Un esquema de transmisión de paquetes para un rendimiento mejorado en rutas de múltiples saltos de una red inalámbrica de múltiples saltos.

Un método para transmitir paquetes a través de una red inalámbrica de múltiples saltos,

que comprende lospasos de:

a) establecer una ruta (10) de múltiples saltos entre un primer nodo (20) y un segundo nodo (40) utilizando al menosun nodo intermedio (301 a 302), donde el primer y el segundo nodos están adaptados para funcionar como un nodofuente y/o de destino, y donde cada nodo intermedio (301 a 302) está adaptado para almacenar de maneraintermedia un número N de paquetes predeterminado, y donde cada nodo intermedio comprende un solo interfaz(33) de radio para transmitir y recibir paquetes a través de un canal inalámbrico de transmisión;

b) determinar en cada nodo que tenga un paquete para transmitir, si su nodo contiguo es un nodo intermedio (301 a302) y, si es así, si dicho nodo intermedio (301 a 302) tiene almacenados N paquetes, donde los nodos contiguosestán conectados a través de un respectivo enlace por radio;

c) transmitir un paquete desde el nodo respectivo que tiene un paquete para enviar a su nodo intermedio contiguo,solamente si el respectivo nodo intermedio almacena menos de N paquetes, caracterizado por los pasos de:dividir la ruta (10) de múltiples saltos establecida en una pluralidad de grupos de tres nodos contiguos, donde losgrupos contiguos comparten un nodo común y

asignar a cada grupo de nodos uno de dos canales diferentes (A, B) de transmisión no solapados, donde los gruposcontiguos de nodos tienen asignados canales de transmisión diferentes (A, B) de los dos canales de transmisióndiferentes no solapados.

Un esquema de transmisión de paquetes para un rendimiento mejorado en rutas de múltiples saltos de una red inalámbrica de múltiples saltos Campo de la invención La presente invención está dirigida en general a mecanismos de transmisión para redes inalámbricas de múltiples saltos, que optimizan el rendimiento en rutas de múltiples saltos, principalmente atenuando la auto-interferencia y la congestión. En particular, la invención concierne a un método y a una red inalámbrica de múltiples saltos, para transmitir paquetes a través de una red inalámbrica de múltiples saltos, así como a un nodo intermedio, denominado también como nodo repetidor, para uso dentro de una red inalámbrica de múltiples saltos.

Antecedentes de la invención Muchas redes inalámbricas de múltiples saltos se han construido ya, usando principalmente equipos del estándar IEEE 802.11. Un requisito importante de tal red inalámbrica de múltiples saltos es obtener un rendimiento optimizado sobre enlaces inalámbricos de una ruta inalámbrica de múltiples saltos. Sin embargo, obtener un buen rendimiento es crucial debido al hecho de que los enlaces inalámbricos de la misma red se interfieren entre sí; este fenómeno es conocido como auto-interferencia.

Los protocolos actuales de la capa MAC (Control de Acceso al Medio) , tal como el 802.11, implementan un esquema de acceso al medio de CSMA/CA (Acceso Múltiple por detección de Portadora/Evitación de Colisiones) , que se supone que evita colisiones de paquetes y asegura una justa compartición de ancho de banda entre nodos contendientes. Sin embargo, la compartición justa no es una política óptima en un escenario de múltiples saltos. Idealmente, los nodos deben tener un acceso al canal exactamente cuando tienen un paquete que enviar, es decir, después de una recepción con éxito de un paquete para retransmitir. Utilizar un solo protocolo CSMA/CA en una red de múltiples saltos, conduce a dos problemas principales:

! Formación de colas en los nodos repetidores Los nodos repetidores incluyen un medio de almacenamiento que está adaptado para almacenar una pluralidad de paquetes. Es sabido que algunos nodos repetidores tienen mejor conductividad que otros, de manera que algunos enlaces de un camino se convierten en cuellos de botella. Frente a estos cuellos de botella, se forman largas colas de paquetes, dando como resultado un largo retardo de extremo a extremo.

! Congestión De forma similar a los coches en una autopista, la creciente densidad de paquetes a lo largo de la ruta origina un fenómeno de congestión. Este fenómeno reduce drásticamente el rendimiento global.

Una manera conocida de aumentar el rendimiento de datos en una red inalámbrica de múltiples saltos está descrito, por ejemplo, por Srikishna y otros, en la patente de Estados Unidos núm. 7.031.293 B1. Esta solución está basada en un esquema de asignación de canales para un nodo de una red en malla que utiliza varios canales no solapados y asigna distintos canales a diferentes enlaces. Sin embargo, esta técnica requiere que cada nodo esté equipado al menos con dos interfaces inalámbricos, de manera que el nodo pueda recibir paquetes en un primer canal para un enlace descendente, y enviar paquetes en un segundo canal de un enlace ascendente. Sin embargo, es un hecho muy establecido que múltiples interfaces inalámbricos en el mismo dispositivo se interfieren significativamente, incluso si funcionan en canales no solapados.

En el documento “Un marco de control de flujos para un rendimiento mejorado y eficiencia de energía en las redes inalámbricas de múltiples saltos basadas en CSMA/CA” de Pathamasuntharan J. S y otros, en los Actos del Simposio Internacional de 2006 sobre un Mundo de Redes Inalámbricas Multimedia y Móviles (WoWMoM’ 06) , de 2006, IEEE, páginas 143-149, se describe un marco de control de flujos para una red inalámbrica de múltiples saltos basada en CSMA/CA, donde se utiliza un esquema de control de flujo basado en una ventana híbrida y en la velocidad, salto por salto. Se utiliza un saludo RTS/CTS, donde cuando un nodo servidor envía una trama RTS, el receptor tiene la opción de enviar una trama RTS-NAK o una trama CTS. Al recibir el RTS, la capa MAC consulta el módulo de control de flujo para comprobar si puede admitirse el paquete en el nodo. Si el flujo viola la norma de ocupación de la memoria intermedia, la capa MAC responde con una trama RTS-NAK al nodo remitente. La norma de ocupación de la memoria intermedia se viola cuando un paquete que pertenece al mismo flujo, existe en el nodo receptor. Con el fin de dispersar paquetes, se describe la implementación de un mecanismo de retardo en cada nodo.

Además, en la solicitud PCT núm. WO 03/028315 A1, se divulga un método para las transmisiones de paquetes de múltiples saltos. En este método, se utiliza una información del estado global para minimizar los retardos de las transmisiones de paquetes en una ruta de múltiples saltos. En particular, se altera un vector de asignación de redes (NAV) en cada nodo de la ruta, para reservar la ruta durante toda la duración de viaje del paquete desde la fuente 2 10

hasta el destino.

Tal esquema implica claramente una gran pérdida de rendimiento, ya que solamente hay activo un enlace a la vez a lo largo de la ruta.

Sumario de la invención Es un objeto de la presente invención proporcionar un método y una red inalámbrica de múltiples saltos para mejorar el rendimiento sobre rutas de múltiples saltos de una red inalámbrica de múltiples saltos, en particular utilizando nodos repetidores que tienen menos equipos que los nodos repetidores conocidos.

El objeto se resuelve con un método para transmitir paquetes a través de una red inalámbrica de múltiples saltos. El método comprende los pasos de:

a) establecer una ruta (10) de múltiples saltos entre un primer nodo (20) y un segundo nodo (40) utilizando al menos un nodo intermedio (301 a 302) , donde el primer y el segundo nodos están adaptados para funcionar como un nodo fuente y/o de destino, y donde cada nodo intermedio (301 a 302) está adaptado para almacenar de manera intermedia un número N de paquetes predeterminado, y donde cada nodo intermedio comprende un solo interfaz

(33) de radio para transmitir y recibir paquetes a través de un canal inalámbrico de transmisión;

b) determinar en cada nodo que tenga un paquete para transmitir, si su nodo contiguo es un nodo intermedio (301 a 302) y, si es así, si dicho nodo intermedio (301 a 302) tiene N paquetes almacenados, donde los nodos contiguos están conectados a través de un respectivo enlace por radio;

c) transmitir un paquete desde el nodo respectivo que tiene un paquete para enviar a su nodo intermedio contiguo, solamente si el respectivo nodo intermedio almacena menos de N paquetes, caracterizado por los pasos de:

dividir la ruta (10) de múltiples saltos establecida en una pluralidad de grupos de tres nodos contiguos, donde los grupos contiguos comparten un nodo común y

asignar a cada grupo de nodos uno de dos canales diferentes (A, B) de transmisión no solapados, donde los grupos contiguos de nodos tienen asignados canales de transmisión diferentes (A, B) de los dos canales de transmisión diferentes no solapados.

c) transmitir un paquete desde el nodo respectivo que tiene un paquete para enviar a su nodo intermedio contiguo, solamente si el respectivo nodo intermedio almacena menos de N paquetes.

Con el fin de reducir la complejidad y por tanto los costes de los nodos intermedios utilizados en la red inalámbrica de múltiples saltos, el número predeterminado N de paquetes que pueden ser almacenados en cada nodo intermedio es uno, de manera que se envía solamente un paquete desde un nodo a un nodo intermedio receptor si no hay paquetes en memoria intermedia.

El método conduce a diversas buenas propiedades. La primera y más importante propiedad es que la congestión, si ocurre, no implica acumulación de paquetes en un nodo, sino que “congela” todo el flujo, ya que los paquetes chocan unos contra otros. Como consecuencia, la congestión se propaga rápidamente al primer nodo que opera como fuente, lo cual permite cualquier forma de control de flujo en la fuente directamente. Esta propagación proporciona la misma funcionalidad que los mensajes explícitos de contrapresión. Por tanto, desde el punto de vista de las capas de la red, implementadas en los nodos intermedios, la cadena de nodos intermedios se asemeja a una tubería de datos, con un solo cuello de botella en la entrada.

Una segunda propiedad importante es que al mantener la memoria intermedia extremadamente pequeña, se pueden reducir drásticamente los tiempos de viaje... [Seguir leyendo]

1. Un método para transmitir paquetes a través de una red inalámbrica de múltiples saltos, que comprende los pasos de:

a) establecer una ruta (10) de múltiples saltos entre un primer nodo (20) y un segundo nodo (40) utilizando al menos un nodo intermedio (301 a 302) , donde el primer y el segundo nodos están adaptados para funcionar como un nodo fuente y/o de destino, y donde cada nodo intermedio (301 a 302) está adaptado para almacenar de manera intermedia un número N de paquetes predeterminado, y donde cada nodo intermedio comprende un solo interfaz

(33) de radio para transmitir y recibir paquetes a través de un canal inalámbrico de transmisión;

b) determinar en cada nodo que tenga un paquete para transmitir, si su nodo contiguo es un nodo intermedio (301 a 302) y, si es así, si dicho nodo intermedio (301 a 302) tiene almacenados N paquetes, donde los nodos contiguos están conectados a través de un respectivo enlace por radio;

c) transmitir un paquete desde el nodo respectivo que tiene un paquete para enviar a su nodo intermedio contiguo, solamente si el respectivo nodo intermedio almacena menos de N paquetes, caracterizado por los pasos de:

dividir la ruta (10) de múltiples saltos establecida en una pluralidad de grupos de tres nodos contiguos, donde los grupos contiguos comparten un nodo común y

asignar a cada grupo de nodos uno de dos canales diferentes (A, B) de transmisión no solapados, donde los grupos contiguos de nodos tienen asignados canales de transmisión diferentes (A, B) de los dos canales de transmisión diferentes no solapados.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el número predeterminado N de paquetes es uno, de manera que solamente se envía un paquete a un nodo intermedio si no hay ningún paquete almacenado.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el paso b) ) se efectúa utilizando un procedimiento de saludo sobre la base de un protocolo MAC y donde cada paquete que ha de enviarse tiene un tamaño fijo.

4. El método de la reivindicación 3, en el que el protocolo MAC da soporte al CSMA/CA.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los paquetes de ida son transmitidos desde el primer nodo (20) al segundo nodo (40) y se transmiten los paquetes de vuelta desde el segundo nodo (40) al primer nodo (20) , comprendiendo el método los pasos de:

se efectúa la transmisión de paquetes entre dos nodos intermedios contiguos (301 a 302)

i) si uno de los nodos intermedios contiguos tiene un paquete de ida para enviar y el otro nodo intermedio tiene un paquete de vuelta para enviar,

ii) si uno de los nodos intermedios contiguos tiene un paquete de ida para enviar y el otro nodo intermedio no tiene ningún paquete almacenado, o iii) si uno de los nodos intermedios contiguos tiene un paquete de vuelta para enviar y el otro nodo intermedio no tiene ningún paquete almacenado.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el tiempo de transacción para intercambiar paquetes entre dos nodos contiguos es constante.

7. El método de la reivindicación 6, que comprende el paso de ajustar en el primer y segundo nodos (20, 40) el respectivo tamaño fijo de los paquetes a enviar, de forma que el tiempo de transacción para intercambiar paquetes entre dos nodos contiguos se mantiene constante.

8. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que un nodo que ha enviado un paquete queda inhibido de enviar un paquete adicional durante un periodo de tiempo predeterminado.

9. El método de la reivindicación 8, en el que el intervalo de tiempo se fija en el tiempo de transacción.

10. Una red inalámbrica de múltiples saltos para transmitir paquetes sobre al menos una ruta (10) de múltiples saltos, que comprende al menos un nodo fuente (20) , al menos un nodo (40) de destino, y una pluralidad de nodos intermedios (301 a 302) , donde un nodo fuente (20) , al menos un nodo intermedio (301 a 302) , y un nodo (30) de destino, están adaptados para establecer una ruta (10) de múltiples saltos,

comprendiendo cada nodo intermedio (301 a 302) :

- un medio (32) de almacenamiento para almacenar un número predeterminado N de paquetes,

- un solo interfaz (33) de radio para transmitir y recibir paquetes a través de un canal inalámbrico de transmisión;

- medios (31) para la comunicación con un nodo intermedio contiguo, para determinar si el nodo contiguo es capaz de recibir un paquete, donde los nodos contiguos están conectados a través de un respectivo radioenlace; y

- medios para transmitir un paquete a través del interfaz (33) al nodo intermedio contiguo, solamente si el respectivo 5 nodo intermedio almacena menos de N paquetes, caracterizada por que

la ruta (10) de múltiples saltos se divide en una pluralidad de grupos de tres nodos contiguos, donde los grupos contiguos comparten un nodo común, y

cada grupo de nodos tiene asignado uno de dos canales de transmisión diferentes no solapados (A, B) , donde los grupos contiguos de nodos tienen asignados diferentes canales (A, B) de transmisión de los dos canales de 10 transmisión diferentes no solapados.

11. La red inalámbrica de múltiples saltos de la reivindicación 10, en la que el medio (32) de almacenamiento está adaptado para almacenar solamente un solo paquete, de manera que se envía un paquete solamente al nodo intermedio, si no hay ningún paquete almacenado.