ES2285552T3

ES2285552T3 - Metodo y disposicion en redes inalambricas ad-hoc o multisalto.

Info

Publication number: ES2285552T3
Application number: ES04804262T
Authority: ES
Inventors: Peter Larsson; Niklas J. Johansson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2007-11-16
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: HK1104949A1; ATE359644T1; CN1934829A; EP1716674B1; DE602004005900T2; SE0303584D0; EP1716674A1; WO2005064863A1; DE602004005900D1; EP1551134A1; US20080107089A1; TW200534647A; CN1934829B

Abstract

Un método de un radionodo (205), el primer radionodo, de transmitir mensajes de baliza hacia al menos un segundo radionodo en una red ad hoc o multisalto, en el que la red ad hoc o multisalto comprende una pluralidad de radionodos (205, 215) adicionales, en el que el ritmo con el que el radionodo transmite sus balizas es adaptativo, estando el método del primer radionodo caracterizado por las etapas de a) - definir un subconjunto, NB gamma, de vecinos (305); b) - grabar una pluralidad de mensajes de baliza (310) procedentes de los radionodos que forman parte del subconjunto, y determinar la velocidad relativa de los radionodos del subconjunto respecto al primer radionodo a partir de la pluralidad de mensajes de baliza grabados respectivos; c) - estimar la dinámica de la red (315), basándose en la velocidad relativa de los radionodos del subconjunto; d) - determinar el ritmo de balizas (325), basándose en la estimación de la dinámica de la red.

Description

Método y disposición en redes inalámbricas ad-hoc o multisalto.

Ámbito de invención

La presente invención se refiere a redes de comunicaciones inalámbricas multisalto o ad hoc. En particular, la presente invención se refiere al uso de mensajes "hello" o de baliza en tales redes.

Antecedentes de la invención

Los conceptos de las redes inalámbricas autoorganizadoras relacionados con la comunicación móvil se conocen al menos desde la década de los setenta, pero durante los primeros años las investigaciones y los usos de tales sistemas quedaron restringidos a las aplicaciones militares y de emergencias. Sin duda se reconocieron las posibilidades de los sistemas para toda clase de comunicaciones, pero el coste de los equipos y la complejidad de los sistemas hicieron que su uso fuera muy limitado.

En los últimos años ha aumentado significativamente el interés respecto a las redes auto-organizadoras, siendo algunos de sus motivos el deseo de proporcionar diversos tipos de comunicación a una gran variedad de dispositivos, la comprensión de que no es preciso que todos los dispositivos tengan una capacidad de comunicación inalámbrica a gran distancia, si en lugar de ello pueden comunicarse a corta distancia con otro dispositivo que posea tal capacidad de comunicación inalámbrica a gran distancia, y el mayor uso de equipos móviles, tales como los ordenadores portátiles, los dispositivos personales auxiliares digitales (personal digital assistants - PDA) y las cámaras digitales, cuyos equipos evidentemente tendrían mayor utilidad si también fuera posible comunicarse con ellos o desde ellos fuera de su "entorno doméstico" y no se intentase que al menos la existencia de Internet proporcionase la razón de tal comunicación. Al mismo tiempo la tecnología ha evolucionado respecto a los equipos emisores-receptores, las baterías y las técnica de radiotransmisión y ya es factible técnicamente y justificable económicamente dotar de medios de comunicación inalámbrica a gran número de tipos distintos de dispositivos, por ejemplo los equipos emisores-receptores, codificadores/descodificadores, etc. Entre las redes autoorganizadoras que más han llamado la atención están las redes ad hoc y las redes multisalto. En este tipo de redes, una pluralidad y preferiblemente todos los nodos móviles, por ejemplo un teléfono móvil/terminal móvil, un PDA o un ordenador portátil, son capaces de funcionar como estación base de radio o como encaminador o router (ordenador central móvil) de otros nodos móviles. Por consiguiente se elimina la necesidad de tener una estructura fija, aunque el acceso a una red fija, tal como Internet, es un buen complemento para conseguir un funcionamiento ad hoc completo. En consecuencia, los paquetes de datos que se envían desde un nodo móvil de origen, hacia un nodo móvil de destino, se encaminan típicamente a través de varios nodos móviles intermedios (multisalto) antes de que lleguen al nodo móvil de destino. Una red ad hoc es, típica y completamente, autoorganizadora porque las rutas de encaminamiento (secuencia de saltos) no están predeterminadas de ninguna manera, aunque para encontrar las rutas mejores pueden usarse rutinas de optimización elaboradas. Las redes ad hoc generalmente usan multisalto. Las redes multisalto pueden tener esquemas de salto predeterminados y preferidos, es decir, una red multisalto no es una red ad hoc necesariamente.

Los nodos de la red mantienen típicamente una tabla de encaminamiento, de modo preferible actualizada recientemente, que especifica los nodos móviles a los que es capaz de enviar paquetes de datos el nodo presente. En una red multisalto que use encaminamiento de paquetes de datos, o similar, se realiza el siguiente procedimiento para cada paquete a encaminar: cuando un nodo recibe un paquete, comprueba que su tabla de encaminamiento tiene el nodo del salto siguiente que lleva al paquete de datos hacia su destino; si el nodo receptor no tiene ningún nodo de salto siguiente, y no es su destino, entonces el estado de la tabla de encaminamiento es incoherente en la red multisalto; para actualizar el estado, dicho nodo receptor puede, p. ej., iniciar una búsqueda de ruta hacia el destino, esperar hasta que el estado se actualice automáticamente (puede efectuarse regularmente), o simplemente responder a la estación previa que no tiene ninguna ruta operativa correcta y entonces dicha estación previa puede intentar otra ruta. El último caso en realidad no resuelve todo el problema, pero lo atenúa ligeramente. El proceso continúa hasta que el paquete de datos llegue eventualmente al nodo de destino. Alternativamente no se mantienen listas de encaminamiento en los nodos móviles y las rutas de encaminamiento se establecen por sesión. Los procedimientos de encaminamiento y la actualización de las listas de encaminamiento pueden realizarse de muy diversos modos y muchos de ellos están descritos en la técnica.

Las redes ad hoc y multisalto concebidas hoy día no sólo proporcionan comunicación entre nodos móviles de distinto tipo, sino que también permiten a los nodos móviles acceder a redes fijas y por tanto comunicarse con otros tipos de terminales, conseguir el acceso a información de bases de datos y descargar ficheros de información o entretenimiento, etc. Las redes fijas comprenden la red telefónica pública conmutada (public switched telephone network - PSTN), la red móvil pública terrestre (public land mobile network - PLMN), las redes de área local (local area networks - LAN) e Internet. En la publicación titulada "Redes ad hoc inalámbricas - Técnica de operación en red sin red" ("Wireless ad hoc networking - The art of networking without a network"), de M. Frodigh et al, Ericsson Review, pp. 248-263 (4) 2000, se presenta una descripción exhaustiva de redes ad hoc y multisalto. En la Fig. 1 se muestra una red ad hoc ejemplar que comprende nodos móviles, tales como los terminales móviles 105, los PDA 107, los ordenadores portátiles 110, y otros equipos provistos de dispositivos de comunicación, tales como las cámaras digitales 115, además de redes de comunicación, tales como una LAN 120, provista de un punto de acceso inalámbrico 125, y una red de comunicaciones móviles inalámbricas 130 adaptada para GPRS. Estas redes típicamente se conectan a Internet o a una red IP empresarial a través de encaminadores 140. Los nodos móviles de las redes de área personal 135 (personal area networks - PAN), en las que ellos se comunican, y los nodos móviles de las PAN distintas, se conectan a nodos de otras PAN y a las demás redes de comunicación. De este modo cada nodo móvil tiene la posibilidad de comunicarse mediante multisalto con todos los demás nodos y con todas las redes de comunicación.

La organización y optimización de las redes ad hoc y multisalto no es trivial en absoluto. Durante ciertas circunstancias una red ad hoc o multisalto puede producir una señalización extensa que no es productiva porque no transmite datos útiles hacia su destino. La optimización de redes ad hoc ha mostrado que es necesario economizar los recursos de radio y la energía, es decir, en la mayoría de los casos en cuanto a la duración de la batería. Debido a la movilidad de los nodos, la topología de la red puede cambiar con frecuencia y de modo imprevisible. Además, los dispositivos pueden ser encendidos o apagados de repente (o entrar en algún modo de espera), apareciendo nuevos enlaces o desapareciendo los enlaces existentes. El encaminamiento en un entorno dinámico de esta clase es una tarea difícil. En este campo ha de encontrarse gran actividad investigadora, como se manifiesta p. ej. en las publicaciones WIPO de referencias WO 02/35779 y WO 03/079611. En la publicación de la Ericsson Review antes citada se establecen las cuestiones de energía. La publicación WO 02/35779 da a conocer un método de realizar el multisalto de modo eficaz, considerando e intercambiando el "coste" de reenviar un paquete de datos hacia su destino. En la publicación WO 03/079611 se dan a conocer métodos que sirven para adaptar la energía usada en una transmisión, basándose en estimaciones de la pérdida de propagación y del nivel de ruido.

Para poder realizar el encaminamiento y mantener las conexiones vivas en este entorno de nodos móviles (y generalmente también en redes fijas) se intercambian los llamados mensajes de baliza (o mensajes HELLO) en forma de paquetes pequeños. En algunos casos los nodos también usan las balizas para mantener por cada nodo vecino una tabla de entradas de rutas de un salto, p. ej., que permita a los nodos realizar el establecimiento de las rutas y el mantenimiento de las mismas. Los algoritmos de optimización generalmente dependen muchísimo del resultado del balizamiento. El balizamiento es especialmente importante cuando se realiza encaminamiento con Calidad de Servicio (Quality of Service - QoS), puesto que en este caso es una necesidad conocer bien la topología. Las balizas también pueden usarse para descubrir a los vecinos, para la sincronización (ya que, después de recibir una trama de balizamiento, una estación usa el valor de la marca de tiempo para actualizar su reloj local), y para informarse acerca de las velocidades de transferencia de datos soportadas por los demás nodos.

Aunque es necesario para la comunicación en redes ad hoc y multisalto, el balizamiento usa algo de energía de la batería para transmitir, recibir y procesar las balizas y además interrumpe los ciclos de espera de los nodos. Además, las balizas también pueden interferir las transmisiones regulares de datos. Por consiguiente se destruyen los paquetes de datos y es necesario retransmitirlos, consumiendo aún más energía de la batería, reduciendo la capacidad de la red e introduciendo una demora adicional. Además, las estaciones que usen un modo de ahorro de energía, necesitarán consumir más energía porque necesitarán estar activas más a menudo, lo cual reduce las ventajas del modo de ahorro de energía. También puede hacerse un razonamiento similar respecto a la energía de transmisión empleada.

Las publicaciones WO 01/92992 y WO 01/73959 dan a conocer métodos de transmitir mensajes de baliza de un radionodo, o encaminador o router, a otros radionodos de una red. El ritmo al que el nodo/encaminador transmite su baliza es adaptativo. El ritmo se determina a partir, por ejemplo, de la velocidad física, del cambio de conectividad inalámbrica con los nodos vecinos cercanos, o de los planes esperados de movimiento adicional. El ritmo puede estar influido por las condiciones de puesta en servicio del nodo/encaminador. La velocidad física, que sólo se refiere a la velocidad del nodo/encaminador en cuestión, puede determinarse a partir de, por ejemplo, herramientas de posicionamiento o controlando el ritmo de cambio con el tiempo de los nodos cercanos.

Sumario de la invención

El balizamiento es muy importante en todas las redes ad hoc y multisalto (especialmente para el encaminamiento con QoS) ya que en las redes multisalto es necesario reflejar bien la topología para que funcionen eficazmente. No obstante, puede ser sustancial la magnitud de la sobrecarga que generan las transmisiones de balizas y no son desdeñables en absoluto la energía consumida por la transmisión, que degrada la duración de la batería, los recursos de radio que emplea la transmisión y la interferencia añadida.

El problema es proporcionar la precisión deseada del conocimiento de la topología de una red ad hoc o multisalto y, al mismo tiempo, limitar los inconvenientes del balizamiento expuestos anteriormente.

El objeto de la presente invención es proporcionar un método, un sistema y un programa que superen los inconvenientes de las técnicas de la técnica anterior. Esto se consigue con el método que se define en la reivindicación 1, el sistema que se define en la reivindicación 13, y el radionodo que se define en la reivindicación 10.

En el método según la presente invención se transmiten mensajes de baliza (mensajes HELLO) entre una pluralidad de radionodos de una red ad hoc o multisalto. El ritmo al que los radionodos transmiten sus balizas se basa en una estimación de la dinámica de la red. Asimismo, la potencia de transmisión de las balizas se basa preferiblemente en una estimación de la dinámica de la red. Los radionodos basan sus estimaciones de la dinámica de la red en las balizas recibidas desde los radionodos vecinos.

El método debería llevarse a cabo en al menos un radionodo, aunque preferiblemente en el mayor número posible de radionodos de la red. El método según la invención puede comprender las etapas siguientes:

a) - definir un subconjunto de vecinos; del primer radionodo

b) - grabar y almacenar mensajes de baliza o parámetros de baliza relacionados con mensajes de baliza, procedentes de al menos un segundo radionodo que forme parte del subconjunto;

c) - estimar la dinámica de la red, basándose en las balizas recibidas, o los parámetros de baliza, procedentes de al menos el segundo radionodo del subconjunto;

d) - determinar el ritmo de transmisión de balizas, basándose en la estimación de la dinámica de la red.

El método también puede comprender una etapa de comparar estimaciones de la dinámica de la red, en el que si la estimación en curso de la dinámica de la red difiere de al menos una cantidad predeterminada de una estimación previa de la dinámica de la red, el método pasa a la etapa de determinar d), y si no el método sigue controlando los radionodos vecinos del subconjunto (etapas a-c).

El sistema de una pluralidad de radionodos, según la presente invención, forma una red ad hoc o multisalto, en el que los radionodos se transmiten entre sí mensajes de baliza (mensajes HELLO). El ritmo al que al menos uno de los radionodos del sistema transmite sus balizas se basa en una estimación de la dinámica de la red.

El radionodo según la presente invención está adaptado para comunicarse con una pluralidad de otros radionodos de una red ad hoc o multisalto, en el que el radionodo transmite y recibe mensajes de baliza (mensajes HELLO) hacia y desde al menos uno de los radionodos de la pluralidad de radionodos. El ritmo al que el radionodo transmite sus balizas se basa en una estimación de la dinámica de la red.

Según una realización de la presente invención, el radionodo comprende una parte transmisora y una parte receptora, que comprende un transmisor y un receptor y medios de procesamiento de la señal asociados a los mismos, respectivamente. La parte receptora está preparada para recibir, almacenar y procesar una pluralidad de mensajes de baliza a fin de hacer una estimación de la dinámica de la red, y la parte transmisora está preparada para ajustar el ritmo al que el radionodo transmite balizas basándose en la estimación de la dinámica de la red. Esto puede implementarse preferiblemente de modo que la parte receptora comprenda un módulo de grabación de balizas para grabar una pluralidad de mensajes de baliza y determinar parámetros de baliza. Comprendiendo los parámetros de baliza, por ejemplo, la potencia de señal recibida respectiva y la hora de llegada de los mensajes de baliza recibidos. La parte receptora comprende además un módulo de almacenamiento, para almacenar los parámetros de baliza, y un módulo de procesamiento estadístico para hacer el análisis estadístico de los parámetros de baliza proporcionados por el módulo de almacenamiento. La parte transmisora preferiblemente comprende un módulo de ajuste de balizas para determinar y ajustar el ritmo de transmisión y/o la potencia de transmisión de los mensajes de baliza transmitidos, basándose en la estimación de la dinámica de la red proporcionada por el módulo de procesamiento estadístico.

Gracias a la presente invención es posible minimizar en una red ad hoc o multisalto la sobrecarga relacionada con los mensajes de baliza.

Una ventaja de la presente invención es que la exactitud del mapa topológico es buena y se mantienen eficientemente las conexiones cuando cambia la topología, p. ej., debido a la movilidad existente entre los radionodos móviles. Esto mejorará la capacidad de las conexiones existentes en la red. Un protocolo de balizas eficiente, tal como el proporcionado por el método de la presente invención, es importante especialmente en las redes multisalto que ofrecen QoS (Calidad de Servicio) con garantías de ancho de banda (es decir, velocidad de transferencia de datos).

Una ventaja adicional es que el método y la disposición, según la presente invención, reducirán significativamente el consumo de energía de los radionodos, asegurando al mismo tiempo que la exactitud del mapa topológico sea buena. Esto mejorará la duración de la batería de los radionodos móviles.

En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones de la invención. Otros objetos, ventajas y rasgos novedosos de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención, considerada junto con los dibujos anejos y las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá con detalle la invención, con referencia a las figuras de los dibujos, donde

la Fig. 1 es una vista esquemática de una pluralidad de redes ad hoc y de puntos de acceso a redes fijas (Técnica Anterior);

la Fig. 2 es una vista esquemática de nodos que forman una red ad hoc, en la que puede utilizarse el método según la presente invención;

la Fig. 3 es un diagrama de flujo del método según la presente invención;

la Fig. 4 a-f ilustra distintos escenarios de una red que influyen en la estimación de la dinámica de la red del método según la presente invención; y

la Fig. 5 es una ilustración esquemática de un radionodo según la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La Fig. 2 es una vista esquemática que ilustra un ejemplo de una red de comunicaciones inalámbricas ad hoc o multisalto 200 en la que pueden utilizarse ventajosamente el método y la disposición según la presente invención. La red comprende una pluralidad de radionodos móviles, 205:1, 205:2,..., 205:\nu,..., 205:n. Preferiblemente, cada radionodo móvil 205 tiene la capacidad de actuar como encaminador o router. Los ejemplos de radionodos móviles incluyen, pero no se limitan a, terminales móviles (teléfonos móviles), ordenadores portátiles y dispositivos PDA con interfaces de comunicaciones inalámbricas, y combinaciones de tales dispositivos. Pueden utilizarse diversas técnicas de transmisión, por ejemplo, acceso múltiple por división del tiempo (time division multiple access - TDMA), acceso múltiple por división espacial y del tiempo (spatial time division multiple access - STDMA), acceso múltiple por división de código (code division multiple access - CDMA), acceso múltiple por detección de portadora (carrier sense multiple access - CSMA), o técnicas estándares tales como Bluetooth^{TM} y WLAN. La red también puede comprender dispositivos (no mostrados) que tengan una capacidad limitada de encaminamiento o que carezcan de ella, que puedan comunicarse con otras entidades de la red, pero no transferir mensajes. Además, la red puede comprender radionodos fijos 215, que preferiblemente proporcionen puntos de acceso a otras redes de comunicaciones, tales como redes LAN, redes PLMN (es decir, sistemas celulares o móviles) y redes PSTN.

Los radionodos móviles 205 pueden cambiar de lugar, ponerse en modo de espera, salir de la red, p. ej. siendo apagados, y pueden añadirse a la red otros radionodos 205. Así pues, el escenario es una red de comunicaciones en cambio constante, en el que el ritmo de cambio y la magnitud del cambio pueden diferir significativamente entre las distintas redes y entre partes de las redes, e incluso una red particular puede tener comportamientos diferentes en momentos distintos, por ejemplo. Con la expresión dinámica de la red, que se utilizará en lo sucesivo, se quieren caracterizar las propiedades dinámicas de una red de comunicaciones inalámbricas ad hoc o multisalto, y puede basarse en medidas del ritmo de cambios y de la magnitud de los cambios de la red.

Los radionodos 205, como se ha descrito previamente, mantienen la red mediante señalización repetida con mensajes de baliza (o HELLO), los cuales son necesarios para establecer posibles rutas de encaminamiento. Los mensajes de baliza representan típicamente una cantidad significativa de sobrecarga de la red y consumen energía.

En el método y la disposición según la presente invención, los radionodos móviles 205, y quizá también los radionodos fijos 215 de la red de comunicaciones inalámbricas ad hoc o multisalto 200, adaptan el período existente entre sus mensajes de baliza transmitidos y/o la potencia de transmisión, usada al transmitir los mensajes de baliza, basándose en la dinámica de la red. Según el método inventivo, los radionodos 205, 215 sacan conclusiones sobre la dinámica de la red basándose en los mensajes de baliza entrantes, procedentes de otros radionodos. Por lo tanto, el método puede verse como distribuido en los radionodos individuales, ya que preferiblemente cada nodo hace su propio análisis y su propia adaptación basándose en la topología local de la red.

Considerando el radionodo móvil 205:\nu, una primera realización del método según la invención comprende las siguientes etapas principales, a ejecutar preferiblemente en cada radionodo 205, 215, cuyas etapas se ilustran en el diagrama de flujo de la Fig. 3:

305: Definir un subconjunto de vecinos

A menudo no es factible tener en cuenta todos los radionodos de la red. Así pues, se define un subconjunto de radionodos vecinos del radionodo móvil 205:\nu. El subconjunto, indicado con NB_{\nu}, puede comprender un número predeterminado de los radionodos más próximos, por ejemplo los diez vecinos más próximos. Alternativamente, el subconjunto está compuesto por los radionodos situados a menos de una distancia predeterminada. Preferiblemente, las distancias se relacionan con la pérdida de propagación de la señal de radio del mensaje de baliza, pero puede usarse otra forma de medida de las distancias, en caso de que esté disponible, p. ej., mediante el uso de
GPS.

310: Grabar y almacenar balizas

El radionodo móvil 205:\nu graba los mensajes de baliza procedentes de cada uno de los vecinos del subconjunto NB_{\nu} y almacena los parámetros de baliza de los mensajes de baliza respectivos. Los parámetros de baliza pueden comprender la potencia recibida, la hora de llegada, las medidas de distancia o la posición del nodo transmisor, por ejemplo. Los parámetros pueden ser deducidos por el radionodo receptor o alternativamente, o en combinación con, parámetros que hayan sido incluidos por el radionodo transmisor en el mensaje de baliza.

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315: Estimar la dinámica de la red

Basándose en los parámetros de baliza de los mensajes de baliza recibidos desde los vecinos del subconjunto NB_{\nu} el radionodo móvil 205:\nu hace una estimación de la dinámica de la red tal como la percibe ese radionodo. Se considera un número predeterminado de balizas recibidas previamente o, alternativamente, se consideran las balizas recibidas en un período predeterminado de tiempo. La estimación puede tener en cuenta la magnitud de los cambios y el ritmo de cambios del subconjunto de vecinos NB_{\nu}, preferiblemente midiendo la pérdida relativa de propagación, es decir, una medida de la velocidad relativa del radionodo móvil 205:\nu respecto a sus radionodos vecinos. Por consiguiente, un radionodo móvil del subconjunto NB_{\nu} que esté cerca del radionodo móvil 205:\nu y que se mueva con cierta velocidad, tendrá mayor influencia en la estimación de la dinámica de la red que otro radionodo móvil que se mueva con la misma velocidad, pero esté a mayor distancia del radionodo móvil 205:\nu. En otras palabras, en la estimación de la dinámica de la red se dará mayor peso a los cambios que se produzcan en una zona local del radionodo móvil 205:\nu que a los cambios que se produzcan en una zona alejada del mismo.

320: Comparar estimaciones de la dinámica de la red

Si la estimación en curso de la dinámica de la red difiere de la previa, o, alternativa y preferiblemente, si difiere de una cantidad predeterminada, el algoritmo continúa con la etapa 325. En caso contrario, es decir, si no hay cambios en la estimación o son insignificantes, el radionodo móvil 205:\nu sigue controlando los radionodos vecinos para detectar los cambios de la dinámica de la red, es decir, las etapas 305-320.

325: Determinar el ritmo de balizas

El radionodo móvil 205:\nu determina un ritmo de transmisión de mensajes de baliza basándose en la estimación de la dinámica de la red de la etapa 315.

330: Transmitir balizas

El radionodo móvil 205:\nu transmite mensajes de baliza adaptados a la dinámica de la red. Se repiten las etapas 305-320 para determinar si debe actualizarse el ritmo de transmisión de balizas y/o la potencia de transmisión.

Como se ha discutido previamente, la potencia de transmisión de las balizas puede ajustarse ventajosamente basándose en la dinámica de la red, de la misma manera que el ritmo de transmisión de balizas. En tal caso el método puede comprender además la etapa adicional de:

327: Determinar la potencia de transmisión de las balizas

El radionodo móvil 205:\nu determina una potencia de transmisión de los mensajes de baliza basándose en la estimación de la dinámica de la red de la etapa 315.

En una segunda realización de la presente invención, el radionodo móvil 205:\nu determina un ritmo de balizas y quizá una potencia de transmisión de cada baliza que vaya a transmitir. Entonces las etapas 315-325 (327) se sustituirán por la etapa 315', y la 330 por la 330', tal como sigue:

315': Determinar el ritmo de balizas y la potencia de transmisión

El radionodo móvil 205:\nu determina el ritmo de balizas y quizá la potencia de transmisión de la baliza siguiente, basándose en el historial de la pérdida de propagación de los radionodos del subconjunto NB_{\nu}.

330': Transmitir balizas

El radionodo móvil 205:\nu transmite una baliza adaptada a la dinámica de la red según se ha determinado en la etapa 315'.

Esta realización alternativa puede describirse con más formalismo de modo que la potencia de transmisión P^{i}_{TX}(\nu) y el ritmo de balizas B^{i}_{ritmo}(\nu) de la baliza i:ésima del radionodo móvil 205:\nu puedan calcularse en función del historial de la pérdida de propagación:

100

donde G_{jk} es la pérdida de propagación hacia el radionodo k de la baliza j:ésima recibida desde el radionodo k, J_{k} es el historial (posiblemente truncado) de las balizas recibidas desde el radionodo k, NB_{\nu} representa a los vecinos del nodo \nu, y f_{1} y f_{2} y son funciones objetivo arbitrarias que regulan la potencia de transmisión y el ritmo de balizas respecto a objetivos predeterminados de funcionamiento. Las funciones objetivo se interpretarán en un sentido amplio, pudiendo tratarse de un proceso lineal simple de parámetros de entrada o de un proceso más avanzado que implique diversas herramientas matemáticas, tales como transformadas, iteraciones, etc. Como puede deducirse a partir de la formulación anterior, el vecino que tenga la velocidad relativa máxima respecto al centro de gravedad de los nodos, tendrá la influencia máxima en la potencia de transmisión y en el ritmo de balizas. La pérdida de propagación (o ganancia de propagación) puede determinarse, preferiblemente, porque las balizas indican en la cabecera del mensaje de baliza los niveles de potencia usados. Basándose en el nivel de potencia recibido y sabiendo el nivel transmitido se determina fácilmente la ganancia de propagación (bucle abierto). Para determinar la pérdida de propagación también pueden usarse otros métodos (p. ej., procedimientos de bucle cerrado). La potencia de transmisión P^{i}_{TX}(\nu) y el ritmo de balizas B^{i}_{ritmo}(\nu) de la baliza i:ésima del radionodo móvil 205:\nu también pueden determinarse, aparte de usando las relaciones (1) y (2), a partir de una sola función objetivo que se optimice buscando el espacio de definición de P^{i}_{TX}(\nu) B^{i}_{ritmo}(\nu).

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La influencia de los vecinos en la estimación de la dinámica de la red con relación a su velocidad relativa, puede visualizarse como se indica en la Fig. 4 a-f. En la Fig. 4a se representa el radionodo móvil 205:\nu en situación estacionaria con el radionodo móvil 205:1. Los dos radionodos móviles quizá están estacionarios, pero también puede darse una situación estacionaria si los dos radionodos se están moviendo a la misma velocidad esencialmente. En la Fig. 4b se ilustra gráficamente en función del tiempo la intensidad de señal recibida de las balizas procedentes del radionodo móvil 205:1 tal como las recibe el radionodo móvil 205:\nu. Esto también puede considerarse como ilustración del historial de balizas J_{k} (k=1). Como puede verse en el gráfico, las balizas del radionodo móvil 205:1 se reciben con una intensidad esencialmente constante, aparte de las variaciones debidas a las variaciones temporales del canal de frecuencia de radio. En la Fig. 4 c y d, un radionodo móvil 205:2 se está moviendo a una velocidad v, a una distancia bastante grande del radionodo móvil 205:\nu. A medida que sea menor la velocidad relativa entre los radionodos móviles 205:\nu y 205:2, si la distancia existente ellos es grande, se moderarán los cambios temporales de la intensidad de señal recibida de las balizas transmitidas por el radionodo móvil 205:1 y recibidas por el radionodo móvil 205:\nu, como puede verse en la Fig. 4d. Por otra parte, si un radionodo móvil 205:3 está cerca del radionodo móvil 205:\nu, como se muestra en la Fig. 4e, y se mueve con la misma velocidad v, por ejemplo, la velocidad relativa entre los radionodos móviles 205:\nu y 205:2 será grande. Esto se reflejará en el historial de las balizas tal como se ilustra en el gráfico de la Fig. 4f, en el que pueden verse los cambios significativos de la intensidad de señal recibida.

El historial de las balizas que recibe el radionodo móvil 205:\nu puede analizarse con métodos conocidos, por ejemplo, medidas simples tales como diferencias relativas entre balizas consecutivas, cambios de la derivada de la intensidad de señal recibida, o con métodos estadísticos más elaborados.

En el escenario anterior el radionodo móvil 205:3 tendrá la máxima influencia en la dinámica de la red tal como la percibe el radionodo móvil 205:\nu, el cual tendrá que adaptar a ese radionodo su ritmo de transmisión de balizas, típicamente un ritmo relativamente elevado. Si no estuviera presente el radionodo móvil 205:3, el radionodo móvil 205:\nu vería una red casi estacionaria y por lo tanto podría usarse un ritmo menor. La potencia de transmisión de balizas típicamente estará gobernada sobre todo por el vecino más lejano, en vez de por un vecino cercano que tenga una velocidad relativa elevada. No obstante, el historial de las balizas puede usarse, por ejemplo, para predecir que un radionodo móvil que se mueva rápidamente pronto necesitará una potencia de transmisión elevada, como se discutirá más ampliamente a continuación.

En la Fig. 4 b, d y f los ritmos de balizas se han ilustrado, por simplicidad, iguales y constantes. Si los radionodos de la red utilizan el método según la invención, el ritmo de balizas es un parámetro variable. Esto no limita necesariamente el análisis de las balizas recibidas. De hecho, dado que el ritmo al que un radionodo transmite sus balizas es un reflejo de cómo percibe la red ese radionodo, otro radionodo puede incorporar en la estimación de la dinámica de la red el ritmo de balizas recibido. Obsérvese que en una zona de movilidad relativa elevada los ritmos de balizas serán elevados, de modo que reflejen los cambios de la topología real, mientras que en otras zonas en las que la movilidad relativa sea menor los ritmos serán bajos, en la medida en que no haya cambios o haya cambios poco significativos en la topología de la red.

En las realizaciones de la invención ejemplificadas y a partir de las estimaciones de la dinámica de la red, es posible sacar conclusiones acerca del comportamiento futuro de las redes y, por tanto, de los ritmos de balizas futuros adecuados y de las potencias de transmisión futuras apropiadas. Este tipo de conclusiones pueden hacerse gracias a que se analizan los historiales de las balizas recibidas desde cada radionodo. A partir de éstas pueden extraerse conclusiones sobre, por ejemplo, la velocidad relativa de los radionodos móviles. Un pronosticador puede usar este conocimiento en particular, quizá en combinación con algún otro conocimiento a priori o adquirido, para estimar los ritmos de balizas y las potencias de transmisión de algún período futuro de tiempo. En la técnica se conocen pronosticadores adecuados que podrían basarse, por ejemplo, en un alisado exponencial o en alguna clase de filtro, dependiendo de la exactitud deseada. En una tercera realización de la invención se incluye una funcionalidad de predicción o pronóstico en las etapas en que se determinan los ritmos de balizas y las potencias de transmisión, correspondientes a las etapas 325, 327 y 315' de las realizaciones primera y segunda, respectivamente.

El método según la presente invención puede implementarse de varios modos. Una cuarta realización de la invención ejemplifica una posible implementación. En esta realización de la invención, la potencia de transmisión y el ritmo de balizas se basan en la potencia previa de transmisión y en el ritmo previo de balizas y en el valor absoluto de la diferencia relativa de pérdida de propagación, |\DeltaG_{jk}|, es decir:

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y por consiguiente la potencia de transmisión y el ritmo de balizas se calculan según:

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donde I es el historial (posiblemente truncado) de las balizas transmitidas por el radionodo móvil 205:\nu. La realización es conveniente y eficiente porque se "reutiliza" el historial de las balizas en la medida en que se considera la diferencia relativa \DeltaG_{jk}.

La presente invención permite minimizar en una red ad hoc o multisalto la sobrecarga relacionada con los mensajes de baliza. La exactitud del mapa topológico es buena y se mantienen eficientemente las conexiones cuando cambia la topología, p. ej., debido a la movilidad existente entre los radionodos móviles. Esto mejorará la capacidad de las conexiones de la red. Un protocolo eficiente de balizas, tal como el proporcionado por el método de la presente invención, es importante especialmente en las redes multisalto que ofrecen QoS (Calidad de Servicio) con garantías de ancho de banda (es decir, velocidad de transferencia de datos).

En la Fig. 5 se ilustra esquemáticamente un radionodo (205) adaptado para utilizar el método según la presente invención. El radionodo según la presente invención comprende una parte transmisora 501 y una parte receptora 502, que comprende un transmisor y un receptor y medios de procesamiento de la señal asociados a los mismos, respectivamente. La parte receptora está preparada para recibir, almacenar y procesar una pluralidad de mensajes de baliza a fin de hacer una estimación de la dinámica de la red, y la parte transmisora está preparada para ajustar el ritmo al que el radionodo transmite balizas basándose en la estimación de la dinámica de la red. Esto puede implementarse preferiblemente de modo que la parte receptora 502 comprenda un módulo de grabación de balizas 505 para grabar una pluralidad de mensajes de baliza (etapa 310) y determinar parámetros de baliza, comprendiendo los parámetros de baliza por ejemplo la potencia de señal recibida respectiva y la hora de llegada de los mensajes de baliza recibidos, un módulo de almacenamiento 510 para almacenar los parámetros de baliza, y un módulo de procesamiento estadístico 515 para hacer el análisis estadístico (etapas 315, 320) de los parámetros de baliza proporcionados por el módulo de almacenamiento 510.

La parte transmisora 501 preferiblemente comprende un módulo de ajuste de balizas (520) para determinar y ajustar el ritmo de transmisión y/o la potencia de transmisión de los mensajes de baliza transmitidos (etapa 325, 327 y 330), basándose en la estimación de la dinámica de la red proporcionada por el módulo de procesamiento estadístico.

La implementación descrita anteriormente debe considerarse como ejemplo no limitativo. Como resulta evidente al experto en la técnica, los "módulos" anteriores deben considerarse unidades funcionales, y no necesariamente entidades físicas, que comprenden el significado de la funcionalidad de los módulos relacionados.

El método y la disposición reducirán significativamente el consumo de energía de los radionodos y, al mismo tiempo, asegurarán que la exactitud del mapa topológico sea buena. Esto aumentará la duración de la batería de los radionodos móviles 205.

El método según la presente invención se implementa preferiblemente mediante productos programados o productos de módulos programados que comprendan los medios codificados de software necesarios para ejecutar las etapas del método. Los productos programados se ejecutan preferiblemente en una pluralidad de radionodos 205, 215 de una red ad hoc o multisalto. El programa se distribuye y se carga desde un medio utilizable por ordenador, tal como un disquete flexible, un CD, transmitido por Internet, etc.

Aunque la invención se ha descrito en relación con las que se consideran actualmente como las realizaciones más prácticas y más preferidas, ha de entenderse que la invención no ha de limitarse a las realizaciones expuestas, al contrario, su intención es cubrir diversas modificaciones y las disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones anejas.

Claims

1. Un método de un radionodo (205), el primer radionodo, de transmitir mensajes de baliza hacia al menos un segundo radionodo en una red ad hoc o multisalto, en el que la red ad hoc o multisalto comprende una pluralidad de radionodos (205, 215) adicionales, en el que el ritmo con el que el radionodo transmite sus balizas es adaptativo, estando el método del primer radionodo caracterizado por las etapas de

a) - definir un subconjunto, NB_{\nu}, de vecinos (305);

b) - grabar una pluralidad de mensajes de baliza (310) procedentes de los radionodos que forman parte del subconjunto, y determinar la velocidad relativa de los radionodos del subconjunto respecto al primer radionodo a partir de la pluralidad de mensajes de baliza grabados respectivos;

c) - estimar la dinámica de la red (315), basándose en la velocidad relativa de los radionodos del subconjunto;

d) - determinar el ritmo de balizas (325), basándose en la estimación de la dinámica de la red.

2. Método de transmitir balizas según la reivindicación 1, en el que la potencia de transmisión de las balizas con la que el primer radionodo radio transmite sus balizas se basa en la estimación de la dinámica de la red.

3. Método de transmitir balizas según la reivindicación 1 ó 2, en el que la estimación de la dinámica de la red se basa en un análisis de la velocidad relativa de una pluralidad de radionodos vecinos respecto al primer radionodo y en el que en la estimación de la dinámica de la red se le da la máxima influencia al radionodo vecino que presenta la máxima velocidad relativa respecto al primer radionodo.

4. Método de transmitir balizas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el método comprende una etapa, a realizar antes de la etapa de determinar d), de:

- comparar estimaciones de la dinámica de la red (320), en el que si la estimación en curso de la dinámica de la red difiere de al menos una cantidad predeterminada de una estimación previa de la dinámica de la red, el método pasa a la etapa de determinar d), y si no el método sigue controlando los radionodos vecinos del subconjunto según las etapas a) - c).

5. Método de transmitir balizas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la etapa de estimar la dinámica de la red, la estimación de la dinámica de la red se basa al menos parcialmente en el historial de la pérdida de propagación de las balizas recibidas desde los radionodos del subconjunto.

6. Método de transmitir balizas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que además comprende una etapa de almacenar parámetros de baliza de los mensajes de baliza respectivos.

7. Método de transmitir balizas según la reivindicación 7, en el que los parámetros de baliza comprenden al menos un parámetro relacionado con la intensidad de señal recibida del mensaje de baliza y al menos un parámetro relacionado con la hora de llegada de los mensajes de baliza.

8. Método de transmitir balizas según la reivindicación 6 ó 7, en el que los parámetros de baliza comprenden parámetros que han sido incluidos por el radionodo transmisor en el mensaje de baliza.

9. Método de transmitir balizas según la reivindicación 8, en el que al menos un parámetro incluido originalmente por el radionodo transmisor comprende parámetros relacionados con la posición del nodo transmisor.

10. Un radionodo (205) adaptado para comunicarse en una red ad hoc o multisalto, comprendiendo el radionodo una parte transmisora adaptada para transmitir mensajes de baliza y una parte receptora adaptada para recibir mensajes de baliza, estando el radionodo

caracterizado por

- medios de grabación de balizas (505) para grabar una pluralidad de mensajes de baliza procedentes de una pluralidad de otros radionodos y determinar parámetros de baliza, comprendiendo los parámetros de baliza recibidos al menos la potencia de señal recibida respectiva y la hora de llegada de los mensajes de baliza recibidos;

- medios de almacenamiento (510) para almacenar los parámetros de baliza recibidos;

- medios de procesamiento estadístico (515) para hacer un análisis estadístico de la pluralidad de parámetros de baliza almacenados, realizando de este modo una estimación de la dinámica de la red basándose en la velocidad relativa de cada uno de los otros radionodos respecto al radionodo;

\newpage

- medios de ajuste de balizas (520) para ajustar el ritmo de transmisión y/o la potencia de transmisión de los mensajes de baliza transmitidos, basándose en la estimación de la dinámica de la red.

11. Radionodo según la reivindicación 10, en el que los medios de procesamiento estadístico (515) están adaptados para estimar la dinámica de la red basándose al menos parcialmente en un análisis de la velocidad relativa de una pluralidad de radionodos vecinos y en el que en la estimación de la dinámica de la red se le da la máxima influencia al radionodo vecino que presenta la máxima velocidad relativa respecto al radionodo.

12. Radionodo según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que los medios receptores de balizas (505) están adaptados para definir un subconjunto, NB_{\nu}, de radionodos vecinos, y los medios de almacenamiento (510) están adaptados para grabar y almacenar los parámetros de baliza recibidos procedentes de al menos un segundo radionodo que forma parte del subconjunto.

13. Un sistema de una pluralidad de radionodos (205, 215) adaptados para comunicarse en una red ad hoc o multisalto, en el que los radionodos (205, 215) están adaptados para transmitirse entre sí mensajes de baliza, estando el sistema caracterizado porque los radionodos (205, 215) del sistema comprenden medios adaptados para ejecutar el método de transmitir balizas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.