PERIODOS DE BALIZAMIENTO DISTRIBUIDOS PARA REDES AD HOC.
Procedimiento para un protocolo de periodo de balizamiento distribuido para un dispositivo en una red (300) ad hoc de dispositivos (301),
que comprende el dispositivo (301) que realiza las etapas de:
dividir (502) el tiempo de acceso al medio en una secuencia de al menos una supertrama (102) contigua que comienza en un tiempo (101) de inicio de periodo de baliza;
dividir la supertrama (102) en un periodo (104) de balizamiento BP ranurado, que tiene una pluralidad de ranuras (105) de baliza contiguas, seguido por un periodo de transferencia de datos; y
unirse a un BP (505) de red ad hoc existente como BP del dispositivo o iniciar un nuevo BP (503) de red ad hoc como BP del dispositivo, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de:
cuando el dispositivo detecta al menos un BP existente e inicia un nuevo BP o cuando el dispositivo detecta al menos dos BP existentes y se une a uno como BP del dispositivo, si el BP del dispositivo no está protegido en al menos un BP vecino del al menos un BP existente, excepto el BP al que se ha unido,
proteger (506) el BP no protegido en el al menos un BP vecino enviando una baliza en el BP vecino para anunciar y proteger su propio BP; y
una vez que el BP del dispositivo está protegido, funcionar normalmente (507) (600),
en el que cada dispositivo en la red envía su propia baliza en un BP ranurado, y
en el que cuando un dispositivo inicia un nuevo BP de red ad hoc y detecta otro BP, estos dos BP coexisten en la supertrama
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2005/050965.
Solicitante: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V..
Nacionalidad solicitante: Países Bajos.
Dirección: GROENEWOUDSEWEG 1,5621 BA EINDHOVEN.
Inventor/es: DEL PRADO PAVON, JAVIER, HABETHA,JOERG.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 9 de Junio de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H04L12/56B
- H04W74/00C4
Clasificación PCT:
- H04L12/28 ELECTRICIDAD. › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS. › H04L TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION TELEGRAFICA (disposiciones comunes a las comunicaciones telegráficas y telefónicas H04M). › H04L 12/00 Redes de datos de conmutación (interconexión o transferencia de información o de otras señales entre memorias, dispositivos de entrada/salida o unidades de tratamiento G06F 13/00). › caracterizados por la configuración de los enlaces, p. ej. redes locales (LAN), redes extendidas (WAN) (redes de comunicación inalámbricas H04W).
- H04L12/56
- H04W74/00 H04 […] › H04W REDES DE COMUNICACION INALAMBRICAS (difusión H04H; sistemas de comunicación que utilizan enlaces inalámbricos para comunicación no selectiva, p. ej. extensiones inalámbricas H04M 1/72). › Acceso a canal inalámbrico, p. ej. acceso planificado o aleatorio.
Clasificación antigua:
- H04L12/28 H04L 12/00 […] › caracterizados por la configuración de los enlaces, p. ej. redes locales (LAN), redes extendidas (WAN) (redes de comunicación inalámbricas H04W).
- H04L12/56
Fragmento de la descripción:
Periodos de balizamiento distribuidos para redes ad hoc.
La presente invención se refiere a un sistema y a un procedimiento para el balizamiento distribuido en una red inalámbrica de área personal (WPAN).
La Alianza Multibanda OFDM (MBOA) ha definido un protocolo MAC para banda ultraancha (UWB), véase MBOA Wireless Medium Access Control (MAC) Specification for High Rate Personal Area Networks (WPANs), Technical Specification, versión 0.5, abril de 2004. El protocolo MAC MBOA elimina cualquier necesidad de una infraestructura de red distribuyendo funciones por todos los nodos (dispositivos) de una red inalámbrica de área personal (WPAN). Todos los dispositivos envían una baliza en una ranura específica en un periodo 104 de baliza (BP) ranurado.
En el protocolo MAC UWB MBOA, el tiempo se divide en supertramas 100, tal como se ilustra en la figura 1. Al comienzo de cada supertrama hay un periodo 104 de baliza (BP) seguido por un periodo 103 de transferencia de datos. El BP comprende una pluralidad de ranuras 107 de acceso al medio teniendo cada una tres ranuras 105 de baliza. El BP puede tener una longitud 106 o bien fija o bien variable. En el periodo de transferencia de datos, se definen dos mecanismos de acceso.
El primer mecanismo de acceso se denomina "Protocolo de reserva distribuido" (Distributed Reservation Protocol, DRP). Usando DRP, los dispositivos pueden realizar una reserva para un cierto subperiodo del periodo 103 de transferencia de datos. La reserva se negocia entre un emisor y (un) receptor(es) de la transmisión planificada. Esta negociación se lleva a cabo o bien mediante una toma de contacto de señalización dedicada o bien de manera implícita incluyendo la información de reserva en las balizas del (de los) receptor(es) y el emisor. Una vez establecida la reserva, la información de reserva debe incluirse en la baliza del emisor así como el (los) receptor(es) en cada supertrama, en la que la reserva aún está activa. Esto es necesario con el fin de informar a los dispositivos vecinos del emisor y el (los) receptor(es) acerca de la reserva existente. Ningún otro dispositivo además del (de los) emisor(es) tiene permiso para acceder al medio al comienzo de un periodo reservado. Con el fin de que el uso de periodos de reserva no usados sea eficaz, se definen dos tipos de reservas: reservas flexibles (soft) y rígidas (hard). En un periodo de reserva flexible otros dispositivos pueden acceder al medio tras un cierto tiempo de inactividad en el medio. En una reserva rígida sólo se permite acceder al medio a otros dispositivos después de que el emisor y el (los) receptor(es) hayan señalizado el final de su(s) transmisión (transmisiones) mediante una toma de contacto de señalización NAK-RTS/NAK-CTS.
El segundo procedimiento de acceso es la función de coordinación distribuida mejorada (EDCA) de IEEE 802.11e, que se basa en acceso múltiple con detección de portadora (CSMA) con protocolo de retroceso (back-off). Este procedimiento de acceso aleatorio sólo se permite en partes no reservadas del periodo de transferencia de datos o en periodos de reserva no usados. Las reservas deben respetarlas todos los dispositivos.
En el protocolo MAC distribuido de MBOA las balizas se transmiten en una de las ranuras del periodo de balizamiento tal como se da a conocer en la solicitud provisional titulada "Beaconing Protocol for Ad-Hoc Networks" como si se explicara completamente en el presente documento. El tamaño del periodo de balizamiento determina el número de dispositivos que pueden unirse a la red. Si sólo se permite un periodo de balizamiento habrá algunas limitaciones de ajuste a escala. Además, si sólo se permite un periodo de baliza, cuando dispositivos nuevos, que usen un BP diferente, entren en el alcance de los dispositivos existentes, los BP deberán volver a alinearse y sincronizarse en un único BP, creando un estado de transición que puede provocar cierto trastorno de la comunicación.
Una solución potencial a este problema es enviar las balizas usando EDCA, un acceso basado en contienda, sin la necesidad de fusionar todas las balizas en un periodo de balizamiento ranurado único. Sin embargo, EDCA introduce retardos aleatorios en la transmisión de balizas. Estos retardos limitan los beneficios de dispositivos que usan esquemas de gestión de potencia. Es decir, los dispositivos que se activan para recibir las balizas desde vecinos, no saben exactamente cuándo van a enviarse las balizas, y por tanto es necesario que permanezcan activos durante un periodo de tiempo no determinado. Además, si se usa EDCA, hay una cierta probabilidad de que las balizas colisionen (con otras balizas, o cualquier otra transmisión), y por tanto, no se garantiza la recepción de balizas. Además, el (los) emisor(s) de balizas(s) no obtienen ninguna retroalimentación del (de los) receptor(es), y por tanto no hay posibilidad de que el (los) los emisor(s) de la(s) baliza(s) detecten que sus balizas han colisionado. Adicionalmente, las balizas se usan para anunciar reservas del medio. Si las balizas colisionan, los dispositivos no conocen las reservas de vecinos, y por tanto existe el riesgo de colisiones también durante el periodo de datos.
La especificación Bluetooth v1.1 describe cómo se establece el canal de una piconet y cómo pueden añadirse unidades a y liberarse de la piconet.
En las especificaciones IEEE 802.15.3 se da a conocer cómo crear una piconet en una red inalámbrica.
Con el fin de salvar estas desventajas, la presente invención proporciona un protocolo MAC que tiene múltiples periodos de balizamiento distribuido a los que se accede usando el procedimiento de acceso dado a conocer en la solicitud provisional titulada "Beaconing Protocol for Ad-Hoc Networks".
La presente invención emplea una estructura de supertrama que tiene un periodo de balizamiento ranurado, véase la figura 1. Según la presente invención, se proporciona una estructura de supertrama MAC que incluye periodos 101 de balizamiento (BP) ranurados que comprenden una pluralidad de ranuras 107 MAS y un periodo 103 de transferencia de datos. Todos los dispositivos de red ad hoc participan en el envío de balizas. El acceso al medio en un periodo de contienda del periodo 103 de transferencia de datos se basa en un acceso de canal distribuido mejorado o mecanismo similar a EDCA.
Una transmisión periódica de una baliza es la técnica empleada para mantener la coordinación entre dispositivos en comunicación en una red ad hoc, según "Multiband OFDM Alliance Wireless Medium Access Control (MAC) Specification for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)", MBOA MAC Specification versión 0.5, 5 de abril de 2004. Las balizas proporcionan el sincronismo básico para la red incluyendo información relativa a reservas isócronas. Los dispositivos que desean comunicarse deben pertenecer al mismo grupo de balizas o conjunto de dispositivos que están dentro del alcance de radio de un dispositivo dado y esa baliza durante el mismo periodo de baliza (BP).
Con el fin de reducir el número de colisiones de baliza (y de este modo de reserva) cada dispositivo sigue enviando su baliza en la misma ranura de baliza en supertramas subsiguientes. Los dispositivos de alrededor, que pueden recibir la baliza, marcan esta ranura de baliza como ocupada. Cada dispositivo selecciona su ranura de baliza entre las ranuras de baliza no ocupadas de un periodo de baliza. Cada dispositivo tiene que mantener un mapa de bits adicional para almacenar la ocupación de ranuras de baliza así como el número de su propia ranura de baliza. El estatus de una ranura de baliza se cambia de ocupado a no ocupado siempre que no se haya recibido ninguna baliza en la ranura respectiva para n supertramas subsiguientes, siendo n un número entero predeterminado.
En una primera realización, no se notifica en una baliza ninguna información relativa a las balizas de otros dispositivos.
En una segunda realización se reduce la probabilidad de una colisión.
Con referencia ahora a la figura 1, con el fin de transmitir/recibir balizas, los dispositivos designan un periodo de tiempo de una supertrama como periodo 104 de baliza que está estrictamente reservado para la transmisión y recepción de balizas. Además, cada periodo de baliza puede ser fijo o variable. El grupo de dispositivos que comparten este tiempo de comunicación de baliza se denomina grupo de balizas. Es decir, un grupo de balizas se define localmente con respecto a un dispositivo dado como un conjunto de dispositivos que sincronizan sus transmisiones de baliza dentro...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para un protocolo de periodo de balizamiento distribuido para un dispositivo en una red (300) ad hoc de dispositivos (301), que comprende el dispositivo (301) que realiza las etapas de:
dividir (502) el tiempo de acceso al medio en una secuencia de al menos una supertrama (102) contigua que comienza en un tiempo (101) de inicio de periodo de baliza;
dividir la supertrama (102) en un periodo (104) de balizamiento BP ranurado, que tiene una pluralidad de ranuras (105) de baliza contiguas, seguido por un periodo de transferencia de datos; y
unirse a un BP (505) de red ad hoc existente como BP del dispositivo o iniciar un nuevo BP (503) de red ad hoc como BP del dispositivo, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de:
en el que cada dispositivo en la red envía su propia baliza en un BP ranurado, y
en el que cuando un dispositivo inicia un nuevo BP de red ad hoc y detecta otro BP, estos dos BP coexisten en la supertrama.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de protección comprende además la etapa de incluir una primera reserva para el BP propio en la baliza propia del dispositivo en el al menos un BP vecino.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la reserva es una reserva de DRP de tipo BP y prioridad = BP.
4. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la primera etapa de asociación comprende además las etapas de:
elegir una ranura (505) vacía del BP del dispositivo; y
balizar (505) una baliza propia del dispositivo en la ranura vacía elegida.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende además la etapa de incluir información relativa a las balizas de otros dispositivos en la baliza propia del dispositivo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la etapa de protección comprende además la etapa de incluir una segunda reserva en la baliza propia del dispositivo para anunciar el BP de dichos otros dispositivos.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la segunda reserva es una reserva de DRP de tipo BP y prioridad = BP.
8. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la etapa de asociación comprende las etapas de:
explorar el medio para detectar al menos un BP durante la al menos una supertrama (502);
si no se detecta al menos un BP, iniciar un nuevo BP como BP del dispositivo en un tiempo de inicio de periodo de baliza calculado de una manera predeterminada; y
si se detecta al menos un BP, decidir realizar una de las etapas de:
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la etapa de asociación comprende además las etapas de:
elegir una ranura vacía del BP del dispositivo (505); y
balizar una baliza propia del dispositivo en la ranura (505) vacía elegida.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende además la etapa de incluir información relativa a las balizas de otros dispositivos en la baliza propia del dispositivo.
11. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la etapa de protección comprende además la etapa de incluir una tercera reserva en la baliza propia del dispositivo en los BP vecinos para anunciar el BP.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la tercera reserva es una reserva de DRP de tipo BP y prioridad = BP.
13. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la etapa de funcionar normalmente C comprende las etapas de:
recibir balizas a través del medio (601); y
cuando se recibe una baliza que comprende una reserva de DRP de tipo BP, realizar las etapas de
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que las etapas de protección comprenden además la etapa de incluir una cuarta reserva en la baliza propia del dispositivo para proteger el BP.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que la cuarta reserva es una reserva de DRP de tipo BP y prioridad = BP (602).
16. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además la etapa de que un dispositivo cambie opcionalmente de BP si coexisten dos o más BP (605) (606).
17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que la etapa de cambiar de BP por el dispositivo comprende además las etapas de:
incluir un campo de anuncio de cambio especial en una baliza para anunciar un nuevo BP (606); y
balizar para al menos un número de anuncios predeterminado de supertramas consecutivas incluyendo la baliza el campo (605) de anuncio de cambio especial.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que la etapa de balizamiento comprende además una de las etapas seleccionadas del grupo que consiste en:
19. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además las etapas de:
cuando se recibe una baliza que comprende un anuncio de cambio de BP de otro dispositivo, realizar las etapas de
20. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además la etapa de terminar el BP.
21. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además la etapa de eliminar una reserva de BP de DRP del dispositivo cuando no se reciben balizas durante el BP para un número de eliminación predeterminado de supertramas consecutivas.
22. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además la etapa de que cuando colisionan al menos dos BP, hasta que ya no haya ningún BP de colisión, realizar repetidamente al menos una de las etapas seleccionadas del grupo que consiste en:
23. Procedimiento según la reivindicación 22, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además la etapa de que cuando una reserva de DRP existente colisiona con un BP, mover la reserva de DRP de colisión a un tiempo (608) de no colisión.
24. Procedimiento según la reivindicación 22, en el que la etapa de funcionar normalmente (507) (600) comprende además la etapa de que cuando una reserva de DRP existente colisiona con un BP, mover el BP a un tiempo (604) de no colisión.
25. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de que cada dispositivo (301) de la red ad hoc de dispositivos (300) balice en el mismo BP, realizando una de las subetapas seleccionadas del grupo que consiste en:
balizar en paralelo en cada BP de cada dispositivo (301) de dicha red (300) de dispositivos; y
cambiar de un BP propio a balizar en otro BP usado por otros dispositivos (301) de dicha red (300) de dispositivos.
26. Procedimiento según la reivindicación 25, en el que un dispositivo (301) que no tiene que cambiar su BP se elige de una manera distribuida basándose en un identificador de cada dispositivo (301) de dicha red (300) de dispositivos.
27. Procedimiento según la reivindicación 25, en el que un dispositivo (301) que no tiene que cambiar su BP se elige de una manera distribuida basándose en el número de ranuras de baliza ocupadas en el BP de cada dispositivo (301) de dicha red (300) de dispositivos.
28. Procedimiento según la reivindicación 25, en el que un dispositivo (301) que no tiene que cambiar su BP se elige de una manera distribuida basándose en el tamaño de la parte de la supertrama (102) reservada por las balizas en un BP de un dispositivo (301) de dicha red (300) de dispositivos.
29. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que cada dispositivo (301) de dicha red (300) de dispositivos puede balizar en un BP diferente.
30. Aparato de balizamiento distribuido para un dispositivo de red ad hoc, que comprende:
un receptor (404) para recibir balizas (105) y transferencias de datos desde otros dispositivos (301) de red ad hoc;
un transmisor (401) para transmitir balizas propias del dispositivo y datos;
un componente (403) de procesamiento de periodo de baliza distribuido que procesa las balizas recibidas y balizas propias del dispositivo (301) para su transmisión;
un controlador (402) acoplado operativamente a dicho componente (403) de procesamiento de baliza distribuido y configurado para dirigir dicho componente de procesamiento para
estando diseñado el aparato para una red en la que cada dispositivo en la red envía su propia baliza en un BP ranurado.
31. Aparato según la reivindicación 30, en el que el controlador está configurado además para:
elegir una ranura vacía del BP del dispositivo; y
balizar una baliza propia del dispositivo en la ranura vacía elegida.
32. Aparato según la reivindicación 30, en el que el componente de procesamiento de BP distribuido protege el BP del dispositivo incluyendo una reserva de DRP de tipo BP y prioridad = BP en la baliza propia del dispositivo para anunciar el BP a dispositivos vecinos.
33. Aparato según la reivindicación 31, en el que el componente de procesamiento de BP distribuido está configurado además para incluir información relativa a las balizas de otros dispositivos en la baliza propia del dispositivo.
34. Aparato según la reivindicación 33, en el que el controlador (402) está configurado además para controlar el BP distribuido para:
explorar el medio para detectar al menos un BP durante la al menos una supertrama (502);
si no se detecta al menos un BP (503), iniciar un nuevo BP como BP del dispositivo en un tiempo de inicio de periodo de baliza calculado de una manera predeterminada; y
si se detecta al menos un BP, decidir realizar uno de (504):
35. Aparato según la reivindicación 34, en el que para una operación normal (507) (600) el controlador (402) está configurado además para:
cuando una baliza recibida incluye al menos uno de una reserva de DRP de tipo BP y un anuncio de cambio de BP para otro dispositivo explorar para detectar un nuevo BP (603), y
cuando se detecta un nuevo BP, proteger el nuevo BP (602);
cuando se recibe una baliza de un vecino, proteger el BP (602) vecino;
cuando el dispositivo cambia BP anunciar en la baliza propia del dispositivo, para un número de anuncios predeterminado de supertramas consecutivas, que el dispositivo está cambiando de BP (606);
opcionalmente cambiar BP si coexisten dos o más BP (608);
terminar el BP;
eliminar una reserva de BP de DRP del dispositivo cuando no se reciben balizas durante el BP para un número de eliminación predeterminado de supertramas consecutivas,
cuando colisionan al menos dos BP, hasta que ya no haya ningún BP de colisión realizar de manera repetida al menos una función seleccionada del grupo que consiste en buscar en cada BP de colisión suficientes ranuras de baliza vacías para los dispositivos de otro BP de colisión;
y mover al menos un BP de colisión a un tiempo (608) de inicio de periodo de baliza de no colisión; y
cuando una reserva de DRP existente colisiona con un BP, mover la reserva de DRP de colisión a un tiempo de no colisión del periodo (604) de transferencia de datos.
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