Procedimiento y dispositivo de transmisión de informaciones en contención en intervalos de tiempo entre nodos emisores-receptores de una red ad hoc.

Procedimiento de transmisión de informaciones en una red ad hoc que comprende al menos dos nodos emisores/receptores adecuados para recibir y emitir informaciones y que se comunican entre sí mediante el envío de informaciones en intervalos de tiempo en acceso aleatorio organizados en tramas,

en el que los nodos de la red están distribuidos en grupos según una regla de distribución, de manera que los nodos de cada grupo tienen el derecho de emitir informaciones solamente en un subconjunto de tramas predefinido específico del grupo,

caracterizado porque la regla de distribución de un nodo en un grupo tiene en cuenta el número de nodos emisores vecinos o interferentes que tienen los nodos vecinos del nodo considerado, y porque:

- cada nodo define

(fase 24) una restricción neighborConstraint para los nodos vecinos,

- cada nodo transmite (fase 24) la restricción definida neighborConstraint a los nodos vecinos, y

- cada nodo (fase 26) define el grupo al que pertenece según la regla de distribución en función de las restricciones neighborConstraint recibidas de los nodos vecinos,

la etapa de definición de una restricción neighborConstraint por un nodo para los nodos vecinos que comprende una etapa (56) de estimación del número total de nodos emisores vecinos o interferentes y una etapa (58) de establecimiento de la restricción neighborConstraint en función del número total de nodos vecinos o interferentes estimado y de una probabilidad pUmbral mínima objeto de que los vecinos del nodo puedan emitir informaciones sin colisión.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11306305.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45, RUE DE VILLIERS 92200 NEUILLY SUR SEINE FRANCIA.

Inventor/es: FOUILLOT,PASCALE MARIE ADELINE, MASSIN,RAPHAËL ANDRÉ MICHEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > REDES DE COMUNICACION INALAMBRICAS > Gestión de recursos locales, p. ej. selección o... > H04W72/12 (Planificación de tráfico inalámbrico)

PDF original: ES-2545601_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo de transmisión de informaciones en contención en intervalos de tiempo entre nodos emisores-receptores de una red ad hoc

La presente invención se refiere a un procedimiento de transmisión de informaciones en una red ad hoc que comprende al menos dos nodos emisores-receptores adecuados para recibir y emitir informaciones y que se comunican entre sí mediante el envío de informaciones en intervalos de tiempo en acceso aleatorio organizados en tramas.

Una red ad hoc es una red inalámbrica capaz de organizarse sin infraestructura definida previamente. No existe ningún elemento central o punto de acceso que permita gestionar las comunicaciones entre las diferentes entidades de la red. Cualquier nodo de dicha red es a la vez nodo terminal y nodo de retransmisión. En dicha red un nodo se considera vecino de otro cuando están suficientemente cerca para que sea posible una comunicación. Dos nodos demasiado alejados para que sea posible una comunicación entre los dos pero suficientemente cerca para que cada uno genere interferencias destructivas en el otro, son nodos interferentes.

Una red ad hoc puede estar constituida usando la tecnología WiFi descrita en el documento IEEE Std 802.11-2007, IEEE Standard for Information technology Telecommunications and information exchange between 20 systems Local and metropolitan area networks -Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 2007. Un nodo de esta red que desee transmitir informaciones a un nodo destinatario de esta misma red difunde primero a todos los nodos vecinos un mensaje que comprende datos de señalización que indican el identificador del nodo destinatario. Existe una colisión en un nodo cuando se reciben simultáneamente al menos dos mensajes en un mismo intervalo de tiempo. Si no hay colisión con otro mensaje, el nodo recibe un 25 mensaje de confirmación del nodo destinatario y le envía entonces los datos útiles. En caso contrario debe efectuar una retransmisión de datos de señalización. La retransmisión sólo se realiza transcurrido un tiempo de espera cuya duración se calcula mediante un algoritmo, por ejemplo un algoritmo de retroceso exponencial. Esta duración se expresa a menudo en un múltiplo de una cierta cantidad de tiempo, que puede variar de una unidad a varias decenas, o bien centenas. Este mecanismo permite limitar las colisiones pero conduce a tiempos de espera largos entre dos intentos de transmisión de datos de señalización si las cantidades de tiempo tienen una duración por ejemplo del orden de 5 ms.

El documento "Improving Quality-of-Service in Wireless Sensor Networks by Mitigating Hidden-Node Colisión" Koubâa, IEEE 2009 desvela un procedimiento de distribución de nodos en red ad hoc en grupos, de 35 manera que cada grupo emite en una ventana de tiempo.

El objeto de la invención es proponer un mecanismo de reducción de colisiones que no imponga un retardo importante.

Para este efecto, la invención tiene por objeto un procedimiento según la reivindicación 1.

La invención tiene asimismo por objeto un procedimiento según las reivindicaciones dependientes 2 a 11.

La invención tiene asimismo por objeto una red ad hoc según la reivindicación 12.

Estas características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la lectura de la descripción que se ofrece a continuación, proporcionada únicamente a modo de ejemplo, y hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

-la figura 1 es una vista esquemática de una red ad hoc en un instante temporal dado;

- la figura 2 es un organigrama del algoritmo de reducción de colisiones del procedimiento según la invención;

-la figura 3 es una tabla que muestra diferentes situaciones durante el envío de mensajes en una misma trama;

- las figuras 4, 5 y 6 son tablas que representan ejemplos de transmisión de mensajes en una trama;

- las figuras 7, 8, 9 y 10 son vistas esquemáticas de un ejemplo de aplicación del algoritmo de reducción de

colisiones del procedimiento según la invención;

- las figuras 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, y 19 son esquemas que representan ejemplos de implementación del algoritmo del procedimiento según la invención.

La red ilustrada en la figura 1 es por ejemplo una red ad hoc de comunicación entre individuos en un terreno de operaciones. En esta figura los alcances útiles de los nodos de la red se representan mediante trazo continuo. Esta red ad hoc usa intervalos de tiempo de acceso aleatorios para transmitir mensajes. Estos intervalos de tiempo designados en inglés habitualmente por slot están distribuidos en tramas con un número de intervalos de tiempo en cada trama constante de una trama a otra [0011] Esta red responde por ejemplo a la norma WiMax móvil 802.16m.

Cada individuo está equipado con un emisor-receptor que constituye un nodo de la red. Cada nodo incluye medios de comunicación para recibir mensajes y emitirlos en tramas divididas en intervalos de tiempo. Un intervalo de tiempo permite la transmisión de un mensaje cuya dimensión es compatible con la duración de los intervalos de tiempo. Después, en cada trama, se transmite un mensaje durante un intervalo de tiempo. La elección de este intervalo de tiempo se realiza de manera aleatoria. Este intervalo de tiempo se usa para una transmisión en difusión.

La red representada en la figura 1 incluye once nodos, numerados de 1 a 11, y muestra cuatro situaciones de colisiones en los nodos 1, 3, 8 y 10. En el nodo 1, existe una colisión entre los mensajes emitidos por los nodos 2 y 4, en el nodo 3, existe una colisión entre los mensajes emitidos por los nodos 2 y 5, en el nodo 8, existe una colisión entre los mensajes emitidos por los nodos 4 y 5, y en el nodo 10, existe una colisión entre los mensajes emitidos por los nodos 4 y 5.

Cada nodo es adecuado para implementar de forma continua el algoritmo de la figura 2. Este algoritmo se implementa para cada nueva trama recibida por el nodo considerado.

Con el fin de permitir la implementación del algoritmo, con vistas a reducir el número de colisiones, las variables contenidas en dos campos siguientes se añaden a cada mensaje dirigido en un intervalo de tiempo del mensaje transmitido por el nodo:

- msgConstraint que representa una restricción impuesta por el nodo emisor a cada uno de sus nodos vecinos; y -ownConstraint que representa la restricción que el nodo emisor se impone en función de las restricciones que le han sido impuestas por los nodos vecinos.

Un nodo sometido a una restricción ownConstraint tiene el derecho de emitir todas las ownConstraint

tramas, y debe renunciar a emitir en las otras tramas. El algoritmo asegura así la definición de la restricción adecuada para cada nodo, lo que llega a distribuir los nodos en grupos, cada uno asociado a tramas, teniendo sólo los nodos del grupo asociado a una trama dada el derecho de emitir en esta trama. El algoritmo reduce así los riesgos de colisión.

Esta restricción ownConstraint es determinada por cada nodo para sí mismo en función de las restricciones msgConstraint impuestas por los nodos vecinos.

Así, cada nodo:

-Estima el número de vecinos o interferentes que emiten en su vecindad en función del número de slots recibidos correctamente, en colisión y libres;

- Calcula la probabilidad de colisión en su vecindad;

-Calcula una restricción que se impondrá a sus vecinos para alcanzar una probabilidad de colisión umbral;

- Se somete él mismo a las restricciones impuestas por sus vecinos;

Una fase de inicialización 10 antecede a la ejecución del algoritmo. Durante esta fase se inicializan... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de transmisión de informaciones en una red ad hoc que comprende al menos dos nodos emisores/receptores adecuados para recibir y emitir informaciones y que se comunican entre sí mediante el 5 envío de informaciones en intervalos de tiempo en acceso aleatorio organizados en tramas, en el que los nodos de la red están distribuidos en grupos según una regla de distribución, de manera que los nodos de cada grupo tienen el derecho de emitir informaciones solamente en un subconjunto de tramas predefinido específico del grupo, caracterizado porque la regla de distribución de un nodo en un grupo tiene en cuenta el número de nodos emisores vecinos o interferentes que tienen los nodos vecinos del nodo considerado, y porque:

- cada nodo define (fase 24) una restricción neighborConstraint para los nodos vecinos.

15. cada nodo transmite (fase 24) la restricción definida neighborConstraint a los nodos vecinos, y -cada nodo (fase 26) define el grupo al que pertenece según la regla de distribución en función de las restricciones neighborConstraint recibidas de los nodos vecinos, la etapa de definición de una restricción neighborConstraint por un nodo para los nodos vecinos que comprende una etapa (56) de estimación del número total de nodos emisores vecinos o interferentes y una etapa (58) de establecimiento de la restricción neighborConstraint en función del número total de nodos vecinos o interferentes estimado y de una probabilidad pUmbral mínima objeto de que los vecinos del nodo puedan emitir informaciones sin colisión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el nodo define (fase 26) el grupo al que pertenece según la regla de distribución en función de la restricción neighborConstraint recibida de los nodos vecinos que conduce a la frecuencia de emisión más baja.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la etapa de definición de una restricción neighborConstraint por un nodo para los nodos vecinos incluye además una etapa (50) de estimación del número de nodos vecinos e interferentes que emiten para una trama dada, y una etapa (58) de alisado del número total de nodos emisores vecinos o interferentes, siendo la restricción neighborConstraint función del número total de nodos vecinos o interferentes alisado y de la probabilidad pUmbral mínima objeto de que los vecinos del nodo puedan emitir informaciones sin colisión.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la etapa (50) de estimación del número de nodos vecinos o interferentes que emiten para una trama dada se basa en una medida del número de intervalos de tiempo en los que: no se ha detectado ninguna transmisión, se ha recibido una transmisión única y se han detectado más de dos transmisiones que generan una colisión.

5. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, en el que la etapa (56) de estimación del número total de nodos emisores vecinos o interferentes incluye una suma (56) del número de nodos vecinos o interferentes que han 45 emitido mensajes en cada una de las tramas que corresponden al conjunto de grupos de distribución de nodos según la restricción neighborConstraint definida por el nodo y transmitida a sus nodos vecinos.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la etapa de cálculo del número total de nodos emisores vecinos o interferentes por un nodo incluye una ponderación (58) del número de nodos total de nodos 50 emisores o interferentes actual calculado, por el número total de nodos emisores vecinos o interferentes calculado anteriormente para ese nodo.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada nodo define el grupo al que pertenece según la regla de distribución sometiéndose a una restricción ownConstraint entre las 55 restricciones de los nodos vecinos neighborConstraint y en el que el cálculo de una restricción ownConstraint específico de un nodo sólo se realiza si se aplica al menos una de las condiciones siguientes:

- no hay restricciones neighborConstraint más elevadas recibidas de un nodo vecino (69) , 12

- el nodo vecino que ha definido la restricción ownConstraint a la que se somete el nodo considerado, ha transmitido una restricción menos elevada (72) , -la expiración de un periodo de tiempo predeterminado (TimeToLive, 74) . 5

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada nodo define el grupo al que pertenece según la regla de distribución sometiéndose a una restricción ownConstraint entre las restricciones de los nodos vecinos neighborConstraint y en el que cada nodo transmite (fase 24) la restricción ownConstraint a la que se somete msgConstraint.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque un nodo que ha emitido una restricción neighborConstraint a una trama precedente determina si la restricción a la que se somete un nodo vecino ownConstraint y que ha recibido de este nodo vecino, es inferior o no a la restricción neighborConstraint que ha emitido y si la restricción own-Constraint a la que se somete el nodo vecino es inferior a la restricción neighborConstraint que ha emitido, mientras que el nodo no tiene en cuenta los elementos de estimación de su vecindad calculados durante la trama actual.

10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque un nodo que impone a sus vecinos una restricción neighborConstraint determina si un mismo nodo vecino emite al menos dos veces durante n tramas sucesivas, siendo n la restricción neighborConstraint impuesta al nodo, y si el nodo vecino emite al menos dos veces durante n tramas sucesivas, el nodo sólo tiene en cuenta una única vez el nodo vecino para la definición de su número de nodos emisores vecinos o interferentes.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las transmisiones entre los nodos carecen de mensajes dedicados a la señalización para reducir el número de colisión en la red.

12. Red ad hoc que incluye un conjunto de nodos emisores-receptores adecuados para recibir y emitir informaciones y que se comunican entre sí mediante el envío de informaciones en intervalos de tiempo en acceso aleatorio organizados en tramas, caracterizado porque cada nodo incluye medios para la implementación del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.