Sistema de control descentralizado de redes inalámbricas.

Sistema de control descentralizado de redes inalámbricas, que distribuye la lógica de control entre todos los puntos de acceso que constituyen la red,

eliminando de la arquitectura de red al controlador centralizado mediante la comunicación entre los propios puntos de acceso, mejorando sustancialmente la eficiencia en la gestión de la propia red wireless. Así, con base en redes inalámbricas formadas por un conjunto de puntos de acceso, los cuales dan servicio de conexión a un conjunto de usuarios, el sistema propuesto implementa una tecnología que hace posible desplegar un protocolo de comunicación entre los distintos puntos de acceso que conforman la red, así como una serie de métodos utilizados por cada punto de acceso viables en base a la propia arquitectura del punto de acceso.

Sistema de control descentralizado de redes inalámbricas.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a una tecnología de control descentralizado para la instalación de redes inalámbricas, la cual distribuye la lógica de control entre todos los puntos de acceso que constituyen la red, eliminando de la arquitectura de red al controlador centralizado mediante la comunicación entre los propios puntos de acceso, mejorando sustancialmente la eficiencia en la gestión de la propia red wireless.

ANTECEDENTES EN EL ESTADO DE LA TÉCNICA

A modo de introducción, es por todos conocido que las redes de área local inalámbricas o también conocidas como WLAN (del inglés Wireless Local Area Network) , es un sistema de comunicación inalámbrico flexible, muy utilizado como alternativa a las redes de área local cableadas o como extensión de éstas. Usan tecnologías de radiofrecuencia que permite mayor movilidad a los usuarios al minimizar las conexiones cableadas. Estas redes van adquiriendo importancia en muchos campos, como almacenes o para manufactura, en los que se transmite la información en tiempo real a una terminal central. También son muy populares en los hogares para compartir el acceso a Internet entre varias computadoras.

En una configuración típica de LAN sin cable los puntos de acceso (PA) conectan la red cableada de un lugar fijo mediante cableado normalizado. El punto de acceso recibe la información, la almacena y la transmite entre la WLAN y la LAN cableada. Un único punto de acceso puede soportar un pequeño grupo de usuarios y puede funcionar en un rango de al menos treinta metros y hasta varios cientos.

Por lo general, las redes WLAN operan utilizando los protocolos IEEE 802.11.

El uso de las redes WLAN se está extendiendo cada vez más llegando a abordar instalaciones grandes que pueden comprender varios centenares de puntos de acceso. Estas redes extensas suelen dar respuesta a casos de uso con una alta densidad de usuarios.

El principal problema de las redes WLAN es que al tratarse de transmisiones radio, se producen interferencias entre los clientes y los puntos de acceso. El número de canales radio está muy limitado y el requerimiento de dar servicio a un alto número de usuarios implica tener que reutilizar los canales en más de un punto de acceso. Esto aumenta el número de interferencias y el nivel de ruido electromagnético en el entorno.

Además cada punto de acceso tiene una configuración fija, lo que dificulta la expansión de las redes, ya que la agregación de un nuevo punto de acceso a la red tiene implicaciones sobre la configuración de cada punto de acceso existente en la red.

Atendiendo al estado de la técnica y su evolución, originalmente los sistemas WIFI eran autónomos. Cada punto de acceso tenía toda la capacidad para crear la celda y gestionar los clientes a ella asociados y las comunicaciones entre estos, y entre ellos y la red cableada.

Cuando las redes Wi-Fi pasaron de ser una solución puntual para solventar problemas concretos, y siempre de tamaño reducido, a grandes instalaciones complejas que soportan gran parte de las comunicaciones de una empresa, o incluso en algunos casos son en si mismo la fuente de ingresos (como puede ser el caso de los hot-spots en aeropuertos) , se vio la necesidad de disponer de sistemas de gestión centralizados.

La aparición de estos sistemas vino dado por el alto precio de los puntos de acceso en sus primeros tiempos. Para abaratar las grandes instalaciones, se tomó la decisión de hacer puntos de accesos menos inteligentes, y se transfirió esa inteligencia a un sistema centralizado. Es cierto que este sistema de control suele tener un coste elevado, pero si la instalación es grande, la reducción en el precio de cada punto de acceso lo compensa y el precio global es más reducido que en el caso de una instalación realizada con puntos de acceso autónomos.

Con el tiempo, las redes Wi-Fi fueron soportando más servicios y se demandó cada vez mas de ella, teniendo que aportar más opciones de configuración y funcionalidades que las hicieran aptas para las aplicaciones y servicios que de ellas hicieran uso. En instalaciones con un elevado número de puntos de acceso, la configuración manual de cada uno de ellos y su mantenimiento, así como la detección y corrección de errores se tornó compleja y el Goste en tiempo y personal demasiado elevado.

Los sistemas de gestión centralizados tienen como objetivo paliar estos problemas y ofrecer funcionalidades añadidas. Es cierto que no se pueden enumerar las funcionalidades de estos sistemas, puesto que no existe un modelo y cada fabricante toma la aproximación que le parece más conveniente, pero suele tener algunas características y funcionalidades básicas comunes.

Habitualmente el controlador se vende como un sistema independiente cerrado, pero internamente es siempre un ordenador con un software asociado y preinstalado, al cual el usuario no tiene acceso más que por la consola de configuración. En cualquier caso, los controladores se conectarán en la red Ethernet del cliente, desde la que detectarán a los puntos de acceso con los que sea compatible. Una vez detectados, realizará una configuración previa de estos y permitirá su gestión centralizada desde un solo punto, el controlador.

Dependiendo el fabricante, se implementarán distintas medidas para elegir qué puntos de acceso han de ser gestionado, ya sea mediante una pre-configuración de la dirección IP en el punto de acceso, o mediante algún tipo de filtrado y clave en el controlador. Una vez añadido el punto de acceso se le cargara automáticamente una configuración base, lo cual reduce los tiempos de instalación y minimiza los errores de configuración.

El contexto al que se tiende entonces es que la instalación de nuevos sistemas se simplifique de forma, además, que una vez realizado el despliegue inicial el controlador permitirá desde una sola consola configurar los distintos puntos de acceso, individualmente, por grupos o globalmente así como recibir alarmas asociadas al funcionamiento de ellos.

Como se ha comentado, la funcionalidad dependerá de cada fabricante, pero estas son algunas de las ofrecidas:

• Gestión centralizada: Una sola consola para gestionar los distintos puntos de acceso.

• Centralización de eventos: En instalaciones amplias, con un elevado número de puntos de acceso, resulta inviable acceder a cada uno de ellos para tener conocimiento de los eventos acontecidos y posteriormente relacionar los datos obtenidos de cada uno de ellos. El controlador permite automatizar este proceso con un ahorro en costes y un aumento en la fiabilidad de la red.

• Seguridad avanzada y centralizada: Permite gestionar la admisión de clientes WiFi, definir perfiles, permitir acceso de éstos a distintas partes de la red o servicios dependiendo de su identidad, filtrados y detección de accesos.

Actualmente, existen distintos fabricantes que han diseñado sus propios protocolos privativos para gestionar el control de sus propias redes wireless basadas en el estándar IEEE 802.11. Uno de los más extendidos ha sido LWAPP (Lightweight Access Point Protocolo Protocolo Ligero para Puntos de Acceso) . Este protocolo de red utilizado para la gestión centralizada de varios puntos de acceso en una red inalámbrica WLAN. Existen dos modos de capa, el modo capa 2 ya está obsoleto, el modo capa 3 es el que se encuentran por defecto en la mayoría de los dispositivos.

Inicialmente desarrollado por Airespace y NTT DoCoMo y finalmente aprobado como estándar por la IEFT (Internet Engineering Task Force) en la RFC 5412, los objetivos de este protocolo son:

• Utilizar Puntos de acceso lo más sencillos y baratos posibles. Se le quita todo el trabajo posible.

• Centralizar el trabajo de filtrado, OoS, autenticación y cifrado en un dispositivo centralizado.

• Proporcionar un mecanismo de encapsulación y transporte independiente del vendedor.

CAPWAP (Control And Provisioning of Wireless Access Points) es un estándar que surge a partir de LWAPP. Las especificaciones del protocolo están descritas en la RFC 5415 y en el RFC 5416 se provee una vinculación con el estándar 802.11 .

La máquina de estados de CAWAP es similar a la de LWAPP, pero además cuenta con el establecimiento de un túnel OTLS (Datagram Transport Layer Security) . El estándar provee gestión de configuración y de dispositivos, permitiendo que configuraciones y firmware sea cargado en los puntos de acceso desde el controlador.

Este protocolo diferencia entre tráfico de datos y tráfico...

1. Sistema de control descentralizado de redes inalámbricas, formadas por un conjunto de puntos de acceso (PA) que dan servicio de conexión a un conjunto de estaciones (STA) , donde cada punto de acceso (PA) comprende: -un controlador descentralizado (110) , -un driver de la capa física (100) , -un módulo de control QoS (102) , -un módulo de medidas de la capa física (104) encargado de monitorizar

parámetros de la capa física;

-un módulo de control de la capa física (106) encargado de configurar la capa física a partir de los comandos enviados por el controlador descentralizado (110) ; caracterizado por que los controladores descentralizados (110) de los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red inalámbrica están configurados para, durante el

proceso de inicialización de la red inalámbrica o cuando se añade un punto de acceso (PA) a la red inalámbrica, realizar una selección automática del canal de transmisión (S7) de cada punto de acceso (PA) de la red inalámbrica, donde dicha selección se realiza con objeto de minimizar las interferencias con otras redes o dispositivos inalámbricos externos a la red y las interferencias internas entre los puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red, y en base al menos a la siguiente información transmitida entre los puntos de acceso (PA) de la red:

• una lista de los puntos de acceso (PA) que están dentro del rango de alcance de cada punto de acceso (PA) de la red;

• las potencias con las que cada punto de acceso (PA) recibe señales de 25 los puntos de acceso dentro de su alcance;

• una lista de canales preferidos, con menor nivel de interferencia, de cada punto de acceso (PA) de la red.

2. Sistema según la reivindicación 1, donde los controladores descentralizados (110) de los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red inalámbrica están configurados para, durante el proceso de inicialización de la red inalámbrica o cuando se añade un punto de acceso (PA) a la red inalámbrica:

-comprobar, para cada punto de acceso (PA) de la red y una vez realizada la selección automática del canal de transmisión (87) , la existencia de interferencia directa

con un punto de acceso (PA) que esté dentro de su rango de alcance y que tenga asignado el mismo canal de transmisión, -en caso de detección de interferencia, realizar una selección automática de la potencia de transmisión (S8) , mediante la reducción de las potencias de transmisión 5 asignadas de los puntos de acceso (PA) en conflicto.

3. Sistema según la reivindicación 2, donde para la detección de interferencia entre dos puntos de acceso (PA) de la red y la selección automática de la potencia de transmisión (S8) los controladores descentralizados (110) de los puntos de acceso (PA) están configurado para: -transmitir (88.2) un mensaje baliza (M4) a la máxima potencia asignada; -cuando un punto de acceso (PA) recibe un mensaje baliza (M4) proveniente de otro punto de acceso (PA) , medir (S8.4) la potencia con la que se recibe dicho mensaje y comprobar si dicha potencia supera un umbral de potencia determinado, en cuyo caso 15 se determina la existencia de interferencia, -iterativamente reducir la potencia de transmisión asignada hasta que la potencia del mensaje baliza (M4) recibido sea inferior al umbral de potencia.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los controladores descentralizados (110) de los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red inalámbrica están configurados para, en el proceso de conexión de una nueva estación (STA) a la red:

-cuando un punto de acceso (PA) de la red recibe una petición de escaneo activo o pasivo proveniente de la nueva estación (STA) , en lugar de contestar a la 25 petición, comunicar al resto de puntos de acceso (PA) la detección de la estación (STA) ; -obtener una lista con puntos de acceso (PA) de la red que reciben una petición de escaneo de la nueva estación (STA) ; -obtener la relación SNIR entre cada uno de dichos puntos de acceso (PA) y la estación (STA) .

30. asignar el punto de acceso (PA) con mayor relación SNIR para dar servicio a la nueva estación (STA) .

5. Sistema según la reivindicación 4, donde para la asignación del punto de acceso (PA) con mayor relación SNIR para dar servicio a la nueva estación (STA) los controladores descentralizados (110) comprueban que el punto de acceso (PA) tenga capacidad para aceptar la nueva conexión, evaluando que la carga de dicho punto de acceso (PA) no supere un determinado umbral.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, donde la relación SNIR corresponde a aquella con la que cada punto de acceso (PA) detecta a la estación (STA) , de forma que para la obtención de dichas relaciones SNIR los controladores descentralizados (110) de los puntos de acceso (PA) que reciben una petición de escaneo están configurados para calcular directamente dicha relación SNIR.

1.

7. Sistema según cualquiera de las rei vindicaciones 4 a 5, donde la relación SNIR corresponde a aquella con la que la estación (STA) detecta a cada punto de acceso (PA) , de forma que para la obtención de dichas relaciones SNIR los controladores descentralizados (110) de los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red

inalámbrica están configurados para enviar a la estación (STA) una petición de medidas de su entorno radio según el estándar 802.11 k.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, donde los controladores descentralizados (110) de los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red 20 inalámbrica están configurados para, en el proceso de conexión de una nueva estación (STA) a la red:

-estimar la posición de la estación (STA) utilizando información de localización de cada punto de acceso (PA) de la red y la relación SNIR entre la estación (STA) y cada uno de los puntos de acceso (PA) que detectan a la estación (STA) ;

- comprobar si la posición de la estación (STA) se encuentra fuera de un área de interés determinada, en cuyo caso se deniega a la estación (STA) el acceso a la red .

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada controlador descentralizado (110) está configurado para monitorizar los recursos de red de su 30 correspondiente punto de acceso (PA) y, ante una situación de congestión del mismo:

-seleccionar una estación (STA) candidata para traspasarla a otro punto de acceso (PA) que tenga más recursos de red disponibles, donde dicha selección se realiza en base a alguno de los siguientes criterios:

• que genere el menor número de interferencias posibles al ser traspasado a otro punto de acceso (PA) con más recursos de red disponibles;

• que la estación (STA) candidata reduzca notablemente el tiempo de ocupación del canal del punto de acceso (PA) al que está conectado; -seleccionar el punto de acceso (PA) destino para seguir dando servicio a la

estación (STA) candidata seleccionada, donde dicha selección se realiza en base a los siguientes criterios:

• que tenga capacidad para aceptar a la estación (STA) candidata; y

• que tenga mayor relación SNIR. -transferir la estación (STA) candidata al punto de acceso (PA) seleccionado.

10. Sistema según la reivindicación 9, donde la selección de la estación (STA) candidata se realiza en base a los siguientes datos: -potencia con que el punto de acceso (PA) recibe los mensajes de la estación (STA) ; -recursos de red que consume cada estación (STA) a los que el punto de acceso (PA) da servicio; -puntos de acceso (PAs) que detecta la estación (STA) y con qué potencia los detecta.

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los controladores descentralizados (110) de los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red inalámbrica están configurados para, durante el proceso de inicialización de la red inalámbrica o cuando se añade un punto de acceso (PA) a la red inalámbrica, generar una clave secreta compartida (S6) para encriptar la información enviada entre los puntos de acceso (PA) de la red inalámbrica.

12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada controlador descentralizado (110) está configurado para monitorizar, a través del módulo de medidas de la capa física (104) , el canal de transmisión en el que está operando para detectar el ruido e interferencia en el canal y la ocupación del mismo, de forma que si se superan unos umbrales determinados efectúa un cambio a un canal de transmisión con menor interferencia.

13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada controlador descentralizado (110) está configurado para almacenar en una base de datos información relativa a las estaciones (STAs) asociadas con objeto de realizar un autoaprendizaje dinámico, donde dicha información incluye al menos uno de los siguientes parámetros:

- soporte de mensajes definidos en los estándares 802.11 k Y 802.11v; -soporte de escaneo activo; -soporte de operación en banda dual, de 2.4/5 GHz; -potencia con la que los puntos de acceso (PAs) detectan a una estación (STA) en la red;

-soporte de HT y/o VHT.

14. Método de control descentralizado de redes inalámbricas, formadas por un conjunto de puntos de acceso (PA) que dan servicio de conexión a un conjunto de estaciones (STA) , caracterizado por que comprende:

- durante el proceso de inicialización de la red inalámbrica o cuando se añade un punto de acceso (PA) a la red inalámbrica, realizar una selección automática del canal de transmisión (S7) de cada punto de acceso (PA) de la red inalámbrica, donde dicha selección se realiza con objeto de minimizar las interferencias con otras redes o dispositivos inalámbricos externos a la red y las interferencias internas entre los puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red, y en base al menos a la siguiente información transmitida entre los puntos de acceso (PA) de la red:

• una lista de los puntos de acceso (PA) que están dentro del rango de alcance de cada punto de acceso (PA) de la red;

• las potencias con las que cada punto de acceso (PA) recibe señales de 25 los puntos de acceso dentro de su alcance;

• una lista de canales preferidos, con menor nivel de interferencia, de cada punto de acceso (PA) de la red.

15. Método según la reivindicación 14, que comprende:

- durante el proceso de inicialización de la red inalámbrica o cuando se añade un punto de acceso (PA) a la red inalámbrica, comprobar para cada punto de acceso (PA) de la red y una vez realizada la selección automática del canal de transmisión (S7) , la existencia de interferencia directa con un punto de acceso (PA) que esté dentro de su rango de alcance y que tenga asignado el mismo canal de transmisión,

-en caso de detección de interferencia, realizar una selección automática de la potencia de transmisión (S8) , mediante la reducción de las potencias de transmisión asignadas de los puntos de acceso (PA) en conflicto.

16. Método según la reivindicación 15, que comprende, para la detección de interferencia entre dos puntos de acceso (PA) de la red y la selección automática de la potencia de transmisión (S8) :

-transmitir (88.2) un mensaje baliza (M4) a la máxima potencia asignada; -cuando un punto de acceso (PA) recibe un mensaje baliza (M4) proveniente de

otro punto de acceso (PA) , medir (S8.4) la potencia con la que se recibe dicho mensaje y comprobar si dicha potencia supera un umbral de potencia determinado, en cuyo caso se determina la existencia de interferencia,

-iterativamente reducir la potencia de transmisión asignada hasta que la potencia del mensaje baliza (M4) recibido sea inferior al umbral de potencia.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, que en el proceso de conexión de una nueva estación (STA) a la red comprende: -cuando un punto de acceso (PA) de la red recibe una petición de escaneo activo o pasivo proveniente de la nueva estación (STA) , en lugar de contestar a la 20 petición, comunicar al resto de puntos de acceso (PA) la detección de la estación (STA) ; -obtener una lista con puntos de acceso (PA) de la red que reciben una petición de escaneo de la nueva estación (STA) ; -obtener la relación SNIR entre cada uno de dichos puntos de acceso (PA) y la estación (STA) .

25. asignar el punto de acceso (PA) con mayor relación SNIR para dar servicio a la nueva estación (STA) .

18. Método según la reivindicación 17, donde para la asignación del punto de acceso (PA) con mayor relación SNIR para dar servicio a la nueva estación (STA) el método comprende comprobar que el punto de acceso (PA) tenga capacidad para aceptar la nueva conexión, evaluando que la carga de dicho punto de acceso (PA) no supere un determinado umbral.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 18, donde la relación SNIR corresponde a aquella con la que cada punto de acceso (PA) detecta a la estación (STA) , de forma que para la obtención de dichas relaciones SNIR los puntos de acceso (PA) que reciben una petición de escaneo calculan directamente dicha relación SNIR

20. Método según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 18, donde la relación SNIR corresponde a aquella con la que la estación (STA) detecta a cada punto de acceso (PA) , de forma que para la obtención de dichas relaciones SNIR los distintos puntos de acceso (PA) pertenecientes a la red inalámbrica envían a la estación (STA) una petición de medidas de su entorno radio según el estándar 802.11 k.

. Método según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, que comprende, en el proceso de conexión de una nueva estación (STA) a la red:

-estimar la posición de la estación (STA) utilizando información de localización de cada punto de acceso (PA) de la red y la relación SNIR entre la estación (STA) y cada uno de los puntos de acceso (PA) que detectan a la estación (STA) ;

-comprobar si la posición de la estación (STA) se encuentra fuera de un área de interés determinada, en cuyo caso se deniega a la estación (STA) el acceso a la red .

22. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 21, que comprende monitorizar los recursos de red de su correspondiente punto de acceso (PA) y, ante una situación de congestión del mismo:

-seleccionar una estación (STA) candidata para traspasarla a otro punto de acceso (PA) que tenga más recursos de red disponibles, donde dicha selección se realiza en base a alguno de los siguientes criterios:

• que genere el menor número de interferencias posibles al ser traspasado a otro punto de acceso (PA) con más recursos de red disponibles;

• que la estación (STA) candidata reduzca notablemente el tiempo de ocupación del canal del punto de acceso (PA) al que está conectado;

-seleccionar el punto de acceso (PA) destino para seguir dando servicio a la estación (STA) candidata seleccionada, donde dicha selección se realiza en base a los siguientes criterios:

• que tenga capacidad para aceptar a la estación (STA) candidata; y

• que tenga mayor relación SNIR.

-transferir la estación (STA) candidata al punto de acceso (PA) seleccionado.

23. Método según la reivindicación 22, donde la selección de la estación (STA) candidata se realiza en base a los siguientes datos.

5. potencia con que el punto de acceso (PA) recibe los mensajes de la estación (STA) ; -recursos de red que consume cada estación (STA) a los que el punto de acceso (PA) da servicio; -puntos de acceso (PAs) que detecta la estación (STA) y con qué potencia los 10 detecta.

24. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 23, que comprende, durante el proceso de inicialización de la red inalámbrica o cuando se añade un punto de acceso (PA) a la red inalámbrica, generar una clave secreta compartida (S6) para encriptar la información enviada entre los puntos de acceso (PA) de la red inalámbrica.

25. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24, que comprende monitorizar el canal de transmisión en el que está operando para detectar el ruido e interferencia en el canal y la ocupación del mismo, de forma que si se superan unos umbrales determinados efectúa un cambio a un canal de transmisión con menor interferencia.

26. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 25, que comprende almacenar en una base de datos información relativa a las estaciones (STAs) asociadas con objeto de realizar un autoaprendizaje dinámico, donde dicha información incluye al menos uno de los siguientes parámetros: -soporte de mensajes definidos en los estándares 802.11 k Y 802.11v; -soporte de escaneo activo; -soporte de operación en banda dual, de 2.4/5 GHz; -potencia con la que los puntos de acceso (PAs) detectan a una estación (STA)

en la red; -soporte de HT y/o VHT.