BRPI0805431A2

BRPI0805431A2 - wimax adchoc-mesh network terminal and topology

Info

Publication number: BRPI0805431A2
Authority: BR
Inventors: Fabricio Lira Figueiredo; Medeiros Alvaro Augusto Machado De; Paulo Henrique Marques Santos; Menica Domigues De Arruda Cachoni; Rosane Conti; Edson Jose Bonon; Marcelo De Campos Franco Leal
Original assignee: Fundacao Cpqd Ct De Pesquisa E
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-09-08

Abstract

ESTAçãO TERMINAL E TOPOLOGIA DE REDE WIMAX ADHOC-MESH. Que integram uma rede WiMAX a outras redes, tais como ad/ioc-mesh ou WIFì, proporcionando uma infra-estrutura flexível e abrangente de telecomunicações sem fio de alto desempenho, com alto grau de capilaridade e auto-configurável, capaz de prover serviços de dados, voz e vídeo/multimídia.WIMAX ADHOC-MESH NETWORK TERMINAL STATION AND TOPOLOGY. Integrating a WiMAX network with other networks, such as ad / ioc-mesh or WIFì, providing a flexible and comprehensive high-performance, self-configuring, high-performance wireless telecommunications infrastructure capable of providing network services. data, voice and video / multimedia.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção ESTAÇÃO TERMINALE TOPOLOGIA DE REDE WIMAX ADHOC-MESH.Report of the Invention Patent TERMINALE STATION WIMAX ADHOC-MESH NETWORK TOPOLOGY.

A presente invenção refere-se a sistemas de comunicação sem fio,e mais especificamente a um dispositivo que viabiliza uma topologia de rede queintegra uma rede WiMAX com uma rede adhoc-mesh.The present invention relates to wireless communication systems, and more specifically to a device that enables a network topology that integrates a WiMAX network with an adhoc-mesh network.

A tecnologia WiMAX (Worldwide Interoperabihty for MicrowaveAccess) tem se firmado mundialmente como uma das principais infra-estruturasde telecomunicações, por ser uma tecnologia de banda larga sem fio de altavelocidade e de longo alcance, capaz de operar em ampla faixa de freqüência(teoricamente de 2 a 66 GHz). Baseia-se na tecnologia OFDMA (OrthogonalFrequency Division Multipie Access), que proporciona maior desempenho quandocomparada com as demais tecnologias de conectividade sem fio de áreaestendida.Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) technology has established itself worldwide as one of the leading telecommunications infrastructures as it is a high-speed, long-range wireless broadband technology capable of operating over a wide frequency range (theoretically 2 at 66 GHz). It is based on OrthogonalFrequency Division Multipie Access (OFDMA) technology, which provides higher performance when compared to other extended area wireless connectivity technologies.

A tecnologia WiMAX é definida para o acesso terrestre emfreqüências licenciadas ou não. O método de acesso é baseado em umatopologia de rede celular, composta de estações de assinante (SS, subscriberstatiorí) e estações rádio-base (BS, base statiorí). As BSs funcionam como pontosde acesso para SSs, e as SSs permitem o acesso à rede WiMAX para o usuário.WiMAX technology is defined for terrestrial access on licensed or unlicensed frequencies. The access method is based on a cellular network topology, consisting of subscriber stations (SS, subscriberstatiorí) and base stations (BS, base statiorí). BSs act as access points for SSs, and SSs allow access to the WiMAX network for the user.

O padrão IEEE 802.16, que especifica a tecnologia WiMAX, defineas camadas física (PHY, physical) e de acesso ao meio (MAC, médium accesscontrot), e suas versões futuras já prevêem a inclusão de um novo elemento detopologia, que é a estação de repasse (RS, re/ay statiorí), cujo objetivo é garantira conexão da SS fora da área de cobertura da BS, através do repasse depacotes. A RS consiste basicamente de uma BS simplificada, com menor númerode funcionalidades.The IEEE 802.16 standard, which specifies WiMAX technology, defines physical (PHY) and medium access (MAC) layers, and its future versions already include the inclusion of a new detopology element, which is the transfer (RS, re / ay statiorí), whose purpose is to ensure SS connection outside the BS coverage area, through the transfer of packages. RS basically consists of a simplified BS with fewer functionality.

Além da RS, a extensão da cobertura a usuários finais pode serobtida em conjunto com outras tecnologias, como por exemplo a tecnologia WiFi{Wire/essFidelity), especificada pelo padrão IEEE 802.11. Nesta situação, pontosde acesso (AP, access point) WiFi estariam conectados externamente a SS, eproveriam conexão aos terminais WiFi de forma ponto-multiponto.Porém, o padrão IEEE 802.16 não especifica como poderia ser feitaa comunicação entre o sistema WiMAX e demais padrões de comunicação, comopor exemplo o IEEE 802.11. Não existe uma arquitetura definida, na qual osterminais WiFi possam se organizar em uma topologia adhoc-mesh, ou seja, umaorganização de forma autoconfigurável que possa encaminhar seus própriospacotes de dados em direção à Estação Terminal WiMAX (estação de assinante,SS), que por sua vez funcionaria como um ponto de conexão com as redesexternas (gateway).In addition to RS, the extension of coverage to end users can be achieved in conjunction with other technologies such as WiFi (Wire / essFidelity) technology specified by the IEEE 802.11 standard. In this situation, WiFi access points (APs) would be connected externally to SS, and would connect to WiFi terminals in a point-to-multipoint manner. However, the IEEE 802.16 standard does not specify how communication could be made between the WiMAX system and other standards. such as IEEE 802.11. There is no defined architecture in which WiFi terminals can be organized into an adhoc-mesh topology, that is, a self-configuring organization that can route its own data packets towards the WiMAX Terminal Station (subscriber station, SS), which for example. in turn would function as a gateway to the external networks (gateway).

O documento de patente US2005232179 ("Muitipie-radio missioncritical wireiess mesh networks") descreve uma rede com topologia mesh e umaestação de repasse RS com pelo menos dois rádios para o encaminhamento depacotes. Essa solução tenta minimizar a degradação da largura de bandarelacionada a redes mesh que contém um único elemento físico de rádio.Entretanto, o documento não revela como implementar ou realizar a conexãoentre a rede mesh e o backbone (espinha dorsal, esquema de ligações centraisde um sistema de telecomunicações), e nem se refere a um sistema WiMAX.US2005232179 ("Muitipie-radio mission-critical wire mesh mesh networks") describes a mesh topology network and an RS forwarding station with at least two radios for packet routing. This solution attempts to minimize bandwidth degradation related to mesh networks that contain a single physical radio element. However, the document does not reveal how to implement or make the connection between the mesh network and the backbone (backbone, backbone of a system). telecommunications), nor does it refer to a WiMAX system.

O documento de patente US2006098614 ("Apparatus and methodfor providing indoor and outdoor wireiess access in broadband wireiess accesscommunication system") se refere a um método e um dispositivo para proveracesso sem fio em banda larga. O foco dessa solução está na infra-estrutura,tratando a autenticação de um terminal de acesso, a alocação de um endereçoIP (IP, Internet protocol) privado a esse terminal e sua translação para umendereço IP público. Porém, este documento de patente não revela como aestação WiFi (denominada Bridge WiMAX móvel) proporciona o acesso a umarede adhoc-mesh.US2006098614 ("Apparatus and method for providing indoor and outdoor wireless access in broadband wire access system") refers to a method and device for providing wireless broadband access. The focus of this solution is on infrastructure, dealing with the authentication of an access terminal, the allocation of a private IP (Internet Protocol) address to that terminal, and its translation to a public IP address. However, this patent document does not disclose how WiFi (called the Mobile WiMAX Bridge) provides access to an adhoc-mesh network.

O documento de patente US2008186900 ("Enhancing wimaxperformance with subcriber stations acting as ad hoc repeaters") foca naresolução da perda de conexão pela falta de linha de visada (LOS, Iine ofsight)em redes WiMAX, mas também não se refere ao acesso a uma rede adhocmesh.As redes WiMAX operam geralmente com bandas de freqüência emtorno e acima de 2,5 gigahertz (GHz), nas quais é necessária a linha de visada(LOS) para obtenção dessas altas taxas. Diz-se que há linha de visada (LOS)quando não há obstáculos entre as antenas do transmissor e do receptor. Emáreas urbanas, a densidade de obstáculos é maior, implicando em maiorprobabilidade de não haver linha de visada.US2008186900 ("Enhancing wimaxperformance with subcriber stations acting as ad hoc repeaters") focuses on resolving connection loss due to lack of line of sight (LOS) in WiMAX networks, but it also does not refer to access to a network. WiMAX networks generally operate with frequency bands around and above 2.5 gigahertz (GHz), where the line of sight (LOS) is required to achieve these high rates. A line of sight (LOS) is said to be when there are no obstacles between the transmitter and receiver antennas. In urban areas, the density of obstacles is higher, implying greater likelihood that there is no line of sight.

Uma das soluções para tal problema seria adicionar mais EstaçõesBase WiMAX (BS), o que na maioria dos casos é economicamente inviável. Outrapossível solução seria utilizar repetidores de sinal de rádio freqüência (RF), quepor sua vez inseriria um ruído bastante significativo e inaceitável no sinal detransmissão. A terceira solução seria o uso de técnicas de diversidade deantenas como MIMO (Multiple Input Multiple Outpuf), que apresentam baixocusto, mas não são efetivas, pois fornecem um ganho de três decibéis (+3 dB)enquanto a perda por falta de linha de visada ultrapassa os seis decibéis (-6 dB).One solution to such a problem would be to add more WiMAX Base Stations (BS), which in most cases is economically unfeasible. A possible solution would be to use radio frequency (RF) signal repeaters, which in turn would insert quite significant and unacceptable noise into the transmission signal. The third solution would be to use early diversity techniques such as Multiple Input Multiple Outpuf (MIMO), which are low in cost but not effective because they provide a gain of three decibels (+3 dB) while loss due to lack of line of sight. exceeds six decibels (-6 dB).

Em virtude do acima exposto, é objetivo da presente invençãoprover um dispositivo capaz de integrar uma rede WiMAX com uma rede adhocmesh.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a device capable of integrating a WiMAX network with an adhocmesh network.

É também objetivo desta invenção prover uma topologia de redeque utilize esse dispositivo, interconectando a rede WiMAX e adhoc-mesh, demodo que sejam minimizados ou eliminados os problemas referentes à falta decobertura de rede sem que seja necessário o uso de equipamentos de alto custo.It is also an object of this invention to provide a network topology utilizing such a device by interconnecting the WiMAX and adhoc-mesh network, so that problems related to lack of network coverage are minimized or expensive equipment required.

Os objetivos propostos e outros são atingidos através da ESTAÇÃOTERMINAL WIMAX ADHOC-MESH (100), que compreende:The proposed and other objectives are achieved through the WIMAX ADHOC-MESH THERMAL STATION (100), which comprises:

- um módulo POE (110), que fornece uma tensão elétrica deentrada para alimentação da estação terminal, bem comorepassa os pacotes de dados da rede local (LAN) para aestação (100) e vice-versa;- a POE module (110), which supplies an input voltage to the terminal station power, as well as passes the data network (LAN) packets to station (100) and vice versa;

- um módulo de fonte e Ethernet (120), que primeiramentesepara os pacotes de dados e a informação de tensão elétricade entrada, ambos recebidos do módulo POE (110), e emseguida converte a tensão elétrica de entrada em tensõesadequadas para alimentar os circuitos analógicos e digitais daestação terminal, além de repassar os pacotes de dados;- a source and Ethernet module (120), which primarily for data packets and input voltage information, both received from the POE module (110), and then converts the input voltage to voltages suitable for supplying analog circuits, and terminal station, as well as transmitting data packets;

- um módulo de controle e processamento (130), que controlaos processos necessários à execução dos aplicativos efuncionalidades básicas da estação (100), tais como:processamento de dados provenientes do módulo fonte eEthernet (120), formatando-os adequadamente para orepasse através de um módulo de acesso sem fio (140);escalonamento do tráfego a ser repassado pela estação (100);roteamento adhoc, possibilitando a comunicação em múltiplossaltos; controle de ativação do módulo de acesso sem fio(140) e controle de tráfego de pacotes de dados entre cadamódulo de acesso sem fio (140), através de agendamento detransmissões, conversão e adequação de pacotes de dados aserem transferidos entre os ditos módulos (140), eroteamento destes pacotes de dados entre os referidosmódulos (140);- a control and processing module (130), which controls the processes necessary for the execution of the applications and basic station functionalities (100), such as: processing data from the eEthernet source module (120), formatting them appropriately for stepping through a wireless access module (140), scheduling traffic to be passed by station (100), adhoc routing, enabling multipath communication; wireless access module activation control (140) and data packet traffic control between wireless access module (140), by scheduling transmissions, conversion and data packet matching to be transferred between said modules (140 ), routing these data packets between said modules (140);

- pelo menos um módulo de acesso sem fio (140), que conectaa estação (100) a um determinado tipo de rede sem fio.- at least one wireless access module (140), which connects the station (100) to a particular type of wireless network.

Os objetivos propostos também são alcançados através daTOPOLOGIA DE REDE WIMAX ADHOC-MESH (200), que integra uma redeWiMAX e uma rede adhoc-mesh ou WiFi, proporcionando uma infra-estruturaflexível e abrangente de telecomunicações sem-fio de alto desempenho, comalto grau de capilaridade e auto-configurável, capaz de prover serviços de dados,voz e vídeo/multimídia.The proposed objectives are also achieved through the WIMAX ADHOC-MESH NETWORK TOPOLOGY (200), which integrates a WiMAX network and an adhoc-mesh or WiFi network, providing a flexible and comprehensive high performance wireless telecommunications infrastructure with a high degree of capillarity and self-configuring, capable of providing data, voice and video / multimedia services.

A invenção será melhor compreendida a partir da descriçãodetalhada das figuras que a ela se referem, das quais:The invention will be better understood from the detailed description of the related figures, of which:

A Figura 1 apresenta um diagrama em blocos dos módulos quecompõem a estação terminal, objeto da presente invenção.Figure 1 shows a block diagram of the modules comprising the terminal station, object of the present invention.

A Figura 2 detalha os tipos possíveis de módulo de acesso sem fio,pertencentes à estação terminal, objeto da presente invenção.A Figura 3 representa uma Estação Terminal WiMAX com ponto deacesso WiFi (ET/APWiFi), objeto da presente invenção.Figure 2 details the possible types of wireless access module belonging to the terminal station object of the present invention. Figure 3 represents a WiMAX Terminal Station with WiFi Access Point (ET / APWiFi) object of the present invention.

A Figura 4 apresenta uma Estação Terminal WiMAX com gatewayWiFi Mesh (ET/APMesh), objeto da presente invenção.Figure 4 shows a WiMAX Terminal Station with gateway Wi Fi Mesh (ET / APMesh) object of the present invention.

A Figura 5 representa a topologia de rede, objeto da presenteinvenção.Figure 5 represents the network topology, object of the present invention.

A Figura 6 mostra um detalhamento da dita topologia de rede,com enfoque na conexão entre a Estação Base WiMAX, as estações terminais eas áreas de cobertura de rede.Figure 6 shows a detail of said network topology, focusing on the connection between the WiMAX Base Station, the terminal stations and the network coverage areas.

Uma Estação Terminal WiMAX (ET) é um elemento físico da redeWiMAX ao qual o usuário se conecta, acessando os serviços disponibilizados emuma rede externa IP após a conclusão de procedimentos de registro eautenticação.A WiMAX Terminal Station (ET) is a physical element of the WiMAX network to which the user connects, accessing services made available on an external IP network after completion of registration and authentication procedures.

De acordo com uma forma de realização da invenção, a ESTAÇÃOTERMINAL WIMAX ADHOC-MESH (100), representada esquematicamente naFigura 1, compreende um módulo POE (110), um módulo de fonte e Ethernet(120), um módulo de controle e processamento (130) e pelo menos um módulode acesso sem fio (140).According to one embodiment of the invention, the WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION 100 shown schematically in Figure 1 comprises a POE module 110, a source and Ethernet module 120, a control and processing module ( 130) and at least one wireless access module (140).

O módulo POE (110) funciona conforme o padrão PoE {Power overEthernet), que permite transmitir energia elétrica usando o próprio cabo de rede,juntamente com os dados. Nesse caso, o módulo POE (110) fornece via Ethernetuma tensão elétrica de entrada para alimentação da estação terminal, bem comotransmite os pacotes de dados da rede local (LAN) para a estação terminal (100)e vice-versa.The POE module (110) operates according to the PoE {Power overEthernet) standard, which allows you to transmit electricity using the network cable itself along with the data. In this case, the POE module (110) provides an input voltage to the terminal station via Ethernet, as well as transmitting data packets from the local area network (LAN) to terminal station (100) and vice versa.

O módulo de fonte e Ethernet (120) tem como funçãoprimeiramente separar os dados e a informação de tensão de entrada (energia),ambos recebidos via interface Ethernet do módulo POE (110). Além disso,converte a tensão elétrica de entrada em tensões adequadas para alimentar oscircuitos analógicos e digitais da estação terminal.The source and Ethernet module (120) is primarily intended to separate data and input voltage (power) information, both received via the Ethernet interface from the POE module (110). In addition, it converts the input voltage into voltages suitable for powering the terminal station's analog and digital circuits.

O módulo de controle e processamento (130) tem como principalfunção controlar os processos necessários para a execução dos aplicativos efuncionalidades básicas da estação terminal (100). Este módulo (130) écomposto de interfaces, processador, memórias e outros componentes. Omódulo de controle e processamento (130) faz o processamento de dadosprovenientes da interface Ethernet para formatá-los adequadamente para oenvio através dos módulos de acesso sem fio (140). Neste módulo (130) estáimplementada a pilha de protocolos a partir da camada 3 (IP e roteamento adhod). Esta implementação inclui protocolo de roteamento adhoc, o qual éresponsável pela atualização da tabela de roteamento, possibilitando acomunicação em múltiplos saltos (multihop).The control and processing module (130) is primarily intended to control the processes required for the execution of applications and basic terminal station functionalities (100). This module 130 is comprised of interfaces, processor, memories, and other components. The control and processing module (130) processes data from the Ethernet interface to properly format it for sending via wireless access modules (140). In this module (130) the protocol stack from layer 3 (IP and adhod routing) is implemented. This implementation includes adhoc routing protocol, which is responsible for updating the routing table, enabling multihop communication.

O módulo de controle e processamento (130) também implementadiversas funcionalidades essenciais para o funcionamento do ambienteembarcado tais como boot/oader, sistema operacional, device drivers,ferramentas de suporte ao usuário e bibliotecas gerais e específicas para ofuncionamento das aplicações a serem utilizadas pelo ambiente embarcado. Oboot/oader permite o carregamento do kernei do sistema operacionaldiretamente da memória flash ou remotamente através das interfaces. O kerneldo sistema operacional é alterado de modo a otimizar o escalonamento deprocessos. O escalonamento de processos incorpora recursos de preempção deprocessos de kernel, de forma a permitir um escalonamento mais adequado paralidar com a temporização do tratamento dos dados recebidos da Ethernet e domódulo de acesso sem fio (140). Os device drivers possuem rotinas específicaspara a comunicação com os módulos de acesso sem fio (140) e com a interfaceEthernetThe control and processing module (130) also implemented a number of essential functionality for the embedded environment such as boot / oader, operating system, device drivers, user support tools, and general and application specific libraries for use by the embedded environment. . Oboot / oader allows loading of the operating system kernei directly from flash memory or remotely via interfaces. The operating system kernel is changed to optimize the scheduling of processes. Process scheduling incorporates kernel-process preemption capabilities to allow for more appropriate scheduling to validate with the timing of data handling received from Ethernet and wireless access module (140). Device drivers have specific routines for communicating with wireless access modules (140) and the Ethernet interface.

Como o terminal possibilita o acesso sem fio através de mais deuma interface, são necessárias funcionalidades para controle de ativação de cadamódulo de acesso sem fio (140), bem como o controle de tráfego de pacote dedados para cada módulo. Tais funcionalidades são implementadas pelo módulode controle e processamento (130), que agenda as transmissões e faz oroteamento dos dados entre as interfaces {Ethernetou sem fio).Because the terminal enables wireless access through more than one interface, functionality is required for wireless access module activation control (140) as well as data packet traffic control for each module. Such functionalities are implemented by the control and processing module (130), which schedules the transmissions and routes the data between interfaces (Ethernet or wireless).

O módulo de acesso sem fio (140) pode ser de pelo menos trêstipos: WiMAX, ponto de acesso WiFi (APWiFi) e ponto de acesso adhoc-mesh(APMesh), conforme detalhes da Figura 2. Cada módulo implementa asfuncionalidades das camadas 1 (física) e 2 (acesso ao meio). O módulo deacesso sem fio WiMAX (140a) implementa a camada física e de acesso ao meiosegundo a norma IEEE 802.16, enquanto os módulos de acesso sem fio APWiFi(140b) e APMesh (140c) implementam essas mesmas camadas segundo a normaIEEE 802.11. Como estes dois padrões (IEEE 802.16 e IEEE 802.11) apresentamdiferenças significativas, cabe ao módulo de controle e processamento (130)controlá-los e adequar os dados para serem enviados de um módulo (140) paraoutro (140), possibilitando a interconexão. Por exemplo, ao receber dados da EBWiMAX (210) pelo módulo de acesso sem fio WiMAX (140a), o módulo decontrole e processamento (130) deve adequá-los para serem enviados pelomódulo de acesso sem fio APWiFi (140b) ou APMesh (140c).The wireless access module (140) can be at least three types: WiMAX, WiFi access point (APWiFi), and adhoc-mesh access point (APMesh), as detailed in Figure 2. Each module implements Layer 1 features ( physical) and 2 (access to the medium). The WiMAX Wireless Access Module (140a) implements the IEEE 802.16 physical and media access layer, while the APWiFi (140b) and APMesh (140c) wireless access modules implement these same layers according to IEEE 802.11. Since these two standards (IEEE 802.16 and IEEE 802.11) have significant differences, it is up to the control and processing module (130) to control and tailor the data to be sent from one module (140) to another (140), enabling interconnection. For example, when receiving data from EBWiMAX (210) via the WiMAX Wireless Access Module (140a), the Control and Processing Module (130) must match them to be sent by the APWiFi (140b) or APMesh (140c) Wireless Access Module. ).

Os módulos de acesso sem fio APWiFi (140b) e APMesh (140c) nãoapresentam diferenças entre si, visto que ambos implementam a norma IEEE802.11. A particularidade entre esses dois módulos (140b e 140c) reside no fatode como o módulo de controle e processamento (130) gerencia cada um destesmódulos (140b e 140c). O módulo de acesso sem fio APWiFi (140b) funcionacomo um ponto de acesso WiFi, provendo uma comunicação ponto-multiponto,conforme previsto no padrão WiFi.The APWiFi (140b) and APMesh (140c) wireless access modules are no different as they both implement the IEEE802.11 standard. The particularity between these two modules (140b and 140c) lies in the fact that how the control and processing module (130) manages each of these modules (140b and 140c). The APWiFi wireless access module (140b) operates as a WiFi access point, providing point-to-multipoint communication as provided in the WiFi standard.

O módulo de acesso sem fio APMesh (140c) funciona comogateway de uma rede adhoc-mesh, que é uma rede de acesso sem fio,constituída de terminais auto-configuráveis que se associam conforme acircunstância para estabelecer o canal de comunicação, sem uma infra-estruturapreviamente instalada. Para o gerenciamento e operação da rede adhoc-mesh,várias funcionalidades devem ser implementadas além das previstas pelo padrãoWiFi, como por exemplo, o escalonamento do tráfego a ser repassado pelaestação terminal ou o roteamento adhoc, que garante a manutenção adaptativada rota, mesmo com uma mudança na topologia, como o desligamento de umterminal.The APMesh wireless access module (140c) works as the gateway to an adhoc-mesh network, which is a wireless access network, consisting of self-configuring terminals that associate as needed to establish the communication channel without an infrastructure. previously installed structure. For the management and operation of the adhoc-mesh network, several features must be implemented beyond those provided by the Wi-Fi standard, such as scheduling traffic to be passed through the terminal station or adhoc routing, which ensures adaptive route maintenance, even with a change in topology, such as umterminal shutdown.

Tal como descrita acima, a estação terminal (100) objeto dapresente invenção provê meios para integrar uma rede WiMAX e uma redeadhoc-mesh ou rede WiFi, por exemplo. Desse modo, a estação terminal (100)pode atuar como estação de assinante WiMAX (SS), viabilizando acesso a umarede local cabeada (LAN) via interface Ethernet Da mesma forma, a estação(100) pode atuar também como gateway de uma rede adhoc-mesh (APMesh).As described above, the terminal station 100 of the present invention provides means for integrating a WiMAX network and a redeadhoc-mesh or WiFi network, for example. Thus, terminal station 100 can act as a WiMAX subscriber station (SS), providing access to a wired local area network (LAN) via an Ethernet interface. Similarly, station 100 can also act as a gateway to an adhoc network. -mesh (APMesh).

Além disso, a estação (100) pode atuar ainda como um ponto de acesso WiFi(APWiFi). Essas características funcionais podem ser usadas em conjunto ou demaneira independente, sem prejuízo para o desempenho da estação terminal.In addition, station 100 may also act as a WiFi access point (APWiFi). These functional characteristics can be used together or independently, without prejudice to terminal station performance.

A escolha de qual tipo módulo de acesso sem fio a ser conectadono módulo de controle e processamento (130) dependerá da função da estaçãoterminal (100) dentro da rede. Quando apresenta apenas um módulo de acessosem fio WiMAX (140a), a estação terminal (100) atua como estação de assinantepuramente WiMAX (SS), também chamada de Estação Terminal WiMAX (220).Se a estação terminal (100) estiver conectando terminais WiFi a uma redeWiMAX, deve possuir pelo menos um módulo de acesso sem fio WiMAX (140a) eum APWiFi (140b), e no contexto dessa invenção recebe o nome de EstaçãoTerminal WiMAX com ponto de acesso WiFi (ET/APWiFi, 230), representada naFigura 3. Para conectar uma rede adhoc-mesh à uma rede WiMAX, a estaçãoterminal (100) deve possuir módulos de acesso sem fio WiMAX (140a) e APMesh(140c), aqui denominada Estação Terminal WiMAX com gateway WiFi Mesh(ET/APMesh, 240), representada na Figura 4.The choice of which type wireless access module to be connected to the control and processing module (130) will depend on the function of the terminal station (100) within the network. When it has only one WiMAX wireless access module (140a), terminal station (100) acts as a WiMAX (SS) subscriber station, also called WiMAX Terminal Station (220). If terminal station (100) is connecting WiFi terminals To a WiMAX network, it must have at least one WiMAX Wireless Access Module (140a) and an APWiFi (140b), and in the context of this invention is called WiMAX Wi-Fi Access Point Terminal (ET / APWiFi, 230), shown in Figure 3. To connect an adhoc-mesh network to a WiMAX network, the terminal station (100) must have WiMAX (140a) and APMesh (140c) wireless access modules, here called WiMAX Terminal Station with WiFi Mesh Gateway (ET / APMesh, 240), shown in Figure 4.

Embora a maneira de realização preferencial descreva a tecnologiaWiFi como meio de acesso à rede sem fio, deve-se entender que a presenteinvenção não se limita apenas a essa tecnologia, podendo utilizar também atecnologia ZigBee (padrão IEEE 802.15.4) por exemplo, dentre outrastecnologias possíveis para acesso sem fio, desde que realizadas as devidasadaptações por um técnico especialista no assunto.Although the preferred embodiment describes Wi-Fi technology as a means of wireless network access, it should be understood that this invention is not limited to this technology alone, but may also use ZigBee technology (IEEE 802.15.4 standard), for example, among other technologies. possible for wireless access, provided that appropriate adaptations are made by a specialist technician.

A referida estação terminal (100), objeto da presente invenção,pode ser usada como um elemento físico de determinada rede, cuja disposiçãológica e física será compreendida através da descrição de sua topologia.De acordo com a presente invenção, a TOPOLOGIA DE REDEWIMAX ADHOC-MESH (200), representada na Figura 5, visa proporcionaruma infra-estrutura flexível e abrangente de telecomunicações sem fio de altodesempenho, com alto grau de capilaridade e auto-configurável, capaz de proverserviços de dados, voz e vídeo/multimídia.Said terminal station (100), object of the present invention, may be used as a physical element of a given network, the disposition and physics of which will be understood through the description of its topology. According to the present invention, the REDEWIMAX ADHOC- MESH (200), shown in Figure 5, aims to provide a flexible and comprehensive high-performance, self-configuring, high-performance wireless telecommunications infrastructure capable of providing data, voice, and video / multimedia services.

De modo geral, a presente topologia é constituída pelos seguinteselementos lógicos e físicos: Área de Cobertura WiMAX (CWiMAX, 201), Área deCobertura WiFi (CWiFi, 202), Área de Cobertura Mesh (CMesh, 203), EstaçãoBase WiMAX (EB, 210), Estação Terminal WiMAX (ET, 220), Estação TerminalWiMAX com ponto de acesso WiFi (ET/APWiFi, 230), Estação Terminal WiMAXcom gateway WiFi Mesh (ET/APMesh, 240), Ponto de Acesso WiFi Mesh(APMesh, 250), Terminal de Assinante WiFi (TEWiFi, 260), Backhaul WiMAX(BHWiMAX, 270), Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC, 280), Sistema deGerência de Rede (SGR, 290). Estes elementos são descritos maisdetalhadamente abaixo, sendo que as estações terminais (220, 230 e 240) jáforam previamente referenciadas.In general, this topology consists of the following logical and physical elements: WiMAX Coverage Area (CWiMAX, 201), WiFi Coverage Area (CWiFi, 202), Mesh Coverage Area (CMesh, 203), WiMAX Base Station (EB, 210) ), WiMAX Terminal Station (ET, 220), WiMAX Terminal Station with WiFi Access Point (ET / APWiFi, 230), WiMAXcom WiFi Mesh Gateway Terminal Station (ET / APMesh, 240), WiFi Mesh Access Point (APMesh, 250) , WiFi Subscriber Terminal (TEWiFi, 260), WiMAX Backhaul (BHWiMAX, 270), Public Switched Telephone Network (RTPC, 280), Network Management System (SGR, 290). These elements are described in more detail below, and the terminal stations (220, 230 and 240) have been previously referenced.

■ Área de Cobertura WiMAX (CWiMAX, 201), correspondente àárea onde há sinal de uma determinada Estação Base WiMAX (210) que provê oatendimento a Estações Terminais WiMAX (ET, 220), Estações Terminais WiMAXcom ponto de acesso WiFi (ET/APWiFi, 230) e/ou Estações Terminais WiMAXcom gatewayW\F\ Mesh (ET/APMesh, 240).■ WiMAX Coverage Area (CWiMAX, 201), corresponding to the area where there is a signal from a particular WiMAX Base Station (210) providing service to WiMAX Terminal Stations (ET, 220), WiMAX Terminal Stations with WiFi access point (ET / APWiFi, 230) and / or WiMAX Terminal Stations with gatewayW \ F \ Mesh (ET / APMesh, 240).

■ Área de Cobertura WiFi (CWiFi, 202), correspondente à áreaonde há sinal proveniente de Ponto de Acesso WiFi Mesh (APMesh, 250), ou deEstação Terminal WiMAX com ponto de acesso WiFi (ET/APWiFi, 230). Nessaárea são atendidos os Terminais de Assinante WiFi (TEWiFi, 260), quecorrespondem aos dispositivos dos usuários finais que acessam a rede de dadosatravés da tecnologia WiFi, padrão IEEE 802.11.■ WiFi Coverage Area (CWiFi, 202), corresponding to the area where there is signal from WiFi Mesh Access Point (APMesh, 250), or from WiMAX Terminal Station with WiFi access point (ET / APWiFi, 230). In this area, WiFi Subscriber Terminals (TEWiFi, 260), which correspond to end-user devices that access the data network through WiFi technology, IEEE 802.11 standard, are served.

■ Área de Cobertura Mesh (CMesh, 203), correspondente à áreaatendida por uma Estação Terminal WiMAX com gateway WiFi Mesh(ET/APMesh, 240). Nessa área encontram-se distribuídos Pontos de Acesso WiFiMesh (APMesh, 250) que constituem a rede mesh e que realizam a comunicaçãocom a rede externa através da Estação Terminal WiMAX com gatewayW\F\ Mesh(ET/APMesh, 240).■ Mesh Coverage Area (CMesh, 203), corresponding to the area served by a WiMAX Terminal Station with WiFi Mesh gateway (ET / APMesh, 240). In this area there are distributed WiFiMesh Access Points (APMesh, 250) that make up the mesh network and communicate with the external network via the WiMAX Terminal Station with gatewayW \ F \ Mesh (ET / APMesh, 240).

■ Estação Base WiMAX (EB, 210) é o elemento físico que realizafundamentalmente a interconexão entre os terminais e redes externas de dadose voz, provendo a interface entre a rede WiMAX e a rede externa IP (299) e,através desta, também a rede de telefonia pública comutada (RTPC, 280). A EB(210) incorpora um elemento de acesso WiMAX (EBW) e um elemento roteadore de controle de acesso (RCAB), que juntos viabilizam as funcionalidades de:■ WiMAX Base Station (EB, 210) is the physical element that fundamentally interconnects between terminals and external data and voice networks, providing the interface between the WiMAX network and the external IP network (299) and, through it, also the network. public switched telephone service (RTPC, 280). The EB (210) incorporates a WiMAX Access Element (EBW) and an Access Control Router (RCAB), which together enable the functionality of:

- interface aérea WiMAX, que estabelece comunicação sem fiobi-direcional através do transceptor de rádio compatível como adotado nas estações terminais (220, 230 ou 240), sendoque as camadas física, de enlace de dados e sub-camada desegurança são especificadas de acordo com o padrão IEEE802.16;- WiMAX air interface, which establishes bi-directional wireless communication through the compatible radio transceiver as adopted at the terminal stations (220, 230 or 240), whereby the physical, data link and security sub-layer are specified according to the IEEE802.16 standard;

- encaminhamento de pacotes de dados, de uma estaçãoterminal (220, 230 ou 240) para outra estação terminal (220,230 ou 240) na mesma CWiMAX (201) através da interfaceaérea WiMAX, bem como o encaminhamento de pacotes dedados entre a estação terminal (220, 230 ou 240) e outroselementos lógicos da rede;- routing data packets from a terminal station (220, 230 or 240) to another terminal station (220,230 or 240) on the same CWiMAX (201) via WiMAX interface, as well as forwarding packet data between terminal station (220) , 230 or 240) and other logical elements of the network;

- filtragem de pacotes, que controla (permite ou nega) astransações de encaminhamento de pacotes pela interfaceaérea WiMAX, com base em regras estabelecidas para ascamadas de rede e transporte;- packet filtering, which controls (allows or denies) packet forwarding over WiMAX interfaces based on rules established for network and transport layers;

- classificação e priorização de pacotes, de acordo com critériosadotados pelo padrão IEE 802.16 e com regras de criação defluxos de serviços e conexões associadas, classes de serviço(QoS, quality of services), identificação de sub-redes,endereçamentos de origem e destino, natureza do protocoloe serviço;- administração de banda, que controla a ocupação,distribuição e priorização dos recursos de transmissãodisponíveis na interface aérea WiMAX, de forma a suportar aimplementação de rede de serviços IP baseada em SLA(Service Levei Agreemenfy,- packet classification and prioritization according to criteria adopted by the IEE 802.16 standard and associated service and connection creation rules, quality of services (QoS), subnet identification, source and destination addressing, bandwidth management, which controls the occupation, distribution and prioritization of transmission resources available on the WiMAX air interface to support the implementation of the Service Levei Agreemenfy (SLA) -based IP services network.

- mapeamento de endereço de rede para outro endereço derede de mesmo tipo, para roteamento e retransmissão depacotes dentro da rede WiMAX ou outros tipos de rede;- Network address mapping to another network address of the same type, for routing and relaying packets within the WiMAX network or other network types;

- gerenciamento da rede WiMAX, que provê mecanismos paraoperação e administração da rede, incluindo coletas de dadosde gerência, tratamento de eventos, alarmes e envio detelecomandos às estações terminais.- WiMAX network management, which provides mechanisms for network operation and administration, including management data collection, event handling, alarms and remote sending to terminal stations.

A EB (210) também estabelece comunicação via rede IP (299) comum elemento de autenticação, autorização e contabilização, com um elementoservidor de endereços e um elemento servidor de nomes. O elemento deautenticação, autorização e contabilização é responsável pelo controle de acessoaos serviços da rede e medição dos recursos consumidos pelo usuário. Oservidor de endereços, como por exemplo o DHCP (Dynamic Host ConflgurationProtocoi), é responsável pela geração e distribuição de endereços IP para asEstações Terminais (220, 230 ou 240) de uma determinada área de coberturaWiMAX (CWiMAX, 201), para os demais elementos da rede de acesso sem fio aelas conectados, bem como para todos os elementos pertencentes ouconectados à EB (210). Já o servidor de nomes, também conhecido como DNS{Domaiη Name Servet), faz a associação entre esses endereços IP e os nomesde domínio.EB 210 also establishes communication via the IP network 299 common authentication, authorization and accounting element with an address server element and a name server element. The element of authentication, authorization and accounting is responsible for controlling access to network services and measuring the resources consumed by the user. The address server, such as Dynamic Host ConflgurationProtocoi (DHCP), is responsible for generating and distributing IP addresses to Terminal Stations (220, 230, or 240) within a given WiMAX coverage area (CWiMAX, 201), for other elements. wireless access network connected to them, as well as to all elements belonging to or connected to the EB (210). The name server, also known as DNS {Domaiη Name Servet), associates these IP addresses with domain names.

■ Ponto de Acesso WiFi Mesh (APMesh, 250) é o elemento físicoda topologia que possibilita a interface entre os Terminais de Assinante WiFi(TEWiFi, 260) e a rede WiMAX ou uma rede externa IP (299). A comunicaçãoentre o APMesh (250) e os TEWiFi (260) é realizada em modo ponto-multiponto(ponto de acesso). A comunicação entre os terminais APMesh (250) é realzadade modo adhoc, através de múltiplos saltos (muitihop). Já a conexão entre oAPMesh (250) e a rede WiMAX é realizada através da Estação Terminal WiMAXcom ponto de acesso mesh (ET/APMesh, 240). Tendo acesso à rede WiMAX, osTEWiFi (260) podem se interconectar com redes externas IP.■ WiFi Mesh Access Point (APMesh, 250) is the physical element of the topology that enables the interface between WiFi Subscriber Terminals (TEWiFi, 260) and the WiMAX network or an external IP network (299). Communication between APMesh (250) and TEWiFi (260) is performed in point-to-multipoint (access point) mode. Communication between APMesh terminals (250) is performed in adhoc mode via multiple hops (muitihop). The connection between APMesh (250) and the WiMAX network is via the WiMAX Terminal Station with mesh access point (ET / APMesh, 240). Having access to the WiMAX network, TEWiFi (260) can interconnect with external IP networks.

- Terminal de Assinante WiFi (TEWiFi, 260) é o elemento físico datopologia que corresponde ao dispositivo do usuário final. O TEWiFi (260) seconecta ao ponto de acesso WiFi ou mesh (ET/APWiFi 230, ET/APMesh 240 ouAPMesh 250), obtendo acesso à rede WiMAX e aos serviços disponibilizados pelarede externa IP (299), após a conclusão de procedimentos de registro eautenticação.- WiFi Subscriber Terminal (TEWiFi, 260) is the physical datology element that corresponds to the end user's device. The TEWiFi (260) connects to the WiFi or mesh access point (ET / APWiFi 230, ET / APMesh 240 orAPMesh 250), gaining access to the WiMAX network and services provided by the external IP network (299) upon completion of registration procedures. Authentication.

■ Backhaul WiMAX (BHWiMAX, 270) que realiza a interconexão(enlace) entre EBs (210), possibilitando o tráfego de voz e dados entrediferentes sites da rede.■ WiMAX Backhaul (BHWiMAX, 270) that interconnects (EBs) (210), enabling voice and data traffic between different network sites.

■ Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC, 280) corresponde àrede mundial comutada por circuitos, destinada a serviços de comunicaçõestelefônicas. A rede WiMAX pode acessar a RTPC (280) através da rede externaIP (299), quando houver necessidade de comunicação telefônica, como porexemplo para uso de serviços de voz.■ Public Switched Telephone Network (RTPC, 280) corresponds to the circuit-switched world network for telephone communication services. The WiMAX network can access the RTPC (280) via the external IP network (299) when telephone communication is required, such as for voice services.

■ Sistema de Gerência da Rede (SGR, 290) centralizada, queconfigura a topologia (200) e seus elementos, além de realizar o controle etratamento de falhas, eventos e alarmes relacionados a esses elementos, bemcomo monitorar o desempenho dos recursos gerenciados conforme os limiares(threshold) estabelecidos.■ Centralized Network Management System (SGR, 290), which configures the topology (200) and its elements, and performs control of faults, events, and alarms related to these elements, as well as monitoring the performance of managed resources to thresholds. (threshold) established.

A topologia de rede (200) acima descrita, objeto da presenteinvenção, permite a integração de uma rede de banda larga sem fio de altodesempenho (rede WiMAX) e uma rede flexível, com alto grau de capilaridade eque disponibiliza o acesso ao usuário final através de dispositivos terminaisatualmente bem disseminados (rede adhoc-mesh ou rede WiFi).The network topology (200) described above, which is the subject of the present invention, allows the integration of a high performance wireless broadband network (WiMAX network) and a flexible, high capillarity network that provides end-user access through currently widespread terminal devices (adhoc-mesh network or WiFi network).

Desse modo, através da estação terminal (100) e da topologia derede (200) propostas, é possível se beneficiar de todas as vantagens de umarede baseada na tecnologia WiMAX, acessando-a a partir de dispositivos comtecnologia WiFi - por exemplo, dentre outras já mencionadas - de forma rápidae flexível.Thus, through the proposed terminal station (100) and topology (200), it is possible to benefit from all the advantages of a network based on WiMAX technology, accessing it from WiFi technology devices - for example, among others. mentioned - quickly and flexibly.

Pelo fato de se integrar uma rede WiFi em modo adhoc-mesh ouinfra-estrutura (WiFi puro), é possível estender consideravelmente a coberturada rede, sem que seja necessária a instalação de novas Estações Base WiMAX(210), que seria a solução em uma topologia de rede puramente WiMAX, emboranem sempre isso seja economicamente viável. A título de ilustração, conforme aFigura 6, em uma rede WiFi em modo adhoc-mesh, por exemplo, o terminal deAPMesh (2501) pode se conectar a um terminal APMesh vizinho (2502) em suaárea de cobertura, que por sua vez se conecta a outro (2503), e assimsucessivamente, até que se estabeleça a conexão com o gateway (240), queentão fará a conexão com a Estação Base WiMAX (210). Isso é possível, pois arede adhoc-mesh é flexível e auto-configurável, o que permite adaptações emcaso de mudança da topologia de rede (desligamento de um terminal, porexemplo). Essa característica possibilita também minimizar ou eliminar oproblema da falta de cobertura da rede.By integrating a WiFi network in adhoc-mesh mode or infrastructure (pure WiFi), it is possible to considerably extend the covered network without the need to install new WiMAX Base Stations (210), which would be the solution in a purely WiMAX network topology, although this is always economically viable. By way of illustration, as shown in Figure 6, in an adhoc-mesh mode WiFi network, for example, the APMesh terminal (2501) can connect to a neighboring APMesh terminal (2502) in its coverage area, which in turn connects. another (2503), and so on, until the gateway (240) is established, which will then connect to the WiMAX Base Station (210). This is possible because the adhoc-mesh network is flexible and self-configuring, allowing adaptations in case of changing network topology (eg terminal shutdown). This feature also makes it possible to minimize or eliminate the problem of lack of network coverage.

Embora a invenção tenha sido descrita com relação a certasmodalidades preferenciais de realização, deve ser entendido que não sepretende limitar a invenção àquelas modalidades peculiares. Ao contrário,pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveisdentro do espírito e do escopo da presente invenção.Although the invention has been described with respect to certain preferred embodiments, it should be understood that it is not intended to limit the invention to those particular embodiments. Rather, it is intended to cover all possible alternatives, modifications and equivalents within the spirit and scope of the present invention.

Claims

1. - WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100), characterized by: - a POE module (110), which provides an input voltage to the terminal station power as well as transmits the LAN data packets to the station 100, and vice versa, an Ethernet source module 120, which first separates the data packages and input voltage information, both received from the POE module 110, and then converts the electrical voltage. voltage inputs suitable for powering station (100) analog and digital circuits, as well as passing data packets, - a control and processing module (130), which controls the processes required to run the station's basic applications and functionality (100) , such as: data processing from the source and Ethernet module (120), formatting it appropriately for transfer via a wireless access module (140); staggering of traffic to be passed by station (100); adhoc routing, enabling communication in multiple hops; wireless access module activation control (140) and data packet traffic control between each wireless access module (140) by scheduling transmissions, converting and matching data packets to be transferred between said modules ( 140), and routing these data packets between said modules (140) - at least one wireless access module (140), which connects the station (100) to a particular type of wireless network.

2.- WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100) according to claim 1, characterized in that said wireless access module (140) is a WiMAX wireless access module (140a) capable of connecting the station (100) to a WiMAX network, and which implements the physical and half-access layer according to the IEEE 802.16 standard.

3.- WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100) according to claim 1, characterized in that said wireless access module (140) is an APWiFi wireless access module (140b), capable of providing point-to-multipoint communication between the station (100). ) and a WiFi network in accordance with the IEEE 802.11 WiFi standard to operate as a WiFi access point (APWiFi).

4.- WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100) according to claim 1, characterized in that said wireless access module (140) is an APMesh wireless access module (140c), which operates as a gateway (APMesh) of an adhoc network. -mesh by connecting the station (100) to said adhoc-mesh network.

5. WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100) according to claim 1, characterized in that it preferably comprises two wireless access modules (140).

6. - WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100) according to claim 5, comprising a WiMAX wireless access module (140a) and an APWiFi wireless access module (140b), constituting a WiMAX Terminal Station with WiFi access (ET / APWiFi, 230), so I can interconnect a WiMAX network to a WiFi network.

7. - WIMAX ADHOC-MESH TERMINAL STATION (100) according to claim 5, comprising a WiMAX wireless access module (140a) and an APMesh wireless access module (140c), constituting a WiMAX Terminal Station with W gateway. \ F \ Mesh (ET / APMesh, 240), I interconnect a WiMAX network to an adhoc-mesh network.

8. - WIMAX ADHOC-MESH NETWORK TOPOLOGY (200), characterized by integrating a WiMAX network and an adhoc-mesh and / or WiFi7 network providing a flexible and comprehensive high-performance, self-contained wireless telecommunications infrastructure. -Configurable, capable of providing data, voice and video / multimedia services.

9.- WIMAX ADHOC-MESH NETWORK TOPOLOGY (200), as claimed in claim 8, characterized in that it comprises the following physical and logical elements and their interconnections: WiMAX Coverage Area (CWiMAX, 201), WiFi Coverage Area (CWiFi, 202), Area Mesh Coverage (CMesh, 203), WiMAX Base Station (EB, 210), WiMAX Terminal Station (ET, 220), WiMAX Terminal Stationwith WiFi Access Point (ET / APWiFi, 230), WiMAX Terminal Station with WiFi Mesh (ET / APMesh, 240), WiFi Mesh Access Point (APMesh, -250), WiFi Subscriber Terminal (TEWiFi, 260), WiMAX Backhaul (BHWiMAX, -270), Public Switched Telephone Network (RTPC, 280) and Management System Network (SGR, 290).