ES2693079T3 - Sistema de gestión de la contención de dispositivo a dispositivo para redes de banda ancha móviles - Google Patents

Abstract

Un servidor para gestionar el tráfico de la red descargado desde una red celular inalámbrica a una red basada en la contención D2D de dispositivo a dispositivo, el servidor que comprende: un procesador; y un gestor de contención D2D que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, gestionan las comunicaciones entre los equipos de usuario, UE, (113, 114) en la red basada en la contención D2D, al menos dos de los UE configurados para comunicarse de forma selectiva a través de una red central (126) de la red celular inalámbrica y, a través de la red basada en la contención D2D, el gestor de contención D2D está configurado para: definir un primer conjunto de enlaces en la red basada en la contención D2D; para cada enlace del primer conjunto, calcular un coste de enlace correspondiente a un conflicto con uno o más enlaces del primer conjunto; por orden de coste de enlace ascendente, evaluar cada enlace en el primer conjunto para seleccionar un segundo conjunto de enlaces entre el primer conjunto que, una vez activado, aumenta la suma del rendimiento de los paquetes de datos comunicados entre los UE (113, 114); y comunicar un mensaje a los UE (113, 114) para activar el segundo conjunto de enlaces durante un período de descarga.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de gestion de la contencion de dispositivo a dispositivo para redes de banda ancha moviles Campo tecnico

Las realizaciones descritas en el presente documento se refieren generalmente a sistemas de comunicacion inalambricos y, mas en particular, se refieren a la descarga del trafico de red a traves de una red basada en la contencion para la comunicacion directa de dispositivo a dispositivo.

Antecedentes

En sistemas celulares, tales como las redes que operan bajo el estandar de Evolucion a Largo Plazo (LTE) del Sistema Universal de Telecomunicaciones Moviles (UMTS) iniciado por el Proyecto de Colaboracion de Tercera Generacion (3GPP) o el estandar 802.16 del Instituto de Ingenieros Electricos y Electronicos (IEEE) (WiMax), las transmisiones pueden viajar por la ruta de una infraestructura a traves de una red central. Cuando los dispositivos moviles inalambricos (por ejemplo, equipos de usuario o "UE") estan cerca uno del otro, la ruta de la infraestructura representa un desperdicio del canal de red y recursos de bateria del usuario. Para evitar este desperdicio y mejorar el rendimiento del UE y de la red, se estan investigando los protocolos de comunicaciones directas en los sistemas 3GPP con el fin de descargar el trafico de datos sobre enlaces directos entre los UE.

Si bien se estan realizando esfuerzos en los sistemas 3GPP para desarrollar un nuevo protocolo de dispositivo a dispositivo (D2D) basado en LTE, existen muchos protocolos D2D en redes distribuidas, que se pueden usar para descargar el trafico de la red sobre enlaces directos. Sin embargo, debido a que dichos protocolos D2D estan disenados para las redes distribuidas, no tienen una administracion central. Por lo tanto, los protocolos D2D utilizan procedimientos basados en la contencion para gestionar los recursos de radio. Dado que los protocolos D2D basados en la contencion son protocolos no celulares, residen en bandas distintas de la red celular y son utiles para descargar el trafico de la red celular. Desafortunadamente, los protocolos D2D basados en la contencion no siempre funcionan bien con respecto al rendimiento del usuario, el retardo y/o la alimentacion de la bateria.

El documento US2011/287794 A1 describe la medicion de la interferencia anadida por las rutas de comunicacion en una red.

Compendio de la invencion

La invencion se lleva a cabo segun la reivindicacion independiente aneja. Las caracteristicas opcionales de la invencion se llevan a cabo segun las reivindicaciones dependientes.

Breve descripcion de los dibujos

La FIG. 1 es un diagrama de bloques de una red de comunicacion de ejemplo segun una realizacion La FIG. 2 ilustra un grafico de red segun una realizacion de ejemplo

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para definir un grafico de red segun una realizacion

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para la gestion de la contencion D2D segun una realizacion.

La FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para la gestion de la contencion D2D segun otra realizacion.

La FIG. 6 es un grafico que ilustra el retardo frente al numero de enlaces D2D potenciales segun una realizacion de ejemplo.

La FIG. 7 es un grafico que ilustra el consumo energetico frente al numero de enlaces potenciales segun la realizacion de ejemplo.

La FIG. 8 es un grafico que ilustra el rendimiento frente al numero de enlaces segun la realizacion de ejemplo.

La FIG. 9 proporciona una ilustracion de ejemplo de un dispositivo movil, como un equipo de usuario (UE) segun una realizacion.

La FIG. 10 es un diagrama de bloques simplificado de un servidor configurado para gestionar el trafico de la red segun una realizacion.

Descripcion de las realizaciones

I. Descripcion general

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Existen varias aplicaciones y ejemplos de uso propuestos en 3GPP que pueden implicar comunicacion iniciada por la red o iniciada por el UE hacia o entre un grupo de usuarios y/o dispositivos. Por ejemplo, se han propuesto comunicaciones D2D o entre pares entre un grupo de usuarios y/o dispositivos para redes sociales locales, intercambio de contenido, marketing basado en la localizacion, publicacion de anuncios, aplicaciones de movil a movil, seguridad publica y otras aplicaciones

Las comunicaciones D2D pueden implementarse utilizando un espectro inalambrico con licencia o sin licencia en una red basada en la contencion. Los ejemplos de sistemas de comunicacion que pueden usar espectros inalambricos sin licencia incluyen, por ejemplo, 802.11 ("WiFi"), Bluetooth, comunicacion de campo cercano ("NFC"), etc. En diversas realizaciones, los dispositivos moviles pueden utilizar WiFi directo u otro procedimiento de busqueda para descubrir y establecer enlaces de comunicacion D2D directos con otros dispositivos moviles. Si los dispositivos moviles se alejan fuera de su alcance durante la comunicacion D2D, la continuidad de la sesion puede perderse.

Los UE pueden iniciar la comunicacion entre si mientras estan alejados entre si a traves de una red de area amplia inalambrica (WWAN), como una red de comunicaciones inalambrica LTE o WiMax, pero posteriormente establecer enlaces de comunicacion directa a medida que se acercan unos a otros. Como se ha mencionado anteriormente, si se siguen usando los recursos de WWAN para comunicarse mientras se encuentran proximos entre si puede reducir el rendimiento, aumentar el retardo, usar demasiada bateria y/o puede agotar los recursos de WWAN que se podrian utilizar mejor en las comunicaciones entre dispositivos moviles que estan lejos el uno del otro.

Para mejorar el rendimiento, ciertas realizaciones describen un sistema de gestion de la contencion D2D que mejora o maximiza el rendimiento total D2D al mismo tiempo que cumple con un conjunto de condiciones predefinidas (por ejemplo, limites en el retardo de acceso al medio del usuario y el consumo energetico). Ciertas realizaciones de este tipo efectuan un analisis de coste/beneficio de la activacion de cada enlace D2D. El analisis se efectua en el contexto de todos los demas enlaces D2D existentes y/o un subconjunto de enlaces D2D deseados, asi como la interferencia de fondo cocanal. Como se comenta a continuacion, los resultados muestran que las realizaciones descritas mejoran el retardo de acceso al medio y la eficiencia energetica de los usuarios D2D al mismo tiempo que se mantiene el rendimiento del enlace D2D.

El analisis de coste/beneficio determina que enlaces D2D existentes y/o solicitados tienen acceso al canal inalambrico. Ciertas realizaciones encuentran un conjunto de enlaces D2D que, cuando se activan simultaneamente, maximizan el rendimiento y cumplen con un conjunto de condiciones predefinidas. Segun el conjunto de condiciones, el conjunto de enlaces D2D se puede parametrizar para maximizar el rendimiento total de la red o minimizar el retardo del usuario y el consumo de la bateria.

Ciertas realizaciones son similares a la particion grafica de un grafico G = (V, E) con V vertices y E bordes, excepto con ciertos limites definidos por el canal inalambrico. El problema de particion del grafico puede tener una complejidad de calculo correspondiente a NP-completo (similar a un problema de suma de subconjuntos), donde NP se refiere al tiempo polinomial no determinista y, por lo tanto, no puede resolverse. Por lo tanto, un algoritmo segun dichas realizaciones puede producir una seleccion de enlaces suboptima en tiempo real.

El algoritmo tiene ciertas caracteristicas distintivas, como que es capaz de tener en cuenta las conexiones D2D existentes no controladas. El algoritmo tambien puede, por ejemplo, operar con datos incompletos y escalar linealmente con el tamano de la red. En ciertas realizaciones, se pueden imponer restricciones en conexiones D2D seleccionadas para satisfacer los requisitos de calidad de servicio (QoS) individuales.

En la siguiente descripcion detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de esta memoria y en los que numeros similares designan partes similares, y en los que se muestran, a modo de ilustracion, realizaciones que pueden ponerse en practica. Se ha de entender que pueden utilizarse otras realizaciones y pueden realizarse cambios estructurales o logicos sin apartarse del alcance de la presente descripcion. La siguiente descripcion detallada, por lo tanto, no debe tomarse en un sentido limitativo, y el alcance de las realizaciones se define en las reivindicaciones anejas y sus equivalentes.

A su vez, varias operaciones pueden describirse como multiples acciones u operaciones discretas, de la manera que sea mas util para entender la materia objeto reivindicada. Sin embargo, el orden de descripcion no debe interpretarse de tal forma que implique que estas operaciones dependen necesariamente del orden. En particular, estas operaciones no pueden realizarse siguiendo el orden de presentacion. Las operaciones descritas pueden realizarse en un orden diferente al de la realizacion descrita. En realizaciones adicionales se pueden realizar diversas operaciones adicionales y/o se pueden omitir operaciones descritas.

Para los fines de la presente descripcion, la frase "A y/o B" significa (A), (B) o (A y B). Para los fines de la presente descripcion, la frase "A, B y/o C" significa (A), (B), (C), (A y B), (A y C), (B y C), o (A, B y C).

La descripcion puede usar las frases "en una realizacion" o "en realizaciones", que pueden referirse a una o mas de las mismas o diferentes realizaciones. Ademas, los terminos "que comprende", "que incluye", "que tienen" y similares, tal como se usan con respecto a las realizaciones de la presente descripcion, son sinonimos.

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Como se emplea en esta memoria, los terminos "modulo" y/o "logica" pueden referirse, ser parte de, o incluir un circuito integrado de aplicacion especffica ("ASIC"), un circuito electronico, un procesador (compartido, dedicado o grupal) y/o memoria (compartida, dedicada o grupal) que ejecuta uno o mas programas de software o firmware, un circuito logico de combinacion y/u otros componentes adecuados que proporcionan la funcionalidad descrita.

II. Ejemplo de WiFi D2D

Para proporcionar una comprension de alto nivel del sistema de gestion de la contencion D2D descrito, a continuacion, se analiza un ejemplo de red WiFi D2D. Sin embargo, los expertos en la materia reconoceran que se pueden usar otros protocolos de red (por ejemplo, Bluetooth, NFC, etc.) o combinaciones de protocolos de red.

La FIG. 1 es un diagrama de bloques de una red de comunicacion de ejemplo 100 segun una realizacion. La red de comunicacion de ejemplo 100 incluye una pluralidad de estaciones base 110, 112 y una pluralidad de UE 113, 114, 116, 118, 120, 122. El termino "estacion base" como se emplea en esta memoria es un termino generico. Como apreciaran los expertos en la tecnica, en una red de acceso radio terrestre universal evolucionado (EUTRAN), como puede ser la utilizada en la arquitectura LTE, las estaciones base 110, 112 pueden ser cada una un NodoB evolucionado (eNodoB). Sin embargo, el termino "eNodoB" tambien es mas amplio en algunos sentidos que la estacion base convencional, ya que el eNodoB se refiere, en general, a un nodo logico. El termino "estacion base" como se emplea en esta memoria incluye una estacion base, un Nodo B, un eNodoB u otros nodos especfficos de otras arquitecturas.

El EUTRAN es una red de comunicacion inalambrica que utiliza la interfaz aerea definida por los estandares LTE y LTE (LTE-A) de 3GPP. El EUTRAN tambien se conoce como el elemento de trabajo 3GPP sobre la evolucion a largo plazo y el acceso radio terrestre universal evolucionado (EUTRA) en los primeros borradores de la especificacion LTE de 3GPP. El EUTRAN es un estandar de red de acceso radio destinado a sustituir las tecnologfas UMTS, acceso de paquetes de enlace descendente de alta velocidad (HSDPA) y acceso de paquetes de enlace ascendente de alta velocidad (HSUPA) especificados en la version 5 de 3GPP y posteriores. El EUTRAN proporciona velocidades de datos mas altas, menor latencia y esta optimizado para los paquetes de datos.

En el ejemplo que se muestra en la FIG. 1, el UE 113 se comunica a traves de una red central 126 con un UE 114 ubicado remotamente. El UE 113 esta dentro de una zona de cobertura celular de la estacion base 110 y el UE 114 esta dentro de la cobertura celular de la estacion base 112. El EU 113 usa un canal dedicado 128 para comunicarse con la estacion base 110, por ejemplo, transmitiendo y/o recibiendo segmentos de la unidad de datos de protocolo (PDU) de control de enlace radio (RLC) y segmentos de la unidad de datos de servicio (SDU). De manera similar, el UE 114 usa un canal dedicado 130 para comunicarse con la estacion base 112. Las estaciones base 110 y 112 estan conectadas respectivamente a la red central 126 a traves de controladores de red radio (no se muestran). En la arquitectura LTE, la red central 126 es un sistema de paquetes evolucionado (EPC). La red central 126 puede incluir una pluralidad de servidores (por ejemplo, servidores de operadores de red) y puertas de enlace (por ejemplo, para acceder a Internet 136).

En la FIG. 1, los UE 116, 118, 120, 122 han establecido una red WiFi directa ad hoc con los enlaces de comunicacion correspondientes. En dicha realizacion, dos o mas de los UE 116, 118, 120, 122 pueden comunicarse directamente entre sf sin implicar puntos de acceso centrales. En el ejemplo que se muestra en la FIG. 1, sin embargo, los UE 120 y 122 tambien estan dentro de una red inalambrica de area local (WLAN) 132 que incluye un punto de acceso inalambrico (WAP) 124 configurado para comunicarse mediante un protocolo WiFi. El WAP 124 puede, por ejemplo, proporcionar uno o ambos de los UE 120 y 122 con acceso a Internet 136. Uno o mas de los UE 116, 118, 120, 122 tambien pueden estar en comunicacion con al menos una estacion base en la red de comunicacion 100. Por ejemplo, el UE 116 se muestra con un canal dedicado 134 a la estacion base 110.

Cuando estan dentro del alcance, los UE 116, 118, 120, 122 estan configurados para comunicarse entre sf a traves de enlaces D2D que utilizan un protocolo basado en la contencion ad hoc. En la FIG. 1, por ejemplo, los enlaces D2D pueden activarse entre el uE 116 y los UE 118, 120, entre el UE 118 y el UE 120, entre el UE 120 y el UE 122, y entre el WAP 124 y los UE 120, 122. En ciertas realizaciones, un servidor (que se muestra, por ejemplo, en la FIG. 10) selecciona cual de los enlaces D2D se activa o desactiva a partir de un analisis de coste/beneficio. El servidor puede, por ejemplo, ser parte de la red central 126 y puede proporcionar ayuda al operador de red para gestionar las comunicaciones entre los UE 116, 118, 120, 122. En otras realizaciones, el servidor puede configurarse para proporcionar servicios basados en la nube a traves de Internet 136 para gestionar las comunicaciones entre los UE 116, 118, 120, 122 en la red ad hoc. Todavfa en otras realizaciones, uno de los UE 116, 118, 120, 122 y/o el WAP 124 pueden configurarse para gestionar las comunicaciones en la red ad hoc.

En ciertas realizaciones, el analisis de coste/beneficio se realiza periodicamente o cuando las condiciones de activacion se cumplen a medida que los UE 116, 118, 120, 122 y/o el WAP 124 mueven las ubicaciones. El analisis de coste/beneficio puede incluir la representacion de los UE como nodos en un grafico de red. Por ejemplo, la FIG. 2 ilustra un grafico de red 200 segun una realizacion de ejemplo. El grafico de red 200 incluye una coleccion de nodos WiFi D2D cocanal 210, 212, 214 junto con sus enlaces D2D deseados (mostrados en lfneas continuas) y enlaces de

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interferencia no deseados (mostrados en lineas discontinuas). Cualquier linea (independientemente de que sea deseada o no deseada) entre dos nodos indica que los nodos estan dentro del alcance WiFi D2D. Por lo tanto, cualquiera de las dos lineas que no tienen puntos finales (nodos) en comun, o que no estan conectadas a traves de otra linea, representan enlaces que pueden ejecutarse en paralelo (es decir, no causan interferencias o colisiones entre si).

En la FIG. 2, hay ocho enlaces WiFi D2D deseados (mostrados en lineas continuas que representan enlaces activados y desactivados). En este ejemplo, los enlaces activados se pueden agrupar en dos grupos distintos 216, 218. Cualquier enlace de un grupo dado (por ejemplo, el grupo 216) tiene un potencial cero de colisionar con un enlace del otro grupo (por ejemplo, el grupo 218). Por lo tanto, para maximizar el numero de enlaces activos sin introducir ninguna contencion, solo se activa un enlace deseado de cada grupo (es decir, en la FIG. 2, todos los enlaces activos excepto uno de cada grupo estan desactivados y los enlaces inactivos permanecen inactivos).

Sin embargo, debido a que el rendimiento total de la red WiFi D2D aumenta inicialmente con el numero de enlaces D2D localmente activos (antes de disminuir debido a la contencion perjudicial), puede ser conveniente activar todos los enlaces deseados dentro de cada grupo simultaneamente mientras se dejan los enlaces que hacen que la interferencia entre grupos sea inactiva (es decir, como en la FIG. 2) para maximizar el rendimiento de la red. Esto puede resultar en una contencion manejable y un rendimiento maximo dentro de cada grupo 216, 218. Ademas, debido a que los grupos 216, 218 no bloquean mutuamente las transmisiones, su rendimiento puede ser aditivo. Por otro lado, si se activa alguno de los enlaces desactivados, terminaran bloqueando las transmisiones de ambos grupos, lo que puede resultar en una disminucion del rendimiento de la red. Ciertas realizaciones descritas en la presente memoria analizan estas ganancias y perdidas de rendimiento y determinan que enlaces activar simultaneamente.

III. Sistema de gestion de la contencion D2D de ejemplo

Una coleccion de nodos, sus enlaces D2D deseados y sus enlaces de interferencia no deseados constituyen un grafico de red G, donde los vertices son los nodos y los bordes son los enlaces (vease la FIG. 2). En ciertas realizaciones, el grafico de red G puede tomar cualquier forma. En otras realizaciones, sin embargo, la forma o definicion del grafico de red G puede incluir una o mas restricciones. Por ejemplo, la FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento 300 para definir un grafico de red G segun una realizacion. El procedimiento 300 incluye definir 310 un unico enlace potencial entre dos nodos cualquiera (es decir, un borde entre dos vertices solo puede tener una multiplicidad de uno), definir 312 todos los bordes como enlaces no direccionales, determinar 314 un numero finito de vertices para el grafico de red G, y eliminar 316 vertices aislados (por ejemplo, desde el punto de vista de la red, los vertices aislados no tienen pareja y, por lo tanto, no son de interes).

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento 400 para la gestion de la contencion D2D segun una realizacion. El procedimiento 400 aumenta o maximiza el rendimiento de la red D2D al mismo tiempo que cumple con un conjunto de condiciones predefinidas. Las condiciones predefinidas pueden incluir, por ejemplo, un requisito de fluctuacion de fase, un requisito de retardo, un requisito de consumo energetico del UE, un requisito de rendimiento, otros requisitos de calidad de servicio (QoS) y combinaciones de los anteriores. En una realizacion, por ejemplo, se determina que un enlace potencial cumple con un valor umbral minimo antes de considerar su activacion. El rendimiento de la red D2D es la suma del rendimiento de todos los enlaces D2D activos, donde el rendimiento de un enlace Li dado se define como Ti = 1/Ni y Ni = numero de enlaces D2D activos que interfieren con el.

El procedimiento 400 determina 410 un conjunto R de enlaces D2D deseados Li, que se compone de los enlaces D2D existentes (que podrian continuar o finalizar), asi como los enlaces D2D solicitados. Dado el conjunto R de los enlaces D2D deseados, el procedimiento 400 intenta activar un grupo de enlaces del conjunto R que da como resultado la suma del rendimiento mayor cuando se activan simultaneamente. En muchos casos, el conjunto R es un subconjunto de todos los enlaces en el grafico de red G. En ciertas realizaciones, no se permite que se activen enlaces fuera del conjunto R, y no se requiere que se activen enlaces del conjunto R. Ademas, como se comenta a continuacion, tambien se puede especificar un conjunto Z de enlaces corruptos siempre activos y sin gestionar. El conjunto Z de enlaces corruptos y sin gestionar puede, por ejemplo, incluir enlaces entre nodos en la red ad hoc que no tienen la capacidad de comunicarse con la red central 126 (por ejemplo, nodos que no estan asociados con el operador de la red celular).

El procedimiento 400 calcula 412 un coste Ci de cada enlace Li en el conjunto R basado en el numero potencial de enlaces con que el enlace particular Li puede interferir, si esta activado. A continuacion, cada enlace se evalua en orden de coste ascendente para determinar si cumple con las condiciones predefinidas y si su activacion aumentara o disminuira el rendimiento de la red D2D. Si va a aumentar el rendimiento, se activara, de lo contrario no se considerara su activacion hasta que el algoritmo vuelva a ejecutarse.

Como se muestra en la FIG. 4, el procedimiento 400 selecciona 414 el enlace Li con el menor coste Ci, y pregunta 416 si el enlace seleccionado Li cumple con las condiciones predefinidas. Si el enlace seleccionado Li cumple con las condiciones predefinidas, el procedimiento 400 consulta 418 si el enlace seleccionado Li aumenta el rendimiento. Si el enlace seleccionado Li aumenta el rendimiento, el procedimiento 400 activa 420 el enlace seleccionado Li (o

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mantiene un enlace ya activo en el estado activo), y selecciona 422 el siguiente enlace Li con el menor coste Ci. Si, por otro lado, el enlace seleccionado Li no cumple con las condiciones predefinidas o no aumenta el rendimiento, entonces el procedimiento 400 desactiva 424 el enlace seleccionado Li (si ya esta activo) antes de seleccionar el siguiente enlace Li con el menor coste Ci. Despues de seleccionar el siguiente enlace Li con el menor coste Ci, el procedimiento 400 repite el procedimiento de consultar 416, 418 y activar 420 o desactivar 424 el enlace recien seleccionado Li con el menor coste.

La FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento 500 para la gestion de la contencion D2D segun una realizacion. Como se ha comentado anteriormente con respecto a la FIG. 4, el procedimiento 500 determina un conjunto R de enlaces D2D deseados Li. Ademas, el procedimiento 500 determina un conjunto Z de enlaces D2D corruptos. Para cada enlace Li £ R (cada enlace Li del conjunto R), el procedimiento 500 calcula 510 un coste de enlace Ci = numero total de enlaces en R que interferirian con Li si fueran activados. Estos son enlaces del conjunto R para los cuales al menos un punto final (es decir, el vertice) es el mismo o adyacente a cualquiera de los puntos finales Li (donde la adyacencia se define por los bordes en el grafico de red G). Dos vertices son "adyacentes" si hay un borde entre ellos.

El procedimiento 500 tambien incluye introducir 512 todos los enlaces Li en una lista P por orden de coste ascendente e inicializar 513 las siguientes variables de estado: umbral vecino activo H = 0; un conjunto A de enlaces activados = el conjunto Z de enlaces corruptos siempre activos y sin gestionar; y una suma del rendimiento de todos los enlaces activados t = 0. El umbral vecino activo H es una variable incremental para contabilizar los enlaces corruptos activos en el conjunto Z y cualquier otro enlace previamente activado en el conjunto A.

El procedimiento 500 tambien incluye un subprocedimiento que comprende seleccionar 514 el primer enlace Li £ P, establecer 516 una variable Wi que es el numero de enlaces del conjunto A con que el enlace seleccionado Li interferiria si estuviera activo, y determinar 516 si Wi > H. Si Wi > H, entonces el subprocedimiento incluye consultar 524 si se debe seleccionar un enlace siguiente Li £ P. Si existe un siguiente enlace Li £ P (por ejemplo, con el siguiente coste de enlace mas bajo Ci), el subprocedimiento selecciona el siguiente enlace Li £ P para procesar mediante el subprocedimiento (por ejemplo, dejando 516 que la variable Wi sea el numero de enlaces del conjunto A con que el siguiente enlace seleccionado Li interferiria si estuviera activo). A los efectos de analisis, una vez que se selecciona el siguiente enlace, la referencia al enlace seleccionado Li en el procedimiento 500 se refiere al enlace actual o siguiente seleccionado.

Si la variable Wi es menor o igual que el umbral vecino activo H, el subprocedimiento incluye consultar 520 si el enlace seleccionado Li cumple con las condiciones predefinidas, tal como se ha mencionado anteriormente. Si el enlace seleccionado Li, no cumple con las condiciones predefinidas, el subprocedimiento incluye eliminar 522 el enlace seleccionado Li de la lista P y, si procede, selecciona un siguiente enlace Li £ P para procesar mediante el subprocedimiento. Sin embargo, si el enlace seleccionado Li, cumple con las condiciones predefinidas, el subprocedimiento incluye establecer 526 la suma del rendimiento siguiente t' = la suma del rendimiento del enlace seleccionado Li mas todos los enlaces del conjunto A si se activaran simultaneamente, y consultar 528 si t' > t.

Si la suma del rendimiento siguiente t' es menor que la suma del rendimiento anterior t, el subprocedimiento incluye eliminar 522 el enlace seleccionado Li de la lista P antes de seleccionar un siguiente enlace Li £ P para procesar mediante el subprocedimiento. Sin embargo, si t' > t, el subprocedimiento incluye establecer 530 A = A U Li y t = t' antes de eliminar 522 el enlace seleccionado Li de la lista P y seleccionar, si procede, un proximo enlace Li £ P para procesar mediante el subprocedimiento.

Si consultar 524 si se debe seleccionar un proximo enlace Li £ P resulta en determinar que no existe un siguiente enlace Li £ P que no se ha procesado todavia para el valor actual del umbral vecino activo H, entonces el subprocedimiento incluye consultar 532 si P = 0, donde 0 es el conjunto vacio (por ejemplo, la lista P incluye enlaces que se han procesado previamente para un el valor anterior de H, pero no se ha eliminado de la lista P para permitir el procesamiento posterior de uno o mas otros valores H). Si P t 0 el subprocedimiento incluye establecer 534 H = H + 1 y repetir el subprocedimiento para los enlaces que quedan en la lista P. Sin embargo, si P = 0entonces el procedimiento incluye emitir 536 el conjunto A como la coleccion de enlaces D2D que se deben activar.

En ciertas realizaciones, el subprocedimiento puede resumirse de la siguiente manera:

Empezar con el primer enlace Li £ P:

Establecer Wi en el numero de enlaces del conjunto A con que Li interferiria si se activara;

si Wi > H, ir al siguiente enlace Li de la lista P y establecer Wi en el numero de enlaces del conjunto A con el que este enlace interferiria si se activara;

Si no se cumple alguna condicion predefinida, elimine Li de la lista P e ir al siguiente enlace Li de la lista P y establecer Wi en el numero de enlaces del conjunto A con el que este enlace interferiria si se activara;

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establecer t' = suma del rendimiento del enlace Li y todos los enlaces del conjunto A si fueran activados

simultaneamente;

si t' > t, entonces establecer

A = A u Li, (donde u representa una union), y

t = t';

eliminar el enlace Li de la lista P e ir al siguiente enlace Li de la lista P; si P t 0 (donde 0 es un conjunto vacio), entonces establecer H = H + 1 y repetir el procedimiento

El conjunto A es la coleccion de enlaces D2D activados. La suma del rendimiento = t. El procedimiento es estable y su complejidad global es O (Lmedia de clases de vertices) para la etapa de estimacion del coste y O (LR) para la etapa de activacion del enlace.

IV. Ejemplo de resultados

A modo de ilustracion, se probo una realizacion de ejemplo en un entorno envolvente de tamano 500 m x 500 m con hasta sesenta (60) nodos de origen D2D. Un nodo de origen es un nodo con trafico para enviar. El entorno de propagacion en este ejemplo es urbano sin linea de vision, y se supone que la altura de la antena es de 1,5 m. Los nodos de origen D2D se despliegan de forma aleatoria pero uniformemente en todo el entorno. A cada origen en este ejemplo se le da exactamente un nodo de destino, que se selecciona aleatoriamente de todos los nodos dentro del alcance D2D. Para asegurar el emparejamiento de todos los origenes, se elimina un numero suficientemente grande de posibles nodos de destino en el entorno. Observese que otros nodos de origen tambien se pueden seleccionar como destinos.

El protocolo de control de acceso al medio (MAC) utilizado en este ejemplo es IEEE 802.11-2012 con la senal de peticion para enviar/listo para enviar (RTS-CTS) habilitada. Esta realizacion de ejemplo no usa multiple entrada y multiple salida (MIMO), y la funcion de evaluar la disponibilidad de canal tiene un umbral de aproximadamente -76 dBm. El ruido de fondo del sistema en este ejemplo se elige para que sea aproximadamente de -100 dBm. El patron de trafico es una cola saturada con un tamano maximo de oportunidad de transmision de aproximadamente 1300 ms.

Un objetivo de esta realizacion de ejemplo es minimizar el retardo MAC del usuario y el consumo energetico al mismo tiempo que se maximiza el rendimiento total de la red. Por lo tanto, el algoritmo puede ejecutarse bajo la siguiente condicion predefinida: ningun enlace activo puede competir con (es decir, bloquear) otro enlace activo.

La FIG. 6 es un grafico que ilustra el retardo frente al numero de enlaces D2D potenciales segun la realizacion de ejemplo. Como la FIG. 6 muestra, la mejora del rendimiento en el promedio de retardo MAC del usuario desde la gestion de red aumenta con el numero de enlaces D2D potenciales, pero es significativo en todos los numeros de enlaces D2D. Por ejemplo, cuando hay sesenta (60) enlaces D2D en el despliegue, esta realizacion de ejemplo reduce el promedio de retardo MAC del usuario en mas de la mitad. Pero incluso con numeros de enlace D2D bajos (por ejemplo, unos 10 enlaces), el retardo MAC promedio se reduce en mas de un tercio.

La FIG. 7 es un grafico que ilustra el consumo energetico frente al numero de enlaces potenciales segun la realizacion de ejemplo. La FIG. 7 muestra que con sesenta (60) enlaces D2D potenciales en el despliegue, el consumo energetico promedio del usuario cuando todos los enlaces estan activados es de casi 0,2 julios/Mbit. En comparacion, cuando se activan solo los enlaces seleccionados segun las realizaciones descritas, este valor disminuye a poco mas de 0,08 julios/Mbit. Esto supone una reduccion del consumo energetico promedio en casi el 60%.

Estas mejoras de retardo y energia son utiles porque, al menos en parte, la realizacion de ejemplo mantiene (y mejora) al mismo tiempo el rendimiento total de la red D2D. Por ejemplo, la FIG. 8 es un grafico que ilustra el rendimiento frente al numero de enlaces segun la realizacion de ejemplo. La FIG. 8 muestra que cuando la realizacion de ejemplo activa un subconjunto de enlaces D2D (en lugar de todos ellos) en un esfuerzo por reducir el promedio de retardo MAC del usuario y el consumo energetico, la realizacion de ejemplo realmente aumenta el rendimiento global de la red D2D. Por lo tanto, las realizaciones descritas en este documento pueden conseguir mejoras significativas en el retardo y la energia sin sacrificar el rendimiento de la red.

V. Dispositivos de ejemplo

La FIG. 9 proporciona una ilustracion de ejemplo de un dispositivo movil, como puede ser un equipo de usuario (UE), una estacion movil (MS), un dispositivo movil inalambrico, un dispositivo de comunicacion movil, una tableta, un auricular telefonico u otro tipo de dispositivo movil inalambrico. El dispositivo movil puede incluir una o mas antenas configuradas para comunicarse con una estacion de transmision, como una estacion base (BS), un nodo evolucionado B (eNB), una unidad de banda base (BBU), un cabezal de radio remoto (RRH), un equipo de radio

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remoto (RRE), una estacion retransmisora (RS), un equipo de radio (RE) u otro tipo de punto de acceso a la red de area amplia inalambrica (WWAN). El dispositivo movil puede configurarse para comunicarse mediante, al menos, un estandar de comunicacion inalambrica que incluye LTE 3GPP, LTE-A, WiMAX, acceso de paquetes a alta velocidad (HSPA), Bluetooth y WiFi. El dispositivo movil puede comunicarse mediante antenas separadas para cada estandar de comunicacion inalambrica o antenas compartidas para multiples estandares de comunicacion inalambrica. El dispositivo movil puede comunicarse en una red inalambrica de area local (WLAN), una red de area personal inalambrica (WPAN) y/o una WWAN.

La FIG. 9 tambien proporciona una ilustracion de un microfono y uno o mas altavoces que pueden utilizarse para la entrada y salida de audio desde el dispositivo movil. La pantalla de visualizacion puede ser una pantalla de pantalla de cristal liquido (LCD) u otro tipo de pantalla como una pantalla de diodo emisor de luz organico (OLED). La pantalla de visualizacion se puede configurar como una pantalla tactil. La pantalla tactil puede usar tecnologia capacitiva, resistiva u otro tipo de tecnologia de pantalla tactil. Un procesador de aplicaciones y un procesador de graficos se pueden acoplar a la memoria interna para proporcionar capacidades de procesamiento y visualizacion. Un puerto de memoria no volatil tambien se puede usar para proporcionar opciones de entrada/salida de datos a un usuario. El puerto de memoria no volatil tambien puede usarse para ampliar las capacidades de memoria del dispositivo movil. Un teclado puede integrarse con el dispositivo movil o conectarse de forma inalambrica con el dispositivo movil para proporcionar una entrada de usuario adicional. Tambien se puede proporcionar un teclado virtual mediante la pantalla tactil.

En una realizacion, el dispositivo movil mostrado en la FIG. 1 incluye un UE con una primera radio para comunicarse con un nodo evolucionado B (eNB) en una red de evolucion a largo plazo (LTE) o LTE avanzada (LTE-A) del Proyecto de Colaboracion de Tercera Generacion (3GPP), una segunda radio para comunicarse con dispositivos inalambricos en una red ad hoc a traves de las rutas de comunicacion respectivas y un procesador. El procesador esta configurado para medir la interferencia que cada una de las rutas de comunicacion anade a la red ad hoc. El procedimiento tambien esta configurado para transmitir, a traves de la primera radio a un sistema de operadores, una indicacion de cada una de las rutas de comunicacion y su interferencia correspondiente. El procesador tambien esta configurado para comunicarse selectivamente con los dispositivos inalambricos en la red ad hoc mediante las rutas de comunicacion a partir de las instrucciones recibidas a traves de la primera red del sistema de operadores.

En ciertas realizaciones de este tipo, en las que para medir la interferencia que una ruta de comunicacion particular anade a la red ad hoc, el procesador esta configurado ademas para activar la ruta de comunicacion particular, y determinar varias otras rutas de comunicacion activas en la red ad hoc con las que interfiere la ruta de comunicacion particular. El procesador tambien puede determinar un rendimiento de la ruta de comunicacion particular como una inversa del numero de las otras rutas de comunicacion activas en la red ad hoc con las que interfiere la ruta de comunicacion particular. El procesador tambien puede transmitir, a traves de la primera radio al sistema de operadores, el rendimiento de la ruta de comunicacion particular.

Ademas, o en otras realizaciones, el procesador esta configurado ademas para medir una condicion predefinida seleccionada de entre un grupo que comprende fluctuacion de fase, retardo, consumo energetico del UE, rendimiento y calidad de servicio (QoS). El procesador en dichas realizaciones tambien puede transmitir, a traves de la primera radio al sistema de operadores, la condicion medida predefinida.

Ademas, o en otras realizaciones, el UE incluye al menos una primera antena configurada para transmitir y recibir las primeras senales inalambricas a traves de la primera radio, y al menos una segunda configurada para transmitir y recibir las segundas senales inalambricas a traves de la segunda radio.

La FIG. 10 es un diagrama de bloques simplificado de un servidor configurado para gestionar el trafico de la red segun una realizacion. El trafico de red puede, por ejemplo, descargarse de una red celular inalambrica a una red basada en la contencion de dispositivo a dispositivo (D2D). El servidor incluye un procesador y un gestor de contencion D2D. El gestor de contencion D2D incluye instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, gestionan las comunicaciones entre equipos de usuario (UE) en la red basada en la contencion D2D. Al menos dos de los UE pueden configurarse para comunicarse entre si de manera selectiva a traves de una red central de la red celular inalambrica y a traves de la red basada en la contencion D2D. El gestor de contencion D2D esta configurado para definir un primer conjunto de enlaces de la red basada en la contencion D2D, y para cada enlace del primer conjunto, calcular un coste de enlace correspondiente al numero de otros enlaces del primer conjunto con el que entra en conflicto/contienda. El gestor de contencion D2D tambien esta configurado para, por orden de coste de enlace ascendente, evaluar cada enlace del primer conjunto y seleccionar un segundo conjunto de enlaces entre el primer conjunto que, una vez activado, aumenta la suma del rendimiento de los paquetes de datos comunicados entre los UE. El gestor de contencion D2D tambien esta configurado para comunicar un mensaje a los UE que activa el segundo conjunto de enlaces.

En ciertas realizaciones de este tipo, el segundo conjunto de enlaces, cuando se activa, satisface una o mas condiciones de rendimiento predefinidas asociadas con los UE que se comunican a traves de la red central.

En una realizacion, el servidor esta configurado para operar en la red central de la red celular inalambrica. El servidor, por ejemplo, puede incluir ademas una interfaz de operador de red para proporcionar ayuda al operador de

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red y establecer al menos uno de los enlaces del segundo conjunto. En otra realizacion, el servidor esta configurado para proporcionar un servicio basado en la nube para gestionar las comunicaciones entre los UE en la red basada en la contencion D2D.

En ciertas realizaciones, el gestor de contencion D2D esta configurado para definir el primer conjunto de enlaces mediante el modelado de los UE en la red basada en la contencion D2D en un grafico de red con un unico enlace potencial entre cualquiera de los dos UE. Los vertices del grafico de red representan los UE. El gestor de contencion D2D puede configurarse para definir los bordes en el grafico de red como enlaces no direccionales, determinar un numero finito de vertices para el grafico de red y eliminar vertices aislados del grafico de red.

En ciertas realizaciones del servidor, el coste del enlace para un enlace "L" del primer conjunto comprende un numero total de enlaces del primer conjunto con los que interfiere, si el enlace Li esta activado. Para evaluar cada enlace del primer conjunto y seleccionar el segundo conjunto, el gestor de contencion D2D esta configurado para introducir los enlaces del primer conjunto en una lista "P" por orden de coste ascendente del enlace. A continuacion, crea un conjunto "A" de todos los enlaces activados y lo inicializa en un conjunto "Z", donde el conjunto Z incluye los enlaces corruptos activos entre nodos sin gestionar en la red basada en la contencion D2D. El gestor de contencion D2D esta ademas configurado para inicializar un umbral vecino activo "H" a un primer valor preestablecido. El umbral vecino activo H incluye una variable incremental para contabilizar los enlaces corruptos activos en el conjunto Z y cualquier otro enlace previamente activado en el conjunto A. El gestor de contencion D2D ademas esta configurado para establecer una suma del rendimiento inicial "t" a un segundo valor preestablecido.

Las tecnicas introducidas anteriormente pueden implementarse mediante circuiteria programable programada o configurada por software y/o firmware, o pueden implementarse completamente mediante circuiteria cableada de proposito especial, o en una combinacion de dichas formas. Dichos circuiteria de proposito especial (si la hay) puede tener la forma de, por ejemplo, uno o mas circuitos integrados de aplicacion especifica (ASIC), dispositivos logicos programables (PLD), matriz de puertas programables por campo (FPGA), etc.

El software o firmware para implementar las tecnicas introducidas en la presente memoria puede almacenarse en un medio de almacenamiento legible por maquina y puede ser ejecutado por uno o mas microprocesadores programables de proposito general o de proposito especial. Un "medio legible por maquina", como se emplea en la presente memoria, incluye cualquier mecanismo que pueda almacenar informacion de forma que sea accesible por una maquina (una maquina puede ser, por ejemplo, un ordenador, dispositivo de red, telefono celular, PDA)., herramienta de fabricacion, cualquier dispositivo con uno o mas procesadores, etc.). Por ejemplo, un medio accesible por maquina incluye medios grabables/no grabables (por ejemplo, memoria de solo lectura (ROM); memoria de acceso aleatorio (RAM); medios de almacenamiento en disco magnetico; medios de almacenamiento optico; dispositivos de memoria flash, etc.), etc.

El termino "logica", como se emplea en esta memoria, puede incluir, por ejemplo, circuiteria, software y/o firmware cableado de proposito especial junto con circuiteria programable, o una combinacion de los mismos.

Los expertos en la tecnica entenderan que pueden realizarse muchos cambios en los detalles de las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse de los principios subyacentes de la invencion. El alcance de la presente invencion deberia, por lo tanto, estar determinado unicamente por las reivindicaciones siguientes.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un servidor para gestionar el trafico de la red descargado desde una red celular inalambrica a una red basada en la contencion D2D de dispositivo a dispositivo, el servidor que comprende:

   un procesador; y

   un gestor de contencion D2D que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, gestionan las comunicaciones entre los equipos de usuario, UE, (113, 114) en la red basada en la contencion D2D, al menos dos de los UE configurados para comunicarse de forma selectiva a traves de una red central (126) de la red celular inalambrica y, a traves de la red basada en la contencion D2D, el gestor de contencion D2D esta configurado para:

   definir un primer conjunto de enlaces en la red basada en la contencion D2D;

   para cada enlace del primer conjunto, calcular un coste de enlace correspondiente a un conflicto con uno o mas enlaces del primer conjunto;

   por orden de coste de enlace ascendente, evaluar cada enlace en el primer conjunto para seleccionar un segundo conjunto de enlaces entre el primer conjunto que, una vez activado, aumenta la suma del rendimiento de los paquetes de datos comunicados entre los UE (113, 114); y

   comunicar un mensaje a los UE (113, 114) para activar el segundo conjunto de enlaces durante un periodo de descarga.
2. 2. El servidor de la reivindicacion 1, en el que el segundo conjunto de enlaces, cuando se activa, satisface una o mas condiciones de rendimiento predefinidas asociadas con los UE (113, 114) que se comunican a traves de la red central (126).
3. 3. El servidor de la reivindicacion 2, en el que la o mas condiciones de rendimiento predefinida/s comprenden al menos un parametro seleccionado de entre un grupo que comprende fluctuacion de fase, retardo, consumo energetico del UE, rendimiento y calidad de servicio, QoS.
4. 4. El servidor de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el servidor esta configurado para operar en la red central (126) de la red celular inalambrica, el servidor que ademas comprende una interfaz de operador de red para proporcionar ayuda al operador de red a la hora de establecer al menos uno de los enlaces del segundo conjunto.
5. 5. El servidor de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el servidor esta configurado para proporcionar un servicio basado en la nube para gestionar las comunicaciones entre los UE en la red basada en la contencion D2D.
6. 6. El servidor de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el gestor de contencion D2D esta configurado para representar el primer conjunto de enlaces como un grafico de red, en el que los vertices del grafico de red representan los puntos finales del UE del primer conjunto de enlaces en la red basada en la contencion D2D y los bordes del grafico de red representan enlaces, en el que solo puede haber un enlace potencial entre dos UE, y en el que el gestor de contencion D2D esta configurado para:

   definir los bordes en el grafico de red como enlaces no direccionales; determinar un numero finito de vertices para el grafico de red; y eliminar los vertices aislados del grafico de red.
7. 7. El servidor de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el coste del enlace para un primer enlace "Li" del primer conjunto comprende el numero total de enlaces del primer conjunto con los que interfiere, si el primer enlace Li esta activado.
8. 8. El servidor de la reivindicacion 7, en el que para evaluar cada enlace del primer conjunto y seleccionar el segundo conjunto, el gestor de contencion D2D esta configurado para:

   introducir los enlaces del primer conjunto en una lista "P" por orden de coste ascendente del enlace;

   inicializar un conjunto "A" de enlaces activados a un conjunto "Z" que comprende enlaces corruptos activos entre nodos sin gestionar en la red basada en la contencion D2D;

   inicializar un umbral vecino activo "H" a un primer valor preestablecido, el umbral vecino activo H que comprende una variable incremental que contabiliza los enlaces corruptos activos del conjunto Z y cualquier otro enlace previamente activado en el conjunto A; y

   establecer la suma del rendimiento inicial "t" a un segundo valor preestablecido.
9. 9. El servidor de la reivindicacion 8, en el que el gestor de contencion D2D esta configurado ademas para ejecutar un subprocedimiento que comprende:

   determinar un numero de enlaces "Wi" del conjunto A con los que el primer enlace Li interfiere, cuando se activa;

   5 si el numero de enlaces Wi es menor que el umbral vecino activo H, y si se cumplen las condiciones de rendimiento predefinidas asociadas con los UE cuando el primer enlace Li esta activo, entonces:

   establecer la suma del rendimiento siguiente "t’" igual a la suma del rendimiento del primer enlace Li y el rendimiento de los enlaces activados en el conjunto A;

   si la suma del rendimiento siguiente t' es mayor o igual que la suma del rendimiento inicial t, entonces se anade el 10 primer enlace Li al conjunto A de enlaces activados y se establece t = t'; y

   eliminar el primer enlace Li de la lista P y seleccionar el enlace Li+i siguiente de la lista P para evaluar segun el subprocedimiento;

   si el numero de enlaces Wi es mayor que el umbral vecino activo H, se selecciona el enlace Li+i siguiente de la lista P para evaluar segun el subprocedimiento; y

   15 si la condicion de rendimiento predefinida asociada con los UE (113, 114) no se cumple cuando el primer enlace Li esta activo, eliminar el primer enlace Li de la lista P y seleccionar el siguiente enlace Li+1 de la lista P para evaluar segun el subprocedimiento.
10. 10. El servidor de la reivindicacion 9, en el que el gestor de contencion D2D esta ademas configurado para: incrementar el umbral vecino activo H de manera que H = H + 1;

    20 si la lista P t 0, donde 0 es un conjunto vacio, repetir el subprocedimiento para los enlaces restantes de la lista P; y

    si la lista P = 0, seleccionar el conjunto A como el segundo conjunto de enlaces que se deben activar durante el periodo de descarga.