BR112021005085A2 - Método para apoiar o estabelecimento de um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, método para determinar um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, nó intermediário em uma rede mesh, nó de destino paradeterminar um caminho para transmitir uma mensagem em uma rede mesh, e, mídia de armazenamento legível por computador - Google Patents

Método para apoiar o estabelecimento de um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, método para determinar um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, nó intermediário em uma rede mesh, nó de destino paradeterminar um caminho para transmitir uma mensagem em uma rede mesh, e, mídia de armazenamento legível por computador Download PDF

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Abstract

MÉTODO PARA APOIAR O ESTABELECIMENTO DE UM CAMINHO PARA A TRANSMISSÃO DE UMA MENSAGEM EM UMA REDE MESH, MÉTODO PARA DETERMINAR UM CAMINHO PARA A TRANSMISSÃO DE UMA MENSAGEM EM UMA REDE MESH, NÓ INTERMEDIÁRIO EM UMA REDE MESH, NÓ DE DESTINO PARA DETERMINAR UM CAMINHO PARA TRANSMITIR UMA MENSAGEM EM UMA REDE MESH, E, MÍDIA DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEL POR COMPUTADOR. Um método para apoiar o estabelecimento de um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, em que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh. O método compreende as etapas de receber, por um nó intermediário na dita rede mesh, uma mensagem de descoberta de caminho originada a partir do dito nó de origem na dita rede mesh, a dita mensagem de descoberta de caminho compreendendo um parâmetro de qualidade de caminho, atualizando, pelo dito nó intermediário, o dito caminho parâmetro de qualidade com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho e difundindo, pelo dito nó intermediário, a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho difundida compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado. Um método complementar e nó correspondente também são apresentados aqui.

Description

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MÉTODO PARA APOIAR O ESTABELECIMENTO DE UM CAMINHO PARA A TRANSMISSÃO DE UMA MENSAGEM EM UMA REDE MESH, MÉTODO PARA DETERMINAR UM CAMINHO PARA A TRANSMISSÃO DE UMA MENSAGEM EM UMA REDE MESH, NÓ INTERMEDIÁRIO EM UMA REDE MESH, NÓ DE DESTINO PARA DETERMINAR UM CAMINHO PARA TRANSMITIR UMA MENSAGEM EM UMA REDE MESH, E, MÍDIA DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEL
POR COMPUTADOR Campo Técnico
[001] A presente descrição refere-se, de modo geral, ao campo de redes mesh de Bluetooth de baixa energia, BLE, e, mais especificamente, a um método para selecionar um caminho entre um nó de origem e um nó de destino em uma rede mesh de BLE. Fundamentos
[002] Bluetooth de Baixa Energia, BLE, é uma tecnologia de comunicação sem fio de baixa potência e baixa taxa operando na banda não licenciada de 2,4 Giga Hertz, GHz, Industrial, Científica e Médica, ISM. Tipicamente, nós de BLE são baratos, mas também limitados em termos de memória e recursos computacionais.
[003] O sistema de redes Bluetooth Mesh é padronizado pelo Bluetooth Special Interest Group, SIG, e o primeiro lançamento do Bluetooth Mesh foi publicado em julho de 2017. A solução é baseada em inundação usando a transmissão em um conjunto de canais compartilhados - os canais de publicidade. Outros mecanismos de encaminhamento de sistema de redes, tais como roteamento e outros métodos ou suportes de transferência de dados, podem ser introduzidos em versões futuras da especificação.
[004] A especificação Bluetooth Mesh se baseia na camada física e na camada de enlace da especificação Bluetooth Core, e essas camadas são implementadas no controlador BLE. Camadas mais altas, como a rede
2 / 20 Bluetooth Mesh e camadas de transporte, são definidas na especificação Bluetooth Mesh e normalmente seriam implementadas no hospedeiro.
[005] Um nó que atua como um nó de retransmissão em uma rede Bluetooth mesh faz a varredura em busca de mensagens mesh. Quando uma mensagem é detectada e recebida, o nó verifica se é o destino da mensagem. A mensagem é posteriormente encaminhada na rede mesh, retransmitindo-a para que os vizinhos do nó possam recebê-la. Por meio desse mecanismo distribuído, a mensagem é encaminhada de nó a nó(s) na rede para que chegue ao destino.
[006] A versão 1.0 da especificação do Bluetooth mesh permite que os pacotes atravessem a rede mesh por meio do que é conhecido como inundação. Isso significa, essencialmente, que todos os pacotes serão encaminhados por todas as retransmissões até que o pacote chegue ao seu destino. Este método tem algumas desvantagens óbvias, principalmente em termos de interferência causada e desempenho de energia, especialmente à medida que o nível de tráfego na rede aumenta.
[007] Espera-se que as versões subsequentes das especificações de mesh implementem mecanismos para limitar os pacotes a serem encaminhados apenas ao longo de caminhos específicos para o(s) receptor(es) pretendido(s), reduzindo assim o congestionamento de tráfego em direções onde o encaminhamento não ajuda a melhorar a probabilidade de entrega com êxito. Os caminhos precisam ser classificados e selecionados com base em métricas relevantes.
[008] O Bluetooth Mesh tem diversas características que o tornam diferente de outras tecnologias mesh que, por sua vez, dificultam a seleção de um caminho ideal usando os métodos existentes. Algumas dessas características são as seguintes: os enlaces não são confiáveis, ou seja, as mensagens recebidas com êxito não são reconhecidas pelo destinatário. Isso significa que qualquer
3 / 20 método que presuma um enlace reconhecido não pode ser aplicado ao Bluetooth mesh.
[009] Em uma rede mesh Bluetooth, espera-se que a população de nós contenha nós com grandes variações nas capacidades dos nós, que variam de laptops e smartphones a sensores alimentados por baterias de célula tipo moeda. Esses nós podem ter diferenças significativas nas sensibilidades do receptor, algo que muitos métodos existentes não consideram.
[0010] O Bluetooth Mesh utiliza um esquema MAC à base de contenção que não envolve nenhum método de prevenção de colisão, tal como “ouvir antes de falar” usado pelo Wi-Fi. Isso significa que há um risco significativo de colisões no ar que podem afetar muito a qualidade de um enlace.
[0011] O Bluetooth Mesh depende de repetições de pacotes para aumentar a confiabilidade do sistema. O número de repetições a ser usado para uma transmissão é selecionado pelo nó transmissor. Isso torna o número de repetições de pacotes um parâmetro crucial para determinar a qualidade de um enlace. Os métodos convencionais de descoberta de caminho normalmente não levam isso em consideração.
[0012] A maioria dos métodos existentes normalmente visa minimizar o número de saltos para atravessar a rede mesh da origem ao destino ou simplesmente escolher os enlaces com base nas medições de qualidade do canal, tal como RSSI. Nenhuma dessas métricas provê uma visão integral dos candidatos de enlace para poder escolher um enlace que seja ideal, no sentido de maior taxa de entrega de dados.
[0013] Para incluir a taxa de entrega de dados, uma métrica amplamente usada em sistema de redes mesh é a Contagem de Transmissão Esperada, ETX. No entanto, a ETX depende de enlaces reconhecidos, enquanto que o Bluetooth Mesh usa transmissões não reconhecidas. Portanto, uma solução envolvendo ETX não pode ser usada na mesh BLE.
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[0014] Os métodos conhecidos não consideram a possibilidade de receptores com características diferentes, a possibilidade de que as mensagens sejam repetidas no enlace para aumentar a probabilidade de recepção e o efeito da interferência na qualidade medida de um enlace. Sumário
[0015] Um objetivo da invenção, de acordo com a presente descrição, é prover informações sobre um caminho de saltos múltiplos entre dois nós em uma rede mesh de modo que o caminho de saltos múltiplos se relacione bem com o desempenho real do caminho.
[0016] Outro objetivo da invenção de acordo com a presente descrição é prover um método de seleção de caminho em redes compreendendo nós com diferentes características de receptor implantados na mesma rede. O método também pode ser implementável em redes com enlaces não reconhecidos.
[0017] Em um primeiro aspecto da invenção, é apresentado um método para apoiar o estabelecimento de um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, em que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh. O método compreende as etapas de receber, por um nó intermediário na dita rede mesh, uma mensagem de descoberta de caminho originada do dito nó de origem na dita rede mesh, a dita mensagem de descoberta de caminho compreendendo um parâmetro de qualidade de caminho atualizando, pelo dito nó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho, e difundir, pelo dito nó intermediário, a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho difundida compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado.
[0018] A presente descrição introduz um método para calcular uma métrica para descrever a qualidade de enlace que que atravessa um número
5 / 20 arbitrário de saltos. Essa métrica pode então, por sua vez, ser usada para escolher o caminho ideal entre dois nós em uma rede mesh. Portanto, esse método pode precisar ser realizado por todos os nós da rede mesh. De forma a estabelecer um caminho entre dois nós na rede mesh, o nó de origem pode transmitir uma mensagem de descoberta de caminho na rede em malha.
[0019] O intuito de tal mensagem de descoberta de caminho é estabelecer um caminho como o caminho preferido entre um par de nós na rede mesh. A mensagem de descoberta de caminho compreende um parâmetro de qualidade de caminho que reflete a qualidade do caminho percorrido pela mensagem de descoberta de caminho até o momento. O nó intermediário, ao receber a mensagem de descoberta de caminho, atualiza o parâmetro de qualidade de caminho com base no último enlace e encaminha a mensagem de descoberta de caminho junto com um parâmetro de qualidade de caminho atualizado.
[0020] Pode ser entendido que qualquer nó na rede mesh pode, em princípio, ser um nó de destino. O método apresentado no primeiro aspecto da presente descrição deve ser realizado por um nó ao determinar que o nó não é um nó de destino para a mensagem de descoberta do caminho presente. Quando, entretanto, é determinado que o nó é o nó de destino para a mensagem de descoberta de caminho particular, pode ser necessário executar um conjunto diferente de etapas. Essas etapas são mais elaboradas em um segundo aspecto da presente descrição.
[0021] De acordo com uma modalidade, a etapa de atualização compreende determinar, pelo dito nó intermediário, um valor do Indicador de Força do Sinal Recebido, RSSI, para a dita mensagem de descoberta de caminho recebida, atualizando, pelo dito nó intermediário, o dito parâmetro de qualidade do caminho com base no dito valor de RSSI determinado.
[0022] Pode ser vantajoso considerar que o parâmetro de qualidade do caminho é baseado no valor RSSI. Portanto, ao receber uma mensagem de
6 / 20 descoberta de caminho, o nó intermediário também determina o valor de RSSI da mensagem de entrada. O valor de RSSI determinado pode ser usado para atualizar o parâmetro de qualidade do caminho.
[0023] Em um exemplo, a etapa de atualização compreende adicionalmente recuperar, pelo dito nó intermediário, uma função de probabilidade de RSSI para sucesso, em que a dita função provê uma probabilidade de que uma mensagem seja recebida com sucesso pelo dito nó intermediário através do dito enlace para um dado RSSI, converter, pelo dito mó intermediário, o dito valor de RSSI para uma probabilidade de sucesso usando a dita função recuperada, e atualizar, pelo dito mó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita probabilidade de sucesso. O nó pode implementar o dito mapeamento na forma de uma tabela, em que possíveis valores RSSI estão associados a uma probabilidade correspondente de receber uma mensagem.
[0024] Também pode ser considerada a implementação de uma função em cada nó, por meio da qual a probabilidade de receber uma mensagem de entrada é mapeada para o valor de RSS. Portanto, com base no valor de RSSI determinado, a probabilidade de receber uma mensagem de entrada pode ser determinada. O parâmetro de qualidade do caminho pode então ser atualizado usando uma probabilidade determinada de receber a mensagem de entrada.
[0025] De acordo com uma modalidade exemplificativa, a etapa de atualizar compreende adicionalmente medir, pelo dito mó intermediário, uma ocupância de canal associada ao dito enlace; e atualizar, pelo dito mó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita ocupância de canal medida.
[0026] O nó intermediário pode, por exemplo, também determinar um enlace de ocupação de canal do enlace através do qual a mensagem de entrada foi recebida. Isso pode ser útil para determinar a probabilidade de perda da mensagem devido a colisões com outras mensagens no mesmo enlace. Tal
7 / 20 parâmetro de ocupância de canal pode ser utilizado com outros parâmetros a fim de determinar o parâmetro de qualidade do caminho atualizado.
[0027] De acordo com uma modalidade, a etapa de atualizar compreende adicionalmente determinar, pelo dito nó intermediário, um número de repetições que serão usadas para a dita atualização do enlace, pelo dito nó intermediário, o dito parâmetro de qualidade do caminho sendo baseado no dito número determinado de repetições.
[0028] A etapa de determinar o dito número de repetições pode compreender qualquer um dentre recuperar, pelo dito nó intermediário, o dito número de repetições que será usado para o dito enlace a partir da dita mensagem de descoberta de caminho, contando, pelo dito nó intermediário, um número de mensagens de repetição que são recebidas através do dito enlace. A pessoa versada na técnica também pode considerar atualizar o parâmetro de qualidade do caminho usando outros parâmetros relevantes, como, por exemplo, as características do receptor.
[0029] De acordo com uma modalidade, o parâmetro de qualidade do caminho é inicialmente definido como 1. O método apresentado no primeiro aspecto da descrição combina as medidas de RSSI com um modelo das características do receptor de cada nó, bem como a probabilidade de colisão e o número de retransmissões em uma única métrica. Essa única métrica pode, então, ser usada para determinar um caminho ideal entre um par de nós na rede mesh.
[0030] Uma vantagem do método proposto é que ele provê informações sobre um caminho de saltos múltiplos entre dois nós que se relacionam bem com o desempenho real do caminho, no que diz respeito às taxas de entrega de pacotes. Além disso, o método pode ser implementado sem introduzir qualquer overhead em termos de novas mensagens de controle ou informações que precisariam ser distribuídas através da rede.
[0031] Uma vantagem é que o método pode ser usado em redes com
8 / 20 enlaces não reconhecidos, como a rede mesh de BLE. Por fim, a solução considera a presença de nós heterogêneos implantados na mesma rede.
[0032] Em um segundo aspecto da presente descrição, é apresentado um método para determinar um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, em que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh.
[0033] O método compreende as etapas de receber, pelo dito nó de destino, uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, em que cada uma das ditas mensagens compreende um parâmetro de qualidade de caminho correspondente, determinando, pelo dito nó de destino, a partir da dita mensagem de descoberta de caminho recebida, que o dito nó de destino é o nó de destino pretendido, atualizando, pelo dito nó de destino, os ditos parâmetros de qualidade do caminho, para cada uma das ditas mensagens de descoberta de caminho recebidas, com base em uma qualidade de enlace associado a um nó do qual o dito nó de destino recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho correspondente, selecionando, pelo dito nó de destino, um caminho do dito nó de origem ao dito nó de destino como sendo o caminho entre o dito nó de origem e o dito nó de destino com base nos ditos parâmetros de qualidade de caminho atualizados, e realizar a unidifusão, pelo dito nó de destino, uma mensagem de resposta de descoberta ao dito nó de origem selecionado utilizando o dito caminho selecionado.
[0034] As mensagens ou unidades de dados de protocolo, PDUs, transmitidas na rede mesh têm parte de cabeçalho. A parte de cabeçalho, dentre outras, contém uma indicação do nó de origem e do nó de destino. Cada nó pode ler a parte do cabeçalho para determinar se o nó é ou não o nó de destino pretendido. Nota-se que em uma rede mesh, cada nó pode ser um nó de destino. Portanto, um nó, ao determinar que não é o nó de destino pretendido para uma mensagem de descoberta de caminho particular pode executar um método de
9 / 20 acordo com o primeiro aspecto da descrição e ao determinar que é o nó de destino pretendido pode executar um método de acordo com o segundo aspecto da presente descrição.
[0035] O nó de destino também atualiza o parâmetro de qualidade do caminho com base no último salto da mensagem de descoberta de caminho. O nó de destino deveria, em princípio, ter recebido a mensagem de descoberta de caminho sobre vários caminhos como resultado da natureza de inundação do BLE mesh. A mensagem recebida em vários caminhos, cada um com um parâmetro de qualidade de caminho associado. O nó de destino então seleciona um caminho como sendo o caminho ideal com base nos parâmetros de qualidade de caminho recebidos. Como etapa final, o nó de destino envia uma mensagem de resposta de descoberta unidifundida ao nó de origem. Essa mensagem de resposta de descoberta pode compreender uma indicação do caminho selecionado e, portanto, do caminho a ser utilizado nas futuras comunicações do nó de origem ao nó de destino.
[0036] Em um terceiro aspecto da presente descrição, é apresentado um nó intermediário em uma rede de malha arranjada para apoiar o estabelecimento de um caminho para transmitir uma mensagem na dita rede mesh, em que a dita mensagem deve ser transmitida a partir de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, através de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh. O nó intermediário compreende equipamentos de recepção arranjados para receber uma mensagem de descoberta de caminho originada do dito nó de origem na dita rede mesh, a dita mensagem de descoberta de caminho compreendendo um parâmetro de qualidade de caminho, equipamento de processamento arranjado para atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na qualidade de um enlace associado a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho, equipamento de transmissão arranjado para difundir a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho
10 / 20 difundida compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado.
[0037] É notado que as vantagens do primeiro aspecto da presente descrição serem um método para apoiar o estabelecimento de um caminho entre um par de nós também estão associadas ao terceiro aspecto da presente descrição ser o nó intermediário na rede mesh.
[0038] De acordo com um exemplo, o equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para determinar um valor de Indicador de Força de Sinal Recebido, RSSI, para a dita mensagem de descoberta de caminho recebida e atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base no dito valor de RSSI determinado.
[0039] Em uma modalidade, o equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para recuperar uma função de probabilidade de RSSI para sucesso, em que a dita função provê uma probabilidade de que uma mensagem seja recebida com sucesso pelo dito nó intermediário através do dito enlace para um dado RSSI, converter o dito valor de RSSI para uma probabilidade de sucesso usando a dita função recuperada, e atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita probabilidade de sucesso.
[0040] De acordo com uma modalidade exemplificativa, o equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para medir uma ocupância de canal associada ao dito enlace; e atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita ocupância de canal medida.
[0041] De acordo com um exemplo, o equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para determinar um número de repetições que serão usadas para o dito enlace, e atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base no dito número determinado de repetições.
[0042] De acordo com outro exemplo, o equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para recuperar o dito número de repetições que será usado para o dito enlace da dita mensagem de descoberta de caminho e contar um número de mensagens de repetição que são recebidas
11 / 20 através do dito enlace.
[0043] Em um quarto aspecto da presente descrição, é apresentado um nó de destino para determinar um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, em que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem para o nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh. O nó compreende equipamento de recepção arranjado para receber uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, em que cada uma das ditas mensagens de descoberta de caminho compreende um parâmetro de qualidade de caminho correspondente, equipamento de processamento arranjado para determinar, a partir da dita mensagem de descoberta de caminho recebida, que o dito nó de destino é o nó de destino pretendido e para atualizar os ditos parâmetros de qualidade do caminho, para cada uma das ditas mensagens de descoberta de caminho recebidas, com base em uma qualidade de enlace associado a um nó do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho correspondente, equipamento de seleção arranjado para selecionar um caminho do dito nó de origem ao dito nó de destino como sendo o caminho entre o dito nó de origem e o dito nó de destino com base nos ditos parâmetros de qualidade de caminho atualizados, e equipamento de transmissão arranjado para realizar a unidifusão de uma mensagem de resposta de descoberta ao dito nó de origem selecionado utilizando o dito caminho selecionado.
[0044] É notado que as vantagens do segundo aspecto da presente descrição serem um método para determinar um caminho para transmitir uma mensagem em uma rede mesh, também estão associadas com o quarto aspecto da descrição ser um nó de destino para determinar um caminho para transmitir uma mensagem em uma rede mesh.
[0045] Em um quinto aspecto da presente descrição, é apresentado um produto de programa de computador, compreendendo uma mídia de armazenamento legível por computador que armazena instruções que, quando
12 / 20 executadas em pelo menos um nó de uma rede mesh, fazem com que o dito pelo menos um nó realize o método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
[0046] A invenção de acordo com a presente descrição é adicionalmente explicada com a ajuda dos desenhos. Breve Descrição dos Desenhos
[0047] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma rede mesh.
[0048] A Figura 2 ilustra esquematicamente um método de acordo com a presente descrição.
[0049] A Figura 3 ilustra esquematicamente um método de acordo com a presente descrição.
[0050] A Figura 4 ilustra esquematicamente um nó mesh de acordo com a presente descrição.
[0051] A Figura 5 ilustra esquematicamente um nó mesh de destino de acordo com a presente descrição. Descrição Detalhada
[0052] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma rede mesh 10. A rede mesh 10 é, por exemplo, uma rede mesh de Bluetooth de baixa energia, BLE. A rede mesh 10 é composta por diversos nós 11-18. Um único nó pode também ser composto por elementos adicionais. Os nós comunicam-se uns com os outros enviando mensagens na referida rede mesh. As mensagens são originadas do nó de origem e se destinam a ser recebidas por nó(s) de destino. O destino também pode ser um grupo de nós que são identificados coletivamente por um endereço de grupo ou um endereço virtual.
[0053] Especialmente em redes mesh BLE, é concebível que diferentes tipos de nós façam parte da rede. Por exemplo, o nó 12 é um laptop com grande poder de processamento e um receptor forte. Os nós 14 e 16, por exemplo, são sensores para ativar as luzes em uma sala. Esses sensores são normalmente limitados em capacidade de processamento e também têm um receptor fraco.
13 / 20 O nó 17, por exemplo, é um telefone celular com capacidade Bluetooth. O nó 15, por exemplo, é um nó de baixa potência que implementa técnicas de captação de energia de forma que nem sempre está ativado.
[0054] Por exemplo, 11 é um nó de origem e 18 é o nó de destino. Sob o esquema normal de operação em redes mesh BLE, a mensagem originada no nó 11 atravessa os nós 12, 14 e 16 antes de atingir o nó 18. Alternativamente, a mensagem também pode ser encaminhada através dos nós 13, 15, 17. Outra combinação de nós para formar uma rota do nó de origem 11 para o nó de destino 18 também pode ser considerada.
[0055] Prevê-se que no futuro, de forma a reduzir o tráfego na rede e assim diminuir a probabilidade de perda de mensagens por colisão, será estabelecido um caminho preferencial entre um par de nós origem e destino e todas as mensagens originadas em o nó de origem endereçado ao nó de destino seguirão o mesmo caminho. Um objetivo da presente descrição é ajudar no estabelecimento de tal caminho preferido.
[0056] A Figura 2 ilustra esquematicamente um método 20 de acordo com a presente descrição. A Figura 2 ilustra as etapas a serem realizadas por um nó intermediário na rede mesh. No exemplo acima mencionado, em que o nó de origem é o nó 11 e o nó de destino é o nó 18, o método é realizado por todos os outros nós, ou seja, nós 12 - 17, na rede mesh. Em uma etapa de recepção 21, o nó intermediário, por exemplo 14, recebe uma mensagem de descoberta de caminho proveniente do nó de origem 11 na dita rede mesh 10, a dita mensagem de descoberta de caminho compreendendo um parâmetro de qualidade de caminho. Em uma etapa subsequente de atualização 22, o nó 14 atualiza o referido parâmetro de qualidade de caminho com base em uma qualidade de enlace associada a um nó 12, 13, 15 a partir do qual o dito nó intermediário 14 recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho. Em uma etapa adicional de difusão 23, o nó 14 difunde a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho difundida
14 / 20 compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado.
[0057] A etapa de atualização 22 pode compreender etapas adicionais, tais como determinar um valor de Indicador de Força do Sinal Recebido, RSSI, associado a uma mensagem de entrada e usar o dito valor de RSSI para atualizar o referido parâmetro de qualidade do caminho. Também pode compreender determinar uma probabilidade de recepção bem sucedida com base no dito valor de RSSI. Outros parâmetros, como características do receptor, probabilidade de colisão e o número de retransmissões também podem ser considerados durante a etapa de atualização do parâmetro de qualidade do caminho.
[0058] A Figura 3 ilustra esquematicamente um método 30 de acordo com a presente descrição. A Figura 3 ilustra o método a ser realizado por um nó de destino na rede mesh. Continuando com o exemplo acima mencionado, o nó 18 é considerado o nó de destino. O método 30 compreende as etapas de receber 31, pelo nó de destino 18, uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, em que cada uma das ditas mensagens compreende um parâmetro de qualidade de caminho correspondente. Uma etapa subsequente de determinar 32, pelo nó de destino 18, a partir da dita mensagem de descoberta de caminho recebida, que o dito nó de destino 18 é o nó de destino pretendido. Isso pode ser determinado pelo nó ao examinar uma parte do cabeçalho da mensagem de entrada. Se for determinado que o dito nó não é o nó de destino pretendido, um método 20 ilustrado na Figura 2 pode ser realizado pelo nó.
[0059] Em uma etapa subsequente de atualização 33, o nó de destino 18 atualiza os ditos parâmetros de qualidade do caminho, para cada uma das ditas mensagens de descoberta de caminho recebidas, com base em uma qualidade de enlace associada a um nó 16, 17 do qual o dito nó de destino 18 recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho correspondente. Em uma etapa adicional de seleção 34, o nó de destino 18 seleciona um caminho do dito nó de origem 11 para o dito nó de destino 18 como sendo o caminho preferido
15 / 20 entre o dito nó de origem 11 e o dito nó de destino 18 com base nos ditos parâmetros de qualidade de caminho atualizados.
[0060] Por exemplo, considere a situação em que o nó de destino 18 recebe duas mensagens de descoberta de caminho originadas do nó de origem
11. Uma dessas mensagens de descoberta de caminho foi roteada através dos nós 12, 14 e 16 e tem um parâmetro de qualidade de caminho associado p1. A outra mensagem de descoberta de caminho foi roteada através dos nós 13, 15, 17 e tem um parâmetro de qualidade de caminho associado p2. O nó de destino compara os dois parâmetros p1 e p2 e, com base no resultado da comparação, seleciona um caminho como o caminho preferido. Considere que o parâmetro p1 foi considerado melhor após a comparação.
[0061] O nó de destino 18 realiza a unidifusão 35, de uma mensagem de resposta de descoberta ao dito nó de origem 11 utilizando o dito caminho selecionado. A mensagem de resposta de descoberta destina-se a prover informações sobre o caminho selecionado para o nó de origem 11 e também aos nós intermediários 12, 14 e 16 neste caso. Portanto, o nó de origem 11 conhece a rota pela qual as mensagens serão enviadas no futuro. Pode-se prever que os nós sejam adicionados dinamicamente à rede mesh, assim alterando a topologia da rede mesh. Portanto, pode ser necessário realizar periodicamente os métodos 20, 30, a fim de determinar a rota ideal na rede mesh.
[0062] A Figura 4 ilustra esquematicamente um nó mesh 40 de acordo com a presente descrição. O nó intermediário 40 compreende o equipamento de recepção 41, 42 arranjado para receber uma mensagem de descoberta de caminho originada do nó de origem 11 na rede mesh, em que a mensagem de descoberta de caminho compreende um parâmetro de qualidade de caminho. O equipamento de processamento 45arranjado para atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário 40 recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho. Compreende adicionalmente equipamento de
16 / 20 transmissão 43, 44 arranjado para difundir a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho difundida compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado. O nó 40 também compreende uma memória 46 arranjada para armazenar um produto de programa de computador compreendendo um conjunto de instruções que, quando executadas pelo processador 45, fazem com que o nó realize um método de acordo com a presente descrição. Os equipamentos internos podem se comunicar através do barramento interno 47;
[0063] A Figura. 5 ilustra esquematicamente um nó mesh de destino 50 de acordo com a presente descrição. O nó de destino 50 compreende equipamentos de recepção 51, 52 dispostos para receber uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, em que cada uma das ditas mensagens compreende um parâmetro de qualidade de caminho correspondente. O nó de destino 50 compreende adicionalmente equipamento de processamento 56 arranjado para determinar, a partir da dita mensagem de descoberta de caminho recebida, que o dito nó de destino é o nó de destino pretendido, e para atualizar os ditos parâmetros de qualidade de caminho, para cada uma das recebidos mensagens de descoberta de caminho, com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho correspondente; O equipamento de processamento 56 pode também ser adicionalmente arranjado para executar um conjunto de instruções armazenado na memória 57 que fez com que o nó 50 realizasse um método de acordo com a presente descrição.
[0064] O nó de destino 50 também compreende equipamento de seleção 55 arranjado para selecionar um caminho a partir de um nó de origem para um nó de destino como sendo o caminho entre o dito nó de origem e o dito nó de destino com base nos ditos parâmetros de qualidade de caminho atualizados. O nó de destino 50 também compreende equipamento de transmissão 53, 54, arranjado para realizar a unidifusão de uma mensagem de
17 / 20 resposta de descoberta para o dito nó de origem usando o dito caminho selecionado. O versado na técnica entende que, uma vez que cada nó precisa ser capaz de implementar ambos os métodos de acordo com a presente descrição, o equipamento selecionado 55 também pode ser incorporado em todos os nós na rede.
[0065] O método em si compreende três etapas que podem ser realizadas em cada nó, a primeira etapa é calcular a qualidade do último enlace de salto em direção ao nó em questão, a segunda é combinar esta medida de qualidade do enlace com a medida do caminho total e o terceiro é propagar essa medição pela rede.
[0066] Para calcular a qualidade do enlace do último salto, exploramos o fato de que cada nó pode ter algum conhecimento sobre suas próprias características de receptor. Essas características nos permitem modelar o receptor como uma função que mapeia RSSI para uma probabilidade de decodificação de pacote bem sucedida.
[0067] Dentro de cada nó, a função pode ser implementada como uma tabela de consulta simples que mapeia a probabilidade de RSSI para sucesso. Esta função também pode ser diferente para diferentes nós ou diferentes tipos de nós, pois é baseada nas características do receptor do nó, que podem diferir com base em uma série de fatores, como antenas ou a qualidade do receptor, bem como o formato de transmissão (codificação, esquema de modulação e tamanho do quadro) sendo usado.
[0068] Usando a função acima mencionada, a probabilidade de receber, de forma bem sucedida, uma transmissão através de um único enlace, i, pode ser descrita como ܲሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬௜ ሻ = ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻ
[0069] Quando a mensagem de descoberta de caminho é encaminhada para o próximo nó, a probabilidade de sucesso calculada deve ser incluída na mensagem de descoberta de caminho, permitindo que ela seja usada pelo
18 / 20 próximo nó. O próximo nó pode então calcular seu próprio sucesso no último salto, usando a mesma fórmula mencionada anteriormente. A probabilidade de receber um pacote sobre múltiplos saltos é então facilmente calculada por meio da multiplicação com o valor do nó anterior, contido na mensagem de descoberta de caminho. Isso é mostrado como ܲ௔௚௚ ሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬௜ାଵ ሻ = ݂௜ାଵ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ାଵ ሻ ∗ ܲ௔௚௚ ሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬௜ ሻ onde Pagg é a probabilidade agregada de sucesso, inicializada a um (1) pelo nó de origem, i.., Pagg(successo0) = 1.
[0070] O método pode então ser estendido para calcular a probabilidade de repetição bem sucedida sobre um número arbitrário de saltos, como ூ ܲ௔௚௚ ሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬ூ ሻ = ෑ ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻ ௜ୀଵ
[0071] Para encontrar o caminho ideal entre dois nós em uma rede mesh, basta selecionar o caminho para o qual o valor calculado da probabilidade de sucesso é o mais alto.
[0072] Usar apenas RSSI como métrica para a qualidade do enlace pode gerar resultados enganosos, pois o valor RSSI não leva em consideração a interferência.
[0073] Para um sistema como o BLE, que carece de codificação de canal, não é uma suposição irracional que uma colisão com outra transmissão resultará em uma decodificação falha. Dada essa suposição, a probabilidade de perder um pacote devido a uma colisão é a mesma que a ocupância do canal. A ocupância do canal pode ser facilmente medida por cada nó e pode então ser usada para ajustar a probabilidade de sucesso calculada para um determinado enlace. A equação a seguir descreve como a probabilidade compensada é calculada, onde C denota a ocupância do canal. ܲሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬௜ ሻ = ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻ ∗ ሺ1 − ‫ܥ‬௜ ሻ
[0074] A probabilidade de sucesso para um número arbitrário de saltos
19 / 20 pode então ser calculada como ூ ܲ௔௚௚ ሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬ூ ሻ = ෑ ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻ ∗ ሺ1 − ‫ܥ‬௜ ሻ ௜ୀଵ
[0075] Em um sistema tal qual a malha BLE, onde não há reconhecimentos por salto, as transmissões podem, tipicamente, ser repetidas para aumentar a confiabilidade. Isso também significa que qualquer método que tente estimar a qualidade de um enlace precisa levar em consideração o número de transmissões repetidas que são realizadas.
[0076] O número de repetições que será usado para um enlace pode ser obtido ou incluindo-o na mensagem de descoberta de caminho ou contando o número de mensagens que são recebidas por meio desse enlace. Podem ser mensagens de solicitação de caminho, supondo que os parâmetros de repetição sejam os mesmos para as mensagens de descoberta de caminho e para as transmissões de dados subsequentes, ou repetições de transmissões regulares de dados. Ele também pode usar um valor de repetição conforme sinalizado pelo nó provisionador na rede.
[0077] A equação a seguir descreve como a probabilidade de sucesso pode ser calculada quando se espera que as mensagens recebidas no enlace i sejam repetidas Ni vezes. ܲሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬௜ ሻ = 1 − ሺ1 − ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻሻே௜
[0078] A equação a seguir mostra a probabilidade compensada de sucesso de repetição para um enlace com um número arbitrário de saltos. ூ ܲ௔௚௚ ሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬ூ ሻ = ෑ 1 − ሺ1 − ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻሻே௜ ௜ୀଵ
[0079] Usando os métodos descritos em modalidades anteriores, o versado na técnica também pode criar uma métrica combinada que compensa tanto as colisões quanto as repetições das transmissões. A probabilidade de sucesso para um enlace com um número arbitrário de saltos pode então ser descrita por
20 / 20 ூ ܲ௔௚௚ ሺܵ‫݋ݏݏ݁ܿܿݑ‬ூ ሻ = ෑ 1 − ሺ1 − ሺ݂௜ ሺܴܵܵ‫ܫ‬௜ ሻ ∗ ሺ1 − ‫ܥ‬௜ ሻሻሻே௜ ௜ୀଵ
[0080] Outras variações nos exemplos descritas podem ser entendidas e efetuadas pelos versados na técnica na prática da descrição reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da descrição e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a palavra “compreendendo” não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. Um único processador ou outra unidade podem satisfazer as funções dos diversos itens citados nas reivindicações. O mero fato de que certas medidas são citadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação destas medidas não pode ser usada vantajosamente. Um programa de computador pode ser armazenado/distribuído em uma mídia adequada, tais como uma mídia de armazenamento óptica ou uma mídia em estado sólido supridas juntamente com ou como parte de outro hardware, mas também pode ser distribuído de outras formas, tais como por meio da Internet ou outros sistemas de telecomunicação com ou sem fio. Nenhum sinal de referência nas reivindicações deve ser interpretado como limitante do escopo das mesmas.
[0081] A presente descrição não é limitada aos exemplos supradescritos, e pode ser modificada e intensificada pelos versados na técnica além do escopo da presente descrição descrito nas reivindicações anexas sem ter que aplicar habilidades inventivas.

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para apoiar o estabelecimento de um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, caracterizado pelo fato de que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh, o dito método compreendendo as etapas de: receber, por um nó intermediário na dita rede mesh, uma mensagem de descoberta de caminho originada do dito nó de origem na dita rede mesh, a dita mensagem de descoberta de caminho compreendendo um parâmetro de qualidade de caminho; atualizar, pelo dito nó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho; difundir, pelo dito nó intermediário, a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho difundida compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de atualizar compreende: determinar, pelo dito mó intermediário, um valor de Indicador de Intensidade do Sinal Recebido, RSSI, para a dita mensagem de descoberta de caminho recebida; atualizar, pelo dito mó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base no dito valor de RSSI determinado.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de atualizar compreende adicionalmente: recuperar, pelo dito mó intermediário, uma função de probabilidade de RSSI para sucesso, em que a dita função provê uma probabilidade de que uma mensagem seja recebida com sucesso pelo dito nó intermediário através do dito enlace para um dado RSSI;
converter, pelo dito mó intermediário, o dito valor de RSSI para uma probabilidade de sucesso usando a dita função recuperada, e atualizar, pelo dito mó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita probabilidade de sucesso.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de atualizar compreende adicionalmente: medir, pelo dito mó intermediário, uma ocupação de canal associada ao dito enlace; atualizar, pelo dito mó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita ocupância de canal medida.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de atualizar compreende adicionalmente: determinar, pelo dito nó intermediário, um número de repetições que será usado para o dito enlace; atualizar, pelo dito mó intermediário, o dito parâmetro de qualidade de caminho com base no dito número de repetições determinado.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de determinar o dito número de repetições compreende qualquer um dentre: recuperar, pelo dito nó intermediário, um número de repetições que será usado para o dito enlace a partir da dita mensagem de descoberta de caminho; contar, pelo dito nó intermediário, um número de mensagens de repetição que são recebidas através do dito enlace.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito parâmetro de qualidade de caminho é inicialmente ajustado para 1.
8. Método para determinar um caminho para a transmissão de uma mensagem em uma rede mesh, caracterizado pelo fato de que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh, o dito método compreendendo as etapas de: receber, pelo dito nó de destino, uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, em que cada uma das ditas mensagens compreende um parâmetro de qualidade de caminho correspondente; determinar, pelo dito nó de destino, a partir da dita mensagem de descobrimento de caminho recebida, que o dito nó de destino é o nó de destino pretendido; atualizar, pelo dito nó de destino, os ditos parâmetros de qualidade de caminho para cada uma das ditas recebidas uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó de destino recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho correspondente; selecionar, pelo dito nó de destino, um caminho a partir do dito nó de origem para o dito nó de destino como sendo o caminho entre o dito nó de origem e o dito nó de destino com base nos ditos parâmetros de qualidade de caminho atualizados; realizar a unidifusão, pelo dito nó de destino, de uma mensagem de resposta de descoberta para o dito nó de origem usando o dito caminho selecionado.
9. Nó intermediário em uma rede mesh, caracterizado pelo fato de ser arranjado para apoiar estabelecimento de um caminho para a transmissão de uma mensagem na dita rede mesh, em que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem na dita rede mesh para um nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh, o dito nó intermediário compreendendo:
equipamento de recepção arranjado para receber uma mensagem de descoberta de caminho originada do dito nó de origem na dita rede mesh, a dita mensagem de descoberta de caminho compreendendo um parâmetro de qualidade de caminho; equipamento de processamento arranjado para atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho; equipamento de transmissão arranjado para difundir a dita mensagem de descoberta de caminho em que a dita mensagem de descoberta de caminho difundida compreende o dito parâmetro de qualidade de caminho atualizado.
10. Nó intermediário de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para determinar um valor de Indicador de Intensidade do Sinal Recebido, RSSI, para a dita mensagem de descoberta de caminho recebida; atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base no dito valor de RSSI determinado.
11. Nó intermediário de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para: recuperar uma função de probabilidade de RSSI para sucesso, em que a dita função provê uma probabilidade de que a dita mensagem seja recebida com sucesso pelo dito nó intermediário através do dito enlace para um dado RSSI; converter o dito valor de RSSI para uma probabilidade de sucesso usando a dita função recuperada, e atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita probabilidade de sucesso.
12. Nó intermediário de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para: medir uma ocupação de canal associada ao dito enlace; atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base na dita ocupância de canal medida.
13. Nó intermediário de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para: determinar um número de repetições que será usado para o dito enlace; atualizar o dito parâmetro de qualidade de caminho com base no dito número de repetições determinado.
14. Nó intermediário de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento de processamento é adicionalmente arranjado para: recuperar o dito número de repetições que será usado para o dito enlace a partir da dita mensagem de descoberta de caminho; contar um número de mensagens de repetição que são recebidas através do dito enlace.
15. Nó de destino para determinar um caminho para transmitir uma mensagem em uma rede mesh, caracterizado pelo fato de que a dita mensagem deve ser transmitida de um nó de origem para o dito nó de destino, por meio de um ou mais nós intermediários, na dita rede mesh, o dito nó compreendendo: equipamento de recepção arranjado para receber uma ou mais mensagens de descoberta de caminho, em que cada uma das ditas mensagens compreende um parâmetro de qualidade de caminho correspondente;
equipamento de processamento arranjado para determinar, a partir da dita mensagem de descoberta de caminho recebida, que o dito nó de destino é o nó de destino pretendido, e para atualizar os ditos parâmetros de qualidade de caminho, para cada uma das recebidos mensagens de descoberta de caminho, com base em uma qualidade de enlace associada a um nó a partir do qual o dito nó intermediário recebeu a dita mensagem de descoberta de caminho correspondente; equipamento de seleção arranjado para selecionar um caminho a partir do dito nó de origem para o dito nó de destino como sendo o caminho entre o dito nó de origem e o dito nó de destino com base nos ditos parâmetros de qualidade de caminho atualizados; equipamento de transmissão arranjado para realizar a unidifusão de uma mensagem de resposta de descoberta para o dito nó de origem usando o dito caminho selecionado.
16. Mídia de armazenamento legível por computador, caracterizada pelo fato de que compreende uma armazenadas em si, instruções que, quando executadas em pelo menos um nó de uma rede mesh, fazem com que o dito pelo menos um nó realize o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
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