Establecimiento de prioridades de acuses de recibo en redes inalámbricas.

Una interfaz de comunicación para proporcionar la prioritización de paquetes de acuse de recibo,

ACK, quecomprende:

un soporte de radio de ACK (342) para transmitir señales ACKs, incluyendo el soporte de radio de ACK una memoriaintermedia de transmisión (Tx) de ACK (314) configurada para poner en cola de espera las señales de acuse de reciboACKs a transmitirse;

un soporte de radio de datos (352) para transmitir paquetes de datos, incluyendo el soporte de radio de datos unamemoria intermedia de Tx de datos (314) configurada para poner en cola de espera paquetes de datos a transmitirse yla lógica de control (350) acoplada al soporte de radio de ACK y el soporte de radio de datos y configurada para:

transmitir señales ACKs con una tasa de errores de bloques más baja, BLER, en comparación con la BLER de paquetesde datos transmitidos y

estando caracterizada la interfaz de comunicación por la asignación de una prioridad cada vez más alta a las señalesACKs que están siendo retransmitidas en un número de veces cada vez mayor.

Establecimiento de prioridades de acuses de recibo en redes inalámbricas

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La demanda de repetición automática (ARQ) es un método para control de errores en la transmisión de datos. Cuando se detecta un error de paquete por un receptor, se envía automáticamente una demanda al transmisor para retransmitir el paquete. Este proceso se repite hasta que se reciba el paquete sin un error o el error continúe más allá de un número predeterminado de retransmisiones. El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) es un protocolo de estilo de ARQ convencional que se utiliza junto con el Protocolo de Internet (IP) para transmitir paquetes de información. Mientras el protocolo IP gestiona la entrega real de los datos, TCP es un protocolo de transporte fiable, orientado a la conexión, que mantiene un registro de los paquetes individuales que comprenden un mensaje y utiliza paquetes de acuse de recibo (ACKs) en un intento de asegurar que los paquetes lleguen adecuadamente a su destino. Una vez transmitido un paquete de información, se espera una respuesta en la forma de un acuse de recibo ACK desde el receptor como una confirmación de que el paquete fue recibido.

Debido a los retrasos en un sistema de comunicación, no suele ser práctico enviar un paquete único de datos y esperar un acuse de recibo ACK antes de enviar más datos. De este modo, el protocolo TCP utiliza una funcionalidad de ‘ventana” en donde una determinada cantidad de datagramas o bytes de datos puede transmitirse sin recibir ningún acuse de recibo ACKs. Una vez alcanzado el límite de datos, no se pueden transmitir más datos hasta que se reciban acuses de recibo ACKs. Esta ventana es la mínima de la ventana de congestión (cwnd) y la ventana advertida (awnd) y representa la cantidad de datos, sin acuse de recibo, que transmite el remitente. La ventana awnd está negociada entre el cliente y la red, en la iniciación de una sesión de TCP, mediante una operación de diálogo y se fija, en última instancia, en el extremo del cliente, donde se define la ventana awnd. La ventana awnd representa efectivamente la cantidad de datos, sin acuse de recibo, en el sistema bajo condiciones libres de errores y de estado permanente. En condiciones operativas típicas, en particular al inicio del flujo de TCP, la ventana de congestión (cwnd) puede limitar la cantidad global de datos, sin acuse de recibo, que transmite el remitente. La ventana cwnd se aumenta cada vez que se recibe un acuse de recibo ACK y se disminuye cada vez que se pierde un paquete y por lo tanto, limita el rendimiento frente a las pérdidas.

En las redes cableadas, el retardo total o tiempo de ida y vuelta (RTT) entre la transmisión de un paquete de datos por la red y la recepción de un ACK en la red suele ser relativamente pequeño y no constituye un problema importante. Sin embargo, en las redes inalámbricas, el tiempo RTT puede ser mucho más largo y de este modo, la tasa de rendimiento global para las conexiones de TCP no se suele definir por la interfaz de comunicaciones inalámbricas (referida en adelante como la “interfaz de aire”) , sino por el tiempo RTT. Por lo tanto, es necesario, en las redes inalámbricas, cerciorarse de que el remitente sea capaz de transmitir un gran volumen de datos sin acuse de recibo (esto es, la ventana awnd debe ser grande) . Suponiendo que no existan paquetes perdidos debido a la congestión, según se indicó anteriormente, en la condición de estado estacionario, la cantidad de datos, sin acuse de recibo, en el sistema, estará limitada por la ventana awnd. La tasa máxima conseguible es, de este modo:

Tasa máxima conseguible = Min (tasa disponible en la interfaz de aire, awnd/RTT) (1)

Dicho de otro modo, la tasa máxima conseguible es el mínimo de la tasa disponible en la interfaz de aire y que está regida por la ventana awnd y el RTT.

La Figura 1 es una ilustración de un enlace de comunicación inalámbrica, a modo de ejemplo, que representa el RTT para un segmento de TCP en una condición de estado estacionario. En la Figura 1, un servidor 100 transmite un segmento de TCP 102 a través de una interfaz de aire 104 a un cliente 106. Puesto que el segmento de TCP se recibe por el cliente 106, el cliente transmite una señal TCP ACK 108 de nuevo al servidor 100. La señal TCP ACK 108 se envía primero a una memoria intermedia de transmisión (Tx) 110 antes de su transmisión a través de la interfaz de aire 104. La memoria intermedia de Tx actúa en una forma de ‘primero en entrar, primero en salir’ (FIFO) , pero puesto que la memoria intermedia de Tx 110 está vacía, la señal TCP ACK 108 se transmite inmediatamente a través de la interfaz de aire 104 de nuevo al servidor 100 y se establece un tiempo RTT 112. A modo de ejemplo, si los recursos de interfaz de aire asignados proporcionan al cliente 106 (normalmente un equipo de usuario (UE) ) una tasa de rendimiento de 2 Mbps, RTT = 150 ms y awnd = 20000 bytes, entonces la tasa máxima conseguible es:

Tasa máxima conseguible = Min (2e6, 2000*8/150e-3) = 1, 067 Mbps (2)

Por lo tanto, a modo de ejemplo, puesto que la funcionalidad de control de flujo asociada con la operación de TCP, a pesar de la gran asignación proporcionada al usuario solamente se utiliza aproximadamente la mitad del ancho de banda disponible. Además, es evidente, a partir de la ecuación (1) que si el RTT aumenta, entonces disminuirá el rendimiento global.

Sin embargo, este ejemplo no tiene en cuenta que el UE puede estar transmitiendo también datos de enlace ascendente (UL) al mismo tiempo. Si no existe ninguna prioritización de paquetes de ACK a través del tráfico de datos regular,

entonces cuando el UE transmita el tráfico de UL, el RTT del ACK para el enlace de TCP en el enlace descendente (DL) resulta adversamente afectado.

La Figura 2 es una ilustración de un enlace de comunicación inalámbrica, a modo de ejemplo, que representa el RTT para un segmento de TCP, cuando el cliente 206 está transmitiendo también datos DL 214. En la Figura 2, un servidor 200 transmite un segmento de TCP 202 a través de una interfaz de aire 204 a un cliente 206. Puesto que el segmento de TCP se recibe por el cliente 206, el cliente transmite una señal TCP ACK 208 de nuevo al servidor 200. La señal TCP ACK 208 se envía primero a una memoria intermedia de transmisión (Tx) 210 antes de su transmisión a través de la interfaz de aire 104. Sin embargo, en la realización a modo de ejemplo representada en la Figura 2, los datos de UL 214 a transmitirse desde el cliente 206 han sido reenviados ya a la memoria intermedia de Tx 210. Estos datos podrían ser el resultado de un protocolo de transferencia de ficheros (FTP) desde el equipo UE en la dirección UL, un servicio de flujo continuo y elementos similares. Puesto que los datos de UL 214 en la memoria intermedia de transmisión Tx 210 no son inmediatamente drenados desde la memoria intermedia de Tx, la señal TCP ACK 208 debe esperar detrás de los datos de UL hasta que todos los datos de UL, en la memoria intermedia de Tx, se hayan transmitido. Dicho de otro modo, puesto que la señal TCP ACK 208 para el segmento de TCP 202 no tiene ninguna prioridad especial sobre los datos de UL 214, la señal TCP ACK debe esperar su turno detrás de los datos de UL en la memoria intermedia de Tx 210. El resultado es que se incrementa el tiempo RTT 212. Puesto que el RTT 212 ha aumentado en la forma de realización ejemplo de la Figura 2 y puesto que la ventana awnd no se puede cambiar de forma dinámica, disminuirá la tasa máxima conseguible. Por ello, comparando la Figura 1 con la Figura 2, en la Figura 2 disminuirá el rendimiento de DL, porque se incrementa el tiempo RTT.

Conviene señalar, además, que la degradación del rendimiento ilustrada en la Figura 2 (cuando se compara con la Figura 1) se aumentará todavía más cuando esté presente un enlace asimétrico, a modo de ejemplo, cuando exista un rendimiento de DL grande y un rendimiento de UL pequeño. En este apilamiento rápido en la parte posterior de la memoria intermedia de Tx 210, mientras que los datos de UL bloqueantes 214 en la memoria intermedia de Tx se tiene un drenaje lento. La tasa de DL se hace efectivamente una función de la tasa de UL, puesto que la tasa DL está limitada por la velocidad a la que puede retransmitirse los acuses de recibo ACK a la red.

La solución convencional al problema anteriormente descrito, en particular con respecto a las redes cableadas, es prioritizar las señales ACKs en comparación con los paquetes de datos. Cualesquiera ACKs, por lo tanto, saltarían efectivamente la memoria intermedia de Tx (esto es, se colocarían en la parte frontal de la memoria intermedia de Tx para su transmisión inmediata) , delante... [Seguir leyendo]

1. Una interfaz de comunicación para proporcionar la prioritización de paquetes de acuse de recibo, ACK, que comprende:

un soporte de radio de ACK (342) para transmitir señales ACKs, incluyendo el soporte de radio de ACK una memoria intermedia de transmisión (Tx) de ACK (314) configurada para poner en cola de espera las señales de acuse de recibo ACKs a transmitirse;

un soporte de radio de datos (352) para transmitir paquetes de datos, incluyendo el soporte de radio de datos una memoria intermedia de Tx de datos (314) configurada para poner en cola de espera paquetes de datos a transmitirse y

la lógica de control (350) acoplada al soporte de radio de ACK y el soporte de radio de datos y configurada para:

transmitir señales ACKs con una tasa de errores de bloques más baja, BLER, en comparación con la BLER de paquetes de datos transmitidos y

estando caracterizada la interfaz de comunicación por la asignación de una prioridad cada vez más alta a las señales ACKs que están siendo retransmitidas en un número de veces cada vez mayor.

2. Un sistema de comunicación (300) para proporcionar la prioritización de paquetes de acuse de recibo, ACK, que comprende:

un equipo de usuario UE (304) que incluye:

un soporte de radio de ACK (342) para transmitir señales ACKs, incluyendo el soporte de radio de ACK una memoria intermedia de transmisión (Tx) de ACK (314) configurada para poner en cola de espera las señales ACKs a transmitirse;

un soporte de radio de datos (352) para retransmitir paquetes de datos, incluyendo el soporte de radio de datos una memoria intermedia de transmisión Tx de datos (314) configurada para poner en cola de espera los paquetes de datos a transmitirse y

una lógica de control (350) acoplada al soporte de radio de ACK y al soporte de radio de datos y configurada para:

transmitir señales ACKs con una tasa de errores de bloques más baja, BLER, en comparación con la BLER de paquetes de datos transmitidos y

asignar una prioridad cada vez más alta a las señales ACKs que están siendo retransmitidas un número de veces cada vez mayor y

un controlador de red de radio RNC (328) comunicativamente acoplable al equipo UE a través de una interfaz de aire.

3. Un método para proporcionar la prioritización de paquetes de acuse de recibo, ACK, que comprende:

separar y dirigir las señales ACKs a través de un soporte de radio de ACK (342) y programar las señales ACKs para su transmisión mediante cola de espera de las ACKs en una memoria intermedia de transmisión (Tx) de ACK (314) ;

separar y dirigir paquetes de datos a través de un soporte de radio de datos (352) y programar los paquetes de datos para su transmisión poniendo en cola de espera los paquetes de datos en una memoria intermedia de transmisión Tx de datos (314) ;

transmitir señales ACKs con una tasa de errores de bloques más baja, BLER, en comparación con la BLER de paquetes de datos transmitidos y

estando el método caracterizado por asignar una prioridad cada vez más alta a las señales ACKs que están siendo retransmitidas un número de veces cada vez mayor.

4. El método según la reivindicación 3 que comprende, además, la prioritización de señales ACKs en función de un número de veces que se haya retransmitido cada ACK.

5. El método según la reivindicación 3 o reivindicación 4 que comprende, además, la transmisión de señales ACKs con una tasa BLER más baja al menos en una de las formas siguientes:

aumentando la potencia de Tx cuando se transmiten ACKs; 65 proporcionando una codificación adicional para el soporte de radio de ACK;

utilizando un sistema de diversidad;

utilizando un sistema de demanda de repetición automática híbrido, ARQ. 5

6. El método según la reivindicación 5, en donde la utilización de un sistema de diversidad comprende recibir transmisiones desde múltiples antenas, determinando una ruta de transmisión que proporcione las más bajas tasas BLERs y la transmisión de las señales ACKs de nuevo a la antena que proporciona las más bajas tasas BLERs.

7. El método según la reivindicación 5, en donde la utilización de un sistema de ARQ híbrido comprende la codificación de una señal ACK junto con información de detección de errores con un código de corrección de errores antes de la transmisión de la señal ACK.

8. Un medio legible por ordenador que comprende instrucciones que proporcionan la prioritización de paquetes de 15 acuses de recibo, ACK, comprendiendo las instrucciones para causar la realización de un método:

separar y dirigir las señales ACKs a través de un soporte de radio ACK (342) y programar las señales ACKs para su transmisión poniendo en cola de espera las señales ACKs en una memoria intermedia de transmisión (Tx) de ACK (314) ;

separar y dirigir paquetes de datos a través de un soporte de radio de datos (352) y programar los paquetes de datos para su transmisión poniendo en cola de espera los paquetes de datos en la memoria intermedia de Tx de datos (314) ;

transmitir señales ACKs con una tasa de errores de bloques más baja, BLER, en comparación con la BLER de los paquetes de datos transmitidos y

el medio legible por ordenador caracterizado por asignar una prioridad cada vez más alta a las señales ACKs que se están retransmitiendo en un número de veces cada vez mayor.

104Cliente (normalmente UE) Servidor (normalmente Red)

Interfaz de aire Segmento TCP 102 Memoria intermedia TX

Memoria intermedia vacía por lo que no hay retardo adicional

206Cliente (normalmente UE)

210 Memoria intermedia TX

Memoria intermedia llenacon datos UL, por lo que ACK no tiene que esperaren la memoria intermediahasta que se transmita 204Interfaz de aire Segmento TCP 202

214Datos UL

200 Servidor (normalmente Red)

RTT aumentado y si laventana de TCP sigue siendo la misma, rendimiento reducido Señal configuración 348

Lógica 350

Procesador 318 Aplicación de sistemas de BLER más baja 346

Memorias intermedias Tx 342 314 Canal transporte ACK (Soporte radio)

Capa 1 Física 308

Canal transporte datos (Soporte radio)

352 Interfaz de aire 344

Pasarela 326

Lógica 352

Procesador 340

Memorias intermedias Rx 336

Capa 1 Física 320

322 Estación base Sistema prioritización (RNC)

Cliente

retransmisión ACK Red

(UE)

Interfaz de aire

Flujos DatosTCP Memorias Memorias TCP

intermedias Txintermedias Rx

Estos flujos se Sujeto a errores suelen referirbloques más bajoscomo soporte deradio en 3GPP Sujeto a errores bloques más altos Procesador 504

Procesador 508

BUS 502

Dispositivos de almacenamiento 510

Unidad multimedia Multimedia 512 518

Interfaz unidad Unidad memorización

memorización Interfaz comunicación Canal 528