ES2258135T3 - Metodo y sistema para la agrupacion dinamica de objetos moviles. - Google Patents

Abstract

Un método para agrupar entes móviles (14, 16) que comprende: definir un ente de partición (80); construcción de una estructura de datos (60, 62, 64) que define una pluralidad de células (70, 72, 76) ocupadas por dichos entes móviles (14, 16); para cada célula, elección (100) de un coordinador (74) entre el conjunto de entes móviles que ocupan esa célula; dichos coordinadores calculan cooperativamente (102) los costes asociados con la subdivisión y fusión selectiva de dichas células y comunican (104) dichos costes a dicho ente de creación de particiones (80); dicha unidad de creación de particiones utiliza dichos costes (106) para generar un nuevo esquema de particiones; y comunicación de dicho nuevo esquema de particiones (108) a dichos entes móviles.

Description

Método y sistema para la agrupación dinámica de objetos móviles.

Antecedentes y resumen de la invención

La presente invención se refiere en general a sistemas de información distribuidos. Más específicamente, la invención se refiere a un algoritmo multidifusión escalable para agentes móviles. Aplicaciones para la invención incluyen el sistema de transporte inteligente en el cual vehículos inteligentes están conectados a una red y envían periódicamente información sobre la situación tal como posición, velocidad, tráfico, condiciones climatológicas y similares. La invención tiene otras utilidades en el sistema de transporte cooperativo inteligente, en la cual vehículos cooperan para entregar mercancías en su destino. Los principios de la invención también se pueden hacer extensivos a otras aplicaciones de objetos móviles, incluidos juegos en redes multiusuario.

Los sistemas de información distribuidos van ganando popularidad a medida que cada vez más dispositivos establecen conectividad en Internet. Un tipo importante de sistemas de información distribuidos recae en clientes que sólo estén interesados en información de su inmediata proximidad geográfica. La técnica de la invención tiene por objetivo descubrir y recuperar eficientemente dicha información. Una aplicación especialmente prometedora se refiere al sistema de transporte inteligente. Una vez que la mayoría de todos los vehículos están equipados con capacidad para conectividad inalámbrica a través de Internet, se pueden utilizar aplicaciones de software ejecutadas en sistemas informáticos de los vehículos para establecer un sistema distribuido de información.

En dicho sistema, cada vehículo serviría al mismo tiempo como fuente de datos y destino de datos, reuniendo información sobre la posición de cada vehículo, su velocidad, su sentido de desplazamiento y demás información sobre la situación, tal como de tráfico y de las condiciones climatológicas. En efecto, cada vehículo reuniría información sobre su situación y difundiría esa información a otros vehículos interesados, que harían uso de la misma.

Una forma corriente de construir un sistema de información distribuido para esta clase de aplicación es establecer un servidor central que recoge la información de todos los usuarios (por ejemplo, de todos los vehículos). Un tal servidor central se describe en Habetha J. et al, "Outline of a centralized multihap ad hoc wireless network", Computer Networks, vol. 37, nº 1, páginas 63-71, septiembre de 2001. Cuando un usuario desea obtener información sobre las condiciones en una zona concreta, el usuario envía una petición al servidor y el servidor transmite entonces los resultados al solicitante. Este planteamiento presenta un escalado de problemas, a medida que aumenta el número de usuarios de la aplicación, ya que el ancho de banda de la red y los recursos de procesamiento requeridos por el servidor central aumentan rápidamente. El servidor central se convierte pronto en un cuello de botella y en un único punto de fallo para el sistema.

Otra técnica corriente consiste en hacer que todos los usuarios se unan a un grupo multidifusión común a través del cual difunden toda la información. Después de recibir información del grupo multidifusión, cada usuario tiene que filtrar y eliminar los mensajes que considera superfluos. Por ejemplo, en la aplicación del tráfico, un usuario que se encuentra en el lado noreste de la ciudad puede no estar interesado en las condiciones del tráfico en el lado suroeste y podría por tanto el cliente configurar el software de la aplicación para eliminar la información del lado suroeste como superflua.

Aunque el planteamiento multidifusión corriente soluciona el problema del punto único de fallo asociado con un único servidor, lo hace con un coste importante de aumento de las necesidades de ancho de banda de la red y también aumento de los recursos de procesamiento consumidos por cada uno de los ordenadores de a bordo de los usuarios.

La presente invención se dirige a solucionar el problema proporcionando múltiples grupos multidifusión. El sistema divide una zona en regiones o células y asocia cada región o célula con una dirección de grupo multidifusión. De este modo, los usuarios que sólo están interesados en información sobre su zona circundante inmediata, o dominio de visión, descubren información de interés mediante cooperación con otros usuarios cercanos. Así, un usuario situado en el lado noroeste obtendría información de otros usuarios de esa región o célula utilizando la dirección del grupo multidifusión asociado con esa célula. Entretanto, la información relativa a las condiciones en la célula del lado suroeste se comunicarían utilizando una dirección distinta de grupo multidifusión. Así, los usuarios del lado noreste no tendrían necesidad de filtrar y de eliminar información procedente del lado suroeste. Naturalmente, si un usuario concreto está interesado en obtener información sobre otra región o célula, un sistema bien diseñado debería estar preparado para proporcionarla. La presente invención hace esto posible utilizando una estructura de datos quad-tree dinámicamente reconfigurable que almacena la configuración actual y la relación con todas las células o regiones. Aunque la estructura de datos quad-tree es la preferida actualmente, se pueden utilizar otras estructuras de datos tales como árboles K-d o similares. La estructura de datos se mantiene y actualiza mediante uno o varios servidores de particiones, que pueden ser un servidor central o una serie de servidores distribuidos, que determinan el tamaño y la agrupación óptimos de células a partir de las necesidades siempre cambiantes de los usuarios.

A medida que los vehículos para objetos móviles se desplazan de un sitio a otro, el servidor de particiones adquiere información sobre este movimiento y reconfigura la estructura de datos quad-tree para optimizar el rendimiento. Por consiguiente, las regiones con una elevada densidad de usuarios se descompondrán en un número de células mayor mediante la división de una o más células existentes en otras más pequeñas. Por el contrario, a las regiones escasamente pobladas se les pueden asignar células de mayor tamaño fusionando células contiguas más pequeñas que están menos pobladas.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el algoritmo de partición dinámica quad-tree (árbol cuaternario) asigna un coordinador para cada célula que es elegido por los usuarios de esa célula. El coordinador evalúa entonces el coste asociado con la división o fusión de su célula sobre la base del conocimiento local de las condiciones de uso. Teniendo un coordinador elegido para realizar esta función, los otros usuarios dentro de la célula no tienen que dedicar recursos informáticos para reunir esta información. El coordinador envía la información de coste al servidor de particiones. El servidor de particiones utiliza un algoritmo para determinar qué células se deben dividir y qué células se deben fusionar para minimizar el coste global, optimizando así el rendimiento del sistema. El servidor de particiones difunde entonces el nuevo esquema de particiones a todos los usuarios. De este modo, los usuarios reciben avisos de todas las células que están disponibles para comunicar con ellas. Por lo tanto, si un usuario situado en el lado noroeste desea obtener información del lado sureste, ese usuario puede identificar cuál es la célula actualmente asociada con el lado sureste que puede contener información de interés.

La invención proporciona así una solución híbrida que utiliza al mismo tiempo, componentes distribuidos (multidifusión, coordinador) y componentes centralizados (servidor de particiones) para dividir dinámicamente una zona de manera que los objetos móviles se agrupen eficientemente. Para comprender mejor la invención, sus objetos y sus ventajas, se expone la siguiente descripción y los dibujos que la acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se comprenderá mucho mejor mediante la descripción detallada y los dibujos que la acompañan en los cuales:

la figura 1 es una representación esquemática de una zona geográfica de ejemplo que se ha dividido en regiones o células, que resulta útil para comprender los principios de la invención;

la figura 2 es un diagrama de bloques de una aplicación cliente de acuerdo con una realización preferida actualmente;

la figura 3 es un diagrama de una estructura de datos que ilustra un ejemplo de una estructura de datos quad-tree;

la figura 4 es un diagrama de flujo de datos que ilustra las relaciones entre las entidades móviles, el coordinador elegido y el servidor de particiones;

la figura 5 es un diagrama de flujo del algoritmo de partición dinámica;

la figura 6 es un ejemplo de estructura de datos quad-tree poblada con entes móviles de ejemplo que es útil para comprender el proceso de elección del coordinador y

la figura 7 es un algoritmo preferido descendente profundo para subdividir células.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

El algoritmo de agrupación dinámica multidifusión de la presente invención tiene numerosos usos. Para explicar los principios de la invención, se ilustra en la figura 1 una aplicación distribuida de descubrimiento de condiciones de tráfico. Los entes móviles se desplazan dentro de una zona geográfica y comunican condiciones de tráfico entre sí mediante la incorporación a varios grupos multidifusión cada uno de los cuales está asociado con una región o célula dentro de la zona geográfica. Aunque los entes móviles pueden ser vehículos automóviles, es evidente que los principios de la invención se pueden aplicar fácilmente a otros tipos de entes móviles tales como aviones, peatones e incluso paquetes o mercancías en tránsito. Además, mientras que aquí se ha ilustrado la aplicación distribuida de descubrimiento de las condiciones de tráfico, la invención tiene capacidad para una amplia gama de otros usos. Otro ejemplo de dichos usos es el sistema inteligente de transporte cooperativo en el cual unos vehículos cooperan con otros para entregar otras mercancías en los destinos apropiados. La invención se puede utilizar también en juegos de red multiusuario y otras simulaciones.

En la figura 1, se ilustra en 10 un mapa del Distrito de Columbia. El mapa del ejemplo muestra una zona geográfica de interés que incluye el Distrito de Columbia y sus zonas circundantes de Virginia y Maryland. En 12 se muestra una copia del mismo mapa del Distrito de Columbia con una cantidad de entes móviles 14 superpuesta sobre el mismo. Por ejemplo, cada uno de los entes móviles puede ser un turismo, un camión u otro vehículo equipado con el software de aplicación cliente de acuerdo con la invención. Cada ente móvil está equipado además con un equipo de comunicaciones adecuado con capacidad para Internet, para permitir al ente móvil establecer comunicación con otros entes móviles participando en una o más sesiones multidifusión. La distribución de la cantidad de entes móviles puede ser de cualquier tipo, desde una distribución uniforme, pasando por la distribución normal, hasta una distribución altamente agrupada. Además, puede esperarse que la distribución varíe a lo largo del día a medida que las entes móviles se desplacen por la zona realizando sus actividades. A efectos de ilustración, se ha incluido una distribución uniforme en la figura 1. Sin embargo, sería más probable una distribución agrupada, ya que de las distintas partes del distrito indudablemente unas tendrán más tráfico que otras.

En la figura 1, se han ilustrado con mayor detalle de dos entes móviles 14 y 16. El tamaño o escala de las entes se ha exagerado con fines ilustrativos. El ente 14 se encuentra en una posición que está al norte y al oeste del ente 16. Cada ente tiene un dominio de visión representado por los círculos 18 y 20, respectivamente, que corresponden a la zona geográfica sobre la cual el ente está interesado en adquirir información. Obsérvese que los dominios de visión 18 y 20 de los dos entes móviles ilustrados se solapan. Esto implica que los dos entes comparten un interés común. Esto no es un requisito del sistema ya que cada ente controla su propio dominio de visión y puede por tanto incluir o excluir tanto territorio como desee.

Colectivamente, todos los entes en comunicación compilan un cuerpo de información global 22 que está constituido por todos los cuerpos colectivos de información local, tal como la información local 24 asociada con el ente 16. En la realización actualmente preferida, la información global 22 se mantiene de una manera distribuida. Por consiguiente, no es necesario cargar y almacenar una copia completa de la información global en una base de datos central. En lugar de eso, la información global existe en un estado distribuido bajo la forma de una colección de cuerpos de información locales. Cada ente móvil puede acceder a la información que le resulta pertinente, de acuerdo con su dominio de visión específico. Debido a que los entes locales controlan sus respectivos dominios de visión, cualquier ente móvil puede, si lo desea, adquirir información sobre cualquier región de la zona geográfica. En una aplicación de tráfico, el ente móvil está típicamente interesado en las condiciones del tráfico en las proximidades.

Los entes móviles comunican con otros entes móviles para obtener información, basada típicamente en consideraciones geográficas. Los entes comunican con otros entes que están físicamente presentes dentro de una región geográfica de interés o que han adquirido información sobre una región geográfica de interés. Los entes móviles determinan con qué otros entes desean comunicar utilizando una estructura de datos común que refleja cómo están agrupados o dispuestos geográficamente los entes móviles. Para dar a todos los entes móviles una base común para organizar su forma de agruparse, la realización actualmente preferida utiliza una estructura de datos quad-tree que se actualiza dinámicamente para reflejar pautas de distribución cambiantes de los entes a medida que éstos se desplazan. En la realización preferida, la estructura de datos quad-tree se genera centralmente en el servidor de particiones, sobre la base de la información recogida y evaluada localmente. Cada vez que se revisa el quad-tree, los entes comparten una copia de la estructura de datos quad-tree.

Cada nodo o célula dentro de la estructura de datos quad-tree tiene asignado una dirección de grupo multidifusión. Un ente móvil que desee obtener información sobre condiciones asociadas con esa célula sólo tiene que incorporarse al grupo multidifusión. Por lo tanto, la estructura de datos quad-tree orienta a los entes móviles para determinar los grupos multidifusión a los que deben incorporarse, sobre la base del dominio de visión actual de ese ente.

Cada ente móvil actúa como fuente y destino de datos en la realización preferida. Esto se ha ilustrado esquemáticamente en la figura 1 en 26 y 28.

En la realización actualmente preferida, cada ente móvil tiene un sistema informático que ejecuta una aplicación cliente que se describe funcionalmente en la figura 2. La aplicación cliente tiene un puerto de destino de datos 40 a través del cual llega información entrante procedente del cuerpo colectivo de información global 22. Debido a que la información global 22 se almacena típicamente de forma distribuida, el flujo de datos real procederá de una o más entidades móviles con las cuales está en comunicación la aplicación cliente utilizando uno o más canales multidifusión.

Para que la aplicación cliente pueda proporcionar también información al cuerpo de información global 22, la aplicación cliente incluye un puerto de fuente de datos 42. La información local se almacena en el almacén local de datos 44. Como se ilustra, este almacén de datos local proporciona información al puerto de fuente de datos 42. También recibe información del puerto de destino de datos 40 después de haber sido procesada por un filtro de información 46. El filtro de información elimina la información superflua, tal como la información que no pertenece al dominio de visión del ente móvil.

El almacén local de datos está situado preferiblemente en la memoria legible del ordenador que es administrada por la aplicación cliente. El almacén local de datos conserva información sobre el ente móvil y su asociación con una célula de origen del quad-tree, como se ha representado esquemáticamente en 50. El almacén local de datos conserva también otra información de situación local que es específica de la aplicación. Como se muestra esquemáticamente en 52, la información de situación local puede incluir datos sobre la posición del ente móvil, su velocidad y otros datos pertinentes relativos a la posición, así como otras condiciones tales como temperatura, velocidad del viento y otras condiciones medioambientales.

En la realización actualmente preferida, cada ente móvil tiene la posibilidad de servir de coordinador para la célula en la cual se encuentra ese ente. Es responsabilidad del coordinador evaluar las condiciones de congestión dentro de la célula y evaluar si la célula en cuestión debe subdividirse o fusionarse con otras células para mejorar el rendimiento. En la realización preferida, se elige un solo coordinador para cada célula sobre la base del lugar donde se encuentra físicamente una entidad móvil dentro de la célula. Si se desea, se pueden utilizar otros criterios. La aplicación cliente utiliza un módulo de procesamiento 54 que accede a información del almacén local de datos 44 relacionada con la configuración actual del quad-tree y la posición del ente móvil dentro de una célula concreta, para determinar si el ente cumple las condiciones necesarias para ser el coordinador. Todas las demás entes móviles tienen el mismo módulo 54 y por lo tanto son capaces de determinar si son adecuados para ser coordinador. Las reglas de elección del coordinador se establecen de tal manera que sólo se elige un coordinador por célula en la realización actualmente preferida.

Debido a que cada ente móvil es potencialmente capaz de cumplir los requisitos para ser elegido coordinador para una célula concreta, el módulo de procesamiento 54 incluye una rutina de procesamiento para evaluar información de costes que refleja si las células deben subdividirse o fusionarse. Esta información de coste se evalúa a nivel de célula y luego se comunica al servidor de particiones, como se explicará con más detalle a continuación. La realización actualmente preferida evalúa el coste sobre la base del número de incorporaciones al grupo multidifusión que se han producido dentro de una célula dada y el número de mensajes superfluos que los miembros de esa célula han tenido que filtrar y eliminar o rechazar. El coste de incorporación es aquél en el que incurre un usuario incorporándose a grupos multidifusión asociados con células. El coste de los mensajes superfluos es aquél en el que se incurre contando el número de mensajes no deseados recibidas de un grupo multidifusión. La subdivisión de una célula en un número de células hijas más pequeñas establece un reticulado más fino que da al sistema mayor capacidad para discernir entre usuarios y reducir así el número de mensajes superfluos. Por otra parte, la subdivisión de células en células hijas cada vez más pequeñas aumenta la necesidad de los usuarios de incorporarse a grupos multidifusión adicionales con objeto de alcanzar su dominio de visión. Por consiguiente, hay un compromiso entre el número de incorporaciones al grupo multidifusión y el número de mensajes superfluos. Este compromiso está directamente relacionado con la densidad de usuarios dentro de una zona dada.

Como se ha indicado anteriormente, la realización actualmente preferida utiliza una estructura de datos quad-tree para representar una zona y representa como se subdivide esa zona en regiones o células. Como se ilustra en la figura 3, el principio básico de un quad-tree es cubrir una región planar de interés con un cuadrado u otra forma y luego dividir recursivamente ese cuadrado o forma en cuadrados o formas más pequeños hasta que cada uno contenga un subconjunto convenientemente uniforme de la entrada. En la realización actualmente preferida, cada cuadrado representa una célula a la que se asigna una dirección de grupo multidifusión. Aunque se ilustra aquí, y se prefiere actualmente, una estructura de datos de cuatro lados (cuadrada), es evidente que es posible utilizar estructuras de datos de otras geometrías (por ejemplo, árboles K-d) y otras dimensiones para poner en práctica los principios de la invención. Por lo tanto, tal como se utiliza en este documento, con el término quad-tree se pretende cubrir otras estructuras de datos n-dimensionales, donde n es un número entero igual o superior a 2.

En la figura 3, el quad-tree para la zona de Washington D.C. se puede construir circunscribiendo un cuadrado alrededor de toda la zona de Washington D.C. y dividiendo luego recursivamente esa zona cuadrada, como se ilustra en 60, 62 y 64, hasta conseguir células de tamaño adecuado, sobre la base de la evaluación de los datos de coste explicada anteriormente. En la realización actualmente preferida, no todas las células tienen que tener el mismo tamaño. Por lo tanto, el cuadrante situado más al suroeste se puede subdividir en células pequeñas como en 70, mientras las células situadas ligeramente hacia el norte y el este pueden ser cuatro veces mayores como en 72, mientras que las demás células pueden ser todavía mayores como en 76.

De acuerdo con el algoritmo de repartición dinámica implementado por la invención, el tamaño y configuración de las células quad-tree variará dinámicamente a medida que se desplacen los entes móviles. El esquema de particiones básico mediante el cual se configura el quad-tree en cualquier momento dado, se calcula mediante un servidor de particiones utilizando la información que le llega de los coordinadores elegidos de cada célula. La figura 4 muestra cómo tiene lugar el flujo de mensajes para esta repartición dinámica. En la figura 4, sólo se ha ilustrado una célula de ejemplo 70. Situadas dentro de esa célula hay 6 entes móviles representados por círculos 72. Todos los entes móviles dentro de las células 70 comunican entre sí como se ilustra mediante las líneas de interconexión, utilizando una dirección de grupo multidifusión que está asociada con la célula 70. Utilizando reglas de elección que se describirán más adelante en relación con la figura 6, se declara coordinador a uno de los entes. El ejemplo ilustrado en la figura 4, el ente móvil situado en la esquina inferior derecha de la célula 70 ha sido designado como el coordinador 74. Este coordinador 74 recoge datos de incorporaciones y tratamiento de mensajes superfluos de los miembros de la célula 70 y transmite esa información al servidor de particiones 80. En la realización actualmente preferida, el servidor de particiones 80 puede ser un servidor central que es responsable de todas las células de la región. Naturalmente, si se desea, un solo servidor puede ser sustituido por una red de servidores para distribuir la función de generación de particiones.

El servidor de particiones utiliza un algoritmo predefinido para determinar un nuevo esquema de particiones, utilizando información recibida de todos los coordinadores de las diversas células representadas en el quad-tree. Difunde un nuevo esquema de particiones 82 a los usuarios móviles, bien difundiéndolo a todos los grupos multidifusión de usuarios o bien retransmitiendo la información a través de un solo usuario, tal como por ejemplo el coordinador 74. El sistema puede tener un grupo multidifusión coordinador dedicado para este propósito. El nuevo esquema de particiones representa un nuevo quad-tree que almacena cada uno de los usuarios móviles (en el almacén local de datos 44, figura 2). La información del quad-tree es utilizada entonces por cada ente móvil para determinar a qué grupos multidifusión debe incorporarse ese ente sobre la base del dominio de visión de la misma.

El servidor de particiones actualmente preferido utiliza un algoritmo profundo 84 para generar el nuevo esquema de particiones modificando la estructura de datos quad-tree existente sobre la base de datos de coste estimados localmente. Para generar la estructura de datos quad-tree inicial, se prefiere actualmente un algoritmo profundo de arriba a abajo. En la figura 7 se ilustra un diagrama de flujo de este algoritmo profundo que se explica a continuación. Sin embargo, antes de describir el algoritmo de inicialización, se describirán con más detalle el proceso de repartición dinámica ilustrado en la figura 4 haciendo referencia al diagrama de flujo de la figura 5 y al esquema del quad-tree de la figura 6.

En la figura 5, el algoritmo de partición dinámica comienza en el paso 100 con la elección de un coordinador. En la realización actualmente preferida, el coordinador se elige sobre la base de su proximidad geográfica al centro de la célula madre de la que su célula se ha derivado. Esto se ilustra en la figura 6. En esta figura 6 se representan como círculos diversos entes móviles. Los entes que cumplen los criterios para ser coordinador se han coloreado de negro.

Para comprender el proceso de elección del coordinador, se observa primero la célula grande 200. Una de sus células hijas, la 202, se muestra subdividida en células nietas 204, 206, 208 y 210. Cada una de las células nietas 204-210 elegirá un coordinador. El candidato ganador es el que se encuentra más cerca del centro de la célula madre de esa hija. En este caso, el centro de la célula madre 202 se ha marcado con una X. Debido a que la célula nieta 204 contiene un solo ente, ese ente es, por defecto, el más próximo al centro X de la célula madre. El ente móvil 212 de la célula nieta 206 está más cerca del centro X que ningún otro ente de esa célula. Por lo tanto, se elige 212 como coordinador para la célula 206. De modo similar, los entes 214 y 216 ganan la competición por estar más cerca del centro en sus células respectivas y por lo tanto son elegidos como coordinadores.

Aunque la técnica de la mayor proximidad al centro sirve para determinar un coordinador para cada célula, se pueden emplear otras técnicas como alternativa para la elección del coordinador. Debido a que el sistema está diseñado para esperar que los entes móviles se desplacen, el proceso de elección de coordinador se repite con la frecuencia suficiente para captar la naturaleza dinámica del sistema de información distribuido.

Volviendo a la figura 5, una vez terminado el proceso de elección del coordinador, cada coordinador estima, en el paso 102, los cambios del coste de dividir o fusionar su célula sobre la base del conocimiento local. El coordinador envía entonces la información de estimación del coste al servidor en el paso 104. El servidor, en el paso 106, utiliza un algoritmo profundo para decidir las células que se tienen que dividir o fusionar de manera que resulte mínimo el coste global. En el paso 108, el servidor difunde el esquema de particiones recientemente calculado a todos los usuarios. Esto se puede hacer mediante una difusión general a todos los grupos multidifusión de usuarios. Opcionalmente, como se ilustra en el paso 110, la nueva partición se puede enviar al coordinador, quizás a través de un grupo multidifusión coordinador, para cada célula y ese coordinador se hace responsable de diseminar las instrucciones de divisiones y fusiones locales a cada miembro de la célula del coordinador.

Como se ha indicado anteriormente, la realización actualmente preferida utiliza un algoritmo profundo de arriba a abajo para generar el esquema de particiones inicial para el quad-tree. El algoritmo profundo se ilustra en la figura 7 comenzando en el paso 300. En este paso 300, la célula grande circunscrita alrededor de toda la zona es la que se analiza primero. El algoritmo procede recursivamente. Para cada célula, el algoritmo calcula el coste decreciente si esa célula se divide en n células más pequeñas. Esto se ilustra en el paso 302. A continuación, a partir del resultado del paso 302, el algoritmo elige la célula que tiene la mayor disminución de coste. Divide entonces esa célula en n=4 células más pequeñas como se muestra en el paso 304. Los pasos 302 y 304 se repiten entonces hasta que se han procesado todas las células o hasta que el coste para de disminuir, como se ilustra en el paso 306. Aunque el algoritmo profundo de arriba a abajo es el preferido actualmente, también es posible utilizar otros algoritmos. Por ejemplo, el nuevo esquema de particiones se puede calcular utilizando un algoritmo profundo de arriba a abajo basado en el número de usuarios o en un algoritmo profundo de abajo a arriba. Un ejemplo de algoritmo profundo de arriba a abajo basado en el número de usuarios presenta los pasos siguientes:

1.

Comienza por la zona circunscrita cuadrada como la célula grande. Para cada célula dentro de la célula grande, calcula el número de usuarios de esa célula.

2.

Del resultado del paso anterior, elije la célula que tenga el mayor número de usuarios y la divide en cuatro células cuadradas más pequeñas.

3.

Repite los dos pasos anteriores hasta que todas las direcciones de los grupos (células) se hayan utilizado o el número de usuarios de cada célula sea inferior a una entrada.

4.

Si continúa habiendo grupos disponibles continúa dividiendo utilizando un algoritmo profundo, como por ejemplo el algoritmo representado en la figura 7.

Un ejemplo de algoritmo profundo de abajo a arriba presenta los pasos siguientes:

1.

Divide la zona en células de acuerdo con un quad-tree concreto de una profundidad dada.

2.

Para cada nodo fusionable (es decir, cada nodo que tiene cuatro ramales hijos) calcula el aumento de coste.

3.

Elije el nodo cuyo incremento de coste fusionado sea menor y lo fusiona.

4.

Repite los dos pasos anteriores hasta que el número de células es igual al número de grupos multidifusión disponibles.

En uso, los entes móviles utilizan sus respectivos dominios de visión y el quad-tree actual para efectuar un protocolo de diseminación de situaciones. El protocolo se diseña para asegurar que el mensaje de situación que se origina desde cada ente móvil llega a todos los demás entes interesados. El protocolo incluye los pasos siguientes:

1.

Cada usuario calcula las células que se interseccionan con su propio "dominio de visión" utilizando su conocimiento del esquema de particiones actual reflejado en la estructura de datos quad-tree.

2.

Cada usuario se incorpora a todos los grupos multidifusión asociados con estas células que se interseccionan y se prepara para recibir información de estos grupos multidifusión.

3.

Cada usuario envía su información de situación a su propio grupo de células "de origen" (es decir, el grupo de células dentro del cual está situado).

4.

Al recibir la información de todos los grupos multidifusión a los que se ha incorporado, el usuario elimina los mensajes superfluos y mantiene un registro del número de mensajes filtrados para que esa información pueda ser utilizada como una medida del coste por el coordinador.

La repartición dinámica se efectúa en la realización actualmente preferida comenzando con la partición estática generada utilizando el algoritmo profundo de la figura 7 (o un equivalente). A medida que se desplazan los entes móviles, se pueden incorporar a sesiones de grupos multidifusión o abandonarlas. También se eligen nuevos coordinadores sobre la base del nuevo esquema de particiones. El algoritmo de partición dinámica actualmente preferido procede de acuerdo con los pasos siguientes:

1.

Los usuarios se desplazan. Con cada paso, se eligen nuevos coordinadores.

2.

Los coordinadores calculan la disminución de coste asociada con la división de cada una de sus ramales hijos.

3.

Si un nodo tiene cuatro nodos hijos, el coordinador correspondiente calcula el incremento de coste asociado con la fusión de esos cuatro nodos.

4.

Cada uno de los coordinadores envía la información de cambios de coste al servidor de particiones. El servidor decide si se debe crear la nueva partición. Los posibles criterios incluyen la creación de una nueva partición periódicamente después de transcurrir cierto tiempo o si la disminución de coste de la nueva partición alcanza un determinado nivel.

5.

Si el servidor decide crear una nueva partición, utiliza un algoritmo profundo para calcular las células que deben dividirse o fusionarse para crear un nuevo esquema de particiones. El nuevo esquema se difunde a todos los usuarios.

Aunque el algoritmo anterior no depende de un servidor de particiones para decidir el nuevo esquema de particiones, el servidor realiza pocos cálculos porque la estimación de costes la realizan los coordinadores de forma distributiva.

El algoritmo dinámico de creación de particiones de la invención se probó utilizando simulación por ordenador con datos geográficos reales y se encontró que reducía los costes de los mensajes hasta en un 80%. En la simulación, se probó el rendimiento del algoritmo de partición dinámica quad-tree y se comparó con protocolos basados en células y particiones estáticas quad-tree. La zona de simulación cuadrada se supone que tiene lados de longitud igual a la unidad. En la simulación, se supuso que todos los usuarios tenían el mismo dominio de visión circular. El radio de ese dominio de visión se estableció en 0,01. Todos los usuarios eligieron aleatoriamente una dirección y se desplazaron a un paso constante en esa dirección. Si el desplazamiento llevaba al usuario fuera de la zona, era "rebotado" a la zona, de manera que el número de usuarios permanecía constante. En la simulación, se supuso que todos los usuarios darían pasos de la misma longitud. Las longitudes para los pasos elegidas fueron de 0,001, 0,002, 0,005 y 0,01, respectivamente. Para reducir la cantidad de datos, se tomaron muestras de los puntos de datos cada 100 pasos. Se creó una nueva partición cuando ésta podía disminuir el coste del mensaje en un 20%. Los resultados demostraron que el algoritmo de partición dinámica quad-tree podía ahorrar hasta el 80% del coste de los mensajes.

Claims (10)

1. Un método para agrupar entes móviles (14, 16) que comprende:

definir un ente de partición (80);

construcción de una estructura de datos (60, 62, 64) que define una pluralidad de células (70, 72, 76) ocupadas por dichos entes móviles (14, 16);

para cada célula, elección (100) de un coordinador (74) entre el conjunto de entes móviles que ocupan esa célula;

dichos coordinadores calculan cooperativamente (102) los costes asociados con la subdivisión y fusión selectiva de dichas células y comunican (104) dichos costes a dicho ente de creación de particiones (80);

dicha unidad de creación de particiones utiliza dichos costes (106) para generar un nuevo esquema de particiones; y

comunicación de dicho nuevo esquema de particiones (108) a dichos entes móviles.

2. El método de la reivindicación 1 comprendiendo además:

asociación de un grupo de multidifusión con cada una de dichas células y uso de dicho grupo multidifusión para soportar comunicaciones entre entes móviles (14, 16) dentro de cada célula.

3. El método de la reivindicación 1 en el cual dicho paso de cálculo en cooperación (102) comprende:

cada coordinador calcula un primer coste asociado con la subdivisión de la célula de ese coordinador; y

utiliza dicha estructura de datos para identificar relaciones hermanas entre dichos coordinadores para definir coordinadores hermanos; y dichos coordinadores hermanos calculan colectivamente un segundo coste asociado con la fusión de células ocupadas por dichos coordinadores hermanos.

4. El método de la reivindicación 1 que comprende además:

asociar un grupo multidifusión con cada una de dichas células;

asociar un dominio de visión (18, 20) correspondiente a una zona de interés predefinida con cada una de dichos entes móviles; y

permitir a dichos entes móviles incorporarse selectivamente al menos a uno de dichos grupos multidifusión sobre la base de dicho dominio de visión.

5. El método de la reivindicación 1 comprendiendo además asociar un grupo multidifusión con cada una de dichas células y permitir a dichos entes (14, 16) incorporarse al menos a uno de dichos grupos multidifusión y calcular dichos costes mediante la evaluación del número de grupos multidifusión a los que se han incorporado dichos entes.

6. El método de la reivindicación 1 comprendiendo además asociar un grupo multidifusión con cada una de dichas células y utilizar dichos grupos multidifusión para comunicar dicho esquema de particiones nuevo a dichos entes móviles (14, 16).

7. El método de la reivindicación 1 en el cual dicho ente de creación de particiones (80) genera dicho nuevo esquema de particiones dividiendo aquélla de dichas células que proporciona la mayor disminución de coste (300, 302, 304, 306).

8. Un sistema para agrupar entes móviles (14, 16) que comprende:

un servidor de particiones (80);

dicho servidor de particiones (80) define una estructura de datos (60, 62, 64) que presenta una pluralidad de nodos correspondientes a células (70, 72, 76) ocupadas por dichos entes móviles (14, 16);

una pluralidad de aplicaciones clientes, cada una de ellas asociada con uno de dichos entes móviles;

dichas aplicaciones clientes tienen cada una un mecanismo de comunicación capaz de comunicar con el mecanismo de comunicación de otras aplicaciones clientes y con dicho servidor de particiones (80); y

siendo configuradas dichas aplicaciones clientes y dicho servidor de particiones (80) para establecer un protocolo de partición dinámica mediante el cual se reconfigura dicha estructura de datos (60, 62, 64) sobre la base del número de entes de comunicación dentro de cada una de dichas células.

9. El sistema de la reivindicación 8 en el cual cada una de dichas aplicaciones clientes tiene memoria para almacenar un dominio de visión (18, 20) correspondiente a una zona de interés predefinida y dicho mecanismo de comunicación de cada una de dichas aplicaciones clientes está configurado para incorporarse a entes móviles de comunicación de grupos multidifusión en células que se solapan con dicho dominio de visión.

10. Un sistema de información de acuerdo con la reivindicación 8 en el cual dichos entes móviles (14, 16) son vehículos que presentan equipos de localización de la posición que generan datos de la posición del vehículo y en el cual dichas aplicaciones clientes comunican los datos de posición de dichos vehículos a otras aplicaciones clientes asociadas con entes móviles que ocupan una célula común.