ES2976742T3 - Recopilación de datos de transmisiones asíncronas en redes de malla inalámbricas - Google Patents

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Abstract

Una red de malla inalámbrica incluye un controlador en comunicación inalámbrica con una pluralidad de dispositivos esclavos donde a cada dispositivo esclavo se le asigna un número de ruta virtual que define un intervalo de tiempo en una trama de comunicaciones TDMA. Los dispositivos esclavos están configurados para recibir, fuera de banda y/o por separado de la trama de comunicaciones TDMA, transmisiones asíncronas de datos de sensores desde dispositivos sensores operados con baterías. Los dispositivos sensores que funcionan con baterías transmiten de forma asíncrona y no participan en la trama de comunicaciones TDMA para ahorrar energía de la batería. Los dispositivos esclavos almacenan datos recibidos de los dispositivos sensores hasta que el controlador los solicita a través de un mensaje de iniciación. En respuesta, los dispositivos esclavos agregan datos recibidos directamente de comunicaciones asíncronas con datos recibidos de otros dispositivos esclavos durante un proceso de acumulación que pasa la fecha acumulada al controlador a través de la red en malla durante una trama de reconocimiento TDMA. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Recopilación de datos de transmisiones asíncronas en redes de malla inalámbricas
Campo de la tecnología
La materia objeto de esta solicitud está relacionada con la patente de la UE 2458825, la patente de la UE 2846584 y la solicitud de patente de la República Checa CZ2020-496, presentada el 7 de septiembre de 2020.
Antecedentes de la invención
La presente divulgación se refiere a métodos para recopilar datos de dispositivos de comunicación de sensores en redes de malla inalámbricas dispuestas para enrutamiento sin conflictos usando multiplexación por división de tiempo.
Una red de malla es una topología de red en la que se puede establecer una conexión entre dispositivos conectados en la red. Una red de malla en la que se puede establecer una conexión entre dos dispositivos cualesquiera se denomina red de malla totalmente conectada. En la práctica, sin embargo, es mucho más común tratar con casos donde únicamente algunos dispositivos están conectados entre sí y pueden establecer una conexión.
En una red de malla inalámbrica, los dispositivos se comunican entre sí de forma inalámbrica, normalmente en las bandas de radiofrecuencia. Por lo tanto, la conexión directa entre dos dispositivos de comunicación está normalmente limitada por el alcance de comunicación de estos dispositivos. Los dispositivos fuera del alcance de comunicación no pueden establecer una conexión directa entre sí. Por lo tanto, los mensajes se envían en bloques de datos denominados paquetes, donde los paquetes llevan información acerca de su receptor y se reenvían en una red de malla general desde el emisor y, a continuación, se pasan de un dispositivo al siguiente hasta que alcanzan el receptor. Definir la ruta de un mensaje, es decir, determinar a través de qué dispositivos se reenviarán los paquetes, se denomina enrutamiento. El objetivo del enrutamiento es asegurar la entrega más fiable y más rápida de un paquete desde el emisor al receptor.
En una red de malla inalámbrica general, normalmente no se conoce de antemano qué dispositivos pueden establecer una conexión entre sí. Por lo tanto, el enrutamiento en una red de malla es un problema técnico y algorítmico relativamente complejo, especialmente debido al número de posibles rutas que resultan como combinaciones de diferentes conexiones, donde el número de conexiones posibles totales en una red que implicandispositivos es menor o igual que el númeroNmáxdado por la fórmulaNmáx = n * ( n -l) /2.
La patente de la UE 2 458 825 divulga un método para enrutar paquetes de malla inalámbrica que garantiza una entrega de mensajes fiable y eficiente entre un dispositivo de comunicaciones de control C y una pluralidad de dispositivos de comunicaciones esclavos N. El método de enrutamiento divulgado usa una estructura de enrutamiento virtual en combinación con acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) que garantiza el enrutamiento a través de una inundación secuencial y eficiente de la red controlada por un flujo de datos basándose en números de enrutamiento virtuales (VRN) asignados a cada dispositivo N. TDMA se usa a menudo en la práctica para evitar colisiones de transmisión debido a su fácil implementación y fiabilidad. TDMA se basa en el hecho de que, en un intervalo de tiempo dado, denominado ranura de tiempo, únicamente un único dispositivo especificado puede transmitir dentro de una trama compuesta de múltiples ranuras de tiempo. Por consiguiente, cada ranura de tiempo en una trama está especializada a un único dispositivo para transmisión durante esa ranura de tiempo. La ranura de tiempo cuando cada dispositivo N está activo (es decir, cuando puede realizar enrutamiento o transmitir, y confirmar la recepción de paquetes de mensaje) se determina por su VRN asignado de manera única. Los VRN pueden ser, por ejemplo, números enteros que forman una secuencia ordenada (por ejemplo, cada VRN puede ser uno mayor que el último). Se puede asignar una ranura de tiempo a cada dispositivo de comunicación N basándose en su VRN. El número de posibles ranuras de tiempo en cada trama de TDMA dependerá del tamaño de la estructura de enrutamiento virtual (el número de dispositivos de comunicación esclavos N en la estructura de enrutamiento virtual). El descubrimiento de red y la asignación de números de enrutamiento virtuales VRN pueden implementarse haciendo que el dispositivo de comunicación de control C envíe primero un mensaje ANSWERME. Todos los dispositivos de comunicación esclavos N que reciben el mensaje ANSWERME responderán a su vez (las respuestas pueden iniciarse en tiempos aleatorios para reducir las colisiones). Para cada dispositivo N que responde, el dispositivo de control C le asigna un VRN, que se transmite y almacena por el dispositivo esclavo N. El dispositivo de control C envía a continuación un mensaje DOSCAN a cada dispositivo de comunicación esclavo N encontrado en sus proximidades, uno después de otro. En respuesta al mensaje DOSCAN, cada dispositivo N a su vez envía un mensaje ANSWERME para encontrar de manera similar otros N dispositivos en sus proximidades y devuelve los resultados al dispositivo de control C. El dispositivo de control C puede asignar y pasar los VRN a través del dispositivo N que realizó el DOSCAN para la comunicación de los VRN asignados a los dispositivos asignados. El dispositivo de comunicación de control C puede a continuación, en un siguiente ciclo de iteración, enviar de manera similar el mensaje DOSCAN a todos los demás dispositivos esclavos N encontrados en el ciclo anterior. Este proceso se repetirá hasta que se encuentren todos los dispositivos de comunicación N en la red. El número del ciclo de iteración puede usarse para dividir ciclos de comunicación en zonas donde el número del ciclo de iteración expresa el número mínimo de enrutamientos o saltos a cada dispositivo incluido en una zona.
La patente de la UE 2846584 divulga un método que aprovecha el método para enriam iento descrito anteriormente, pero mejora los tiempos de respuesta cuando es necesario recopilar datos de múltiples dispositivos esclavos en una red. A medida que aumenta el número de dispositivos de comunicación conectados a la red, también lo hace el tamaño de la trama de TDMA. Si cada dispositivo esclavo N usa exclusivamente una trama de TDMA completa para transmitir datos al dispositivo de control C, se requeriríanntramas para recopilar datos dendispositivos de red. Esto conduce a mayores tiempos de respuesta, sobrecarga, una ineficiencia a medida que el número de dispositivosnaumenta. En el método divulgado, sin embargo, los datos de múltiples dispositivos N son recopilados y agregados por dispositivos intermedios N. Dentro de una única trama de red de TDM<a>, los datos se recopilan y agregan sucesivamente y finalmente se pasan de vuelta a través de la red al dispositivo de control C. El método de agregación mejora sustancialmente la eficiencia de tiempo de la recopilación de datos en redes de malla inalámbricas ordenadas que tienen una estructura de enrutamiento establecida que usa inundación direccional. Más específicamente, los dispositivos de comunicación esclavos direccionados individuales N reciben una trama de mensaje de iniciación desde el dispositivo de comunicación de control C. La trama de iniciación inicia un proceso a través del que los dispositivos de comunicación esclavos intermedios recopilan, agregan y transmiten datos de vuelta al dispositivo de control C en una trama de confirmación que está sincronizada en el tiempo con la trama de iniciación. Cada uno de los dispositivos de comunicación esclavos intermedios puede establecer un bit o un número de bits de sus propios datos, que fusiona con datos o bits recibidos de mensajes de confirmación recibidos desde otros dispositivos de comunicación esclavos direccionados durante la trama de confirmación. Los mensajes de confirmación que incluyen datos agregados o fusionados se envían sucesivamente por los dispositivos de comunicación esclavos en la ranura de tiempo correspondiente de la trama de confirmación desde el número de enrutamiento virtual más alto hasta el más bajo. De esta manera, los datos de todos los dispositivos esclavos pueden agregarse y recopilarse a medida que las transmisiones por los dispositivos esclavos progresan de vuelta hacia el dispositivo de comunicación de control.
El documento US 2013/016625 A1 divulga un método de recopilación de datos de unidades de sensor inalámbricas dispuestas en una red de malla. Cada una de las unidades de sensor inalámbrico transmite los datos adquiridos directa o indirectamente al agregador respectivo en una agrupación de submalla. El nodo base transmite un comando de descubrimiento a cada agregador. El nodo base está conectado de forma inalámbrica con agregadores para recibir datos agregados desde cada agregador.
Sumario de la invención
Una red de malla inalámbrica incluye un controlador en comunicación inalámbrica con una pluralidad de dispositivos esclavos donde a cada dispositivo esclavo se le asigna un número de enrutamiento virtual que define una ranura de tiempo en una trama de comunicaciones de TDMA. Los dispositivos esclavos están configurados para recibir, fuera de banda y/o por separado de la trama de comunicaciones de TDMA, transmisiones asíncronas de datos de sensor desde dispositivos de sensor operados por batería. Los dispositivos de sensor que funcionan con batería transmiten de forma asíncrona y no participan en la trama de comunicaciones de TDMA para ahorrar energía de batería. Los dispositivos esclavos almacenan datos recibidos desde los dispositivos de sensor hasta que el controlador solicita los datos a través de un mensaje de iniciación. En respuesta, los dispositivos esclavos agregan datos recibidos directamente de comunicaciones asíncronas con datos recibidos de otros dispositivos esclavos durante un proceso de acumulación que pasa la fecha acumulada de vuelta al controlador a través de la red de malla durante una trama de confirmación de TDMA.
Un método incluye operar una red de malla inalámbrica que incluye un dispositivo de comunicación de control y una pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, en donde el dispositivo de comunicación de control está en comunicación inalámbrica a través de la red de malla con la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, en donde a cada uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento se le asigna un número de enrutamiento virtual a través de un proceso de descubrimiento de red, y en donde a cada dispositivo de comunicación de enrutamiento se le asigna una ranura de tiempo especializada para transmitir durante tramas de mensaje de acceso múltiple por división de tiempo basándose en el número de enrutamiento virtual asignado; para cada uno de al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, cada dispositivo de comunicación de enrutamiento: recibe, a través de una o más transmisiones inalámbricas asíncronas, datos de sensor de uno o más dispositivos de sensor que funcionan con batería, y almacena los datos de sensor recibidos en una memoria; transmitiendo el dispositivo de comunicación de control de forma inalámbrica un mensaje de iniciación durante una trama de mensaje de iniciación dentro de la que se recibe el mensaje de iniciación por la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento; dentro de una trama de confirmación de acceso múltiple por división de tiempo, para cada uno de al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, cada dispositivo de comunicación de enrutamiento: recibe desde otro de los dispositivos de comunicación de enrutamiento al menos un mensaje de confirmación que contiene datos de sensor aguas arriba que se originan desde uno o más dispositivos de sensor que funcionan con batería y que han sido recibidos de manera asíncrona por al menos otro de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, fusiona los datos de sensor almacenados en la memoria de cada dispositivo de comunicación de enrutamiento con los datos de sensor corriente arriba, y transmite los datos de sensor fusionados en un mensaje de confirmación dentro de una ranura de tiempo asignada exclusivamente a cada dispositivo de comunicación de enrutamiento durante la trama de acceso múltiple por división de tiempo; y recibiendo el dispositivo de comunicación de control al menos un mensaje de confirmación, en donde el al menos un mensaje de confirmación contiene datos de sensor agregados que se originan a partir de una pluralidad de dispositivos de sensor que funcionan con batería, habiéndose recibido los datos de sensor agregados de manera asíncrona por el al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento.
El método puede realizarse de tal manera que el mensaje de iniciación incluye una especificación de selección de datos, en donde la especificación de selección de datos define un subconjunto de datos recibidos por la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento a proporcionarse en respuesta al mensaje de iniciación.
El método se puede realizar de tal manera que la especificación de selección de datos identifica un subconjunto de los dispositivos de sensor que funcionan con batería desde los que se solicitan datos.
El método se puede realizar de tal manera que la especificación de selección de datos identifica un subconjunto de los datos recibidos por los dispositivos de sensor que funcionan con batería.
El método se puede realizar de tal manera que el subconjunto de los datos recibidos identifica uno o más tipos de datos de sensor que se solicitan.
El método puede realizarse de tal manera que el mensaje de iniciación especifica una temporización para la iniciación de la trama de confirmación.
El método puede realizarse de tal manera que el mensaje de iniciación especifica un ajuste de una temporización para la iniciación de la trama de confirmación.
El método puede incluir, además: para cada uno de al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, cada dispositivo de comunicación de enrutamiento, además: recibe, a través de una o más transmisiones inalámbricas asíncronas, datos de sensor de uno o más dispositivos de sensor que no funcionan con batería, y almacena los datos de sensor recibidos en una memoria.
El método se puede realizar de tal manera que los datos de sensor recibidos por el al menos un dispositivo de comunicación de enrutamiento desde los dispositivos de sensor que no funcionan con batería se fusionan con y se transmiten al dispositivo de comunicación de control junto con los datos de sensor que se originan desde uno o más dispositivos de sensor que funcionan con batería.
Un sistema puede incluir el dispositivo de comunicación de control y la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento que realizan cualquiera de los métodos anteriores.
Un método puede incluir recopilar datos de dispositivos de comunicación en una red de malla inalámbrica con transmisión de mensajes basada en paquetes, disponiéndose los dispositivos de comunicación para un enrutamiento sin conflictos usando multiplexación por división de tiempo y un número de enrutamiento virtual, almacenándose en el mismo el número de enrutamiento virtual para cada dispositivo de comunicación y que expresa una distancia desde un dispositivo de comunicación de control, en donde la red de malla incluye al menos un dispositivo de comunicación de control, una pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento y una pluralidad de dispositivos de sensor. Más particularmente, el método puede incluir: recibir y enrutar cada dispositivo de comunicación de enrutamiento datos de sensor enviados de manera asíncrona desde los dispositivos de sensor; cada dispositivo de comunicación de enrutamiento, tras recibir un mensaje de iniciación desde el dispositivo de comunicación de control, seleccionar y establecer uno o más bits de los datos de sensor almacenados; y al menos uno de los dispositivos de comunicaciones de enrutamiento: fusionar el uno o más bits con mensajes de recopilación de confirmación recibidos desde otro del dispositivo de comunicación de enrutamiento con un número de enrutamiento virtual más alto durante una trama de confirmación, estando la trama de confirmación sincronizada en tiempo con una trama de iniciación, y enviar el uno o más bits fusionados con los mensajes de recopilación de confirmación dentro de una ranura de tiempo correspondiente de la trama de confirmación.
El método puede incluir además insertar información adicional en el mensaje de inicialización por el dispositivo de comunicación de control, en donde los dispositivos de comunicación de enrutamiento interpretan la información adicional estableciendo al menos el uno o más bits de acuerdo con el resultado de la interpretación.
El método puede incluir adicionalmente desplazar en el tiempo la trama de confirmación dependiendo de la información adicional insertada en el mensaje de iniciación por el dispositivo de comunicación de control.
Un dispositivo que realiza el método anterior puede incluir: una memoria, una porción de cuya memoria está especializada a almacenar datos de sensor recibidos; y una unidad de control que interpreta mensajes de iniciación y proporciona agregación de datos.
El dispositivo puede configurarse de tal manera que toda la memoria esté completamente especializada a recibir datos de sensor enviados de manera asíncrona por dispositivos de sensor.
Como apreciará un experto en la materia, múltiples aspectos descritos en este sumario pueden combinarse de manera diversa en diferentes realizaciones operables. Todas tales combinaciones operables, aunque pueden no exponerse explícitamente en interés de la eficiencia, se contemplan específicamente por esta divulgación.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra un ejemplo de una topología de red que contiene un coordinador, tres dispositivos de enrutamiento y seis dispositivos de sensor.
La Figura 2 ilustra dos implementaciones físicas de ejemplo de un dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento N y un diagrama de bloques de un dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento N de acuerdo con una realización.
La Tabla 1 muestra una agregación de datos ilustrativa durante una trama de confirmación en la disposición de red topológica mostrada en la Figura 1.
Descripción detallada
En la siguiente descripción, se hacen referencias a diversas realizaciones de acuerdo con las que se puede poner en práctica la materia objeto divulgada. Algunas realizaciones pueden describirse usando las expresiones una/otra realización o similares, múltiples instancias de las cuales no se refieren necesariamente a la misma realización. Los rasgos, estructuras o características particulares asociadas con tales instancias pueden combinarse de cualquier manera adecuada en diversas realizaciones a menos que se indique lo contrario. A modo de ejemplo, esta divulgación puede establecer un conjunto o lista de un número de opciones o posibilidades para una realización, y en tal caso, esta divulgación contempla específicamente todas las combinaciones y/o permutaciones claramente factibles de artículos en el conjunto o lista.
En ciertas implementaciones, los dispositivos de comunicaciones de red de malla pueden ser o pueden incluir dispositivos de sensor alimentados por batería S, que típicamente funcionan en modo de suspensión y únicamente se reactivan a modos de comunicación cuando necesitan comunicarse. En los métodos de enrutamiento y recopilación de datos descritos en los antecedentes anteriores, sin embargo, la comunicación debe planificarse por adelantado. Una limitación técnica que afecta a la eficiencia energética del dispositivo sensor en este caso es la necesidad de reactivarlo precisamente justo antes de recibir un mensaje de iniciación desde el dispositivo de comunicación de control o controlador C de modo que el dispositivo de detección pueda recibir el mensaje y ejecutar las secuencias apropiadas. La reactivación más temprana da como resultado una reducción de la eficiencia debido a que se pasa más tiempo en el modo de comunicación de uso intensivo de energía, lo que conduce a un mayor consumo de energía y, en consecuencia, a una vida útil limitada de la batería, mientras que, la reactivación posterior da como resultado la pérdida del mensaje de inicialización y el fallo de enrutamiento. A continuación, la temporización precisa generalmente significa costes económicos más altos debido a la necesidad de usar temporizadores precisos con un consumo de energía muy bajo. Además, incluso si se logra una temporización precisa en los dispositivos de sensor S, su eficiencia energética puede reducirse aún más, por ejemplo, si el dispositivo de red de control C está ocupado con la ejecución de comandos de prioridad desde el sistema principal y, por lo tanto, envía el paquete de inicialización más tarde de lo planificado. De manera similar, falla si el mensaje de inicialización, por ejemplo, debido a la interferencia ambiental, no llega al dispositivo sensor S. En estos casos, los dispositivos de sensor S tienen que esperar un tiempo más largo en el modo de recepción, en el que el consumo de energía es unos pocos órdenes de magnitud más altos que en el modo de suspensión.
La Figura 1 ilustra una topología de red de ejemplo que incluye un controlador C, tres dispositivos de comunicación de enrutamiento esclavos N1-N3 y seis dispositivos de comunicación de sensor N4-N9, también etiquetados S1 a S6. Los tres dispositivos de comunicación de enrutamiento esclavos N están referenciados por N1-N3 y se les han asignado números de enrutamiento virtuales R1-R3 (más precisamente 1-3) de acuerdo con el esquema de enrutamiento como se describe en la patente de la UE 2458825. Los seis dispositivos de comunicación de sensor S están referenciados por N4-N9 para indicar que son dispositivos adicionales que se comunican en la red, pero también se referencian como S1-S6 para diferenciarlos de los dispositivos de comunicación de enrutamiento esclavos N. Las líneas continuas muestran enlaces directos dentro esta disposición topológica de red de malla que vincula el controlador C a los tres dispositivos de comunicación esclavos de enrutamiento N en comunicación bidireccional usando mensajes de iniciación y mensajes de confirmación como se describe en la patente de la UE 2 846 584, mencionada anteriormente.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, las líneas discontinuas para cada dispositivo sensor S1 a S6 muestran qué los dispositivos de enrutamiento N pueden recibir sus transmisiones/datos en esta disposición topológica. Los dispositivos de detección pueden configurarse para transmitir o difundir de manera asíncrona datos de sensor periódicamente, que a continuación se reciben por uno o más de los dispositivos de enrutamiento N. Las transmisiones asíncronas pueden configurarse usando una frecuencia o protocolo diferente para no interferir con la comunicación de red de malla bidireccional entre el controlador y los dispositivos de comunicación de enrutamiento. Cualquier sensor puede configurarse para enviar diversos datos en un mensaje difundido ya que puede haber múltiples sensores que recopilan múltiples elementos de datos en un dispositivo de sensor. El sensor también puede enviar otros datos de diagnóstico u operativos, tales como un estado de su batería, durante su difusión.
Cada dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento N que recibe transmisiones asíncronas desde sensores dentro del alcance, a su vez, puede almacenar los datos de sensor recibidos en una memoria local del dispositivo. Los datos para cada sensor pueden almacenarse por separado en asociación con un identificador único de ese sensor.
Para propagar los datos de sensor recibidos de vuelta al controlador C, cada dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento N espera un mensaje de iniciación transmitido directamente por el controlador C, o indirectamente desde el controlador y a través de uno o más dispositivos de comunicación esclavos de enrutamiento N. El mensaje de iniciación se transmite a través de la red durante una trama de mensaje de iniciación que define la temporización de las transmisiones por el controlador y cada uno de los dispositivos de comunicación esclavos N. El mensaje de iniciación del controlador puede configurarse para especificar qué información se está solicitando (por ejemplo, qué tipo de datos de sensor y/o de qué sensores se está solicitando).
El mensaje de inicialización, por ejemplo, puede incluir una lista de sensores y/o dispositivos de enrutamiento, tal como en forma de un campo de bits, cuyos datos se van a seleccionar, o se puede insertar una definición del tipo de datos solicitado, para datos de temperatura de ejemplo o información de bits acerca de superar el valor límite de alguna cantidad física. Dependiendo de los datos solicitados en el mensaje de iniciación, únicamente pueden seleccionarse ciertos datos por los dispositivos de comunicación esclavos y posteriormente agregarse para devolver al controlador. Esto puede ser ventajoso, por ejemplo, en el caso de optimización de redes de telemetría heterogéneas con diferentes tipos de dispositivos de sensor, donde los datos de sensores diseñados para monitorizar eventos lentos no necesitan estar disponibles y, por lo tanto, no recopilarse, con tanta frecuencia como datos críticos.
La trama de mensaje de iniciación iniciada por el controlador establece una temporización con respecto a la que los diversos dispositivos de enrutamiento a continuación transmiten respuestas en una trama de confirmación que está sincronizada en tiempo con respecto a la trama de mensaje de iniciación. Cada dispositivo de comunicación de enrutamiento, en respuesta a recibir el mensaje de iniciación, selecciona los datos solicitados a recopilar, que pueden ser uno o más bits, de los datos de detección recibidos almacenados en su memoria. El dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento inserta a continuación los datos o bits seleccionados en un mensaje de confirmación, agregando posiblemente los datos con otros datos recibidos de otros sensores y/o dispositivos de comunicación esclavos en un mensaje de confirmación que se transmite de vuelta a través de la red al controlador C en una trama de confirmación. En una realización, las transmisiones de datos durante la trama de mensaje de confirmación se realizan secuencialmente, comenzando con dispositivos de enrutamiento con números de enrutamiento virtuales más altos y procediendo a dispositivos de enrutamiento con números de enrutamiento virtuales más bajos hasta que los datos se devuelven finalmente al controlador. Cada dispositivo de enrutamiento posterior puede agregar, fusionar o añadir cualquier dato adicional (recibido y almacenado desde sensores locales o recibido desde otros dispositivos de enrutamiento) en el mensaje de confirmación a medida que el mensaje progresa de vuelta al controlador.
Como se ilustra en la Figura 1, múltiples dispositivos esclavos de enrutamiento N pueden recibir comunicaciones asíncronas desde cualquier único sensor. Por ejemplo, las transmisiones del sensor S4 se muestran como recibidas por todos los dispositivos de comunicación esclavos N1-N3. Una vez que un primer dispositivo de enrutamiento inserta o agrega datos de un sensor específico en un mensaje de confirmación, otros dispositivos de enrutamiento posteriores que pueden haber recibido también los mismos datos del mismo sensor ya no necesitan insertarlos en el mensaje de confirmación.
Durante una trama de confirmación, cada dispositivo de enrutamiento puede incorporar los datos de sensor almacenados en su memoria y solicitados por el controlador C en un mensaje de confirmación que acumula datos de varios sensores y dispositivos de enrutamiento para devolverlos al controlador de manera similar a los métodos divulgados en Patente de la UE 2846 584, mencionada anteriormente. Dado que los datos se recopilan de manera asíncrona desde los sensores por un número menor de dispositivos de enrutamiento, no es necesario que los propios sensores reciban ranuras de tiempo o números de enrutamiento virtuales asignados en las tramas de comunicación. Esto, a su vez, puede dar como resultado una reducción masiva en la duración de la trama de comunicación en comparación con la patente de la UE 2846584.
El mensaje de iniciación también puede incluir información adicional, tal como, por ejemplo, un requisito para un retardo antes del inicio de la trama de confirmación. Un retardo de este tipo puede ser ventajoso en redes con dispositivos de enrutamiento de diferente potencia computacional para la sincronización de tiempo de transmisiones de confirmación por dispositivos de enrutamiento individuales. Por ejemplo, cuando han de realizarse operaciones de selección y agregación más intensivas desde el punto de vista computacional, un dispositivo de comunicación de enrutamiento puede retrasarse y de otro modo perdería su ranura de tiempo respectiva durante la trama de confirmación debido a un tiempo de ejecución más largo de las operaciones de agregación. Insertando información adicional en el mensaje de inicialización y, a continuación, interpretándola en los dispositivos de enrutamiento, el sistema puede optimizarse aún más para una aplicación específica y proporcionar beneficios adicionales, tales como aumentar la tasa de recopilación de datos, reducir la carga en el canal de transmisión o garantizar una mayor fiabilidad de todo el método de recopilación de datos.
La Tabla 1 muestra una agregación de datos ilustrativa durante una trama de confirmación en la disposición de red topológica mostrada en la Figura 1. La segunda línea de la tabla muestra, para cada uno de los dispositivos de enrutamiento N1-N2 y el controlador C qué datos se han recibido y almacenado en la memoria del dispositivo. Para el dispositivo N1, este ha recibido datos de sensor desde los sensores S1-S4; para N2, ha recibido datos de sensor de S2 y S4-S6; para N3, ha recibido datos de sensor desde S3, S4 y S6 (todo como se muestra por las líneas discontinuas en la Figura 1).
Haciendo referencia de nuevo a la Tabla 1, de la quinta a séptima líneas de la tabla muestran, para cada una de las tres ranuras de tiempo 0-2 en la trama de mensaje de confirmación, los datos de sensor transmitidos por el dispositivo activo/de transmisión durante la ranura de tiempo, así como los datos agregados o recibidos por cada uno de los dispositivos N1-N3 y el controlador al final de la ranura de tiempo. Para la ranura de tiempo 0, el dispositivo N2 transmite datos de sensor para S2 y S4-S6, que se reciben por N1 y N3. Al final de la ranura 0, el dispositivo N1 ha recibido ahora datos de sensor para S5 y s 6 (así como s 2) del dispositivo N2, y en combinación con los valores almacenados de S1-S4, N1 tiene datos de todos los de S1-S6. El dispositivo N2 ha completado su transmisión, lo que se indica por la palabra "fin" en la tabla. El dispositivo N3 ha recibido ahora datos de sensor para S2 y S5 desde el dispositivo N2, y en combinación con sus valores almacenados, N3 tiene datos de S2-S6. El controlador aún no ha recibido ningún dato. Para la ranura de tiempo 1, el dispositivo N3 transmite datos de sensor para S2-S6, que se reciben por el controlador. Al final de la ranura 1, el dispositivo N1 todavía tiene datos de todos los de S1-S6, ya que no transmitió ni recibió durante la ranura 1. El controlador, que ha recibido una transmisión de N3, ahora tiene datos de S2-S6. El dispositivo N3 también ha completado ahora su transmisión como se indica. Para la ranura de tiempo 2, el dispositivo N1 transmite datos de sensor para S1-S6, que también se reciben por el controlador. Habiéndose recibido ahora el valor para S1 de N1, el controlador ahora también tiene datos para S1-S6, el dispositivo N1 también ha completado su transmisión, y se ha alcanzado el final de la trama de confirmación.
La Figura 2 ilustra dos implementaciones físicas de ejemplo de un dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento N e ilustra también un diagrama de bloques de un dispositivo de comunicación esclavo de enrutamiento N de acuerdo con una realización. Aunque la divulgación anterior describe los dispositivos de sensor como funcionando con batería, los métodos y dispositivos descritos en el presente documento también pueden usarse para dispositivos de sensor que no funcionan con batería que reciben energía de una fuente constante.
Aunque la materia objeto se ha descrito en términos de ciertas realizaciones, se entenderá que se contemplan otras realizaciones que pueden o no proporcionar diversas características y aspectos expuestos en el presente documento por esta divulgación. Las realizaciones específicas expuestas en el presente documento se divulgan únicamente como ejemplos, y el alcance de la materia objeto patentada se define por las reivindicaciones que siguen.
En las reivindicaciones, las expresiones "basado en" y "basándose en" incluirán situaciones en las que se tiene en cuenta un factor directa y/o indirectamente, y posiblemente junto con otros factores, al producir un resultado o efecto. En las reivindicaciones, una porción incluirá más que nada y hasta la totalidad de una cosa; el cifrado de una cosa incluirá el cifrado de una porción de la cosa. En las reivindicaciones de método, cualesquiera caracteres de referencia se usan únicamente por conveniencia de descripción, y no indican un orden particular para realizar un método.
Usabilidad industrial
La invención puede usarse para hacer que la comunicación en redes de telemetría sea más eficiente. Para dispositivos de sensor que funcionan con batería, la invención presenta una oportunidad para aumentar sustancialmente la eficiencia de la energía del proceso de comunicación y, por lo tanto, extender sustancialmente el ciclo de reemplazo de batería. Tiene bajos requisitos de recursos de hardware y su implementación es económicamente interesante.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método que comprende:
operar una red de malla inalámbrica que incluye un dispositivo de comunicación de control (C) y una pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3), en donde el dispositivo de comunicación de control (C) está en comunicación inalámbrica a través de la red de malla con la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3), en donde a cada uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento se le asigna un número de enrutamiento virtual a través de un proceso de descubrimiento de red, y en donde a cada dispositivo de comunicación de enrutamiento se le asigna una ranura de tiempo especializada para transmitir durante tramas de mensaje de acceso múltiple por división de tiempo basándose en el número de enrutamiento virtual asignado;
para cada uno de al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3), cada dispositivo de comunicación de enrutamiento (N1-N3):
recibe, a través de una o más transmisiones inalámbricas asíncronas, datos de sensor desde uno o más dispositivos de sensor que funcionan con batería (S1-S6), y
almacena los datos de sensor recibidos en una memoria;
transmitir el dispositivo de comunicación de control (C) de forma inalámbrica un mensaje de iniciación durante una trama de mensaje de iniciación dentro de la que se recibe el mensaje de iniciación por la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3);
dentro de una trama de confirmación de acceso múltiple por división de tiempo, para cada uno de al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, cada dispositivo de comunicación de enrutamiento:
recibir desde otro de los dispositivos de comunicación de enrutamiento al menos un mensaje de confirmación que contiene datos de sensor aguas arriba que se originan desde uno o más dispositivos de sensor que funcionan con batería (S1-S6) y que han sido recibidos de manera asíncrona por al menos otro de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3),
fusionar los datos de sensor almacenados en la memoria de cada dispositivo de comunicación de enrutamiento con los datos de sensor aguas arriba, y
transmitir los datos de sensor fusionados en un mensaje de confirmación dentro de una ranura de tiempo asignada exclusivamente a cada dispositivo de comunicación de enrutamiento durante la trama de acceso múltiple por división de tiempo; y
recibir el dispositivo de comunicación de control (C) al menos un mensaje de confirmación, en donde el al menos un mensaje de confirmación contiene datos de sensor agregados que se originan a partir de una pluralidad de dispositivos de sensor que funcionan con batería (S1-S6), habiéndose recibido los datos de sensor agregados de manera asíncrona por el al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3).
2. El método de la reivindicación 1, en donde el mensaje de iniciación incluye una especificación de selección de datos, en donde la especificación de selección de datos define un subconjunto de datos recibidos por la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento a proporcionarse en respuesta al mensaje de iniciación.
3. El método de la reivindicación 2, en donde la especificación de selección de datos identifica un subconjunto de los dispositivos de sensor que funcionan con batería desde los que se solicitan datos.
4. El método de la reivindicación 2, en donde la especificación de selección de datos identifica un subconjunto de los datos recibidos por los dispositivos de sensor que funcionan con batería.
5. El método de la reivindicación 4, en donde el subconjunto de los datos recibidos identifica uno o más tipos de datos de sensor que se solicitan.
6. El método de la reivindicación 1, en donde el mensaje de iniciación especifica una temporización para la iniciación de la trama de confirmación.
7. El método de la reivindicación 1, en donde el mensaje de iniciación especifica un ajuste de una temporización para la iniciación de la trama de confirmación.
8. El método de la reivindicación 1, que comprende, además:
para cada uno de al menos uno de la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento, cada dispositivo de comunicación de enrutamiento, además:
recibir, a través de una o más transmisiones inalámbricas asíncronas, datos de sensor desde uno o más dispositivos de sensor que no funcionan con batería, y
almacenar los datos de sensor recibidos en una memoria.
9. El método de la reivindicación 8, en donde los datos de sensor recibidos por el al menos un dispositivo de comunicación de enrutamiento desde los dispositivos de sensor que no funcionan con batería se fusionan con y se transmiten al dispositivo de comunicación de control junto con los datos de sensor que se originan desde uno o más dispositivos de sensor que funcionan con batería.
10. Un sistema que comprende el dispositivo de comunicación de control (C) y la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3), en donde el dispositivo de comunicación de control y la pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento realizan el método de la reivindicación 1.
11. Un método de recopilación de datos de dispositivos de comunicación (N1-N3) en una red de malla inalámbrica con transmisión de mensajes basada en paquetes, disponiéndose los dispositivos de comunicación para un enrutamiento sin conflictos usando multiplexación por división de tiempo y un número de enrutamiento virtual, almacenándose en el mismo el número de enrutamiento virtual para cada dispositivo de comunicación y que expresa una distancia desde un dispositivo de comunicación de control, en donde la red de malla incluye al menos un dispositivo de comunicación de control (C), una pluralidad de dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3) y una pluralidad de dispositivos de sensor que funcionan con batería (S1-S6), comprendiendo el método:
recibir y almacenar cada uno de los dispositivos de comunicación de enrutamiento (N1-N3) datos de sensor enviados de manera asíncrona desde los dispositivos de sensor (S1-S6);
cada dispositivo de comunicación de enrutamiento (N1-N3), tras recibir un mensaje de iniciación desde el dispositivo de comunicación de control (C), seleccionar y establecer uno o más bits de los datos de sensor almacenados; y
al menos uno de los dispositivos de comunicaciones de enrutamiento (N1-N3):
fusionar el uno o más bits con mensajes de recopilación de confirmación recibidos desde otro del dispositivo de comunicación de enrutamiento con un número de enrutamiento virtual más alto durante una trama de confirmación, estando la trama de confirmación sincronizada en tiempo con una trama de iniciación, y enviar el uno o más bits fusionados con los mensajes de recopilación de confirmación dentro de una ranura de tiempo correspondiente de la trama de confirmación.
12. El método de la reivindicación 11, que comprende además insertar información adicional en el mensaje de inicialización por el dispositivo de comunicación de control, en donde los dispositivos de comunicación de enrutamiento interpretan la información adicional estableciendo al menos el uno o más bits de acuerdo con el resultado de la interpretación.
13. El método de la reivindicación 12, que comprende además desplazar en el tiempo la trama de confirmación dependiendo de la información adicional insertada en el mensaje de iniciación por el dispositivo de comunicación de control.
14. Un dispositivo (N1-N3) que realiza el método de la reivindicación 11, en donde el dispositivo comprende: una memoria, una porción de cuya memoria está especializada a almacenar datos de sensor recibidos; y una unidad de control que interpreta mensajes de iniciación y proporciona agregación de datos.
15. El dispositivo de la reivindicación 14, en donde toda la memoria está completamente especializada a recibir datos de sensor enviados de manera asíncrona por dispositivos de sensor (S1-S6).
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