EP1958398A1 - Procede de reconstruction d'un reseau ad hoc et des n uds du reseau correspondant - Google Patents
Procede de reconstruction d'un reseau ad hoc et des n uds du reseau correspondantInfo
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- EP1958398A1 EP1958398A1 EP06841842A EP06841842A EP1958398A1 EP 1958398 A1 EP1958398 A1 EP 1958398A1 EP 06841842 A EP06841842 A EP 06841842A EP 06841842 A EP06841842 A EP 06841842A EP 1958398 A1 EP1958398 A1 EP 1958398A1
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- nodes
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Classifications
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- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
Definitions
- the invention relates to a method for reconstructing an ad hoc network, in particular a ZigBee type network, and corresponding network nodes.
- an ad hoc network The purpose of an ad hoc network is to connect potentially mobile communicating entities, outside of any pre-existing infrastructure within spontaneous networks. Each entity communicates directly with its neighbors, each of which can play the role of client, server and router.
- ZigBee networks meet a standard for wireless data transmission, the IEEE 802.15.4 standard, enabling machine-to-machine communication. In addition to their great flexibility of use, these networks are characterized by very low power consumption and very low production costs, which, for a range between 30 meters and 100 meters and a data transfer rate of between 20 and 250 kbits / s, reserves them for applications in home automation or sensor-type equipment, remote control or industrial sector control equipment.
- the addressing of the nodes of the network is constructed either from a technique of hierarchical distribution of addresses, according to a tree construction procedure according to initial parameters of the tree, or by allocation of address blocks, managed at the application level according to an unspecified process, which can be a centralized agent for distributing address blocks.
- the process of allocating address blocks has the advantage of being highly adapted to the addressing needs of routers.
- the process using the hierarchical address distribution technique has the disadvantage, when the tree parameters have been set, of obeying static rules and therefore of being subject to structural limits due to the allocation process, after that the ZigBee coordinator has been chosen for the network.
- the number of children of a parent node of the tree is defined once and for all for the tree considered.
- each router can allocate addresses independently of the others and a default routing is applicable.
- the above process is therefore simple and is particularly suitable for small networks in number of nodes.
- a first solution consists in carrying out a dynamic management of the parameters of the tree, node by node. Each node can determine the number of its child nodes.
- This solution has the major drawback that the addressing is not adaptive and requires manual configuration, router by router.
- the proposed implementations implementing this solution are not able to calculate the address block (Cship) from the parameters of the latter but use tables, which can pose a major problem when the above parameters are not fixed .
- a second solution proposes to fix the addresses node by node with a suitable installation tool.
- a third solution recommended by G. CHEGARAY consisted in making the tree of the addresses of the nodes more adaptive, by tolerating outgrowths exceptional after the last level, in order to overcome the tree depth limit.
- the IEEE 802.15.4 standard relating to ZigBee networks establishes a difference between coordinators and routers. Consequently, the aforementioned method only presents a prospect of development success insofar as the address space is much larger than the network or even if the coordinator authorizes a fish eye structure of the network, it is that is to say a geographical centering of the ZigBee coordinator.
- the second aforementioned condition requires, in fact, preliminary calculations, before the installation of the network, all the more hypothetical to be carried out in an efficient manner, which would then be necessary to presume in advance of the quality of each radio link , in order to provide the link from a router node to another router node.
- the formation of a ZigBee network consisting of the introduction of 2 nodes A and B into the network, the node A shown in gray becoming the ZigBee coordinator, as shown in figure la, then the random addition of nodes in this network, as represented in figure Ib, vis-à-vis the initial coordinating node, has the effect of offsetting the latter: the ZigBee network obtained is not optimal. If the maximum depth of the ZigBee network, equal to 4 for example, is reached, it is no longer possible to add a node from the router node of corresponding depth, shown hatched in Figure Ib.
- the object of the present invention is to remedy all or part of the aforementioned drawbacks of ad hoc networks, in particular of the ZigBee type, of the prior art.
- the subject of the present invention is the implementation of a method and a device for reconstructing an ad hoc network making it possible to calculate and establish an optimized structure in terms of extensibility and transmission of communications between nodes. of the network.
- the method of reconstructing an ad hoc network, object of the invention is remarkable in that it includes at least the collection of data from the nodes of this network, in terms of the quality of the links and of the trees of the nodes defining a structure of this non-optimal network, the calculation of a current optimized structure from this structure of this non-optimal network, the evaluation, with respect to a stop value of the impact of the current optimized structure vis- with respect to the structure of this non-optimal network, and, if this stop value is not reached by the value of this impact, the current optimized structure defining a pseudo-optimized structure of this non-optimal network, the establishment and injection of optimization data into this network, reconstruction of this network according to the current optimized structure and iterative feedback to the collection of data from the nodes of this network and to the succession of calculation, evaluation steps of establishment smoothing and reconstruction as long as this stop value is not reached by the impact value; otherwise, this stop value being reached by this impact value, the stop of the reconstruction process, to the non-optimal network being allocated the current
- FIG. 2a shows, by way of illustration, a flowchart of the essential steps for implementing the method which is the subject of the invention
- FIG. 2b shows, by way of illustration, a detailed implementation of step B of calculating an optimized structure of Figure 2a;
- FIG. 2c shows, by way of illustration, a non-limiting preferential mode of implementation for calculating the adaptation score of a network tree from an adaptation function, according to step Bl of the figure 2b;
- FIG. 2d shows, by way of illustration, a detailed implementation of step C for assessing the impact of the reconstruction of Figure 2a;
- FIG. 2e represents the structure of a control message transmitted to each node of the network, in the case of an approximate reconstruction
- FIG. 2f represents the structure of a command message transmitted to each node of the network in the case of an exact reconstruction
- FIG. 2g shows the process implemented by each of the network nodes during step E of Figure 2a, in the case of an approximate reconstruction
- FIG. 2h shows the process implemented by each of the network nodes during step E of Figure 2a, in the case of an exact reconstruction
- FIG. 3a shows, by way of illustration, a ZigBee network node, playing the role of aggregator, allowing the implementation of the method object of the present invention, according to an approximate or exact reconstruction;
- FIG. 3b shows, by way of illustration, a ZigBee network node, playing the role of coordinator, allowing the implementation of the method object of the present invention according to an approximate or exact reconstruction.
- FIG. 2a A more detailed description of the method of reconstructing a network, such as a non-optimal ZigBee network, in accordance with the object of the present invention will now be given in conjunction with FIG. 2a and the following figures.
- the process which is the subject of the invention can be implemented either by establishing, according to an agnostic establishment, a ZigBee network in step AA of FIG. 2a, or, on the contrary, in the absence of such an establishment step, on an existing non-optimal ZigBee network.
- step AA of agnostic establishment of the network or finally the agnostic establishment of a ZigBee network independently of the implementation of the method, object of the invention, consists in fact in letting the network be established with the default addressing system as new nodes are added to it.
- the network obtained is thus a non-optimal network in both cases.
- the method which is the subject of the invention then consists of a step A of collecting data from the nodes of the network, in terms of the quality of the links and of the trees of the nodes defining a non-optimal network structure. This step is noted step of recovery of the structural data in FIG. 2 a.
- step A is followed by a step B for calculating a current optimized structure from the aforementioned non-optimal network structure, recovered in step A.
- Step B is itself followed by a step C of evaluation, with respect to a specific stop value, of the impact of the current optimized structure with respect to the structure of the non-optimal network.
- the current optimized structure then defines a pseudo-optimized structure of the network and the method is continued by a step D of establishment and injection of optimization data in the network.
- step E of reconstruction of the network according to the current optimized structure previously calculated in step B.
- step E is itself followed by a step F of iterative return to the collection of data from the nodes of the network in step A, then in the succession of steps for calculating an optimized structure B, for evaluating the impact of the reconstruction C, for injecting data into the network D, then for reconstruction E successively , as long as the stop value is not reached by the impact value evaluated in step C.
- the network is allocated the current optimized structure obtained at the last iteration, the network being thus optimized.
- the method which is the subject of the invention further comprises a step for automatically triggering the first iteration, this step being noted FR in FIG. 2a.
- the aforementioned automatic triggering step is executed on detection of a false distribution signal from a router or on detection of a false distribution signal from an item of equipment.
- the automatic triggering step thus allows a trigger either on a start commanded by an operator, for example at the commissioning of the network or during a maintenance operation, or on detection of a signal of bad distribution of a router or equipment.
- a signal of bad distribution of a router is generated by a router which has the possibility of connecting to the network, but which is in one of the following situations:
- either the router in question is connected to the last level of the tree, level corresponding to the maximum depth of the tree representing the structure of the network;
- the two aforementioned cases correspond to situations where the router cannot play its role of aggregator.
- An equipment misallocation signal is generated when the equipment considered deems it appropriate. For example, if the equipment has to communicate with another equipment which cannot be found in the network, it can consider that the cause comes from a bad network topology and trigger the aforementioned signal.
- the data collection step A of the nodes of the network comprises at least the discovery, by network walk, to recover the address of all the aggregator nodes present in the network and the links seen by each aggregator node in the neighborhood tables of the above aggregating nodes.
- the data collection step further comprises the creation of a first data structure containing all the nodes and all the links for each node, accompanied by the value of the quality of each link, and a second data structure reconstituting the addressing structure of nodes and their parent node / child node relationships, this addressing structure corresponding to the tree of nodes constituting the network and representing the image of the structure and of the network considered.
- Step B of calculating a current optimized structure will now be described in conjunction with FIGS. 2b and 2c.
- step B of calculating an optimized structure there is an adaptation function FF making it possible to calculate an adaptation value of all or part of the network as will be described below. after.
- the calculation of a current optimized structure comprises at least, as shown in FIG. 2b, the calculation in a step B 1 of a specific adaptation score from the adaptation function FF for all or part of the structure optimized current in the search space of the solution constituted by the table of links occurring between all the nodes of the network.
- step Bi of FIG. 2b the operation for calculating the specific score is noted:
- the above operation allows the creation of a population of individuals formed by a plurality of optimized structures to each of which is associated a specific adaptation score TSj.
- Stage Bi is followed by stage B 2 of population improvement on specific discrimination criteria of individuals to generate an improved population.
- step B 2 the improvement operation is noted:
- Step B 2 is followed by step B 3 consisting in selecting from the improved population a specific structure corresponding to the best adaptation score, the best adaptation score being denoted TSt, m and the selection operation being denoted in FIG. 2b:
- T oc The specific structure presenting the best adaptation score TS bm corresponding to the current optimized structure being denoted T oc .
- adaptation function FF this will be described from the point of view of its implementation in relation to FIG. 2c.
- first and the second data structure Si and S 2 relating to the tree of nodes, with parent- children to create the image of the current network structure.
- the adaptation function FF and the calculation thereof can advantageously include the calculation of an adaptation score for each node of the network structure in step Bn of FIG. 2c in the conditions below.
- the value of the adaptation score is defined according to the relation: nb neighbo) s (N)
- nbjieighbors is the number of neighboring nodes of the considered node N.
- lqi (V) a function which depends on the value of the quality of the radio link vis-à-vis a neighboring node considered, the quality of the link designated by LQI for Link Quality Indicator in English.
- the link quality function lqi (V) can be taken equal to
- r (LQI) is a function of the quality of the LQI link which makes it possible to favor the most efficient radio links.
- Sub-step Bj 1 in FIG. 2c is then followed by sub-step B 12 consisting in calculating an adaptation score for each level of depth of the network structure and of the tree represented by the latter, by summation of the adaptation score of each node of the same level.
- nb_nodes designates the number of nodes belonging to the level of depth considered a is a constant, a> l, determined according to the desired final topology of the optimized network as will be described later in the description.
- Sub-step B 12 is then followed by a sub-step Bi 3 consisting in calculating an adaptation score of the tree formed by the network by summation of the score adaptation of each level of depth of the tree constituting the network considered.
- FF adaptation function By implementing the abovementioned FF adaptation function and the operating and calculation mode thereof, it is thus possible to calculate the adaptation value of the whole of a current optimized network, or of the agnostic network. initial, as well as, of course, a subtree of the latter or of a branch constituting a determined subtree.
- an optimized network structure of the ZigBee type and having the best adaptation value can then be selected as described above in the description as optimum for the network considered.
- Sub-step C 2 is followed by a sub-step C 3 consisting in comparing the adaptation difference ⁇ with a value e, deviation from which the adaptation difference is considered to be significant.
- the decision is to prefer the current optimized tree structure to that existing in the network.
- step C of evaluating the impact of the reconstruction in FIG. 2a it is indicated that the stop value is a value depending on the difference between an adaptation score of the image of the network structure and an adaptation score of the current optimized structure.
- condition ⁇ ⁇ e of the sub-step C 3 of FIG. 2d in fact represents a stop condition.
- the stop value is a number of calculation iterations N.
- step D of injecting optimization data into the network of FIG. 2a it is indicated that this step can be carried out either for an approximate reconstruction of the network, or on the contrary, for an exact reconstruction.
- step D of injecting optimization data into the network as shown in FIG. 2a will now be given in conjunction with FIGS. 2e and 2f.
- the establishment and injection of optimization data consists in transmitting to each node of the network a command including at least, as shown in FIG. 2e, a delay ⁇ T of time delay before operating the disconnection of this node from the network, a sequence number j for the reconstruction of the network, and a variable LV representing the function or role of aggregating router or coordinator of the node considered.
- the variable LV can be a logical variable of value 1 for the role of coordinator and of value 0 for the role of router.
- SNL []
- the above list corresponds to the list of child nodes of the node considered.
- the node N considered has no children and is therefore considered to be a node with no descendants.
- the command message, as represented in FIG. 2f, transmitted to the node considered N furthermore includes information containing the list of child routers of the destination node, the node N, which then constitutes a parent node in the current optimized structure for all of the child nodes in the list.
- step E of FIG. 2a The reconstruction process of step E of FIG. 2a will now be described in the case of an approximate reconstruction in conjunction with FIG. 2g respectively of an exact reconstruction, in the case of FIG. 2h.
- each node considered the list of son nodes of the latter.
- Np the set of child nodes associated with the latter Np [NFk) ⁇ 1 f.
- Each parent node thus has the address of its pre-registered child nodes.
- each node When they wake up, after a specified period of time, each node, considered as a child node of an existing father node, proceeds to search for the father node with which it is pre-registered as a child node, this sub-step being designated E'i in FIG. 2h and designated Search N p , where N p denotes the father node of the son node considered.
- each child node in substep E 3 connects to the father node considered according to the following relationship:
- each of the abovementioned child nodes Nfk proceeds to a connection to another node of the network by an association procedure in substep E 4 of FIG. 2h.
- connection operation is designated:
- connection procedure as the child node of another node, different from the parent node N p , as described in sub-step E ' 4 of FIG. 2h, allows the abovementioned child node not to remain an orphan.
- the time delay ⁇ t introduced in step E 4 corresponds to a time substantially proportional to the rank of connection j contained in the message CM.
- the method of reconstructing a ZigBee type network allows performance optimization and extension of the network by the edges, which contributes to reducing the depth of the latter.
- the more the depth is limited the more the network is likely to extend around the edges and the fewer jumps there are, which improves the performance of the optimized network.
- the method which is the subject of the invention makes it possible to promote quality radio links.
- the method, object of the invention also makes it possible to promote the completeness of the tree at each level, that is to say the influence of the parameter a previously described in the description in conjunction with the description of the mode of setting. implementation of the FF adaptation function.
- the method, object of the invention also allows the implementation of an optimization of performance and balance.
- n the depth of the tree representing the network, it is then a question of determining the ideal number of child routers, so that each router has the same number of wires close to it. It is also a question of finding what is the ideal number of levels in order to limit the depth to a minimum.
- Ni the ideal number of aforementioned levels
- R t the increasing value of the number of routers desired per son, certain routers having R t -1 son.
- P the population of routers
- N (P) the cardinality of all the routers considered.
- a ZigBee network node as shown in FIG. 3 a, has I / O input / output members, of course allowing the connection of the aforementioned node to the ZigBee network considered, a memory RAM, a storage memory and a central processing unit CPU.
- the storage memory SM can be formed by a non-volatile programmable memory divided or not into storage modules, as will be described below.
- the ZigBee network node shown in FIG. 3 a may advantageously, without limitation, a storage module M 4 allowing the storage of a list of child nodes of the node considered, that is to say the list SNL.
- the node further comprises the modules Mi 5 M 2 , M 3 , M 4 of the aforementioned storage, an executable program module M 5 comprising a series of instructions allowing the execution of the method as described previously in the description in conjunction with Figures 2a to 2h.
- the distinction of the structure of a ZigBee network node object of the present invention, shown in Figures 3a and 3b, is introduced for purely illustrative purposes of understanding in order to show the great flexibility of use of the method which is the subject of the invention, and of implementation of the latter, by simple programming and loading of the values and parameters of the aforementioned variables.
- the storage memory SM can be constituted by a single memory or by the separate modules Mi to M 5 previously mentioned without departing from the scope of the present invention.
- the ad hoc network or ZigBee network node shown in FIGS. 3a and 3b constitutes a device equipped with a module for collecting data from the nodes of the ad hoc network, in terms of the quality of the links and the trees of the nodes. defining a structure of this network, a module for calculating an optimized network structure and a module for reconstructing this network according to this optimized network structure.
- the above-mentioned device can then, according to a variant of implementation, be included in a determined node of a network, or, according to another variant, constitute the aforementioned node.
- the invention covers a computer program product recorded on a storage medium and executable by a computer or by a dedicated device, remarkable in that the computer program comprises a series of instructions allowing execution of the method as described above in connection with Figures 2a to 2h above.
- the aforementioned computer program product recorded on a storage medium can be loaded into the module M 5 of a ZigBee network node playing the role of coordinator, as shown in FIG. 3b or finally on any external tool connected in network to the ZigBee network and allowing to execute the program memorized as product of computer program previously mentioned.
- the aforementioned computer program product can be executed on an external tool in direct connection with the network node playing the role of ZigBee coordinator.
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Abstract
L'invention concerne un procédé de reconstruction d'un réseau ad hoc, notamment d'un réseau de type ZigBee. (A) Les données des nœuds du réseau sont collectées, en termes de qualité des liens et d'arbres du réseau non optimal, (B) une structure optimisée courante est calculée.Les données d'optimisation sont établies (D) et injectées dans le réseau, le réseau est reconstruit (E) selon la structure optimisée courante.
Description
PROCÉDÉ DE RECONSTRUCTION D'UN RÉSEAU AD HOC ET DES NŒUDS
DU RÉSEAU CORRESPONDANT
L'invention concerne un procédé de reconstruction d'un réseau ad hoc, notamment d'un réseau de type ZigBee, et des nœuds de réseau correspondant.
Un réseau ad hoc a pour but de connecter des entités communicantes potentiellement mobiles, en dehors de toute infrastructure préexistante au sein de réseaux spontanés. Chaque entité communique directement avec ses voisines, chacune pouvant jouer le rôle de client, de serveur et de routeur.
Les réseaux ZigBee répondent à une norme de transmission de données sans fil, la norme IEEE 802.15.4, permettant la communication de machine à machine. Outre leur grande souplesse d'utilisation, ces réseaux se caractérisent par une très faible consommation électrique et des coûts de production très bas, ce qui, pour une portée comprise entre 30 mètres et 100 mètres et un débit de transfert de données compris entre 20 et 250 kbits/s, leur réserve les applications à la domotique ou aux matériels de type capteur, à la télécommande ou aux équipements de contrôle du secteur industriel.
Dans les réseaux ZigBee précités, l'adressage des nœuds du réseau est construit soit à partir d'une technique de répartition hiérarchique des adresses, selon une procédure de construction d'arbre en fonction de paramètres initiaux de l'arbre, soit par allocation de blocs d'adresses, gérés au niveau applicatif selon un processus non spécifié, qui peut être un agent centralisé de distribution de blocs d'adresses.
Le processus par allocation de blocs d'adresses présente l'avantage d'une grande adaptation aux besoins d'adressage des routeurs.
II présente, toutefois, l'inconvénient d'être complexe, de n'offrir aucune aide pour le routage et de présenter une faiblesse lorsque, en particulier, un agent centralisé de distribution de blocs d'adresses est utilisé.
A l'heure actuelle, le processus précité n'a été implémenté par aucun fournisseur de réseaux.
Le processus par technique de répartition hiérarchique des adresses présente l'inconvénient, lorsque les paramètres de l'arbre ont été fixés, d'obéir à des règles statiques et donc d'être soumis à des limites structurelles dues au processus d'allocation, après que le coordinateur ZigBee a été choisi pour le réseau.
En particulier, le nombre d'enfants d'un nœud parent de l'arbre est défini une fois pour toutes pour l'arbre considéré.
Par contre, chaque routeur peut allouer des adresses indépendamment des autres et un routage par défaut est applicable. Le processus précité est donc simple et il convient particulièrement aux réseaux de petite taille en nombre de nœuds.
Ses limites actuelles concernent donc les réseaux de grande taille.
Différentes solutions ont été proposées dans le but de remédier aux inconvénients précédemment indiqués.
Une première solution consiste à effectuer une gestion dynamique des paramètres de l'arbre, nœud par nœud. Chaque nœud peut déterminer le nombre de ses nœuds fils. Cette solution présente l'inconvénient majeur selon lequel l'adressage n'est pas adaptatif et requiert une configuration manuelle, routeur par routeur. Les implémentations proposées mettant en œuvre cette solution ne sont pas en mesure de calculer le bloc d'adresses (Cship) à partir des paramètres de ce dernier mais utilisent des tables, ce qui peut poser un problème majeur lorsque les paramètres précités ne sont pas fixés.
Une deuxième solution propose de fixer les adresses nœud par nœud avec un outil d'installation adapté.
Le procédé d'adressage géré au niveau applicatif au moyen d'un agent avait pour objet de mettre en œuvre la proposition selon cette deuxième solution. Toutefois, la complexité finale de mise en œuvre de l'ensemble et la dépendance pour l'adressage vis-à-vis d'un tiers présentent des risques trop importants, du point de vue de la sécurité des transactions, notamment.
Une troisième solution préconisée par G. CHEGARAY a consisté à rendre l'arbre des adresses des nœuds plus adaptatif, en tolérant des excroissances
exceptionnelles après le dernier niveau, en vue de s'affranchir de la limite en profondeur de l'arbre.
Cette proposition n'a pas été retenue, car avérée trop limitée dans ses effets sur l'arbre eu égard à la complexité finalement induite.
Aucune des solutions précitées n'est apparue réellement satisfaisante, ce qui est très gênant pour la mise en œuvre des réseaux ZigBee de grande taille.
En outre, dans le cas de l'adressage des nœuds du réseau à partir d'une technique de répartition hiérarchique des adresses, un deuxième problème apparaît, lequel est lié à l'une des conditions d'utilisation des réseaux ZigBee, selon laquelle le terminal utilisateur et l'utilisateur de ce dernier ne disposent d'aucune connaissance sur ces réseaux, en ce qui concerne soit l'installation, soit l'exploitation ou encore la maintenance. Le terminal et l'utilisateur sont alors dits agnostiques de la technologie de communication.
Or la norme IEEE 802.15.4 relative aux réseaux ZigBee établit une différence entre coordinateurs et routeurs. En conséquence, le procédé précité ne présente de perspective de succès de développement que dans la mesure où l'espace d'adressage est beaucoup plus vaste que le réseau ou bien que le coordinateur autorise une structure du réseau en oeil de poisson, c'est-à-dire un centrage géographique du coordinateur ZigBee.
La deuxième condition précitée nécessite, en fait, des calculs préliminaires, avant l'installation du réseau, d'autant plus hypothétiques à réaliser de manière efficace, qu'il serait alors nécessaire de présumer à l'avance de la qualité de chaque lien radio, afin de prévoir la liaison d'un nœud routeur à un autre nœud routeur.
Bien que spécifiquement adapté, en théorie, à ce type de liaison, il apparaît que les réseaux ZigBee souffrent de limitations susceptibles de porter préjudice à sa diffusion auprès d'usagers et de matériels d'usages agnostiques.
Ainsi qu'on l'observera sur les figures la et Ib, la formation d'un réseau ZigBee, consistant en l'introduction de 2 nœuds A et B dans le réseau, le nœud A représenté en grisé devenant coordinateur ZigBee, ainsi que représenté en figure la, puis l'adjonction aléatoire de nœuds dans ce réseau, ainsi que représenté en figure Ib,
vis-à-vis du nœud coordinateur initial, a pour effet d'excentrer ce dernier: le réseau ZigBee obtenu est non optimal. Si la profondeur maximum du réseau ZigBee, égale à 4 par exemple, est atteinte, il n'est plus possible d'ajouter de nœud à partir du nœud routeur de profondeur correspondante, représenté hachuré sur la figure Ib.
La présente invention a pour objet de remédier à tout ou partie des inconvénients précités des réseaux ad hoc, notamment de type ZigBee, de l'art antérieur.
En particulier, la présente invention a pour objet la mise en œuvre d'un procédé et d'un dispositif de reconstruction d'un réseau ad hoc permettant de calculer et établir une structure optimisée en termes d'extensibilité et de transmission des communications entre nœuds du réseau.
Le procédé de reconstruction d'un réseau ad hoc, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il inclut au moins la collecte des données des nœuds de ce réseau, en termes de qualité des liens et d'arbres des nœuds définissant une structure de ce réseau non optimal, le calcul d'une structure optimisée courante à partir de cette structure de ce réseau non optimal, l'évaluation, par rapport à une valeur d'arrêt de l'impact de la structure optimisée courante vis-à-vis de la structure de ce réseau non optimal, et, si cette valeur d'arrêt n'est pas atteinte par la valeur de cet impact, la structure optimisée courante définissant une structure pseudo-optimisée de ce réseau non optimal, l'établissement et l'injection de données d'optimisation dans ce réseau, la reconstruction de ce réseau selon la structure optimisée courante et le retour itératif à la collecte de données des nœuds de ce réseau et à la succession des étapes de calcul, d'évaluation d'établissement et de reconstruction tant que cette valeur d'arrêt n'est pas atteinte par la valeur de l'impact ; sinon, cette valeur d'arrêt étant atteinte par cette valeur de l'impact, l'arrêt du procédé de reconstruction, au réseau non optimal étant allouée la structure optimisée courante obtenue à la dernière itération, ce réseau non optimal étant ainsi optimisé.
Le procédé de reconstruction d'un réseau ad hoc et le nœud de réseau correspondant trouvent application à la mise en œuvre de l'optimisation des réseaux ad hoc.
Hs seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels, outre les figures la et Ib relatives à l'art antérieur,
- la figure 2a représente, à titre illustratif, un organigramme des étapes essentielles de mise en œuvre du procédé objet de l'invention ;
— la figure 2b représente, à titre illustratif, un mode de mise en œuvre détaillé de l'étape B de calcul d'une structure optimisée de la figure 2a ;
- la figure 2c représente, de manière illustrative, un mode de mise en œuvre préférentiel non limitatif de calcul du score d'adaptation d'un arbre de réseau à partir d'une fonction d'adaptation, selon l'étape Bl de la figure 2b ;
— la figure 2d représente, à titre illustratif, un mode de mise en œuvre détaillé de l'étape C d'évaluation de l'impact de la reconstruction de la figure 2a ;
- la figure 2e représente la structure d'un message de commande transmis à chaque nœud du réseau, dans le cas d'une reconstruction approximative ;
- la figure 2f représente la structure d'un message de commande transmis à chaque nœud du réseau dans le cas d'une reconstruction exacte ;
- la figure 2g représente le processus mis en œuvre par chacun des nœuds du réseau lors de l'étape E de la figure 2a, dans le cas d'une reconstruction approximative ;
- la figure 2h représente le processus mis en œuvre par chacun des nœuds du réseau lors de l'étape E de la figure 2a, dans le cas d'une reconstruction exacte ;
- la figure 3 a représente, à titre illustratif, un nœud de réseau ZigBee, jouant le rôle d'aggrégateur, permettant la mise en œuvre du procédé objet de la présente invention, selon une reconstruction approximative ou exacte ;
— la figure 3b représente, à titre illustratif, un nœud de réseau ZigBee, jouant le rôle de coordonnateur, permettant la mise en œuvre du procédé objet de la présente invention selon une reconstruction approximative ou exacte.
Une description plus détaillée du procédé de reconstructions d'un réseau, tel qu'un réseau ZigBee non optimal, conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2a et les figures suivantes.
En référence à la figure précitée, on indique que le procédé objet de l'invention, peut être mis en œuvre soit en établissant, selon un établissement agnostique, un réseau ZigBee à l'étape AA de la figure 2a, soit, au contraire, en l'absence d'une telle étape d'établissement, sur un réseau ZigBee existant non optimal.
On rappelle également que l'étape AA d'établissement agnostique du réseau ou finalement l'établissement agnostique d'un réseau ZigBee indépendamment de la mise en œuvre du procédé, objet de l'invention, consiste en fait à laisser le réseau s'établir avec le système d'adressage par défaut au fur et à mesure que l'on ajoute de nouveaux nœuds à ce dernier. Le réseau obtenu est ainsi un réseau non optimal dans les deux cas.
En référence à la figure précitée, le procédé objet de l'invention, consiste alors en une étape A de collecte des données des nœuds du réseau, en termes de qualité des liens et d'arbres des nœuds définissant une structure du réseau non optimal. Cette étape est notée étape de récupération des données structurelles sur la figure 2 a.
L'étape A précitée est suivie d'une étape B de calcul d'une structure optimisée courante à partir de la structure de réseau non optimal précité, récupérée à l'étape A.
L'étape B est elle-même suivie d'une étape C d'évaluation, par rapport à une valeur d'arrêt spécifique, de l'impact de la structure optimisée courante vis-à-vis de la structure du réseau non optimal.
Si la valeur d'arrêt n'est pas atteinte par la valeur de l'impact précité, la structure optimisée courante définit alors une structure pseudo-optimisée du réseau et le procédé est poursuivi par une étape D d'établissement et d'injection de données d'optimisation dans le réseau.
Le procédé, objet de la présente invention, est alors poursuivi par une étape E de reconstruction du réseau selon la structure optimisée courante précédemment calculée à l'étape B.
Selon un aspect remarquable du procédé objet de l'invention, l'étape E est elle-même suivie d'une étape F de retour itératif à la collecte des données des nœuds
du réseau à l'étape A, puis à la succession des étapes de calcul d'une structure optimisée B, d'évaluation de l'impact de la reconstruction C, d'injection des données dans le réseau D, puis de reconstruction E successivement, tant que la valeur d'arrêt n'est pas atteinte par la valeur de l'impact évaluée à l'étape C.
Sinon, lorsque la valeur d'arrêt est atteinte par la valeur de l'impact, le procédé est poursuivi par l'arrêt de ce dernier à l'étape G.
Dans cette situation au réseau est allouée la structure optimisée courante obtenue à la dernière itération, le réseau étant ainsi optimisé.
Ainsi qu'on l'a représenté en figure 2a, le procédé, objet de l'invention, comporte en outre une étape de déclenchement automatique de la première itération, cette étape étant notée FR sur la figure 2a. L'étape de déclenchement automatique précitée est exécutée sur détection d'un signal de fausse répartition d'un routeur ou sur détection d'un signal de fausse répartition d'un équipement.
L'étape de déclenchement automatique permet ainsi un déclenchement soit sur un démarrage commandé par un opérateur, par exemple à la mise en service du réseau ou lors d'une opération de maintenance, soit sur détection d'un signal de mauvaise répartition d'un routeur ou d'un équipement.
Un signal de mal répartition d'un routeur est engendré par un routeur qui a la possibilité de se raccorder au réseau, mais qui se trouve dans l'une des situations ci- après :
- soit le routeur considéré est raccordé au dernier niveau de l'arbre, niveau correspondant à la profondeur maximale de l'arbre représentant la structure du réseau ;
- soit il est raccordé en tant qu'équipement terminal, faute de n'avoir pu trouver un emplacement libre comme routeur à un niveau inférieur à la profondeur de l'arbre.
Les deux cas précités correspondent à des situations où le routeur ne peut pas jouer son rôle d'aggrégateur.
Le déclenchement d'un tel signal est optionnel.
Un signal de mal répartition d'un équipement est engendré lorsque l'équipement considéré le juge approprié. Par exemple, si l'équipement doit dialoguer avec un autre équipement qui est introuvable dans le réseau, il peut estimer que la cause provient d'une mauvaise topologie du réseau et déclencher le signal précité.
L'étape de collecte A des données des nœuds du réseau comprend au moins, la découverte, par parcours du réseau, pour récupérer l'adresse de l'ensemble des nœuds aggrégateurs présents dans le réseau et les liens vus par chaque nœud aggrégateur dans les tables de voisinage des nœuds aggrégateurs précités.
L'étape de collecte des données comprend en outre la création d'une première structure de données contenant tous les nœuds et tous les liens pour chaque nœud, accompagnée de la valeur de la qualité de chaque lien, et une deuxième structure de données reconstituant la structure d'adressage des nœuds et leurs relations nœud parent/nœud fils, cette structure d'adressage correspondant à l'arbre des nœuds constitutive du réseau et représentant l'image de la structure et du réseau considéré.
L'étape B de calcul d'une structure optimisée courante sera maintenant décrite en liaison avec les figures 2b et 2c.
Pour la mise en œuvre de l'étape B de calcul d'une structure optimisée, on dispose d'une fonction d'adaptation FF permettant de calculer une valeur d'adaptation de tout ou partie du réseau ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Le calcul d'une structure optimisée courante comprend au moins, ainsi que représenté en figure 2b, le calcul à une étape B1 d'un score spécifique d'adaptation à partir de la fonction d'adaptation FF pour tout ou partie de la structure optimisée courante dans l'espace de recherche de la solution constituée par la table des liens intervenant entre tous les nœuds du réseau.
A l'étape Bi de la figure 2b, l'opération de calcul du score spécifique est notée :
FF→ {ra};:; .
L'opération précitée permet la création d'une population d'individus formée par une pluralité de structures optimisées à chacune desquelles est associé un score spécifique d'adaptation TSj.
L'étape Bi est suivie d'une étape B2 d'amélioration de la population
sur critère de discrimination spécifique d'individus pour engendrer une population améliorée.
A l'étape B2 précitée, l'opération d'amélioration est notée :
où désigne l'ensemble des scores relatif à la population améliorée précitée.
L'étape B2 est suivie d'une étape B3 consistant à sélectionner dans la population améliorée
d'une structure spécifique correspondant au meilleur score d'adaptation, le meilleur score d'adaptation étant noté TSt,m et l'opération de sélection étant notée sur la figure 2b :
La structure spécifique présentant le meilleur score d'adaptation TSbm correspondant à la structure optimisée courante étant notée Toc.
En ce qui concerne la fonction d'adaptation FF, celle-ci sera décrite du point de vue de sa mise en œuvre en relation avec la figure 2c. Pour toute structure d'arbre réseau optimisée courante par exemple, ainsi que pour le réseau non optimal initial, on dispose de la première et de la deuxième structure de données Si et S2 relative à l'arbre des nœuds, avec des relations parent-enfants pour créer l'image de la structure actuelle du réseau.
Ainsi que représenté en figure 2c, la fonction d'adaptation FF et le calcul de celle-ci peut comprendre avantageusement le calcul d'un score d'adaptation de chaque nœud de la structure du réseau à l'étape Bn de la figure 2c dans les conditions ci- après.
Pour tout nœud N d'un réseau ZigBee on définit la valeur du score d'adaptation selon la relation :
nb neighbo)s(N)
score _n(N) = ~ ∑lqi(V, (N)) .
J=O
Dans la relation précédente, nbjieighbors est le nombre de nœuds voisins du nœud considéré N.
En outre, lqi(V) une fonction qui dépend de la valeur de la qualité du lien radio vis-à-vis d'un nœud voisin considéré, qualité du lien désignée par LQI pour Link Quality Indicator en anglais.
A titre d'exemple, pour LQI désignant la valeur mesurée de la qualité de lien entre le nœud N et un voisin V, la fonction de qualité de lien lqi(V) peut être prise égale à
lqi(V)=LQI+r(LQI).
Dans la relation précédente, r(LQI) est une fonction de la qualité du lien LQI qui permet de privilégier les liens radio les plus efficaces. Par exemple, r(LQI)=R valeur constante lorsque LQI >x, x étant une valeur à partir de laquelle on considère que le lien radio est efficace et r(LQI)=0 sinon.
La sous-étape Bj1 de la figure 2c est alors suivie d'une sous-étape B12 consistant à calculer un score d'adaptation de chaque niveau de profondeur de la structure du réseau et de l'arbre représenté par ce dernier, par sommation du score d'adaptation de chaque nœud d'un même niveau.
Dans ces conditions, pour une profondeur d de l'arbre représentatif de la structure du réseau, le score d'adaptation de chaque niveau est donné par la relation :
1 nb _nodes(d)
score _l(d) =—r V score _ n(N(i)) .
a ,=0
Dans la relation précédente, nb_nodes désigne le nombre de nœuds appartenant au niveau de profondeur considéré a est une constante, a>l, déterminée en fonction de la topologie finale souhaitée du réseau optimisé ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.
La sous-étape B12 est alors suivie d'une sous étape Bi3 consistant à calculer un score d'adaptation de l'arbre formé par le réseau par sommation du score
d'adaptation de chaque niveau de profondeur de l'arbre constitutif du réseau considéré.
Pour un arbre t, t est un individu de l'espace de recherche pour lequel le score d'adaptation vérifie la relation : score -'W =
Par la mise en œuvre de la fonction d'adaptation FF précitée et du mode opératoire et de calcul de cette dernière, il est ainsi possible de calculer la valeur d'adaptation de l'ensemble d'un réseau optimisé courant, ou du réseau agnostique initial, ainsi que, bien entendu, d'un sous-arbre de ces derniers ou d'une branche constitutive d'un sous arbre déterminé. En tout état de cause, une structure optimisée de réseau de type ZigBee et présentant la meilleure valeur d'adaptation peut alors être sélectionnée ainsi que décrit précédemment dans la description comme optimum pour le réseau considéré.
Une description plus détaillée de la mise en œuvre de l'étape C d'évaluation de l'impact de la reconstruction sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2d.
Pour la mise en œuvre de l'étape précitée on dispose, en référence à la figure 2d, de la structure d'arbre du réseau, cet arbre étant noté t\, laquelle peut correspondre au réseau initial non optimal et,après la première itération, de la structure d'arbre optimisée to=Toc courante.
Ainsi que représenté sur la figure 2d, en une sous-étape C0, on procède au calcul du score d'adaptation de l'arbre en place dans le réseau, l'arbre ti, c'est-à-dire du calcul du score ST;=score_t(ti).
A la sous-étape C1 suivante on procède au calcul du score ST0=score_t(to) pour la structure optimisée courante.
A la sous-étape C2 on procède alors au calcul de la différence ST0-STj =Δ différence d'adaptation entre la structure d'arbre en place et la structure d'arbre optimisée courante.
La sous-étape C2 est suivie d'une sous-étape C3 consistant à comparer la différence d'adaptation Δ à une valeur e, écart à partir duquel la différence d'adaptation est considérée comme significative.
Sur réponse à la sous-étape C3 positive, c'est-à-dire si l'écart d'adaptation est plus petit que la valeur d'écart e, alors on décide de conserver comme arbre en place dans le réseau, ce dernier. Cette opération est notée à la sous-étape C4 de la figure 2d :
Sinon, sur réponse négative à la sous-étape C3, la décision est de préférer la structure d'arbre optimisée courante à celle existant dans le réseau.
Cette opération à la sous-étape C5 est notée :
ti→to-
A l'étape C d'évaluation de l'impact de la reconstruction de la figure 2a on indique que la valeur d'arrêt est une valeur fonction de l'écart entre un score d'adaptation de l'image de la structure du réseau et un score d'adaptation de la structure optimisée courante.
En particulier, la condition Δ<e de la sous-étape C3 de la figure 2d représente en fait une condition d'arrêt.
Si plusieurs itérations ont été faites pour la reconstruction du réseau, il est alors possible d'imposer une limite N du nombre d'itérations, laquelle peut constituer éventuellement une autre condition d'arrêt.
Dans ces conditions, la valeur d'arrêt est un nombre d'itération de calcul N.
En ce qui concerne l'étape D d'injection de données d'optimisation dans le réseau de la figure 2a, on indique que cette étape peut être réalisée soit pour une reconstruction approximative du réseau, soit au contraire, pour une reconstruction exacte.
Une description plus détaillée de l'étape D d'injection de données d'optimisation dans le réseau telle que représentée en figure 2a, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2e et 2f.
En référence à la figure 2e pour une reconstruction approximative du réseau, l'établissement et l'injection de données d'optimisation consiste à transmettre à chaque nœud du réseau une commande incluant au moins, ainsi que représenté en figure 2e, un délai ΔT de temporisation avant d'opérer la déconnexion de ce nœud du réseau, un numéro d'ordre j pour la reconstruction du réseau, et une variable LV représentant la fonction ou rôle de routeur aggrégateur ou coordinateur du nœud considéré. A titre d'exemple non limitatif, on indique que la variable LV peut être une variable logique de valeur 1 pour le rôle de coordinateur et de valeur 0 pour le rôle de routeur.
Dans le cas de la reconstruction approximative, le message de commande représenté en figure 2e comporte en outre un autre champ désigné SNL constitué par une liste vide SNL=[], c'est-à-dire ne comportant aucun élément. La liste précitée correspond à la liste des nœuds fils du nœud considéré. Lorsque cette liste est vide, ainsi que représenté en figure 2e, le nœud N considéré ne comporte aucun fils et est donc considéré comme un nœud ne comportant aucune descendance.
Au contraire, pour une reconstruction exacte du réseau, le message de commande, tel que représenté en figure 2f, transmis au nœud considéré N, comprend en outre une information contenant la liste des routeurs fils du nœud destinataire, le nœud N, lequel constitue alors un nœud père dans la structure optimisée courante pour l'ensemble des nœuds fils de la liste.
Sur la figure 2f, on considère ainsi que, la liste des routeurs fils est constituée par la liste des routeurs SNL=[A5B, C5D] où A,B,C,D représentent un identifiant ou l'adresse de chacun des nœuds fils associés au nœud père N destinataires du message de commande.
Le processus de reconstruction de l'étape E de la figure 2a sera maintenant décrit dans le cas d'une reconstruction approximative en liaison avec la figure 2g respectivement d'une reconstruction exacte, dans le cas de la figure 2h.
En référence à la figure 2g dans le cas d'une reconstruction approximative, sur réception de la commande CM par chaque nœud, le nœud considéré, à une étape E1, observe le délai de temporisation ΔT avant toute déconnexion.
Si, au nœud considéré, est attribué un rôle de coordinateur, cette condition étant exécutée par le test d'égalité E2, LV=I? de la figure 2g, le nœud, à une étape E3, établit le réseau optimisé à partir du réseau non optimal. Sinon, c'est-à-dire en réponse négative au test E2 de la figure 2g, au nœud considéré étant attribué un rôle d'aggrégateur LV=O, le nœud considéré observe un autre délai de temporisation δt au test E4 de la figure 2g, puis se connecte comme routeur à l'étape E5 de connexion proprement dite représentée sur la figure 2g.
Dans le cas d'une reconstruction exacte du réseau, l'on dispose à chaque nœud considéré de la liste des nœuds fils de ce dernier. Ainsi, l'on connaît chaque nœud père Np et l'ensemble des nœuds fils associés à ce dernier Np[NFk)^1 f .
Chaque nœud père dispose ainsi de l'adresse de ses nœuds fils pré-inscrits.
Lors de leur réveil, après un délai déterminé, chaque nœud, considéré comme un nœud fils d'un nœud père existant, procède à la recherche du nœud père auprès duquel il est préenregistré comme nœud fils, cette sous-étape étant désignée E'i sur la figure 2h et désignée Recherche Np, où Np désigne le nœud père du nœud fils considéré.
Sur recherche et identification réussie, c'est-à-dire sur réponse positive au test de la sous-étape E2 notée Np≠0? alors chaque nœud fils à la sous-étape E3 se connecte au nœud père considéré selon la relation ci-après :
Connexion Nfk<→Np.
Sinon, en réponse négative à la sous-étape E'2 de la figure 2h, en l'absence de réponse du nœud père Np à la recherche exécutée par le nœud fils Nfk considéré, chacun des nœuds fils Nfk précité procède à une connexion à un autre nœud du réseau par une procédure d'association à la sous-étape E4 de la figure 2h.
L'opération de connexion est désignée :
Connexion Nfk<→Nx≠p.
La procédure de connexion comme nœud fils d'un autre nœud, différent du nœud père Np, telle que décrite à la sous-étape E'4 de la figure 2h, permet au nœud fils précité de ne pas rester orphelin.
Enfm, dans le cas de la figure 2g, le délai de temporisation δt introduit à l'étape E4 correspond à un délai sensiblement proportionnel au rang de connexion j contenu dans le message CM.
Différentes indications seront maintenant données pour ce qui concerne la mise en œuvre du procédé objet de la présente invention. Le procédé de reconstruction d'un réseau de type ZigBee, conforme à l'objet de la présente invention, permet une optimisation des performances et de l'extension du réseau par les bords, ce qui contribue à diminuer la profondeur de ce dernier.
En particulier, le calcul de la fonction d'adaptation découle des hypothèses suivantes :
- meilleurs sont les liens radio entre nœuds et mieux est en conséquence le lien parent/enfant de l'arbre et de l'association des nœuds correspondants ;
— moins il y a de sauts entre deux nœuds, plus est performante la communication ;
- plus on limite la profondeur et plus le réseau a de chances de s'étendre sur les bords et moins il y a de sauts, ce qui permet d'améliorer les performances du réseau optimisé.
En outre, le procédé, objet de l'invention, permet de favoriser les liens radio de qualité.
En effet, si l'on considère une topologie en étoile, il est avantageux de favoriser les liens radio de meilleure qualité.
Le procédé, objet de l'invention, permet également de favoriser la complétude de l'arbre à chaque niveau, c'est-à-dire l'influence du paramètre a précédemment décrit dans la description en liaison avec la description du mode de mise en œuvre de la fonction d'adaptation FF.
Il permet, en particulier, de pénaliser la structure d'arbre de réseau qui crée des branches longues et de favoriser la complétude des niveaux de l'arbre au fur et à mesure que la profondeur de niveau augmente en appliquant le coefficient \lan avec a>\.
L'influence du paramètre a est la suivante :
- si α=l, alors seule la qualité des liens radio est prise en compte ;
- si a est grand, alors la valorisation du niveau n par rapport au niveau n+1 est très forte, ce qui fait que des solutions qui répartiraient mieux les relations parents/enfants ne seront pas avantagées.
Pour a=Rm on équilibre le poids de chaque niveau, de sorte qu'un arbre complet dont tous les liens radio sont équivalents présente le même poids à chaque niveau. On obtient alors la propriété suivante : le nœud ayant le plus de routeurs fils sera la racine de l'arbre ayant la meilleure valeur d'adaptation. Cette valeur est alors une valeur extrême.
En conséquence, on conclut que la valeur de a peut être choisie entre
Le choix de la valeur a=Rm/2 est recommandé.
Le procédé, objet de l'invention, permet également la mise en œuvre d'une optimisation des performances et de l'équilibre.
En effet, il est possible de prendre en compte des critères différents, compte tenu des hypothèses ci-après :
- meilleurs sont les liens radio et meilleur est le lien parent/enfant de l'arbre ;
- plus l'arbre est équilibré et plus il est facile à un nœud routeur de se joindre au réseau et plus les charges seront réparties entre les nœuds constitutifs de ce dernier ;
- plus on limite la profondeur de l'arbre représentant le réseau, plus le réseau à de chances de s'étendre dans toutes les directions et moins il y a de sauts.
Un critère sur l'équilibre de l'arbre apparaît du fait de ces hypothèses.
Connaissant n la profondeur de l'arbre représentant le réseau, il s'agit alors de déterminer le nombre de routeurs enfants idéal, afin que chaque routeur ait le même nombre de fils à un près. Il s'agit aussi de trouver quel est le nombre idéal de niveaux afin de limiter la profondeur au minimum. On désigne par Ni le nombre idéal de niveaux précités et par Rt la valeur majorante du nombre de routeurs désirés par fils, certains routeurs ayant Rt-1 fils.
Enfin, on note P la population de routeurs et N(P) la cardinalité de l'ensemble des routeurs considérés.
Le nombre d'éléments d'un arbre de routeurs est donné par la suite géométrique correspondante :
Cette relation désignant la taille d'un arbre dont le nombre de routeurs fils est donné par R et comportant n niveaux.
On recherche alors Rt, valeur majorante du nombre de routeurs, et m, nombre idéal de niveaux en calculant successivement les valeurs B(n, R) en commençant par n=l et R=R1n, où R1n désigne la valeur extrême du paramètre a.
Si B(n,R)<N(P) alors il faut incrémenter la valeur de n nombre de niveaux.
Sinon
ou B(ni,R)<N(P).
Dès que B(ni5R)>N(P) et B(n;,R-l)<N(P) alors R=R1, valeur majorante du nombre de routeurs désirés par nœud fils.
Il est alors possible de mettre en œuvre une fonction d'adaptation FF qui favorise l'écart minimum entre le nombre de routeurs fils d'un nœud et la valeur majorante Rt précitée. Par exemple, en calculant pour un routeur parent ayant R nœuds fils :
Une description plus détaillée d'un nœud de réseau ad hoc ou de réseau ZigBee, conforme à l'objet de la présente invention, c'est-à-dire permettant en fait la mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment dans la description, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 3 a et 3b.
D'une manière générale, on rappelle qu'un nœud de réseau ZigBee, ainsi que représenté en figure 3 a comporte des organes d'entrée/sortie I/O, permettant bien entendu la connexion du nœud précité au réseau ZigBee considéré, une mémoire de travail RAM, une mémoire de stockage et une unité centrale de traitement CPU.
La mémoire de stockage SM peut être formée par une mémoire programmable non volatile divisée ou non en modules de mémorisation, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
La mémoire de stockage peut comporter avantageusement, mémorisée dans cette dernière, une valeur ΔT de délai de temporisation à la déconnexion du nœud de réseau ZigBee considéré mémorisée dans un module M1, un numéro d'ordre j pour la reconstruction de ce réseau, module M2 sur la figure 3 a, et une variable logique LV, mémorisée dans le module M3, conférant au nœud considéré, soit un rôle d'aggrégateur pour LV=O par exemple, soit un rôle de coordinateur ZigBee pour LV=I, ainsi que décrit précédemment dans la description.
Les éléments décrits en liaison avec la figure 3 a précédente permettent alors d'exécuter une reconstruction approximative du réseau ainsi que décrit en liaison avec le procédé et les figures précédentes.
En outre, le nœud de réseau ZigBee représenté en figure 3 a peut comporter de manière avantageuse non limitative, un module de mémorisation M4 permettant la mémorisation d'une liste des nœuds fils du nœud considéré, c'est-à-dire la liste SNL.
Lorsque la liste SNL est vide, soit SN=[], alors le nœud ZigBee considéré permet de réaliser une reconstruction approximative. Sinon, lorsque chaque nœud
ZigBee comporte une liste non vide, soit SNL=[A5B5C5D] où A5B5C5D représente l'adresse des nœuds fils du nœud considéré, alors la liste des nœuds fils du nœud considéré précité permet à ce dernier d'exécuter une reconstruction exacte du réseau.
Sur la figure 3b on a représenté un nœud de réseau ZigBee comportant une variable logique LV=I conférant à ce dernier un rôle de coordinateur ZigBee. Dans cette situation, le nœud comporte en outre les modules Mi5 M2, M3, M4 de mémorisation précitée, un module de programme exécutable M5 comprenant une suite d'instructions permettant l'exécution du procédé tel que décrit précédemment dans la description en liaison avec les figures 2a à 2h.
On comprend, en particulier, que la distinction de la structure d'un nœud de réseau ZigBee objet de la présente invention, représenté en figures 3a et 3b, est introduite à des fins purement illustrative de compréhension afin de montrer la
grande souplesse d'utilisation du procédé objet de l'invention, et de mise en œuvre de ce dernier, par simple programmation et chargement des valeurs et paramètres de variables précitées. En particulier, on comprend bien entendu que, la mémoire de stockage SM peut être constituée par une mémoire unique ou par les modules Mi à M5 séparés précédemment mentionnés sans sortir de l'objet du cadre de la présente invention.
En outre, le nœud de réseau ad hoc ou de réseau ZigBee représenté en figure 3a et 3b constitue un dispositif équipé d'un module de collecte de données des nœuds du réseau ad hoc, en termes de qualité des liens et d'arbres des nœuds définissant une structure de ce réseau, d'un module de calcul de structure de réseau optimisée et d'un module de reconstruction de ce réseau selon cette structure de réseau optimisée. Le dispositif précité peut alors selon une variante de mise en œuvre être inclus dans un nœud déterminé d'un réseau, ou, selon une autre variante, constituer le nœud précité.
Enfin, l'invention couvre un produit de programme d'ordinateur enregistré sur un support de mémorisation et exécutable par un ordinateur ou par un appareil dédié, remarquable par le fait que le programme d'ordinateur comprend une suite d'instructions permettant l'exécution du procédé tel que décrit précédemment en liaison avec les figures 2a à 2h précitées. A titre d'exemple non limitatif, le produit de programme d'ordinateur précité enregistré sur un support de mémorisation peut être chargé dans le module M5 d'un nœud de réseau ZigBee jouant le rôle de coordinateur, tel que représenté en figure 3b ou finalement sur tout outil externe connecté en réseau au réseau ZigBee et permettant d'exécuter le programme mémorisé comme produit de programme d'ordinateur précédemment mentionné. Dans ce cas, le produit de programme d'ordinateur précité, peut être exécuté sur un outil externe en liaison directe avec le nœud du réseau jouant le rôle de coordinateur ZigBee.
Claims
1. Procédé de reconstruction d'un réseau ad hoc, caractérisé en ce que ledit procédé inclut au moins :
- la collecte de données des nœuds dudit réseau, en termes de qualité des liens et d'arbres des nœuds définissant une structure dudit réseau;
— le calcul d'une structure optimisée courante, à partir de ladite structure dudit réseau;
— l'évaluation, par rapport à une valeur d'arrêt, de l'impact de la structure optimisée courante vis-à-vis de la structure dudit réseau;
— l'établissement et l'injection de données d'optimisation dans ledit réseau ;
— la reconstruction dudit réseau selon ladite structure optimisée courante ;
- le retour itératif à la collecte de données des nœuds dudit réseau et à la succession des étapes de calcul, d'évaluation, d'établissement et d'injection puis de reconstruction, tant que ladite valeur d'arrêt n'est pas atteinte par la valeur de l'impact ; sinon, ladite valeur d'arrêt étant atteinte par ladite valeur de l'impact,
— l'arrêt du procédé de reconstruction, audit réseau étant allouée la structure optimisée courante obtenue à la dernière itération, ledit réseau étant ainsi optimisé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que celui-ci comporte en outre une étape de déclenchement automatique, soit sur détection d'un signal de fausse répartition d'un routeur, soit sur détection d'un signal de fausse répartition d'un équipement, ou encore sur commande d'un opérateur.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape d'évaluation de l'impact inclut une sous étape de calcul du score d'adaptation de l'arbre en place dans le réseau, une sous étape de calcul du score de la structure optimisée courante, une sous étape de calcul de la différence d'adaptation entre la structure d'arbre en place et la structure optimisée courante, une sous étape de
comparaison de la différence d'adaptation à une valeur d'écart, à partir duquel la différence d'adaptation est considérée comme significative, et le maintien de l'arbre en place dans le réseau si cet écart d'adaptation est inférieur à cette valeur d'écart et le choix de la structure d'arbre optimisée courante, sinon.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de collecte des données des nœuds dudit réseau comprend au moins :
- la découverte par parcours dudit réseau pour récupérer l'adresse de l'ensemble des nœuds aggrégateurs présents dans ledit réseau et les liens vus par chaque nœud aggrégateur dans les tables de voisinage desdits nœuds aggrégateurs ;
— la création d'une première structure de données contenant tous les nœuds et tous les liens pour chaque nœud, accompagnés de la valeur de la qualité de chaque lien ;
- la création d'une deuxième structure de données reconstituant la structure d'adressage des nœuds et leurs relations, nœud parent/nœud fils, représentative de l'image de ladite structure et dudit réseau.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit calcul d'une structure optimisée courante comprend au moins :
- le calcul d'un score spécifique d'adaptation à partir d'une fonction d'adaptation pour au moins une partie de ladite structure optimisée courante, dans l'espace de recherche de la solution constituée par la table des liens intervenant entre tous les nœuds dudit réseau, en vue de la création d'une population d'individus formée par une pluralité de structures optimisées, à chacune desquelles est associé un score spécifique d'adaptation ;
- l'amélioration de ladite population, sur critère de discrimination spécifique d'individus pour engendrer une population améliorée ;
- la sélection dans ladite population améliorée d'une structure spécifique présentant le meilleur score d'adaptation comme structure optimisée courante.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape d'évaluation de l'impact consiste au moins, pour l'image de la structure dudit
réseau et pour chaque structure optimisée courante, à calculer, par l'intermédiaire de ladite fonction d'adaptation, une valeur de distance, écart entre le score d'adaptation de l'image de la structure dudit réseau et le score d'adaptation de chaque structure optimisés courante ; et si la valeur dudit écart est inférieure à une valeur de différence significative,
— conserver comme structure optimisée courante la structure dudit réseau ; sinon, si la valeur dudit écart est supérieure à ladite valeur de différence significative,
— substituer à ladite structure dudit réseau ladite structure optimisée courante.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite valeur d'arrêt est une valeur fonction de l'écart entre un score d'adaptation de l'image de la structure dudit réseau et un score d'adaptation de la structure optimisée courante.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour une reconstruction approximative dudit réseau ledit établissement et injection de données d'optimisation consiste au moins à transmettre à chaque nœud dudit réseau une commande incluant au moins :
— un délai de temporisation avant d'opérer la déconnexion du réseau ;
— un numéro d'ordre j pour la reconstruction du réseau ;
— un rôle d'aggrégateur, routeur ou coordinateur.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour une reconstruction exacte dudit réseau ladite commande comprend en outre une information contenant la liste des routeurs fils du nœud destinataire, constituant un nœud père dans la structure optimisée courante.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour une reconstruction approximative, sur réception de ladite commande par chaque nœud,
- ledit nœud observe ledit délai de temporisation avant toute déconnexion ; et, si audit nœud est attribué un rôle de coordinateur,
- ledit nœud établit ledit réseau optimisé, à partir dudit réseau non optimal ; sinon,
- ledit nœud observe un autre délai de temporisation puis se connecte comme routeur.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, pour une reconstruction exacte, chaque nœud père disposant de l'adresse de ses nœuds fils pré-inscrits, lors de leur réveil après un délai déterminé,
- chaque nœud procède à la recherche du nœud père auprès duquel il est préenregistré comme nœud fils ; et, sur recherche et identification réussie,
- chaque nœud fils se connecte audit nœud père ; sinon, en l'absence de réponse dudit nœud père,
- chaque nœud fils procède à une connexion à un autre nœud dudit réseau, par une procédure d'association.
12. Nœud de réseau ad hoc comportant des organes d'entrée/sortie, une mémoire de travail, une mémoire de stockage et une unité centrale de traitement, caractérisé en ce que ledit nœud comporte au moins, mémorisés dans ladite mémoire de stockage :
— une valeur de délai de temporisation à la déconnexion de ce nœud de ce réseau ;
- un numéro d'ordre pour la reconstruction de ce réseau ;
- une variable logique conférant audit nœud soit un rôle d'aggrégateur, soit un rôle de coordinateur, ce qui permet audit nœud d'exécuter une reconstruction approximative dudit réseau.
13. Nœud de réseau selon la revendication 12, caractérisé en ce que celui- ci comporte en outre mémorisée dans ladite mémoire de stockage une liste de nœuds fils dudit nœud, ce qui permet audit nœud d'exécuter une reconstruction exacte dudit réseau.
14. Nœud de réseau selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que, pour une variable logique conférant audit nœud un rôle de coordinateur, ledit nœud comporte en outre, mémorisé dans ladite mémoire de stockage, un module de programme exécutable comprenant une suite d'instructions permettant l'exécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 11.
15. Dispositif de reconstruction d'un réseau ad hoc, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte au moins :
- des moyens de collecte de données des nœuds du réseau ad hoc, en termes de qualité des liens et d'arbres des nœuds définissant une structure dudit réseau ;
- des moyens de calcul d'une structure de réseau optimisée ;
- des moyens de reconstruction du réseau selon ladite structure de réseau optimisée.
16. Produit de programme d'ordinateur enregistré sur un support de mémorisation et exécutable par un ordinateur ou par un appareil dédié, caractérisé en ce que ledit programme d'ordinateur comprend une suite d'instructions permettant l'exécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 11.
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