Módulo acelerador de protocolo con función de transmisión de paquetes y método de funcionamiento para un transceptor para la transmisión rápida de paquetes de datos.

Modulo acelerador de protocolo, denominado en lo que sigue mOdulo acelerador,

para un emisor-receptor(200), estando el emisor-receptor (200) configurado para transferir un paquete de datos de un segundo emisorreceptora uno o varios terceros emisores-receptores de acuerdo con un protocolo de transmision de datosbasado en TDMA,

caracterizado porque el mOdulo acelerador esta configurado para,

- al recibir el paquete de datos del segundo emisor-receptor, durante un primer intervalo de tiempo, consultaruna tabla de referencias (220), comprendiendo la tabla de referencias (220) como minim° una referencia delgrupo formado por los tipos de referencia siguientes:

a) referencia de un determinado interval° de tiempo de recepci6n a una identificacion de como minimo untercer emisor-receptor, habiendo de transferirse al tercer emisor-receptor un paquete de datos recibido porel emisor-receptor (200) durante el determinado intervalo de tiempo de recepcion;

b) referenda de una identificacion del determinado segundo emisor-receptor como emisor a unaidentificaci6n de como minimo un tercer emisor-receptor como receptor predeterminado del paquete dedatos, denominada en lo que sigue conexion virtual; o

c) referencia de un mensaje predeterminado contenido en el paquete de datos a una identificaciOn decomo minimo un tercer emisor-receptor como receptor predeterminado del paquete de datos;

y, en caso de presencia de una referenda correspondiente al paquete de datos, detect& en la tabla dereferencias (220) una identificacion de un tercer emisor-receptor como receptor del paquete de datos; y,

- durante un segundo intervalo de tiempo inmediatamente siguiente al primer intervalo de tiempo, dar lugar aun envio del paquete de datos al tercer emisor-receptor, si el segundo intervalo de tiempo esta asignado alemisor-receptor (200).

Módulo acelerador de protocolo con función de transmisión de paquetes y método de funcionamiento para un transceptor para la transmisión rápida de paquetes de datos.

La presente invención se refiere a un módulo acelerador de protocolo para un nivel de protocolo de transmisión de datos de un emisor-receptor, en particular, pero no exclusivamente, para la transferencia rápida de paquetes de datos en redes inalámbricas de sensores en el método de multiplexación por división de tiempo según la norma IEEE 802.15.4.

La invención se refiere además a un procedimiento operativo para un emisor-receptor, destinado a la transferencia rápida de paquetes de datos, también en particular, pero no exclusivamente, en redes inalámbricas de sensores en el método de multiplexación por división de tiempo según la norma IEEE 802.15.4.

La norma IEEE 802.15.4 establece protocolos para la primera capa, la capa física, y para partes de la segunda capa, la capa de acceso al medio de la capa de protección de datos, del modelo de referencia ISO/OSI (International Standardization Organisation / Open Systems Interconnection) .

La norma mencionada soporta una comunicación inalámbrica en una red de radio en la que unos emisoresreceptores de la red envían y reciben paquetes de datos con tasas de transmisión de datos de hasta 250 kilobits por segundo (kbps) . Apunta especialmente a una complejidad muy pequeña de la estructura de red, que, gracias a los pequeños requisitos de sistema, permite a los emisores-receptores implicados un funcionamiento de batería de varios meses y posiblemente varios años de duración. Las distancias entre los emisores-receptores respectivos de una red de esta norma son habitualmente de unos metros, como por ejemplo 10m. La norma se aplica por ejemplo en redes de sensores empleadas en la técnica de automatización de la producción o en juguetes interactivos.

A continuación se describe más detalladamente la estructura de una red según la norma IEEE 802.15.4. Para la puesta en práctica de la norma IEEE 802.15.4 (IEEE Standard 802, "Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks, " 2006) está previsto un emisor-receptor con una configuración especial, un así llamado coordinador, que en el lenguaje técnico se denomina también Full Function Oevice (FFO) . Éste tiene asignada una serie de emisores-receptores con una configuración normal, denominados Reduced Function Oevices (RFO) .

Los RFO no pueden comunicarse entre sí directamente, sino sólo a través del coordinador. El coordinador detecta los paquetes de datos a transferir y los transmite aloa los receptores designados. Además, el coordinador puede comprender una interfaz con otras redes de datos de la índole que sean, por ejemplo con redes Bluetooth o WLAN. En este contexto, se denomina también "Access Point".

Para evitar colisiones a consecuencia del envío simultáneo de varios paquetes de datos se aplica un método de multiplexación por división de tiempo (en inglés: Time Oivision Multiplex Access, TOMA) , que también puede estar organizado por el coordinador. Con este fin, el coordinador envía a intervalos regulares unos, así llamados, bloques de datos de balizamiento a todos los RFO que le correspondan, a partir de los cuales los RFO pueden concluir en qué intervalos de tiempo pueden enviar paquetes de datos. En un intervalo de tiempo puede enviar paquetes de datos en cada caso sólo un emisor-receptor. Al coordinador mismo también se le adjudican intervalos de tiempo: por una parte unos que permiten un envío de paquetes de datos propios del coordinador y por otra parte otros que están . previstos para el envío de paquetes de datos a transferir. Estos últimos intervalos de tiempo incluyen también la , información de a qué receptor-RFO está destinado el intervalo de tiempo.

En esta norma, un paquete de datos comprende un encabezamiento de paquete de datos y una parte de datos útiles. El encabezamiento del paquete de datos contiene como máximo dos direcciones: el remitente y el destino inmediato. La parte de datos útiles tiene por regla general un tamaño de algunos bytes. Con el fin de evitar colisiones entre paquetes de datos, la norma prevé, además del envio de bloques de datos de balizamiento por parte del coordinador, también planteamientos alternativos para la organización del método TOMA.

En el protocolo se establece además que todos los paquetes de datos a transmitir se doten de un código de detección de errores. Para ello se utiliza un, así llamado, algoritmo Cyclic Redundancy Check (CRC) , que calcula una suma de comprobación a partir de todos los bytes y la coloca al final del paquete de datos. Los receptores del paquete de datos calculan a su vez la suma de comprobación CRC a partir de los bytes recibidos y comparan el resultado con el valor determinado por el emisor y enviado conjuntamente. Si las dos sumas de comprobación coinciden, es muy probable que el paquete de datos se haya transmitido correctamente. En caso contrario, se reconoce como incorrecto y se desecha.

Por consiguiente, la transmisión de información de un primer RFO (por ejemplo un sensor) a un segundo RFO (por ejemplo un actor) requiere dos intervalos de tiempo. En un primer intervalo de tiempo se envía un paquete de datos del primer RFO al coordinador y en un segundo intervalo de tiempo, que en absoluto sigue inmediatamente al primero, se realiza el envio del coordinador al segundo RFO.

Para transferir los paquetes de datos, el coordinador debe decodificar los mismos, almacenarlos temporalmente y prepararlos para el envío en el intervalo de tiempo correcto. En las aplicaciones actuales de la norma mencionada, la ejecución de una parte del protocolo de acceso al medio (además del procesamiento digital y analógico de señales) se realiza en hardware, es decir la funcionalidad que comprueba el paquete de datos en cuanto a errores de transmisión y añade a los datos útiles una suma de comprobación de errores, realiza eventualmente un filtrado del paquete de datos basándose en las informaciones de dirección presentes en el encabezamiento del paquete de datos y envía automáticamente al emisor confirmaciones (paquetes de acuse de recibo) . Un paquete de datos recibido se almacena en una memoria intermedia del lado del emisor, a la que puede acceder un microcontrolador. Una rutina de software comprueba, entre otras cosas, si el paquete de datos se trata de un paquete de datos que ha de transferirse. En caso afirmativo, se da lugar a una transferencia del paquete de datos de la memoria intermedia del lado del receptor a una memoria intermedia del lado del emisor. Los paquetes de datos de la memoria intermedia del lado del emisor se envían sobre una base "First In, First Out" (FIFO) . El procesamiento mediante el software requiere mucho tiempo y lleva asociado un retraso de interrupción.

En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques del popular CC2420 Single-Chip-Transceiver (emisor-receptor) de la firma TEXAS INSTRUMENTS para la norma IEEE 802.15.4. Se ofrece a modo de ejemplo de una serie de otros chips, como el JN5139 de la firma JENNIC Ud., el ML7065 de la firma OKI Semiconductor y el nRF2401A de la firma NORDIC Semiconductor, que ofrecen el soporte de hardware arriba esbozado para la puesta en práctica del protocolo de acceso al medio.

Mientras que el tiempo de propagación de las señales con las cortas distancias entre los RFD y el tiempo de transmisión de datos para los paquetes de datos con tamaños de algunos bytes requieren únicamente un espacio de tiempo muy corto, los pasos de procesamiento del coordinador para la transferencia de paquetes de datos arriba mencionados, en particular los pasos ejecutados por un software, requieren en comparación mucho tiempo e impiden una conexión en tiempo real entre dos o más RFD. En ocasiones hay que partir de retrasos en la transmisión del orden de muchos milisegundos. Para muchas aplicaciones, este largo retraso en la transmisión no es aceptable, ya que puede desearse que la reacción a ciertos paquetes de datos enviados sea rápida. Imaginemos por ejemplo un sensor de una barrera de luz (primer RFD) y un mando de un motor paso a paso (segundo RFD) , en los que el mando de motor deba disparar un movimiento en respuesta a las señales del sensor de la barrera de luz. En el marco de esta solicitud, el concepto de la conexión en tiempo real significa que un sistema produce una reacción a un estímulo dentro de un lapso de tiempo definido. Dependiendo del sistema, es del todo posible... [Seguir leyendo]

1. Módulo acelerador de protocolo, denominado en lo que sigue módulo acelerador, para un emisor-receptor (200) , estando el emisor-receptor (200) configurado para transferir un paquete de datos de un segundo emisorreceptor a uno o varios terceros emisores-receptores de acuerdo con un protocolo de transmisión de datos basado en TOMA, caracterizado porque el módulo acelerador está configurado para,

- al recibir el paquete de datos del segundo emisor-receptor, durante un primer intervalo de tiempo, consultar una tabla de referencias (220) , comprendiendo la tabla de referencias (220) como mínimo una referencia del grupo formado por los tipos de referencia siguientes:

a) referencia de un determinado intervalo de tiempo de recepción a una identificación de como mínimo un tercer emisor-receptor, habiendo de transferirse al tercer emisor-receptor un paquete de datos recibido por el emisor-receptor (200) durante el determinado intervalo de tiempo de recepción; b) referencia de una identificación del determinado segundo emisor-receptor como emisor a una identificación de como mínimo un tercer emisor-receptor como receptor predeterminado del paquete de datos, denominada en lo que sigue conexión virtual; o c) referencia de un mensaje predeterminado contenido en el paquete de datos a una identificación de como mínimo un tercer emisor-receptor como receptor predeterminado del paquete de datos;

- y, en caso de presencia de una referencia correspondiente al paquete de datos, detectar en la tabla de referencias (220) una identificación de un tercer emisor-receptor como receptor del paquete de datos; y,

- durante un segundo intervalo de tiempo inmediatamente siguiente al primer intervalo de tiempo, dar lugar a un envío del paquete de datos al tercer emisor-receptor, si el segundo intervalo de tiempo está asignado al emisor-receptor (200) .

2. Módulo acelerador según la reivindicación 1 que está configurado para, al recibir el paquete de datos del segundo emisor-receptor, durante el primer intervalo de tiempo, detectar una identificación de receptor de como mínimo un tercer emisor-receptor contenida en el paquete de datos recibido y, durante el segundo intervalo de tiempo, dar lugar a un envio del paquete de datos al tercer emisor-receptor, si para el paquete de datos no existe ninguna referencia correspondiente en la tabla de referencias (220) y el segundo intervalo de tiempo está asignado al emisor-receptor (200) .

3. Módulo acelerador según una de las reivindicaciones precedentes, estando el módulo acelerador implementado en un hardware que comprende un dispositivo de análisis de paquetes de datos (210) en el lado del receptor, que está configurado para

- escribir, en una memoria de datos útiles (230) del módulo acelerador, datos útiles del paquete de datos recibido y -escribir, en una memoria de información (250) , la identificación detectada del tercer emisor-receptor como receptor del paquete de datos y una dirección de memoria de los datos útiles almacenados; y comprende una unidad de mando (240) en el lado del emisor, que está configurada para -recibir información (216) sobre un intervalo de tiempo asignado al emisor-receptor (200) ; -registrar una identificación de receptor de un tercer emisor-receptor contenida en la información (216) sobre el intervalo de tiempo y compararla con identificaciones de receptor detectadas de la memoria de información (250) ; -si la identificación de receptor contenida en la información (216) sobre el intervalo de tiempo coincide con una identificación de receptor de la memoria de información (250) , llamar a datos útiles correspondientes a la identificación de receptor coincidente de la memoria de datos útiles (230) de acuerdo con una dirección de memoria asignada a la identificación de receptor coincidente y dar lugar a la generación de un encabezamiento de paquete de datos a añadir a los datos útiles llamados; y -poner a disposición de una unidad de envio (260) del emisor-receptor (200) los datos útiles llamados y el encabezamiento de paquete de datos generado, como paquete de datos a transferir para su envío durante el intervalo de tiempo asignado.

4. Módulo acelerador según una de las reivindicaciones precedentes, en el que cada tipo de referencia tiene asignada una prioridad de un nivel respectivo y el módulo acelerador está configurado para, en caso de una presencia simultánea de varias referencias de distintos tipos aplicables al paquete de datos recibido, dar lugar a un envío del paquete de datos al tercer emisor-receptor de acuerdo con el tipo de referencia de mayor prioridad.

5. Módulo acelerador según una de las reivindicaciones precedentes que está configurado para

- asignar a determinadas conexiones virtuales de la tabla de referencias (220) un tiempo de permanencia

máximo respectivo; y, -enviar de forma priorizada, en función de un tiempo de permanencia remanente respectivo, los paquetes de datos recibidos que hayan de transferirse de acuerdo con una determinada conexión virtual.

6. Módulo acelerador según una de las reivindicaciones precedentes que está configurado para la ejecución de tareas de un protocolo de transmisión de datos según la norma IEEE 802.15.4 en un emisor-receptor (200) .

7. Emisor-receptor (200) con un módulo acelerador según una de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Emisor-receptor (200) según la reivindicación 7 que está configurado para

- escribir en una memoria intermedia (212) del lado del receptor del emisor-receptor (200) un paquete de datos destinado al emisor-receptor (200) , -gestionar una cola de paquetes de datos por enviar de una memoria intermedia (270) del lado del emisor del emisor-receptor (200) y, -durante un intervalo de tiempo asignado al emisor-receptor (200) , seleccionar paquetes de datos de la cola y dar lugar a un envío de los mismos a uno o varios terceros emisores-receptores.

9. Nodo de sensor con un sensor y un emisor-receptor (200) según una de las reivindicaciones 7 u 8 conectado al mismo.

10. Procedimiento operativo para un emisor-receptor (200) , que comprende la transferencia de un paquete de datos de un segundo emisor-receptor a uno o varios terceros emisores-receptores de acuerdo con un protocolo de transmisión de datos basado en TOMA, caracterizado porque la transferencia comprende los pasos siguientes:

- recepción del paquete de datos del segundo emisor-receptor durante un primer intervalo de tiempo; -consulta de una tabla de referencias (220) , comprendiendo la tabla de referencias (220) como mínimo una referencia del grupo formado por los tipos de referencia siguientes:

a) referencia de un determinado intervalo de tiempo de recepción a una identificación de como mínimo un tercer emisor-receptor, habiendo de transferirse al tercer emisor-receptor un paquete de datos recibido por el emisor-receptor (200) durante el determinado intervalo de tiempo de recepción; b) referencia de una identificación del determinado segundo emisor-receptor como emisor a una identificación de como mínimo un tercer emisor-receptor como receptor predeterminado del paquete de datos, denominada en lo que sigue conexión virtual; o c) referencia de un mensaje predeterminado contenido en el paquete de datos a una identificación de como mínimo un tercer emisor-receptor como receptor predeterminado del paquete de datos;

- detección de una identificación de un tercer emisor-receptor como receptor del paquete de datos en la tabla de referencias (220) , si existe una referencia correspondiente para el paquete de datos, o detección de una identificación de un tercer emisor-receptor en los datos útiles del paquete de datos recibido, si no existe ninguna referencia correspondiente para el paquete de datos; y -envío del paquete de datos al tercer emisor-receptor durante un segundo intervalo de tiempo inmediatamente siguiente al primer intervalo de tiempo, si el segundo intervalo de tiempo está asignado al emisor-receptor (200) .

11 . Procedimiento operativo según la reivindicación 10 que está configurado para la ejecución de tareas de un nivel de protocolo de protección de datos según la norma IEEE 802.15.4 en un emisor-receptor (200) .