Método y sistema para encaminar el tráfico en redes ad hoc.

Un método para el encaminamiento eficiente en una red de comunicación inalámbrica de multi-salto,

comprendiendo el método las etapas de:

obtener información del estado del enlace entre nodos de la red;

actualizar un elemento de encaminamiento (101) con la citada información del estado del enlace, utilizando unmodelo predictivo en el cual el estado en el futuro cercano de al menos un enlace almacenado en el elementode encaminamiento es anticipado o extrapolado basándose en la información del estado del enlace, tomandoel citado modelo predictivo la citada información del estado del enlace de mediciones de la calidad de radioy/o del enlace considerando la potencia de la señal junto con un parámetro de desvanecimiento o unparámetro de velocidad de variación recibidos relativos a la señal recibida;

determinar una ruta de acuerdo con la citada información del estado del enlace y la potencia de la señalmedida con respecto al contenido del tráfico y la consideración del tipo y/o propiedades del tráfico, y lainformación del estado del enlace comprendida en el elemento de encaminamiento; y

encaminar el tráfico de acuerdo con la citada ruta determinada.

Método y sistema para encaminar el tráfico en redes ad hoc

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 móvil o estático que utiliza planificación de tráfico o equilibrado de carga junto con un modelo de encaminamiento predictivo.

Antecedentes de la Invención La comunicación inalámbrica entre usuarios móviles está haciéndose cada vez más popular a medida que los dispositivos y la tecnología se desarrollan. El despliegue de la infraestructura se está expandiendo tanto en los sistemas de telecomunicación como en los sistemas de redes de datos. Hoy en día, también los sistemas de telecomunicación utilizan 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 redes de datos y por ello existen muchos protocolos de encaminamiento estandarizados para este propósito. No obstante, no están preparados para las topologías de red rápidamente cambiantes como por ejemplo las llamadas redes ad hoc.

Las redes ad hoc inalámbricas están caracterizadas porque la red no tiene 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 a través de 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 conduce a una topología de red que cambia dinámicamente. En algunos casos tales redes están formadas por los propios dispositivos del usuario/cliente como componentes de infraestructura. Estos componentes son entonces verdaderamente móviles en el sentido de que los usuarios se mueven, dentro de y fuera de una celda de la red, y por lo tanto la infraestructura se moverá de acuerdo con ello. Esta es una manera fascinante de construir una infraestructura pero establece muy altas demandas sobre el protocolo de encaminamiento.

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

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

Hoy en día, varios proveedores de Servicio de Internet (ISP – Internet Service Providers, en inglés) ofrecen acceso inalámbrico en áreas públicas o semi-públicas, tales como aeropuertos, restaurantes, cafeterías y hoteles utilizando sistemas de infraestructura inalámbrica. Estos sistemas se denominan a menudo áreas de acceso inalámbrico (hotspots, en inglés) .

A medida que la demanda de los usuarios para obtener acceso aumenta considerando la cobertura y el 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 consiguiente 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 la Internet. Este esquema puede ser encontrado en instalaciones relativas a zonas catastróficas o a instalaciones militares en el campo de batalla. El otro y probablemente 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, la Internet) . En tal configuración de red, los paquetes de datos pueden tomar diferentes rutas y/o utilizar diferentes puertas de enlace dependiendo de, por ejemplo, el tipo de tráfico de datos, las congestiones o el coste de encaminamiento.

Los esquemas de encaminamiento basados en paquetes a menudo construyen allí sistemas de red de comunicación alrededor de un modelo de capas, por ejemplo el modelo de referencia de OSI (Interconexión de sistemas Abiertos -Open Systems Interconnection, en inglés) . El software o hardware de comunicación se divide en varias subunidades más pequeñas, capas, que funcionan de una manera jerárquica. Información y protocolos de control de la comunicación son subidos y bajados localmente y entre las mismas capas entre los extremos emisor y receptor. Cada una de tales capas es responsable de diferentes tareas en el orden de la comunicación. Con respecto 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, porejemplo, 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 porciones de datos, detección de error y coordinación del recurso de red.

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

Los protocolos de encaminamiento de paquetes en las redes basadas en IP se basan generalmente en algoritmos de encaminamiento que utilizan el vector de distancia o la información de 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 del vector de distancia, cada encaminador transmite la distancia a todos los anfitriones a sus encaminadores vecinos, y cada encaminador que recibe la información calcula la ruta más corta a cada uno de los anfitriones de la red. En los algoritmos de encaminamiento de estado del enlace, cada información transmite la información 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 de estado del 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 con frecuencia.

Hay básicamente dos categorías de protocolos de encaminamiento existentes para redes ad hoc. Éstos son protocolos de encaminamiento “proactivo” (activado por una tabla) y “reactivo” (a demanda) . También son posibles protocolos que tienen combinaciones de estos protocolos.

Los protocolos de encaminamiento proactivos calculan constante y periódicamente una ruta para todos los anfitriones en la red ad hoc, y por ello siempre está disponible una ruta 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 guardar rutas para cada anfitrión, se intercambian mensajes de control entre los encaminadores para notificar cambios... [Seguir leyendo]

1. Un método para el encaminamiento eficiente en una red de comunicación inalámbrica de multi-salto, comprendiendo el método las etapas de:

obtener información del estado del enlace entre nodos de la red; actualizar un elemento de encaminamiento (101) con la citada información del estado del enlace, utilizando un modelo predictivo en el cual el estado en el futuro cercano de al menos un enlace almacenado en el elemento de encaminamiento es anticipado o extrapolado basándose en la información del estado del enlace, tomando el citado modelo predictivo la citada información del estado del enlace de mediciones de la calidad de radio y/o del enlace considerando la potencia de la señal junto con un parámetro de desvanecimiento o un parámetro de velocidad de variación recibidos relativos a la señal recibida; determinar una ruta de acuerdo con la citada información del estado del enlace y la potencia de la señal medida con respecto al contenido del tráfico y la consideración del tipo y/o propiedades del tráfico, y la información del estado del enlace comprendida en el elemento de encaminamiento; y encaminar el tráfico de acuerdo con la citada ruta determinada.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende también la etapa de utilizar un sistema de transmisión para proporcionar comunicación entre nodos en la red de comunicación inalámbrica, basándose en la radiación electromagnética con una frecuencia en el intervalo de 100 kHz a 100 PHz.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el citado sistema de transmisión es uno de IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, HiperLAN, HomeRF, Bluetooth, IR, UWB, JTRS, 3G, GPRS y EDGE.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el citado contenido del tráfico es uno de VoIP, datos de juegos, video o música en tiempo real, correo electrónico, tráfico de gestión de red y contenido de la red amplia mundial (WWW – World Wide Web, en inglés) .

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el citado contenido del tráfico está caracterizado por un parámetro de Calidad de Servicio.

6. Un nodo en una red de comunicación inalámbrica de multi-salto, que comprende:

un medio de obtención (3001) para obtener información del estado del enlace de los nodos en una red que comprende una pluralidad de nodos; un medio de actualización (102) para actualizar la citada información del estado del enlace a un elemento de encaminamiento (101) , utilizando el citado medio de actualización un modelo predictivo en el cual un estado en el futuro cercano de al menos un enlace almacenado en el elemento de encaminamiento es anticipado o extrapolado basándose en la información del estado del enlace, tomando la citada información del estado del enlace de las mediciones de la calidad de radio y/o del enlace, considerando la potencia de la señal recibida junto con un parámetro de desvanecimiento o un parámetro de velocidad de variación relativos a la señal recibida; un medio de determinación (3002) para determinar una ruta de acuerdo con la citada información del estado del enlace y con la potencia de la señal medida con respecto al contenido del tráfico y la consideración del tipo y/o propiedades del tráfico, y la información del estado del enlace comprendida en el elemento de encaminamiento; un medio de encaminamiento (101) para encaminar paquetes de datos de acuerdo con la ruta determinada; y un medio de comunicación (805) para transmitir los citados paquetes de datos.

7. El nodo de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la comunicación entre nodos es un sistema de transmisión basado en la radiación electromagnética con una frecuencia en el intervalo de 100 kHz a 100 PHz.

8. El nodo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el citado sistema de transmisión es uno de IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, HiperLAN, HomeRF, Bluetooth, IR, UWB, JTRS, 3G, GPRS y EDGE.

9. El nodo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el citado contenido del tráfico es uno de VoIP, datos de juegos, video o música en tiempo real, correo electrónico, descargas de archivos, tráfico de control de red, tráfico de gestión de red y contenido de la Red Amplia Mundial (WWW - World Wide Web, en inglés) .

10. El nodo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el citado contenido del tráfico está caracterizado por un parámetro de Calidad de Servicio.

11. Un programa de ordenador en un nodo en una red de comunicación inalámbrica, comprendiendo el programa:

un primer conjunto de instrucciones para obtener información del estado del enlace entre nodos de la red; un segundo conjunto de instrucciones para actualizar un elemento de encaminamiento (101) con la citada información del estado del enlace, utilizando un modelo predictivo en el cual un estado en el futuro cercano de al menos un enlace almacenado en el elemento de encaminamiento es anticipado o extrapolado basándose en la información del estado del enlace, tomando el citado modelo predictivo la citada información del estado del enlace de las mediciones de la calidad de radio y/o del enlace, considerando la potencia de la señal junto con un parámetro de desvanecimiento o un parámetro de velocidad de variación relativos a la señal recibida; un tercer conjunto de instrucciones para determinar una ruta de acuerdo con la citada información del estado del enlace y la potencia de la señal medida con respecto al contenido del tráfico y la consideración del tipo y/o las propiedades del tráfico, y la información del estado del tráfico comprendida en el elemento de encaminamiento; y un cuarto conjunto de instrucciones para encaminar el tráfico de acuerdo con la citada ruta determinada.

12. Una red de comunicaciones inalámbrica que comprende un nodo de acuerdo con una cualquiera de las 15 reivindicaciones 6-10.