MÉTODO DE APRENDIZAJE DISTRIBUIDO PARA REDES DE MALLA INALÁMBRICA.

Estación (70) adaptada para operar como un punto (62) de malla en una red inalámbrica que comprende una pluralidad de puntos (60,

64, 68) de malla, comprendiendo la estación un módulo (80) dispuesto para determinar si un primer punto (62) de malla puede transmitir a un segundo punto de malla mientras que otro punto (64) de malla, perteneciente a un par de otros puntos (64, 68) de malla, está transmitiendo en el mismo enlace de manera simultánea: calculando una primera relación portadora a interferencia como el cociente de un valor ponderado w(Tx, Rx) entre el punto (62) de malla de transmisor potencial, Tx, y el receptor pretendido, Rx, y la interferencia de la transmisión simultánea, en la que dicho valor ponderado w(Tx, Rx) corresponde a una estimación de la intensidad de señal medida en el nodo Rx si el nodo Tx está transmitiendo datos; calculando una segunda relación portadora a interferencia que corresponde a una estimación de una intensidad de señal que produce la transmisión existente en un punto de malla de recepción del par de otros puntos de malla dividida entre una estimación de una intensidad de señal que producirá la transmisión potencial en el punto de malla de recepción del par de otros puntos de malla; y determinando si dicho primer punto (62) de malla debe transmitir a dicho segundo punto de malla basándose en la comparación de la primera relación portadora a interferencia y la segunda relación portadora a interferencia con un primer valor umbral y un segundo valor umbral, respectivamente

Método de aprendizaje distribuido para redes de malla inalámbrica.

La MBOA (alianza multibanda OFDM) es un sistema distribuido para WPAN (redes inalámbricas de área personal) que se ejecutan en una banda de frecuencia de banda ultraancha (UWB) . A través del DRP (protocolo de reserva distribuido) , que realiza reservas de recurso de canal para el tráfico futuro, el sistema MBOA proporciona mucha mayor eficacia de acceso de canal en un único escenario de comunicación de salto que otros protocolos basados en contienda, por ejemplo, el acceso de canal con prioridad (PCA) .

Una red de malla es una PAN (red de área personal) que emplea una de dos disposiciones de conexión, topología de malla completa o topología de malla parcial. En la topología de malla completa, cada nodo se conecta directamente a cada uno de los demás. En la topología de malla parcial, algunos nodos se conectan a todos los demás, pero algunos de los nodos se conectan sólo a aquellos otros nodos con los que intercambia la mayoría de datos. Las redes de malla tienen la capacidad de proporcionar una extensión geográfica de cobertura de red sin aumentar la potencia de transmisión o sensibilidad de recepción. Las redes de malla también proporcionan una fiabilidad mejorada por medio de la redundancia de ruta, una configuración de red más fácil, y pueden aumentar la vida útil de la batería del dispositivo debido a la posibilidad de menos retransmisiones de datos.

Las redes de malla inalámbrica son sistemas de multisalto en los que los dispositivos se ayudan entre sí al transmitir paquetes a través de su red, especialmente en condiciones adversas. Puede establecerse una red de malla en una ubicación con preparación mínima. Las redes de malla de este tipo también se denominan redes ad hoc. Las redes de malla proporcionan un sistema flexible, fiable que puede extenderse fácilmente a miles de dispositivos.

La topología de red de malla inalámbrica, que se desarrolló originalmente en MIT para detección y control industrial, es un sistema punto a punto a punto, o igual a igual, sistema denominado red de multisalto, ad hoc. Un nodo de una red de este tipo puede enviar y recibir mensajes. Además, un nodo en una red de malla también puede funcionar como un encaminador que puede retransmitir mensajes para sus nodos vecinos. A través del proceso de retransmisión, un paquete de datos inalámbricos encontrará su camino a su destino, pasando a través de nodos intermedios con enlaces de comunicación fiables. En una red de malla inalámbrica, múltiples nodos actúan conjuntamente para retransmitir un mensaje a su destino. La topología de malla mejora la fiabilidad global de la red, que es particularmente importante cuando opera en entornos industriales duros.

Haciendo referencia a la figura 1, a través del proceso de retransmisión, un paquete de datos inalámbricos encuentra su camino a su destino pasando a través de nodos intermedios con enlaces de comunicación fiables. En una red 10 de malla inalámbrica, múltiples nodos, 12, 14, 16, actúan conjuntamente para retransmitir un mensaje desde un nodo 18 de origen hasta su nodo 20 destino. La topología 10 de malla mejora la fiabilidad global de la red, que es particularmente importante y útil cuando se opera en entornos industriales duros.

Como Internet y otras redes basadas en el encaminador igual a igual, una red 10 de malla ofrece múltiples trayectorias de comunicaciones redundantes a lo largo de la red. Si un enlace entre nodos falla (por ejemplo, entre el nodo 14 y 16) por cualquier motivo (incluyendo la introducción de una fuerte interferencia de RF) , la red encamina automáticamente los mensajes a través de trayectorias alternativas (por ejemplo, desde el nodo 14 hasta el nodo 22 y luego al nodo 20) .

En una red de malla, acortar la distancia entre los nodos aumentará drásticamente la calidad de enlace. Si la distancia entre los nodos se reduce por un factor de dos, la señal resultante es al menos cuatro veces más potente en el receptor. Esto hace más fiables los enlaces sin tener que aumentar la potencia de transmisor en nodos individuales. En una red de malla, puede extenderse el alcance, añadir redundancia, y mejorar la fiabilidad general de la red simplemente añadiendo más nodos a la red.

La banda ultraancha (UWB) es una tecnología inalámbrica para transmitir grandes cantidades de datos digitales sobre un amplio espectro de bandas de frecuencia con muy baja potencia para una corta distancia. La radio de banda ultraancha puede portar una enorme cantidad de datos a una distancia de hasta 230 pies a muy baja potencia (menor de 0, 5 milivatios) y tiene la capacidad para portar señales a través de puertas y otros obstáculos que tienden a reflejar señales en anchos de banda más limitados que operan a una potencia superior. La banda ultraancha puede compararse a otra tecnología inalámbrica de distancia corta, tal como Bluetooth, que es un estándar para conectar dispositivos inalámbricos portátiles con otros dispositivos similares y/o a, por ejemplo, ordenadores de sobremesa.

La banda ultraancha difunde pulsos digitales, que se sincronizan de manera muy precisa, en una señal portadora a través de un espectro muy amplio (en una pluralidad de canales de frecuencia) al mismo tiempo. El transmisor y receptor de ancho de banda deben actuar conjuntamente para enviar y recibir pulsos con una alta precisión de dentro de las trillonésima parte de un segundo. En cualquier banda de frecuencia dada usada en un sistema de banda ultraancha, una señal de banda ultraancha requiere menor potencia que una señal normal en la banda. Además, el ruido de fondo esperado de una señal de banda ultraancha es tan bajo que teóricamente ninguna interferencia es posible.

La banda ultraancha se usa en diversas situaciones, hasta la fecha dos aplicaciones frecuentes de UWB incluyen aplicaciones que implican un radar, en el que la señal penetra superficies cercanas, pero refleja superficies que están más lejos, permitiendo detectar objetos detrás de paredes u otros recubrimientos, y transmisión de voz y datos usando pulsos digitales, permitiendo a una señal de muy baja potencia y coste relativamente bajo portar información a tasas de transmisión muy altas dentro de un intervalo restringido.

El artículo “Modeling and Optimization of UWB Communication Networks through a Flexible Cost Function” por P. Baldi et al., publicado en el IEEE Journal on Selected Areas In Communications. vol. 20, n.º 9, diciembre 2002, describe un diseño de redes inalámbricas de UWB basadas en una función de coste. La función de coste comprende términos de coste asociados con la transmisión, configuración de conexión, interferencia, y calidad de servicio. El coste de interferencia para un enlace corresponde a la cantidad LP por la que la potencia debe aumentarse con el fin de transmitir la información sobre el enlace mientras que mantiene fija la tasa de error.

El artículo “Transmission capacity of CDMA ad hoc networks employing successive interference cancellation” por S. Weber et al., publicado en relación con la conferencia de Globecom 2004, describe que la cancelación de interferencia sucesiva (SIC) es atractiva para redes ad hoc de CDMA de secuencia directa puesto que pueden cancelarse las fuentes de interferencia cercanas predominantes. La perfecta cancelación de interferencia aumenta la capacidad de transmisión en casi dos órdenes de magnitud. Además, cancelar sólo la interferencia más fuerte proporciona generalmente la mayoría de la ganancia de capacidad, de modo que el coste de latencia y complejidad de la SIC debe ser despreciable.

El artículo “Interference in Wireless Multi-Hop Ad-Hoc Networks and its Effect on Network Capacity” por R. Hekmat et al., publicado en Wireless Networks 10, 389-399, 2004, describe un modelo para calcular los niveles de interferencia en redes ad hoc multisalto inalámbricas. El modelo calcula el valor esperado de relación portadora a interferencia (C/I) teniendo en cuenta el número de nodos, densidad de nodos, aspectos de radio-propagación, características multisalto de la red, y la cantidad de tráfico repetidor. Los valores esperados de C/I se usan para determinar la capacidad de red y rendimiento global de datos por nodo.

El artículo “Optimal Link Schedulihg and Power Control in CDMA Multihop Wireless Networks” por R. Cruz et al., publicado en relación con la IEEE Global Telecommunications Conference. Conference Proceedings, Taipei, Taiwan, 17-21 de noviembre de 2002, describe que los transmisores... [Seguir leyendo]

1. Estación (70) adaptada para operar como un punto (62) de malla en una red inalámbrica que comprende una pluralidad de puntos (60, 64, 68) de malla, comprendiendo la estación un módulo (80) dispuesto para determinar si un primer punto (62) de malla puede transmitir a un segundo punto de malla mientras que otro punto (64) de malla, perteneciente a un par de otros puntos (64, 68) de malla, está transmitiendo en el mismo enlace de manera simultánea:

calculando una primera relación portadora a interferencia como el cociente de un valor ponderado w (Tx, Rx) entre el punto (62) de malla de transmisor potencial, Tx, y el receptor pretendido, Rx, y la interferencia de la transmisión simultánea, en la que dicho valor ponderado w (Tx, Rx) corresponde a una estimación de la intensidad de señal medida en el nodo Rx si el nodo Tx está transmitiendo datos;

calculando una segunda relación portadora a interferencia que corresponde a una estimación de una intensidad de señal que produce la transmisión existente en un punto de malla de recepción del par de otros puntos de malla dividida entre una estimación de una intensidad de señal que producirá la transmisión potencial en el punto de malla de recepción del par de otros puntos de malla; y determinando si dicho primer punto (62) de malla debe transmitir a dicho segundo punto de malla basándose en la comparación de la primera relación portadora a interferencia y la segunda relación portadora a interferencia con un primer valor umbral y un segundo valor umbral, respectivamente.

2. Red (40) inalámbrica que comprende una pluralidad de puntos de malla según la reivindicación 1.

3. Método para determinar si un primer punto (62) de malla puede transmitir a un segundo punto de malla mientras que otro punto (64) de malla, perteneciente a un par de otros puntos (64, 68) de malla, está transmitiendo en el mismo enlace de manera simultánea, comprendiendo el método las etapas de:

calcular una primera relación portadora a interferencia como el cociente de un valor ponderado w (Tx, Rx) entre el punto (62) de malla de transmisor potencial, Tx, y el receptor pretendido, Rx, y la interferencia de la transmisión simultánea, en el que dicho valor ponderado w (Tx, Rx) corresponde a una estimación de la intensidad de señal medida en el nodo Rx si el nodo Tx está transmitiendo datos;

calcular una segunda relación portadora a interferencia que corresponde a una estimación de una intensidad de señal que produce la transmisión existente en un punto de malla de recepción del par de otros puntos de malla dividida entre una estimación de una intensidad de señal que producirá la transmisión potencial en el punto de malla de recepción del par de otros puntos de malla; y determinar si dicho primer punto (62) de malla debe transmitir a dicho segundo punto de malla basándose en la comparación de la primera relación portadora a interferencia y la segunda relación portadora a interferencia con un primer valor umbral y a segundo valor umbral, respectivamente.

4. Método según la reivindicación 3, en el que las estimaciones de intensidades de señal se basan en mediciones de señales recibidas desde otros puntos de malla en la red inalámbrica.

5. Método según la reivindicación 4, que comprende las etapas de:

medir intensidades de señal respectivas en ranuras de baliza respectivas en un periodo de baliza;

usar un protocolo de acceso de periodo de baliza para asociar una intensidad de señal medida con un punto de malla particular con el fin de obtener la estimación de la intensidad de señal para ese punto (73) de malla.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende la etapa de:

aplicar un filtrado paso bajo a las intensidades de señal respectivas medidas en periodos de baliza respectivos para un punto de malla particular.