Procedimiento de asignación de recursos en una red de comunicación móvil y de malla con limitación de las interferencias entre clústeres y sistema que implementa el procedimiento.

Procedimiento de asignación de recursos de comunicación en una red móvil de malla que comprende unapluralidad de nodos que se comunican entre sí por medio de enlaces de radio,

estando dichos recursos decomunicaciones constituidos por al menos una ventana temporal que comprende al menos una pluralidad deintervalos de tiempo 5 durante los cuales a dichos nodos se les permite o no comunicar, estando dicha red de mallaestructurada en una pluralidad de clústeres (Ci) que comprenden cada uno al menos un nodo, estando dichoprocedimiento caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas:

• una etapa de generación de una tabla (500) de configuraciones comprendiendo cada una un índice deprioridad de asignación diferente para cada intervalo de tiempo de dicha ventana temporal, variando dichosíndices de 0 a n-1, siendo n un número entero estrictamente positivo igual al número de intervalos de tiempo;

• una etapa de asignación de una configuración, entre el conjunto generado de configuraciones, a cada clústerde tal modo que un número Np predeterminado, estrictamente positivo, de índices de prioridad no seanasignados a los mismos intervalos para los clústeres que son adyacentes entre sí;

• una etapa de asignación de los intervalos de tiempo a las comunicaciones dentro del clúster en el orden delas prioridades definidas en la configuración asignada a dicho clúster.

Procedimiento de asignación de recursos en una red de comunicación móvil y de malla con limitación de las interferencias entre clústeres y sistema que implementa el procedimiento La presente invención se refiere al campo de las redes de comunicaciones móviles y de malla, por ejemplo las redes móviles ad hoc. La invención también se refiere a las redes móviles celulares. Este tipo de redes comprenden una pluralidad de nodos interconectados entre sí a través de enlaces de radio. Los nodos de la red son unos equipos de comunicación por radio, por ejemplo un terminal informático equipado con una conexión wifi, un teléfono portátil o cualquier otro dispositivo de comunicación inalámbrico. Un nodo también puede designar un vehículo móvil que lleva incorporado un dispositivo inalámbrico de comunicación.

La invención se refiere de manera más particular a la asignación de recursos de comunicación temporales en una red móvil, en particular el acceso múltiple al medio de transmisión por división en el tiempo (TDMA) .

Las redes móviles ad hoc se caracterizan por una capacidad para organizarse, sin una infraestructura predefinida, para garantizar el transporte de comunicaciones con una calidad específica y para configurarse de forma automática con el fin de cumplir con los requerimientos de despliegue del sistema. Además, una red de este tipo debe poder garantizar su mantenimiento de manera autónoma, en particular al ser móviles los nodos de la red, la topología de la red debe poder actualizarse de forma permanente.

En una red móvil ad hoc, resulta indispensable diseñar y aplicar un método de acceso simultáneo a los recursos de transmisión para evitar que las comunicaciones simultáneas entre varios usuarios o grupos de usuarios interfieran entre sí.

El problema de la supresión o de la limitación de las interferencias entre usuarios en una red móvil es crucial ya que afecta directamente a la calidad de servicio que puede proporcionar dicha red.

La problemática de las interferencias entre usuarios en una red inalámbrica se trata de formas diferentes en el estado de la técnica.

En primer lugar, se conocen las soluciones basadas en la aplicación de protocolos específicos de transporte que integran unos métodos de control y de corrección de los errores vinculados a las interferencias a costa de una reducción de la velocidad útil. Por ejemplo, los métodos de tipo ARQ « Automatic Repeat Request », FEC « Forward Error Correcting » o H-ARQ « Hybrid Automatic Repeat Request » se utilizan para luchar contra las perturbaciones generadas por las interferencias de las comunicaciones entre usuarios, pero estos introducen o bien unos datos de redundancia que afectan al flujo útil o bien un plazo adicional de transmisión a veces incompatible con determinadas aplicaciones en tiempo real como la voz en IP. A título de ejemplo, el documento [1] presenta un estudio de los protocolos de transporte que permiten luchar contra el fenómeno de interferencias en una red inalámbrica.

Otros métodos conocidos se basan en el empleo de protocolos de enrutamiento, aplicados en la capa de red, con el objetivo de maximizar el aprovechamiento de los recursos de la red inalámbrica. A título de ejemplo, el método que se describe en el documento [2] se basa en una estimación de las interferencias generadas por las comunicaciones, el que se describe en el documento [3] tiene en cuenta una anticipación de las futuras interferencias.

Por último, existen unos métodos de acceso simultáneo a los recursos físicos del medio de transmisión que se aplican en la capa física o en la capa MAC. Estos métodos buscan compartir los recursos entre los diferentes usuarios de forma que se eviten las colisiones.

El método de acceso múltiple CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) utiliza un mecanismo para evitar las colisiones entre comunicaciones basado en un principio de acuse de recibo recíproco entre el emisor y el receptor. Si la red está saturada, la transmisión se difiere. En caso contrario, si el medio de transmisión está disponible durante un tiempo dado, la transmisión se realiza durante este tiempo. El emisor transmite un mensaje que contiene información sobre el volumen de los datos que desea emitir y su velocidad de transmisión. El receptor envía un mensaje al emisor que le informa de que el medio está disponible para una emisión, a continuación el emisor comienza a emitir sus datos. Una vez recibidos todos los datos emitidos, el receptor envía un acuse de recepción al emisor. Todos los emisores vecinos esperan entonces durante un tiempo estimado como necesario para la transmisión del volumen de información que hay que emitir. El método de acceso CSMA/CA lo utilizan, en particular, las redes Wifi.

El método de acceso múltiple CDMA (Code division multiple access) se refiere a un sistema de codificación de las transmisiones, basado en la técnica de ensanchamiento de espectro. Varios enlaces digitales pueden utilizar la misma frecuencia portadora por medio de un código de ensanchamiento asignado a cada uno. El receptor utiliza el mismo código de ensanchamiento para demodular la señal que recibe y extraer la información útil. Los códigos de ensanchamiento utilizados tienen una propiedad de ortogonalidad que garantiza que se eviten las colisiones entre comunicaciones de diferentes usuarios. El código en sí mismo no transporta ninguna información útil. La operación de desensanchamiento en la recepción precisa importantes capacidades de cálculo, por lo tanto unos componentes más caros.

El método de acceso múltiple FDMA (Frequency division multiple access) consiste en una división de la banda de frecuencias útil en sub-bandas de tal modo que se asigna una parte del espectro a cada usuario. De este modo, se reducen las colisiones entre usuarios que no comunican en las mismas frecuencias.

Se conocen por último los métodos de acceso múltiple TDMA (Time division multiple access) basados en una división en el tiempo de los recursos y del acceso múltiple al medio de transmisión. Estos métodos aplican una división temporal en ventanas 100 discontinuas cada una con una duración igual a un periodo T predeterminado. Cada ventana temporal 100 se divide en una pluralidad S de segmentos de tiempo 110 con una duración T/I también llamados intervalos 110. Un ejemplo de división temporal en ventanas 100 e intervalos 110 se representa en la figura 1. Cuando un terminal quiere comunicarse con otro, acuerdan entre la elección de los intervalos 110 de tiempo durante los cuales se va a realizar la comunicación teniendo en cuenta las comunicaciones realizadas por los demás terminales del entorno con el fin de evitar todas las colisiones con estos. Este método garantiza la calidad de servicio, pero precisa la sincronización entre sí de todos los terminales de la red así como el conocimiento de las comunicaciones que realizan los demás terminales para hacer en todo momento una buena elección de asignación de los intervalos de tiempo a cada usuario. Este método precisa, por lo tanto, la cooperación entre los terminales para funcionar, lo que puede plantear problemas para las redes de gran tamaño.

Para realizar esta cooperación en una red de malla sea cual sea su tamaño, un método consiste en introducir una jerarquía entre los terminales. Los terminales se reagrupan de este modo en sub-conjuntos, también llamados clústeres, en los cuales un único terminal, llamado cluster head, actúa como administrador y tiene como función la secuenciación de las comunicaciones en los intervalos de la ventana temporal TDMA para todos los terminales del clúster vigilando que no haya colisiones entre las comunicaciones de cada terminal. Los demás terminales del clúster tienen un enlace directo con el cluster head, o bien son miembros si solo están conectados a miembros del clúster, o bien nodos de retransmisión si tienen un enlace con un terminal que pertenece a otro clúster.

En la figura 2 se representa un ejemplo de topología de red de malla sin una jerarquía específica. La misma red organizada en clústeres se representa en la figura 3. Cada clúster se identifica por su terminal cluster head, identificado por la letra C y un número, y por un círculo con un radio sustancialmente igual al alcance de un enlace de radio entre dos terminales. Los terminales situados en el interior de un círculo pertenecen al clúster i gestionado por el terminal cluster head Ci.

Dicha organización en clústeres permite delegar la asignación de los recursos a determinados terminales para un grupo de terminales adyacentes. Cada clúster gestiona sus comunicaciones con independencia de los demás clústeres, lo que permite una... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de asignación de recursos de comunicación en una red móvil de malla que comprende una pluralidad de nodos que se comunican entre sí por medio de enlaces de radio, estando dichos recursos de comunicaciones constituidos por al menos una ventana temporal que comprende al menos una pluralidad de intervalos de tiempo durante los cuales a dichos nodos se les permite o no comunicar, estando dicha red de malla estructurada en una pluralidad de clústeres (Ci) que comprenden cada uno al menos un nodo, estando dicho procedimiento caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas:

○ una etapa de generación de una tabla (500) de configuraciones comprendiendo cada una un índice de prioridad de asignación diferente para cada intervalo de tiempo de dicha ventana temporal, variando dichos 10 índices de 0 a n-1, siendo n un número entero estrictamente positivo igual al número de intervalos de tiempo;

○ una etapa de asignación de una configuración, entre el conjunto generado de configuraciones, a cada clúster de tal modo que un número Np predeterminado, estrictamente positivo, de índices de prioridad no sean asignados a los mismos intervalos para los clústeres que son adyacentes entre sí;

○ una etapa de asignación de los intervalos de tiempo a las comunicaciones dentro del clúster en el orden de 15 las prioridades definidas en la configuración asignada a dicho clúster.

2. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque la generación de la tabla (500) de configuraciones se realiza al menos por medio de las siguientes etapas:

○ una etapa de inicialización (900) de los índices de prioridad de la primera configuración en unos valores dados; 20 ○ para cada configuración con índice c que varía de 2 al número de configuraciones total Nc,

▪ una etapa (901) de generación de una secuencia MINc que comprende n valores asociados a los n intervalos de tiempo, el valor MINc (s) de la secuencia MINc asociada a un intervalo con índice s en la ventana temporal se considera igual al índice mínimo entre los índices de prioridad de dicho intervalo con índice s en todas las configuraciones anteriormente generadas;

▪ una etapa (902) de generación de una secuencia SUMc, que comprende n valores asociados a los n intervalos de tiempo, el valor SUMc (s) de la secuencia SUMc asociada a un intervalo con índice s en la ventana temporal se considera igual a la suma de los índices de prioridad de dicho intervalo con índice s para todas las configuraciones anteriormente generadas;

▪ una etapa (903) de separación de los índices de prioridad entre índices de prioridad obligatoria e índices de prioridad opcional, siendo los índices de prioridad obligatoria estrictamente inferiores al ratio n/c, siendo los índices de prioridad opcional superiores al ratio n/c;

▪ una etapa (904) de asignación de la prioridad obligatoria con índice p al intervalo de tiempo con índice s para el cual la secuencia MINc presenta un valor máximo, si varios intervalos cumplen esta condición, entonces la prioridad obligatoria con índice p es asignada al intervalo para el cual al secuencia SUMc

presenta una valor máximo;

▪ una etapa (905) de asignación de la prioridad opcional con índice p al intervalo de tiempo con índice s para el cual la secuencia SUMc presenta un valor máximo, si varios intervalos cumplen esta condición, entonces la prioridad opcional con índice p es asignada al intervalo para el cual la secuencia MINc presenta un valor máximo.

3. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la generación de una tabla diferente (500, 510) de configuraciones se realiza para cada grupo (G1, G2) de clústeres que solo comprende clústeres adyacentes entre sí, realizándose la etapa de inicialización (900) a partir de la configuración asignada a un clúster de dicho grupo que también pertenece a otro grupo o a partir de una configuración arbitraria cuando ninguno de los clústeres miembro de dicho grupo es también miembro de otro grupo.

4. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque a cada clúster se le asigna la configuración con el índice c mínimo en la tabla de configuraciones que aun no se ha asignado a otro clúster.

5. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el interior de un clúster, las comunicaciones se prohíben en los intervalos asociados a un índice de 50 prioridad superior a un umbral predeterminado.

6. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en cada clúster, un nodo ejecuta la función de clúster principal, ejecutando este nodo la etapa de asignación de los intervalos de tiempo a las comunicaciones dentro del clúster en función de su índice de prioridad.

7. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado

porque la etapa de asignación de las configuraciones a cada clúster se realiza mediante unos medios distribuidos que comprenden al menos la difusión, por cada clúster, de su índice de configuración a sus clústeres adyacentes.

8. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha red es una red celular y el nodo principal de clúster es una estación de base.

9. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ventana temporal es una ventana TDMA.

10. Procedimiento de asignación de recursos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es implementado por las capas MAC y/o red de la pila de protocolo de cada nodo.

11. Sistema de comunicación destinado a ser instalado en un nodo (Ci) móvil que comunica en el interior de una red móvil ad hoc caracterizado porque dicho sistema comprende unos medios adaptados para implementar el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Red móvil ad hoc que comprende una pluralidad de nodos (Ci) que se comunican entre sí caracterizado porque cada uno de dichos nodos (Ci) comprende un sistema de comunicación incorporado de acuerdo con la reivindicación 11.