BRPI0712546A2 - método para descoberta de par em perspectiva de energia em uma rede ad hoc - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA DESCOBERTA DE PAR EM PERSEPCTIVA EFICIENTE DE ENERGIA EM UMA REDE AD HOC. Técnicas de descoberta eficientes de energia são fornecidas para um pó de cliente descobrir pelo menos um nó provedor par em uma rede ad hoc. Por exemplo, o nó do cliente pdoe ser configurado para evitar sua primeira interface ad hoc enquanto em modo de descoberta para estabelecer um canal por um primeiro período de tempo. O nó do cliente pode então transmitir um primeiro sinal para anunciar sua presenç para outros nós dentro do alcance de transmissão do nó do cliente para adquirir informação de serviço de pelo menos um de uma pluralidade de nós provedores par em perspectiva dentro do alcance de transmissão do nó do cliente. Pelo menos um dos nós provedores par em perspectiva é configurado para ativar sua segunda interface ad hoc pro um segundo período de tempo para ouvir sinais de outros nós. O segundo período de tempo é inferior ou igual ao primeiro período de tempo.

Description

MÉTODO PARA DESCOBERTA DE PAR EM PERSPECTIVA EFICIENTE DE ENERGIA EM UMA REDE AD HOC

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se genericamente à comunicação sem fio e, mais particularmente, a técnicas para a descoberta de par em perspectiva em uma rede ad hoc.

HISTÓRICO

Redes ad hoc são redes auto-formadas que incluem um número de nós que podem operar com ou sem qualquer infra- estrutura fixa, e em alguns casos a rede ad hoc é inteiramente formada por nós móveis. Uma rede ad hoc tipicamente inclui um número de nós móveis distribuídos geograficamente e potencialmente móveis que são conectados de modo sem fio uns aos outros por um ou mais enlaces lógicos (por exemplo, canais de comunicação de freqüência de rádio). Os nós podem ser fixos ou móveis e podem comunicar uns com os demais por uma mídia sem fio com ou sem o suporte de uma rede com base em infra-estrutura ou fiada. Enlaces lógicos entre esses nós podem mudar dinamicamente de maneira arbitrária à medida que os nós existentes se deslocam dentro da rede ad hoc, à medida que novos nós participam ou entram na rede ad hoc, ou à medida que os nós existentes deixam ou saem da rede ad hoc. Um enlace lógico de um único salto só pode existir entre dois nós quando eles estão dentro do alcance de comunicação direta. Um enlace lógico multi-salto só pode existir entre dois nós sempre que um conjunto de enlaces lógicos de um único salto puderem ser utilizados para construir uma via entre os nós. Esses enlaces lógicos multi-saltos ou são instantaneamente coerentes (por exemplo, todos os enlaces de um único salto estão presentes ao mesmo tempo) ou coerente diferido (por exemplo, espera-se que todos os enlaces de um único salto estejam presentes ou estiveram presentes por um período de tempo).

Nós podem operar em pelo menos dois modos diferentes dentro de uma rede: um modo ad hoc autônomo e um modo de infra-estrutura. No modo de infra-estrutura, tipicamente apenas um salto de comunicação é utilizado de um nó móvel para uma estação base (isto é, um nó especial com uma conexão de infra-estrutura). Uma rede ad hoc autônoma opera na ausência ou na presença de componentes de infra- estrutura como a estação base ou o ponto de acesso (AP) da Rede de Área Local Sem Fio (WLAN). No modo ad hoc autônomo, a comunicação de um único salto ou multi-saltos por enlaces lógicos localmente entre nós. Esses nós são ocasionalmente referidos como nós par ou pares neste contexto.

O nó tipicamente inclui uma interface ad hoc como a interface IEEE 802.11. Os sistemas de comunicação IEEE 802.11 permitem a comunicação "com base na proximidade". Por exemplo, quando dois nós estão em movimento, por exemplo, em uma área urbana, esses nós podem se comunicar dentro de uma faixa de aproximadamente 50 metros um do outro. Protocolos IEEE 802.11 que permitem ciclagem de sono dos nós móveis da população pressupõem que um determinado nó móvel pode depender da presença de outros nós ou de pontos de acesso (APs) em proximidade íntima em qualquer tempo dado. Por exemplo, os protocolos com base em IEEE 802-11 pressupõem que a disponibilidade de pontos de acesso da Internet (APs) que fornecem nós nas redes com acesso a diferentes serviços na Internet. Os APs fornecem sinalização para outros nós que estão se locomovendo pela rede no modo dormir e periodicamente os acorda conforme necessário. Esta abordagem é similar a abordagens tomadas em redes com base em celular que dependem de uma estação base central para fornecer este tipo de funcionalidade de descoberta e de cronogramação. Como tal, uma interface ad hoc com base na IEEE 802.11 típica varre continuamente por outros nós em sua rede ad hoc, e a interface IEEE 802.11 está processando constantemente. Operar um nó no modo infra-estrutural produz vida de bateria relativamente mais longa do que o modo ad hoc autônomo, pois o nó pode implementar um mecanismo de economizar energia como aquele especificado na norma IEEE 802.11b. Operar o nó móvel no modo ad hoc pode reduzir a vida útil da bateria por um grau significativo (por exemplo, um fator de 10) quando comparado ao modo infra-estruturado.

Na rede ad hoc autônoma que inclui um número de nós, processos às vezes referidos como descoberta de serviço ou descoberta de par podem ser utilizados de modo que um nó particular pode reconhecer quando ele encontra outro nó em sua proximidade que assina o mesmo serviço ou um serviço em que o nó está interessado, e pode rapidamente alertar o usuário de que ele está se aproximando de outro nó em sua área.

Entretanto, em muitas redes ad hoc autônomas, a densidade de nós na população é relativamente baixa e o contato entre nós é esporádico, pois os nós estão espalhados e apenas ocasionalmente chegam dentro da proximidade de outros nós na rede ad hoc particular (por exemplo, o usuário anda ao redor da área metropolitana com seu nó durante o dia; no entanto, o usuário apenas esporadicamente encontra outros nós com os quais pode comunicar em um modo ad hoc autônomo). Assim, nós aleatória ou semi-aleatoriamente entram em contato uns com os outros em horas diferentes.

Nessas redes, é indesejável que esses nós tenham sua interface ad hoc processando constantemente, pois boa parte do tempo a interface ad hoc não será utilizada e, portanto, está consumindo energia sem qualquer benefício para o usuário daquele nó. Em outras palavras, a varredura contínua por outros nós pode consumir desnecessariamente corrente e consumir a energia da bateria com bastante rapidez.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As figuras acompanhantes, em que números de referências iguais referem-se a elementos idênticos ou funcionalmente similares por todas as visões separadas e que, junto com a descrição detalhada abaixo estão incorporados e formam parte da especificação, servem para melhor ilustrar várias versões e explicar vários princípios e vantagens tudo de acordo com a presente invenção.

A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma rede de comunicação ad hoc exemplar.

A Figura 2 é um diagrama de blocos de um nó exemplar. a Figura 3 mostra uma estrutura para desenvolver aplicações em um nó que suporta uma interface de rede ad hoc de acordo com uma versão exemplar.

A Figura 4 mostra diagramas de tempo de uso de energia para um nó cliente e nós pares em perspectiva que ilustram técnicas de sinal de tempo limitado de eficiência de energia para a descoberta de par (ou de serviço) em perspectiva em uma rede ad hoc autônoma de acordo com algumas versões da invenção.

A Figura 5 ilustra um pacote de camada física transmitido em um sinal de sinal de um nó de serviço de par para um nó de cliente solicitante.

A Figura 6 é um diagrama de tempo que demonstra a natureza não sincronizada de sinais na rede ad hoc.

A Figura 7 é um diagrama de tempo que demonstra a sincronização de tempo de nós na rede ad hoc de acordo com uma implementação exemplar de algumas versões da presente invenção.

A Figura 8 é um diagrama de estado de Unified Modeling Language (UML - Linguagem de Modelagem Unificada) que mostra um processo de envio de sinal contínuo de acordo com algumas versões da invenção.

A Figura 9 é um diagrama de estado UML que mostra um processo de recepção de sinal acionado pela aplicação de acordo com algumas versões da invenção.

A Figura 10 é um diagrama de estado UML que mostra um processo de emparelhamento a nível de aplicação de acordo com algumas versões da invenção.

Artesãos habilitados apreciarão que elementos nas figuras são ilustrados por simplicidade e clareza e não necessariamente foram desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras pode ser exagerada em relação a outros elementos para ajudar a melhorar a compreensão das versões da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Antes de descrever em detalhe versões que estão de acordo com a presente invenção, deve ser observado que as versões residem essencialmente em combinações de etapas de métodos e componentes de aparelhos relacionados a técnicas eficientes de energia para descobrir um nó par em uma rede ad hoc autônoma. Assim, os componentes de aparelho e as etapas de método foram representadas quando apropriado por símbolos convencionais nos desenhos, mostrando apenas aqueles detalhes específicos que são pertinentes para a compreensão das versões da presente invenção de modo a não obscurecer a revelação com detalhes que serão prontamente aparentes para aqueles de habilidade ordinária na tecnologia tendo o benefício da descrição aqui apresentada.

Neste documento, termos relacionais como primeiro e segundo, e assemelhados, podem ser utilizados unicamente para distinguir uma entidade ou ação de outra entidade ou ação sem necessariamente exigir ou implicar qualquer relacionamento ou ordem efetivo entre essas entidades ou ações. Os termos "compreende", "compreender", ou qualquer outra variação deles, pretendem cobrir uma inclusão não- exclusiva, tal que um processo, método, artigo, ou aparelho que compreende uma lista de elementos não inclui apenas aqueles elementos, mas pode incluir outros elementos não expressamente relacionados ou inerentes a esse processo, método, artigo ou aparelho. Um elemento precedido por "compreende um" sem maiores restrições, não impede a existência de elementos adicionais idênticos no processo, método, artigo ou aparelho que compreende o elemento.

Será apreciado que versões da invenção aqui descritas podem ser compreendidas de um ou mais processadores convencionais e instruções de programa armazenadas singulares que controlam o um o mais processadores para implementar, em conjunto com certos circuitos não- processadores, alguns, a maioria, ou a totalidade das funções para descobrir um nó par em uma rede ad hoc autônoma conforme aqui descrito. Os circuitos não- processadores podem incluir, mas sem a eles se limitar, um receptor de rádio, um transmissor de rádio, acionadores de sinal, circuitos de cronômetros, circuitos de fonte de energia, e dispositivos de entrada de usuário. Como tal, essas funções podem ser interpretadas como etapas de um método para descobrir um nó par em uma rede ad hoc autônoma. Alternativamente, parte ou a totalidade das funções poderiam ser implementadas por uma máquina de estado que não possui instruções de programas armazenadas, ou em um ou mais circuitos integrados específicos da aplicação (ASICs) , em que cada função ou algumas combinações de certas das funções são implementadas como lógica sob medida. Naturalmente, uma combinação das duas abordagens poderia ser utilizada. Assim, métodos e meios para essas funções foram aqui descritas. Ainda, espera-se que alguém de habilidade ordinária, apesar de esforço possivelmente significativo e muitas opções de projeto motivadas, por exemplo, pelo tempo disponível, pela tecnologia atual, e por considerações econômicas, quando orientado pelos conceitos e princípios aqui revelados será prontamente capaz de gerar essas instruções de software e programas e ICs com um mínimo de experimentação.

A palavra "exemplar" é aqui utilizada para significar "servir como exemplo, instância ou ilustração". Qualquer versão aqui descrita como "exemplar" não deve necessariamente ser interpretada como preferida ou vantajosa sobre outras versões. Todas as versões descritas na Descrição Detalhada são versões detalhadas fornecidas para permitir que pessoas habilitadas na tecnologia façam ou utilizem a invenção e não para limitar o escopo da invenção que é definido pelas reivindicações.

VISÃO GERAL

Em redes ad hoc em que o número de nós em uma área dada é relativamente baixo (por exemplo, uma população de nós de baixa densidade) , é indesejável manter a interface ad hoc continuamente ativa, pois a probabilidade de estar localizada proximamente a outro usuário para fins de comunicação é relativamente baixa. Da mesma forma, é indesejável permitir ao usuário humano de um nó, se houver algum, decidir diretamente quando ativar a interface ad hoc ou iniciar um serviço ou processo de descoberta de par. Assim, há uma necessidade de técnicas aprimoradas para descobrir outros nós dentro daquela população à medida que eles são encontrados (isto é, à medida que o nó chega dentro do alcance de transmissão de outros nós) . Ademais, há uma necessidade nessas redes, de diminuir a quantidade de corrente que a interface ad hoc consome, assim aumentando a quantidade de tempo entre a recarga da bateria ou a vida útil prática de uma fonte de energia exaurível.

Ao identificar fontes chaves de dreno de energia para a operação ad hoc, versões da presente invenção fornecem técnicas de descoberta e interação eficientes de energia que podem permitir que a energia de bateria seja conservada. Versões da presente invenção fornecem técnicas que permitem que a interface ad hoc (por exemplo, a interface IEEE 802.11 ou IEEE 802.15) aprender da presença de outro nó sem consumir grandes quantidades dos recursos da bateria. De acordo com essas técnicas, uma interface ad hoc de um nó pode operar em modo de energia integral contínua apenas quando estiver na proximidade de outro nó, e opera no modo inativo ou desligado assim que os nós se separem um do outro (por exemplo, estão fora da proximidade um do outro) . Em outras palavras, a descoberta de pares processa passivamente em segundo plano durante intervalos aleatorizados por nó ou predeterminados. Durante outros intervalos, a interface ad hoc de um nó depende de um modo de descoberta de ciclo de trabalho baixo de modo que a energia de bateria pode ser conservada. Como tal, essas técnicas permitem ao nó comunicar com outros nós em sua presença enquanto reduz a quantidade de energia de bateria consumida quando nenhum serviço ao nível de aplicação for necessário ou nenhum par em perspectiva estiverem na proximidade. Antes de descrever essas técnicas em detalhe, uma descrição sucinta de uma rede de comunicação ad hoc autônoma exemplar (Figura 1) e um nó exemplar (Figura 2) para uso nessa rede de comunicação ad hoc autônoma exemplar são aqui descritos.

A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma rede de comunicação ad hoc exemplar 100. A rede de comunicação ad hoc 100 compreende uma pluralidade de nós 120A-120C, cada um deles tendo capacidade repetidora e de roteamento sem fio. Os nós 120A-C podem suportar a comunicação par-a-par sem a necessidade de infra-estrutura fiada ou de outras redes.

Os nós 120A-120C podem ser dispositivos sem fio capazes de transmitir e de receber informação pacotizada de áudio, de vídeo e/ou de dados. Alguns dos componentes em um nó exemplar, como o processador, o transmissor, o receptor e a antena, são descritos abaixo na Figura 2. O nó pode ser estacionário ou móvel em qualquer instante particular no tempo, e pode incluir dispositivos configurados para comunicar através de um canal sem fio. O nó pode ser incorporado como qualquer um de um número de tipos de dispositivos incluindo, mas sem a eles se limitar, um computador pessoal (PC) tendo um modem sem fio externo ou interno, um cartão PC, um flash compacto, um dispositivo de comunicação sem fio como um telefone celular ou um assistente digital pessoal (PDA). Em uma implementação, o dispositivo sem fio compreende um telefone móvel que também pode ser denominado de estação móvel (MS), equipamento móvel (ME) ou equipamento do usuário (UE).

Os nós 12OA-C podem comunicar pacotes de informação por freqüências portadoras sem fio, cada uma das quais inclui um ou mais canais de comunicação sem fio dependendo do esquema de acesso múltiplo utilizado na rede 100.

Os nós 12OA-C também podem se comunicar com componentes de infra-estrutura, como APs, que são tipicamente, mas que não são necessariamente obrigados a ser, acoplados a uma rede fiada (não mostrada) e podem fornecer uma ou mais fontes de informação de áudio, de vídeo e/ou de dados. Os APs podem ser uma estação base celular, um ponto de acesso sem fio que cumpre com a norma IEEE 802.11 ou outra norma de rede de área local sem fio (WLAN), um ponto de acesso Bluetooth, ou assemelhado.

A rede de comunicação ad hoc 10 0 pode implementar inteligência de roteamento, que é tipicamente distribuída entre os nós 120A-120C para ajudar a melhorar o desempenho geral da rede. Na rede ad hoc 100, a comunicação de e para os nós 120A-120C podem 'saltar' um através do outro para atingir outros nós 120A-120C na rede. Em outras palavras, nós em proximidade íntima podem receber transmissões de nós próximos utilizando a interface de ar ad hoc e repassar essas transmissões para outros nós, incluindo pontos de acesso ou nós com enlaces para outras redes fiadas ou sem fio.

Quando for desejado o acesso a uma rede fiada, a comunicação dos nós 120A-C pode saltar para um AP WLAN. Embora não seja mostrado na Figura 1, será apreciado por aqueles de habilidade ordinária na tecnologia que os nós 120A-120C também podem comunicar pacotes de informação com uma rede de área ampla (WAN) como uma rede com base em celular (não mostrada) por freqüências portadoras sem fio, cada uma das quais inclui um ou mais canais de comunicação sem fio dependendo do esquema de acesso múltiplo utilizado na rede com base em celular.

A Figura 2 é um diagrama de blocos de um nó exemplar 200. O nó 200 compreende um processador 201, um transceptor 202 que inclui um circuito transmissor 203 e um circuito receptor 205, uma antena 206, uma memória de programa 209 para armazenar instruções de operação que são executadas pelo processador 201, uma memória provisória 211, e uma ou mais interfaces de comunicação 213. Embora não seja mostrado, o nó 200 também inclui preferivelmente um comutador de antena, um duplexador, um circulador, ou outro meio altamente isolante (não mostrado) para fornecer intermitentemente pacotes de informação do circuito transmissor 203 para a antena 206 e da antena 206 para o circuito receptor 205. 0 nó 200 é pref erivelmente uma unidade integrada contendo pelo menos todos os elementos representados na Figura 2, bem como quaisquer outros elementos necessários para o nó 200 efetuar sua função eletrônica particular. Alternativamente, o nó 200 pode compreender uma coleção de unidades ou dispositivos apropriadamente interconectados, em que essas unidades ou dispositivos efetuam funções que são equivalentes às funções efetuadas pelos elementos do nó 200.

0 processador 201 preferivelmente inclui um ou mais microprocessadores, micro-controladoras, DSPs (processadores de sinal digital), máquinas de estado, circuito lógico, ou qualquer outro dispositivo ou dispositivos que processam informação com base em instruções operacionais ou de programação. Essas instruções operacionais ou de programação são preferivelmente armazenadas na memória de programa 209. A memória de programa 209 pode ser um chip de memória IC (circuito integrado) contendo qualquer forma de RAM (memória de acesso aleatório) ou ROM (memória de apenas leitura), um disco flexível, um CD-ROM (memória de apenas leitura de disco compacto), uma unidade de disco rígido, um DVD (disco de vídeo digital), um cartão de memória flash, cartão externo de módulo de identidade de assinante (SIM) ou qualquer outro meio para armazenar informação digital. Alguém de habilidade ordinária na tecnologia reconhecerá que quando o processador 2 01 tem uma ou mais de suas funções efetuadas por uma máquina de estado ou pelo circuito lógico, a memória 209 que contém as instruções operacionais correspondentes pode ser embutida dentro da máquina de estado ou do circuito lógico. As operações efetuadas pelo processador 201 e os outros elementos do nó 200 são descritos em detalhe abaixo.

O circuito transmissor 203 e o circuito receptor 205 permitem que o nó 200 comunique pacotes de informação para e adquire pacotes de informação dos demais nós. Neste particular, o circuito transmissor 203 e o circuito receptor 205 incluem circuito convencional apropriado para permitir transmissões digitais ou analógicas por um canal de comunicação sem fio. O circuito transmissor 203 e o circuito receptor 205 podem operar por uma interface de ar de rede ad hoc (por exemplo, Bluetooth, IEEE 802.15, e assemelhados).

As implementações do circuito transmissor 203 e do circuito receptor 205 dependem da implementação do nó 200. Por exemplo, o circuito transmissor 203 e o circuito receptor 205 podem ser implementados como um modem sem fio apropriado, ou como componentes de transmissão e de recepção convencionais de dispositivos de comunicação sem fio bilaterais. No evento de o circuito transmissor 203 e o circuito receptor 205 serem implementados como um modem sem fio, o modem pode ser interno ao nó 200 ou inserido dentro do nó 200 (por exemplo, incorporado no modem de freqüência de rádio sem fio (RF) implementado em um Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) . Para o dispositivo de comunicação sem fio, o circuito transmissor 203 e o circuito receptor 205 são preferivelmente implementados como parte da arquitetura de hardware e de software do dispositivo sem fio de acordo com técnicas conhecidas. Alguém de habilidade ordinária na tecnologia reconhecerá que a maioria, se não todas, as funções do circuito transmissor 203 e/ou do circuito receptor 205 podem ser implementadas em um processador, como o processador 201. No entanto, o processador 201, o circuito transmissor 203, e o circuito receptor 205 foram aqui particionados artificialmente para facilitar a melhor compreensão.

O circuito receptor 205 é capaz de receber sinais RF de pelo menos uma banda de freqüência e opcionalmente múltiplas bandas de freqüência, se a comunicação com o dispositivo próximo estiver em uma banda de freqüência que não aquela da comunicação de rede. O circuito receptor 205 pode opcionalmente compreender um primeiro receptor e um segundo receptor, ou um receptor capaz de receber em duas ou mais bandas. O receptor 205, dependendo do modo de operação, pode ser sintonizado para receber sinais de comunicação, por exemplo, Bluetooth ou uma rede de área local sem fio (WLAN), como a IEEE 802.11. O transceptor 202 inclui pelo menos um conjunto do circuito transmissor 203. O pelo menos um transmissor 203 pode ser capaz de transmitir para múltiplos dispositivos potencialmente em múltiplas bandas de freqüência.

A antena 206 compreende qualquer estrutura conhecida ou desenvolvida para irradiar e receber energia eletro- magnética na faixa de freqüência que contém as freqüências portadoras sem fio.

A memória provisória 211 pode ser qualquer forma de memória volátil, como a RAM, e é utilizada para armazenar temporariamente pacotes de informação recebidos de acordo com a presente invenção.

A Figura 3 mostra uma estrutura para desenvolver aplicações em um nó que suporta uma interface de rede ad hoc, de acordo com uma versão exemplar. A estrutura é particionada em um número de camadas de software 210 a 230.

A camada física (de hardware) 210 inclui uma interface de controle 212 e uma interface de rede ad hoc 216 (por exemplo, adaptador de rede de área local sem fio (WLAN)). A interface de controle 212 fornece os métodos necessários para energizar ou desenergizar a interface de rede, bem como métodos para consultar a interface por informação de estado (por exemplo, se a rede está desocupada ou ativa) e configurar a interface conforme necessário (por exemplo, comutar para o modo ad hoc, estabelecer um identificador de conjunto de serviço (SSID) ou parâmetros de segurança). A interface de controle, por exemplo, pode ser mapeada para interfaces de controle específicas de dispositivo, ou pode explorar uma interface de controle mais genérica conforme fornecida por/proc no sistema operacional Linux.

A camada de máquina virtual JAVA (JW) 220 inclui um ou mais módulos e Application Programming Interfaces (APIs). Os módulos na camada JVM 220 podem incluir, por exemplo, um módulo de encontrar pares 226, e um módulo de encontrar aplicações 227, e um módulo de gerenciamento de energia 229. Os APIs podem incluir, por exemplo, um API de descoberta de dispositivo 224, um API de descoberta de serviço 225, e um API de gerenciamento de energia 228. O API de descoberta de dispositivo 224 permite que aplicações no nó iniciem uma operação de descoberta de par e seja notificada das identidades (endereços Protocolo de Internet (IP)) dos dispositivos que estão atualmente na vizinhança do dispositivo. 0 API de descoberta de serviço 225 permite que aplicações no nó iniciem uma operação de descoberta de serviço e sejam notificadas dos serviços disponíveis em dispositivos próximos para agregar, ou em base por dispositivo. Os módulos de descoberta de dispositivo e de serviço atualizam o sinal transmitido deste dispositivo com o endereço IP do dispositivo relevante e a informação de serviço, e também extraem esta informação do sinais detectados transmitidos por seus pares. Os resultados são acumulados para cada período de descoberta (Ymax) e retornado para a aplicação solicitante e quaisquer nós registrados. 0 API de gerenciamento de energia 228 é a interface do JVM que permite que aplicações solicitem sintonização dos parâmetros de gerenciamento de energia (por exemplo, duração para energizar e para desenergizar). Por sua vez, o módulo de gerenciamento de energia 22 9 calcula e estabelece parâmetros de gerenciamento de energia que refletem as solicitações coletivas de todas as aplicações residentes.

A camada do conjunto de desenvolvedor de software (SDK) 230 fornece um ou mais APIs para utilização pelos programadores de aplicação quando da escrita de uma aplicação e de seu interf aceamento com o JVM 220. Aplicações podem ser desenvolvidas para utilizar diretamente as interfaces de nível inferior para a descoberta 224, 225 e gerenciamento de energia 228. Alternativamente, elas podem utilizar interfaces de programação de aplicação 221, 222, 223 que fornecem comportamentos predefinidos para classes específicas de aplicações 242, 244, 246.

Aplicações de federação 242 refletem consultas sincronas de curto prazo da aplicação (por exemplo, para partilhamento de dados imediatos) enquanto aplicações de encontro 244 refletem consultas assíncronas de longo prazo (por exemplo, para alertas para descobertas de par futuras). Diferentemente das aplicações de federação ou de encontro, as aplicações tribais 246 refletem sessões interativas de duração mais longa (por exemplo, um jogo multi-jogador ou chat). Cada classe de aplicações assim requer uma estratégia de gerenciamento de energia diferente para a operação eficiente, que pode ser fornecida pelos módulos de federação, encontro e tribal relacionados.

Na descrição seguinte, o nó "provedor" é o nó que pode prover serviços ou conteúdo para pares, e um nó "cliente" é um nó que está procurando nós provedores de um serviço ou conteúdo específico. Um único nó pode ser tanto um nó cliente como um nó provedor dependendo do contexto de suas diferentes interações. O processo de descoberta envolve permitir ao nó cliente localizar um nó provedor próximo que pode satisfazer uma solicitação de aplicação ou de usuário pendente.

VISÃO GERAL DAS TÉCNICAS DE DESCOBERTA EFICIENTES DE ENERGIA

Quando um nó cliente particular entra em uma área e precisa de um serviço particular, é desejável ser capaz de descobrir com rapidez quais nós pares estão dentro de seu alcance de transmissão e quais serviços aqueles nós pares podem fornecer. Desta maneira, um nó cliente particular que procurar um serviço particular pode determinar com rapidez se o serviço está ou não disponível em sua área através de outros nós em sua proximidade. A atividade de rede consome energia da bateria. Para eficiência de energia, é desejável minimizar a atividade de rede necessária para a descoberta tanto nos nós clientes como nos nós provedores.

Versões da presente invenção fornecem técnicas de descoberta de pares em perspectiva com base no empurro para utilização em uma rede ad hoc. Nós provedores transmitem mensagens de propaganda para propagandear periodicamente ou anunciar sua presença e informação de serviço relacionada na rede. Essas mensagens de propaganda utilizam sinais a nível de aplicação (em oposição a sinais de nível Media Access Control (MAC)) que contêm o endereçamento relevante e a informação de serviço. Nós clientes podem permanecer fora da rede (por exemplo, no estado inativo) até ser feita uma solicitação de aplicação/usuário. Nós clientes potenciais podem descobrir o nó provedor ao ouvir por uma duração ou intervalo finito (por exemplo, tipicamente igual a um período do ciclo de trabalho de propaganda do nó provedor) para detectar o nó provedor.

Como nós provedores podem servir potencialmente muitos nós clientes (isto é, estão envolvidos em mais interações e comunicação do que o nó cliente médio), é desejável que nós provedores tenham uma vida útil de bateria relativamente longa. As técnicas de descoberta reveladas favorecem os nós provedores sobre os nós clientes ao tornar o nó cliente responsável por uma porcentagem mais elevada do ônus de energia para a descoberta, pois o nó cliente, em última instância, se beneficia do processo de descoberta. Em contraste, nós provedores são recompensados por seus esforços com um ônus de energia reduzido.

O emprego da interface de rede ad hoc no modo desocupado (por exemplo, quando nenhum trabalho útil de transmissão/recepção estiver sendo feito) desperdiça desnecessariamente a energia da bateria. Idealmente, a interface ad hoc deve ser desligada durante esses intervalos desocupados para conservar energia. No entanto, se a interface ad hoc for desligada, então o nó não pode ser "descoberto" de maneira oportunista por um par. Ao mesmo tempo, se a interface ad hoc for mantida ligada, o nó arrisca um gasto de energia substancial sem beneficio quando não houver nós pares ativos na vizinhança. As técnicas de descoberta de par em perspectiva com base no empurro atingem um equilíbrio apropriado entre os modos sempre-ligado e sempre-desligado de operação para impedir utilização de energia durante os períodos desocupados. As técnicas reveladas podem fornecer economias de energia enquanto processam automática e passivamente qualquer interação de usuário ausente.

TÉCNICAS DE DESCOBERTA EXEMPLARES EFICIENTES DE ENERGIA

De acordo com uma versão da presente invenção, técnicas de descoberta eficientes de energia são fornecidas para o nó cliente descobrir pelo menos um nó provedor par em uma rede ad hoc autônoma. De acordo com essas técnicas, uma primeira interface ad hoc no nó cliente pode ser ativada enquanto no modo de descoberta para estabelecer um canal para um primeiro período de tempo de "descoberta" (Ymax) . Tipicamente, durante este primeiro período de tempo, sinais de canal seriam transmitidos periodicamente pelo nó cliente.

Uma segunda interface ad hoc do nó provedor par em perspectiva pode ser ativada para um segundo período de tempo (α) para ouvir sinais de canal ou outras indicações de um canal estabelecido de outros nós clientes potenciais. Em algumas implementações, a segunda interface ad hoc seria desligada assim que fosse determinado que nenhum canal estabelecido estava presente. A segunda interface ad hoc pode ser ligada, por exemplo, a intervalos de tempo regulares, no entanto não sincronizada com relação ao resto da população de nós. Ela também pode variar com base no modo de operação atual da aplicação que atualmente processa no nó relacionado. O segundo período de tempo (α) é inferior ou igual ao primeiro período de tempo. Pelo menos um dos nós provedores par em perspectiva (e possivelmente múltiplos nós provedores par em perspectiva) podem transmitir seu próprio sinal de nível de aplicação (serviço) no início do segundo período de tempo (α) para propagandear serviços que o nó provedor par em perspectiva pode fornecer a outros nós clientes potenciais dentro do alcance de transmissão do nó provedor par em perspectiva.

O nó provedor par em perspectiva pode transmitir um primeiro sinal que compreende um primeiro campo que indica o segundo período de tempo (α) que o nó provedor par em perspectiva permanecerá no canal ou manter a segunda interface ad hoc ativada, e um segundo campo que indica o serviço que o nó provedor par em perspectiva está fornecendo. O segundo período de tempo é de duração suficiente para assegurar que um nó cliente dentro do alcance de transmissão do nó provedor par em perspectiva pode detectar e responder ao primeiro sinal, e que, se uma mensagem de resposta for transmitida por um nó cliente, o nó provedor par em perspectiva detectará uma mensagem de resposta dentro do segundo período de tempo. Durante este segundo período de tempo, o nó provedor par em perspectiva também ouve por uma mensagem de resposta de pelo menos um nó cliente dentro do alcance de transmissão do nó provedor par em perspectiva. Isto permite ao nó cliente adquirir informação de serviço e serviço do nó provedor par em perspectiva dentro do alcance de transmissão do nó cliente. O nó cliente desliga a primeira interface ad hoc e entra no modo de dormir se o nó cliente não receber um primeiro sinal do nó provedor par em perspectiva ao final do primeiro período de tempo. 0 sinal do nó par em perspectiva compreende um campo de extensão de serviço que compreende uma lista dos serviços que estão atualmente processando no nó provedor par em perspectiva ou que o nó provedor par em perspectiva é capaz de processar. Isto permite aos nós provedores par em perspectiva comunicar informação associada a um serviço solicitado potencialmente pelo nó cliente. Uma vez o nó provedor par em perspectiva tenha comunicado a informação associada ao serviço solicitado pelo nó cliente, o nó provedor par em perspectiva desliga a segunda interface ad hoc. Ademais, se qualquer nó provedor par em perspectiva não recebe uma mensagem de resposta do nó cliente, então ele desliga sua segunda interface ad hoc ao final do segundo período de tempo (a) e permanece desligado para o terceiro período de tempo (β) . Assim, a duração do segundo período de tempo (a) e a duração do terceiro período de tempo (β) definem um ciclo de trabalho (Y) para a interface ad hoc de um nó provedor par em perspectiva particular.

O nó cliente pode analisar informação no sinal do nó provedor par em perspectiva para determinar se o nó provedor par em perspectiva oferece (ou é capaz de oferecer) o serviço que o nó cliente está solicitando de modo que o nó cliente pode então transmitir uma mensagem de resposta ao nó provedor par em perspectiva de modo que o nó provedor par em perspectiva mantém sua segunda interface ad hoc ativada por um período de tempo adicional (por exemplo, mais tempo além do segundo período de tempo).

Uma implementação exemplar específicas dessas técnicas será descrita agora com referência à Figura 4.

A Figura 4 mostra diagramas de tempo de uso de energia 410, 420, 430 para um nó cliente e um ou mais nós pares em perspectiva, respectivamente, que ilustram técnicas de sinal de tempo limitado eficientes de energia 400 para a descoberta de par em perspectiva (ou serviço) em uma rede ad hoc exemplar de acordo com algumas versões da invenção.

No exemplo seguinte, supõe-se que a rede compreende três nós A, B, C; contudo, a população também pode compreender menos ou mais nós em implementações efetivas de acordo com versões da presente invenção. Neste exemplo particular, pode-se supor que o nó A está processando atualmente uma aplicação ou programa e gostaria de descobrir informação de serviço de um nó par em sua vizinhança.

Na Figura 4, um diagrama de tempo correspondente 410, 420, 430 é mostrado para cada nó A, B, C. Especificamente, o diagrama de tempo 410 é associado ao nó cliente A, o diagrama de tempo 420 é associado ao nó par em perspectiva Β, e ο diagrama de tempo 430 é associado ao nó par em perspectiva C. Na Figura 4, o eixo vertical representa o estado de um nó particular e assim uma aproximação da energia sendo utilizada por um nó particular e o eixo horizontal representa o tempo. Os diagramas de tempo 410, 420, 430 mostram, cada um, a energia que está sendo consumida por um particular dos nós A, B, C como função do tempo. Quando a interface ad hoc (por exemplo, IEEE 802.11 ou IEEE 802.15) for completamente desligada e estiver 10 utilizando substancialmente nenhuma energia, o eixo vertical para o nó é mostrado em sua linha base ou "OFF".

Como é mostrado no diagrama de tempo 410, quando o nó A tenta adquirir informação de outros nós em sua vizinhança, o nó A ativa ("ON") sua interface ad hoc na borda dianteira de um primeiro período de tempo de "descoberta" (Ymax) para estabelecer um canal. Como o nó A está tentando aprender a informação de outros usuários, o nó A manterá o canal (sua interface ad hoc) ativada (por exemplo, ativa) pelo período de tempo de descoberta (Ymax) · O primeiro sinal 414 pé mostrado coincidentemente como sendo transmitido na borda dianteira do primeiro período de tempo. Isto é mostrado por que todos os nós clientes podem ser um nó par em perspectiva concorrentemente. O nó cliente pode utilizar o sinal 414 para propagandear o início do período de tempo de descoberta (Ymax). No entanto, isto não é necessário. 0 nó cliente precisa apenas estabelecer um canal ad hoc para permitir que outros nós pares em perspectiva comunicarem-se com ele durante o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax).

O sinal 414 pode, por exemplo, ser implementado como um datagrama User Datagram Protocol (UDP), quadro IEEE 802.11 ou até vinculado ao processo de sinal a nivel de RF. O primeiro sinal 414 anuncia o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) para outros nós (nós B e C neste exemplo) durante o qual o nó A manterá o canal ativado. Entre outra informação, o sinal 414 também inclui um parâmetro alfa (α) que especifica o primeiro período de tempo em que o nó mantém sua interface ad hoc ligada, um parâmetro beta (β) que especifica o segundo período de tempo após o primeiro período de tempo em que o nó desliga sua interface ad hoc, e qualquer carga de propaganda de serviço registrada. Cada nó seleciona um valor alfa (α) e um valor beta (β) que somam menos do que o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax). A soma de alfa (α) e de beta (β) representa o tempo esperado até o sinal seguinte ser transmitido deste nó. Por razões de estabilidade, o nó deve transmitir um sinal pelo menos uma vez a cada primeiro período de tempo de descoberta (Ymax).

O nó A ouve o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) por sinais de qualquer nó par em perspectiva que possa estar em sua vizinhança. O primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) é uma constante em todo o sistema que é conhecido de todos os nós que utilizam este protocolo particular. O primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) é a quantidade de tempo que um nó particular precisa ativar e ouvir por sinais de serviço em perspectiva, e após um o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) , o nó cliente A é garantido de ter ouvido um sinal de cada vizinho próximo.

Enquanto o canal está ativado durante o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) , quer o nó B ou o nó C pode iniciar a comunicação com o nó A. Neste exemplo, o nó C começa a comunicação com o nó A. Deve ser observado que, se nenhum outro nó tentou comunicar-se com o nó A durante o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) / então ao final do primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) o nó A desliga sua interface ad hoc e volta ao modo de dormir durante o qual a interface ad hoc fica completamente desligada. Em outras palavras, a interface ad hoc é ligada por certa quantidade mínima de tempo que é adequado para anunciar a presença do nó A para outros nós (como o nó B e o nó C) que pode estar na vizinhança ou alcance de transmissão do nó A, e receber um sinal de resposta de um nó par em perspectiva.

Se um dos nós vizinhos em proximidade do nó A responder com um sinal seu próprio, então o nó A pode receber esse sinal, analisar a informação apresentada naquele sinal, e determinar se um dos outros nós está ou não fornecendo um serviço ou ofertando um serviço em que o nó A tem interesse.

Por exemplo, na Figura 4, o nó C responde com o sinal 434, e supõe-se que o nó A está interessado no serviço que está sendo ofertado pelo nó C (conforme indicado pelo retângulo de linha achurada 416 que permite que o nó C saiba manter seu canal (sua interface ad hoc) ligada por mais de um período mínimo do segundo tempo (α) . Daí em diante, o nó A e o nó C comunicam um com o outro, trocam a informação necessária, e uma vez feito isso, o nó C desliga sua interface ad hoc (conforme indicado pelo retângulo de linha achurada 436) para terminar a comunicação ou desmontar o canal de comunicação entre o nó C e o nó A.

Em contraste, o nó B envia informação em seu sinal de nível de serviço de aplicação 424 em que o nó A não tem interesse. 0 sinal de nível de serviço de aplicação 424 pode ser enviado sempre que o nó B acordar ou receber um sinal de outro nó em sua proximidade. 0 sinal de nível de serviço de aplicação 424, por exemplo, pode incluir o segundo período de tempo mínimo (a) em que o nó B deixará o canal (sua interface ad hoc) ligado para que ele possa receber respostas ao sinal que ele enviou (por exemplo, a quantidade de tempo que o nó B ouvirá por parceiros de comunicação possíveis ou outras unidades que estejam interessadas nos serviços que o nó B está oferecendo) , um terceiro período de tempo (β) após o qual o nó B desligará sua interface ad hoc, e os serviços sendo oferecidos pelo nó B. Como é mostrado no gráfico 420 correspondente ao nó Β, o nó B não recebe uma resposta 416 do nó A e, portanto, só mantém sua interface ad hoc ligada por um segundo período de tempo mínimo (a) no gráfico 420 correspondente ao nó B. Este segundo período de tempo mínimo (a) corresponde ao modo desocupado ou de ouvir durante o qual o nó B manterá o canal ligado para determinar se um cliente em perspectiva está ou não interessado no serviço que está sendo oferecido pelo nó B. Este segundo período de tempo mínimo (a) é definido para preservar a vida útil da bateria e impedir o dreno da bateria no nó B. O nó B desliga sua interface ad hoc para o terceiro período de tempo (β) se o nó B não receber outro sinal em resposta a seu sinal 424.

Notadamente, ao utilizar essas técnicas de descoberta par, o nó cliente A que está procurando por um serviço paga o custo mais alto pois ele permanece acordado por todo o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) e, portanto, precisa consumir mais de seus próprios recursos de bateria. O nó cliente A consome bem mais energia do que os nós pares em perspectiva B, C pois o nó cliente A está ligado por um período de tempo bem maior enquanto está ouvindo. (A quantidade da energia consumida pelo primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) ê essencialmente a área sob a curva e é substancialmente para o nó A do que para os nós pares em perspectiva B, C.) Assim, como o nó A é o nó particular que está procurando por serviço, o nó A paga mais do custo em termos de energia despendida porque ele está procurando o serviço, enquanto o nó B e o nó C estão meramente anunciando serviços e, portanto, podem deixar suas interfaces ad hoc desligadas por uma porcentagem maior do tempo e gastar menos recursos de bateria.

Embora não seja mostrado na Figura 4, será apreciado por aqueles de habilidade ordinária na tecnologia que alguma forma de correção de erro ã frente ou repetição de transmissão pode precisar ser aplicada aos sinais 414, 424 e 434. Uma solicitação de aplicação que não é preenchida durante qualquer primeiro período de tempo de descoberta em particular (Ymax) pode ser reiniciado utilizando quer um esquema de nova tentativa imediata ou uma nova tentativa com base em cronômetro de backoff exponencial.

CICLO DE TRABALHO AJUSTÁVEL PARA A INTERFACE AD HOC DE CADA NÓ

Como foi observado acima, cada nó pode estabelecer seu próprio ciclo de trabalho com base em alfa (a) e em beta (β) e anunciar aquele ciclo de trabalho particular para seus vizinhos. 0 parâmetro alfa (a) quanto tempo o nó irá ouvir, isto é, quanto tempo o nó ligará sua interface ad hoc, e beta (β) é a quantidade de tempo que a interface está desligada ou "inativa". Os valores do período de tempo alfa (a) e do período de tempo beta (β) pode mudar de tempos em tempos pois cada nó tem a capacidade de sintonizar individualmente valores do período de tempo (a) e do período de tempo (β) que são utilizados dependendo da implementação particular da rede em que o usuário estiver.

Por exemplo, em uma implementação, cada nó provedor par em perspectiva pode estabelecer independentemente a duração de seu segundo período de tempo (a) e a duração de seu terceiro período de tempo (β) com base nos serviços particulares que estão sendo ofertados pelo nó particular. As durações desses períodos de tempo são variáveis e podem ser fixadas independentemente por cada nó provedor par em perspectiva.

Em outra implementação, a duração do segundo período de tempo (a) pode ser ajustada com base no protocolo de rádio particular que estiver sendo utilizado, e a duração do terceiro período de tempo (β) pode ser ajustada com base nos requisitos de tempo real do serviço particular sendo ofertado pelo nó particular.

Para nós clientes, os valores escolhidos para alfa (a) e para beta (β) podem ser ajustados dependendo do tipo de aplicação que o nó cliente particular está procurando. Em outras palavras, a janela para a qual o nó cliente permanece acordada pode ser sintonizada por aquele nó cliente até o primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) (a constante de todo o sistema que é conhecida de todos os nós que utilizara este protocolo) . Se um nó cliente permanecer acordado para este primeiro período de tempo de descoberta (Ymax) , o nó cliente é garantido que nós em sua vizinhança que operam de acordo com este protocolo particular receberam sua solicitação de serviço.

Para nós provedores pares, os valores de alfa (a) e de beta (|3) podem ser determinados pelos serviços que estão processando no nó. Y é o ciclo de trabalho total para um nó provedor par em particular e é igual a soma de alfa (a) mais beta (β) para aquele nó provedor par. Para um nó provedor par particular, o valor de Y pode variar com base nos valores particulares de alfa (a) e de beta (β) . Em todos os casos, o valor de Y tem um limite superior (Ymax) que especifica o valor máximo que o valor de Y pode assumir. Assim, nós diferentes dentro da população podem ter um valor alfa (a) e beta (β) diferentes, dependendo do serviço particular que eles oferecem.

Assim, o parâmetro alfa (a) pode ser sintonizado com base em um número de variáveis diferentes. O valor de alfa (a) é geralmente ditado pelas características do protocolo de nó particular que estiver sendo utilizado; por exemplo, um protocolo IEEE 802.11 utilizaria um valor de alfa (α). O valor escolhido para alfa (a) em um cenário particular também pode depender de fatores como o retardo ida-e-volta na plataforma de hardware. É desejável manter alfa (a) tão pequeno quanto possível pois isso ajuda a conservar energia pois quanto mais alto o valor de alfa (α) , então tanto maior o custo é em termos de recursos de bateria para o nó. No entanto, o nó também terá maior probabilidade de ser capaz de ofertar serviços para outros nós na rede com o valor mais alto de alfa (α).

Os fatores ou parâmetros que ajudam a determinar o valor de beta (β) incluem restrições no próprio nó. O valor de beta (β) pode ser determinado, por exemplo, com base nos requisitos de tempo real do serviço de aplicação que o nó particular está ofertando (por exemplo, o retardo da aplicação é tolerante, quantas aplicações diferentes estão processando em um caso particular que o nó irá precisar potencialmente para enviar respostas, e a importância relativa dos dados que estão sendo transmitidos). A quantidade de energia que permanece no nó também é outro fator que pode influenciar o valor de beta (β) de modo que quando a bateria drena o valor de beta (β) aumentaria para conservar a energia de bateria restante, isto é, utilizar menos energia quando a capacidade da bateria diminuir. O valor de beta (β) pode ser determinado com base no tempo de serviço de solicitação inicial mínimo necessário para todas as aplicações carregadas no nó relacionado.

Por exemplo, com referência de volta à Figura 3, a Figura 3 ilustra três exemplos de tipos diferentes de aplicações denominados de aplicação de catálogo telefônico federado 242, aplicação de alertas de encontro 244, e uma aplicação de jogos (por exemplo, jogo de Othello multi- jogador) 246.

A aplicação de catálogo telefônico federado 242 é uma aplicação de partilhamento de dados para o qual uma consulta é enviada por uma peça de dados e uma resposta é enviada de volta para o nó cliente A. Nesta situação, o nó cliente A que fez a solicitação para os dados enviaria a solicitação para uma duração Ymax integral e se qualquer nó vizinho estiver dentro da proximidade do nó cliente A, então esses nós vizinhos podem pegar a peça de dado que é solicitada, enviá-la, e então voltar a dormir de imediato. Como tal, neste contexto o valor de alfa (a) seria relativamente pequeno e o valor de beta (β) seria relativamente grande. Em outras palavras, o nó vizinho só precisa permanecer ligado o tempo suficiente para receber a solicitação, e enviar uma resposta, e pode então ir imediatamente para dormir e não precisa permanecer ligado por qualquer período de tempo adicional.

Em contraste, em uma aplicação denominada alertas de encontro 244, o usuário do nó A, por exemplo, poderia entrar com uma solicitação dentro do nó para determinar quando o usuário de um nó particular estará em sua vizinhança para que eles possam comunicar com eles (por exemplo, nó cliente A estaria procurando periodicamente pelo nó par em perspectiva C). Neste cenário, alfa (a) pode ser sintonizado com o tempo. Por exemplo, se o nó A gostaria de encontrar o nó B até sexta-feira e atualmente é segunda-feira, o valor de alfa (a) pode mudar durante aquele período de tempo até o nó A entrar em contato com o nó B. Por exemplo, na segunda-feira, a duração de alfa (a) pode ser relativamente curta, mas se o nó B ainda não for encontrado, então com o progresso da semana, a duração de alfa (a) poderia ser aumentada pois já se tornou mais urgente encontrar o nó B. Desta forma, à medida que o prazo final se aproxima, o nó A permaneceria ligado ou ativo mais tempo a anunciar sua presença para aumentar a probabilidade de alcançar o nó B.

ESTRUTURA DE DADOS DO PACOTE DE PROPAGANDA De acordo com outra versão da presente invenção, técnicas são fornecidas para escolher entre dois sinaleiros em perspectiva que oferecem fornecer um serviço para o nó solicitante (por exemplo, resolver um conflito quando dois nós provedores pares em perspectiva respondem a um primeiro sinal). De acordo com essas técnicas, quando o nó cliente recebe um primeiro sinal de um primeiro nó provedor par em perspectiva e de um segundo nó provedor par em perspectiva. Além do campo de extensão do serviço, o segundo sinal pode ainda compreender um primeiro campo que especifica a duração do segundo período de tempo (a) durante o qual a segunda interface ad hoc estará ligada e a duração do terceiro período de tempo (β) durante a qual a segunda interface ad hoc estará desligada; um campo de sinal MAC que especifica o sinal MAC IEEE 802.11; um campo de extensão IP que especifica o endereço IP do nó particular que está transmitindo o segundo sinal; e um segundo campo que compreende um número de nós vizinhos que o nó provedor par em perspectiva particular viu recentemente dentro de um período de tempo particular. 0 nó cliente avalia cada um dos segundos sinais, e escolhe quer o primeiro nó provedor par em perspectiva ou o segundo nó provedor par em perspectiva com base nos campos especificados em cada um dos segundos sinais. Uma implementação desses campos será descrita agora abaixo com referência à Figura 5.

A Figura 5 ilustra um pacote de propaganda de camada física 521 correspondente a um sinal de um nó par B 501 para um nó cliente 503. Neste exemplo, o nó par B 501 é um nó provedor de serviço que fornece um serviço solicitado, e o nó cliente A 503 é o no solicitante do serviço.

Cada nó, incluindo o nó provedor par em perspectiva 501, transmite um pacote de propaganda 521 para anunciar os serviços que o nó pode potencialmente fornecer, e descreve de que o nó particular é capaz. O pacote de propaganda 521 compreende um campo de sinal MAC 5 05 que especifica o sinal MAC IEEE 802.11 do nó, um campo de extensão IP 509 que especificou o endereço IP do nó particular que está transmitindo o pacote de propaganda 521, um campo de extensão de serviço 507 que contém uma lista dos serviços que estão atualmente processando no nó ou que o nó é capaz de processar, um campo de extensão visto 517 que descreve quantos vizinhos um nó particular viu recentemente dentro de um período de tempo particular e permite que o nó descreva a densidade de nós que estão atualmente processando um protocolo particular, e um campo de extensão de permanência 519 que inclui os parâmetros alfa (a) e beta (P) para aquele nó provedor par em perspectiva 501.0 campo de extensão de serviço 507 permite que o nó A solicitante do serviço 501 inicie um serviço contra o nó provedor par em perspectiva 5 01 se eles sabem que o nó provedor par em perspectiva 501 tem um serviço processando ou poderia potencialmente oferecê-lo mesmo se não estiver processando atualmente.

Quando do recebimento de um sinal 521 no tempo 511 do nó provedor par em perspectiva 501, o nó cliente 503 decide se o serviço sendo ofertado pelo nó 501 casa com seus requisitos de aplicação. Se o fizer, antes do cronômetro 513 (relacionado ao parâmetro alfa (a) especificado no campo de extensão de permanência 519 do sinal recebido 521) expira, o nó provedor par em perspectiva 501 abre uma porta de serviço Sl no nó provedor par em perspectiva 501. Por exemplo, em uma implementação, um pacote Transmission Control Protocol (TCP) SYN 515 seria enviado.

A Figura 6 é um diagrama de tempo que demonstra a natureza não sincronizada dos sinais na rede ad hoc.

Como é mostrado na Figura 6, o nó cliente A mantém sua interface ad hoc ligada por um período de tempo relativamente longo (Ul) durante o qual ele envia o sinal 624A e ouve os sinais de resposta de nós pares em perspectiva.

Em contraste, um nó par em perspectiva B mantém sua interface ad hoc ligada por um período de tempo (a) durante o qual ele envia o sinal 624B e ouve os sinais dos nós clientes potenciais, e então desliga sua interface ad hoc por um período de tempo (β) . A soma dos períodos de tempo (α+β) é igual ao período de tempo (Y2) e este período de tempo exemplar (Y1) é igual ao período de tempo (Y2) ; entretanto, o período de tempo *Y1 e o período de tempo (Y2) não são sincronizados no tempo. Por exemplo, o a borda dianteira do período de tempo (Y1) onde a interface ad hoc do nó cliente A é ligada, não ocorre ao mesmo tempo em que a borda dianteira (Y2) onde a interface ad hoc do nó par em perspectiva B é ligada. De modo similar, a borda cadente do período de tempo (Y1) onde a interface ad hoc do nó cliente A desliga, não ocorre ao mesmo tempo em que a borda cadente onde a interface ad hoc do nó par em perspectiva B desliga (ao final do período de tempo (α)).

Em uma rede IEEE 802.11 típica, no modo IBSS, nós não são sincronizados, pois supõe-se que os nós não têm o benefício de uma controladora central como o ponto de acesso de Internet ou a estação base. Contudo, muitos nós têm acesso tanto à rede celular como à rede ad hoc. Se nós particulares assinam o mesmo provedor de serviço para seu serviço celular, os nós podem utilizar a sincronização que é fornecida através da rede celular no contexto da rede ad hoc para atingir a sincronização no tempo que de outra forma não seria possível. Por exemplo, em um sistema de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) todas as estações base são sincronizadas no tempo para dentro de milissegundos (utilizando satélites do sistema de posicionamento global (GPS)) , e cada célula em uma rede transmite uma constante de tempo universal que é a mesma através das células na rede. Esta constante de tempo universal é transmitida para todos os nós na rede como parte do protocolo da rede.

No modo desocupado, o nó cliente A ainda consome uma quantidade substancial de energia em comparação com nós pares. De acordo com outra versão da presente invenção, técnicas são fornecidas em que os nós na rede ad hoc são sincronizadas no tempo com base em uma constante de tempo fornecida, por exemplo, de uma rede celular ou serviço. Nós sincronizadores que operam no modo ad hoc podem permitir que os nós liguem ou desliguem sua interface ad hoc a intervalos predefinidos para ajudar a reduzir o consumo de energia dos nós clientes.

A Figura 7 é um diagrama de tempo que demonstra a sincronização de tempo dos nós na rede ad hoc de acordo com uma implementação exemplar de algumas versões da presente invenção. Nesta versão, cada um dos nós participa de um protocolo de descoberta sincronizado no tempo.

Como é mostrado na Figura 7, o nó cliente A e o nó par em perspectiva B são sincronizados no tempo. Os nós na rede ad hoc podem utilizar sua interface celular, por exemplo, para sincronizar os processos de enviar e de ouvir dos nós remetente e receptor em uma transação particular. Como tal, o tempo dos intervalos de tempo ou períodos α, β, e Y coincidem em cada nó. Por exemplo, cada nó liga sua interface ad hoc no início de um período de tempo (α) , permanece ligada durante o período de tempo (α) , e então desliga por um período de tempo (β) . Durante esse período de tempo ligado (α) , as comunicações relacionadas com a descoberta, como ouvir, enviar e receber pacotes, ocorrem. No entanto, o intervalo de tempo preciso em que o sinal724 A, B, é transmitido é aleatório dentro do intervalo de tempo (t1, t2) dentro do período de tempo (α).

Tanto o nó cliente A como o nó par em perspectiva B mantêm suas interfaces ad hoc ligadas por um período de tempo relativamente curto (α) entre t0 e t3 durante o qual eles enviam sinais 724 A, B e ouvem sinais de resposta de outros nós, e então desligam suas interfaces ad hoc por um período de tempo (β) entre t3 e t0'. A soma dos períodos de tempo (α+β) é igual ao período de tempo (Y), e os períodos de tempo (Y) tanto para o nó cliente A como o nó par em perspectiva B são substancialmente sincronizados no tempo. Por exemplo, tanto no nó cliente A como no nó par em perspectiva B, a borda dianteira (t0) do período de tempo (α) onde a interface ad hoc é ligada, e a borda cadente (t3) do período de tempo (α) onde a interface ad hoc desliga, ambos ocorrem em substancialmente o mesmo tempo. De modo similar, tanto no nó cliente A como no nó par em perspectiva B, os períodos de tempo (β) onde a interface ad hoc desliga (entre t3 e t0') ocorrem ambos substancialmente no mesmo tempo.

O sub-gráfico 720 mostra uma linha de tempo (tl, t2) dentro do período de tempo (a) durante a qual o sinal 724A pode ser posicionado. A localização particular para o sinal dentro do período de tempo (a) pode variar entre os tempos tl e t2. Isto é feito para fornecer uma janela de compensação que permite que nós diferentes dêem conta da flutuação na sincronização entre esses nós e com isso fornecem uma sobreposição suficiente entre os sinais de diferentes nós sincronizados quando os cronômetros dos nós flutuam ligeiramente distantes um do outro. O tempo preciso do sinal pode ser escolhido aleatoriamente em qualquer lugar entre o intervalo tl a t2. Escolher aleatoriamente a localização do sinal reduz a quantidade de contenção no canal.

Nesta versão, cada nó segue o protocolo seguinte. No tempo t0, o nó liga sua interface ad hoc e inicia a procurar ouvir sinais. O tempo tO é determinado pela constante de sincronização de tempo universal. Por exemplo, t0 poderia ser cada 0-ésimo segundo e cada 30-ésimo segundo quando o período de tempo (Y) for um minuto. O período de tempo (Y) é o período de tempo entre t0, t0'. Se o nó quiser enviar um sinal, o nó calcula um tempo X em que ele enviará o sinal. O tempo X é calculado para ser um tempo aleatório no intervalo (tl, t2) . A aleatorização é opcional e pode ser implementada para evitar colisão. Os tempos tl e t2 podem ser selecionados tal que tl-t0>" flutuação de tempo máxima", t3-t2>"flutuação de tempo máxima" e t1-t0=t3-t2. a seleção do intervalo de tempo (t1, t2) é projetada para dar conta da flutuação de tempo máxima entre dois nós. Isto garante que cada nó estará ouvindo durante o tempo quando outro nó estará enviando seu sinal. No tempo t3, cada nó desliga sua interface ad hoc. Se um nó não está interessado em receber sinais mas apenas em enviar sinais, então o nó pode ainda economizar energia ao permanecer desligado pela duração de (t0, t1) e então permanecer ligado por algum intervalo curto de modo que uma resposta de sinal possa ser recebida. Utilizando este protocolo, a conservação de energia é proporcional à porcentagem de tempo em que o nó está no estado desligado. Quanto mais tempo o nó permanecer desligado, tanto mais elevada será a economia de energia. Em média, o tempo para descobrir pares existentes é medido por (y-a)/2. Ademais, o nó sabe o tempo seguinte to em que outra descoberta pode ser possível e esta informação pode ser passada para as aplicações de camada superior.

Assim, ao sincronizar no tempo os nós, cada nó na rede ad hoc pode efetivamente utilizar um protocolo assemelhado a TDM em que eles enviam seus sinais dentro de um sulco de tempo específico que é comum para todos os nós que pertencem àquela rede particular. Os vários nós na rede ad hoc podem então utilizar esta sincronização no tempo para concordar com antecipação no período de tempo particular ou intervalo (a) durante o qual esses nós estarão ouvindo ou desocupados e transmitindo suas mensagens de sinal e também concordam no período de tempo particular ou intervalo (β) durante o qual esses nós estarão completamente desligados. Isto pode reduzir o consumo de energia dos nós pois eles só precisarão manter sua interface ad hoc ligada por período predeterminado ou intervalo (a). Desta maneira, se outros nós estiverem em proximidade (por exemplo, alcance de transmissão) de um nó, então esse nó deve sempre ser capaz de detectar um sinal dentro de um intervalo muito curto em comparação com a situação em que os nós não são sincronizados.

As Figuras 8-10 são diagramas de estado Unified Modeling Language (UML) mostrando vários processos que podem ser empregados por cada um dos nós em uma rede ad hoc. Cada um dos nós na rede ad hoc autônoma pode empregar um processo de envio de sinal contínuo 800 (Figura 8) , um processo de receptor de sinal acionado pela aplicação 900 (Figura 9), e processos de pares a nível da aplicação 1000 para a comunicação (Figura 10). Em outras palavras, qualquer nó particular poderia estar processando um, dois ou três das máquinas de estado mostradas nas Figuras 8-10 em qualquer tempo particular. É possível que múltiplas cópias do processo 900 e do processo 1000 poderiam processar concorrentemente sempre que múltiplas aplicações têm solicitações concorrentes para pares. Esses processos são mostrados com UML por facilidade de compreensão. Nas Figuras 8-10 o estado Radio.off() é emparelhado ao estado Radio.on() em base de diagrama de estado. 0 estado alvo do hardware de rádio é o lógico "OR" de todos os possíveis detentores do objeto singular Radio. É suposto um API apropriado para estabelecer carta de propaganda de serviço.

A Figura 8 é um diagrama de estado Unified Modeling Language (UML) que mostra o processo de envio de sinal contínuo 800 de acordo com algumas versões da invenção. O processo de envio de sinal contínuo 800 é processado por cada nó que pertença a uma rede particular. A Figura 8 mostra o que os nós estão fazendo quando eles estão meramente anunciando seus próprios serviços em modo de baixa energia. De acordo com as regras deste diagrama de transição de estado 800, mesmo se o nó atualmente não tiver quaisquer serviços processando eles estarão enviando um sinal no estado 820 para anunciar quais serviços eles estão atualmente oferecendo que poderia ser nenhum.

O processo de envio de sinal contínuo 800 compreende um número de estados 810-830 e um número de arcos 815, 825, 827, 828 entre esses estados 810-830. Arcos entre os diferentes estados 810 a 830 podem ser lidos quer como a expiração de um cronômetro ou um sinal que foi detectado pelo motor que está processando ou rodando a máquina de estado 800.

Durante um estado pendente de entrada/Radio.on() 810, a interface ad hoc do nó entra no estado ativado e é ligada. O arco channelDetected 827 é um sinal do hardware (ou acionador de dispositivo ad hoc) que assevera a presença de um sinal de nível RF. O arco após (maxDetectTime) 82 8 é o tempo por hardware para descobrir um sinal ao nível RF no canal atual. Isto representa o tempo máximo que o nó procurará por outro sinal no mesmo canal de outro nó.

Durante o estado entrada de sinal/sendServiceBeacon() 82 0, a interface ad hoc do nó entra no estado de 'sinal' e envia um sinal de serviço. O arco after(a) 825 é um cronômetro que espera por um fim de tempo relacionado ao valor alfa. Durante o estado entrada desocupada/Radio.off() 830, a interface ad hoc do nó entra no estado desocupado e é desligada. O arco after(β+α-IastgRadioOnTime) 815 representa o comportamento de cada nó na população de nós quando esses nós nada mais têm a fazer. lastRadioOnTime é para sincronização para o último sinal enviado por esta unidade (ou poderia alternativamente ser utilizado para sincronizar toda a população).

A Figura 9 é um diagrama de estado UML que mostra um processo de recepção de sinal acionado por aplicação 900 de acordo com algumas versões da invenção. O processo de receptor de sinal acionado pela aplicação 900 é processado sempre que uma aplicação tenha alguma atividade e deseje comunicar com um de seus nós vizinhos.

O processo receptor de sinal acionado pela aplicação 900 compreende um número de estados 910-93 0 e um número de arcos 915, 925, 932, 935 entre aqueles estados 910-930.

Os estados 010-930 incluem um estado entrada desocupada/Radio.off() 910 durante o qual a interface ad hoc está desligada. Durante o estado entrada pendente/Radio.on() 920 a interface ad hoc está desligada. O arco scanForPeers() 915 inicia um ciclo Y durante o qual o nó particular irá varrer por pares ao ligar a interface ad hoc em um estado entrada pendente/Radio.on() 920, e então, como é indicado pelo arco 925, tentar detectar ou estabelecer um canal. O scanForPeers () é uma função API exposta para a camada superior que pode ser implementada como sync (com sync callback no quadro de quem chama), deferred sync (como foi feito através do estilo de objeto futuro com jSIP) ou async (modelo de ouvinte padrão do Java) . O arco channelDetectedOrEstablished 925 é um sinal do hardware que assevera a presença de ura sinal de nível RF (visto ou criado).

Durante o estado de recepção 930, o nó ouve por sinais de nós pares e continua a receber aqueles e determinar se um desses nós pares está ou não oferecendo (ou é capaz de oferecer) um serviço que o nó gostaria de receber. Uma vez no estado de recepção 930, o nó tenta receber, e como é indicado pelo arco scanForPeers() 932, este processo continua até o nó receber uma resposta de pelo menos um outro nó. After(Y) 935, a interface ad hoc do nó retorna ao estado 910 em que a interface ad hoc é desligada.

Assim, o nó tipicamente permanece no estado desocupado 910 a menos que a aplicação deseje buscar por nós em seu alcance de transmissão, em cujo ponto o nó transiciona para rádio no estado 92 0 quando o rádio é ligado para varrer por pares pelo arco 932.

A Figura 10 é ura diagrama de estado UML que mostra um processo de olhar a nível de aplicação 1000 de acordo cora algumas versões da invenção. O processo de olhar a nível de aplicação 1000 é instanciado em base por aplicação e é acionado pelos requisitos da aplicação.

No estado de entrada desocupada/Radio.off() 1010 o nó está no estado desocupado em que a interface ad hoc está desligada. Do estado 1010, o nó pode, por exemplo, quando houver um nó par em perspectiva com que um nó cliente gostaria de se comunicar, a função hold() assegura que a interface ad hoc é deixada ligada pelo tempo que a aplicação permanecer no modo de serviço (por exemplo, o tempo durante o qual estiver tentando servir solicitações de outro interessado). Uma vez todas as solicitações tenham sido satisfeitas ou levadas embora no estado appX_peered entry/Radio.on() 1020, a aplicação chama uma função de liberação no arco 1025, que permite que a retenção 1015 seja desligada, e o nó reentra o estado desocupado 1010 em que a interface ad hoc está desligada.

Na especificação anterior, versões específicas da presente invenção foram descritas. No entanto, alguém de habilidade ordinária na tecnologia aprecia que várias modificações e mudanças podem ser feitas sem desviar do escopo da presente invenção conforme explicitada nas reivindicações abaixo. Assim, a especificação e as figuras devem ser consideradas em seu sentido ilustrativo e não no sentido restritivo, e todas essas modificações pretendem ser incluídas dentro do escopo da presente invenção. Os benefícios, vantagens, soluções de problemas, e quaisquer elementos que podem fazer com que qualquer benefício, vantagem ou solução que ocorra ou torne-se mais pronunciada não devem ser interpretada como recursos ou elementos críticos, necessários ou essenciais de qualquer uma ou de todas as reivindicações. A invenção é definida unicamente pelas reivindicações apensas, incluindo quaisquer emendas feitas durante a pendência desta aplicação e todos os equivalentes dessas reivindicações conforme emitidas.

Claims (10)

1. Método para o nó cliente descobrir um nó provedor par em uma rede ad hoc, caracterizado por compreender: ativar uma primeira interface ad hoc no nó cliente enquanto no modo de descoberta para estabelecer um canal por um primeiro período de tempo e transmitir um primeiro sinal para anunciar a presença do nó cliente para outros nós dentro do alcance de transmissão do nó cliente para adquirir informação de serviço de pelo menos um nó provedor par em perspectiva dentro do alcance de transmissão do nó cliente; e ativar uma segunda interface ad hoc em pelo menos uma de uma pluralidade de nós provedores pares em perspectiva por um segundo período de tempo para ouvir sinais de outros nós, em que o segundo período de tempo é inferior ou igual ao primeiro período de tempo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender: transmitir um segundo sinal de pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva no início do segundo período de tempo para anunciar serviços que o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva podem fornecer para outros nós dentro do alcance de transmissão do pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva, em que o segundo sinal compreende um campo de extensão de serviço que compreende uma lista de serviços que estão atualmente processando no pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva ou que o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva são capazes de processar.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda: esperar para receber, durante o primeiro período de tempo no nó cliente, um segundo sinal do pelo menos um nó provedor par em perspectiva dentro do alcance de transmissão do nó cliente; analisar informação no segundo sinal do pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva para determinar se o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva oferece o serviço que o nó cliente está solicitando; e transmitir uma mensagem de resposta do nó cliente para o pelo menos um de uma pluralidade de nós provedores pares 15 em perspectiva se o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva oferece o serviço solicitado pelo nó cliente, em que a mensagem de resposta indica que o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva deve manter a segunda interface ad hoc do pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva ativa por um período de tempo adicional além do segundo período de tempo.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro sinal compreender: um primeiro campo que indica o primeiro período de tempo em que o nó cliente manterá o canal ligado, e um segundo campo que indica o serviço que o nó cliente está solicitando, em que o primeiro período de tempo é de duração suficiente para assegurar que um nó provedor par em perspectiva dentro do alcance de transmissão do nó cliente pode detectar e responder ao primeiro sinal, e em que o primeiro período de tempo é de duração suficiente para assegurar que, se um sinal de resposta for transmitido por um nó provedor par em perspectiva, o nó cliente detectará o sinal de resposta dentro do primeiro período de tempo.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do segundo sinal compreender ainda: um primeiro campo que especifica a duração do segundo período de tempo (a) durante a qual a segunda interface ad hoc estará ligada e a duração do terceiro período de tempo (ß) durante a qual a segunda interface ad hoc estará desligada; um campo de sinal MAC que especifica o sinal MAC IEEE 802.11; um campo de extensão IP que especifica o endereço IP do nó particular que está transmitindo o segundo sinal; e um segundo campo que compreende um número de nós vizinhos que o nó provedor par em perspectiva viu recentemente dentro de um período de tempo particular.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro sinal compreender um primeiro sinal de serviço de aplicação e do segundo sinal compreender um segundo sinal de serviço de aplicação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do início do primeiro período de tempo ser substancialmente sincronizado com o início do segundo período de tempo com base em uma constante de tempo fornecida de uma rede ou serviço celular.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da segunda interface ad hoc estar ligada em resposta quer a: receber outro sinal; ou a intervalos de tempo predeterminados regulares.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do nó cliente desligar a primeira interface ad hoc e entrar no modo de dormir se ele não receber uma resposta de um nó provedor par em perspectiva ao final do primeiro período de tempo.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda: comunicar, entre o nó cliente e o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva, informação associada ao serviço solicitado pelo nó cliente; e desligar a segunda interface ad hoc uma vez que o pelo menos um da pluralidade de nós provedores pares em perspectiva tiver comunicado a informação associada ao serviço solicitado pelo nó cliente.