido mejorado (EDCA) , que se define en la norma IEEE 802.11e. El protocolo EDCA representa una variante del protocolo de acceso múltiple por detección de portadora con evitación de colisión (CSMA/CA) conocido, que se utiliza, entre otras cosas, por las normas de la familia IEEE 802.11, denominadas comúnmente normas Wi-Fi/WLAN.

En particular, según el protocolo EDCA, el canal de comunicación no se divide en ranuras de tiempo elementales. Además, en cada instante de tiempo considerado el canal de comunicación presenta un estado; dicho estado es libre si, durante el instante de tiempo considerado, ningún nodo 2 está transmitiendo; en caso contrario, es ocupado.

En detalle, cuando un nodo emisor de entre los nodos 2 de la red de comunicación 1 tiene tráfico (información) que transmitir, detecta el estado del canal de comunicación durante un primer intervalo de tiempo. En caso de que el estado sea libre, es decir, en caso de que ningún nodo 2 haya transmitido durante el primer intervalo de tiempo, el nodo emisor detecta el estado del canal de comunicación durante un segundo intervalo de tiempo, y posteriormente, en caso de que el estado sea libre también durante el segundo intervalo de tiempo, accede al canal de comunicación, es decir, transmite un paquete nuevo. En cambio, en caso de que el nodo emisor detecte una transmisión por otro nodo 2 durante los intervalos de tiempo primero o segundo, se abstiene de transmitir y empieza de nuevo a detectar el estado del canal de comunicación, iterando las operaciones descritas.

El protocolo EDCA prevé además que, tras la recepción de cualquier paquete por un nodo receptor de entre los nodos 2 de la red de comunicación 1, el nodo receptor envía posiblemente un paquete para acusar recibo de la recepción del paquete, conocido generalmente como paquete de ACK. Por consiguiente, para verificar que la transmisión del paquete nuevo se ha realizado correctamente, el nodo emisor espera, después de haber transmitido el paquete nuevo, a recibir un correspondiente paquete de ACK. En caso de que el nodo emisor reciba el correspondiente paquete de ACK dentro de un tiempo preestablecido, considera que el paquete nuevo se ha transmitido correctamente; en caso contrario, el nodo emisor deduce que se ha producido una colisión. En este caso, el nodo emisor itera las operaciones descritas previamente con el fin de volver a transmitir el paquete nuevo.

Según el protocolo EDCA, los nodos 2 tienen a su disposición,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para acceder a un canal de comunicación compartido de una red de comunicación (1) formada por una pluralidad de nodos (2) conectados por medio de dicho canal de comunicación, comprendiendo dicho procedimiento un procedimiento de establecimiento de red y un procedimiento de operación, incluyendo el procedimiento de establecimiento de red las etapas siguientes:

- definir una sucesión de tramas de prioridad (10) , estando cada trama de prioridad formada por una pluralidad de ranuras de prioridad (12) ;

- para cada ranura de prioridad, asignar a cada nodo un respectivo nivel de prioridad para definir, para cada nodo, una respectiva sucesión preestablecida de niveles de prioridad;

- definir una sucesión de tramas de comunicación (6) , estando cada trama de comunicación formada por una sucesión de ranuras de comunicación (8) , estando cada ranura de comunicación asociada a una correspondiente ranura de prioridad (12) , en el que las sucesiones de tramas de prioridad (10) se comparten de una manera distribuida por dichos nodos (2) , sin necesidad de recurrir a una estación base;

determinar, para cada nodo, una respectiva fracción de banda, que indica una respectiva fracción de una banda de transmisión asociada al canal de comunicación; y en el que dicha etapa destinada a asignar a cada nodo un respectivo nivel de prioridad comprende, para cada ranura de prioridad, asignar a cada nodo considerado de entre dichos nodos un respectivo nivel de prioridad que es una función de la fracción de banda determinada para dicho nodo considerado;

siendo el procedimiento de operación posterior a dicho procedimiento de establecimiento de red e incluyendo las etapas siguientes:

- detectar (32; 94, 96, 100) , por un primer nodo, un estado del canal de comunicación durante un intervalo de tiempo de detección Tg, siendo dicho intervalo de tiempo una función del nivel de prioridad asignado al primer nodo, siendo dicho estado alternativamente libre, en caso de que el primer nodo no detecte ninguna transmisión por otros nodos, u ocupado, en caso de que el primer nodo detecte una transmisión de al menos un nodo adicional; y

- si el estado detectado durante dicho intervalo de tiempo de detección Tg es libre, acceder (36; 104) , por el primer nodo, al canal de comunicación, transmitiendo un paquete de datos.

2. Procedimiento de acceso según la reivindicación 1, en el que dicha etapa destinada a asignar a cada nodo, para cada ranura de prioridad, un respectivo nivel de prioridad comprende asignar a cada nodo niveles de prioridad, de manera que la respectiva sucesión preestablecida de niveles de prioridad sea periódica.

3. Procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho intervalo de tiempo de detección Tg transcurre partiendo de un instante de inicio de una ranura de comunicación considerada de entre dichas ranuras de comunicación, siendo dicho nivel de prioridad de transmisión asignado al primer nodo (2) el nivel de prioridad asignado al primer nodo en la ranura de prioridad que corresponde a la ranura de comunicación considerada.

4. Procedimiento de acceso según la reivindicación 3, en el que dichas tramas de comunicación (6) y dichas tramas de prioridad (10) son sincrónicas.

5. Procedimiento de acceso según la reivindicación 4, en el que dichas tramas de comunicación (6) y dichas tramas de prioridad (10) presentan una única y la misma duración de trama, y en el que cada ranura de comunicación (8) está alineada temporalmente con respecto a la correspondiente ranura de prioridad (12) .

6. Procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho intervalo de tiempo de detección Tg es además una función de un tiempo de propagación que corresponde a una distancia admisible máxima entre dos nodos cualesquiera de entre dichos nodos (2) .

7. Procedimiento de acceso según la reivindicación 6, en el que la duración de cada ranura de comunicación (8) es una función de dicho tiempo de propagación y de un número de posibles niveles de prioridad.

8. Procedimiento de acceso según la reivindicación 7, en el que dichos nodos (2) están configurados para transmitir paquetes de datos que presentan tamaños no mayores que un tamaño máximo, y en el que la duración de cada ranura de comunicación (8) es además una función de dicho tamaño máximo.

9. Procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que dicha etapa destinada a acceder (104) al canal de comunicación se ejecuta de manera asíncrona con respecto a las tramas de prioridad (10) .

10. Procedimiento de acceso según la reivindicación 9, en el que dicha etapa de detectar (94, 96, 100) un estado del canal de comunicación comprende las etapas siguientes:

- ejecutar, por el primer nodo (2) , una primera detección (96) del estado del canal de comunicación durante un primer tiempo Tfi, siendo dicho primer tiempo una función del nivel de prioridad de transmisión asignado al primer nodo;

-extraer (92) , de una manera pseudoaleatoria, un segundo tiempo desde una ventana de tiempo CWE, siendo 10 dicha ventana de tiempo CWE una función del nivel de prioridad de transmisión asignado al primer nodo;

- ejecutar (100) , por el primer nodo, una segunda detección del estado del canal de comunicación durante dicho segundo tiempo;

y en el que dicha etapa de acceder (104) al canal de comunicación se ejecuta en caso de que el primer nodo detecte el estado libre tanto durante el primer tiempo Tfi como durante el segundo tiempo.

11. Procedimiento de acceso según la reivindicación 10, que comprende además la etapa que consiste en:

- esperar (106; 106a) , por el primer nodo (2) , un paquete de acuse de recibo relativo al paquete de datos transmitido.

12. Procedimiento de acceso según la reivindicación 11, que comprende además las etapas que consisten en:

- en caso de que no se reciba dicho paquete de acuse de recibo por el primer nodo (2) , aumentar (112) la duración temporal de la ventana de tiempo CWE;

- en caso de que se reciba dicho paquete de acuse de recibo por el primer nodo, reducir (110) la duración

temporal de la ventana de tiempo CWE. 30

13. Procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la etapa destinada a detectar (94, 96, 100) el estado del canal de comunicación se activa mediante una generación del paquete de datos, y en el que, si el estado detectado durante el intervalo de tiempo de detección es libre, se ejecuta la etapa destinada a determinar un intervalo de tiempo de oportunidad TOi y, en caso de que se genere un paquete de datos adicional

dentro de dicho intervalo de tiempo de oportunidad TOi, transmitir el paquete de datos adicional sin detectar adicionalmente el estado del canal de comunicación.

14. Procedimiento de acceso según la reivindicación 13, en el que dicho intervalo de tiempo de oportunidad TOi está

comprendido entre un instante de acceso al canal de comunicación, en el que el primer nodo (2) accede al canal de 40 comunicación, y un instante de modificación del nivel de prioridad asignado al primer nodo.

15. Procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, que comprende la etapa destinada a detectar, por el primer nodo (2) , la presencia del paquete de datos en un instante de paquete listo; siendo dicho nivel de prioridad de transmisión asignado al primer nodo (2) el nivel de prioridad asignado al primer nodo en el instante 45 de paquete listo.

16. Procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, en el que dichos nodos (2) están configurados para transmitir paquetes de datos que presentan tamaños no mayores que un tamaño máximo, y en el que la duración de cada ranura de prioridad (12) es además una función de dicho tamaño máximo.

17. Nodo para una red de comunicación, configurado para implementar el procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

18. Red de comunicación, que comprende una pluralidad de nodos según la reivindicación 17. 55

19. Producto de software que puede cargarse en una memoria de un nodo de una red de comunicación y está configurado para implementar, cuando se ejecuta, el procedimiento de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.