ES2633824T3 - Métodos para incorporar una red celular ad hoc en una red celular fija - Google Patents

Abstract

Un método para establecer una red celular ad hoc que tiene una estación base celular ad hoc (300) o que integra una estación base celular ad hoc (300) en una red celular fija que comprende las etapas de: a. analizar (402) una velocidad para determinar un estado de movilidad de una estación base celular ad hoc; b. consultar (404) una memoria caché local o remota almacenada en un servidor informático para determinar una configuración de retorno o una configuración de acceso para la estación base celular ad hoc; c. recibir (406) la configuración de retorno o la configuración de acceso para la estación base celular ad hoc desde la memoria caché local o remota; d. evaluar (408) un parámetro operativo de una estación base celular vecina; e. determinar (410) si la configuración de acceso o la configuración de retorno deben actualizarse basándose en el parámetro operativo; y f. transmitir (460) o recibir (460) una señal de acceso o una señal de retorno utilizando la configuración de acceso o la configuración de retorno.

Description

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Metodos para incorporar una red celular ad hoc en una red celular fija Campo

La presente invencion se refiere en general a telecomunicaciones multimedia inalambricas. Mas especfficamente, esta invencion se refiere a metodos para incorporar una red celular ad hoc en una red celular fija existente.

Antecedentes

Historicamente, las redes inalambricas han sido homogeneas a traves de varias dimensiones: tecnologfa de acceso por radio, macro frente a celda pequena o femtocelda, y concentrador y radio frente a red de malla. Cada una de estas redes de comunicacion inalambrica tiene sus puntos fuertes y sus puntos debiles. Las macro-redes de telefonfa fija celular sufren de puntos muertos, interrupciones relacionadas con tormentas, impedimento de cobertura en tiempo inclemente, dificultad para proporcionar cobertura en edificios, llamadas perdidas en entrega, susceptibilidad a atascos, etc. Los puntos de acceso de celdas pequenas tienen alcance limitado. Y las redes ad hoc moviles son buenas para un pequeno equipo que trabaja en una mision conjunta, pero historicamente estas redes han sido independientes.

Los servicios multimedia inalambricos se suministran tfpicamente a traves de una serie de macroestaciones base situadas en torres u otras ubicaciones estrategicas. Este diseno arquitectonico se aplica a las redes de seguridad civil y publica. Independientemente del usuario final, la demanda sobre las macro-redes es superior a las capacidades de las macro-redes. Desde el punto de vista de la seguridad publica, la interoperabilidad entre los diferentes departamentos de seguridad publica y la cobertura fiable en zonas de diffcil acceso, como dentro de edificios, tambien han sido retos importantes para las ciudades y municipios que proporcionan servicios multimedia inalambricos a funcionarios de seguridad publica.

Recientemente, los operadores civiles han estado encontrando maneras de mejorar la cobertura de la red celular. Por ejemplo, aproximadamente el 75 % de todos los equipos deportivos profesionales han anadido sistemas de antenas distribuidos (DAS) a sus lugares como una forma de reducir la carga que se le asigna a la red de telefonfa celular que presta servicios en el campo durante el tiempo de juego. Aunque los locales habilitados para DAS aumenten su capacidad, son caros de instalar y operar, y no proporcionan movilidad. Los sistemas DAS no anaden ningun tipo de inteligencia a la red. En su lugar, simplemente actuan como repetidores.

Retrocediendo, las redes celulares son redes preplanificadas inherentemente. No se forman de manera ad hoc como una red ad hoc militar. Aunque las redes militares ad hoc tienen la ventaja de ser ad hoc, su flexibilidad se limita a los canales de datos dentro de la misma banda de frecuencias. Ademas, las redes militares ad hoc no se integran en las redes celulares existentes. Mas bien, operan como islas independientes.

Cuando se anaden femtoceldas o repetidores a redes celulares, su integracion tambien se planea previamente. Las femtoceldas proporcionan acceso celular usando un retorno de Ethernet. A pesar de que son moviles, estan vinculados a un retorno cableado. Ademas, cuando se mueve una femtocelda, el operador de la femtocelda debe reconfigurar la reintegracion de la femtocelda de nuevo en la red existente. En algunas femtoceldas, esta reintegracion puede lograrse introduciendo las coordenadas GPS de la femtocelda. En otras femtoceldas, la mitigacion de la interferencia puede lograrse identificando cualquier estacion base celular adicional dentro del alcance de la femtocelda.

Los repetidores son esencialmente amplificadores. Los repetidores toman la senal de entrada, la amplifican y la envfan. No cambian la frecuencia de la senal de entrada, el protocolo de la senal de entrada, el esquema duplex de la senal de entrada, etc.

Mirando hacia el futuro, los lfderes de la industria creen que las redes heterogeneas se volveran mas ubicuas porque aumentan la capacidad. La heterogeneidad, por su definicion misma, significa ser diverso en caracter o contenido. En las redes de comunicaciones inalambricas de la tecnica anterior, esto podrfa significar la adicion de una celda pequena a una macro red, estando la heterogeneidad combinando una celda pequena con una macro celda.

Algunos de los desaffos de integrar celdas pequenas en una red macrocelular incluyen: retorno del trafico al sitio de la celda, que puede ser costoso e ineficiente; encontrar un sitio para las celdas pequenas al aire libre; y la gestion de una red llena de macroceldas y celdas pequenas. Esta es la heterogeneidad en el nivel de una estacion base.

En otro ejemplo, las radios militares pueden tener diversidad de canales en el sentido de que podrfan asignar diferentes canales a los usuarios dentro de una red, teniendo cada canal una frecuencia diferente. Esto podrfa considerarse como heterogeneidad o diversidad de frecuencias. Pero las frecuencias asignadas dentro de esta red

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estarfan todas dentro de una banda de frecuencia particular. Y por lo tanto, la gestion de esta red es bastante sencilla porque hay un propietario para la banda de frecuencia y, por lo tanto, solo un conjunto de principios de gestion que rigen la banda de frecuencia.

Si bien estos ejemplos muestran cierta heterogeneidad en la tecnica anterior, existe la necesidad de promover el concepto de heterogeneidad porque al hacerlo, la capacidad de la red aumenta notablemente. La heterogeneidad puede y debe existir mas alla del nivel de la estacion base. Especfficamente, la tecnica anterior carece de heterogeneidad a nivel de red, es decir, que combina varias redes conjuntas, tales como una red celular ad hoc con una red celular fija. Por lo tanto, existe la necesidad de gestionar redes celulares ad hoc de tal manera que se integren perfectamente en las redes celulares fijas existentes y se amplfe su cobertura. Tambien existe la necesidad de potenciar dinamicamente una mirfada de frecuencias, protocolos, esquemas de duplexacion.

El documento EP 2 458 798 desvela metodos y aparatos para configurar perfiles de calidad de servicio de abonado.

Los aspectos de la invencion se describen en las reivindicaciones independientes y las caracterfsticas preferidas se mencionan en la reivindicacion dependiente.

Resumen de la invencion

En esta invencion, se desvelan metodos para establecer o integrar una red celular ad hoc en una red celular existente. Cuando se crea una red celular ad hoc como una red autonoma, es una red heterogenea, tal como se utiliza en el presente documento. Cuando la red celular ad hoc esta integrada en una red celular fija, la combinacion resultante es tambien una red heterogenea, tal como se utiliza en el presente documento.

Las redes celulares ad hoc creadas en el presente documento pueden establecerse con una unica estacion base celular ad hoc o con mas de una estacion base celular ad hoc. Las estaciones base celulares ad hoc pueden ser moviles o estacionarias. Tambien pueden ser parte de una instalacion semi-permanente. La diferencia entre una estacion base celular ad hoc y un nodo celular fijo o una estacion base celular fija es que las estaciones base celulares ad hoc se pueden mover facilmente. Pueden permanecer en un lugar determinado durante muchos meses, por ejemplo, en un escenario de recuperacion de desastres, pero estan disenadas para moverse facilmente. Por otro lado, las estaciones base celulares fijas forman parte de una infraestructura fija. Por lo general, su instalacion requiere una planificacion avanzada. Su instalacion, por lo tanto, no es ad hoc.

Es esta planificacion fija y avanzada la que algunos de los metodos de las realizaciones desveladas superan mediante la automatizacion de ajustes de hardware para alojar parametros operativos variables dentro de una red celular. La automatizacion de estos procedimientos requiere el uso de hardware heterogeneo de acceso y retorno que se puede adaptar para ajustarse a las caracterfsticas de la red. Requiere tener la capacidad de alterar dinamicamente las configuraciones de hardware en respuesta a la dinamica de la red cambiante. Realizar esto requiere medir y analizar las condiciones de la red y alterar la configuracion del hardware como resultado del analisis para proporcionar redes moviles ad hoc optimizadas.

Las estaciones base celulares se despliegan tradicionalmente en entornos fijos. Incluso los nodos moviles conocidos como Cell on Wheels ("COWS" (torres moviles sobre ruedas)) son simplemente versiones portatiles de estaciones base fijas. Como tal, su adicion a una red existente requiere una planificacion cuidadosa, que a menudo puede significar la reevaluacion de los parametros operacionales de las estaciones base existentes dentro de un vecindario particular. Este tipo de mejora de una red requiere una planificacion avanzada sustancial.

Por el contrario, los metodos descritos en el presente documento automatizan la integracion de estaciones de base celulares ad hoc en una red celular existente. Esta automatizacion se encarga de gestionar las estaciones base celulares individuales y de proporcionar una orquestacion de extremo a extremo de alto nivel a la red celular ad hoc y fija combinada. Incluso cuando las realizaciones descritas en el presente documento se usan para crear una red celular ad hoc independiente, miden y analizan los parametros operativos de las redes celulares existentes dentro del alcance para asegurar que su creacion no afecte perjudicialmente a las redes celulares existentes dentro del alcance.

Las realizaciones desveladas en el presente documento se ejecutan en nodos de tecnologfa de acceso multi-radio, a lo que se hace referencia como "estaciones de base celulares ad hoc". Debido a que las estaciones base ad-hoc incorporan multiples radios de acceso y retorno, son capaces de operar sobre numerosas frecuencias, ejecutar una diversidad de protocolos, usar espectro con licencia o sin licencia, y usar conectividad cableada o inalambrica.

En realizaciones de la invencion, se desvelan metodos para establecer una red celular ad hoc que tiene una estacion base celular ad hoc o integrar una estacion base celular ad hoc en una red celular fija que comprende las etapas de: analizar una velocidad para determinar un estado de movilidad de una estacion base celular ad hoc; consultar una memoria cache local o remota almacenada en un servidor informatico para determinar una configuracion de retorno

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o una configuracion de acceso para la estacion base celular ad hoc; recibir la configuracion de retorno o la configuracion de acceso para la estacion base celular ad hoc desde la memoria cache local o remota; evaluar un parametro operativo de una estacion base celular vecina; determinar si la configuracion de acceso o la configuracion de retorno deben actualizarse basandose en el parametro operativo; y transmitir o recibir una senal de acceso o una senal de retorno usando la configuracion de acceso o la configuracion de retorno. En una realizacion adicional que realiza las etapas anteriormente enumeradas, tambien podrfa haber una segunda estacion base celular ad hoc que comprende ademas las etapas de: recibir desde una memoria cache local o remota una segunda ubicacion, un segundo estado de movilidad o una segunda direccion de recorrido para una segunda estacion base celular ad hoc dentro de la red celular ad hoc; evaluar al menos una de la configuracion de retorno, la configuracion de acceso, la segunda ubicacion, el segundo estado de movilidad o una segunda direccion de recorrido para determinar si la configuracion de retorno o la configuracion de acceso debe cambiarse a una configuracion de retorno actualizada, o una configuracion de acceso actualizado; y transmitir una senal de acceso o una senal de retorno usando la configuracion de acceso, la configuracion de acceso actualizada, la configuracion de retorno o la configuracion de retorno actualizada. En realizaciones adicionales, la velocidad se determina utilizando datos de localizacion o datos de direccion para la estacion base celular ad hoc.

Modificaciones alternativas anaden a estas realizaciones lo siguiente: alterar un nivel de potencia de una radio de acceso o una radio de retorno que tiene un hardware de transmision o recepcion configurado para operar sobre la configuracion de acceso o la configuracion de retorno; usar una conexion de retorno de malla inalambrica; y alterar una configuracion de antena basada en una configuracion de acceso o una configuracion de retorno. En realizaciones adicionales, basandose en estas etapas podrfa comunicarse una decision de traspasar una sesion de datos o de voz de un usuario al servicio de una estacion base celular ad hoc de origen a una estacion base celular de destino; e intercambiar informacion de mensajerfa entre la estacion base celular ad hoc de origen y la estacion base celular de destino. Podrfa comunicarse alternativamente una decision para traspasar una sesion de datos o de voz de un usuario que esta siendo servido por una estacion base celular de origen a una estacion base celular ad hoc de destino; e intercambiar informacion de mensajerfa entre la estacion base celular de origen y la estacion base celular ad hoc de destino.

En algunas realizaciones, la senal de acceso o la senal de retorno utilizan la comunicacion inalambrica full duplex. En algunas realizaciones podrfan existir etapas adicionales de deteccion de una brecha de cobertura; establecer al menos una conexion de retorno inalambrica a una red central que utiliza una antena que tiene una ganancia mayor de 0 dB; y usar la configuracion de acceso para transmitir o recibir senales en una radio de acceso. Tambien podrfa darse una situacion en la que la configuracion de acceso o la configuracion de retorno se determina basandose en una fuente de energfa de la estacion base celular ad hoc. Como alternativa, podrfa haber una configuracion de acceso o la configuracion de retorno se determina basandose en un parametro operativo de la red celular ad hoc.

En realizaciones adicionales que traten sobre los mismo, podrfan existir metodos que comprendan ademas la estacion base celular ad hoc que autentica un equipo de usuario utilizando un usuario ya autenticado que se comunica con otros usuarios dentro de la red celular ad hoc o que asigna una prioridad a un usuario. Una realizacion alternativa podrfa incluir una conexion de retorno de la estacion base celular ad hoc a una red celular que recibe un tratamiento de prioridad basado en un parametro operativo de la estacion base celular ad hoc. Adicionalmente, en algunas de estas realizaciones es posible intercambiar informacion de mensajerfa con una red celular central, o establecer una segunda conexion de retorno usando un protocolo celular o de malla entre la estacion base celular ad hoc y una segunda estacion base celular.

En realizaciones adicionales podrfa haber un metodo para establecer una red celular ad hoc que tenga una estacion base celular ad hoc o integrar una estacion base celular ad hoc en una red celular fija que comprende las etapas de: establecer una conexion de retorno inalambrica para estacion base celular ad hoc que comprende ademas las etapas de: recibir un paquete de datos de una estacion base celular ad hoc; extraer un paquete de sobrecarga del tunel del paquete de datos para crear un paquete de datos modificado; almacenar el paquete de sobrecarga del tunel en una memoria; reenviar el paquete de datos modificado a una segunda estacion base celular ad hoc utilizando un protocolo de enrutamiento IP; recibir un acuse de recibo de la segunda estacion base ad hoc celular que indica que el establecimiento de un portador esta completo; y anclar una sesion de IP para proteger una red externa de un cambio de IP de retorno.

En realizaciones alternativas el paquete de datos es una solicitud de union inicial o el paquete de datos modificado es reenviado a un nucleo de paquete evolucionado. En una realizacion alternativa, podrfa darse la red celular ad hoc que proporciona una conciencia de la situacion a un usuario local con una aplicacion de software o una base de datos central proporcionando al menos uno de: una ubicacion de una estacion base celular ad hoc, una direccion o recorrido de una estacion base celular ad hoc, un parametro de movilidad para una estacion base celular ad hoc, un parametro ambiental para una estacion base celular ad hoc, un mapa de cobertura de una estacion base celular ad hoc, un parametro ambiental de una estacion base fija, un parametro operativo de una estacion base fija, una ubicacion de una estacion base fija o una ubicacion de un usuario. En una realizacion adicional, podrfa haber supervision de la calidad de la conexion de retorno con la red central para determinar si se encuentra por debajo de

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un parametro de umbral; proporcionar una red central limitada local a la red ad hoc si la conexion de retorno cae por debajo del parametro de umbral que comprende ademas las etapas de: proporcionar la estacion base celular ad hoc un conjunto mfnimo de funcionalidad de red principal a un equipo de usuario dentro de la red ad hoc en un canal de acceso; recibir una informacion de autenticacion de una base de datos de red central que tiene informacion de autenticacion central almacenada en la misma; almacenar la informacion de autenticacion en una memoria; y usar la informacion de autenticacion para autenticar el equipo de usuario.

En una realizacion alternativa podrfa gestionarse la red celular ad hoc; y proporcionar una aplicacion de voz sobre IP en la que la aplicacion de voz sobre IP se elige del grupo que consiste en: comunicacion pulsa y habla, entre pares, un plan de marcacion a nivel nacional de usuario ad hoc; un plan de marcacion internacional de usuario ad hoc, llamada en conferencia o una lista de marcacion rapida. Una realizacion adicional podrfa comprender las etapas de: una primera estacion base celular ad hoc que detecta una tercera estacion base celular ad hoc en la que la tercera estacion base celular ad hoc tiene un procesador que tiene una funcionalidad de red central limitada; y utilizar una conexion de retorno cableada o una conexion de retorno inalambrica para integrar la tercera estacion base celular ad hoc en la red celular ad hoc en la que la integracion se realiza intercambiando informacion de mensajerfa con la segunda estacion base celular ad hoc.

Todavfa en una realizacion adicional, podrfan darse ademas las etapas de: determinar si la calidad de la conexion de retorno con la red central excede el parametro de umbral; y sincronizar la informacion de autenticacion almacenada en la memoria de la estacion base celular ad hoc que proporciona la funcionalidad limitada del nucleo con la base de datos de la red central.

Una realizacion alternativa podrfa ser un metodo para establecer una red celular ad hoc que tenga una estacion base celular ad hoc o integrar una estacion base celular ad hoc en una red celular fija que comprende las etapas de: recibir un mensaje enviado desde un equipo de usuario que opera en una red celular existente, en el que el mensaje se envfa a traves de un canal de control o portador; analizar una caracterfstica del mensaje; analizar un parametro operativo de la red celular existente; determinar si una estacion base celular ad hoc debe habilitar, deshabilitar o modificar una senal de acceso o una senal de retorno en base al analisis de la caracterfstica del mensaje o del parametro operativo.

Una realizacion adicional podrfa ser un metodo para establecer una red celular ad hoc que tenga una estacion base celular ad hoc o integrar una estacion base celular ad hoc en una red celular fija que comprende las etapas de: optimizar una ruta de datos en la que la optimizacion comprende ademas: recibir un primer paquete de datos de un equipo de usuario en una primera estacion base celular ad hoc en la que la primera estacion base celular ad hoc incluye una pasarela local que proporciona acceso inalambrico local; eliminar una primera cabecera de protocolo del primer paquete de datos; almacenar la primera cabecera de protocolo en una memoria; recibir un segundo paquete de datos en el que el segundo paquete de datos fue enviado desde un segundo nodo ad hoc que tenia un procesador con una funcionalidad de red central limitada almacenada en el mismo; analizar una pluralidad de encabezados de paquetes de datos almacenados en la memoria con el fin de determinar que corresponde al segundo paquete de datos; y anadir un segundo encabezado de paquete de datos al segundo paquete de datos. En una realizacion alternativa podrfa haber una pasarela de red de datos por paquetes local (LGW). Adicionalmente, una realizacion podrfa comprender ademas el establecimiento de una red cerrada.

En una realizacion adicional podrfa darse un metodo para establecer una red celular ad hoc que tenga una estacion base celular ad hoc o integrar una estacion base celular ad hoc en una red celular fija que comprende las etapas de: una primera estacion base celular ad hoc que establece una primera conexion primaria con una red celular central; una segunda estacion base celular ad hoc que establece una conexion con la primera estacion base celular ad hoc; la segunda estacion base celular ad hoc que establece una segunda conexion primaria con la red celular central; determinar si la calidad de la primera conexion primaria esta por debajo de un parametro de umbral; y reemplazar la primera conexion primaria con la segunda conexion primaria si la calidad de la primera conexion primaria se encuentra por debajo del parametro de umbral. En algunas realizaciones, el parametro de umbral se determina agregando mas de un parametro de umbral y promediando los parametros de umbral agregados.

Breve description de los dibujos

La figura 1 es una representacion arquitectonica de la tecnica anterior de una red de comunicacion celular de seguridad publica.

La figura 2 es una representacion arquitectonica de una red de comunicacion celular sobre la que se podrfan ejecutar los metodos de la presente invencion.

La figura 3 es una representacion arquitectonica de una estacion base celular ad hoc sobre la que se pueden ejecutar los metodos de la presente invencion.

La figura 4 muestra las etapas de realizaciones de metodos para establecer una red celular ad hoc o integrar una red celular ad hoc en una red celular fija.

La figura 5A muestra una primera porcion de un flujo de mensajes para establecer una conexion de retorno

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inalambrica en una red celular ad hoc.

La figura 5B muestra una segunda porcion de un flujo de mensajes para establecer una conexion de retorno inalambrica en una red celular ad hoc.

La figura 6 es una ilustracion de un conjunto arquitectonico sobre el cual se pueden realizar metodos para establecer una red celular ad hoc o integrar una red celular ad hoc en una red celular fija.

La figura 7 muestra las etapas de los metodos para establecer una conexion de retorno inalambrica para una estacion base celular ad hoc.

La figura 8 muestra una arquitectura sobre la cual se pueden realizar metodos para determinar si una estacion base celular ad hoc debe establecer una red celular ad hoc o mejorar la cobertura de una red celular fija.

La figura 9 representa etapas para metodos para determinar si una estacion base celular ad hoc deberfa habilitar, deshabilitar o modificar una senal de acceso o una senal de retorno.

La figura 10 muestra etapas para metodos de optimizacion de una trayectoria de datos proporcionando una pasarela local.

La figura 11 ilustra las etapas de metodos para crear conexiones de retorno redundantes dentro de una red celular ad hoc.

Definiciones

Las estaciones base celulares ad hoc pueden ser moviles, estacionarias o parte de una instalacion semipermanente. La diferencia entre un nodo ad hoc y una estacion base celular fija es que las estaciones base celulares ad hoc se pueden mover facilmente. Pueden permanecer en un lugar determinado durante muchos meses, pero estan disenadas para moverse facilmente. Las estaciones base celulares ad hoc son nodos dinamicos y heterogeneos. Las estaciones base celulares ad hoc pueden tener instrucciones legibles por ordenador almacenadas en la memoria que les permitan integrarse perfectamente en las redes celulares existentes o proporcionar funcionalidad o servicios de red inalambrica local limitada y de red central.

La red celular ad hoc es una red autonoma de estaciones base celulares ad hoc. Estas redes pueden ser utilizadas por consumidores, empresas o para fines especiales. Ademas, pueden integrarse en redes fijas. Pueden proporcionar cobertura en zonas rurales. Pueden mejorar la cobertura de las redes fijas. Y pueden utilizarse para proporcionar servicios de red en areas donde no hay red o donde un desastre natural o causado por el hombre ha destruido parte o toda una red fija.

Celular se refiere a que funciona dentro de una red compatible con los estandares.

Caracterfstica se refiere a la calidad de red experimentada por un usuario, que puede verse afectada por la carga, la congestion, la latencia o la capacidad de la red.

Estacion base celular ad hoc de destino se refiere a una estacion base celular ad hoc o fija que puede recibir una transferencia directa. Una estacion base celular ad hoc puede ser estacionaria o movil.

Nodo dinamico heterogeneo se refiere a un nodo que es capaz de alterar dinamicamente un modo operativo o un parametro operativo.

Condicion ambiental se refiere a interferencia de radiofrecuencia, temperatura, precipitacion u otra metrica relacionada con el tiempo.

EPC se refiere a un nucleo de paquete evolucionado.

Las estaciones base celulares fijas o nodos celulares fijos o estaciones base fijas forman parte de una infraestructura fija. Tfpicamente, su instalacion requiere una planificacion avanzada, lo que significa que no son estaciones base o nodos ad hoc.

Las redes celulares fijas o las redes fijas estan constituidas por estaciones base celulares fijas o nodos celulares fijos.

Heterogeneo se refiere a que es de diverso caracter o contenido

Red heterogenea se refiere a una red que es diversa en al menos uno de los siguientes modos operativos: frecuencia, protocolo, esquema de duplexacion, conexion cableada frente a inalambrica, o espectro con licencia frente a espectro sin licencia

Nodo heterogeneo se refiere a un nodo que puede establecer una red heterogenea.

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HSS se refiere a un servidor de abonado domestico.

Funcionalidad de red central limitada se refiere a un procesador que tiene al menos una de las siguientes funcionalidades: paginacion, traspaso, autenticacion, gestion de ubicacion, seleccion SGW, gestion de recursos de radio, gestion de movilidad, gestion de itinerancia, gestion de area de seguimiento, anclaje de movilidad, interceptacion legal, aplicacion de polfticas, filtrado de paquetes, carga, o que proporciona un anclaje entre 3GPP y tecnologfas no 3GPP.

MME se refiere a entidad de gestion de la movilidad.

La estacion base celular vecina podrfa ser una estacion base fija o una estacion base ad hoc.

Parametro operativo se refiere a radiofrecuencia, movilidad, carga de red, configuracion de red, configuracion de acceso, configuracion de retorno, interferencia o nivel de potencia.

PGW se refiere a una pasarela de red de paquetes de datos.

PCRF se refiere a una polftica y una funcion de reglas de carga.

PDN se refiere a una red de paquetes de datos.

SGW se refiere a una pasarela de conmutacion.

Estacion base celular ad hoc de origen se refiere a una estacion base celular ad hoc o fija a partir de la cual se puede realizar un traspaso. Una estacion base celular ad hoc de origen puede ser estacionaria o movil.

Description detallada

La figura 1 muestra un diagrama ejemplar de una red de comunicacion de seguridad publica de la tecnica anterior 100 que facilita dos tipos de comunicacion, ya sea a traves de una torre 110 o punto a punto 120. En cualquiera de estos modos de comunicacion, la radio del oficial de seguridad publica debe estar dentro del alcance de la torre 110 o de su par 122. Estar dentro del alcance de una radio o estacion base receptora es una limitacion inherente de todas las redes de comunicacion inalambricas. Algunos de los inconvenientes de la infraestructura basada en torres se analizan en la seccion de antecedentes.

En la red de comunicacion de seguridad publica 100, los problemas de alcance se agravan adicionalmente en Estados Unidos por el hecho de que la mayorfa de las redes de comunicacion de seguridad publica 100 son propiedad y estan operadas por localidades individuales, ciudades, municipios y similares. Esto se traduce en una falta de uniformidad en todo el pais y una incapacidad para aprovechar la infraestructura de las localidades circundantes. Algunas de las redes de comunicaciones de seguridad publica 100 en varios pafses son redes privadas, y algunas estan dirigidas por operadores de redes comerciales, como por ejemplo Verizon o AT&T en Estados Unidos. Estas redes de comunicacion 100 suelen apoyar el uso de radios moviles terrestres, aunque algunas redes de seguridad publica 100 son capaces de soportar telefonos inteligentes usados por el personal de seguridad publica.

A diferencia de las redes de infraestructura fija de la tecnica anterior y la tecnica anterior de redes militares ad hoc, la presente invencion esta disenada para utilizar una estacion base celular movil para crear una red celular ad hoc como una red autonoma o como una red que se integra perfectamente con la infraestructura de la red celular existente. Aunque esta aplicacion utiliza el termino "movil", los expertos en la tecnica entenderan que una estacion base celular movil puede, a veces, ser movil, y en otras ocasiones puede ser estacionaria. La distincion entre una "estacion base celular movil" como se usa en esta solicitud y una estacion base estacionaria tradicional. Los ejemplos de nodos estacionarios son estaciones base de torre fija, celdas pequenas fijas, o una COW (celdas situados en torres moviles sobre ruedas). Estos tipos de estaciones base no se desplazan de forma rutinaria, mientras que las estaciones base celulares moviles descritas en el presente documento pueden desplazarse de forma rutinaria. En terminos de movilidad, las estaciones base celulares moviles podrfan ser transportadas por cualquier numero de entidades moviles tales como: un vehfculo, un avion, un dron, un helicoptero, un globo aerostatico, una persona, un animal, un barco, una moto de nieve, un dirigible, un tren, una motocicleta o un robot.

El proceso de crear, mantener o mejorar una red celular ad hoc con una estacion base movil celular, denominada alternativamente una estacion base celular ad hoc movil, es desafiante porque las estaciones base celulares moviles no forman parte de la infraestructura fija. La infraestructura fija plantea muchas hipotesis operativas que son resultado de las estaciones base que se preplanean y se fijan en la misma. La instalacion, los parametros operativos, las caracterfsticas de antena, los patrones de interferencia, las configuraciones de acceso y de retorno de las estaciones base celulares ad hoc no estan pre-planificadas. Las estaciones base celulares ad hoc pueden

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cambiar su ubicacion en cualquier momento.

La adicion de una estacion base celular ad hoc a una red celular existente de una manera que mejore la capacidad de red global requiere considerar que configuraciones de acceso y de retorno deben ofrecerse, cual debe ser la potencia de transmision de la estacion base movil celular ad hoc, como respondera la red celular fija, y, en algunos casos, decidir si incluir funcionalidad de red central limitada dentro de las estaciones base celulares moviles ad hoc para que puedan realizar algunas de las funciones de los dispositivos operativos de red central. En LTE, por ejemplo, un dispositivo operativo de red central podrfa ser un EPC. Si una estacion base movil celular ad hoc incluye funcionalidad de red central limitada dentro de su procesador, para una red LTE, estas funcionalidades incluiran: HSS, SGW, PGW o MME. Los expertos en la tecnica reconoceran que estas funcionalidades pueden ser asumidas por diferentes entidades dentro de diferentes redes fuera de una red LTE. Por tanto, las realizaciones de la funcionalidad de red central limitada podran adaptarse para satisfacer las funcionalidades de estas redes adicionales.

Uno de los aspectos novedosos de los metodos descritos en el presente documento es que toman estas consideraciones en consideracion antes y durante el establecimiento de una red celular ad hoc. Otro punto de novedad en los metodos desvelados en el presente documento es el hecho de que se ejecutan en nodos multi-RAT. Debido a que los nodos tienen multiples radios de acceso y retorno incorporadas, la eleccion de que acceso o que configuracion de retorno adoptar es fluida y puede determinarse por las condiciones de la red en tiempo real.

Ademas, los nodos multi-RAT trabajan cooperativamente en algunas realizaciones con un componente de nube de computacion. El componente de nube de computacion es capaz de traer una "vision de Dios", que es una perspectiva de alto nivel de gestion, a la red celular ad hoc. Parte de la inteligencia de gestion de redes residente en la nube de computacion tambien es residente en los procesadores de los nodos multi-RAT. En consecuencia, cualquiera de estos medios informaticos puede tomar decisiones sobre las configuraciones de acceso o retorno, eligiendo diferentes bandas de frecuencias, tales como, pero sin limitarse a, 2G, 3G, 4G, LTE, Wi-Fi, Wi-Fi de alta velocidad, claros espectrales en TV, Satelite, Bluetooth, ZigBee, espectro con o sin licencia, conectividad cableada o inalambrica, y similares, protocolos de comunicacion diferentes, esquemas de duplexacion, por ejemplo, FDD, TDD, Full Duplex y similares, asf como niveles de potencia de transmision, orientaciones de antena y en el caso de antenas en red en fase, caracterfsticas de potencia de transmision.

Ademas, las estaciones base celulares ad hoc, como se describen en el presente documento, son capaces de proporcionar servicios multimedia, no solo servicios de voz, datos o Internet. La inteligencia que esta imbuida en las redes celulares ad hoc facilita la priorizacion de los datos, que es dar prioridad a los datos para los primeros en un entorno de seguridad publica y, ademas, permitir que los usuarios simultaneos de menor prioridad accedan a un ancho de banda adicional si esta disponible. La prioridad puede significar garantfas de capacidad, decisiones relativas a la resolucion de imagenes, audio, transmisiones de video o velocidades de descarga de datos. Estas decisiones de gestion se pueden aplicar tanto a las configuraciones de acceso como de retorno.

Las configuraciones de acceso y retorno pueden utilizar el cifrado para proporcionar transmisiones de datos seguras. Ademas, se pueden implementar autorizaciones seguras similares a las utilizadas por VPN. Las estaciones base celulares ad hoc que ejecutan los metodos descritos en el presente documento tienen una memoria dentro de su arquitectura. Como tal, son capaces de almacenar en cache los paquetes de datos. Si hay un fallo de ruta, estos paquetes de datos almacenados en cache se pueden retransmitir. Ademas, las credenciales de autenticacion se pueden almacenar en cache. Tambien se pueden utilizar para volverse a autenticar en caso de una perdida de ruta o un fallo de red.

La figura 2 muestra una representacion arquitectonica sobre la que podrian ejecutarse los metodos de la presente invencion. Este diagrama es meramente ilustrativo y no pretende ser limitativo con respecto al tipo o numero de elementos de hardware. De forma similar, aunque la figura 2 muestra un escenario de comunicacion de seguridad publica, las ensenanzas de esta solicitud no se limitan al sector de la seguridad publica. Los expertos en la tecnica reconoceran su aplicabilidad a una gran cantidad de redes de comunicacion, incluyendo, sin limitacion, personas que trabajan en un campo petrolifero, una mina, una base militar, un equipo de noticias que cubre eventos locales, en un aeropuerto, en un puerto maritimo, una tripulacion de apoyo que necesita proporcionar gran cantidad de ancho de banda y mejorar la eficiencia celular, en las zonas rurales y similares. La aplicabilidad de las realizaciones desveladas en el presente documento se aplica a las redes militares, de consumo, comerciales y de seguridad publica.

Las realizaciones descritas en el presente documento mejoran la cobertura de red creando y manteniendo una red celular ad hoc, o extendiendo el alcance de una red fija. Tambien crean redes heterogeneas multidimensionales que tienen redundancia y autonomia. Cuando las estaciones base celulares ad hoc que utilizan las realizaciones analizadas en el presente documento establecen o mejoran una red celular fija, lo hacen integrandose perfectamente en la topologia de red fija. Si hay una red fija existente, los metodos desvelados en el presente documento proporcionan un medio para automatizar la integracion de la red celular ad hoc en una red fija existente. Esto se

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hace actualmente por los seres humanos como parte de la planificacion e implementacion de la red. La orquestacion general de la adicion a una red fija existente, tanto desde el punto de vista de la conexion de las dos redes, como desde el punto de vista de la gestion de las redes combinadas, es un proceso extenso en mano de obra automatizado por las realizaciones del metodo de esta invencion.

Estas realizaciones podrfan ejecutarse y realizarse en redes que tienen una topologfa similar a la representada en la figura 2 o en cualquier red de comunicacion inalambrica que incorpore un nodo de estacion base celular ad hoc en la red, ya este esa estacion aun en movimiento o se haya vuelto estacionaria.

Se supone que la figura 2 representa una escena de emergencia donde los primeros respondedores han sido llamados a la escena de un incendio en un edificio 230. En terminos de capacidades de la red inalambrica cerca del edificio en llamas 230, hay una macro torre 202 que proporciona servicio celular a radios terrestres moviles para individuos de la seguridad publica a traves de una conexion de retorno 210 desde la macro torre 202 a una estacion base celular ad hoc 220. Tambien podrfa establecerse una conexion de retorno secundaria 208 entre la estacion base celular ad hoc 220 y una estacion base fija 207. En esta arquitectura, la estacion base fija 207 podrfa ser una estacion base fija o una estacion base celular ad hoc. La estacion base fija 207 podrfa estar acoplada comunicativamente a un componente de nube de computacion 204 a traves de la conexion de retorno 206.

Las variaciones adicionales de esta topologfa incluyen nodos ad hoc adicionales 222 y 224, en ausencia del nodo fijo 207 y/o ausencia de la macro torre 202. Ademas, aunque la figura 2 muestra tres estaciones base celulares ad hoc 220, 222 y 224, los metodos de esta invencion pueden ejecutarse en una unica estacion base celular ad hoc. El componente de nube de computacion 204 podrfa ser un servidor externo como se ilustra en la figura 2, asf como un procesador interno situado dentro de una estacion base celular ad hoc 220. Algunas de las realizaciones analizadas en el presente documento podrfan ejecutarse en un componente de nube de computacion 204 o en un procesador interno, como se describira a continuacion.

Supongamos, a los efectos de este ejemplo, que los bomberos y policfas comparten la macro torre 202, ya sea compartiendo una estacion base montada en la torre o montando dos estaciones base independientes, una de las cuales proporciona cobertura a los bomberos y otra que proporciona cobertura a los oficiales de policfa. Cuando los primeros respondedores llegan a la escena observan que el lfmite de macro cobertura 212 no llega al interior del edificio en llamas 230. Esto significa que, una vez que estan dentro del edificio 230, no tendran conectividad de red celular externa. Si sus radios no tienen aplicaciones que les permitan funcionar en modo punto a punto, o si esas radios no tienen capacidades de transmision y recepcion que funcionen en cualquier parte del edificio, los primeros respondedores no podran comunicarse entre sf.

Cuando la estacion base celular ad hoc 220 esta en la ruta hacia el edificio en llamas 230, podrfa tener configuraciones de retorno, tales como LTE o Wi-Fi, lo que le permitira proporcionar una senal de acceso que tenga, por ejemplo, Wi-Fi como la configuracion de acceso a individuos dentro del vehfculo que contiene la estacion base celular ad hoc 220. Los solicitantes observan que los metodos descritos en el presente documento pueden ser ejecutados en un medio legible por ordenador situado dentro de la estacion base celular ad hoc 220, en otro dispositivo en la red inalambrica saliente, en un componente de nube de computacion 204, o en una estacion base fija 207.

La figura 3 muestra un diagrama arquitectonico de una estacion base celular ad hoc 300 que tiene un medio legible por ordenador en la misma, donde las realizaciones del metodo se pueden almacenar y ejecutar en el hardware representado en la misma. Para facilitar la explicacion, se hace referencia a una estacion base celular ad hoc 300 cuando se analiza la arquitectura de la figura 3 con el entendimiento de que una arquitectura similar podrfa estar presente en una estacion base fija 207. Y las realizaciones del metodo analizadas en el presente documento podrfan asimismo ejecutarse en una estacion base celular ad hoc 300 o en una estacion base fija 207.

Haciendo referencia a la figura 3, la estacion base ad hoc 300 representada en la misma incluye dos radios de retorno aisladas 310, 312, un receptor GPS acoplado a una antena GPS, "GPS" 314, una radio Wi-Fi 322, un procesador de aplicaciones 324, un procesador de banda base 334, una memoria 336, dos radios de retorno adicionales 330, 332 que, en una realizacion, podrfa ser un retorno de Ethernet de 10 Gigabites, una ranura de expansion 320, y radios de acceso aisladas 340. La funcionalidad de red central limitada podrfa almacenarse dentro del procesador de aplicaciones 324. Como se ha analizado anteriormente, las radios de retorno aisladas 310, 312 y las radios de acceso aisladas 340 pueden ser configuradas por hardware para transmitir en al menos una de las siguientes: 2G, 3G, 4G, LTE, Wi-Fi, Wi-Fi de alta velocidad, claros espectrales en TV, satelite, Bluetooth, ZigBee, FDD, TDD, full duplex, retorno alambrico o inalambrico, y espectro con y sin licencia.

En algunas realizaciones y sin limitacion, las configuraciones de hardware podrfan ser las siguientes. Al menos una radio de acceso 340 podrfa ser una radio de 20 MHz 2X2 MIMO LTE que transmite a 1 W de potencia. Una segunda radio de acceso 340 podrfa ser una radio de acceso Wi-Fi, 3X3 MIMO WPA 2 Enterprise. Una de los radios de retorno 310 podrfa ser una malla de radio multiple, hasta 3 x 3 MIMO, 40 MHz de ancho, y encriptacion de grado

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empresarial WPA 2, otro ejemplo de una radio de retorno podrfan ser radios de retorno celulares. La estacion base celular ad hoc 300 tambien podrfa incluir conectores para soporte de enlace de largo alcance y antenas. En algunas realizaciones, las antenas podrfan ser de alta ganancia/haz estrecho o antena omni/sectorizada, o antenas omnidireccionales. Ademas, el hardware representado en la figura 3 es sintonizable y, por lo tanto, capaz de transmitir y recibir en numerosas frecuencias. El procesador de aplicaciones 324 es capaz de alojar funcionalidades de nucleo limitado y servidores de aplicaciones. En las realizaciones descritas en el presente documento, la estacion base movil celular ad hoc podrfa estar en un vehfculo, un avion, un dron, un helicoptero, un globo de aire caliente, un tren, una motocicleta, una moto de nieve, un robot, en una persona, animal, o cualquier entidad que sea capaz de moverse.

La funcionalidad de red central limitada puede incluir al menos una de las siguientes funciones operativas de red: paginacion, traspaso, autenticacion, gestion de ubicacion, seleccion SGW, gestion de recursos de radio, gestion de movilidad, gestion de itinerancia, gestion de area de seguimiento, anclaje de movilidad, interceptacion legal, aplicacion de polfticas, filtrado de paquetes, carga, o que proporciona un anclaje entre 3GPP y tecnologfas no 3GPP.

La figura 4 representa un metodo para establecer una red celular ad hoc que tiene una estacion base celular ad hoc, o integrar una estacion base celular ad hoc en una red celular fija. En una realizacion, estas etapas de metodo podrfan almacenarse en un medio legible por ordenador, ya sea en una estacion base celular ad hoc 300 o en un medio legible por ordenador que es accesible a una estacion base celular ad hoc, tal como un componente de nube de computacion 204.

En el metodo de esta realizacion, la primera etapa podrfa ser analizar 402 una velocidad de la estacion base celular ad hoc 300. Este analisis podrfa realizarse usando una medicion de velocidad obtenida a partir de GPS 314, usando datos de localizacion o datos de direccion de la estacion base celular ad hoc 300 en funcion del tiempo, para determinar si la estacion base celular ad hoc 300 se ha vuelto estacionaria. Una vez que la estacion base celular ad hoc 300 se vuelve estacionaria, el medio legible por ordenador en un procesador 324 podrfa consultar 404 una memoria cache local o remota para determinar una configuracion de acceso o una primera configuracion de retorno para ser utilizada por la estacion base celular ad hoc 300.

Como se ha analizado, la configuracion de acceso o configuracion de retorno podrfa ser al menos una de las siguientes: 2G, 3G, 4G, LTE, Wi-Fi, Wi-Fi de alta velocidad, claros espectrales en TV, satelite, Bluetooth, ZigBee, FDD, TDD, full duplex, retorno alambrico o inalambrico, y espectro con y sin licencia. En algunas realizaciones, la eleccion de la configuracion de acceso o configuracion de retorno podrfa estar relacionada con una fuente de energfa disponible para la estacion base celular ad hoc 300. Por ejemplo, si la estacion base celular ad hoc 300 esta conectada a una baterfa de automovil, tiene probablemente mas potencia de transmision y de recepcion que si esta conectada a una celda de baterfa. La cantidad de energfa disponible, limitada por la duracion de la baterfa, podrfa ser un factor utilizado para determinar que configuracion de acceso o retorno deberfa utilizarse. Ademas, esta decision podrfa hacerse dinamicamente porque la energfa disponible puede cambiar.

Despues de consultar el cache local o remoto, el procesador 324 puede recibir 406 una configuracion de acceso o una configuracion de retorno. El procesador 324 puede evaluar entonces 408 un parametro operativo y determinar 410 si se debe actualizar la configuracion de acceso o la configuracion de retorno. Una vez elegida una configuracion de acceso o configuracion de retorno final, el nodo celular ad hoc 300 puede transmitir 460 una senal de acceso o una senal de retorno.

En una realizacion alternativa, la configuracion de acceso y la configuracion de retorno podrfan estar dentro de la misma frecuencia y banda o ser exactamente la misma frecuencia y banda, por ejemplo, la banda LTE 14 usada para acceso y retorno. En otra realizacion alternativa, la configuracion de acceso o la configuracion de retorno podrfa ser full duplex. En una variacion de esta realizacion, se podrfa anadir una segunda estacion base celular ad hoc a la red celular ad hoc. En esta realizacion, la estacion base celular ad hoc podrfa establecer una segunda conexion de retorno entre sf y la segunda estacion base celular ad hoc. Este segundo enlace de retorno podrfa tener un protocolo celular o de malla.

En una realizacion adicional, la configuracion de acceso o de retorno podrfa determinarse sobre la base de un parametro operativo. En otra realizacion mas, la estacion base celular ad hoc podrfa autenticar un equipo de usuario dentro de la red celular ad hoc utilizando informacion de un usuario ya autenticado con respecto a usuarios adicionales dentro de la red celular ad hoc. Este usuario ya autenticado puede, por ejemplo, tener informacion de identificacion sobre otros usuarios dentro de la red celular ad hoc.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 4, en una realizacion alternativa, despues de transmitir 460 una senal de acceso o de retorno, la estacion base celular ad hoc podrfa recibir 420 una segunda ubicacion, un segundo estado de movilidad, o una segunda direccion de recorrido para una segunda estacion base celular ad hoc. Una vez que el procesador recibe 420 esta informacion, puede evaluar 422 la configuracion de retorno, la configuracion de acceso, la segunda ubicacion, el segundo estado de movilidad o la segunda direccion de recorrido para determinar si se

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debe actualizar la configuracion de retorno o la configuracion de acceso. Despues de realizar esta evaluacion, el nodo celular ad hoc 300 podna transmitir 424 una senal de acceso o de retroceso utilizando la configuracion de acceso o de retorno o la configuracion actualizada de acceso o de retorno.

En una realizacion alternativa, despues de transmitir 460 la senal de acceso o la senal de retorno, la estacion base celular ad hoc podna alterar 430 un nivel de potencia de uno de sus radios de acceso o uno de sus radios de retorno. Podna entonces utilizar 432 una conexion de retorno de malla inalambrica dentro de la red celular ad hoc. El nodo celular ad hoc podna entonces alterar 434 una configuracion de antena para transmitir de manera mas optima sobre una configuracion de acceso particular o una configuracion de retorno.

En la situacion en la que la estacion base celular ad hoc esta pasando de un estado movil a un estado estacionario, puede que tenga que reajustar algunos de los parametros operativos de su hardware de acceso por radio o de retorno. En ese caso, la estacion base celular ad hoc 300 puede alterar 430 un nivel de potencia de una radio de acceso o de retorno para transmitir o recibir sobre la configuracion de acceso o de retorno. En algunas realizaciones, las estaciones base celulares ad hoc 300 estan equipadas con una pluralidad de antenas elegidas para soportar las configuraciones de acceso y de retorno para esa estacion base celular ad hoc particular 300. Cuando se establece una red celular ad hoc, la estacion base celular ad hoc 300 podna tambien alterar 434 una configuracion de antena, tal como la direccionalidad, la ganancia, las caractensticas de frecuencia, y similares.

En una realizacion adicional, la estacion base celular ad hoc 300 podna utilizar la consulta de una cache local o remota para correlacionar una primera configuracion de acceso con una primera ubicacion. Despues de comparar los dos, la estacion base celular ad hoc podna elegir una primera configuracion de acceso actualizada basada en la informacion recuperada durante su consulta. Por ejemplo, la estacion base celular ad hoc podna usar informacion geografica para determinar que proveedores de servicios tienen la mejor cobertura para esa area. Podna, en ese caso, elegir una configuracion de acceso o de retorno basada en este criterio. De forma similar, se podna elegir una frecuencia de retorno de claros espectrales de TV en base a la disponibilidad del espectro en la ubicacion geografica en particular. En una realizacion alternativa, la estacion base celular ad hoc puede consultar el cache local o remoto para discernir si otras estaciones base estan operando dentro de su proximidad y, de ser asf, podna ajustar su nivel de potencia para minimizar la interferencia.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 4, despues de que la estacion base celular ad hoc transmita 460 una senal de acceso o una senal de retorno, podna comunicar una decision para traspasar una sesion de datos o voz de un usuario desde una estacion base celular ad hoc de origen a una estacion base celular de destino. La estacion base celular ad hoc de origen podna ser la estacion base celular ad hoc 300 y la estacion base celular de destino podna ser una segunda estacion base celular ad hoc o una estacion base fija. Una vez tomada esta decision, la estacion base celular ad hoc de origen y la estacion base celular de destino podnan intercambiar mensajes de traspaso para efectuar la transferencia. En una realizacion similar, se podna llevar a cabo una entrega directa desde una estacion base celular de origen a una estacion base celular ad hoc de destino. En esta realizacion, la estacion base celular de origen y la estacion base celular ad hoc de destino podnan intercambiar informacion de mensajena de entrega directa para efectuar la entrega. Aun en una realizacion adicional, la mensajena de traspaso o la mensajena de entrega directa podna intercambiarse ademas con una red central.

Aun en una realizacion adicional, la estacion base celular ad hoc 300 podna detectar una brecha de cobertura dentro de la red celular ad hoc. Despues de detectar esta brecha de cobertura, podna establecer al menos una conexion de retorno inalambrica a una red central utilizando una de sus antenas con una ganancia mayor de 0 dB. Una vez establecida esta conexion de retorno, la estacion base celular ad hoc 300 podna usar la configuracion de acceso para transmitir o recibir senales en una de sus radios de acceso.

En una realizacion alternativa, la estacion base celular ad hoc 300 podna establecer un enlace de retorno inalambrico. Un flujo de mensajes para esta realizacion se muestra en la figura 5. Como puede verse en la figura 5, en esta realizacion, una primera estacion base celular ad hoc 510 esta acoplada comunicativamente a una segunda estacion base celular ad hoc 515. Ademas de los componentes de arquitectura inherentes a una estacion base celular ad hoc 300, la segunda estacion base celular ad hoc 515 tiene un procesador interno 530 que tiene una funcionalidad de nucleo limitada 540 almacenada en el mismo.

La figura 6 muestra una red celular ad hoc que podna ser utilizada como una base arquitectonica para realizar las realizaciones descritas con referencia a la figura 7. Haciendo referencia a la figura 6, esta red celular ad hoc puede proporcionar un servicio de acceso inalambrico local a los usuarios dentro del alcance de la red celular ad hoc. En esta red celular ad hoc existe una primera estacion base celular ad hoc 610 y una segunda estacion base ad hoc celular 620. La primera estacion base celular ad hoc 610 y la segunda estacion base celular ad hoc 620 tienen una conexion de retorno inalambrica 615. La segunda estacion base celular ad hoc 620 puede opcionalmente ser en una nube de computacion 630 a traves de la conexion de retorno 625. La nube de computacion 630 podna contener un servidor 635 y un procesador de funcionalidad de red central limitada 640. El procesador de funcionalidad de red central limitada 640 tiene alguna o todas de las funcionalidades proporcionadas por un EPC de nucleo,

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concretamente, la funcionalidad tfpicamente realizada por HSS 641, PCRF 642, MME 643, SGW 644, LGW 646 o PGW 645. La nube de computacion 630 esta tambien comunicativamente acoplada a Internet 650 o en algunas realizaciones a la red central 652. En una realizacion alternativa, el procesador de funcionalidad de nucleo limitado 640 puede estar dentro de la segunda estacion base celular ad hoc 620. En una realizacion, la primera 610 y la segunda estaciones base celulares 620 tienen antenas que tienen una ganancia mas alta que la ganancia media en un telefono celular, tambien llamado equipo de usuario.

En algunas realizaciones, al menos una estacion base celular ad hoc 620 puede localizar la funcionalidad de la PGW

645 creando una PGW local o LGW 646. Si el equipo de usuario que esta siendo atendido por la estacion base celular ad hoc 620 crea una red de datos en paquetes especffica que tiene capacidad de acceso IP local, la LGW

646 podrfa actuar como una pasarela de red de datos en paquetes manejando la senalizacion para crear una conexion PDN. La red de datos en paquetes, en esta realizacion, se anclara en la LGW 646. En esta realizacion, la LGW 646 podrfa asignar una direccion IP al equipo de usuario dentro de la red. La LGW 646 tambien anclara estas direcciones IP. Cuando el trafico de datos de enlace ascendente se recibe por la estacion base celular ad hoc 620, utilizando procesadores internos, puede encaminar este trafico usando la funcionalidad LGW 646. La funcionalidad LGW 646 tiene la ventaja de optimizar las rutas de trafico y, por lo tanto, reducir la sobrecarga de la red. Una forma de lograrlo es, por ejemplo, si una estacion base celular ad hoc 620 recibe datos para mas de un equipo de usuario al que esta dando servicio, la LGW 646 puede encaminar el trafico entre estos dos dispositivos internamente dentro de la red celular ad hoc en lugar de a traves de cualquier otro elemento de la red. De esta forma, LGW 646 puede crear una red de comunicacion punto a punto entre estos dos equipos de usuario. En algunas realizaciones, la optimizacion del trafico realizada por la LBW 646 puede mejorar el rendimiento de los datos eliminando y almacenando en cache un encabezado de protocolo que es tfpicamente transmitido por los nodos celulares fijos no inteligentes existentes. La eleccion de la estacion base celular ad hoc 610 o 620 es arbitraria y en realizaciones posteriores, la arquitectura descrita con respecto a la segunda estacion base celular ad hoc 620 podrfa residir en la primera estacion base celular ad hoc 610 y viceversa.

Las etapas de esta realizacion, mostradas en la figura 7, se realizan por la segunda estacion base celular ad hoc 620. Volviendo a la figura 7, la segunda estacion base celular ad hoc 620 recibe 710 un paquete de datos de la primera estacion base celular ad hoc 610. En lugar de reenviar el paquete de datos por un tunel GTP-U, la segunda estacion base celular ad hoc 620 extrae 720 un paquete de sobrecarga del tunel del paquete de datos, creando asf un paquete de datos modificado. La segunda estacion base celular ad hoc 620 almacena entonces 730 el paquete de sobrecarga del tunel. A continuacion, envfa 740 el paquete de datos modificado al procesador 640, estando el procesador en una realizacion situado dentro de la segunda estacion base celular ad hoc 620. En una realizacion alternativa, el procesador 640 podrfa estar situado en un componente de nube de computacion 630. El procesador 640, junto con su funcionalidad de nucleo limitada, establece un portador para la mensajerfa. La primera estacion base celular ad hoc 610 recibe entonces 750 de la segunda estacion base celular ad hoc 620, un reconocimiento de que el establecimiento portador esta completo. Por ultimo, la segunda estacion base ad hoc 620 ancla 760 una sesion IP a una red celular externa.

En una realizacion alternativa de este metodo, el paquete de datos podrfa ser una solicitud de union inicial. Aun en una realizacion alternativa adicional, el paquete de datos modificado podrfa ser enviado al EPC. Estas realizaciones tienen la ventaja de eliminar la sobrecarga del tunel extrayendo paquetes de nodos moviles. En otra realizacion mas de este metodo, la red celular ad hoc podrfa proporcionar una conciencia situacional a un usuario dentro de esa red a traves de la primera o segunda estaciones base celulares. Los ejemplos de conciencia situacional incluyen, sin limitacion: una ubicacion de una estacion base celular ad hoc, una direccion o recorrido de una estacion base celular ad hoc, un parametro de movilidad para una estacion base celular ad hoc, un parametro ambiental para una estacion base celular ad hoc, un mapa de cobertura de una estacion base celular ad hoc, un parametro ambiental de una estacion base fija, un parametro operativo de una estacion base fija, una ubicacion de una estacion base fija o una ubicacion de un usuario.

Volviendo de nuevo a la figura 7, en un metodo adicional que comienza despues de que ha transcurrido el anclaje 760, es posible supervisar 770 la calidad de una conexion de retorno a la red central para determinar si esta por debajo de un parametro de umbral. Los parametros de umbral podrfan medirse midiendo un indicador de intensidad de senal recibida ("RSSI"). Un ejemplo adicional de un parametro de umbral se establece en la norma 3GPP 36.104, cuyo contenido se incorpora por la presente por referencia. Los parametros de umbral de acuerdo con esa norma aparecen en la tabla 6.2-1 de esa norma, reproducida a continuacion. En esta realizacion, se aplican los umbrales de calidad de estacion base de area local.

Clase de BS

PRAT

BS de area amplia

- (nota)

<+ 24 dBm (para un puerto de antena de transmision)

BS de area local

<+ 21 dBm (para dos puertos de antena de transmision)

<+ 18 dBm (para cuatro puertos de antena de transmision)

BS local

<+ 20 dBm (para un puerto de antena de transmision)

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<+ 17 dBm (para dos puertos de antena de transmision)

<+ 14 dBm (para cuatro puertos de antena de transmision)

NOTA:

No hay lfmite superior para la potencia nominal de salida de la estacion base de area amplia

Los ejemplos adicionales de parametros de umbral son velocidad de datos, interferencia, carga de red, congestion y latencia.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 7, una vez que la calidad de la conexion de retorno ha cafdo por debajo de un parametro de umbral, la primera 610 o segunda 620 estacion base celular ad hoc podrfa proporcionar 772 una red central limitada local a los usuarios dentro de la red celular ad hoc. Con el fin de proporcionar 772 esta red limitada local, la primera 610 o segunda 620 estacion base celular ad hoc podrfa proporcionar un conjunto mfnimo de funcionalidad de red central al equipo de usuario dentro de la red central limitada. Una etapa siguiente en la provision 774 de una red central limitada local sera autenticar a los usuarios en la misma mediante la recepcion 776 de informacion de autenticacion de la red central. Los ejemplos de informacion de autenticacion podrfan ser SSID, IMEI y similares. Esta informacion de autenticacion podrfa ser almacenada 778 en una memoria y usada 780 para autenticar a cualquier usuario en la red central limitada local.

En una realizacion alternativa de este metodo, la red celular ad hoc podrfa ser gestionada, por ejemplo, por un componente de nube de computacion externa, o por la primera estacion base celular ad hoc o la segunda estacion base celular ad hoc. La gestion podrfa incluir decisiones sobre niveles de potencia, las estaciones base celulares ad hoc tambien podrfan incluir aplicaciones de voz sobre IP, incluyendo, sin limitacion: comunicacion pulsa y habla, punto a punto, un plan ad hoc de marcacion a nivel nacional; un plan de marcacion internacional de usuario ad hoc, llamada en conferencia o una lista de marcacion rapida. Los planes de marcacion nacionales o internacionales podrfan ser similares al plan de marcado estandar E 164. En esta realizacion, el servidor de aplicaciones de voz podra permitir llamadas nacionales o internacionales entre primeros respondedores en ubicaciones dispares. Por ejemplo, un servidor de aplicaciones puente podrfa conectar usuarios de telefonfa E 164 estandar a usuarios de emergencias y viceversa. Estas realizaciones podrfan implementarse en redes ad hoc cerradas de la presente invencion o en redes celulares ad hoc integradas en redes celulares fijas.

En una realizacion alternativa de estos metodos, podrfa haber una tercera estacion base celular ad hoc que este dentro del alcance de la red central limitada local. En esta realizacion, la primera o segunda estacion base celular ad hoc podrfa detectar la presencia de esta tercera estacion base celular ad hoc. En esta realizacion, la tercera estacion base celular ad hoc tambien podrfa tener un procesador que tiene una funcionalidad de nucleo limitada almacenada en el mismo. La primera y/o segunda estacion base ad hoc celular podrfa utilizar una conexion de cableado o conexion inalambrica para integrar la tercera estacion base celular ad hoc en la red central limitada local. Esta integracion podrfa transpirar a traves del intercambio de informacion de mensajerfa entre los nodos celulares ad hoc. Esta informacion de mensajerfa podrfa incluir parametros operativos de red tales como la salida de potencia, configuraciones de acceso y de retorno, tablas de enrutamiento, informacion de autenticacion de usuario, caracterfsticas de transmision de antena y similares.

En una realizacion alternativa de estos metodos, puede ser el caso que la calidad de la conexion de retorno con la red central se restaure por encima de un parametro de umbral. En este caso, esta realizacion podrfa sincronizar la informacion de autenticacion que se ha almacenado en la memoria local con un HSS u otro dispositivo de red central que proporciona autenticacion para usuarios de la red central.

En algunas situaciones puede ser ventajoso cuando una estacion base celular ad hoc llega a un lugar para determinar si hay una celular fija que soporte adecuadamente a los usuarios dentro del alcance. En este caso, la estacion base celular ad hoc puede renunciar a establecer una red celular ad hoc hasta que un usuario dentro de la red existente necesite una cobertura mejorada. La figura 8 muestra un ejemplo arquitectonico de cuando esto podrfa ocurrir. En la figura 8, una estacion base celular ad hoc 830 puede acabar de llegar a su ubicacion actual. Cuando llega, puede activar receptores internos para evaluar el area de cobertura de red 850. La estacion base celular ad hoc 830 puede escuchar transmisiones desde el equipo de usuario 840 a la torre 802. En una realizacion, la estacion base celular 830 ad hoc 830 puede transmitir y recibir senales como si fuera otro equipo de usuario dentro del area de cobertura de red 850. Configurando su mensajerfa para que aparezca como si fuera otro equipo de usuario, puede obtener caracterfsticas y parametros operativos sobre canales de control sobre otros equipos de usuario dentro del area de cobertura de red 850. Los ejemplos de caracterfsticas son: la ubicacion del otro equipo de usuario 840, el perfmetro del area de cobertura de red 850, la proximidad del equipo de usuario 840 al perfmetro del area de cobertura de red 850. Los ejemplos de parametros operativos son : Caracterfsticas de interferencia, la existencia de "areas sin cobertura" conocidas, disponibilidad de canales, detectar si el equipo de usuario 840 ha enviado un mensaje a la torre 802 indicando que requiere mas ancho de banda, la velocidad de datos actual del equipo de usuario, la existencia de otras estaciones base dentro del alcance de la torre 802 o la estacion base celular ad hoc 830 y si la torre 802 ha concedido o rechazado una peticion para el ancho de banda. En estos escenarios, la estacion base celular ad hoc 802 podrfa determinar que serfa ventajoso para ello mejorar la zona de cobertura de red existente proporcionando una senal de acceso para el equipo de usuario 840.

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La figura 9 muestra las etapas de un metodo que permite a una estacion base celular ad hoc 830 mejorar la cobertura de red segun sea necesario. En esta realizacion, la estacion base celular 830 ad hoc recibe 910 un mensaje enviado desde un equipo de usuario que opera dentro de un area de cobertura de red existente, en la que el mensaje se envfa a traves de un canal de control o un canal portador. La estacion base celular ad hoc 830 analiza entonces 920 una caracterfstica del mensaje y analiza 930 un parametro operativo de la red celular existente 850. Basandose en estos analisis, la estacion base celular ad hoc 830 determina 940 si debe habilitar, deshabilitar, o modificar una senal de acceso existente o una senal de retorno existente basada en la caracterfstica del mensaje o del parametro operativo.

En una realizacion alternativa, puede ser ventajoso, en el contexto de una red celular ad hoc para una estacion base celular ad hoc, actuar como una pasarela local. Las etapas de esta realizacion se describen con referencia a la figura 10. En esta realizacion, una primera estacion base celular ad hoc 610, que proporciona acceso inalambrico local, podrfa optimizar 1005 una trayectoria de datos recibiendo 1010 un primer paquete de datos de un equipo de usuario. La primera estacion base celular ad hoc 610, que tiene una pasarela local 646 que proporciona acceso inalambrico local, podrfa eliminar 1020 una primera cabecera de protocolo del paquete de datos y almacenar 1030 la primera cabecera de protocolo en una memoria. La primera estacion base celular ad hoc 610 podrfa recibir 1040 un segundo paquete de datos de una segunda estacion base celular ad hoc 620 que tiene un procesador 640 con una funcionalidad de red central limitada almacenada en el mismo. Este segundo paquete de datos puede no tener un segundo encabezado de protocolo conectado al mismo. Por consiguiente, la primera estacion base celular ad hoc 610 podrfa analizar 1050 una pluralidad de encabezados de paquetes de datos almacenados en memoria con el fin de determinar cual corresponde al segundo paquete de datos. Despues de encontrar el encabezado de paquete de datos correcto, la primera estacion base celular ad hoc 610 podrfa adjuntar el encabezado de paquete de datos correcto al segundo paquete de datos.

En un metodo alternativo dirigido hacia la resiliencia de la red en el contexto de una red celular ad hoc, y con referencia a la figura 11, una primera estacion base celular ad hoc 610 podrfa establecer 1110 una primera conexion primaria con una red celular existente. Una segunda estacion base celular ad hoc 620 podrfa establecer 1120 una conexion de retorno con la primera estacion base celular ad hoc 610. La segunda estacion base celular ad hoc 620 tambien podrfa establecer 1130 una segunda conexion primaria con la red existente. La primera estacion base celular ad hoc 610 o la segunda estacion base celular ad hoc 620 podrfan determinar 1140 de forma continua si la calidad de la primera conexion primaria esta por debajo de un valor umbral. Los valores umbral podrfan ser determinados por estandares tales como, sin limitacion, un RSSI o el estandar 3GPP 36.104. Si la calidad de la primera conexion primaria cae por debajo de un cierto umbral, la primera conexion primaria podrfa ser reemplazada 1150 por la segunda conexion primaria.

El analisis anterior desvela y describe realizaciones meramente ejemplares de la presente invencion. En realizaciones adicionales, los metodos descritos en el presente documento pueden almacenarse en un medio legible por ordenador, tal como un almacenamiento de memoria de ordenador, un disco compacto (CD), unidad flash, unidad optica o similar. Ademas, el medio legible por ordenador podrfa distribuirse a traves de dispositivos de almacenamiento de memoria dentro de multiples servidores, nodos multi-RAT, controladores, componentes de nube de computacion, nodos moviles y similares. Como entenderan los expertos en la tecnica, la presente invencion puede realizarse de otras formas especfficas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la topologfa de red inalambrica tambien puede aplicarse a redes cableadas, redes opticas y similares. Pueden anadirse, eliminarse o sustituirse diversos componentes en los dispositivos descritos en el presente documento, con aquellos que tienen la misma funcionalidad o similar. Varias etapas, como se describe en las figuras y la memoria descriptiva se pueden anadir o eliminar de los procesos descritos en el presente documento, y las etapas descritas pueden realizarse en una orden alternativo, consistente con el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, la divulgacion de la presente invencion pretende ser ilustrativa, pero no limitante del alcance de las reivindicaciones. La divulgacion, incluyendo cualquier variante facilmente discernible de las ensenanzas en el presente documento, define, en parte, el alcance de la terminologfa de reivindicaciones anterior.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   1. Un metodo para establecer una red celular ad hoc que tiene una estacion base celular ad hoc (300) o que integra una estacion base celular ad hoc (300) en una red celular fija que comprende las etapas de:

   a. analizar (402) una velocidad para determinar un estado de movilidad de una estacion base celular ad hoc;

   b. consultar (404) una memoria cache local o remota almacenada en un servidor informatico para determinar una configuracion de retorno o una configuracion de acceso para la estacion base celular ad hoc;

   c. recibir (406) la configuracion de retorno o la configuracion de acceso para la estacion base celular ad hoc desde la memoria cache local o remota;

   d. evaluar (408) un parametro operativo de una estacion base celular vecina;

   e. determinar (410) si la configuracion de acceso o la configuracion de retorno deben actualizarse basandose en el parametro operativo; y

   f. transmitir (460) o recibir (460) una senal de acceso o una senal de retorno utilizando la configuracion de acceso o la configuracion de retorno.
2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas una segunda estacion base celular ad hoc que comprende ademas las etapas de:

   a. recibir (420) desde una memoria cache local o remota una segunda ubicacion, un segundo estado de movilidad o una segunda direccion de recorrido para una segunda estacion base celular ad hoc dentro de la red celular ad hoc;

   b. evaluar (422) al menos una de la configuracion de retorno, la configuracion de acceso, la segunda ubicacion, el segundo estado de movilidad, o una segunda direccion de recorrido para determinar si la configuracion de retorno o la configuracion de acceso deben cambiarse a una configuracion de retorno actualizada o una configuracion de acceso actualizada; y

   c. transmitir (424) una senal de acceso o una senal de retorno utilizando la configuracion de acceso, la configuracion de acceso actualizada, la configuracion de retorno, o la configuracion de retorno actualizada.
3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la velocidad se determina utilizando datos de localizacion o datos de direccion para la estacion base celular ad hoc (330).
4. 4. El metodo de la reivindicacion 1 que comprende ademas las etapas de:

   a. alterar (430) un nivel de potencia de una radio de acceso o una radio de retorno que tiene un hardware de transmision o retorno configurado para operar sobre la configuracion de acceso o la configuracion de retorno;

   b. usando (432) una conexion de retorno de malla inalambrica; y

   c. alterar (434) una configuracion de antena basada en una configuracion de acceso o una configuracion de retorno.
5. 5. El metodo de la reivindicacion 1 que comprende ademas las etapas de:

   a. comunicar una decision para traspasar una sesion de datos o de voz de un usuario que esta siendo atendido por una estacion base celular ad hoc de origen (300) a una estacion base celular de destino; y

   b. Intercambiar informacion de mensajerfa entre la estacion base celular ad hoc de origen y la estacion base celular de destino.
6. 6. El metodo de la reivindicacion 1 que comprende ademas las etapas de:

   a. comunicar una decision para entregar una sesion de datos o de voz de un usuario que esta siendo servido por una estacion base celular de origen a una estacion base celular ad hoc de destino (300); y

   b. intercambiar informacion de mensajerfa entre la estacion base celular de origen y la estacion base celular ad hoc de destino.
7. 7. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la configuracion de acceso y la configuracion de retorno estan dentro de la misma frecuencia y banda.
8. 8. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la senal de acceso o la senal de retorno utilizan comunicacion inalambrica full duplex.
9. 9. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas las etapas de:

   5

   10

   15

   20

   25

   a. detectar una brecha de cobertura;

   b. establecer al menos una conexion de retorno inalambrica a una red de nucleo que utiliza una antena que tiene una ganancia mayor de 0 dB; y

   c. usar la configuracion de acceso para transmitir o recibir senales en una radio de acceso.
10. 10. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la configuracion de acceso o la configuracion de retorno se determina basandose en una fuente de energfa de la estacion base celular ad hoc (300) o en el que la configuracion de acceso o la configuracion de retorno se determina basandose en un parametro operativo de la red celular ad hoc.
11. 11. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas la estacion base celular ad hoc (300) que autentica un equipo de usuario utilizando un usuario ya autenticado que se comunica con otros usuarios dentro de la red celular ad hoc.
12. 12. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas la estacion base celular ad hoc (300) que asigna una prioridad a un usuario con el servicio de la estacion base celular ad hoc (300).
13. 13. El metodo de la reivindicacion 1, en el que una conexion de retorno de la estacion base celular ad hoc (300) a una red celular recibe un tratamiento de prioridad basado en un parametro operativo de la estacion base celular ad hoc.
14. 14. El metodo de la reivindicacion 5 o la reivindicacion 6 que comprende ademas el intercambio de informacion de mensajerfa con una red celular central.
15. 15. El metodo de la reivindicacion 8, que comprende ademas establecer una segunda conexion de retorno usando un protocolo celular o de malla entre la estacion base celular ad hoc (300) y una segunda estacion base celular.