Método para la comunicación entre nodos en una red inalámbrica.

Un método para la comunicación entre nodos en una red inalámbrica,

en particular en una red inalámbrica ad hoco de malla, en el que se proporcionan múltiples canales inalámbricos con diferentes bandas de frecuencia y en elque dichos nodos están habilitados para funcionar sobre dichos canales diferentes, en el que cada uno de dichosnodos tiene asignado un canal local en el que reside habitualmente, caracterizado por que un nodo que deja sucanal local y conmuta a otro de dichos múltiples canales - canal de operación temporal - proporciona informaciónacerca de dicho canal temporal de operación sobre dicho canal local del nodo.

Método para la comunicación entre nodos en una red inalámbrica La presente invención se refiere a un método para la comunicación entre nodos en una red inalámbrica, en particular en una red inalámbrica ad hoc o una red de malla, en las que se proporcionan múltiples canales inalámbricos con diferentes bandas de frecuencia y en las que dichos nodos están habilitados para operar sobre dichos canales diferentes.

En los últimos años, las redes ad hoc y las redes de malla inalámbricas (WMN) han emergido como una nueva tecnología que se puede usar para instalar una infraestructura inalámbrica en áreas residenciales, campus, comunidades e incluso áreas metropolitanas. Para las redes ad hoc y WMN, IEEE 802.11 es una tecnología inalámbrica interesante porque es madura, barata y está ampliamente disponible. Muchas nuevas aplicaciones son posibles con el modo ad hoc de IEEE 802.11, como por ejemplo para la conexión en una red de malla, la conexión en red de futuros hogares, la comunicación de automóvil a automóvil y de automóvil a infraestructura, etc. Un problema importante en las redes ad hoc y WMN basadas en IEEE 802.11 es que su capacidad de red está más bien limitada porque todos los nodos operan sobre un canal único. Consecuentemente, la capacidad de la red ad hoc está limitada a la capacidad del canal.

En general, hay dos enfoques para la mejora de la capacidad explotando múltiples bandas de frecuencia en las redes ad hoc y WMN: la extensión de MAC (Control de Acceso al Medio) y la extensión del enrutamiento. Las extensiones de enrutamiento (como se describen por ejemplo en el documento de R. Draves y otros: Routing in Multi-Radio, Multi-Hop, Wireless Mesh Networks, en ACM MobiCom'04, septiembre de 2004, y en el documento de A.Raniwala y otros: Architecture and Algorithms for an IEEE 802.11 - Based MultiChannel Wireless Mesh Network, en IEEE Infocom 2005, marzo de 2005) usualmente requiere que los nodos tengan múltiples interfaces inalámbricas de red con diferentes NIC (Tarjeta de Interfaz de Red) sintonizadas a los diferentes canales.

Por otra parte, la extensión de MAC habitualmente requiere solo una interfaz de red y de este modo es más atractiva. La extensión de MAC, tal como los protocolos MAC multi-canal, han llamado considerablemente la atención recientemente ya que posibilita que los nodos operen en una red inalámbrica ad hoc sobre múltiples canales inalámbricos. Los principales retos de MAC multicanal son la necesidad de permitir que los nodos operen en diferentes canales para evitar las posibles interferencias y conseguir la coordinación entre los nodos que posiblemente operan sobre diferentes canales. Recientemente se han propuesto varios protocolos MAC multicanal, que se dirigen al reto de la coordinación entre los nodos en diferentes modos:

1. El protocolo de Asignación de Canales Dinámica (DCA) , por ejemplo, usa dos interfaces de radio por nodo para operar sobre un canal de control y múltiples canales de datos (véase el documento de Wu y otros, A new multichannel MAC protocol with on-demand channel assignment for multi-hop mobile ad hoc netwroks, ISPAN'00, diciembre de 2000) . En la DCA, se sintoniza una interfaz de radio al canal de control y se llama la interfaz de control. La otra interfaz de radio se llama la interfaz de datos y se conmuta dinámicamente a uno de los canales de datos para transmitir paquetes de datos y confirmaciones. Cada nodo en la DCA mantiene una lista de uso de canales CUL para todos los canales de datos. Los nodos actualizan su CUL en base a las tramas de control que oyen sobre el canal de control. Además, cada nodo también mantiene una lista de canales libres FCL que calcula dinámicamente a partir de su CUL. La DCA usa tres tipos de tramas de control sobre el canal de control para la reserva de canal: petición de transmisión (RTS) , preparado para enviar (RTS) , y reserva (RES) . Cuando el ordenador A quiere enviar datos al ordenador B, el ordenador A inserta su FCL dentro de una trama RTS y envía la trama al ordenador B. El ordenador B compagina la FCL de A con su propia FCL para seleccionar un canal de datos disponible (si lo hay) y envía una trama CTS de vuelta al ordenador A. El ordenador A envía a continuación una trama RES para evitar que sus vecinos usen el canal de datos seleccionado durante un intervalo específico. Los vecinos del ordenador A y el ordenador B pueden actualizar sus CUL en base a las tramas CTS y RES que oyen sobre el canal de control.

2. El protocolo MAC Multi-Canal (MMAC) usa sólo una interfaz de radio para funcionar sobre múltiples canales de datos (como se describe en el documento de J. So y otros: Multi-channel MAC for ad hoc networks: Handling multichannel hidden terminals using a single transceiver, en ACM MobiHoc'04, mayo de 2004) . MMAC requiere la sincronización del tiempo entre nodos y divide el tiempo en intervalos de baliza. Cada intervalo de baliza comienza con una pequeña ventana llamada Ventana ATIM. El MMAC toma prestado el término "ATIM" (Mensaje de Indicación del Tráfico Ad hoc) desde el Modo de Ahorro de Energía de la IEEE 802.11, pero se usa ATIM en MMAC para un propósito diferente. Cada nodo en MMAC mantiene una estructura de datos llamada Lista de Canales Preferibles (PCL) que mantiene la pista del uso de canales dentro de la vecindad de un nodo. En MMAC, un canal en un nodo puede tener tres estados, de preferencia alta, media, y baja. Una alta preferencia indica que el nodo ya ha seleccionado este canal para el intervalo de baliza actual y debe continuar para elegir este canal hasta el siguiente intervalo de baliza. Una preferencia media significa que este canal no se ha tomado por ningún vecino dentro del intervalo de transmisión del nodo. Una baja preferencia indica que este canal ya está tomado por al menos un vecino dentro del intervalo de transmisión del nodo. Los nodos también mantienen contadores por canal para registrar el uso de cada canal en un intervalo de baliza. Estos contadores permiten a los nodos equilibrar la carga del canal.

Durante una ventana de ATIM, todos los nodos conmutan a un canal por defecto para intercambiar balizas y tramas ATIM (también se puede usar el canal por defecto para el intercambio de datos fuera de las ventanas de ATIM) . Cuando el ordenador A quiere enviar datos al ordenador B, el ordenador A inserta su PCL dentro de una trama ATIM y la envía al ordenador B. El ordenador B compara la PCL de A con su propia PCL para seleccionar un canal y transmite una trama ATIM-ACK de vuelta al ordenador A. Si el ordenador A no puede seleccionar el canal especificado por el ordenador B porque ya ha elegido otro canal, debe esperar hasta el siguiente intervalo de baliza. De lo contrario, el ordenador A envía una trama ATIM-RES con el canal seleccionado de modo que los vecinos dentro de su intervalo de transmisión pueden actualizar su PCL. Después de la ventana de ATIM, el ordenador A y el ordenador B conmutan al canal seleccionado para intercambiar datos.

3. Salto de Canal Sembrado Ranurado (SSCH) usa solo una interfaz de radio para operar sobre múltiples canales de datos (descrito en el documento de P. Bahi y otros: SSCH: Slotted seeded cannel hopping for capaciy improvement in IEEE 802.11 ad-hoc wireless network, en ACM MobiCom'04, septiembre de 2004) . El SSCH requiere la sincronización en el tiempo entre los nodos y divide el tiempo en ranuras. En el SSCH, cada nodo mantiene una programación de canales que contiene una lista de canales a los que el nodo planea conmutar en las ranuras posteriores. Una programación de canal del nodo se representa de forma compacta como un canal actual y un conjunto de normas para la actualización de canal. El SSCH sugiere que el conjunto de normas se representa como un conjunto de 4 pares (canal, semilla) . Cada nodo itera a través de su conjunto de 4 pares (canal, semilla) en cada ranura y realiza la siguiente actualización de canal:

Canali - (canali + semillai) módulo N

donde i está entre 0 y 3, y N es el número de canales ortogonales disponible, por ejemplo, N es 3 para IEEE 802.11b y 13 para IEEE 802.11a. En SSCH cada nodo difunde frecuentemente su programación de canales y hace el seguimiento de las otras programaciones de canales de los nodos. Cuando el ordenador A quiere enviar datos al ordenador B, el ordenador A puede seguir al ordenador B adoptando la programación de canal del ordenador B.

4. El Protocolo de Coordinación Multicanal Asíncrono (AMCP) requiere solo una interfaz de radio por nodo y no necesita la sincronización en el tiempo entre los nodos para operar en N canales de datos (véase el documento J.Shi y otros: Starvation mitigation through multi-channel coordination in CSMA based wireless networks, en ACM MobiHoc'06, mayo de 2006) . Sin embargo, el AMCP usa un canal de control dedicado... [Seguir leyendo]

1. Un método para la comunicación entre nodos en una red inalámbrica, en particular en una red inalámbrica ad hoc

o de malla, en el que se proporcionan múltiples canales inalámbricos con diferentes bandas de frecuencia y en el que dichos nodos están habilitados para funcionar sobre dichos canales diferentes, en el que cada uno de dichos nodos tiene asignado un canal local en el que reside habitualmente, caracterizado por que un nodo que deja su canal local y conmuta a otro de dichos múltiples canales - canal de operación temporal - proporciona información acerca de dicho canal temporal de operación sobre dicho canal local del nodo.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que un nodo tiene un estado operativo de "reposo o recepción" y un estado operativo de "envío", y en el que un nodo permanece en su canal local cuando está en el estado operativo de "reposo o recepción".

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la coordinación entre un nodo de envío y un nodo de recepción se realiza una vez al comienzo de una conexión.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el nodo de envío difunde una petición de sincronización sobre su canal local en caso de que tenga paquetes pendientes para un nodo de recepción que tiene el mismo canal local, en el que el intercambio de datos entre dicho nodo de envío y dicho nodo de recepción se puede comenzar una vez que dicho nodo de recepción ha difundido una respuesta de sincronización.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los canales seleccionados se proporcionan como canales de encuentro que sirven como puntos de contacto inicial para los nodos que residen sobre canales diferentes, en el que dichos canales de encuentro se pueden especificar a priori por el administrador de la red.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el nodo de envío difunde un mensaje de redirección de canal sobre su canal local en el caso de que tenga paquetes pendientes para un nodo de recepción que tiene otro canal local.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho nodo difunde sucesivamente dicho mensaje de redirección de canal sobre dichos canales de encuentro.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que dicho nodo de envío, en caso de que conozca dicho canal local del nodo de recepción, conmuta a ese canal y difunde una petición de sincronización sobre ese canal.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho nodo de recepción, en caso de que esté sobre su canal local, responde a dicho nodo de envío con una respuesta de sincronización.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que, en caso de que dicho nodo de recepción no esté sobre su canal local, otros nodos sobre dicho canal local del nodo de recepción responden a dicho nodo de envío con un mensaje de redirección de canal.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que dicho nodo de envío, en caso de no recibir ninguna respuesta y/o en el caso de no conocer dicho canal local del nodo de recepción, busca dicho nodo de recepción sucesivamente a través de la lista de canales de encuentro, en el que dicho nodo de envío, en caso de que no encuentre dicho nodo de recepción sobre cualquiera de dichos canales de encuentro, puede proceder a buscar el receptor sobre los canales de datos restantes.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que se especifica un canal local del nodo sobre la base de dicho identificador del nodo.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que un nodo, en caso de que detecte que dicho canal local - canal local actual -está congestionado, elije aleatoriamente otro canal local - nuevo canal local - .

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que un nodo, en caso de que elija un nuevo canal local, anuncia su nuevo canal local por medio de la difusión de un mensaje de redirección de canal.

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la implementación de dicha comunicación multicanal se basa en hardware de acuerdo con la normativa de IEEE 802.11.