Procedimiento de gestión de congestión en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico,

comprendiendo dicha red una primera estación y al menos una estación cercana que puede comunicarse directamente con la primera estación, estando caracterizado el procedimiento porque comprende: - difundir (22) un mensaje de anuncio por la primera estación a la al menos una estación cercana cuando la primera estación experimenta una congestión en su entorno, comprendiendo dicho mensaje de anuncio un parámetro de nivel de congestión, - activar (26) por la estación cercana, al recibir el mensaje de anuncio, un estado de congestión en el que el tamaño mínimo de la ventana de tiempo, denominada ventana de contención, para acceder al medio antes de la transmisión de un mensaje es estrictamente mayor que el tamaño mínimo (CWmin) definido en ausencia de congestión, definiéndose dicho tamaño mínimo en estado de congestión como una función del parámetro de nivel de congestión

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere al campo de las redes en malla inalámbricas, y más específicamente a un procedimiento de gestión de congestión en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder al medio inalámbrico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En las redes inalámbricas, las estaciones comparten el medio inalámbrico. Esto lleva a una competición por el medio inalámbrico, puesto que los mensajes simultáneos pueden colisionar. El documento US 2002/ 16 39 33 A1 da a conocer un procedimiento de gestión de congestión en una red en malla inalámbrica, en la que se usa el algoritmo CSMA/Ca para acceder al medio inalámbrico. Sin embargo, en tal procedimiento, el acceso a los recursos no es lo suficientemente justo.

Para permitir una compartición justa, la norma IEEE802.11 ha introducido los mecanismos DCF y EDCA en los que las estaciones ejecutan los algoritmos ampliamente conocidos CSMA o CSMA/CA para acceder al medio. Estos mecanismos evitan colisiones, hasta cierto punto, y permiten un uso relativamente eficaz del medio. Sin embargo, en V. Vishnevsky y A.I. Lyakhov, Cluster computing 5, 133-144, 2002, se muestra que estos mecanismos conducen a desigualdad debido a un efecto de bloqueo. Con CSMA o CSMA/CA, antes de enviar un mensaje, una estación somete el medio a prueba para saber si está disponible y reservarlo para después enviar el mensaje. Esta operación la realiza una estación dentro de una ventana de tiempo denominada la ventana de contención. Una estación que acaba de finalizar su transmisión tiene ventaja para ganar la competición por la siguiente transmisión. En efecto, después de una transmisión exitosa, el algoritmo CSMA o CSMA/CA recomienda reestablecer el tamaño de la ventana de contención al tamaño de ventana mínimo. Por tanto, una estación que acaba de tener éxito accede al medio con un tamaño de ventana pequeño y tiene ventaja sobre otras estaciones que no han tenido éxito recientemente a la hora de ganar la disputa. Esto puede conducir a su vez a la situación no deseada de que una estación pendiente pueda monopolizar el canal puesto que puede obtener acceso exclusivo al canal por un periodo prolongado de tiempo. Esta situación que ocurre en las WLAN convencionales, se experimenta en redes en malla en un grado incluso más alto. Esto es debido al aumento de la densidad de las estaciones inalámbricas involucradas en una malla de este tipo. Además, las consecuencias de este efecto son incluso más graves en redes en malla que en las WLAN convencionales y pueden llevar a una degradación importante del rendimiento tal como se muestra en S. Xu y T. Sadaawi, “Does the IEEE 802.11 MAC protocol work well in multihop wireless ad hoc networks?”, IEEE Communications Magazine junio de 2001, páginas 130-137.

Por ejemplo, supóngase que una estación pendiente bloquea el canal, a causa del efecto de bloqueo. Entonces puede enviar una gran cantidad de mensajes a su estación cercana aguas abajo. Sin embargo, la estación cercana no puede acceder al medio en una medida suficiente, porque su vecino aguas arriba, la estación pendiente, tiene bloqueado el canal. En última instancia, la estación cercana no tiene otra opción que perder los paquetes entrantes puesto que sus colas comienzan a desbordarse. Esta situación lleva a una degradación del rendimiento.

En la norma en borrador IEEE P802.11s/D1.00, noviembre de 2006 “Draft Amendment to Standard for Information Technology - Telecommunications and Information Exchange Between Systems - LAN/MAN Specific Requirements - Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: Amendment: ESS Mesh Networking.”, el problema de la gestión de congestión se anticipa mediante la creación, a nivel MAC, de una difusión “Neighbourhood Congestion Announcement” y/o una unidifusión “Congestion Control Request”. Estos mensajes usan el formato de trama de gestión de malla definido en el párrafo 7.2.4.3 del borrador y se definen en el campo Mesh Management Action (acción de gestión de malla) (párrafos 7.4 y 7.3 del borrador).

Sin embargo el borrador no especifica el campo de “nivel de congestión” ni la manera en que debe usarse este mensaje para gestionar la congestión en la red en malla. En el párrafo 11A.7 el borrador describe algunas posibles reglas que puede usar una estación para detectar una congestión: monitorizar la tasa de transmisión y recepción y la diferencia entre estas dos tasas agregadas, o monitorizar el tamaño de cola, o una mezcla de ambos.

Tras recibir o bien un “anuncio de congestión cercana” o bien un mensaje de “petición de control de congestión”, el nodo de recepción necesita reducir su tasa de transmisión MAC eficaz de manera correspondiente limitando localmente su tráfico. El mecanismo de control de tasa local puede basarse en ajustar dinámicamente parámetros EDCA tales como AIFSN, CWmin, o ambos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Sería ventajoso, en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico, conseguir un procedimiento de gestión de congestión, que limitara o evitara el efecto de desigualdad en su impacto sobre el rendimiento de la red.

Para tratar mejor uno o más asuntos, en un primer aspecto de la invención, un procedimiento de gestión de congestión en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico, comprendiendo dicha red una primera estación y al menos una estación cercana que puede comunicarse directamente con la primera estación, comprende:

- difundir un mensaje de anuncio por la primera estación a la al menos una estación cercana cuando la primera estación experimenta una congestión en su entorno, comprendiendo dicho mensaje de anuncio un parámetro de nivel de congestión,

- activar por la estación cercana, al recibir el mensaje de anuncio, un estado de congestión en el que el tamaño mínimo de la ventana de tiempo, denominada ventana de contención, para acceder al medio antes de la transmisión de un mensaje es estrictamente mayor que el tamaño mínimo definido en ausencia de congestión, definiéndose dicho tamaño mínimo en estado de congestión como una función del parámetro de nivel de congestión.

El procedimiento se aplica ventajosamente para gestionar el tamaño de la ventana de contención y, por tanto, evitar el efecto de bloqueo. Recibiendo un mensaje de anuncio de congestión, una estación que está monopolizando el medio inalámbrico, tiene que aumentar el tamaño de su ventana de contención. Por tanto, otras estaciones en su cercanía tienen una mayor oportunidad para acceder al medio inalámbrico y poder transferir sus mensajes.

En una realización particular, después de haber activado el estado de congestión, si la estación cercana falla a la hora de transmitir un paquete, la estación cercana duplica el tamaño de la ventana de contención antes de retransmitir el paquete.

En otra realización, el parámetro de nivel de congestión es un indicador de congestión fijado en caso de congestión, y el tamaño de la ventana de contención se duplica en estado de congestión comparado con el tamaño mínimo definido en ausencia de congestión. Y el indicador de congestión no se fija en caso de ausencia de congestión y el tamaño de la ventana de contención se reduce a la mitad cuando la estación cercana desactiva el estado de congestión. La primera estación difunde el mensaje de anuncio cuando el número de colisiones durante la transmisión de paquetes está por encima de un umbral predeterminado. Esta realización tiene la ventaja de ser simple de implementar.

En otra realización, el parámetro de nivel de congestión es un número entero estrictamente positivo, y la estación cercana establece el tamaño de la ventana de contención en estado de congestión a la segunda potencia del nivel de congestión menos 1. Y el nivel de congestión se basa en el número de anuncios enviados por la primera estación antes de poder enviar un paquete. La realización tiene la ventaja de regular con mayor precisión los valores del tamaño de ventana.

En otra realización, el parámetro de nivel de congestión contiene el tamaño de la ventana de contención que va a usar la estación cercana en estado de congestión. Y la primera estación realiza un seguimiento del número de estaciones cercanas activas y establece el tamaño de la ventana... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de gestión de congestión en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico, comprendiendo dicha red una primera estación y al menos una estación cercana que puede comunicarse directamente con la primera estación, estando caracterizado el procedimiento porque comprende:

- difundir (22) un mensaje de anuncio por la primera estación a la al menos una estación cercana cuando la primera estación experimenta una congestión en su entorno, comprendiendo dicho mensaje de anuncio un parámetro de nivel de congestión,

- activar (26) por la estación cercana, al recibir el mensaje de anuncio, un estado de congestión en el que el tamaño mínimo de la ventana de tiempo, denominada ventana de contención, para acceder al medio antes de la transmisión de un mensaje es estrictamente mayor que el tamaño mínimo (CWmin) definido en ausencia de congestión, definiéndose dicho tamaño mínimo en estado de congestión como una función del parámetro de nivel de congestión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, después de haber activado (26) el estado de congestión, si la estación cercana falla a la hora de transmitir un paquete, la estación cercana duplica (32) el tamaño de la ventana de contención antes de retransmitir el paquete.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el parámetro de nivel de congestión es un indicador de congestión fijado en caso de congestión, y el tamaño de la ventana de contención se duplica (32) en estado de congestión comparado con el tamaño mínimo definido en ausencia de congestión.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el indicador de congestión no se fija en caso de ausencia de congestión y el tamaño de la ventana de contención se reduce a la mitad cuando la estación cercana desactiva el estado de congestión.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la primera estación difunde (22) el mensaje de anuncio cuando el número de colisiones durante la transmisión de paquetes está por encima de un umbral predeterminado.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el parámetro de nivel de congestión es un número entero estrictamente positivo, y la estación cercana establece el tamaño de la ventana de contención en estado de congestión a la segunda potencia del nivel de congestión menos 1.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el nivel de congestión se basa en el número de anuncios enviados (22) por la primera estación antes de poder enviar un paquete.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el parámetro de nivel de congestión contiene el tamaño de la ventana de contención que va a usar la estación cercana en estado de congestión.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la primera estación realiza un seguimiento del número de estaciones cercanas activas y establece el tamaño de la ventana de contención para aproximarse a una probabilidad de transmisión de la inversa del número de estaciones cercanas activas.

10. Sistema de gestión de congestión en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico, comprendiendo dicha red una primera estación y al menos una estación cercana que puede comunicarse directamente con la primera estación, caracterizado porque comprende:

- medios para difundir (22) un mensaje de anuncio por la primera estación a la al menos una estación cercana cuando la primera estación experimenta una congestión en su entorno, comprendiendo dicho mensaje de anuncio un parámetro de nivel de congestión,

- medios para activar (26) por la estación cercana, al recibir el mensaje de anuncio, un estado de congestión en el que el tamaño mínimo de la ventana de tiempo, denominada ventana de contención, para acceder al medio antes de la transmisión de un mensaje es mayor que el tamaño mínimo definido en ausencia de congestión, definiéndose dicho tamaño mínimo en estado de congestión como una función del parámetro de nivel de congestión.

11. Estación en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico, comunicándose dicha estación directamente con al menos una estación cercana, caracterizada porque comprende medios para difundir (22) un mensaje de anuncio a la al menos una estación cercana cuando experimenta una congestión en su entorno, comprendiendo dicho mensaje de anuncio un parámetro de nivel de congestión, siendo dicho parámetro de nivel de congestión función de un número de colisiones experimentadas por dicha estación o del número de anuncios enviados por la estación antes de poder enviar un paquete.

12. Estación en una red en malla inalámbrica en la que se usa el algoritmo CSMA/CA para acceder a un medio inalámbrico, comunicándose dicha estación directamente con al menos una estación cercana, estando adaptada dicha estación cercana para difundir un mensaje de anuncio que comprende un parámetro de nivel de congestión cuando dicha estación cercana experimenta una congestión en su entorno, caracterizada porque dicha estación comprende medios para activar (26), al recibir el mensaje de anuncio, 5 un estado de congestión en el que el tamaño mínimo de la ventana de tiempo, denominada ventana de contención, para acceder al medio antes de la transmisión de un mensaje es mayor que el tamaño mínimo definido en ausencia de congestión, definiéndose dicho tamaño mínimo en estado de congestión como una función del parámetro de nivel de congestión. 13. Producto de programa informático que puede cargarse directamente en una memoria interna de una 10 estación, que comprende partes de código de software para realizar todas las etapas según la reivindicación 1 cuando dicho producto se ejecuta en dicha estación.