ITTO20080778A1 - Rete wireless di comunicazione mobile con rilevazione e affiliazione di nodi estranei e relativi metodi di esplorazione e richiesta di affiliazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“RETE WIRELESS DI COMUNICAZIONE MOBILE CON RILEVAZIONE E AFFILIAZIONE DI NODI ESTRANEI E RELATIVI METODI DI ESPLORAZIONE E RICHIESTA DI AFFILIAZIONE”

La presente invenzione è relativa ad una rete wireless di comunicazione mobile con rilevazione e affiliazione di nodi estranei e relativi metodi di esplorazione e richiesta di affiliazione.

Sono note reti radiomobili comprendenti una pluralità di nodi mobili connessi tra loro a realizzare una struttura ad albero (“tree”) o a maglia (“mesh”).

In una rete di tipo ad albero è generalmente presente un nodo di gestione della rete, detto nodo radice o “root”, che concentra in sé una moltitudine di funzionalità di controllo e gestione della rete; al nodo radice sono affiliati, mediante un rispettivo collegamento bidirezionale punto-punto, uno o più nodi interni che a loro volta affiliano ulteriori nodi interni e/o nodi foglia (“leaf”). I nodi foglia sono nodi terminali della rete, e non sono abilitati ad affiliare altri nodi, ma possono solo comunicare con il nodo interno a cui sono affiliati o con il nodo radice se sono affiliati direttamente a questo. I nodi interni supportano una connessione bidirezionale con un nodo interno (o con il nodo radice) affiliante e una pluralità di connessioni bidirezionali con nodi interni e/o con nodi foglia affiliati.

In alternativa ad una rete ad albero, è possibile realizzare una rete con topologia a maglia, in cui generici nodi interni appartenenti alla rete possono essere affiliati ad una pluralità di nodi interni e possono affiliare una pluralità di nodi interni o foglia. In questo modo le connessioni interne alla rete risultano essere ridondanti, a favore di una maggiore robustezza ai guasti.

I nodi della rete, sia di tipo ad albero sia di tipo a maglia, possono essere in movimento reciproco tra loro, ed alcuni nodi, allontanandosi dal proprio nodo affiliante, possono perdere la connessione con la rete di appartenenza. Analogamente, alcuni nodi estranei alla rete possono avvicinarsi ai soli nodi foglia della rete. Tuttavia, sulla base quanto spiegato precedentemente, nodi estranei alla rete, in visibilità elettromagnetica a soli nodi foglia, non possono stabilire alcun tipo di connessione alla rete.

È pertanto particolarmente sentita la necessità di avere a disposizione procedure che permettano alla rete di riorganizzarsi, per gestire al meglio la possibilità di affiliazione di nuovi nodi alla rete stessa in vari contesti operativi, anche quando i nuovi nodi sono in visibilità elettromagnetica di soli nodi foglia.

Secondo la presente invenzione vengono realizzati una rete wireless di comunicazione mobile con rilevazione e affiliazione di nodi estranei ed i relativi metodi di esplorazione e richiesta di affiliazione, come definito rispettivamente nelle rivendicazioni 1, 3 e 10.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un nodo di rete secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra una rete formata da una moltitudine di nodi del tipo mostrato in figura 1;

- la figura 3 mostra in forma schematica una trama di trasmissione composta da una moltitudine di slot temporali, utilizzata dai nodi di figura 1;

- la figura 4 mostra con maggiore dettaglio uno slot temporale della trama di trasmissione di figura 3; - la figura 5 mostra un diagramma a blocchi che illustra le fasi di un metodo implementato dal nodo di figura 1 non appartenente alla rete di figura 2; e

- la figura 6 mostra un diagramma a blocchi che illustra le fasi di un metodo implementato dalla rete di figura 2.

La figura 1 mostra una rappresentazione schematica della struttura di un nodo 1 generico. Il nodo 1 comprende una stazione base (“Base Station”) BS ed una stazione mobile (“Mobile Station”) MS, comunicanti tra loro e, tramite un elemento di instradamento 4, ad una antenna 5 comune. La stazione base BS e la stazione mobile MS possono essere dispositivi di tipo COTS (“Commercial On The Shelf”), commercialmente disponibili, oppure possono essere implementate in un insieme comune di circuiti elettrici e in un'unica architettura software. Ad esempio, esse possono essere implementati come descritto nella domanda di brevetto italiana TO2008A000488 depositata il 20 giugno 2008.

L’elemento di instradamento 4 può essere, ad esempio, un circolatore, per instradare in modo opportuno i segnali generati dalle stazioni base BS e mobile MS, che devono essere trasmessi per mezzo dell’antenna 5, nonché quelli in ingresso all’antenna 5, destinati alla stazione base BS o alla stazione mobile MS. Alternativamente, la stazione base BS e la stazione mobile MS possono essere provviste ciascuna di una propria antenna indipendente (soluzione non mostrata).

La stazione base BS supporta una pluralità di connessioni bidirezionali 7 di tipo punto-multipunto, mentre la stazione mobile MS supporta una singola connessione bidirezionale 7 di tipo punto-punto.

La figura 2 mostra un esempio di una rete mobile 10 con struttura ad albero, formata da una pluralità di nodi 1 del tipo mostrato in figura 1.

In particolare, la rete mobile 10 comprende un nodo radice 1r, avente funzionalità di controllo e gestione della rete. Il nodo radice 1r supporta, attraverso la propria stazione base BS, una pluralità di collegamenti 7 bidirezionali (schematicamente rappresentati in figura 2 mediante frecce) con rispettivi nodi interni 1b e nodi foglia 1l. A loro volta, i nodi interni 1b e foglia 1l sono collegati al nodo radice 1r mediante la rispettiva stazione mobile MS.

Un generico nodo 1 è definito nodo foglia 1l quando alla sua stazione base BS non è assegnata una risorsa di comunicazione destinata alle comunicazioni fra i nodi della rete (ad esempio uno slot temporale come illustrato nel seguito con riferimento alla figura 3). Come conseguenza, la stazione base BS dei nodi foglia 1l non può instaurare un collegamento con nessuna stazione mobile MS di un altro nodo della rete mobile 10. In particolare, i nodi foglia 1l non possono comunicare direttamente tra loro, ma possono solo instaurare comunicazioni transitanti su nodi interni o sul nodo radice.

I nodi interni 1b sono invece in grado di supportare, mediante la loro stazione base BS, una pluralità di collegamenti 7 bidirezionali con rispettivi nodi interni 1b e nodi foglia 1l.

Ciascun collegamento 7 può essere basato su una tecnica di trasmissione di tipo TDD (“Time Division Duplex” o duplex a divisione di tempo) o FDD (“Frequency Division Duplex”, o duplex a divisione di frequenza). Nel caso della tecnica di trasmissione TDD, i collegamenti 7 di ciascuna stazione base BS sono gestiti utilizzando una divisione di tipo temporale, per evitare interferenze; secondo la tecnica di trasmissione FDD, invece, a ciascun collegamento 7 è assegnata una rispettiva sottobanda di frequenza, e ciascuna sottobanda è scelta all’interno di una banda di frequenza di lavoro più ampia.

Indipendentemente dalla tecnica di trasmissione utilizzata, la trama di trasmissione può essere suddivisa in intervalli o slot temporali.

La figura 3 mostra una trama di trasmissione 8, di durata complessiva TF, nel caso esemplificativo considerato composta da otto slot 9, ciascuno di durata TM. Risulta chiaro che la trama 8 può avere durata diversa da quella indicata e comprendere un numero di slot 9 diverso da otto, ad esempio pari al numero di nodi 1 facenti parte della rete mobile 10; analogamente, slot 9 diversi possono avere durate diverse. In particolare, la scelta della durata di ciascun singolo slot 9 può variare in funzione della capacità trasmissiva della rete mobile 10 nel suo complesso, ed in funzione della distribuzione di traffico offerto ai singoli nodi radice 1r ed interni 1b della rete mobile 10 di figura 2.

Trasmettendo secondo la tecnica TDD, ciascuno slot 9 viene riservato per la trasmissione e ricezione da parte di una stazione base BS di uno dei nodi 1 appartenenti alla rete mobile 10 di figura 2 verso e da una rispettiva stazione mobile MS di un altro nodo 1 anch’esso appartenente alla rete mobile 10. A tal fine, ciascuno slot 9 è utilizzato dalla stazione base BS in parte per la trasmissione di dati su un canale di uplink, e in parte per la ricezione di dati su un canale di downlink, come in seguito descritto con riferimento alla figura 4.

In questo modo, trasmissioni e ricezioni non interferiscono tra loro ed è necessario che nodi direttamente comunicanti siano tra loro sincronizzati.

Al contrario, trasmettendo mediante la tecnica FDD, i canali di uplink e downlink occupano frequenze diverse.

All’interno della trama 8, alcuni slot 9 sono utilizzati per la normale comunicazione tra nodi (trasmissione/ricezione di pacchetti di dati), mentre altri slot 9, denominati nel seguito slot di gestione, possono essere riservati per operazioni di gestione della rete mobile 10. La posizione degli slot di gestione all’interno della trama 8 non è prefissata, ma può variare nel corso dell’attività della rete in dipendenza, ad esempio, dalle variazioni topologiche causate dall’ingresso o dall’uscita di nodi 1 o, in generale, in seguito a cambiamenti delle condizioni di operatività (ad esempio più slot 9 possono essere utilizzati come slot di gestione in condizioni di traffico di rete ridotto; viceversa, in condizioni di elevato traffico di rete, nessuno degli slot 9 può essere dedicato ad operazioni di gestione). In condizioni normali, un solo slot 9 per trama 8 viene utilizzato come slot di gestione.

Come mostrato in figura 4, gli slot 9 possono avere una suddivisione interna di vario tipo, e tipicamente sono suddivisi internamente in una sezione di uplink e in una sezione di downlink. Lo slot 9 di figura 4 presenta un campo dati 10, contenente i dati da trasmettere (per la stazione mobile MS nella sezione di uplink, per la stazione base BS nella sezione di downlink) e da ricevere (per la stazione mobile MS nella sezione di downlink, per la stazione base BS nella sezione di uplink); un campo descrittore del campo dati 11, contenente le indicazioni su come i nodi 1 che comunicano tra loro devono interpretare il contenuto del campo dati 10 e come possono usufruirne; ed un campo identificativo del nodo 12, che trasporta uno o più codici identificativi 13, ad esempio sequenze numeriche, che identificano univocamente, all’interno della rete mobile 10, lo slot temporale 9 in cui opera la stazione base BS del nodo 1 per la comunicazione in trasmissione/ricezione; inoltre, i codici identificativi 13 possono indicare un grado di importanza della rete mobile 10; in alternativa o in aggiunta, i codici identificativi 13 possono essere utilizzati per identificare il nodo 1 la cui stazione base BS usufruisce di uno slot 9 per la comunicazione in trasmissione/ricezione; o ancora, i codici identificativi 13 possono identificare stati particolari della rete mobile 10, quale una temporanea inaccessibilità conseguente a operazioni di gestione in corso, e utilizzi indefiniti che possono essere precisati in occasione di necessità future. Infine, uno o più codici identificativi 13 possono essere riservati per identificare gli slot di gestione.

Oltre ai campi citati vi sono altri campi, tipici del sistema di ricetrasmissione che si utilizza, necessari per stabilire comunicazioni in trasmissione/ricezione, ad esempio campi per le sincronizzazioni, per il controllo della potenza di trasmissione, per la misura del ritardo di propagazione, ecc. Questi campi non sono indicati in figura 4 perché non sono inerenti alla presente invenzione.

Vantaggiosamente, a ciascuna stazione base BS è associato un gruppo di codici identificativi 13. In questo caso, poiché ciascun gruppo di codici identificativi 13 comprende più codici identificativi 13, è possibile utilizzare un singolo codice identificativo 13 per identificare lo slot 9 in cui la stazione base BS considerata opera, ed assegnare gli altri codici identificativi 13 appartenenti allo stesso gruppo ad ulteriori parametri della rete mobile 10, in particolare per definire un valore relativo al grado di importanza della rete (che, ad esempio, è legato al numero di nodi 1 all'interno della rete mobile 10).

Se, in alternativa, ad ogni stazione base BS è assegnato un numero ridotto di codici identificativi 13 (ad esempio, un singolo codice identificativo 13 per ogni stazione base BS), i restanti codici identificativi 13 possono essere assegnati agli slot di gestione. In questo caso, i codici identificativi 13 degli slot di gestione possono essere utilizzati per identificare ulteriori parametri della rete mobile 10 (tra cui, ad esempio, il grado di importanza della rete e il tipo di nodo 1, radice, interno o foglia, che emette i segnali). Secondo questa soluzione, a parità di numero di codici identificativi 13 complessivamente disponibili, il numero di codici identificativi 13 utilizzabili per l'identificazione degli ulteriori parametri della rete mobile 10 è maggiore.

Il grado di importanza della rete può variare con l’evoluzione della rete mobile 10 stessa. Il suo valore iniziale è definito dal nodo radice 1r al momento della creazione della rete mobile 10, sulla base di uno o più parametri. Un parametro può essere, ad esempio, il numero di nodi 1 appartenenti alla rete mobile 10. In tal caso, il gestore di rete (nell’esempio considerato il nodo radice 1r) modifica il grado di importanza delle rete nel caso di perdita di nodi 1 o di affiliazione di ulteriori nodi 1.

L’informazione sul grado di importanza di una rete può essere utile nel caso in cui due reti mobili 10 in avvicinamento reciproco decidano di fondersi per formare un’unica rete mobile. In tal caso, la rete mobile 10 con grado di importanza maggiore potrebbe avere la priorità sulle decisioni da prendere per effettuare la fusione.

Se due reti mobili 10, avvicinandosi, entrano in contatto radio, esse possono decidere di fondersi. In questa circostanza, per evitare che nel confronto fra i gradi di importanza delle due reti possa verificarsi una situazione di parità di grado, che renderebbe impossibile stabilire quale delle due reti debba essere la rete che acquisisce uno o più nodi dall’altra rete, e quale la rete che cede uno o più nodi, il grado di importanza della rete può essere alterato di una quantità variabile nel tempo, ad esempio un valore casuale selezionato all’interno di un certo intervallo di valori.

Tutti i nodi 1 della rete mobile 10 sono abilitati a ricevere segnali tramite la propria stazione mobile MS e, se la qualità dei segnali ricevuti è sufficientemente buona, possono decodificare tali segnali. Nel caso di tecnica TDD (o in altri casi particolari in cui l’hardware o il software pongono qualche limitazione), la ricezione di segnali da parte delle stazioni mobili MS può avvenire solo se il rispettivo nodo 1 non è impegnato in trasmissione.

In condizioni operative particolari, può succedere che uno o più nodi sconosciuti (“Stranger Node”) SN (anche chiamati nodi estranei) non appartenenti alla rete mobile 10, avvicinandosi ai soli nodi foglia 1l, risultano in visibilità elettromagnetica dei nodi foglia 1l, ma non dei nodi interni 1b e quindi non possono essere rilevati.

Per ovviare a tale inconveniente, sotto il coordinamento del nodo radice 1r, i nodi foglia 1l attivano periodicamente la propria stazione base BS per trasmettere, in uno degli slot di gestione, un segnale che può essere facilmente ricevuto e decodificato da nodi sconosciuti SN. Tale segnale contiene il codice identificativo 13, come descritto precedentemente, ed informazioni essenziali per permettere a tali nodi sconosciuti SN di richiedere l’affiliazione alla rete mobile 10. Ad esempio, oltre al grado di importanza della rete implicitamente contenuto nel codice identificativo 13, i nodi sconosciuti SN possono ricevere informazioni di sincronismo, parametri di sicurezza, livelli di potenza, ecc.).

A sua volta, un nodo sconosciuto SN, avente ad esempio la struttura del nodo 1 mostrato in figura 1, quando si accende mette in atto una serie di procedure (descritte in dettaglio nel seguito) per cercare una rete mobile 10 operativa ed eventualmente affiliarsi ad essa. Se la rete mobile 10 non viene rilevata, o se la richiesta di affiliazione viene rifiutata, nel nodo sconosciuto SN si attivano ulteriori procedure (non facenti parte della presente invenzione, e quindi non descritte) per la costituzione di una nuova rete mobile 10.

La figura 5 mostra un diagramma a blocchi che illustra le fasi di ricerca di una rete mobile 10 eseguite da un nodo sconosciuto SN quando si accende e, una volta rilevata la rete mobile 10, di richiesta di affiliazione. Tali fasi possono essere ripetute in modo ciclico.

Inizialmente (fase 101), il nodo sconosciuto SN si accende. Quindi (fase 102) il nodo sconosciuto SN inizia la ricerca di una rete attiva mediante l’analisi dei segnali che rileva con la propria antenna 5. Un segnale rilevato è considerato valido se trasporta messaggi aventi una struttura e contenenti dati (ad esempio ed in particolare i codici identificativi 13) che il nodo sconosciuto SN è in grado di riconoscere ed interpretare.

Le informazioni riguardanti la struttura dei messaggi trasportati ed i dati in essi contenuti sono preferibilmente memorizzati in una memoria permanente all’interno del nodo sconosciuto SN direttamente dal costruttore del nodo 1. Se si rendesse in seguito necessario modificare le informazioni riguardanti la struttura dei messaggi e dei dati, sarebbe sufficiente aggiornare queste informazioni in tutti i nodi 1 che potrebbero far parte della rete mobile 10. Per praticità, è consigliabile effettuare questa operazione di aggiornamento quando i nodi 1 non sono connessi ad una rete mobile.

La fase di ricerca 102 ha una durata TM0predefinita. Se entro il tempo TM0, il nodo sconosciuto SN rileva uno o più segnali che trasportano codici identificativi 13 ritenuti validi allora viene avviata la procedura di affiliazione.

In particolare, il nodo sconosciuto SN verifica se ha ricevuto un solo segnale o più segnali, fase 107. Se vengono rilevati più segnali (uscita SI) e tutti i segnali rilevati provengono dalla stessa rete mobile (uscita SI dalla fase 108) ovvero se viene rilevato un solo segnale (uscita NO della fase 107), il nodo sconosciuto SN valuta la qualità dei segnali (fase 109), ad esempio mediante il confronto della potenza del segnale rilevato con un valore di soglia prefissato e seleziona (fase 111) il nodo con qualità di segnale maggiore.

Segnali diversi sono considerati provenire dalla stessa rete mobile 10 se hanno la stessa temporizzazione di trama, entro le tolleranze dovute ai ritardi di propagazione, e se recano lo stesso grado di importanza (ad esempio contenuto nel codice identificativo 13) di rete.

Se, invece, i segnali rilevati non provengono dalla stessa rete mobile (uscita NO dalla fase 108), il nodo sconosciuto SN seleziona il nodo appartenente alla rete mobile con grado di importanza maggiore tra quelli rilevati e maggiore del proprio grado di importanza, e avente allo stesso tempo qualità sufficiente del segnale, ad esempio con potenza superiore alla soglia prefissata (fase 110).

Se nessuno dei segnali rilevati ha qualità sufficiente o ha grado di importanza più basso di quello del nodo sconosciuto SN (uscita NO della fase 109), il nodo sconosciuto SN ritorna alla fase di ricerca 102.

Dopo la selezione della rete e/o del nodo previste nelle fasi 110 e 111, il nodo sconosciuto SN invia una richiesta di affiliazione al nodo selezionato (fase 112). Se la richiesta di affiliazione viene accettata (uscita SI della fase 113), il nodo sconosciuto SN entra a far parte della rete, inizialmente come nodo foglia (fase 114); se invece la richiesta di affiliazione viene rifiutata (uscita NO della fase 113), il nodo sconosciuto SN riceve dal nodo rifiutante un codice di rifiuto (fase 115), ad esempio una sequenza numerica nota ad entrambi i nodi. Tale codice di rifiuto può indicare al nodo sconosciuto SN la possibilità di ritentare l’affiliazione dopo un certo intervallo di tempo o può indicare un rifiuto completo dell’affiliazione ed eventualmente le ragioni di tale rifiuto. Il nodo sconosciuto SN valuta tale codice e, nel caso di rifiuto temporaneo (uscita SI della fase 115), memorizza (fase 116) la temporizzazione di trama e la posizione temporale dello slot correntemente utilizzati durante la richiesta di affiliazione, e ritenta l’affiliazione dopo un certo intervallo di tempo ∆T (fase 117), ad esempio pari a 2 secondi. Viceversa, in caso di rifiuto definitiVo (uscita NO della fase 115), il nodo sconosciuto SN ritorna alla fase di ricerca 102.

Se durante la fase di ricerca 102 il nodo sconosciuto SN non rileva alcun codice identificativo 13 valido entro il tempo TM0(uscita NO della fase 103), e non è ancora trascorso un tempo TM1, allora (uscita SI della fase 104) il nodo sconosciuto SN esegue una procedura di “beaconing” (fase 105) che consiste nel trasmettere una segnalazione o “beacon” per un tempo TMb. Nel ″beacon″, il nodo estraneo SN include un codice identificativo 13 specifico della modalità di beaconing. I segnali di beacon sono tasmessi con una cadenza propria e, come detto, con uno specifico codice idetificativo 13 in modo da poter essere riconosciuti dai nodi che li ricevono.

Quindi, il nodo sconosciuto SN riprende la ricerca di una rete attiva, riportandosi alla fase 102.

Se entro il tempo TM1, in seguito alla trasmissione del beacon, il nodo sconosciuto SN non rileva alcun codice identificativo 13 valido (uscita NO della fase 104), allora (fase 106) il nodo sconosciuto SN verifica se possiede esso stesso le prerogative per formare una nuova rete indipendente. Tali prerogative possono essere in parte predisposte da un utilizzatore e memorizzate nel nodo (ad esempio le prerogative possono dipendere dall’importanza dell’utilizzatore che ha in dotazione il nodo) ed in parte determinate da circostanze operative (missione contingente del nodo, interferenze che il nodo subisce, probabilità che esso ha di essere intercettato, ecc.). Se il nodo non ha le prerogative per formare una nuova rete (uscita NO della fase 106), il nodo sconosciuto SN riprende la procedura di ricerca di rete, ritornando alla fase 102.

Viceversa (uscita SI della fase 106), il nodo sconosciuto SN si porta in una fase di ricerca/generazione di rete, creando una pseudo-rete di cui esso stesso è l’unico componente nonché nodo radice. In particolare, il nodo sconosciuto SN seleziona casualmente un proprio codice identificativo 13 (fase 120) e si arroga il ruolo di nodo radice, accendendo la propria stazione base BS (fase 121) e definendo un trama di trasmissione (ad esempio del tipo mostrato in figura 3). Inoltre, il nodo sconosciuto SN, ora nodo radice della propria rete mobile, continua la ricerca di reti mobili attive nelle sue vicinanze, inviando messaggi con il proprio identificativo di nodo ed effettuando misure radio al fine di rilevare, mediante la propria stazione mobile MS, la presenza di altre reti mobili (questo stato viene indicato come stato di “ricerca o creazione rete”, fase 122). In questa fase, il nodo sconosciuto SN trasmette segnali che recano le informazioni utili (ad esempio, il codice identificativo 13, informazioni di sincronismo, struttura di trama, ecc.) per consentire a nodi che li captano di affiliarsi il più rapidamente possibile alla rete del nodo sconosciuto SN (o viceversa).

Se entro un tempo inferiore a TM2(uscita NO della fase 123) il nodo sconosciuto SN rileva (uscita SI della fase 125) un segnale di esplorazione generato da un nodo foglia di una rete mobile con grado di importanza maggiore del proprio, esso tenta l’affiliazione al nodo foglia che emette tale segnale, portandosi alla fase 112.

Se invece (uscita NO della fase 125), entro il tempo TM2, il nodo sconosciuto SN riceve una richiesta di affiliazione (uscita SI della fase 126) da parte di un altro nodo, il nodo sconosciuto SN avvia le procedure di affiliazione alla propria rete (fase 127). Tali procedure non sono oggetto della presente invenzione e pertanto non illustrate in dettaglio.

Al termine del tempo TM2(uscita SI della fase 123), il nodo sconosciuto SN modifica il proprio codice identificativo 13 e la temporizzazione della trama (fase 124), selezionando, casualmente o mediante un primo algoritmo predisposto da tale scopo, un codice identificativo 13 diverso da quello corrente e sfasando nel tempo, casualmente o mediante un secondo algoritmo predisposto a tale scopo, la temporizzazione di trama . In questo modo si limitano le possibilità di collisione con altri nodi che potrebbero avere lo stesso codice identificativo 13. Con queste nuove caratteristiche dei segnali da emettere si ritorna alla fase 122.

In pratica, quando il nodo sconosciuto SN si trova nello stato di ricerca o creazione rete, modifica il proprio codice identificativo 13 e la propria temporizzazione di trama ogni TM2secondi.

La figura 6 mostra un diagramma a blocchi che illustra le fasi, eseguite da una rete mobile attiva (ad esempio la rete mobile 10 di figura 2), per individuare ed eventualmente affiliare nodi (ad esempio il nodo sconosciuto SN) che si trovano in visibilità elettromagnetica dei soli nodi foglia 1l appartenenti alla rete mobile 10.

A tale scopo, il nodo radice 1r della rete mobile 10 decide periodicamente (fase 131) quali nodi foglia 1l devono essere utilizzati come nodi di esplorazione per l’individuazione di eventuali nodi sconosciuti SN da affiliare. Il nodo radice 1r può predisporre cicli di esplorazione utilizzando uno più nodi foglia 1l in esplorazione contemporaneamente. La scelta dei nodi foglia 1l da mandare in esplorazione dipende da diversi fattori, oltre che dall’opportunità di massimizzare la copertura del territorio di interesse. Ad esempio, può essere data precedenza ai nodi foglia 1l che, nel corso delle misure che essi fanno per la creazione di una matrice di visibilità dei nodi, captano la presenza di segnali, quali i “beacon” prima descritti, provenienti da nodi SN potenzialmente affiliabili.

Quindi, fase 132, il nodo radice 1r invia i comandi di attivazione della procedura di esplorazione ai nodi foglia 1l prescelti e i nodi foglia 1l in esplorazione inviano segnali di esplorazione (fase 133) utilizzando lo slot di gestione che il nodo radice 1r predispone a tale scopo.

I segnali trasmessi dai nodi foglia 1l in esplorazione contengono il codice identificativo 13, con il grado di importanza della rete mobile come precedentemente descritto, e informazioni di sincronismo che, in dipendenza dal sistema di ricetrasmissione utilizzato, permettono a nodi sconosciuto SN di affiliarsi il più rapidamente possibile. Un nodo sconosciuto SN che riceve e decodifica segnali trasmessi dai nodi foglia 1l in esplorazione ha dunque le informazioni necessarie per chiedere l’affiliazione alla rete mobile da cui il messaggio è stato generato o per tentare di affiliare i nodi di tale rete mobile.

Nel caso in cui più nodi foglia 1l siano contemporaneamente in esplorazione, e quindi debbano inviare ciascuno propri segnali di esplorazione, ogni nodo foglia 1l utilizza un proprio slot di gestione, diverso dagli slot di gestione utilizzati dagli altri nodi foglia 1l, all’interno della trama. In alternativa, se due nodi foglia 1l sono sufficientemente distanti da non generare interferenza reciproca con le loro trasmissioni, possono utilizzare contemporaneamente lo stesso slot di gestione.

Ad esempio, mentre un nodo foglia 1l è in esplorazione (e trasmette un segnale di esplorazione), gli altri nodi foglia 1l, istruiti dal nodo radice 1r, possono misurare il livello di segnale che ricevono dal nodo foglia 1l in esplorazione e dedurre, dalla misura della potenza di segnale, se sia tollerabile la loro contemporanea attivazione nello stesso slot di gestione.

Se il nodo foglia in esplorazione non riceve richieste di affiliazione (uscita NO della fase 134), la procedura termina (fase 137). Quando invece il nodo foglia 1l riceve una richiesta di affiliazione (uscita SI della fase 134), tale richiesta viene riportata al nodo radice 1r, secondo le normali procedure di comunicazione, utilizzando lo slot previsto dal suo nodo affiliante. Sulla base dell’insieme dei dati che riceve, fra cui, ad esempio, il grado di importanza del nodo sconosciuto SN che ha avanzato la richiesta di affiliazione, e dello stato della rete (ad esempio, la saturazione di una o più risorse di rete, quale gli slot disponibili), il nodo radice 1r stabilisce se rifiutare o accettare la richiesta di affiliazione.

Se l'affiliazione è immediatamente possibile (uscita SI della fase 135) il nodo foglia 1l in questione viene trasformato, su comando del nodo radice 1r, in un nodo interno 1b. Questo significa che ad esso viene riservato uno slot di comunicazione fra quelli disponibili e la stazione base BS di tale nodo si accende, in modo da consentire la comunicazione con il nodo appena affiliato in tale slot (fase 136). Ad esempio, al nodo interno 1b appena trasformato viene associato lo stesso slot utilizzato durante la trasmissione in esplorazione, permettendo così l’immediata affiliazione del nodo sconosciuto SN (fase 138). Questo causa tuttavia la perdita di uno slot di gestione, che viene destinato alla trasmissione di dati. Quindi, se necessario, tipicamente quando è presente un solo slot di gestione, il nodo radice 1r provvede a riservare nella trama un diverso slot da utilizzare come slot di gestione.

Viceversa, se il nodo foglia 1l in questione non può essere trasformato immediatamente in nodo interno 1b (uscita NO della fase 135), la richiesta di affiliazione viene rifiutata (su comando del nodo radice 1r). Il rifiuto può essere temporaneo o definitivo. In particolare, il rifiuto temporaneo ha lo scopo di consentire alla rete mobile 10 di tentare di adattarsi per procedere con l’affiliazione, ad esempio liberando uno slot di trasmissione precedentemente occupato da un altro nodo interno. In questo caso (uscita SI del blocco 139), su comando del nodo radice 1r, il nodo foglia 1l invia un messaggio di rifiuto affiliazione temporaneo al nodo sconosciuto SN che ha fatto richiesta di affiliazione (fase 140). Come discusso con riferimento alle fasi 113-117 di figura 5, il messaggio di rifiuto affiliazione viene interpretato dal nodo sconosciuto SN come invito a ritentare l’affiliazione dopo un certo intervallo di tempo ∆T. In seguito, la rete 10 tenta di modificare la sua struttura topologica e/o la divisione delle risorse in modo tale da consentire la trasformazione del nodo foglia 1l in nodo interno (fase di adattamento 141) e si pone in attesa di una successiva richiesta di affiliazione dal nodo sconosciuto SN (fase 142). Non appena ricevuta tale richiesta, essa viene valutata, riportandosi alla fase 135; in particolare, se la procedura di adattamento è andata a buon fine, viene avviata la procedura di affiliazione (fase 136), altrimenti la rete decide se proseguire nel tentativo di adattamento (fase 139) e in tal caso invia un nuovo messaggio di rifiuto temporaneo (fase 140), o genera un messaggio di rifiuto definitivo (fase 144).

Il metodo descritto con riferimento ai diagrammi a blocchi delle figure 5 e 6 può essere vantaggiosamente applicato alla realizzazione di una rete mobile basata su un sistema di ricetrasmissione secondo lo standard IEEE 802.16-2005 (noto come WiMax), in particolare utilizzando la tecnica di ricetrasmissione TDD.

In questo caso, ciascun nodo 1 comprende una stazione base BS operante secondo lo standard WiMax ed una stazione mobile MS, anch’essa operante secondo lo standard WiMax. In questa applicazione preferita la trama ha durata di 20 ms, che è una delle durate previste dallo standard WiMax. A sua volta la trama è divisa in otto slot, tutti con la stessa durata di 2,5 ms.

In ogni slot si ricava una porzione di tempo per la trasmissione/ricezione su canale di downlink ed una porzione di tempo per la trasmissione/ricezione su canale di uplink. I limiti di tutti gli intervalli di tempo dedicati agli otto canali di downlink e agli otto canali di uplink sono imposti per mezzo dei parametri che nel sistema WiMax sono previsti a questo scopo e che permettono di stabilire collegamenti contemporanei fra una stazione base BS e una molteplicità di stazioni mobili MS.

I codici identificativi 13 sono definiti in corrispondenza dell’indice di preambolo (“preamble index”). Secondo lo standard WiMax, l’indice di preambolo contiene “simboli di sincronizzazione”, che sono trasmessi all’inizio di ogni slot, precedentemente ad ogni segnale transitante sul canale di downlink. Nel sistema WiMax il numero degli indici di preambolo è pari a 114, un numero è sufficiente per contraddistinguere i codici identificativi 13 degli otto slot ed indicare contestualmente il grado di importanza della rete, lasciando alcuni di essi disponibili per usi particolari (ad esempio, per la procedura di “beaconing”) o di riserva per ulteriori usi.

In questo caso, i segnali emessi dai nodi foglia 1l in esplorazione comprendono il simbolo di sincronizzazione, caratterizzato dal proprio indice di preambolo, e i segnali di descrizione del canale di downlink (DCD, “Downlink Channel Descriptor”) e descrizione del canale di uplink (UCD, “Uplink Channel Descriptor”). Per il modo in cui lo standard WiMax è definito, questi segnali permettono, ad un nodo che li decodifica, di sincronizzarsi e di inviare richieste di affiliazione alla rete, secondo le procedure prima descritte.

Si possono inoltre applicare le procedure prima descritte con riferimento alle operazioni che i nodi devono attuare al momento dell’accensione per scoprire se vi sia una rete già attiva a cui affiliarsi, per l’ingresso nello stato di ricerca e creazione rete e per le procedure di esplorazione, sia da parte della rete mobile sia da parte del nodo potenzialmente affiliabile.

Risulta infine evidente che alla presente rete e al relativo metodo di gestione possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, definito dalle rivendicazioni allegate.

Inoltre, anche se nella descrizione precedente si è fatto riferimento ad una tipologia di rete ad albero, il metodo descritto si applica anche a reti di tipo differente, ad esempio reti a maglia (“mesh”).

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Rete (10) wireless di comunicazione mobile, comprendente una pluralità di nodi (1) aventi ciascuno una prima stazione (BS) ed una seconda stazione (MS) dotate di mezzi di trasmissione/ricezione (4, 5), la rete includendo almeno un nodo radice (1r) avente ruolo di gestore della rete, un nodo foglia (1l) ed opzionalmente un nodo interno (1b) collegato a detto nodo radice attraverso una propria seconda stazione (MS) e a detto nodo foglia attraverso una propria prima stazione (BS); in cui il nodo foglia (1l) comunica con detto nodo interno (1b) o il nodo radice (1r) attraverso la propria seconda stazione, ma non è collegato ad alcuno tra detti nodi di detta rete (10) attraverso la propria prima stazione; caratterizzata dal fatto che: il nodo radice (1r) comprende mezzi per generare un segnale di attivazione (131) per attivare temporaneamente la prima stazione (BS) di detto nodo foglia (1l); la prima stazione (BS) di detto nodo foglia comprende mezzi emettitori attivati temporaneamente da detto nodo radice ed emettenti (133) un segnale di esplorazione contenente almeno un codice di identificazione (13) che indica un grado di importanza della rete; la prima stazione (BS) di detto nodo foglia comprende mezzi riceventi attivati temporaneamente da detto nodo radice ed atti a ricevere (134) almeno un segnale di richiesta di affiliazione da parte di un nodo estraneo (SN) non appartenente alla rete (10) e mezzi atti a trasmettere detta richiesta di affiliazione a detto nodo radice; e detto nodo radice comprendendo mezzi atti a generare un segnale di accettazione (138) o di rifiuto (140) di detta richiesta di affiliazione sulla base del segnale di richiesta di affiliazione.
2. 2. Rete (10) secondo la rivendicazione 1, in cui detto nodo radice (1r) comprende mezzi atti a generare una trama di comunicazione (8) comprendente una pluralità di slot temporali (9) includenti almeno uno slot di comunicazione ed almeno uno slot di gestione, in cui detto nodo radice, detto nodo foglia (1l) ed eventualmente detto nodo interno (1b) comprendono mezzi per trasmettere reciprocamente dati e detto segnale di richiesta di affiliazione in detto slot di comunicazione ed in cui detto nodo foglia (1l) comprende mezzi per trasmettere detto segnale di accettazione o di rifiuto in detto slot di gestione.
3. 3. Metodo di esplorazione di vicinanze di una rete (10) wireless di comunicazione mobile secondo la rivendicazione 1, comprendente una pluralità di nodi (1) aventi ciascuno una prima stazione (BS) ed una seconda stazione (MS) dotate di mezzi di trasmissione/ricezione (4, 5), la rete includendo almeno un nodo radice (1r) avente ruolo di gestore della rete (10), un nodo foglia (1l) ed opzionalmente un nodo interno (1b) collegato a detto nodo radice attraverso una propria seconda stazione (MS) e a detto nodo foglia attraverso una propria prima stazione (BS); comprendente le fasi di: attivare una comunicazione fra il nodo foglia (1l) e detto nodo di rete intermedio (1b) o il nodo radice (1r) attraverso la seconda stazione di detto nodo foglia; caratterizzato dalle fasi di: generare, da parte del nodo radice, un segnale di attivazione (131) temporanea della prima stazione (BS) di detto nodo foglia (1l); emettere (133), da parte della prima stazione (BS) del nodo foglia, un segnale di esplorazione contenente almeno un codice di identificazione (13) che indica un grado di importanza della rete; rilevare (134), da parte della prima stazione (BS) di detto nodo foglia, un segnale di richiesta affiliazione emesso da un nodo estraneo (SN) non appartenente alla rete (10); trasmettere detto segnale di richiesta affiliazione dal nodo foglia al nodo radice; e generare un segnale di accettazione (138) o di rifiuto (140) di detta richiesta di affiliazione sulla base del segnale di richiesta affiliazione.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, comprendente le fasi di: generare una trama di trasmissione (8) includente una pluralità di slot temporali (9) comprendente un primo slot di comunicazione ed almeno uno slot di gestione, scambiare dati e detto segnale di richiesta di affiliazione fra il nodo radice, il nodo foglia ed eventualmente il nodo interno in detto primo slot di comunicazione; e trasmettere detto segnale di rifiuto in detto slot di gestione.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui il codice di identificazione (13) identifica detto slot di gestione ed un grado di importanza della rete.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la fase di generare un segnale di accettazione (138) comprende: assegnare un secondo slot di comunicazione (9) al nodo foglia (1l); generare un segnale di attivazione (135) per la prima stazione (BS) del nodo foglia (1l) durante il secondo slot di comunicazione (9); inviare detto segnale di accettazione utilizzando detto secondo slot temporale (9) di detta trama di trasmissione (8).
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui la fase di assegnare un secondo slot di comunicazione comprende: assegnare detto slot di gestione al nodo foglia; e assegnare uno slot di comunicazione libero di detta trama di trasmissione (8) per comunicazioni di gestione.
8. 8. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, in cui la fase di generare un segnale di rifiuto comprende: generare selettivamente un segnale di rifiuto definitivo (144) o un segnale di rifiuto temporaneo (140); nel caso di invio del segnale di rifiuto temporaneo, eseguire un processo di adattamento (141) per modificare la struttura topologica e/o la divisione di risorse della rete e includente: trasformare il nodo foglia (1l) in nodo interno (1b); attendere un nuovo segnale di richiesta affiliazione (142); e generare detto segnale di accettazione.
9. 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedenti, utilizzante un protocollo di accesso radio IEEE 802.16d o IEEE 802.16e (WiMAX).
10. 10. Metodo di richiesta affiliazione ad una prima rete (10) wireless di comunicazione mobile secondo la rivendicazione 1 o 2 da parte di un nodo estraneo (SN), la prima rete includendo almeno un nodo foglia (1l) emettente un segnale di esplorazione e il nodo estraneo avendo una prima stazione (BS) ed una seconda stazione (MS) dotate di mezzi di trasmissione/ricezione (4, 5); comprendente le fasi di: attivare (102) detta seconda stazione di comunicazione (MS); rilevare (107) almeno un segnale di esplorazione emesso dal nodo foglia (1l); elaborare (108-111) detto segnale di esplorazione; e inviare (117) un segnale di richiesta di affiliazione.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, comprendente, dopo la fase di attivare (102), le fasi di: ricercare (103) il segnale di esplorazione per un primo periodo di tempo (TM0); in caso di mancato rilevamento del segnale di esplorazione entro il primo periodo di tempo, inviare un segnale di beacon (105) entro un secondo periodo di tempo (TM1).
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, comprendente la fase di: in caso di mancato rilevamento esplorazione entro il secondo periodo di tempo (TM1), creare (106-121) una seconda rete diversa dalla prima rete assegnando un ruolo di gestore di rete al nodo estraneo.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui la fase di assegnare un ruolo di gestore di rete comprende attivare (121) la prima stazione (BS), e la fase di creare una seconda rete comprende a) ricercare (122) il segnale di esplorazione emesso dal nodo foglia; b) inviare (112) un proprio segnale di esplorazione.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente ripetere le fasi a) e b) per un terzo periodo di tempo (TM2); modificare parametri (124) del proprio segnale di esplorazione e ripetere le fasi a) e b).
15. 15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-14, in cui la fase di elaborare detto segnale di esplorazione comprende: rilevare la presenza di una pluralità di segnali di esplorazione (107) emessi da una pluralità di reti; rilevare un grado di importanza (110) associato a ciascuna rete (10) di detta pluralità di reti; selezionare (110), fra detta pluralità di reti, una rete (10) avente importanza massima.
16. 16. Metodo secondo una delle rivendicazioni 10-15, comprendente inoltre le fasi di: dopo la fase di inviare un segnale di richiesta affiliazione (112), verificare l'accettazione (113) della richiesta di affiliazione; se la richiesta di affiliazione viene accettata, effettuare l’affiliazione (114); altrimenti memorizzare (116) una temporizzazione di trama (TF, TM) del segnale di esplorazione (8); attendere (117) un quarto periodo di tempo (∆T); e inviare un nuovo segnale di richiesta affiliazione (112) utilizzando la temporizzazione di trama (TF, TM) memorizzata.