Transporte de datos prioritarios en una red ad hoc.

Procedimiento para transportar unos datos en una red inalámbrica ad hoc,

comprendiendo la red varios nodos en una configuración en un instante dado, un nodo de origen (1), un nodo de destino (3) y varios nodos intermedios (2i) caracterizado porque comprende en el nivel de cada uno de los nodos al menos las etapas siguientes:

dividir el mensaje M a transmitir en N paquetes Pi,

se proporciona un paquete Pi a las capas (C4, C5) de dicho nodo (2i),

Mientras que queden paquetes Pi por transmitir:

medir los parámetros que indican la calidad de los flujos en tiempo real en tránsito sobre dicho nodo (2i), autorizar o no la transmisión de dichos paquetes Pi comparando los valores de los parámetros medidos con unos valores de umbral (16, 17),

Si la transmisión se autoriza, entonces transmitir uno de dichos paquetes Pi a la capa de Medium Access Control, abreviada en lo que sigue como MAC, o a la capa de red.

Mientras que el paquete no haya sido enviado por la capa de la red hacia otro nodo que forme parte de la ruta elegida, para transmitir este paquete hacia el nodo de destino:

medir los parámetros que indican la calidad de los flujos en tiempo real en tránsito sobre dicho nodo (2i), autorizar o no la transmisión comparando los valores de los parámetros medidos con unos valores de umbral (16, 17),

Si la transmisión no se autoriza:

retirar Pi de la cola de espera de la capa MAC (si es posible),

volver al comienzo del bucle principal, es decir a la etapa en la que el procedimiento trata de transmitir de nuevo este paquete Pi,

Verificar que dicho paquete Pi transmitido se ha recibido bien utilizando un mecanismo de indicación de la recepción y si el paquete ha sido recibido bien, pasar al paquete siguiente Pi+1.

Transporte de datos prioritarios en una red ad hoc

La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema que permite transportar datos que no tengan limitaciones de retardos y también unos datos que puedan ser considerados como prioritarios en una red de radio ad hoc. Se utiliza para proteger los flujos en tiempo real o de prioridad elevada con relación a otros flujos de datos.

El procedimiento de transporte de acuerdo con la invención se puede adoptar en el marco de redes ad hoc o de infraestructuras domésticas con el fin de proteger la telefonía VoIP y los servicios de IPTV (televisión IP) cada vez más extendidos. Se puede aplicar en las redes de radio ad hoc móviles, las redes de radio en red más conocidas bajo la de dominación inglesa "mesh".

Las redes ad hoc se pueden componer de entidades inalámbricas comunicantes tales como unos planificadores portátiles, teléfonos celulares o incluso captadores. Estas diferentes entidades constituyen los nodos de una red ad hoc, en la que la red observa la entrada y la salida de estas entidades. En estas redes, la comunicación no es posible, en general, más que entre los nodos en le alcance de radio. Un protocolo de enrutado (por ejemplo el protocolo OLSR (abreviación inglesa de protocolo Optimized Link State Routing) o AODV (abreviatura inglesa de Ad Hoc On Demand Vector) asegura entonces la conmutación de los paquetes IP para permitir la conectividad de punta a punta. Los nodos en la red pueden ser móviles o no. Un ejemplo se encuentra en LIN CAI et al. "A QOS aware AIMD protocol for time sensitive application in wired/wireless networks" INFOCOM 2005, PROCEEDINGS IEEE MIAMI FL, USA, 13-15 marzo de 2005, IEEE vol. 3 páginas 2008-20019; XP010829307, ISBN: 978-0-7803-8968-7.

Obtener unos buenos rendimientos en este tipo de red es frecuentemente difícil debido al hecho de la fuerte variabilidad y no predictibilidad de las condiciones de radio y al hecho de que todos los nodos comparten el mismo medio o soporte de la comunicación. En un contexto en el que la red ad hoc debe soportar prioritariamente tráfico en tiempo real como la voz sobre IP, lo que puede corresponder a una situación de intervención de urgencia o a una red táctica, el transporte de datos utilizando los protocolos usuales, por ejemplo, el protocolo TCP se manifiesta no eficaz ya que es perjudicial en relación a los flujos en tiempo real o prioritarios al añadirles un retardo y produciendo pérdidas de paquetes. En efecto, los servicios en tiempo real generan un tráfico generalmente poco tolerante a las pérdidas de datos o de paquetes y quedan fuertemente afectados por los niveles elevados de congestión IP o de competición por el acceso al medio de comunicación, que engendra la utilización de protocolos tales como el TCP.

Una de las problemáticas del transporte de datos en unas redes ad hoc o de flujos en tiempo real que deben ser protegidos, es proporcionar un procedimiento que permita a un dato o a un flujo de datos, ser transmitido desde un origen a un destino sin degradar los rendimientos de flujos críticos tales como los flujos de voz sobre IP o VoIP o de "streaming video".

Las problemáticas ligadas a las redes ad hoc han sido estudiadas por el grupo de investigación de la IETF (abreviatura inglesa de Internet Engineering Task Force) denominado MANET (Mobile Ad Hoc NETworks) disponible en el sitio de Internet: www.ietf.org/htlm.charters/manetcharter.html. Se han propuesto unas soluciones que mejoran los rendimientos del TCP en los entornos ad hoc inalámbricos [ATCP - Ad hoc Transport Control Protocol] [SNOOP] [TCPF - Transport Control Protocol Feedback]. Estas soluciones, que operan frecuentemente solamente en el origen, permiten mejorar los rendimientos del transporte de datos en las redes móviles ad hoc, pero no protegen los flujos críticos como los resultantes de los servicios VoIP. Por otro lado, otros enfoques modifican el protocolo TCP utilizando los mecanismos de gestión de la congestión "salto a salto" o "enlace a enlace" (más conocido en inglés por "hop by hop") , escrito, por ejemplo, en la publicación de Y.Yi abd S.Shakkottai "Hop-by-Hop Congestion Control over a wireless Multi-hop Network" IEEE/ACM Transaction on Networking, junio de 2007. Los nodos intermedios vuelven a subir unas notificaciones con destino a los nodos precedentes en el camino recorrido por el mensaje. Estos enfoques permiten una adaptación del TCP más precisa y más rápida pero no se ocupan de la protección de los flujos en tiempo real. También, los mecanismos de retransmisión quedan como mecanismos de punta a punta. Por otro lado, los mecanismos de calidad de servicio QoS IP clásicos tales como planificación (en inglés scheduling)

o de formateo (shaping en el acrónimo inglés) no permiten responder al problema expuesto anteriormente. Estos mecanismos tienen una visión demasiado local del entorno. En efecto, un nodo no tiene conocimiento más que del estado de sus colas de espera. Los nodos no conocen con precisión el nivel de competición para transmitir unos flujos en el medio y la naturaleza del tráfico que circula en el medio.

Otras soluciones propuestas por la técnica anterior implementan un transporte de datos del tipo "almacenamiento y transmisión". Cuando una entidad recibe un mensaje, lo conserva hasta que lo transmite a su vez a un nodo intermedio o al destino. La información se transmite de manera atomizada (se transmite completamente en cada enlace) y es, generalmente pero no necesariamente autosuficiente, lo que es el caso por ejemplo, para un correo, un video, un documento de texto. Los nodos intermedios tienen por tanto una gran cantidad de memoria a su disposición. Estos paradigmas de la comunicación son similares a los definidos en la arquitectura de la Internet que transporta los correos [SMTP] o en la arquitectura de comunicación destinada a las redes tolerantes a retardos [DTNRG]. En [OTT06], los presentes autores muestran el potencial de uno de tales transportes en el marco de las redes ad hoc móviles en términos de rendimientos cuando el transporte en cada salto se efectúa utilizando UDP (User Datagram Protocol) a tasa constante (CBR: Constant Bit Rate) .

[OTT06] J. Ott, D. Kutscher y C. Dwertmann, "Integrating DTN and MANET routing", en Proc. CHANTS, 2006.

[RFC821]-RFC 821:-Simple-Mail-Transfer Protocol (SMTP) . J. Postel.

[SNOOP] Hari Balakrishnan, Srinivasan Seshan y Randy H. Katz, "Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks", ACM Wireless Networks, 1995.

[TCPF] K. Chandran, S. Raghunathan, S. Venkatesan y R. Prakash, "A feedback based scheme for improving TCP performance in Ad-Hoc wireless networks", en Proc. of the International Conference on Distributed ComputingSystems (ICDCS'98) , Ámsterdam, Holanda, mayo de 1998.

[ATCP] J. Liu and S. Singh, "ATCP: TCP for mobile ad hoc networks", IEEE JSAC, vol. 19, nº 7, págs. 1300-1315, julio de 2001.

El inconveniente por ejemplo, de la solución de transporte descrita en [OTT06] es que implica unas transferencias atomizadas "salto a salto" entre el origen y el destino y utiliza un transporte UDP CBR en cada salto. Por lo tanto se muestra demasiado agresiva para los flujos en tiempo real y no es robusta puesto que no se prevé ningún mecanismo de retransmisión.

El objetivo de la presente invención es implementar un nuevo enfoque en el que la información se transmite no en forma de paquetes sino en forma de mensajes que contienen la información que puede ser autosuficiente y que se transfiere de entidades en entidades de manera atomizada. La invención se refiere a un procedimiento para transportar unos datos en una red inalámbrica ad hoc, la red comprende varios nodos en su configuración en un momento dado, un nodo de origen, un nodo de destino y varios nodos intermedios caracterizada porque comprende en el nivel de cada uno de los nodos al menos las etapas siguientes:

dividir el mensaje M a transmitir en N paquetes Pi, proporcionar un paquete Pi a las capas (C4, C5) de dicho nodo, Mientras que queden paquetes Pi por transmitir, medir unos parámetros que indican la calidad de los flujos en tiempo real en tránsito en dicho nodo, autorizar o no la transmisión de dichos paquetes Pi comparando los valores de los parámetros medidos con unos valores de umbral, Si la transmisión se autoriza, entonces transmitir el paquete Pi en la capa MAC o en la capa de red.

Mientras que el paquete no haya sido enviado por la capa de red hacia otro nodo que forme parte de la ruta elegida, para transmitir este paquete... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para transportar unos datos en una red inalámbrica ad hoc, comprendiendo la red varios nodos en una configuración en un instante dado, un nodo de origen (1) , un nodo de destino (3) y varios nodos intermedios (2i) caracterizado porque comprende en el nivel de cada uno de los nodos al menos las etapas siguientes:

dividir el mensaje M a transmitir en N paquetes Pi, se proporciona un paquete Pi a las capas (C4, C5) de dicho nodo (2i) , Mientras que queden paquetes Pi por transmitir:

medir los parámetros que indican la calidad de los flujos en tiempo real en tránsito sobre dicho nodo (2i) , autorizar o no la transmisión de dichos paquetes Pi comparando los valores de los parámetros medidos con unos valores de umbral (16, 17) , Si la transmisión se autoriza, entonces transmitir uno de dichos paquetes Pi a la capa de Medium Access Control, abreviada en lo que sigue como MAC, o a la capa de red.

Mientras que el paquete no haya sido enviado por la capa de la red hacia otro nodo que forme parte de la ruta elegida, para transmitir este paquete hacia el nodo de destino:

medir los parámetros que indican la calidad de los flujos en tiempo real en tránsito sobre dicho nodo (2i) , autorizar o no la transmisión comparando los valores de los parámetros medidos con unos valores de umbral (16, 17) , Si la transmisión no se autoriza:

retirar Pi de la cola de espera de la capa MAC (si es posible) , volver al comienzo del bucle principal, es decir a la etapa en la que el procedimiento trata de transmitir de nuevo este paquete Pi, Verificar que dicho paquete Pi transmitido se ha recibido bien utilizando un mecanismo de indicación de la recepción y si el paquete ha sido recibido bien, pasar al paquete siguiente Pi+1.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque entre los dos intentos para transmitir un paquete Pi, el procedimiento aplica un retardo de espera constante o variable.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque después de haber retirado el paquete de la cola de espera, el procedimiento activa un mecanismo de tiempo de espera.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el mecanismo de tiempo de espera es un mecanismo de Back off del tipo Additive Increase Multiplicative Decrease, AIMD.

5. Dispositivo que permite transportar unos flujos de datos en una red que comprende varios nodos en una configuración dada en un instante dado y que dispone unos medios para ejecutar las etapas del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende en combinación al menos los elementos siguientes:

√ Una base de datos (12) que almacena el o los mensajes a transmitir, √ Un módulo de control de la congestión (20) ligado a dicha base de datos, √ Un planificador que tiene por entradas los mensajes almacenados en la base de datos, la ruta determinada para un mensaje por una tabla de enrutado (13) y una tabla de los nodos vecinos (14) , y una información resultante de un módulo receptor (19) , √ Un módulo que comprende un protocolo de transporte oportunista (16) que recibe las informaciones del planificador (15) y un módulo de medición (17) , estando adaptado dicho protocolo de transporte oportunista para dividir un mensaje a transmitir en N paquetes Pi, y transmitir los dichos paquetes a la capa de red de dicho nodo, comprendiendo dicho módulo un contador (22) , √ Un módulo (18) adaptado para decidir si el nodo actual está capacitado para aceptar una transferencia entrante de mensajes.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el módulo de medición (17) está adaptado para medir unos valores de parámetros medidos localmente y/o en la vecindad de un nodo.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque los parámetros medidos son la variación media y la tasa de pérdida media de los flujos en tiempo real en tránsito en la zona de cobertura de dicho nodo.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la red es una red ad hoc.