ES2336748B1 - Procedimiento de asignacion eficiente de canal en sistemas inalambricos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de asignación eficiente de canal
en sistemas inalámbricos.
Procedimiento para asignar eficientemente un
canal de enlace descendente desde un transmisor (1) hasta un usuario
seleccionado de una pluralidad de usuarios (30-1,
30-2,... 30-N) en una red
inalámbrica que proporciona diferentes aplicaciones de servicio a
dichos usuarios (30-1, 30-2,...
30-N), que comprende las etapas de: clasificar (21,
220), en una cola de DLC (221) de dicho transmisor (1), una
pluralidad de M paquetes de la capa de aplicación que han de ser
transmitidos a dicha pluralidad de usuarios (30-1,
30-2,... 30-N), basándose dicha
clasificación en una demanda de calidad de servicio asociada a cada
paquete de la capa de aplicación, estando a su vez dichas demandas
de calidad de servicio asociadas a clases de aplicaciones
respectivas (C1, C2, C3, C4), teniendo dicha cola de DLC (221)
longitud M, siendo M un número natural, correspondiendo dichos M
paquetes a P usuarios de dicha pluralidad de usuarios
(30-1, 30-2,...
30-N), en la que P \leq M. También comprende:
cambiar dinámicamente dicha longitud M de dicha cola de DLC (221)
como función de los diferentes valores instantáneos de las demandas
de calidad de servicio de las diferentes aplicaciones de servicio a
las que se refieren dichos paquetes de la
capa de aplicación, ajustando así el punto de
funcionamiento de la red; y asignar, en un planificador (23) de
dicho transmisor (1), un canal al usuario que tenga mejores
condiciones del canal de dicho grupo de P usuarios.
Description
Procedimiento de asignación eficiente de canal
en sistemas inalámbricos.
La presente invención se refiere a sistemas
inalámbricos y, en particular, a escenarios multiusuario de enlace
descendente en tales sistemas, en los que diferentes usuarios tienen
diferente calidad de demandas de servicio
(QoS).
(QoS).
La demanda de uso de redes inalámbricas que
soporten aplicaciones sensibles a retardo en tiempo real como voz,
descarga y reproducción de vídeo en tiempo real o juegos en línea ha
estado creciendo extraordinariamente durante los últimos años. Sin
embargo, los sistemas inalámbricos actuales no cumplen con los
requisitos estrictos de Calidad de Servicio (QoS) en cuanto a
velocidad de transmisión mínima permitida, retardo de planificación
máximo permitido, tasa de transferencia mínima garantizada y/o
variación de retardo permitida para tales aplicaciones. El hecho de
que los entornos inalámbricos estén caracterizados por un escenario
severo para las comunicaciones añade ciertas dificultades para
garantizar la QoS en los sistemas inalámbricos, donde el canal
inalámbrico adolece de múltiples efectos no deseados como
desvanecimientos intensos y recorrido múltiple que producen errores
en la información original. Por lo tanto, proporcionar QoS usando
los escasos recursos del medio inalámbrico es un aspecto que
constituye un reto para tal objetivo del sistema.
Se dispone de diferentes nociones de QoS en
diferentes capas de comunicación. En la capa física, QoS significa
un nivel aceptable de relación señal/ruido (SNR) o tasa de bits
erróneos (BER) en el receptor, mientras que en el control de enlace
de datos (DLC) o las capas superiores la QoS se expresa normalmente
en función de la tasa de transferencia mínima garantizada, retardo
máximo permitido y/o variación de retardo permitida. El cumplimiento
de los requisitos de QoS depende de los procedimientos que siga cada
capa. En la capa DLC, las garantías de QoS pueden proporcionarse
mediante algoritmos apropiados de planificación y asignación de
recursos, mientras que en la capa física, se usa adaptación de
potencia de transmisión, nivel de modulación o velocidad de símbolos
para mantener la calidad del enlace.
Por otra parte, la consideración de las
características de transmisión de la capa física desde las capas
superiores puede mejorar considerablemente la eficiencia de los
sistemas inalámbricos. El acoplamiento vertical entre capas es bien
conocido como diseño entre capas (Cross-Layer). El
diseño entre capas entre la capa física y las capas superiores
parece ser inevitable en entornos inalámbricos para aprovechar las
condiciones instantáneas de la capa física. Se necesita tal clase de
esquemas para garantizar los requisitos de QoS en sistemas de
tráfico heterogéneo, donde la red incluye usuarios con diferentes
aplicaciones y diferentes restricciones de QoS. Ventajas adicionales
del diseño entre capas pueden incluir mejoras en cuanto a tasa de
transferencia del enlace, reducción de la latencia de red, ahorros
de energía en los nodos móviles o minimización de la potencia
transmitida.
Una observación interesante con respecto a la
conformidad con la QoS en sistemas inalámbricos comerciales se
refiere al concepto de incumplimiento (del inglés "outage"),
donde debido a las características del canal inalámbrico, es
imposible la satisfacción del 100% de las demandas de QoS estrictas,
por lo que se conoce como incumplimiento en los requisitos de QoS.
La noción de incumplimiento se usa ampliamente en sistemas celulares
donde varios sistemas comerciales (por ejemplo, GSM y WCDMA)
permiten del 2 al 5% de incumplimiento. Por lo tanto, la extensión
del incumplimiento de QoS a todos los sistemas inalámbricos, cuando
ejecutan aplicaciones sensibles al retardo, parece ser el
procedimiento más manejable para valorar su eficiencia.
Con respecto a los conceptos anteriormente
mencionados en un sistema de enlace descendente con tráfico
heterogéneo, varias propuestas en la bibliografía y la comunidad
industrial abordan la consideración de cola dinámica para satisfacer
el requisito de retardo de planificación máximo permitido:
Q. Zhao y L. Tong proponen, en el documento "A
dynamic queue MAC protocol for random access channels with
multipacket reception", Signáis, Systems and Computers, 2000.
Conference Record of the Thirty-Fourth Asilomar
Conference en el volumen 2, 29 octubre-1 noviembre
de 2000, página(s): 1235-1239 vol. 2, un
protocolo MAC para un canal con intervalos de tiempo de usuarios
finitos con capacidad de recepción de múltiples paquetes (MPR).
Cambiando adaptativamente el tamaño de la clase de contención
(definida como un subconjunto de usuarios que pueden acceder al
canal al mismo tiempo) según la carga de tráfico y la capacidad MPR
del canal, el protocolo de cola dinámica propuesto proporciona
superior eficiencia de canal con carga de tráfico alta y retardo
mínimo con carga de tráfico baja. Sin embargo, este protocolo es
dinámico en cuanto a la cola de carga de tráfico y no se ocupa del
problema de tener diferentes usuarios con diferentes demandas de
calidad de servicio (QoS).
B. Ata, en el documento "Dynamic control of a
multiclass queue with this arrival streams", Operations Research,
volumen 54, número 5, septiembre de 2006, páginas
876-892, 2006 ISSN: 0030-364X,
considera un problema de control de admisión para una cola
multiclase de servidor único. El sistema de producción da servicio a
múltiples flujos de demanda, que tienen cada uno un tiempo de espera
de plazo de vencimiento rígido. Para cumplir con las limitaciones de
plazo de vencimiento, un administrador de sistema puede rechazar
órdenes cuando se juzga que una acumulación de trabajo es excesiva,
incurriendo así en ingresos perdidos. Sin embargo, en este
documento, las clases de servicio son rechazadas basándose en
umbrales de carga (paquetes en la cola) predefinidos y en el retardo
medio.
H. Choi y col., en el documento "Dynamic Queue
Management Mechanism for Service Enhancement in Wireless Inteligent
wetwork Environment", Globecom 1999, volumen 1A, 1999,
página(s): 16-20 vol. 1a, proponen una
característica de servicio de formación de cola de forma dinámica
para mejora de servicio según el incremento de abonados al servicio
y su movilidad. Además, proponen un Administrador de Cola Dinámica
que maneja el tamaño de la cola para incrementar las tasas de
finalización de llamada para mejoras de servicio en entornos de
redes inteligentes inalámbricas. Sin embargo, no se ocupa del
problema de tener diferentes usuarios con diferentes demandas de
calidad de servicio (QoS).
En el documento "Performance analysis of a
dynamic priority queue for traffic control of bursty traffic in ATM
networks", Communications, IEE Proceedings- volumen 148, número
3, junio de 2001 página(s): 181-187, Choi,
D.l. y col. describen diversos requisitos de QoS de tráfico a
ráfagas y una cola de prioridad dinámica y se propone y analiza una
cola de prioridad dinámica con dos tipos de tráfico. El sistema
tiene dos memorias intermedias separadas para alojar dos tipos de
clientes, suponiéndose que las capacidades de las memorias
intermedias son finitas para aplicaciones prácticas. El orden de
servicio sólo está determinado por la longitud de la cola de la
primera memoria intermedia.
La solicitud de patente internacional
WO2004/06882A1 describe un procedimiento para determinar la
asignación óptima de recursos entre clases de servicios. Sin
embargo, la planificación descrita está basada en una función de
idoneidad, donde el planificador tiene en cuenta la longitud de la
memoria intermedia de cada usuario, que puede ser variable
(dinámica) basada en la carga de servicio de la aplicación.
La presente invención se ocupa del problema
anteriormente mencionado de tener diferentes usuarios con diferentes
demandas de calidad de servicio (QoS) instantánea. Se propone un
procedimiento para ajustar dinámicamente la longitud de la cola de
usuarios en la capa de control del enlace de datos en un sistema
inalámbrico de enlace descendente con tráfico heterogéneo usando las
mediciones de QoS instantánea.
Se presenta un entorno heterogéneo con
diferentes demandas de calidad de servicio (QoS) por aplicación. Los
requisitos de QoS instantánea para cada usuario están basados en sus
demandas de aplicación actuales, de manera que el procedimiento
tiene que satisfacer la QoS para cada usuario, donde las demandas de
QoS son muy variables entre las aplicaciones. Tal procedimiento
considera las características tanto de la capa física como de la de
aplicación. El planificador de cola de trabajo siempre acepta el
grupo de usuarios con las demandas de QoS más estrictas, y acepta
secuencialmente otros grupos de usuarios que tienen prioridades más
bajas (sólo cuando la satisfacción de las QoS de los grupos de
usuarios previos está garantizada con un cierto incumplimiento). La
longitud de la cola depende de los requisitos de QoS instantánea del
sistema, en cuanto a velocidad de transmisión mínima permitida de
usuario, tasa de transferencia del sistema y el retardo de
planificación máximo permitido (y fluctuación) de las aplicaciones
sensibles al retardo, donde se considera algún incumplimiento en los
requisitos de QoS instantánea de estas aplicaciones. En otras
palabras, el ajuste de cola dinámica propuesto representa la
satisfacción de QoS instantánea para todos los usuarios: el
planificador da prioridad a los usuarios que ejecutan aplicaciones
sensibles a la QoS con respecto a usuarios que ejecutan aplicaciones
menos sensibles a la QoS.
Un objetivo principal de la presente invención
es proporcionar un procedimiento para asignar eficientemente un
canal de enlace descendente desde un transmisor hasta un usuario
seleccionado de una pluralidad de usuarios en una red inalámbrica
proporcionando diferentes aplicaciones de servicio a dichos
usuarios, que comprende las etapas de: en una cola del control de
enlace de datos (DLC) del transmisor, clasificar una pluralidad de M
paquetes de la capa de aplicación que han de ser transmitidos a la
pluralidad de usuarios, basándose tal clasificación en una demanda
de calidad de servicio asociada a cada paquete de la capa de
aplicación, estando a su vez esas demandas de calidad de servicio
asociadas a clases de aplicaciones respectivas, teniendo dicha cola
de DLC longitud M, siendo M un número natural, correspondiendo esos
M paquetes a P usuarios de dicha pluralidad de usuarios, en la que P
\leq M. El procedimiento también comprende las etapas de: cambiar
dinámicamente la longitud M de la cola de DLC en función de los
diferentes valores instantáneos de las demandas de calidad de
servicio de las diferentes aplicaciones de servicio a las que se
refieren esos paquetes de la capa de aplicación, ajustando así el
punto de funcionamiento de la red; y en un planificador del
transmisor, asignar un canal al usuario que tenga las mejores
condiciones del canal de dicho grupo de P usuarios.
Preferentemente, las demandas de calidad de
servicio son función de al menos uno de lo siguiente: un retardo por
planificación máximo permitido, una velocidad de transmisión mínima
permitida y una tasa de transferencia mínima garantizada.
Preferentemente, las demandas de calidad de
servicio se calculan teniendo en cuenta un valor de incumplimiento
predefinido.
En una realización particular, las demandas de
calidad de servicio son función de un retardo por planificación
máximo permitido.
En otra realización particular, las demandas de
calidad de servicio son función de un retardo por planificación
máximo permitido y una velocidad de transmisión mínima
permitida.
En otra realización particular, las demandas de
calidad de servicio son función de un retardo por planificación
máximo permitido, una velocidad de transmisión mínima permitida y
una tasa de transferencia mínima garantizada. En esta situación, el
valor de M se calcula a partir de una expresión particular detallada
más adelante.
En una realización particular, se evalúan las
mejores condiciones del canal a partir de un valor medido de la
relación señal/ruido para cada usuario.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
transmisor que comprende medios adaptados para llevar a cabo las
etapas del procedimiento ya descrito.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una estación base que comprende al menos ese
transmisor.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de comunicaciones inalámbricas que comprende
al menos esa estación base.
Por último, un objeto más de la presente
invención es proporcionar un programa informático que comprende
medios de código de programa informático adaptados para realizar las
etapas del procedimiento mencionado cuando el programa se ejecuta en
un ordenador, un procesador de señal digital, una matriz de puertas
programable in situ, un circuito integrado específico de
aplicación, un microprocesador, un microcontrolador o cualquier otra
forma de hardware programable.
Las ventajas de la invención propuesta
resultarán evidentes en la siguiente descripción.
Para completar la descripción y para procurar
una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de
dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e
ilustran una realización preferida de la invención, que no debe
interpretarse como restrictiva del alcance de la invención, sino
sólo como ejemplo de cómo puede plasmarse la invención. Los dibujos
comprenden las siguientes figuras:
las figuras 1a y 1b muestran un diagrama de
bloques de una red inalámbrica para llevar a cabo el procedimiento
de la presente invención;
la figura 2 muestra un diagrama del esquema de
longitud de cola dinámica según una realización de la presente
invención;
las figuras 3a-3b muestran dos
gráficos con resultados de simulaciones del procedimiento de la
invención;
la figura 4 muestra una tasa de transferencia
mínima garantizada para una longitud de cola de capa DLC e
incumplimiento variable.
En el contexto de la presente invención, debe
entenderse que el término "aproximadamente" y los términos de
su familia (como "aproximado", "aproximación", etc.)
indican valores o formas muy próximos a los que acompañan al término
anteriormente mencionado. Es decir, debe aceptarse una desviación
dentro de límites razonables respecto a un valor o forma exactos,
porque el experto en la técnica entenderá que tal desviación
respecto a los valores o formas indicados es inevitable debido a
inexactitudes de medición, etc. Se aplica lo mismo a los términos
"alrededor de" y "casi".
En este contexto, a continuación se definen las
siguientes expresiones:
"Retardo por planificación": teniendo un
paquete esperando en un planificador ("scheduler") para ser
transmitido, donde el paquete corresponde a cierto usuario en un
escenario de múltiples usuarios, el retardo por planificación máximo
se define como el tiempo máximo requerido para hacer que el paquete
sea recibido correctamente en su destino.
"Instantáneo": En lugar de medidas
medias de velocidad de transmisión, retardo, tasa de
transferencia o cualquier otro parámetro de QoS, algunas
aplicaciones demandan medidas instantáneas para funcionar
correctamente. Esto implica, en este contexto, que los paquetes
tienen que ser transmitidos en un intervalo de tiempo dado y no
sobre la media de intervalos de tiempo. Este término
"instantáneo" se aplica especialmente a "QoS". Por lo
tanto, los usuarios piden que las demandas de QoS sean satisfechas
en un cierto intervalo de tiempo (es decir,
"instantáneamente").
"Clasificación" o "ranking": se
refiere a ordenación de paquetes, del paquete que demanda la QoS más
estricta al paquete que demanda la QoS menos estricta. La ordenación
puede ser física, de manera que los paquetes se ordenan en alguna
memoria física (por ejemplo, cola, memoria intermedia, etc.) o
virtual, de manera que los paquetes se ordenan en alguna lista en la
unidad administradora de sistema.
En este texto, el término "comprende" y sus
derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse
en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben
interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se
describe y define pueda incluir más elementos, etapas, etc.
La figura 1a es una representación esquemática
del sistema según una realización de la invención. Una red
inalámbrica comprende una pluralidad de estaciones base,
comprendiendo cada una de ellas uno o más transmisores. La figura 1a
ilustra un transmisor 1 de una estación base. El sistema es, por
ejemplo, un sistema de red de área local inalámbrica (WLAN). Otros
ejemplos no limitativos del sistema son Wimax, LTE y
UMTS-HSDPA.
Según se muestra en la figura 1a, el transmisor
1 puede comprender n_{t} antenas transmisoras
10-1, 1-2,...
10-n_{t}. Cada una de las n_{t} antenas
transmisoras 10-1, 10-2,...
10-n_{t} es capaz de enviar un flujo de datos en
cada instante de tiempo. El sistema está habilitado con múltiples
códigos, frecuencias y antenas. Por simplicidad, la presentación
matemática se hace teniendo en cuenta un transmisor que tiene un
único código, una única frecuencia y una única antena transmisora,
según se ilustra en la figura 1b.
El sistema también comprende una pluralidad de
terminales móviles. La figura 1a muestra N terminales móviles,
receptores o usuarios 30-1,
30-2,... 30-N conectados a dicho
transmisor 1. Cada uno de dichos N terminales móviles, receptores o
usuarios está equipado con una única o múltiples antenas receptoras
30-1_{1},... 30-1_{Z1},
30-2_{1},... 30-2_{Z2},
30-N_{1},... 30-N_{ZN}. Aunque
cada uno de los N usuarios puede tener una única o varias antenas
receptoras 30-1_{1},...
30-1_{Z1}, 30-2_{1},...
30-2_{Z2}, 30-N_{1},...
30-N_{ZN}, según se ilustra en la figura 1a, por
simplicidad, la presentación matemática se hace con una única antena
30-1_{1}... 30-N_{1} por
usuario, según se ilustra en la figura 1b.
En las figuras 1a-1b se muestra
un canal multiusuario 2 a través del cual se intercambia información
entre el transmisor 1 y los N terminales móviles, receptores o
usuarios 30-1, 30-2,...
30-N. A partir de ahora, se usará el término
"usuarios" para referirse a los N terminales móviles,
receptores o usuarios 30-1,30-2,...
30-N.
La invención se centra en el canal de enlace
descendente (desde el transmisor 1 hasta los N usuarios móviles
30-1, 30-2,... 30-N)
donde cada uno de los N usuarios está equipado con una única antena
receptora 30-1_{1},
30-2_{1},... 30-N_{1} y a los
usuarios les da servicio el transmisor 1, que está provisto de una
única antena transmisora 10-1. Esta realización se
muestra en la figura 1b.
En una realización particular se considera un
escenario heterogéneo de una red inalámbrica, donde los usuarios
ejecutan cualquiera de J clases de aplicaciones diferentes, J>1.
Un usuario puede ejecutar simultáneamente varias aplicaciones que
tienen diferentes clases respectivas. Por simplicidad, se supone que
un usuario ejecuta una única aplicación durante un cierto periodo de
tiempo. Esta red inalámbrica proporciona a los usuarios
30-1, 30-2,... 30-N
diferentes aplicaciones de servicio. Por ejemplo, la clase 1
representa usuarios de voz (la aplicación más sensible al retardo) y
tiene la prioridad más alta, mientras que la Clase J es la clase de
datos genéricos de prioridad más baja. En una realización
particular, J=4, pero el escenario no está limitado a cuatro
clases.
En una realización particular, se considera un
canal h(t) entre cada uno de los usuarios
30-1, 30-2,... 30-N
y la estación base (transmisor 1), donde se supone un modelo de
desvanecimiento de bloques cuasi estático (del inglés
"quasi-static block fading model") que se
mantiene constante durante el tiempo de coherencia, y cambia
independientemente entre intervalos de tiempo consecutivos con
entradas gausianas complejas independientes y distribuidas
idénticamente (i.i.d.), con media cero y varianza unitaria. Por lo
tanto, se supone que cada usuario 30-1,
30-2,... 30-N se mantiene fijo
durante cada bloque con desvanecimiento y se permite que se desplace
de bloque a bloque, de manera que para el objetivo de QoS, este
modelo captura las fluctuaciones instantáneas de canal con mejor
aproximación que el modelo de anillos circulares. El tipo de canal
h(t) está fuera del alcance de la presente invención. Puede
considerarse cualquier otro tipo de canal.
Supongamos que s_{i}(t) indica el
símbolo de datos incorrelados para el usuario i-ésimo con
E{|s_{i}|^{2}} = 1, entonces la señal recibida
y_{i}(t) está dada por
(1)y_{i}(t) =
h_{i}(t) s_{i}(t) +
z_{i}(t)
donde z_{i}(t) es una
componente de ruido compleja i.i.d. aditiva con media cero y
E{|z_{i}|^{2}} = \sigma2. Se supone una potencia de
transmisión total de P_{t} = 1, y porfacilidad de notación, el
índice de tiempo se omite siempre que sea
posible.
La estación base comprende una unidad de
planificación (del inglés "scheduling unit"), que realiza el
procedimiento de selección del usuario más apropiado
30-1, 30-2,... 30-N
y transmite los datos deseados a ese usuario seleccionado.
El sistema inalámbrico funciona a través de un
planificador de tasa de transferencia máxima (del inglés "máximum
throughput scheduler") (también denominado planificador
oportunista), para intensificar la tasa de transferencia
("throughput") del sistema y, de ese modo, permitir altas
velocidades de transmisión de datos a los usuarios
30-1,
30-2,... 30-N. Dentro de este escenario, el objetivo principal es proporcionar un control de QoS precisa y garantizada con un cierto incumplimiento para todos los usuarios 30-1, 30-2,... 30-N, en cuanto a parámetros diferentes, tales como el retardo por planificación máximo permitido, la velocidad de transmisión mínima permitida, la fluctuación ("jitter") máxima permitida y la tasa de transferencia mínima garantizada. Para conseguir esta meta, se optimiza la longitud de la cola de DLC (control de enlace de datos).
30-2,... 30-N. Dentro de este escenario, el objetivo principal es proporcionar un control de QoS precisa y garantizada con un cierto incumplimiento para todos los usuarios 30-1, 30-2,... 30-N, en cuanto a parámetros diferentes, tales como el retardo por planificación máximo permitido, la velocidad de transmisión mínima permitida, la fluctuación ("jitter") máxima permitida y la tasa de transferencia mínima garantizada. Para conseguir esta meta, se optimiza la longitud de la cola de DLC (control de enlace de datos).
Debe observarse que la velocidad de transmisión
mínima permitida y el retardo por planificación máximo permitido se
mantienen como limitaciones realistas de QoS tanto para aplicaciones
limitadas por el retardo como para aplicaciones tolerantes al
retardo.
La figura 2 muestra un diagrama del esquema de
cola dinámica del control de enlace de datos (DLC) de la invención,
para asignar eficientemente un canal de enlace descendente. Este
esquema está implementado en el transmisor 1 de la estación base. El
signo de referencia 21 representa una capa de aplicación. En esta
realización particular, a modo de ejemplo, están representadas
cuatro clases de servicios establecidos por el operador de la red
inalámbrica (J=4): clase 1 (C1), clase 2 (C2), clase 3 (C3) y clase
4 (C4). A las aplicaciones de servicio se les asigna una clase de
servicio u otra (C1, C2, C3, C4) basándose en la calidad de servicio
(QoS) requerida por esas aplicaciones.
Los paquetes de la capa de aplicación 21
comprenden, aparte de los datos útiles reales, un indicador de la
calidad de servicio (QoS) instantánea requerida por las aplicaciones
de servicio a las que pertenecen. Ejemplos no limitativos de estos
indicadores de QoS instantánea son: un retardo por planificación
máximo permitido, una velocidad de transmisión mínima permitida y
una tasa de transferencia mínima garantizada.
En el transmisor 1, los paquetes de la capa de
aplicación 21 que han de ser transmitidos a cualquiera de esos
usuarios 30-1, 30-2,...
30-N son ordenados dentro de la cola 221 que
pertenece a una capa de control de enlace de datos (DLC) 22. Esta
ordenación está basada en la clase C1, C2, C3, C4 de cada paquete.
En otras palabras, está basada en la demanda de calidad de servicio
instantánea asociada a la aplicación de servicio a la que pertenece
ese paquete. Esto se muestra en la figura 2, donde aquellos paquetes
que tienen Clase 1 (C1), como los de aplicaciones de voz, están
ordenados al principio de la cola 221. Igualmente, aquellos paquetes
que tienen Clase 4 (C4), que es la clase de datos genéricos de
prioridad más baja, están ordenados al final de la cola 221.
Esta cola de DLC 221 está formada por un grupo
de M paquetes asociados a P usuarios (siendo M, P números naturales,
M\geqP) de esa pluralidad de usuarios 30-1,
30-2,... 30-N de la red. Por
simplicidad, consideramos P = M, de manera que la longitud M de la
cola 221 puede expresarse en términos de paquetes o en términos de
usuarios, porque el tamaño M (considerando M = P) representa a
ambos. Estos usuarios de la cola de DLC 221 son aquellos a los que
están dirigidos los paquetes de la capa de aplicación. Este número M
de paquetes o usuarios que forman la cola de DLC 221 es dinámico.
Esto significa que el sistema puede ajustar la longitud o tamaño de
esta cola 221. Esto se explica después.
Una vez que la cola de DLC 221 está llena de M
usuarios (en sentido estricto, con M paquetes), un planificador
oportunista 23 (el denominado planificador de tasa de transferencia
máxima), situado en el transmisor 1, asigna un canal a uno de esos M
usuarios. El planificador 23 selecciona el usuario que tiene las
mejores condiciones del canal. El planificador 23 evalúa las
condiciones del canal de cada usuario a partir de valores
previamente medidos de un parámetro del canal. El procedimiento de
medición y evaluación de las condiciones del canal y la
determinación de las mejores condiciones del canal quedan fuera del
alcance de la presente invención. Un ejemplo no limitativo de tal
parámetro a partir del cual pueden evaluarse las condiciones del
canal es la relación señal/ruido para cada usuario.
La longitud o tamaño M de la cola de DLC 221 se
cambia dinámicamente como función de las diferentes demandas de
calidad de servicio instantánea de las diferentes aplicaciones de
servicio que están siendo usadas por esos usuarios seleccionados. De
este modo, se ajusta el punto de funcionamiento del sistema.
Dos aspectos importantes para conseguir una
cierta calidad de servicio QoS para los usuarios a los que se da
servicio son el impacto del número de usuarios disponibles
30-1, 30-2,... 30-N
y sus demandas exactas de QoS instantánea. A continuación se explica
cómo se ajusta dinámicamente el tamaño M de la cola de DLC 221 para
controlar los diferentes requisitos de los usuarios y su
sensibilidad al retardo y la velocidad de transmisión. Esto se
realiza mediante un algoritmo de planificación entre capas
("cross-layer scheduling algorithm") en la capa
DLC 22 del sistema inalámbrico. El esquema está basado en el
diagrama ya descrito de la figura 2, en el que cada paquete de la
capa de aplicación tiene una prioridad dada en la capa de aplicación
21. Los paquetes (y por lo tanto los usuarios) que tienen clases de
prioridad más alta se sitúan al principio de una cola de DLC
dinámica 221 seguidos por paquetes (o usuarios) con tráfico de
prioridades más bajas.
En la capa física, el sistema inalámbrico usa
diferentes niveles o esquemas de modulación, de manera que se
obtienen velocidades de transmisión variables dependiendo de las
condiciones del canal (medidas, por ejemplo, mediante la SNR
recibida). Se aplica un planificador oportunista 23 para seleccionar
el usuario con las mejores condiciones del canal para maximizar la
tasa de transferencia del sistema.
Con respecto al mecanismo de longitud de cola
dinámica 221, cuando se satisface sin problemas el retardo por
planificación máximo permitido (o velocidad de transmisión mínima
permitida o tasa de transferencia mínima garantizada) en el
suministro de la aplicación más sensible al retardo, puede
incrementarse la longitud de la cola 221, de manera que pueden
ponerse más usuarios en la cola de la capa de DLC 221. Como
consecuencia, el planificador oportunista 23 puede seleccionar al
usuario con las mejores condiciones del canal (por ejemplo, el valor
de SNR más alto) en un grupo de opciones más grande, incrementando
de este modo el rendimiento de la tasa de transferencia del sistema.
Por otra parte, cuando apenas se satisfacen los requisitos de QoS
instantánea (por ejemplo, el retardo por planificación máximo
permitido), se reduce la longitud de la cola de DLC 23. Por lo
tanto, sólo los paquetes procedentes de usuarios dentro de las
clases de prioridad más alta pueden estar disponibles en la cola de
la capa de DLC 221, de manera que el planificador oportunista 23
sólo puede seleccionar entre estos usuarios. Por lo tanto, se mejora
el rendimiento del retardo de QoS.
Para la inclusión de cualquier esquema de
transmisión en estándares comerciales que ejecutan aplicaciones en
tiempo real, la QoS instantánea de los usuarios es un aspecto muy
importante y puede estar caracterizada por varias métricas o
indicadores basados en los objetivos de diseño. Así que la QoS puede
expresarse en términos de velocidad de transmisión, que refleja la
velocidad de transmisión mínima requerida por usuario, o en términos
de retardo por planificación, que muestra el retardo por la
planificación máximo permitido que puede tolerar un usuario. Esta
propuesta considera todos los conceptos de QoS anteriormente
mencionados, donde el esquema de transmisión garantiza una velocidad
de transmisión mínima permitida por usuario, que se presenta por una
restricción de SNR mínima (SNRth) por cada usuario dentro de un
retardo de tiempo por planificación máximo permitido dado. En
particular, esta propuesta considera o bien un requisito
(preferentemente, el retardo por planificación máximo permitido), o
dos requisitos (preferentemente, el retardo por planificación máximo
permitido más la velocidad de transmisión mínima permitida) o tres
de ellos (preferentemente, el retardo por planificación máximo
permitido más la velocidad de transmisión mínima permitida más una
tasa de transferencia mínima garantizada).
Como ya se indicó, la figura 1 se refiere a una
red inalámbrica, como una WLAN, WiMax, LTE o
USTM-HSDPA, que proporciona diferentes aplicaciones
de servicio en tiempo real. Por consiguiente, se requiere un esquema
de transmisión apropiado (desde un punto de vista práctico). Para la
satisfacción de demandas estrictas de QoS, se acepta una
probabilidad predefinida de incumplimiento \xi_{out} en la
QoS.
Por consiguiente, el ajuste dinámico del tamaño
de la cola 221 muestra el compromiso entre las demandas de QoS
instantánea de los usuarios y la tasa de transferencia del sistema,
donde el mejor punto de funcionamiento depende de los requisitos del
operador de la red. Para encontrar el mejor punto de funcionamiento,
se maximiza la longitud M de la cola de DLC dinámica 221 (en la que
M es el número de usuarios disponibles en la cola de DLC 221),
sujeta a algunos requisitos del sistema en cuanto a las demandas de
QoS instantánea de los usuarios. Como ya se presentó, tomando en
consideración la existencia de incumplimiento en la satisfacción de
QoS, un procedimiento de optimización propuesto para el rendimiento
del sistema puede establecerse como:
- max M
donde SNR_{th} es el valor de SNR
mínima requerida (refiriéndose "th" a un "umbral"),
SNR_{i} es el valor de SNR instantánea proporcionado para un
usuario i, donde la velocidad de transmisión mínima permitida está
relacionada directamente con SNR_{th} a través de la relación bien
conocida entre velocidad de transmisión y SNR (por ejemplo,
velocidad de transmisión mínima permitida = log (1+SNR_{th})) y
\xi_{rate} es el incumplimiento de velocidad de transmisión
permitido. Relacionado con los requisitos de retardo de QoS,
D_{max} es el retardo por planificación máximo permitido,
K_{i} es el valor obtenido del retardo por planificación y
\xi_{access} es el incumplimiento de retardo por planificación.
Por otra parte, T_{min} es la tasa de transferencia mínima
garantizada mientras que T_{i} es la tasa de transferencia
obtenida y \xi_{out} es el incumplimiento total permitido
(explicado más
adelante).
Este esquema presenta el ajuste de la cola de
DLC dinámica 221 junto con los conceptos de QoS (velocidad de
transmisión mínima permitida, retardo por planificación máximo
permitido y tasa de transferencia mínima garantizada), donde el
operador puede elegir, entre las tres demandas de QoS, la más o las
más apropiadas para cada escenario.
A continuación se analizan los conceptos
considerados de incumplimiento presentados en las ecuaciones
previas: el incumplimiento de retardo por planificación (A) y el
incumplimiento de velocidad de transmisión (B).
El incumplimiento de retardo por planificación
se relaciona con el esquema de acceso contestando a la siguiente
pregunta: ¿Cuándo se dará servicio al usuario i-ésimo? En la sección
A se analiza el procedimiento de acceso del usuario al sistema y se
calcula la expresión para su probabilidad de acceso. Si un usuario
no obtiene acceso al canal dentro de su retardo por planificación
máximo permitido, se declara que está en incumplimiento de retardo
\xi_{access}.
La segunda fuente de incumplimiento llega a
través de la velocidad de transmisión concedida y responde a la
pregunta: Una vez que se selecciona al usuario i-ésimo para
transmisión, ¿recibiría una velocidad de transmisión de datos
inferior a sus requisitos? En la sección B se analiza la
distribución de velocidad de transmisión para el usuario
seleccionado y se obtiene la velocidad de transmisión mínima
garantizada bajo un incumplimiento dado \xi_{rate}.
Por lo tanto, se proponen los dos tipos de
incumplimiento para cumplir con el incumplimiento total
\xi_{out}, descrito en la sección C.
En el planteador oportunista 23, como se realiza
una monitorización continua de la calidad del canal de los usuarios
para seleccionar el mejor en cada intervalo, entonces no se
garantiza el acceso al medio inalámbrico. Por lo tanto, el estudio
del acceso al medio en esquemas de tasa de transferencia máxima es
un aspecto arduo y ofrece varios desafíos.
A continuación se define el retardo de acceso
máximo (en intervalos de tiempo) hasta que se da servicio al
usuario. Así, si un usuario activo en el sistema no obtiene acceso
al canal dentro de su retardo por planificación máximo permitido, se
declara que está en retardo de acceso, con una probabilidad de
incumplimiento \xi_{access} dada por
donde V(K) es la
probabilidad de que se requiera un máximo de K intervalos de tiempo
para seleccionar un usuario "i" de un grupo de N usuarios
i.i.d. V(K) sigue una distribución geométrica
como
En el esquema oportunista, cada uno de los N
usuarios independientes intenta acceder al canal con
\overline{P}_{access} = 1/N, por lo tanto, a partir de la
ecuación previa, el número máximo de intervalos de tiempo K hasta
que el usuario i-ésimo es seleccionado para transmisión, con una
probabilidad de incumplimiento de retardo \xi_{access}, esta
dado por
donde se muestra el efecto de
N.
\vskip1.000000\baselineskip
Aun cuando se seleccione un usuario para
transmisión, puede recibir una velocidad de transmisión que no
satisface sus requisitos de SNR SNR_{th}. Como consecuencia, entra
en un fallo de velocidad de transmisión y causa un incumplimiento a
ese usuario. Por consiguiente, esta sección usa la distribución de
la velocidad de transmisión de servicio para caracterizar el
incumplimiento de velocidad de transmisión, bajo un \xi_{rate}
predefinida. De nuevo, la velocidad de transmisión mínima permitida
está directamente relacionada con la SNR_{th} a través de la
relación velocidad de transmisión-SNR (por ejemplo,
velocidad de transmisión mínima permitida = log (1+
SNR_{th})).
Basado en la filosofía de tasa de transferencia
máxima para dar servicio a los usuarios, el valor de SNR de servicio
es la SNR máxima a lo largo de los usuarios activos en el sistema.
Usando la función de distribución acumulativa (cdf) ("cumulative
distribution function") de SNR de canales gausianos complejos
i.i.d.
y como la SNR de servicio es el
máximo de los valores de SNR de todos los usuarios, entonces la cdf
de SNR de servicio se establece
como
Teniendo en cuenta la cdf de la velocidad de
transmisión de servicio, la velocidad de transmisión mínima
requerida SNR_{th} para cada usuario con un incumplimiento de
velocidad de transmisión predefinido \xi_{rate} es
Los valores de SNR_{th} y \xi_{rate}
pueden calcularse para cumplir con los objetivos de cualquier
sistema bajo el número de usuarios N. Vale la pena observar que el
valor de SNR mínimo garantiza que el procedimiento de decodificación
del usuario será exitoso. En ese caso se usa una función escalonada
unitaria para el procedimiento de detección, que hace que la tasa
exitosa de paquetes (PSR) esté relacionada con la SNR_{th}
como
- PSR =
- 0 si SNR \geq SNR_{th}
- \quad
- 1 si SNR \leq SNR_{th}
donde se muestra la relación directa con
\xi_{rate}. Con más manipulaciones, la SNR_{th} de (7) puede
expresarse como
donde se muestra el efecto de todos
los parámetros implicados, con \lambda = log_{2}(e) =
1,4427.
Tal como se explicó previamente, el
procedimiento de transmisión oportunista viene controlado por dos
medidas de incumplimiento diferentes, pero el rendimiento total
tiene que definirse mediante un único parámetro.
Las probabilidades de incumplimiento
anteriormente mencionadas son totalmente independientes, ya que un
acceso del usuario al canal ocurre cuando su SNR es el máximo de
todos los demás usuarios, pero ser el usuario con la SNR más alta no
garantiza que esta SNR sea más alta que un umbral dado SNR_{th}.
Por lo tanto, el incumplimiento total \xi_{out} se define
como
que es la medida global de
incumplimiento.
A continuación se presenta un retardo por
planificación máximo: el retardo por planificación máximo, teniendo
un paquete de longitud W bits que corresponde al usuario i-ésimo y
esperando la transmisión en el planificador 23, se define como el
tiempo máximo requerido para hacer que el paquete sea recibido
correctamente en su destino. Obsérvese que esta definición incluye
el retardo resultante del procedimiento de planificación (es decir,
la selección de tasa de transferencia máxima) junto con el retardo
causado por la transmisión del canal (es decir, baja velocidad de
transmisión de datos), proporcionando, por lo tanto, una expresión
general para el retardo por planificación en esquemas oportunistas.
Por lo tanto, el número máximo de intervalos de tiempo para
seleccionar un usuario bajo un incumplimiento total \xi_{out} es
igual a la formulación de K intervalos de acceso en (4), definiendo
así el máximo retardo por planificación.
Se presenta un ejemplo numérico para evitar
conclusiones engañosas para el lector: en un escenario con N = 10, K
= 25, \sigma^{2} = 1 y SNR_{th} = 1,3 para cada usuario,
resulta que se obtienen \xi_{access} = 7,2% y \xi_{rate} =
4,2%, por lo tanto a cada usuario se le garantiza una recepción
correcta de su paquete dentro de un retardo por planificación máximo
de 25 intervalos y con un incumplimiento total de \xi_{out} =
11,0%.
A continuación, se presenta una tasa de
transferencia garantizada: en la política de planificación de tasa
de transferencia máxima sólo un único usuario tiene acceso a cada
intervalo. Como no siempre se da servicio al usuario, entonces ese
usuario recibe una tasa de transferencia cero a lo largo de varios
intervalos de tiempo. Por lo tanto, se requiere una tasa de
transferencia normalizada a lo largo del tiempo. Obsérvese que la
definición de tasa de transferencia normalizada representa el tiempo
de espera y, por consiguiente, la expresión de retardo por
planificación correspondiente.
Con una anchura de banda del sistema B_{w} y
t_{s} como el intervalo de tiempo (suponiendo que coincide con el
tiempo de coherencia del canal), la tasa de transferencia mínima
garantizada normalizada definida en bits/intervalo se establece
como
obteniendo la tasa de transferencia
con todos los parámetros de optimización
implicados.
Para evaluar el rendimiento de la cola dinámica
de DLC 221 propuesta, se establece un escenario heterogéneo donde
coexisten en el sistema usuarios con cuatro tipos de aplicaciones
(C1, C2, C3, C4). Se dispone de un total de
N = 20 usuarios (30-1, 30-2,..., 30-20) en el escenario con 5 usuarios para cada clase de tráfico de servicio C1, C2, C3 y C4. Las longitudes de los paquetes para las clases C1, C2, C3 y C4 son 100, 512, 1024 y 2312 bytes, respectivamente. La clase 1 tiene la prioridad más alta, mientras que la clase 4 es la clase de prioridad más baja. Se considera un sistema saturado, donde todos los usuarios 30-1, 30-2,..., 30-20 tienen al menos un paquete preparado para transmisión. En las simulaciones se supone una anchura de banda del sistema total de 20 MHz y un tiempo de servicio de intervalo de 1 ms. Cuando se selecciona un usuario para transmisión, se le conceden todos los recursos del sistema. Se considera un canal gausiano i.i.d. complejo en interiores con \simCN(0, 1) entradas. Se emplea el planificador oportunista 23 para seleccionar el usuario con la mejor SNR recibida. Se emplea una escala de tiempo de 10^{6} visualizaciones de canal para visualizar las variaciones continuas del canal.
N = 20 usuarios (30-1, 30-2,..., 30-20) en el escenario con 5 usuarios para cada clase de tráfico de servicio C1, C2, C3 y C4. Las longitudes de los paquetes para las clases C1, C2, C3 y C4 son 100, 512, 1024 y 2312 bytes, respectivamente. La clase 1 tiene la prioridad más alta, mientras que la clase 4 es la clase de prioridad más baja. Se considera un sistema saturado, donde todos los usuarios 30-1, 30-2,..., 30-20 tienen al menos un paquete preparado para transmisión. En las simulaciones se supone una anchura de banda del sistema total de 20 MHz y un tiempo de servicio de intervalo de 1 ms. Cuando se selecciona un usuario para transmisión, se le conceden todos los recursos del sistema. Se considera un canal gausiano i.i.d. complejo en interiores con \simCN(0, 1) entradas. Se emplea el planificador oportunista 23 para seleccionar el usuario con la mejor SNR recibida. Se emplea una escala de tiempo de 10^{6} visualizaciones de canal para visualizar las variaciones continuas del canal.
En la figura 3a se presenta el porcentaje de
incumplimiento en la satisfacción del retardo por planificación
máximo permitido para usuarios de la Clase 1 (C1) (eje Y) frente a
la longitud de la cola de DLC 221 (eje X). Se supone un retardo por
planificación máximo permitido de 20 ms para los usuarios de la
clase 1. Puede observarse a partir de la figura 3a que cuando la
longitud de la cola de DLC 221 es M = 5 (de manera que en la cola de
DLC 221 sólo existen usuarios de la clase 1 (C1)), el retardo por
planificación máximo permitido está garantizado para el 98% de los
casos (es decir, 2% de incumplimiento). Por otra parte, la figura 3b
muestra que, para incrementar la tasa de transferencia total del
sistema (no la tasa de transferencia garantizada de la expresión
(10), sino la tasa de transferencia total media en el sistema) se
requiere una longitud más larga de la cola de DLC 221, de manera que
más usuarios sean aceptados en el sistema. Esto significa que los
usuarios de la clase 1 tienen menores posibilidades de obtener
acceso al canal, lo que tiene un impacto directo sobre la entrega
temporal de sus paquetes. Como consecuencia, se infringe con mayor
probabilidad la restricción de retardo por planificación máximo
permitido y el incumplimiento en los requisitos de retardo se
incrementa con la longitud de la cola. Las figuras
3a-3b también muestran el retardo y el rendimiento
de la tasa de transferencia para una longitud de cola de DLC fija M
= 20, con mayor incumplimiento así como mejor comportamiento de la
tasa de transferencia. La línea de puntos muestra un ejemplo de lo
que el sistema puede proporcionar en cuanto a QoS, de manera que si
la aplicación de la clase 1 requiere 20 ms de retardo por
planificación máximo permitido y puede permitir el 10% de
incumplimiento, el ejemplo muestra que pueden ser aceptados 9
usuarios (5 usuarios de la clase 1 (C1) y 4 usuarios de la clase 2
(C2)) en la cola dinámica, y estos 9 usuarios permiten al sistema
ofrecer una tasa de transferencia media de 2,4 Mbps.
La figura 4 representa la tasa de transferencia
mínima garantizada del sistema para cada usuario para un escenario
que tiene una velocidad de transmisión mínima demandada de 15 Mbps
con longitud de cola de DLC variable, así como un incumplimiento
permitido variable \xi_{out}. Puede observarse que hay una
longitud de cola de DLC óptima M, donde la tasa de transferencia
garantizada tiene un valor máximo para cada incumplimiento
considerado. Por lo tanto, el sistema puede optimizarse basándose en
sus demandas y restricciones, para todas o para clases específicas
de usuarios.
En resumen, la presente invención presenta un
procedimiento de asignación eficiente de un canal inalámbrico de
enlace descendente ajustando dinámicamente la longitud de la cola de
control de enlace de datos (DLC). Entre los usuarios
30-1, 30-2,... 30-N
con uno o más paquetes en la cola, se selecciona 23 para transmisión
el usuario con las mejores condiciones del canal. Por lo tanto, la
longitud de la cola define la tasa de transferencia máxima
alcanzable del sistema. Por otra parte, los requisitos de QoS
instantánea de aplicaciones sensibles al retardo se garantizan con
longitudes cortas de cola de DLC (ajustadas dinámicamente). Aparece
un compromiso entre la tasa de transferencia total del sistema y las
demandas de QoS de los usuarios.
Se permite una longitud máxima M para obtener la
mayor tasa de transferencia total del sistema, pero restringido a la
satisfacción de la QoS de los usuarios. Se presentan varias medidas
de QoS alternativas y sus formulaciones, de manera que un operador
inalámbrico puede elegir entre ellas las más adecuadas para cada
característica de escenario y demanda de QoS de los usuarios.
Obviamente, la invención no está limitada a las
realizaciones específicas descritas en este documento, sino que
también engloba cualquier variación que pueda ser considerada por
cualquier persona experta en la materia (por ejemplo, en cuanto a la
elección de componentes, configuración, etc.), dentro del alcance
general de la invención según se define en las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (12)
1. Un procedimiento para asignar eficientemente
un canal de enlace descendente desde un transmisor (1) hasta un
usuario seleccionado de una pluralidad de usuarios
(30-1, 30-2,...
30-N) en una red inalámbrica que proporciona
diferentes aplicaciones de servicio a dichos usuarios
(30-1, 30-2,...
30-N), que comprende las etapas de:
- -
- en una cola de DLC (221) de dicho transmisor (1), clasificar (221) una pluralidad de M paquetes de la capa de aplicación que han de ser transmitidos a dicha pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), basándose dicha clasificación en una demanda de calidad de servicio asociada a cada paquete de la capa de aplicación, estando a su vez dichas demandas de calidad de servicio asociadas a clases de aplicaciones respectivas (C1, C2, C3, C4), teniendo dicha cola de DLC (221) longitud M, siendo M un número natural, correspondiendo dichos M paquetes a P usuarios de dicha pluralidad de usuarios (30-1, 30-2,... 30-N), en la que P \leq M,
- caracterizado por las etapas de:
- -
- cambiar dinámicamente dicha longitud M de dicha cola de DLC (221) en función de los diferentes valores instantáneos de las demandas de calidad de servicio de las diferentes aplicaciones de servicio a las que se refieren dichos paquetes de la capa de aplicación, ajustando así el punto de funcionamiento de la red; y
- -
- en un planificador (23) de dicho transmisor (1), asignar un canal al usuario que tenga mejores condiciones del canal de dicho grupo de P usuarios.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dichas demandas de calidad de servicio son función de al
menos uno de lo siguiente: un retardo por planificación máximo
permitido, una velocidad de transmisión mínima permitida y una tasa
de transferencia mínima garantizada.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que dichas demandas de calidad de servicio se calculan teniendo
en cuenta un valor de incumplimiento predefinido.
4. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichas demandas de calidad de
servicio son función de un retardo por planificación máximo
permitido.
5. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichas demandas de calidad de
servicio son función de un retardo por planificación máximo
permitido y una velocidad de transmisión mínima permitida.
6. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichas demandas de calidad de
servicio son función de un retardo por planificación máximo
permitido, una velocidad de transmisión mínima permitida y una tasa
de transferencia mínima garantizada.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que dicho valor de M se calcula a partir de la siguiente
expresión:
- max M
donde SNR_{th} es un valor de SNR
mínima requerida, SNR_{i} es el valor de SNR instantánea
proporcionado para un usuario i, \xi_{rate} es un incumplimiento
de velocidad de transmisión permitido, D_{max} es un
retardo por planificación máximo permitido, K_{i} es el
valor obtenido del retardo por planificación, \xi_{access} es
un incumplimiento de retardo por planificación, T_{min} es
una tasa de transferencia mínima garantizada, T_{i} es una
tasa de transferencia obtenida, \xi_{out} es un incumplimiento
total permitido y dicha velocidad de transmisión mínima permitida
está relacionada directamente con SNR_{th} a través de una
relación velocidad de
transmisión-SNR.
8. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dichas mejores condiciones
del canal se evalúan a partir de un valor medido de la relación
señal/ruido para cada usuario.
9. Un transmisor (1) que comprende medios
adaptados para llevar a cabo las etapas del procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. Una estación base que comprende al menos un
transmisor (1) según la reivindicación 9.
11. Un sistema de comunicaciones inalámbricas
que comprende al menos una estación base según la reivindicación
10.
12. Un programa informático que comprende medios
de código de programa informático adaptados para realizar las etapas
del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8
cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador, un procesador de
señal digital, una matriz de puertas programable in situ, un
circuito integrado específico de aplicación, un microprocesador, un
microcontrolador, o cualquier otra forma de hardware
programable.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801308A ES2336748B1 (es) | 2008-05-06 | 2008-05-06 | Procedimiento de asignacion eficiente de canal en sistemas inalambricos. |
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| EP08760347A EP2272297B1 (en) | 2008-05-06 | 2008-06-02 | Method of efficient channel allocation in wireless systems |
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| AT08760347T ATE538619T1 (de) | 2008-05-06 | 2008-06-02 | Verfahren für effiziente kanalzuweisung in drahtlosen systemen |
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|---|---|---|---|
| ES200801308A ES2336748B1 (es) | 2008-05-06 | 2008-05-06 | Procedimiento de asignacion eficiente de canal en sistemas inalambricos. |
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| EP (1) | EP2272297B1 (es) |
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| US8509129B2 (en) * | 2008-06-04 | 2013-08-13 | General Electric Company | System and method for adjusting media access control parameters in a wireless network |
| US8923873B2 (en) * | 2011-11-14 | 2014-12-30 | T-Mobile Usa, Inc. | Device triggered channel selection |
| KR101292309B1 (ko) * | 2011-12-27 | 2013-07-31 | 숭실대학교산학협력단 | 반도체칩 및 메모리 제어방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체 |
| US9385931B1 (en) * | 2012-03-08 | 2016-07-05 | Sprint Spectrum L.P. | Determining a reordering timer |
| US20130336204A1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-12-19 | Jen-Chieh Huang | Control method for adjusting queuing data volumn of wireless communications device by detecting data transfer speed at physical layer and related control module and machine-readable medium thereof |
| US9173229B2 (en) * | 2012-11-26 | 2015-10-27 | Apple Inc. | QoS based buffering while TTI bundling is enabled |
| CN105376723B (zh) * | 2014-08-21 | 2019-06-14 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种实现无线链路处理的方法、基站及终端 |
| EP3721669B1 (en) * | 2017-12-05 | 2023-03-29 | Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) | Downlink scheduling of terminal devices |
| CN109905864B (zh) * | 2019-02-28 | 2020-11-03 | 华北电力大学 | 一种面向电力物联网的跨层资源分配方案 |
| US12235777B2 (en) * | 2022-07-08 | 2025-02-25 | Dell Products, L.P. | Managing peripheral device connectivity based on context |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6449255B1 (en) * | 1999-04-26 | 2002-09-10 | Cisco Technology, Inc. | Method and apparatus for managing packets using a real-time feedback signal |
| US6590890B1 (en) * | 2000-03-03 | 2003-07-08 | Lucent Technologies Inc. | Method of packet scheduling, with improved delay performance, for wireless networks |
| WO2001080524A2 (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-25 | Circadence Corporation | Method and system for overcoming denial of service attacks |
| EP1239637B1 (en) * | 2001-03-09 | 2006-07-12 | Vitesse Semiconductor Corporation | Time based packet scheduling and sorting system |
| US6961545B2 (en) * | 2001-04-09 | 2005-11-01 | Atheros Communications, Inc. | Method and system for providing antenna diversity |
| US7746779B2 (en) | 2002-06-03 | 2010-06-29 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Method and apparatus for scheduling users to allocate data transmissions in communications systems |
| GB0302215D0 (en) | 2003-01-30 | 2003-03-05 | Univ Surrey | Method and system for determining optimum resourse allocation in a network |
| US7535839B2 (en) * | 2005-06-30 | 2009-05-19 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Method and apparatus for quality-of-service based admission control using prediction of scheduling gain |
| US20070002750A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-04 | Nec Laboratories America, Inc. | Generic Real Time Scheduler for Wireless Packet Data Systems |
| US7480488B2 (en) * | 2005-08-02 | 2009-01-20 | Texas Instruments Incorporated | Providing optimal uplink data rates to mobile stations when mobile networks send parameters controlling the data rates |
| US7804910B2 (en) * | 2006-08-08 | 2010-09-28 | Adaptix, Inc. | Systems and methods for wireless communication system channel allocation using international delay distortion |
| US7715316B2 (en) * | 2007-05-11 | 2010-05-11 | Verizon Services Organization Inc. | Method and apparatus for improving performance in a network using a virtual queue and a switched poisson process traffic model |
| WO2009080081A1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-07-02 | Telecom Italia S.P.A. | A scheduling method and system for communication |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 01.11.2007, NIZAR ZORBA et al.: "{}CAC for Multibeam Opportunistic Schemes in Heterogeneous WiMax Systems Under QoS Constraints"{} GLOBAL TELECOMMUNICATIONS CONFERENCE, 2007. GLOBECOM '07.IEEE, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 1 Noviembre 2007 (2007-11-01), páginas 4296-4300, XP031196745 ISBN:978-1-4244-1042-2. * |
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