Procedimiento y sistema para la configuración óptima de una red en malla considerando las características del tráfico.

Procedimiento para mejorar un sistema de red en malla, en el que la red en malla comprende n puntos de acceso de malla AP y,

como mínimo, una pasarela GW, teniendo cada AP, como mínimo, un interfaz para establecer, como mínimo, m enlaces de malla, en el que, como mínimo, un AP o un nodo central especializado determina una proporción β de tráfico que sale de la red en malla a través de la GW y tráfico entrante en la red en malla a través de la GW y/o una proporción p de tráfico interno de malla con respecto al tráfico total y dependiendo de umbrales predefinidos para β y/o p se añaden q enlaces de malla adicionales m+q o se eliminan m-q entre 2 o más AP, y el tráfico es re-enrutado de forma correspondiente mediante los enlaces de malla.

Procedimiento y sistema para la configuración óptima de una red en malla considerando las características del tráfico

Sector de la invención

Las redes en malla inalámbricas ("Wireless Mesh Network") (WMN) se considera que constituyen una tecnología prometedora para el establecimiento con eficiencia de costes de acceso a internet en áreas rurales poco pobladas y también en áreas urbanas densamente pobladas. En una WMN, los enrutadores envían tráfico a cuenta de clientes o de otros enrutadores y de esta forma, constituyen una red inalámbrica multi-salto. Un reto para las WMN es la congestión de enlaces entre los enrutadores de la malla y la optimización de la configuración de la red con respecto a ofrecer máxima velocidad de datos y fiabilidad a bajo coste.

La presente invención describe un procedimiento y componentes de red que permiten determinar parámetros característicos de tráfico y utilizar esta información para hallar y llevar a cabo la configuración óptima.

Las WMN tienen en especial capacidad para proporcionar:

Ampliación de la cobertura de red sin aumentar la potencia de transmisión o sensibilidad de recepción Fiabilidad mejorada mediante redundancia de ruta Configuración de red más fácil

Mayor vida de la batería del dispositivo, debido a menores retransmisiones.

Un resumen de la situación actual de la tecnología se facilita en el documento [1],

Una red en malla inalámbrica es una red constituida por tres tipos de nodos: los que proporcionan acceso a los usuarios finales (Puntos de Acceso ("Access Points"), AP), los que interconectan otro nodos y reenvían tráfico entre ellos (Puntos de Malla ("Mesh Points"), MP) y los que proporcionan acceso a una red externa global, por ejemplo, como pasarelas a internet (("GateWays"), GW). La red puede utilizar diferentes disposiciones de conexión, mediante malla completa, malla parcial o topología de árbol. En la topología de malla completa, cada nodo está conectado directamente a cada uno de los demás. En la topología de malla parcial, los nodos están conectados solamente a algunos de los otros nodos (por ejemplo, los siguientes o aquellos con los que intercambian la mayor parte del tráfico de datos). En la topología de árbol, cada nodo está conectado solamente con el siguiente nodo adyacente hacia la GW como raíz y los AP subyacentes como hojas.

Un ejemplo para una topología de árbol es la que se muestra en la figura 1, en la que una GW 1 está conectada por enlaces 100 a los AP 2, 3, 4 y 5. En la figura 2, se ha mostrado una topología de malla en la que están configurados adlclonalmente enlaces de malla entre algunos AP (malla parcial, por ejemplo, con enlaces 101 entre 3 y 4 y entre 2 y 5) o entre más AP (grado de malla más elevado con enlaces 101 y 102).

Para sistemas de comunicación, una topología de malla completa es solamente relevante para pequeñas cantidades de nodos (por ejemplo, 4 AP por GW) y la estructura tradicional de árbol y la de malla parcial son las más habituales.

Si bien se encuentran disponibles comercialmente en la actualidad (por ejemplo, [4]), las WMN basadas en tecnología estándar de radio pueden sufrir de congestión en enlaces a la pasarela y de condiciones adversas de acceso a una distancia de varios saltos desde la pasarela y, por lo tanto, puede necesitar soporte adicional para la disposición de QoS y para un rendimiento mejorado. Se han hecho ciertos esfuerzos en la normalización (por ejemplo, [5], [6], [7]), pero se está llevando a cabo actualmente esfuerzos de investigación adicionales (por ejemplo,

[2], [8]). También se han propuesto y se han patentado mecanismos para Enrutado dentro de las WMN (por ejemplo,

[9])-

El documento US2008/225717 da a conocer técnicas para ingeniería de tráfico en redes en malla inalámbricas para la asignación inteligente de ancho de banda en enlaces con una red en malla inalámbrica. Como contraste a las reconfiguraciones específicas que se describen, correspondiendo a enlaces de malla distintivos, el enfoque reivindicado de la invención consiste en generalizar una información de tráfico abstractiva y cambiar la topología de la red de modo total, simplificando de este modo el esfuerzo operativo requerido. El documento US2008/181124 propone deducir métricas de red detalladas y utilizar éstas para decidir sobre la conversión de nodos de acceso (sin funcionalidad de pasarela) a pasarelas. Como contraste, el enfoque reivindicado propone no introducir cambios en las características del nodo, sino simplemente adición o eliminación de enlaces con respecto a los nodos de malla adyacentes.

Resumen de la invención

La correlación entre el grado de enmallado de la tipología de red y el impacto sobre la mejora del rendimiento (por ejemplo, en caso de interrupción de un enlace) es bien conocida. No obstante, la cantidad de enlaces de malla por nodo aumenta también el coste del equipo y la complejidad de la red y puede degradar el rendimiento debido a

distorsiones por interferencia. Por lo tanto, la cantidad de enlaces de malla se debe mantener en un mínimo. Por otra parte, el rendimiento mejorado, tal como mejoras conseguidas en re-enrutado e incremento de producción por técnicas de equilibrado de la carga, han sido investigados recientemente (por ejemplo, [11], [12], [13], [14]). Combinando estos procedimientos con los mecanismos que se proponen, se puede conseguir una mejora adicional, tanto en términos de ahorro de costes (dado que solamente se configuran los interfaces que son realmente necesarios para proporcionar el rendimiento óptimo) como en la producción total de tráfico de la red. Contrariamente a esto, la invención no propone un nuevo algoritmo de enrutado, sino llevar a cabo una configuración dinámica de la red y del equipo basadas en simples mediciones de tráfico de la red o en características de tráfico conocidas a priori.

medirla medición de las características de tráfico en redes de comunicación por paquetes (IP) basándose en flujos de IP que pasan por los elementos de red, es frecuentemente interesante, útil o incluso necesario para objetivos administrativos o de otro tipo y se encuentra en el estado de la técnica (ver, por ejemplo, [10]). No obstante, en comparación con la multitud de parámetros de información recogidos de manera general y analizados, el procedimiento que se da a conocer intenta reducir a un mínimo el esfuerzo de recogida y almacenamiento.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una red en malla inalámbrica a título de ejemplo que consiste en una pasarela 1 y cuatro puntos de acceso 2, 3, 4, 5 en una topología de árbol, es decir, cada punto de acceso 2, 3, 4, 5 está conectado solamente a pasarela 1 mediante un enlace de red 100.

La figura 2 es un ejemplo de una red en malla con topología parcialmente enmallada. Cada punto de acceso 2, 3, 4, 5 está conectado por la pasarela 1 mediante enlaces de malla 100 y puede conectar también con puntos de acceso adyacentes con intermedio de enlaces de malla 101 y/o 102.

La figura 3 es un diagrama funcional de bloques de un nodo enrutador de malla de radio 200 de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. Los módulos de equipo de radio 300, 301,..., 303 están controlados por módulos funcionales 400 - 403.

La figura 4 es un ejemplo de la estructura de tabla para análisis de características de tráfico con respecto a la aplicación de la presente invención.

La figura 5 es un ejemplo de una estructura hexagonal simétrica de n AP (puntos de acceso de malla) alrededor de una GW central (pasarela) con enlaces inter-AP/MP para tres topologías (flechas continuas) y enlaces de malla (flechas de trazos) para topología de malla. Se han incluido a título de ejemplo, algunos otros enlaces de malla adicionales (m>0). Diferentes tipos de células grises indican el caso de n=7, 19, 31 y 37 (AP porGW).

La figura 6 muestra un resultado relativo que se puede conseguir por AP para 3 topologías comparadas y ganancia para malla como función de la cantidad de tráfico intra-malla para diferentes parámetros (6 enlaces GW).

La figura 7 muestra un resultado relativo que se puede conseguir por AP para 3 topologías comparadas y ganancia para malla como función de la cantidad de tráfico intra-malla para diferentes parámetros (3 enlaces GW).

La figura 8 muestra un rendimiento global relativo que se puede conseguir por AP para topología de malla como función de la cantidad de tráfico intra-malla para diferentes cantidades de AP por GW con y sin m enlaces inter-MP adicionales.

La figura 9 muestra resultados de simulación de rendimiento para una estructura de malla de 7 AP con demanda de tráfico variable... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para mejorar un sistema de red en malla, en el que la red en malla comprende n puntos de acceso de malla AP y, como mínimo, una pasarela GW, teniendo cada AP, como mínimo, un interfaz para establecer, como mínimo, m enlaces de malla, en el que, como mínimo, un AP o un nodo central especializado determina una 5 proporción ï?¢ de tráfico que sale de la red en malla a través de la GW y tráfico entrante en la red en malla a través de la GW y/o una proporción p de tráfico interno de malla con respecto al tráfico total y dependiendo de umbrales predefinidos para ï?¢ y/o p se añaden q enlaces de malla adicionales m+q o se eliminan m-q entre 2 o más AP, y el tráfico es re-enrutado de forma correspondiente mediante los enlaces de malla.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la relación ï?¢ de tráfico saliente de la malla y el tráfico entrante de la malla se calcula como la cantidad de tráfico a partir de una fuente de datos situada dentro de la malla, que tiene que ser enrutada a través de la pasarela GW a un destino dentro de una red externa con respecto a la cantidad de tráfico desde una fuente de datos fuera de la red en malla que tiene que ser enrutada a través de la pasarela GW a un destino dentro de la red en malla, y/o en el que la proporción p de tráfico interno y tráfico total se calcula como 15 la cantidad de tráfico interno de la malla en el que tanto la fuente de datos como el destino están localizados dentro de la red en malla, con respecto a la cantidad total de tráfico interno y externo de la malla, a partir de la inspección de los paquetes recibidos y reenviados.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la información de tráfico en términos de parámetros p y ï?¢ es 20 medida centralmente y distribuida a todos los nodos dentro de la red en malla para adaptar el número de enlaces de malla.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la información de tráfico en términos de parámetros p y ï?¢ es medida localmente y distribuida a todos los nodos dentro de la red en malla para adaptar el número de enlaces de 25 malla.

5. Procedimiento, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción p de tráfico interno de malla al tráfico total define el número de enlaces de malla entre los puntos de acceso de malla en el que un tráfico interno más elevado conduce a un número mayor de enlaces de malla entre los puntos de acceso de malla, y 30 viceversa.

6. Procedimiento, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción ï?¢ de tráfico saliente y entrante en la malla define el número de enlaces de malla a partir de los puntos de acceso de la malla a la pasarela GW, en el que un tráfico mayor de enlace descendente conduce a un número más elevado de enlaces de 35 malla desde la GW al AP, y viceversa.

7. Procedimiento, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que se utilizan procedimientos de equilibrado de carga de tráfico para reconfigurar una red en malla para conseguir un rendimiento de red general óptimo después del cambio de los enlaces de malla. 40

8. Procedimiento, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que la relación p es almacenada en la lógica de control de reconfiguración inteligente como función de n, m ï?¢, midiendo la proporción entre la cantidad de tráfico intra-malla y el tráfico total en cada AP y transfiriendo esta información a una unidad de control que calcula la cifra promedio p para la red en malla en el nodo de control central a partir de una tabla de consulta, almacenando la 45 relación entre la ganancia que se puede conseguir de promedio y los parámetros, deduciendo a continuación la configuración óptima en términos de enlaces de malla q adicionales o menos activados y se envía una señal de conmutación de activación o desactivación de estos enlaces a todos los AP.

9. Sistema de red en malla, en el que la red en malla comprende n puntos de acceso de malla AP y, como mínimo, 50 una pasarela GW, teniendo cada AP, como mínimo, un interfaz para establecer, como mínimo, m enlaces de malla, en el que, como mínimo, un AP o un nodo central especializado comprende una unidad de determinación para determinar la proporción ï?¢ de tráfico entrante y tráfico saliente de la y/o una proporción p de tráfico interno de malla con respecto al tráfico externo y dependiendo de umbrales predefinidos para ï?¢ y/o p, y/o enlaces adicionales de malla q, los AP son capaces de sumar m+q o restar m-q entre dos o más AP, y de enrutar el tráfico correspondiente 55 sobre los enlaces de malla.

10. Sistema de red en malla, según la reivindicación 9, en el que la relación ï?¢ de tráfico entrante y tráfico saliente en la malla se calcula como cantidad de tráfico a partir de una fuente de datos situada dentro de la malla, que tiene que ser enrutada a través de la pasarela GW a un destino dentro de una red externa con respecto a la cantidad de tráfico 60 desde una fuente de datos fuera de la red en malla que tiene que ser enrutada a través de la pasarela GW a un destino dentro de la red en malla, y/o en el que la proporción p de tráfico interno total de la malla se calcula como cantidad de tráfico interno de la malla en el que tanto la fuente de datos como el destino están localizados dentro de la red en malla con respecto a la cantidad total de tráfico interno y externo de la malla a partir de la inspección de los paquetes recibidos y reenviados. 65

11. Sistema de red en malla, según la reivindicación 9, en el que el nodo central especializado está adaptado para medir la información de tráfico en términos de parámetros p y ï?¢ centralmente y para distribuir el resultado a todos los AP dentro de la red en malla para adaptar el número de enlaces de malla.

12. Sistema de red en malla, según la reivindicación 9, en el que la información de tráfico en términos de parámetros 5 p y ï?¢ es medida localmente y distribuida a todos los AP dentro de la red en malla para adaptar el número de enlaces de malla.

13. Sistema de red en malla, según una o varias de las reivindicaciones 10-12, en el que la proporción p de tráfico interno de malla con respecto al tráfico total p define el número de enlaces de malla entre los puntos de acceso de 10 malla, en el que un tráfico interno más elevado conduce a un número mayor de enlaces de malla entre los puntos de acceso de malla y viceversa.

14. Sistema de red en malla, según una o varias de las reivindicaciones 10-13, en el que la proporción ï?¢ de tráfico saliente y entrante en la malla define el número de enlaces de malla a partir de los puntos de acceso de la malla a la 15 pasarela GW, en el que un mayor tráfico entrante en la malla conduce a un número más elevado de enlaces de malla desde la GW al AP, y viceversa.

15. Sistema de red en malla, según una o varias de las reivindicaciones 10-14, en el que los procedimientos de equilibrado de carga de tráfico son utilizados para reconfigurar una red en malla para conseguir un rendimiento de 20 red global óptimo después del cambio de los enlaces de malla.

16. Sistema de red en malla, según una o varias de las reivindicaciones 10-15, en el que la relación p es almacenada en la lógica de control de reconfiguración inteligente del AP o el nodo central como función de n, m ï?¢, midiendo la proporción entre la cantidad de tráfico intra-malla y el tráfico total en cada AP y transfiriendo esta 25 información a la unidad de control que calcula la cifra promedio de p para la red en malla a partir de una tabla de consulta de la unidad central de control, almacenando la relación entre la ganancia promedio que se puede conseguir y los parámetros, deduciendo a continuación la configuración óptima en términos de enlaces de malla q adicionales o menos activados, y una señal de activar o desactivar de estos enlaces se envía a todos los AP.