Método para transmisión de datos en una red de comunicación.

Método para transmisión de datos en una red de comunicación que comprende una pluralidad de nodos(SS,

BS, SS1, SS2), en el que una transmisión de datos desde un primer nodo (SS1) a un segundo nodo(SS2) en la red se caracteriza por las etapas de:

a) analizando los datos que llegan a una memoria intermedia (BF) de datos del primer nodo (SS1),generar una curva (I) de historial de llegada que describe las cantidades de datos (A) que llegan a lamemoria intermedia (BF) durante un periodo de tiempo pasado;

b) procesar la curva de historial de llegada (I), incluyendo dicho procesamiento una transformada dewavelet en la curva de historial de llegada (I) y dando como resultado una pluralidad de señales (CF1,CF2, ..., CF8), correspondiendo cada señal (CF1, CF2, ..., CF8) a una componente filtrada (F1, F2, ...,F8) de la transformada de wavelet;

c) procesar cada señal (CF1, CF2, ..., CF8) en una red neuronal (NN) separada entrenada con patronesde entrenamiento que se basan en datos que llegaron en el pasado a la memoria intermedia (BF), dandocomo resultado señales de previsión (FO1, FO2, ..., FO8) para llegadas de datos en el futuro;

d) recombinar las señales de previsión (FO1, FO2, ..., FO8) dando como resultado una curva de previsiónde llegada (FI) que describe las cantidades de datos (A) que llegan a la memoria intermedia (BF) en unperiodo de tiempo futuro;

e) generar peticiones de ancho de banda (RE) para reservar ancho de banda basándose en la curva (FI)de previsión de llegada por el primer nodo (SS1) y transmitir las peticiones de ancho de banda (RE) delprimer al segundo nodo (SS1, SS2);

f) asignar ancho de banda basándose en las peticiones de ancho de banda (RE) por el segundo nodo(SS2);

g) transmitir datos desde el primer nodo (SS1) al segundo nodo (SS2) dentro del ancho de bandaasignado.

Método para transmisión de datos en una red de comunicación.

La invención se refiere a un método para transmisión de datos en una red de comunicación así como a un método para generar peticiones de ancho de banda. Además, la invención se refiere a un nodo de red y a una red de comunicación.

En redes de comunicación que usan reservas de ancho de banda para transmitir datos, se desea proporcionar un esquema de reserva de ancho de banda óptimo. Un esquema óptimo de este tipo reserva sólo ancho de banda suficiente para la transmisión y en un momento apropiado, es decir el ancho de banda requerido está disponible para el nodo en la red de comunicación para transmisiones cuando es necesario sin retardo adicional. Especialmente, en redes de TDMA (TDMA = Time Division Multiple Access; acceso múltiple por división de tiempo) , es necesaria una estimación en línea de las necesidades de ancho de banda durante el tiempo de ejecución de la red. Esto se debe a que los mecanismos de control requeridos para reservar el ancho de banda y calcular planificaciones de transmisión libres de conflicto implican alguna latencia inherente. La predicción de la demanda de ancho de banda en el futuro supone un reto ya que deben tenerse en cuenta patrones de tráfico complejos con una carga rápidamente cambiante. Dado que el proceso de reserva de nuevo ancho de banda es limitado en el tiempo, resulta esencial tener una buena percepción del desarrollo de la demanda de ancho de banda en el futuro cercano.

Se ha estudiado el problema de la estimación de las necesidades de ancho de banda y, más generalmente, la predicción de tráfico, en muchos campos de tecnologías diferentes, tales como redes de comunicación, transporte público, redes eléctricas e hidráulicas. En el documento [1], se usa el denominado modelo ARIMA (ARIMA = Auto Regressive Inegrated Moving Average; media móvil autorregresiva integrada) para predecir la necesidad de ancho de banda en una red principal. En este modelo, se deriva la serie de tiempo hasta que sea estacionaria, luego se calculan los coeficientes de peso y la previsión usa la suma ponderada de las medias móviles pasadas. En el documento [2], se usa un modelo ARCH (ARCH = Auto Regressive Conditional Heteroskedasticity; heterocedasticidad condicional autorregresiva) para prever ancho de banda y ayudar a que los proveedores de datos ajusten su asignación de ancho de banda. Este método se basa en un enfoque cuantificado para asignar y desasignar una cantidad específica de ancho de banda con políticas diferentes.

En el documento [3], se describe un enfoque de red neuronal para predecir el ancho de banda necesario para la transmisión de un flujo de vídeo. La publicación [4] describe un método para prever tráfico web basándose en series de tiempo de mediciones de sesión web ponderadas. En este documento, se acopla una descomposición de wavelet con redes neuronales para la predicción. El método en este documento no describe ningún mecanismo de reserva de ancho de banda para la transmisión de datos entre dos nodos en una red de comunicación. El documento [5] da a conocer el uso de un filtrado de wavelet para descomponer una señal de múltiples escalas con el fin de facilitar una extracción de información para detectar anomalías de tráfico de red.

El documento US 2007/0189298 A1 da a conocer una red inalámbrica distribuida con asignación de ancho de banda dinámica, en la que un nodo de comunicación comprende medios para predecir sus propias necesidades de ancho de banda y medios para comunicar sus propias necesidades de ancho de banda predichas a la red.

Un objeto de la invención es proporcionar un mecanismo de reserva de ancho de banda en una red de comunicación que permite una asignación de ancho de banda correcta y fiable basándose en el tráfico de red esperado.

Este objeto se resuelve por los métodos y los dispositivos de cada reivindicación independiente. Realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

El método para transmisión de datos según la invención se usa en una red de comunicación que comprende una pluralidad de nodos. Para la transmisión de datos desde un primer nodo a un segundo nodo en la red se realizan varias etapas. En una etapa a) se analizan los datos que llegan a una memoria intermedia de datos del primer nodo de manera que se genera una curva de historial de llegada que describe las cantidades de datos que llegan a la memoria intermedia durante un periodo de tiempo pasado. En una etapa b) se realiza un procesamiento de la curva de historial de llegada, en el que dicho procesamiento incluye una transformada de wavelet en la curva de historial de llegada y da como resultado una pluralidad de señales, correspondiendo cada señal a una componente filtrada de la transformada de wavelet. En una etapa c) se procesa cada señal generada por la transformada de wavelet en una red neuronal separada entrenada con patrones de entrenamiento, estando los patrones de entrenamiento basados en datos que llegaron en el pasado a la memoria intermedia. Esto da como resultado señales de previsión para llegadas de datos en el futuro, es decir en un periodo de tiempo futuro.

En una etapa d) se recombinan las señales de previsión generadas dando como resultado una curva de previsión de llegada que describe las cantidades de datos que llegan a la memoria intermedia en un periodo de tiempo futuro. A continuación, en una etapa e) , las peticiones de ancho de banda para reservar ancho de banda basándose en la curva de previsión de llegada se generan por el primer nodo y se transmiten del primer al segundo nodo. En una etapa f) se asigna el ancho de banda basándose en las peticiones de ancho de banda por el segundo nodo. En una etapa g) final se transmiten datos desde el primer nodo al segundo nodo dentro del ancho de banda asignado por el segundo nodo.

El método de la invención proporciona un nuevo mecanismo para reservar ancho de banda para la transmisión de datos en redes de comunicación. Este mecanismo usa un marco de predicción basado en una transformada de wavelet y redes neuronales que generan una previsión del ancho de banda con una demanda en el futuro. El método permite una transmisión de datos en la que el ancho de banda disponible real coincide mejor con el ancho de banda requerido para transmitir los flujos de datos. Esto conduce a una mejor calidad de transmisión en términos de retardo y rendimiento global. Particularmente, el método permite una transmisión de datos con una reserva de ancho de banda precisa de antemano de una manera flexible según sea necesario para el tráfico que llega a un nodo.

En una realización preferida de la invención, los datos se transmiten como unidades/paquetes de datos de protocolo MAC en la capa MAC ampliamente conocida, también denominada capa L2.

En otra realización preferida, el método usa intervalos de tiempo predeterminados para transmitir datos y mensajes de control. Particularmente, el intervalo de tiempo predeterminado comprende una subtrama de datos en la que se transmiten datos y una subtrama de control en la que se transmiten mensajes de control que incluyen las peticiones de ancho de banda mencionadas anteriormente.

El método de la invención se usa preferiblemente en una red inalámbrica que opera en el denominado modo MeSH de la norma IEEE 802.16 ampliamente conocida, particularmente la norma IEEE 802.16-2004.

Pueden usarse diversas transformadas de wavelet basadas en diferentes wavelets madre en el método de la invención. En una realización preferida, la transformada de wavelet se basa en el denominado wavelet de Haar ampliamente conocido en la técnica anterior, como wavelet madre. Una transformada de wavelet basada en este wavelet madre se explica en la descripción detallada de la aplicación.

En otra realización preferida de la invención, cada componente filtrada de la transformada de wavelet incluye una pluralidad de coeficientes (de wavelet) , estando cada coeficiente asociado con una etapa de tiempo en el periodo de tiempo pasado, siendo las etapas de tiempo diferentes para cada componente filtrada. En una variante preferida de esta realización, cada componente filtrada se compacta fusionando coeficientes con el mismo valor en etapas de tiempo adyacentes en el periodo de tiempo pasado, siendo la señal compactada la señal generada en la etapa b) . Preferiblemente, cada red neuronal incluye una pluralidad de neuronas de entrada y neuronas de salida, en el que cada neurona de entrada recibe un coeficiente fusionado en el pasado y cada neurona de salida proporciona un coeficiente fusionado en el futuro.

Con el fin de mejorar la calidad de la previsión, una realización de la invención... [Seguir leyendo]

1. Método para transmisión de datos en una red de comunicación que comprende una pluralidad de nodos (SS, BS, SS1, SS2) , en el que una transmisión de datos desde un primer nodo (SS1) a un segundo nodo (SS2) en la red se caracteriza por las etapas de:

a) analizando los datos que llegan a una memoria intermedia (BF) de datos del primer nodo (SS1) , generar una curva (I) de historial de llegada que describe las cantidades de datos (A) que llegan a la memoria intermedia (BF) durante un periodo de tiempo pasado;

b) procesar la curva de historial de llegada (I) , incluyendo dicho procesamiento una transformada de wavelet en la curva de historial de llegada (I) y dando como resultado una pluralidad de señales (CF1, CF2, ..., CF8) , correspondiendo cada señal (CF1, CF2, ..., CF8) a una componente filtrada (F1, F2, ..., F8) de la transformada de wavelet;

c) procesar cada señal (CF1, CF2, ..., CF8) en una red neuronal (NN) separada entrenada con patrones de entrenamiento que se basan en datos que llegaron en el pasado a la memoria intermedia (BF) , dando como resultado señales de previsión (FO1, FO2, ..., FO8) para llegadas de datos en el futuro;

d) recombinar las señales de previsión (FO1, FO2, ..., FO8) dando como resultado una curva de previsión de llegada (FI) que describe las cantidades de datos (A) que llegan a la memoria intermedia (BF) en un periodo de tiempo futuro;

e) generar peticiones de ancho de banda (RE) para reservar ancho de banda basándose en la curva (FI) de previsión de llegada por el primer nodo (SS1) y transmitir las peticiones de ancho de banda (RE) del primer al segundo nodo (SS1, SS2) ;

f) asignar ancho de banda basándose en las peticiones de ancho de banda (RE) por el segundo nodo (SS2) ;

g) transmitir datos desde el primer nodo (SS1) al segundo nodo (SS2) dentro del ancho de banda asignado.

2. Método según la reivindicación 1, en el que los datos se transmiten como unidades de datos de protocolo MAC en la capa MAC.

3. Método según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que los datos se transmiten en una subtrama de datos de un intervalo de tiempo predeterminado y se transmiten mensajes de control que incluyen peticiones de ancho de banda (RE) en una subtrama de control del intervalo de tiempo predeterminado.

4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la red de comunicación es una red inalámbrica que opera en el modo MeSH de la norma IEEE 802.16.

5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la transformada de wavelet en la etapa b) se basa en el wavelet de Haar como wavelet madre.

6. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada componente filtrada (F1, F2, ..., F8) de la transformada de wavelet incluye una pluralidad de coeficientes (C1, C2, CN) , estando cada coeficiente asociado con una etapa de tiempo en el periodo de tiempo pasado, siendo las etapas de tiempo diferentes para cada componente filtrada (F1, F2, ..., F8) .

7. Método según la reivindicación 6, en el que cada componente filtrada (F1, F2, ..., F8) se compacta fusionando coeficientes (C1, C2, CN) con el mismo valor en etapas de tiempo adyacentes en el periodo de tiempo pasado, siendo la señal compactada (CF1, CF2, ..., CF8) la señal generada en la etapa b) .

8. Método según la reivindicación 7, en el que cada red neuronal (NN) incluye una pluralidad de neuronas de entrada y neuronas de salida, en el que cada neurona de entrada recibe un coeficiente fusionado en el pasado y cada neurona de salida proporciona coeficientes fusionados en el futuro.

9. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se aplica una corrección de señal en la etapa c) en las salidas de las redes neuronales (NN) basándose en valores de patrones de entrenamiento anteriores.

10. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las redes neuronales (NN) se entrenan durante la transmisión de datos en intervalos de tiempo regulares o de manera continua.

11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las peticiones de ancho de banda (RE) generadas en la etapa e) especifican una cantidad de datos (A) que ha de reservarse para la transmisión y un valor de persistencia (P1, P2, ..., P7) que define una longitud de tiempo durante la que ha de reservarse la cantidad de datos (A) .

12. Método según la reivindicación 11, en el que las peticiones de ancho de banda se generan en la etapa e) :

- transfiriendo la curva de previsión de llegada (FI) a una curva de previsión cuantificada que se cuantifica basándose en una unidad de tamaño de datos (MI) usada para reservar ancho de banda;

- aplicando un procedimiento de rellenado para rellenar el área bajo la curva de previsión cuantificada con peticiones de ancho de banda (RE) que se representan por rectángulos (R, R’, R”) que tienen una longitud en la dirección del tiempo correspondiente a la longitud de tiempo según el valor de persistencia de la petición de ancho de banda (RE) y que tienen una altura correspondiente a la cantidad de datos (A) especificados en la petición de ancho de banda (RE) .

13. Método según la reivindicación 12, en el que el procedimiento de rellenado comprende las etapas de:

i) detectar límites izquierdo y derecho explorando la curva de previsión cuantificada en exploraciones sucesivas (1, 2, ..., 5) en la dirección del tiempo, en el que áreas cubiertas entre un límite izquierdo y derecho dentro de una exploración se asocian con un primer rectángulo;

ii) fusionar primeros rectángulos con los mismos límites izquierdo y derecho en segundos rectángulos;

iii) rellenar los segundos rectángulos en la dirección del tiempo con rectángulos (R, R’, R”) de peticiones de ancho de banda (RE) de manera que se incluye un número mínimo de rectángulos (R, R’, R”) en cada segundo rectángulo.

14. Método según la reivindicación 13, en el que la etapa ii) incluye un procedimiento de sobreajuste en el que la longitud de cada segundo rectángulo se incrementa en un valor predeterminado y, en caso de que este incremento dé como resultado segundos rectángulos adyacentes o solapados que pueden fusionarse en un nuevo segundo rectángulo, el nuevo segundo rectángulo sustituye a los segundos rectángulos adyacentes o solapados.

15. Método según la reivindicación 13 ó 14, en el que los rectángulos (R’, R”) de peticiones de ancho de banda (RE) que tienen los mismos límites izquierdo y derecho se fusionan en una petición de ancho de banda (RE) .

16. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se monitoriza el estado de la memoria intermedia (BF) en el primer nodo (SS1) y se envían peticiones de ancho de banda (RE) adicionales basándose en el estado de la memoria intermedia (BF) para corregir errores en la curva de previsión de llegada (FI) .

17. Método para transmitir peticiones de ancho de banda (RE) en una red de comunicación que comprende una pluralidad de nodos (SS, BS, SS1, SS2) , particularmente para su uso en un método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que una petición de ancho de banda (RE) emitida por un nodo (SS1) en la red incluye un campo que indica un tiempo de inicio deseado en el que debe asignarse el ancho de banda según la petición de ancho de banda (RE) .

18. Método según la reivindicación 17, en el que la red de comunicación es una red de comunicación inalámbrica que opera en el modo MeSH de la norma IEEE 802.16, en el que la petición de ancho de banda (RE) se incluye en un mensaje de MSH-DSCH.

19. Nodo de red para su uso en un método para transmisión de datos según una de las reivindicaciones 1 a 16, estando el nodo de red caracterizado por:

- medios de análisis (AM) para analizar datos que llegan a una memoria intermedia (BF) de datos del nodo (SS1) para generar una curva de historial de llegada (I) que describe las cantidades de datos (A) que llegan a la memoria intermedia (BF) durante un periodo de tiempo pasado;

- medios de procesamiento (WFB, FA) para procesar la curva de historial de llegada (I) , realizando dichos medios de procesamiento (WFB, FA) una transformada de wavelet en la curva de historial de llegada (I) y generando una pluralidad de señales (CF1, CF2, ..., CF8) , correspondiendo cada señal (CF1, CF2, ..., CF8) a una componente filtrada (F1, F2, ..., F8) de la transformada de wavelet;

- medios de procesamiento de red neuronal (NN) para procesar cada señal (CF1, CF2, ..., CF8) en una

red neuronal (NN) separada entrenada con patrones de entrenamiento que se basan en datos que llegaron en el pasado a la memoria intermedia (BF) , dando como resultado señales de previsión (FO1, FO2, ..., FO8) para la llegada de datos en el futuro;

- medios de recombinación (FD, REC) para recombinar las señales de previsión (FO1, FO2, ..., FO8) dando como resultado una curva de previsión de llegada (FI) que describe las cantidades de datos (A) que llegan a la memoria intermedia (BF) en un periodo de tiempo futuro;

- medios de generación (RQ) para generar peticiones de ancho de banda (RE) para reservar ancho de banda basándose en la curva de previsión de llegada (FI) y transmitir las peticiones de ancho de banda (RE) a un segundo nodo (SS1, SS2) ;

- medios de planificación (DS) para transmitir datos al segundo nodo (SS2) basándose en el ancho de banda asignado por el segundo nodo en respuesta a las peticiones de ancho de banda (RE) .

20. Nodo de red adaptado para su uso en un método para generar peticiones de ancho de banda según la reivindicación 17 ó 18, estando el nodo de red caracterizado por:

- medios de transmisión (RS) para transmitir peticiones de ancho de banda (RE) que incluyen un campo que indica un tiempo de inicio deseado en el que debe asignarse el ancho de banda según la petición de ancho de banda (RE) ; y/o

- medios de procesamiento (BA) para recibir peticiones de ancho de banda que incluyen un campo que indica un tiempo de inicio deseado y para asignar ancho de banda según la respectiva petición de ancho de banda (RE) en el tiempo de inicio deseado.

21. Red de comunicación, que comprende una pluralidad de nodos, estando la red de comunicación adaptada para realizar un método según una de las reivindicaciones 1 a 18.