Resumen: MADF, A Novel Approach to Add an Ad-Hoc Overlay on a Fixed Cellular Infrastructure

El servicio inalámbrico cada vez está ganando más popularidad recientemente. En un sistema, las terminales móviles (normalmente computadoras) en una celda son capaces de acceder a la infraestructura alámbrica como el Internet a través de canales inalámbricos. El tráfico en una celda puede variar constantemente, es por eso que se tienen que asignar canales inalámbricos a las celdas de forma que el tráfico sea distribuido para satisfacer los requerimientos de un sistema operativo.

Normalmente, un conjunto de canales inalámbricos son asignados a una celda de forma fija en la implementación del sistema. De esta forma, el patrón de reutilización puede ser optimizado y el control de la asignación de canales a una terminal móvil se simplifica. Sin embargo, este sistema no puede acomodar el tráfico en una celda, cuando el tráfico incrementa, el retardo de paquetes puede incrementar a un nivel no deseado.

Para eliminar este inconveniente, se han propuesto esquemas de asignación de canales globales, en los que un grupo de canales se puede asignar dinámicamente a una celda en función de su demanda de tráfico actual. Sin embargo, en esto también hay inconvenientes ya que se requiere un control más centralizado y completo. Para el compromiso entre la asignación de canales fijos y la asignación dinámica, se propone un enfoque en el que algunos de los canales dinámicos pueden dejarse a un lado de la red de asignación fija de manera que una celda con mucho tráfico puede pedir prestado los canales de sus celdas vecinas con poco tráfico. Este sistema asigna más canales a las celdas con mucho tráfico para acomodar más tráfico en las otras celdas y requiere que el patrón de reutilización de canal tiene que estar constantemente ajustándose para el tráfico actual. 

En este estudio se propone que en lugar de asignar más canales a una celda con mucho tráfico, una parte del tráfico se desvíe fuera de la celda con mucho tráfico y se transmita a sus celdas vecinas con poco tráfico, consiguiendo de esta forma la carga de equilibrio entre las celdas y el aumento de tráfico.

En el reenvío de datos, el grupo de canales inalámbricos se divide en canales físico y canales de reenvío. El número de canales de reenvío es normalmente pequeño, por lo que el costo de dejar de lado un canal de este tipo es bajo. Una terminal móvil en una celda con mucho tráfico puede utilizar los canales de reenvío para transmitir sus datos a una celda con poco tráfico. Debido a que los datos tienen que cruzar por la frontera o el límite de la celda, se requiere un agente de reenvío intermedio en la celda con poco tráfico para retransmitir los datos a esa celda. Un agente de reenvío simplemente transmite datos, no es una estación base, puede ser un repetidor colocado alrededor del límite de una celda, también puede ser otro terminal móvil.

El agente de reenvío puede servir a múltiples usuarios al mismo tiempo, los datos pueden saltar a través de más de un agente de reenvío antes de ser recibida por una estación base. En este estudio se supone que el agente de expedición es una terminal móvil. En la siguiente figura se observa un sistema con reenvío de datos, en el que las celdas poco transitadas están sombreadas. El usuario D, G y B son los agentes de reenvío. Por ejemplo aquí se necesitan dos saltos para que los datos del usuario C sean absorbidos por la estación base. Como el usuario E no puede encontrar un agente de reenvío manda su tráfico a su celda vecina con poco tráfico.

Operación del sistema y análisis

En el reenvío de datos, el  agente de de tránsito que se dispone a enviar los datos, primero mide el tráfico local en su celda. El tráfico local puede medirse a través del envío de algunos paquetes de prueba a la estación base y observando el retardo de paquetes. Si el tráfico en la celda es menor que el umbral, el agente de reenvío emite una señal de que se encuentra libre en el canal de reenvío periodicamente. 

Los usuarios que se encuentran en una celda con tráfico recogen la señal que indica que esta libre cuando el retardo de paquetes en dicha celda supera un determinado umbral. Para reducir la interferencia, el usuario puede alcanzar sólo los agentes en sus celdas vecinas. El usuario debe monitorear los retardos de sus paquetes y cuando el canal de reenvío ya no puede satisfacer el requerimiento del retardo, el usuario debe dejar de utilizar el canal de reenvío y tratar de buscar un nuevo agente.

Existen dos valores umbrales de tráfico para los usuarios que se encuentran en las celdas con mucho tráfico:

1. El tráfico en el cual el usuario empieza a utilizar el canal de reenvío.
2. La carga cuando el usuario deja de utilizar debido al tráfico en su misma celda regresa a algún valor bajo.

El usuario debe elegir dividir su tráfico entre su canal local y el canal de reenvío para así lograr el menor promedio del retardo de paquetes.

TDMA
En un sistema TDMA, cada una de las celdas tiene un canal. Cada trama se divide en (m+1) intervalos de tiempo, entre las que la primera ranura se usa como una ranura de control. Cada ranura puede cargar un paquete de datos, excepto la ranura de control. Cuando un nuevo usuario entra al sistema, el sistema esperará a la ranura de control y manda una señal de solicitud para contender a las ranuras libres en el frame. Si existe una colisión en la ranura de control, el usuario manda la señal de solicitud después de un número aleatorio de frames. Si el usuario no puede encontrar una ranura libre en el marco después este mismo transmite una señal de solicitud exitosamente. 

In a TDMA system, let each cell have one channel. Cada trama se divide en (m+1) intervalos de tiempo, entre las que la primera ranura se usa como una ranura de control. Cada ranura puede cargar un paquete de datos, excepto la ranura de control. Cuando un nuevo usuario entra al sistema, el sistema esperará a la ranura de control y manda una señal de solicitud para contender a las ranuras libres en el frame. 

Si se supone que cada usuario tiene un gran número de paquetes para transmitir continuamente. Cuando el usuario obtiene una ranura libre, él va a utilizar la misma ranura hasta que todos los paquetes sean transmitidos.Podemos hacer una suposición adicional de que el tasa de llegada del nuevo usuario en el sistema es lo suficientemente baja como para que la señal de solicitud ranura siempre se pueda transmitir con éxito. 

Por medio del sistema de control central en la estación base, MADF puede utilizarse también por el sistema TDMA. Sin embargo, los usuarios que se encuentran fuera del sistema de cobertura no tienen el servicio. En un sistema TDMA con el esquema MADF, se asigna un canal extra para reenvío de datos. El canal de reenvío es también repetido en los frames. Cada frame tiene ranuras con una longitud, todas las ranuras son ranuras de datos, y estas ranuras son llamadas ranuras de reenvío. Ahora se asume que las ranuras de reenvío se utilizan en una celda con tráfico para transmitir los datos reenviados.  

Si el sistema TDMA utiliza el esquema MADF para reenviar datos con alguna de las ranuras de reenvío y no hay un tráfico local para el agente, el rendimiento del umbral mejora cuando el requisito de retardo es mayor.

Conclusiones

El esquema de reenvío que se propone me parece muy bueno, ya que puede ayudar a mejorar el rendimiento de los  paquetes que se envían, tomando en cuenta el tráfico que tienen las ranuras y observando que tanto es el tráfico que contienen los canales para así clasificarlos en ranuras que se encuentran libres de tráfico y ranuras que tienen mucho tráfico. Esto ayuda mucho al rendimiento ya que se utilizan agentes de reenvío de datos para cuando haya mucho tráfico pasar los datos a otra ranura vecina y que pueda llegar toda la información correcta.

Por lo tanto esto puede ayudar mucho para hacer que la transmisión de paquetes no tenga mucho retardo y puedan mandarse de manera adecuada pudiendo también tener un control del tráfico que tienen las diferentes ranuras.

Referencias

Xiaoxin Wul, S. -H. Gary Chan, and Biswanath Mukherjee, "MADF: A Novel Approach to Add an Ad-Hoc Overlay on a Fixed Cellular Infrastructure", IEEE Wireless Commun. and Net. Conf., 2000 

Disponible en: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=903912