Enrutamiento de redes de telecomunicaciones.

Un controlador de red para controlar una red de telecomunicaciones que comprende una pluralidad de vehículos,

cada uno incluyendo un dispositivo de telecomunicaciones, comprendiendo el controlador de red:

una base de datos de configuración de la red, que contiene datos que representan la configuración de la red;

una base de datos de activos, que contiene para cada vehículo (i) datos que representan los movimientos planeados del vehículo en un área geográfica, teniendo el vehículo una ruta planificada desde una primera ubicación a una segunda ubicación, y (ii) datos que representan parámetros para una variación aceptable en dicha ruta;

un base de datos de requisitos de intercambio de información (IER), que contiene datos que representan la carga esperada futura de la red;

un motor de optimización configurado para calcular a partir de los datos almacenados en la base de datos de configuración de la red, la base de datos de activos y la base de datos de IER, un conjunto de rutas para los vehículos que optimiza, con sujeción a los parámetros de variación aceptables, la disponibilidad de la red de telecomunicaciones en el área geográfica; y

un despachador de órdenes de tareas, configurado para generar órdenes de tareas para su transmisión a los vehículos del conjunto de rutas calculadas por el motor de optimización.

Enrutamiento de redes de telecomunicaciones Campo de la invención La invención se refiere al campo del enrutamiento de redes de telecomunicaciones y, en particular, al campo de las redes oportunistas. Por ejemplo, las realizaciones de la invención se refieren a redes de telecomunicaciones en zonas geográficas en las que hay poca o ninguna infraestructura de red cableada permanente.

Antecedentes de la invención La ejecución de las operaciones civiles y militares, tales como respuestas a situaciones de emergencia y operaciones en territorio remoto u hostil, se puede comprometer seriamente si los enlaces de comunicación son pobres. Por desgracia, los enlaces de comunicación a menudo son pobres en dichos territorios, ya sea como resultado de la interrupción natural o militar de enlaces permanentes preexistentes, o como resultado de que haya pocos o ningún tipo de enlaces permanentes en la primera posición.

Una gran cantidad de investigación se ha hecho en los últimos años en el rendimiento de las redes de telecomunicaciones oportunistas, que no dependen de la existencia de enlaces fijos preexistentes. Muchas de estas redes, por ejemplo, las redes establecidas en una base ad hoc entre teléfonos móviles o entre vehículos de carretera, requieren una alta densidad de dispositivos capaces de participar en la red; claramente, eso a menudo no estará disponible después de un desastre, conflicto o en áreas similares. Por otra parte, muchas de las operaciones tienen requisitos más allá de la mera conectividad -por ejemplo, los requisitos de seguridad pueden hacer necesario restringir los datos a dispositivos de red de confianza, y en muchos casos a los dispositivos de red de confianza específicamente calificados para gestionar la información sensible -que puede reducir aún más el número de nodos disponibles en una red.

La mayoría del trabajo en esta área se ha concentrado en la elaboración y en la investigación de diferentes formas de enrutamiento. Algunos trabajos también se han hecho teniendo en cuenta la mejor opción del portador de enlaces. Uno de los enfoques adoptados en el ámbito de las comunicaciones tácticas (militares) es la provisión de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) de comunicaciones dedicadas. Sin embargo, los vehículos aéreos no tripulados son muy caros. Otro enfoque es montar dispositivos de comunicaciones de red en vehículos que tienen una función primaria que no es de comunicaciones, por ejemplo, transporte aéreo. Al extender el rango de posibles plataformas que se pueden emplear, el número de plataformas disponibles se puede incrementar de manera significativa; sin embargo, típicamente los vehículos no dedicados estarán disponibles sólo intermitentemente, de acuerdo a los requerimientos de su función principal. Las redes que incorporan tales "activos de no comunicación" se conocen como "redes oportunistas", tomadas a menudo para ser una subclase de redes tolerantes con la interrupción/retardo. Tales redes se han estudiado con el fin de optimizar el enrutamiento de datos de comunicación sobre sus enlaces, en vista de su naturaleza intermitente.

En "Routing Strategies in Multihop Cooperative Networks", IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 8, No. 2, febrero de 2009, Gui et al presentan un estudio de rendimiento de corte, teniendo en cuenta las características de desvanecimiento y la naturaleza de emisión de canales inalámbricos, para tres diferentes estrategias de enrutamiento: enrutamiento óptimo, en el que se elige la ruta de acceso de fuente a destino con la relación mínima más grande de señal a ruido (SNR) ; enrutamiento ad-hoc, en el que se elige el salto con la SNR más alta en cada nodo a partir de los siguientes saltos disponibles; y enrutamiento de salto N, en el que se elige la ruta con la mayor SNR mínima sobre los grupos de N saltos. El enrutamiento óptimo se encuentra para dar el mejor rendimiento de corte, pero a expensas de aumentar en gran medida la complejidad de cálculo para el enrutamiento a través de más y más saltos. El enrutamiento ad-hoc sufre a partir del mayor corte, pero la complejidad de cálculo es la misma independientemente del número de saltos. El enrutamiento de salto N es un compromiso que puede proporcionar un buen equilibrio entre el rendimiento de corte y la complejidad de cálculo. En el documento US 2007/078597 se divulga una disposición para seleccionar una ruta adecuada para un vehículo de modo que la cobertura de las redes de telecomunicaciones se asegura a lo largo de la ruta.

A pesar de estos diversos esfuerzos, persisten entornos en los que es poco probable que sean suficientes nodos de comunicación dedicados en una red de despliegue para proporcionar enlaces de comunicaciones de la calidad deseada. De los enfoques mencionados anteriormente, el uso de nodos de comunicación sobre activos de no comunicación para trabajar de forma oportunista es un enfoque más rentable que el uso de vehículos aéreos no tripulados de comunicaciones dedicados, pero este tipo de activos de no comunicación proporcionan sólo "nodos de oportunidad", que usualmente estarán muy lejos de ser óptimos. La atención de la técnica anterior generalmente se ha centrado en cuestiones de redes móviles ad hoc (MANET) .

La presente invención busca mitigar los problemas anteriormente mencionados.

Sumario de la invención La presente invención proporciona, en un primer aspecto, un controlador de red para controlar una red de telecomunicaciones que comprende una pluralidad de vehículos, cada uno incluyendo un dispositivo de telecomunicaciones, comprendiendo el controlador de red:

una base de datos de configuración de red, que contiene datos que representan la configuración de la red; una base de datos de activos, que contiene para cada vehículo (i) datos que representan los movimientos previstos del vehículo en un área geográfica, teniendo el vehículo una ruta planificada desde una primera ubicación a una segunda ubicación, y (ii) datos que representan parámetros para una variación aceptable en dicha ruta; una base de datos de requisitos de intercambio de información (IER) , que contiene datos que representan la carga esperada futura de la red; un motor de optimización configurado para calcular a partir de los datos almacenados en la base de datos de configuración de la red, la base de datos de activos y la base de datos de IER, un conjunto de rutas para los vehículos, sujetos a los parámetros de variación aceptables, que optimiza la disponibilidad de la red de telecomunicaciones en el área geográfica; y un despachador de orden de tareas, configurado para generar órdenes de tareas para su transmisión a los vehículos desde el conjunto de rutas calculadas por el motor de optimización.

Por lo tanto, el motor de optimización pretende variar las órdenes de tareas de los vehículos dentro de los límites predefinidos, para proporcionar una cobertura de la red de telecomunicaciones y un rendimiento óptimos (o casi óptimos) en base a la necesidad operativa. La invención hace uso de un motor de optimización en la forma de un algoritmo de optimización o comportamiento del motor que tiene en cuenta los activos que potencialmente pueden proporcionar comunicaciones. Se entenderá por los expertos en la técnica que los términos "optimización", "óptimo" y similares no se refieren necesariamente a escenarios globalmente más preferibles, sino más bien se refieren a escenarios que son determinados para ser óptimos mediante la operación de un procedimiento de optimización. Como es bien conocido, tales procedimientos de optimización en la práctica pueden identificar escenarios como óptimos que son localmente pero no globalmente óptimos.

El motor de optimización puede utilizar cualquier algoritmo de optimización adecuado, por ejemplo, algoritmos evolutivos, Tabu, o hibridación simulada.

La base de datos de configuración de la red puede incluir detalles de algoritmo (s) de enrutamiento de la red utilizados en la red. La base de datos de configuración de la red puede incluir detalles de las ubicaciones de los nodos fijos en la red. La base de datos de configuración de la red puede incluir detalles de las ubicaciones de las pluralidades de vehículos en uno o varios momentos en el tiempo. La base de datos de configuración de la red puede incluir detalles de las características de la red de los dispositivos de telecomunicaciones incluidos en los vehículos, por ejemplo el ancho de banda y/o el rango de los dispositivos. También puede almacenar topologías realizables, en vista de las variaciones aceptables en las rutas de los vehículos.

Puede ser que la variación aceptable en la ruta esté limitada por una limitación operacional del vehículo, por ejemplo, una o más limitaciones... [Seguir leyendo]

1. Un controlador de red para controlar una red de telecomunicaciones que comprende una pluralidad de vehículos, cada uno incluyendo un dispositivo de telecomunicaciones, comprendiendo el controlador de red:

una base de datos de configuración de la red, que contiene datos que representan la configuración de la red; una base de datos de activos, que contiene para cada vehículo (i) datos que representan los movimientos planeados del vehículo en un área geográfica, teniendo el vehículo una ruta planificada desde una primera ubicación a una segunda ubicación, y (ii) datos que representan parámetros para una variación aceptable en dicha ruta; un base de datos de requisitos de intercambio de información (IER) , que contiene datos que representan la carga esperada futura de la red; un motor de optimización configurado para calcular a partir de los datos almacenados en la base de datos de configuración de la red, la base de datos de activos y la base de datos de IER, un conjunto de rutas para los vehículos que optimiza, con sujeción a los parámetros de variación aceptables, la disponibilidad de la red de telecomunicaciones en el área geográfica; y un despachador de órdenes de tareas, configurado para generar órdenes de tareas para su transmisión a los vehículos del conjunto de rutas calculadas por el motor de optimización.

2. Un controlador de red de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la base de datos de configuración de la red incluye detalles de algoritmo (s) de enrutamiento de la red utilizado (s) en la red.

3. Un controlador de red de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la base de datos de configuración de la red incluye detalles de las características de la red de los dispositivos de telecomunicaciones incluidos en los vehículos.

4. Un controlador de red de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la base de datos de activos incluye ubicaciones geográficas predichas de los vehículos, los horarios de salida y de llegada programados, y/o las velocidades predichas.

5. Un controlador de red de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la base de datos de activos incluye variaciones aceptables en ubicaciones geográficas de los vehículos, los horarios de salida y de llegada programados, y/o las velocidades predichas.

6. Un controlador de red de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que los datos de carga de la red esperada contenidos en la base de datos IER incluye datos relativos a los requisitos de carga de la red esperados de un equipo de operaciones móvil.

7. Un controlador de red de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la variación aceptable en la ruta está limitada por una limitación operacional del vehículo, por ejemplo, una o más limitaciones seleccionadas del grupo que consiste en: combustible disponible, energía disponible, potencia de procesamiento disponible, memoria disponible, limitaciones operacionales, conjunto de rendimiento, escalas de tiempo, y tipo de capacidad de comunicaciones proporcionado.

8. Un método de control de una red de telecomunicaciones, comprendiendo el método:

(1) recibir datos relativos a la configuración de la red de telecomunicaciones;

(2) recibir datos relativos a las cargas de telecomunicaciones futuras esperadas en un área geográfica;

(3) recibir datos relativos a movimientos planeados de una pluralidad de vehículos en el área geográfica, incluyendo cada vehículo un dispositivo de telecomunicaciones y que tiene una ruta planificada desde una primera ubicación a una segunda ubicación, y datos relativos a la variación aceptable en dicha ruta; y

(4) optimizar la disponibilidad de conectividad de telecomunicaciones en el área geográfica mediante la alteración de la ruta planeada de al menos uno de los vehículos dentro de la variación aceptable de esa ruta.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que los datos recibidos sobre las futuras cargas de telecomunicaciones incluyen datos relativos a cargas de telecomunicaciones presentes.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que los datos incluyen estadísticas de la red, por ejemplo, carga de enlaces, tasa de errores, y/o retardo.

11. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que los datos recibidos sobre las futuras cargas de telecomunicaciones incluyen datos relativos a futuras necesidades de telecomunicaciones de vehículos o personas que operan en el área geográfica.

12. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, que incluye la etapa de cálculo de las cargas de la red esperadas de los datos relativos a las futuras necesidades de telecomunicaciones y los datos

relativos a las cargas de telecomunicaciones presentes.

13. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, que incluye la etapa de actualización de una o más bases de datos que contienen requisitos de intercambio de información esperados y/o ubicaciones de 5 nodos, en vista a los datos recibidos referentes a las futuras cargas de telecomunicaciones.

14. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que la optimización de la disponibilidad de conectividad de telecomunicaciones en el área geográfica se logra mediante la optimización de las ubicaciones de topología de la red y de los nodos en vista de todas las restricciones pertinentes.

15. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que la ruta prevista de al menos uno de los vehículos se ve alterada por el envío de órdenes de tareas actualizadas que implementan la ruta alterada.

16. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15, que incluye repetir las etapas (1) a (3) de la 15 reivindicación 8.

17. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 16, que incluye la etapa de comparar el beneficio de la implementación de la alteración de la ruta con el coste de cambiar las órdenes del vehículo.