Ad hoc predictivo.

Un método para el encaminamiento en una red de comunicación inalámbrica que comprende una pluralidad denodos,

comprendiendo el método las etapas de:

obtener información del estado del enlace entre nodos;

actualizar un elemento de encaminamiento con la información del estado del enlace obtenida, comprendiendoel elemento de encaminamiento la información del estado del enlace previamente almacenada, caracterizadopor:

terminar una ruta de acuerdo con un procedimiento predictivo, anticipando o extrapolando el procedimientopredictivo un estado de futuro cercano de la información del estado del enlace almacenada en el elemento deencaminamiento basándose en un parámetro de desvanecimiento o en un parámetro de velocidad devariación; y

encaminar tráfico de acuerdo con la citada ruta determinada.

Ad hoc predictivo.

Campo de la Invención La presente invención se refiere a un sistema, método y aparato de encaminamiento en particular para una red basada en ad hoc en un entorno de telefonía móvil o estática utilizando un modelo de encaminamiento predictivo.

Antecedentes de la Invención La comunicación inalámbrica entre usuarios de móviles se está haciendo cada vez más popular a medida que los dispositivos y la tecnología se desarrollan. El despliegue de la infraestructura se está expandiendo tanto dentro de los sistemas tanto de telecomunicación como de los sistemas de red de datos. Hoy en día también los sistemas de telecomunicación están utilizando cada vez más las redes de paquetes conmutados y la tendencia es clara hacia este esquema de encaminamiento basado en paquetes. Este sistema ha sido utilizado durante muchos años en los sistemas basados en red de datos y por ello existen muchos protocolos de encaminamiento estandarizados para este propósito. No obstante, no están preparados para topografías de red que cambian rápidamente como por ejemplo las llamadas redes ad hoc.

Las redes ad hoc inalámbricas se caracterizan porque no tienen la misma naturaleza estática que una infraestructura de red de cable ordinaria, sino que la red basada en ad hoc no tiene un control centralizado y se crea a menudo de una manera espontánea. Mantiene el control mediante un concepto descentralizado. Los nodos pueden ser conectados o desconectados de una manera no controlada en comparación con las arquitecturas de red fija estándar; los nodos pueden ir y venir rápidamente, lo que lleva a una topología de red que cambia dinámicamente. En algunos casos las redes ad hoc están formadas por los propios dispositivos de usuario/cliente como componentes de infraestructura. Estos componentes son entonces verdaderamente móviles en el sentido de que los usuarios se mueven de un sitio a otro, entran y salen de una celda de la red, y por lo tanto la infraestructura se moverá de un sitio a otro de manera correspondiente. Esta es una interesante manera de construir una infraestructura pero establece muy altas demandas en el protocolo de encaminamiento.

Otros problemas en un entorno inalámbrico son debidos a cuestiones específicas de radio que degradarán el rendimiento y la eficiencia del flujo en la red. Puede haber problemas de desvanecimiento debido al movimiento de los nodos de infraestructura o al movimiento de objetos en el entorno de radio, y puede haber problemas debido a interferencias de otras fuentes de radio dentro del alcance.

Estos tipos de topografías han sido utilizados en el entorno militar pero ahora están migrando también al área civil. Los sistemas inalámbricos se utilizan ahora para construir rápidamente áreas de infraestructura para, por ejemplo, acceso de banda ancha inalámbrico en áreas residenciales o en áreas comerciales. Pueden ser utilizados para construir infraestructura temporal, por ejemplo en una situación de emergencia, en un área catastrófica o en el campo de batalla con propósitos militares. También podrían ser utilizados para construir áreas de cobertura de acceso temporal durante eventos como, por ejemplo, conciertos, conferencias, reuniones o áreas turísticas en temporada. En estos tipos de áreas no es necesario tener cobertura todo el año, sino sólo durante periodos específicos.

Hoy en día, varios Proveedores de Servicios de Internet (ISP – Internet Service Providers, en inglés) ofrecen acceso inalámbrico en áreas públicas o semipúblicas tales como aeropuertos, restaurantes, cafeterías y hoteles utilizando sistemas de infraestructura inalámbrica fija. Estos sistemas se denominan a menudo hotspots (en inglés) (lugares con red inalámbrica) .

Dado que la demanda de los usuarios para obtener acceso aumenta considerando cobertura y ancho de banda, una manera de expandir el área de cobertura inalámbrica o el ancho de banda es instalar más componentes de infraestructura; no obstante, hacer esto con componentes inalámbricos fijos normales resulta caro y por ello ha surgido la idea de construir redes utilizando encaminadores inalámbricos. En este caso pueden utilizarse protocolos de encaminamiento ad hoc para tener un procedimiento de instalación simplificado.

Existen básicamente dos tipos de usos de la red cuando se explican las redes ad hoc; el primero es la construcción de una red de área local sin ninguna puerta de enlace externa que proporcione acceso a una red externa, por ejemplo Internet. Este esquema puede ser encontrado en instalaciones relativas a áreas catastróficas o instalaciones militares en el campo de batalla. La otra y probablemente la de uso más común es cuando una o varias puertas de enlace proporcionan a la red conexiones externas hacia, por ejemplo, una red basada en IP (privada o pública, por ejemplo Internet) . En tal configuración de red, los paquetes de datos pueden tomar diferentes rutas y/o utilizar diferentes puertas de enlace dependiendo, por ejemplo, del tipo de tráfico, de las congestiones o del coste de encaminamiento.

Los esquemas de encaminamiento basados en paquetes a menudo construyen sistemas de red de comunicación alrededor de un modelo de capas, por ejemplo, el modelo de referencia de OSI. El software o el hardware de comunicación se dividen en varias sub-unidades más pequeñas, capas, que trabajan de una manera jerárquica. Los parámetros de control de la información y de la comunicación son pasados hacia arriba y hacia abajo localmente y entre las mismas capas entre los extremos de emisión y de recepción. Cada una de tales capas es responsable de diferentes tareas en el orden de la comunicación. Por lo que respecta al encaminamiento las primeras tres capas de acuerdo con el modelo de referencia de OSI son las más importantes.

La Capa 1 es responsable de la transmisión física de bits de datos; ejemplos de medio físico pueden ser, por ejemplo, el enlace por cable en una red basada en Ethernet o un enlace inalámbrico en una Red de Área Local inalámbrica (WLAN – Wireless Local Area Network, en inglés) .

La Capa 2 se denomina a menudo la capa de Enlace o la capa de MAC y es responsable de transmitir bloques de datos, detección de error y coordinación de recurso de red.

La Capa 3 se denomina a menudo la capa de Red; es responsable de permitir la comunicación entre cualquier par de nodos de la red. Esta capa, por ejemplo, se encarga de los cálculos de encaminamiento y del control de la congestión. Con este propósito se han desarrollado diferentes protocolos de encaminamiento dependiendo del tipo de red.

Los protocolos en las redes basadas en IP se basan generalmente en algoritmos de encaminamiento que utilizan un vector de distancia o información acerca del estado del enlace para encontrar y guardar una ruta para cada par de nodos de fuente y de destino de la red. En principio, en los algoritmos de encaminamiento de vector de distancia, cada encaminador transmite la distancia hasta todos los anfitriones a sus encaminadores vecinos, y cada encaminador que recibe la información calcula la ruta más corta hasta cada uno de los anfitriones de la red. En los algoritmos de encaminamiento de estado del enlace, cada encaminador transmite la información acerca del estado de cada uno de sus enlaces de red adyacentes a sus encaminadores vecinos, y cada encaminador que recibe la información mantiene la base de datos de toda la imagen de la red a partir de la información del estado de enlace y calcula la ruta más corta hasta cada anfitrión basándose en los costes del enlace en la base de datos. Estos algoritmos de encaminamiento están diseñados para redes relativamente estáticas, y así, deben diseñarse nuevos algoritmos de encaminamiento para redes ad hoc, cuya topología cambia frecuentemente.

Existen básicamente dos categorías de protocolos de encaminamiento existentes para redes ad hoc. Éstos son los protocolos de encaminamiento “proactivos” (dirigidos por una tabla) y “reactivos” (bajo demanda) . También son posibles protocolos que tengan combinaciones de estos protocolos.

Los protocolos de encaminamiento proactivos calculan constante y periódicamente una ruta hasta todos los anfitriones de la red ad hoc, y así siempre hay una ruta disponible cuando un paquete necesita ser enviado a un anfitrión de destino particular. Los resultados se guardan en tablas de encaminamiento en todos los nodos.

Con el fin de mantener rutas hasta cada anfitrión, se intercambian mensajes de control entre los encaminadores para notificar cambios en la configuración de la red y en el estado del enlace. Los protocolos de encaminamiento de vector de distancia y de estado del enlace están clasificados ambos como protocolos... [Seguir leyendo]

1. Un método para el encaminamiento en una red de comunicación inalámbrica que comprende una pluralidad de nodos, comprendiendo el método las etapas de:

obtener información del estado del enlace entre nodos; actualizar un elemento de encaminamiento con la información del estado del enlace obtenida, comprendiendo el elemento de encaminamiento la información del estado del enlace previamente almacenada, caracterizado por:

determinar una ruta de acuerdo con un procedimiento predictivo, anticipando o extrapolando el procedimiento predictivo un estado de futuro cercano de la información del estado del enlace almacenada en el elemento de encaminamiento basándose en un parámetro de desvanecimiento o en un parámetro de velocidad de variación; y encaminar tráfico de acuerdo con la citada ruta determinada.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el citado procedimiento predictivo comprende un protocolo de encaminamiento ad hoc reactivo.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el citado procedimiento predictivo comprende un protocolo 20 de encaminamiento ad hoc proactivo.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el procedimiento predictivo comprende una combinación de los protocolos de encaminamiento ad hoc reactivo y proactivo.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada etapa de obtener obtiene información del estado del enlace inalámbrico a partir de medidas de al menos uno de dispersión de Doppler, tiempo de coherencia, duración media del desvanecimiento, potencia de la señal o relación de señal a ruido de interferencia.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el citado procedimiento predictivo para el citado protocolo

de encaminamiento ad hoc reactivo comprende la etapa de obtener información acerca del estado del enlace a partir de RREP modificada, mensajes de Saludo, Reconocimientos o mensajes de RERR.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el citado procedimiento predictivo para el citado protocolo de encaminamiento ad hoc proactivo comprende la etapa de modificar una tabla de encaminamiento con un campo 35 de estado de la ruta con información acerca del estado del enlace.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada información del estado del enlace comprende el estado de energía de los nodos de la red.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada información del estado del enlace comprende un número de señales NACK o ACK entre nodos de la red.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada información del estado del enlace comprende un número de errores de bit en una comunicación entre nodos de la red. 45

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada información del estado del enlace comprende información acerca de la propiedad de los nodos de la red.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la citada comunicación inalámbrica está 50 basada en la radiación electromagnética con una frecuencia en el intervalo de 100 kHz a 100 PHz.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la citada comunicación inalámbrica es una o varias de IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, HiperLAN, HomeRF, Bluetooth, IR, UWB, JTRS, 3G, GPRS y EDGE.

14. Un nodo (800) para el encaminamiento en una red de comunicación inalámbrica de multi-salto, comprendiendo el citado nodo:

un medio de obtención del estado del enlace (3001) para obtener la información del estado del enlace de otros nodos de la red;60 un medio para monitorizar el estado del enlace (102) , para transmitir la información del estado del enlace a un medio de encaminamiento; en el que el nodo comprende también un medio de encaminamiento,

caracterizado por

un medio de encaminamiento (101) para determinar una ruta de acuerdo con la citada información de la calidad del enlace utilizando un procedimiento predictivo, anticipando o extrapolando el procedimiento predictivo un estado en el futuro cercano de la información del estado del enlace basándose en un parámetro de desvanecimiento o en un parámetro de velocidad de variación; y que el citado medio de encaminamiento (101) encamine el tráfico de acuerdo con la ruta determinada.

15. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la citada comunicación inalámbrica está basada en la radiación electromagnética con una frecuencia en el intervalo de 100 kHz a 100 PHz.

16. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la citada comunicación inalámbrica es una o varias de IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, HiperLAN, HomeRF, Bluetooth, IR, UWB, JTRS, 3G, 10 GPRS y EDGE.

17. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el citado procedimiento predictivo comprende un protocolo de encaminamiento ad hoc reactivo.

18. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el citado procedimiento predictivo comprende un protocolo de encaminamiento ad hoc proactivo.

19. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el citado procedimiento predictivo comprende una combinación de los protocolos de encaminamiento ad hoc reactivo y proactivo.20

20. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la citada información del estado del enlace es la información del estado del enlace de radio dada por la medida de al menos uno de dispersión de Doppler, tiempo de coherencia, duración media del desvanecimiento, potencia de la señal o relación de señal a ruido de interferencia.

21. El nodo (800) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 ó 20, caracterizado porque el citado procedimiento predictivo para el citado protocolo de encaminamiento ad hoc reactivo obtiene información acerca del estado del enlace y del estado del canal de radio a partir de RREP modificada, mensajes de Saludo, Reconocimientos o mensajes de RERR.

22. El nodo (800) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 ó 20, caracterizado porque el citado procedimiento predictivo para el citado protocolo de encaminamiento ad hoc proactivo tiene una tabla de encaminamiento modificada que contiene un campo del estado de la ruta con información acerca del estado del enlace de radio.

23. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la citada información del estado del enlace comprende el estado de energía de los nodos de la red.

24. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la citada información del estado del 40 enlace comprende un número de señales NACK o ACK entre nodos de la red.

25. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la citada información del estado del enlace comprende el número de errores de bit entre los nodos de la red.

26. El nodo (800) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la citada información del estado del enlace comprende información acerca de la propiedad de los nodos de la red.

27. Un sistema para el encaminamiento en una red de comunicación inalámbrica de multi-salto que comprende una pluralidad de nodos de red, en el que al menos un nodo de la pluralidad de nodos de la red es un nodo de acuerdo 50 con cualquiera de las reivindicaciones 14-26.

28. Un programa de ordenador para controlar el encaminamiento en una red de comunicación inalámbrica de multisalto que comprende:

un primer conjunto de instrucciones para obtener información del estado del enlace entre nodos, caracterizado porque el programa de ordenador comprende también un segundo conjunto de instrucciones para determinar una ruta utilizando la citada información del estado del enlace obtenida en una procedimiento predictivo, anticipando o extrapolando el procedimiento predictivo un estado de futuro cercano de la información del estado del enlace almacenada en el elemento de 60 encaminamiento basándose en un parámetro de desvanecimiento o en un parámetro de velocidad de variación; y un tercer conjunto de instrucciones que encamina tráfico de acuerdo con la citada ruta determinada.

29. El método de la reivindicación 1, que comprende también, cuando se detecta un fallo de encaminamiento de un paquete de datos, retransmitir el citado paquete de datos a través de una ruta diferente determinada utilizando un procedimiento predictivo que utiliza información del estado del enlace de los nodos de infraestructura en la red inalámbrica, anticipando o extrapolando el procedimiento predictivo un estado de futuro cercano del estado del enlace almacenado en el elemento de encaminamiento basándose en un parámetro de desvanecimiento o en un parámetro de velocidad de variación.