Encaminamiento de comunicaciones en función de la calidad de enlaces.

Un método que comprende:

bajo el control de un nodo (102) de una red multicanal configurada con instrucciones ejecutables por ordenador:

enviar, por parte del nodo (102), un mensaje de petición de envío (RTS) a un nodo vecino (102), en que el mensaje de petición de envío designa una secuencia de canales a probar;

recibir, en el nodo (102), un mensaje de estado libre para envío (CTS) desde el nodo vecino (102), que indica que el nodo vecino (102) está disponible para recibir transmisiones;

enviar, por parte del nodo (102), paquetes de datos de prueba al nodo vecino (102) de acuerdo con la secuencia de canales a probar, en que los paquetes de datos de prueba son enviados por diferentes canales;

recibir, en el nodo (102), paquetes de datos de prueba desde el nodo vecino (102) de acuerdo con la secuencia de canales a probar;

calcular una calidad de enlace de un enlace entre el nodo (102) y el nodo vecino (102) en función de los paquetes de datos de prueba recibidos desde el nodo vecino.

Encaminamiento de comunicaciones en función de la calidad de enlaces Antecedentes

Las redes de comunicación, tales como redes en malla, se usan para conectar una variedad de dispositivos diferentes. Por ejemplo, se han utilizado redes en malla en los servicios públicos para conectar contadores de servicio público, transmisores celulares, transformadores, y/u otros nodos. Los nodos en la red en malla son típicamente capaces de recibir datos de nodos vecinos y de retransmitir o propagar mensajes a otros nodos vecinos.

En redes cableadas tradicionales, puede usarse una métrica de encaminamiento que encamina mensajes en función del menor número de saltos entre una fuente y un destino. En una red en malla inalámbrica, sin embargo, una velocidad de transmisión de datos entre nodos puede variar sustancialmente de un enlace a otro. Esta variación en la velocidad de transmisión de datos puede ser debida, al menos en parte, al hecho de que las redes en malla contienen a menudo múltiples generaciones diferentes de nodos que tienen diferentes características y capacidades. Por ejemplo, generaciones diferentes de nodos pueden emplear o ser capaces de emplear técnicas de modulación diferentes y/o velocidades de transmisión de datos diferentes. Esto puede ser particularmente verdadero para redes en malla de servicio público en las cuales los nodos son puestos en servicio gradualmente con el tiempo y se espera que permanezcan en activo durante ciclos de vida relativamente largos (por ejemplo, 20 años o más). Generalmente, las generaciones más nuevas de nodos son capaces de modulaciones adicionales y velocidades de transmisión de datos más altas que las generaciones más antiguas de nodos.

Adicionalmente, en el caso de redes multlcanal en las cuales múltiples nodos diferentes pueden estar transmitiendo simultáneamente por canales diferentes, algunos nodos de destino pueden perder transmisiones destinadas a ellos debido a que están ocupados transmitiendo o recibiendo por un canal diferente. Tradicionalmente, un nodo que envía un mensaje a un dispositivo de destino que está ocupado comunicándose con otro dispositivo no recibirá ninguna respuesta del dispositivo de destino. En ese caso, el nodo que envía el mensaje no tiene ningún modo de conocer si la transmisión falló debido a una calidad pobre de enlace, debido a una colisión (es decir, múltiples transmisiones por el mismo canal al mismo tiempo), o debido a que el dispositivo de destino estaba simplemente ocupado comunicándose con otro dispositivo por otro canal.

Así, las métricas de encaminamiento existentes no proporcionan un modo efectivo de encaminar transmisiones dentro de una red en malla inalámbrica multicanal heterogénea que incluye múltiples generaciones diferentes de nodos o nodos que tienen de otro modo capacidades diferentes.

Jungmin So et al: "Multi-channel mac for ad hoc networks: handling multi-channel hidden termináis using a single transceiver", MOBIHOC 2004. PROCEEDINGS OF THE 5TH. ACM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MOBILE AD HOC NETWORKING AND COMPUTING, TOKIO, JAPÓN, 24-26 MAYO, 2004; [PROCEEDINGS OF THE ACM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MOBILE AD HOC], ACM, NUEVA YORK, NY, 24 de Mayo de 2004 (2004-05- 24), páginas 222-233, XP007905658, ISBN: 978-1-58113-849-8, proponen un protocolo de control de acceso al medio (MAC, del inglés Médium Access Control) para redes inalámbricas ad hoc que utiliza múltiples canales dinámicamente para mejorar el rendimiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La descripción detallada se expone con referencia a las figuras adjuntas. En las figuras, el (los) dígito(s) más a la izquierda de un número de referencia identifica(n) la figura en la cual aparece primero el número de referencia. El uso de los mismos números de referencia en diferentes figuras indica elementos similares o idénticos.

La figura 1 es un diagrama esquemático de una arquitectura a modo de ejemplo de una red en malla inalámbrica multicanal en la cual las transmisiones pueden ser encaminadas efectivamente entre nodos que tienen múltiples capacidades diferentes.

La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra detalles adicionales de un nodo a modo de ejemplo de la arquitectura de la figura 1.

La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método a modo de ejemplo para encaminar transmisiones en una red en malla inalámbrica multicanal de acuerdo con una calidad de enlaces entre nodos de la red.

La figura 4 es un diagrama de flujo de señales de un método a modo de ejemplo para determinar una calidad de enlaces de una red en malla inalámbrica multicanal.

La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra el método a modo de ejemplo, que emplea una lista de dispositivos ocupados para encaminar transmisiones en una red en malla inalámbrica multicanal.

La figura 6 es un diagrama esquemático de una estructura de trama a modo de ejemplo de un mensaje de petición de envío (request-to-send) que puede usarse para indicar que un nodo desea enviar datos a otro nodo.

La figura 7 es un diagrama esquemático de una estructura de trama a modo de ejemplo de un mensaje de estado libre para envío (clear-to-send) que puede usarse para indicar que un nodo está disponible para recibir datos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Resumen

Como se ha discutido anteriormente, las métricas de encaminamiento existentes no proporcionan un modo efectivo para encaminar transmisiones dentro de una red en malla inalámbrica multicanal. Por ejemplo, las métricas de encaminamiento existentes no están bien adaptadas para encaminar comunicaciones en una red en malla inalámbrica heterogénea en la cual los nodos tienen diferentes capacidades de modo que una velocidad de transmisión de datos puede variar de enlace a enlace. Tal como se usa aquí, un enlace se refiere a un camino de transmisión directo entre dos nodos de una red (es decir, sin pasar a través de otro nodo), tal como por medio de señales de radiofrecuencia (RF). La velocidad de transmisión de datos a través de un enlace entre dos nodos es al menos parcialmente dependiente de las capacidades de transmisión (por ejemplo, técnicas de modulación y velocidad de transmisión de datos compatibles) de los dos nodos. Por ello, una velocidad de transmisión de datos máxima a través de un enlace está limitada por las capacidades del nodo más lento del enlace.

Esta solicitud describe técnicas para encaminar inteligentemente comunicaciones entre nodos de una red en malla inalámbrica heterogénea. Por ejemplo, esta solicitud describe la determinación de la calidad de enlaces entre nodos de la red, y el encaminamiento de comunicaciones en función al menos en parte de la calidad determinada de los enlaces.

Las métricas de encaminamiento convencionales tampoco tienen en cuenta típicamente el denominado problema de destino ausente, en el cual los nodos pueden perder transmisiones destinadas a ellos debido a que están ocupados transmitiendo o recibiendo por un canal diferente. Cuando se emplea una métrica de encaminamiento convencional, uno nodo que no recibe una respuesta de un nodo de destino planeado puede pensar que se ha producido una colisión e Incrementar el tamaño de su ventana de contención (es decir, la cantidad media de tiempo que el nodo esperará antes de Intentar retransmitir el mensaje). Este tiempo de espera incrementado puede provocar un retardo e ineficiencia innecesarios en la propagación de la transmisión a su destino planeado.

Esta solicitud también describe el mantenimiento de una lista de dispositivos ocupados para cada nodo, la cual incluye información de disponibilidad para uno o más nodos vecinos. Las comunicaciones puede ser encaminadas en función al menos en parte de la información de disponibilidad de nodos vecinos mantenidos en la lista de dispositivos ocupados.

De este modo, en diversas realizaciones descritas en esta solicitud, las transmisiones pueden ser encaminadas en una red de comunicación, tal como una red en malla multicanal, en función de la calidad de enlaces (por ejemplo, en función de una lista de enlaces cualificados), la disponibilidad de nodos vecinos (por ejemplo, en función de una lista de dispositivos ocupados), o ambas cosas.

Las técnicas de encaminamiento son descritas en el contexto de una red en malla de un servicio público que incluye una pluralidad de nodos. Los nodos de una red en malla de un servicio público pueden incluir, por ejemplo, contadores de servicio público inteligentes (por ejemplo, contadores eléctricos, de gas, y/o agua), sensores (por ejemplo, sensores de temperatura, estaciones meteorológicas, sensores de frecuencia, etc.), dispositivos de control, transformadores, encaminadores (routers), servidores, transmisores (por ejemplo, transmisores... [Seguir leyendo]

1. Un método que comprende:

bajo el control de un nodo (102) de una red multicanal configurada con instrucciones ejecutables por ordenador:

enviar, por parte del nodo (102), un mensaje de petición de envío (RTS) a un nodo vecino (102), en que el mensaje de petición de envío designa una secuencia de canales a probar;

recibir, en el nodo (102), un mensaje de estado libre para envío (CTS) desde el nodo vecino (102), que indica que el nodo vecino (102) está disponible para recibir transmisiones;

enviar, por parte del nodo (102), paquetes de datos de prueba al nodo vecino (102) de acuerdo con la secuencia de canales a probar, en que los paquetes de datos de prueba son enviados por diferentes canales;

recibir, en el nodo (102), paquetes de datos de prueba desde el nodo vecino (102) de acuerdo con la secuencia de canales a probar;

calcular una calidad de enlace de un enlace entre el nodo (102) y el nodo vecino (102) en función de los paquetes de datos de prueba recibidos desde el nodo vecino.

2. El método según la reivindicación 1, que comprende además:

comparar la calidad de enlace calculada entre el nodo y el nodo vecino con una calidad umbral predeterminada; y

cualificar el enlace entre el nodo y el nodo vecino en respuesta a la determinación de que la calidad de enlace del enlace entre el nodo y el nodo vecino cumple con la calidad umbral predeterminada.

3. El método según la reivindicación 1, en que la secuencia de canales a probar es designada por un número de canal inicial a probar, un intervalo de paso entre canales a probar, y un número de canales a probar.

4. El método según la reivindicación 1, que comprende además enviar, por parte del nodo (102), un paquete de confirmación que incluye un número de paquetes de datos de prueba que el nodo (102) ha recibido desde el nodo vecino (102), en que el paquete de confirmación es utilizable por el nodo vecino (102) para evaluar la calidad de enlace entre el nodo (102) y el nodo vecino (102).

5. El método según la reivindicación 1, en que cada paquete de datos de prueba incluye una indicación de un coste en tiempo de transmisión a través del enlace.

6. El método según la reivindicación 1, en que calcular la calidad de enlace comprende evaluar una calidad de transmisión de múltiples canales entre el nodo (102) y el nodo vecino (102).

7. El método según la reivindicación 1, en que calcular la calidad de enlace comprende calcular un tiempo esperado de transmisión (ETT) de acuerdo con la siguiente ecuación:

ETT - - x ETX

donde

E\TX = ------

i - P

P = l-(l-P/)x(l-Fr) ?

P es una tasa de pérdidas en un enlace,

Píes una probabilidad de que un paquete de datos llegue exitosamente hasta el nodo vecino (102), Fres una probabilidad de que una confirmación desde el nodo vecino (102) sea recibida exitosamente,

S es un tamaño de paquete del paquete de datos respectivo, y B es una anchura de banda del enlace entre el nodo (102) y el nodo vecino (102).

8. El método según la reivindicación 1, que comprende además:

enviar, por parte del nodo (102), un mensaje RTS a otro nodo vecino (102), en que el mensaje de petición de envío designa una secuencia de canales a probar;

recibir, en el nodo (102), un mensaje CTS desde el otro nodo vecino (102), que indica que el otro nodo vecino (102) está disponible para recibir transmisiones;

enviar, por parte del nodo (102), paquetes de datos de prueba al otro nodo vecino (102) de acuerdo con la secuencia de canales a probar;

recibir, en el nodo (102), paquetes de datos de prueba desde el otro nodo vecino (102) de acuerdo con la secuencia de canales a probar; y

calcular una calidad de enlace entre el nodo (102) y el otro nodo vecino (102) en función de los paquetes de datos de prueba recibidos desde el otro nodo vecino (102).

9. El método según la reivindicación 8, que comprende además repetir las acciones de la reivindicación 8 hasta que el nodo (102) ha identificado un número predeterminado de enlaces que cumplen con un umbral de calidad de enlace predeterminado.

10. El método según la reivindicación 9, que comprende además clasificar nodos vecinos (102) de acuerdo con la calidad de enlace relativa de enlaces entre el nodo (102) y los nodos vecinos (102).

11. El método según la reivindicación 10, que comprende además encaminar comunicaciones desde el nodo (102) a uno o más de los nodos vecinos (102) en función de la clasificación.

12. El método según la reivindicación 1, en el que:

el mensaje RTS comprende además una indicación de que el nodo (102) desea transmitir un paquete y no estará disponible para otras transmisiones durante un periodo de tiempo, y

el mensaje CTS comprende además una indicación de que el nodo vecino (102) no estará disponible para transmisión durante un periodo de tiempo y que un canal de transmisión designado estará ocupado durante el periodo de tiempo.

13. Uno o más medios legibles por ordenador que almacenan instrucciones que, cuando son ejecutadas por uno o más procesadores (112) de un nodo (102), configuran el nodo (102) para realizar el método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

14. Un dispositivo de computación de red de una red de comunicación multicanal que comprende: uno o más procesadores (112);

una memoria (114) acoplada comunicativamente al o a los procesadores (112);

un módulo de cualificación (118) almacenado en la memoria (114) y ejecutable en el o los procesadores (112) para:

determinar una calidad de enlace de enlaces entre el dispositivo de computación de red y cada uno de entre uno o más otros dispositivos de computación de red, en que la calidad de enlace de los enlaces está determinada en función de paquetes de datos de prueba enviados por diferentes canales;

cualificar uno o más de los enlaces entre el dispositivo de computación de red y los respectivos dispositivos de computación de red en respuesta a la determinación de que la calidad de enlace del o de los enlaces cumple con la calidad umbral predeterminada; y

almacenar una lista de enlaces cualificados en la memoria (114) del dispositivo de computación de red; y

un módulo de encaminamiento (116) almacenado en la memoria (114) y ejecutable en el o los procesadores (112) para encaminar transmisiones a través de uno o más de los enlaces cualificados.

15. El dispositivo de computación de red según la reivindicación 14, que comprende además:

un dispositivo de radio multicanal (108) capaz de enviar y recibir comunicaciones por múltiples canales diferentes;

un módulo de salto de frecuencia (208) configurado para conmutar entre los múltiples canales diferentes de acuerdo con un patrón de salto de frecuencia predefinido de la red de comunicación multicanal; y

un módulo metrológico (210) almacenado en la memoria (114) y ejecutable por el o los procesadores (112) para recoger datos de consumo de recursos, en que los datos de consumo de recursos comprenden datos de consumo eléctrico, datos de consumo de agua, y/o datos de consumo de gas natural.