ES2265391T3 - Procedimiento de transmision sincrona y asincrona de datos en una red ad hoc. - Google Patents
Procedimiento de transmision sincrona y asincrona de datos en una red ad hoc. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento de funcionamiento de una red ad hoc para la transmisión inalámbrica de mensajes síncronos y asíncronos, en el que la red está constituida por nodos de red distribuidos de cualquier manera deseada, los cuales presen tan cada uno de ellos un equipo de recepción con controlador de entrada, un puesto de conmutación y un equipo de emisión con controlador de salida, en el que se fijan para enlaces lógicos a transmitir según un procedimiento de enrutamiento vías de transmisión desde un nodo de partida hasta un nodo de destino a través de nodos intercalados y en el que los nodos administran informaciones de dirección y de control locales (LCI) que están asociadas a los enlaces lógicos y que son comunicadas al nodo prece dente de la vía de transmisión, caracterizado porque se transmiten los mensajes según un procedimiento múltiplex en frecuencia en forma de vectores de símbolos que están constituidos por un número fijamente predeterminado de símbolos transmitidos en paralelos, se sincronizan los equipos de emisión y de recepción de nodos contiguos de una vía de transmisión empleando indicativos cíclicamente enviados, cuyas distancias definen un marco de tiempo, los nodos de la vía de transmisión reservan dentro del marco de tiempo segmentos de tiempo para la transmisión de vectores de símbolos de un enlace lógico a transmitir de forma síncrona, emitiéndose una señal de arranque al comienzo de una transmisión síncrona del enlace lógico, emitiéndose a continuación los paquetes de datos en los segmentos de tiempo previamente establecidos y concluyéndose la transmisión síncrona con una señal de parada.
Description
Procedimiento de transmisión síncrona y
asíncrona de datos en una red ad hoc.
La invención concierne a un procedimiento de
funcionamiento de una red ad hoc para la transmisión
inalámbrica de mensajes síncronos y asíncronos,
en el que la red está constituida por nodos de
red arbitrariamente distribuidos que presentan cada uno de ellos un
equipo de recepción con controlador de entrada, un puesto de
conmutación y un equipo de emisión con controlador de salida,
en el que se fijan para enlaces lógicos a
transmitirse según un procedimiento de enrutamiento unas vías de
transmisión desde un nodo de partida hasta un nodo de destino a
través de nodos intercalados y
en el que los nodos administran informaciones de
dirección y de control locales (LCI) que están asociadas a los
enlaces lógicos y que se comunican al nodo precedente de la vía de
transmisión.
Una red ad hoc prescinde de elementos de
red centrales. Está formada por nodos de red aleatoriamente
distribuidos que aseguran la transmisión de datos. Cada nuevo nodo
que se añada a ella se integra en la red según un procedimiento
establecido que se organiza él mismo sin operaciones de
organización. Los nodos de la red situados sobre la vía de
transmisión entre un nodo de partida y un nodo de destino se hacen
cargo del cometido de un nodo de transferencia con un puesto de
conmutación (conmutador). Los nodos obtienen un bloque de mensajes
(vector de símbolos) y transmiten éste al siguiente nodo favorable
hasta que, por último, el mensaje haya entrado en el nodo de
destino.
En un procedimiento conocido por el documento
DE-C 197 37 897 para el funcionamiento de una red
ad hoc se transponen las señales recibidas por los nodos
desde el respectivo canal hasta un canal de emisión diferente de
éste, efectuándose por símbolos la transposición de la corriente de
símbolos -que llega al canal de recepción- al canal de emisión. La
transposición por símbolos significa que en cada nodo es necesario
únicamente un retardo del orden de magnitud de un puesto de símbolo
de la corriente de símbolos. El retardo está relacionado con que
normalmente no está presente una sincronización de la secuencia de
símbolos con los canales de llegada y los canales de salida, de
modo que es necesario cierto tiempo de espera antes que la señal de
salida pueda ser emitida en sincronismo con los canales de emisión.
El retardo es de uno a dos puestos de símbolo, que se suman sobre
la vía de transmisión.
Asimismo, es conocida por Internet una
transmisión de datos por paquetes entre las estaciones de una red de
transmisión de datos. En este caso, se agrupan datos formando
paquetes que se transmiten a través de la vía de transmisión más
favorable en cada caso. La transmisión por paquetes hace posible la
transmisión de grandes cantidades de datos. No obstante, no se
asegura una rápida transmisión de datos con un retardo de tiempo
constante y pequeño.
El documento "Asyncronous multimedia multihop
wireless networks", Lin C. R. et al, Infocom '97, revela
la transmisión de mensajes síncronos y asíncronos en una red ad
hoc.
La invención se basa en el problema de indicar
un procedimiento de funcionamiento de una red ad hoc para la
transmisión inalámbrica con cuya ayuda se puedan transmitir paquetes
de datos sobre la base del protocolo de Internet (IP) o del
estándar de modo de transferencia asíncrono (ATM) con mucha rapidez
y flexibilidad en una configuración de red enmallada.
Partiendo de un procedimiento con las
características descritas al principio, el problema se resuelve
según la invención con las características de las
reivindicaciones.
Según una forma de realización preferida de la
invención, los paquetes de datos se transmiten en forma de vectores
de símbolos que están constituidos por un número fijamente
preestablecido de símbolos transmitidos en paralelos y una cabeza
para la identificación del vector de símbolos. Los vectores de
símbolos incluyen, por un lado, el paquete de datos a transmitir
con el máximo tamaño de transmisión (unidad de transmisión máxima
MTU) y una cabeza mínima (encabezamiento) para identificar el vector
de símbolos. Asimismo, los vectores de símbolos pueden contener
también elementos de señalización. Los distintos vectores de
símbolos de los diferentes enlaces lógicos se procesan
sucesivamente en los nodos y se transmiten de un nodo a otro de la
red, preferiblemente según un procedimiento múltiplex en
frecuencia, que es en sí conocido bajo el término múltiplex por
división en frecuencia ortogonal (OFDM). La corriente de símbolos
empleada para ello en los bloques de información y mensaje se
divide en un número definido de corrientes parciales que se modulan
después digitalmente sobre un número correspondiente de
portadoras.
En el marco de tiempo fijado se transmiten
también vectores de símbolos específicos del sistema para la
sincronización de los equipos de emisión y de recepción de nodos
contiguos. Los vectores de símbolos específicos del sistema llevan
una secuencia conocida, por ejemplo, una secuencia M, que se emite
cíclicamente y cuya distancia forma el marco de tiempo, también
llamado "hipermarco". Los equipos de emisión y recepción de los
nodos pueden medir parámetros de canal de radio con la secuencia M
y ajustar la modulación, así como calcular y compensar errores de
sincronismo entre los nodos. Dentro del marco de tiempo se
transmiten también convenientemente una serie de vectores vacíos
que, en caso necesario, se retiran en un nodo para la eliminación de
errores de sincronismo entre los equipos de recepción y de emisión
de nodos contiguos.
Un reconocimiento y corrección de errores puede
efectuarse con ayuda de medidas de conexión de error directa (FEC)
tanto a través de un vector de símbolos como a través de cada
corriente de símbolos circulante en paralelo.
El procedimiento según la invención reúne las
ventajas de estructuras de red que trabajan de forma asíncrona con
las ventajas de estructuras de red que trabajan de forma síncrona.
Mientras que las estructuras de red que trabajan de forma asíncrona
suministran resultados óptimos para aplicaciones orientadas a
paquetes que no tienen ninguna relación temporal con la transmisión
de datos, las aplicaciones en tiempo real, como "voz sobre IP"
o "vídeo sobre demanda", necesitan la garantía de que los
paquetes de datos sean transmitidos en un tiempo definido y los
retardos no varíen de forma desproporcionada. Según la invención, se
transmiten en sincronismo paquetes de datos que no admiten ningún
retardo desproporcionado, y después del establecimiento de la vía
de transmisión por medio de un procedimiento de enrutamiento todos
los nodos de la red reservan segmentos de tiempo correspondientes
al trayecto de transmisión para el respectivo enlace lógico. Después
del establecimiento de la vía de transmisión para un enlace lógico
transmitido en sincronismo se comprueba si los segmentos de tiempo
necesarios para la transmisión síncrona están disponibles en canales
de radio. Todos los nodos de la vía de transmisión reservan los
segmentos de tiempo y comunican a los nodos precursores la
información de dirección y el segmento de tiempo reservado. Durante
el establecimiento de la vía de transmisión y de los segmentos de
tiempo para un enlace a transmitir en forma síncrona se puede
presentar el caso de que dos enlaces lógicos independientes entre
dos nodos soliciten aleatoriamente los mismos segmentos de tiempo.
En este caso se propone un retardo de tiempo para una de los enlaces
en un nodo, sumándose todos los retardos de tiempo de la vía de
transmisión desde el nodo de partida hasta el nodo de destino y no
debiendo sobrepasar la suma de los retardos de tiempo para las
transmisiones síncronas un valor de consigna de, preferiblemente,
150 milisegundos. Si se mantiene el valor límite, se puede utilizar
la constelación. Si el retardo de tiempo no es aceptable, el
procedimiento de enrutamiento tiene que buscar entonces una ruta
alternativa o bien rechazar la petición, de modo que no se
establece una transmisión síncrona de datos para el enlace
lógico.
En aplicaciones orientadas a paquetes que no
tienen ninguna relación temporal con la transmisión de datos, los
paquetes de datos existentes se dividen en vectores de símbolos
correspondientemente pequeños. Estos vectores de símbolos se
transmiten de forma asíncrona por una vía de transmisión establecida
por el procedimiento de enrutamiento. En la transmisión asíncrona
se aceptan retardos de tiempo en los nodos.
Según la invención, segmentos de tiempo libres
que no están reservados para transmisiones síncronas se rellenan en
los nodos con los vectores de símbolos transmisibles de forma
asíncrona. De esta manera, se puede aprovechar plenamente la
capacidad existente de la red, sin que resulte perjudicada la
velocidad de transmisión de los datos críticos en tiempo que han de
transmitirse de forma síncrona.
El procedimiento según la invención combina las
ventajas de la técnica de transmisión asíncrona, por ejemplo ATM, y
de la técnica de transmisión síncrona, por ejemplo Telekom Net, con
las extraordinarias ventajas de una estructura de red
descentralizada basada en radio.
En lo que sigue, se explica la invención
ayudándose de un dibujo que representa únicamente un ejemplo de
realización. Muestran esquemáticamente:
La figura 1, la estructura de una red ad
hoc,
La figura 2, la estructura de los paquetes de
datos transmitidos según la invención,
La figura 3, la conmutación de los paquetes de
datos en los nodos de la red y
La figura 4, el principio de la transmisión de
datos según el procedimiento conforme la invención.
La red representada en la figura 1 está
constituida por nodos de red N distribuidos de cualquier manera
deseada, los cuales comprenden cada uno de ellos un equipo de
recepción con un controlador de entrada, un puesto de conmutación y
un equipo de emisión con un controlador de salida. La red organiza
ella misma los procesos que se desarrollan, integrándose nodos
adicionales en la red según un procedimiento establecido. Los nodos
N presentan interfaces de servicio definidas (SAP) para la conexión
de aplicaciones diferentes 1.
Para un enlace lógico a transmitir se fija según
un procedimiento de enrutamiento la vía de transmisión 2 desde un
nodo de partida N1 hasta un nodo de destino N4 a través de nodos
intercalados N6, N7, administrando los nodos informaciones de
dirección y control locales (identificador de conexión local LCI)
que están asociadas a los enlaces lógicos y que se comunican a lo
los nodos precedentes de la vía de transmisión.
En el procedimiento según la invención se
sincronizan los equipos de emisión y de recepción de nodos contiguos
de una vía de transmisión empleando indicativos cíclicamente
enviados 3, cuyas distancias definen un marco de tiempo Z. Los
paquetes de datos son transmitidos según un procedimiento múltiplex
en frecuencia en forma de vectores de símbolos 4 que están
constituidos por un número fijamente preestablecido de símbolos S
transmitidos en paralelo y una cabeza (encabezamiento H) para la
identificación del vector de símbolos. La zona de carga útil (PI)
está disponible para la transmisión de las informaciones útiles.
Asimismo, el vector de símbolos puede presentar un elemento SCH de
control de señales que se forma a través de varios vectores y sirve
para señalizar entre dos nodos enlazados (figura 2).
En el marco de tiempo establecido Z se
transmiten también vectores de símbolos 5 específicos del sistema
para la sincronización de los equipos de emisión y de recepción de
nodos contiguos. Los vectores de símbolos 5 específicos del sistema
llevan una secuencia conocida, por ejemplo la secuencia M, que se
emite cíclicamente y cuya distancia define el marco de tiempo Z.
Los equipos de emisión y de recepción de los nodos pueden medir
parámetros de canal de radio con la secuencia M y ajustar la
modulación, así como calcular y compensar errores de sincronismo
entre los nodos. Asimismo, se incorporan vectores vacíos L dentro
del marco de tiempo Z, el cual se denomina también
"hipermarco". Estos vectores vacíos no llevan informaciones y
sirven para compensar diferencias de tiempo de propagación en los
nodos. Para eliminar errores de sincronismo entre los equipos de
recepción y de emisión de nodos contiguos se retiran tales vectores
vacíos 6, en caso necesario, en un nodo.
Se deduce de la figura 3 que los vectores de
símbolos 4 que entran en un nodo desde enlaces lógicos A, B de un
canal de recepción se conectan a un canal de emisión diferente de
éste, conectándose ulteriormente y transmitiéndose en paralelo los
símbolos S_{1}...S_{n} pertenecientes a un vector de símbolos
4.
Los nodos de la vía de transmisión reservan
dentro del marco de tiempo segmentos de tiempos para la transmisión
de paquetes de datos de un enlace lógico que han de transmitirse de
forma síncrona, emitiéndose al principio de una transmisión
síncrona del enlace lógico una señal de arranque, transmitiéndose a
continuación los paquetes de datos en los segmentos de tiempo
previamente establecidos e interrumpiéndose la transmisión síncrona
con una señal de parada. En el establecimiento de una vía de
transmisión para un enlace lógico que ha de transmitirse de forma
síncrona se comprueba si los segmentos de tiempo necesarios para la
transmisión síncrona están disponibles en canales de radio. Todos
los nodos de la vía de transmisión reservan seguidamente los
segmentos de tiempos y comunican a los nodos precursores la
información de dirección y los segmentos de tiempo reservados.
Condicionado por el sistema, en una red ad hoc varias
aplicaciones pueden necesitar concurrentemente recursos de radio al
mismo tiempo. Por tanto, dos enlaces lógicos independientes pueden
solicitar aleatoriamente los mismos segmentos de tiempo entre dos
nodos.
En el establecimiento de la vía de transmisión y
de los segmentos de tiempo se propone un retardo de tiempo en un
nodo para un enlace a transmitir de forma síncrona cuando dos
enlaces lógicos independientes entre dos nodos soliciten los mismos
segmentos de tiempo, sumándose todos los retardos de tiempo de la
vía de transmisión desde el nodo de partida hasta el nodo de
destino y no debiendo sobrepasar la suma del retardo de tiempo para
la transmisión síncrona el valor de consigna. Esto se explicará
haciendo referencia al ejemplo representado en la figura 4.
La figura muestra una realización típica con dos
aplicaciones concurrentes. En el ejemplo, la aplicación A transmite
dos vectores de símbolos 4 a través de nodos N1, N3 y N4 y la
aplicación B transmite tres vectores de símbolos 4' a través de
nodos N2, N1 y N3. Los marcos de tiempo Z están sincronizados, es
decir que todos los vectores de la secuencia M arrancan al mismo
tiempo. Condicionado por el sistema, en el canal C4 no pueden
transmitirse al mismo tiempo los vectores de símbolos 4, 4' de las
aplicaciones A y B, por lo que se retarda la aplicación B en el
nodo N1. En conjunto, resultan en la constelación representada tres
unidades de retardo TS para la aplicación A y un total de cuatro
unidades de retardo TS para la aplicación B.
En la figura 4 se representa que están
disponibles segmentos de tiempo libres 7 que no son necesarios para
paquetes de datos a transmitir en forma síncrona. Estos segmentos de
tiempo libres se rellenan en los nodos con paquetes de datos
transmisibles en forma asíncrona, los cuales son tomados de una
memoria intermedia de salida del nodo. La transmisión asíncrona de
datos aprovechando segmentos de tiempo libres es utilizada para
todas las aplicaciones orientadas a paquetes que no tienen ninguna
relación temporal con la transmisión de datos. La transmisión
síncrona mantiene reservadas aplicaciones en tiempo real, como
"voz sobre IP" o "vídeo sobre demanda". Se puede emplear
aquí la capacidad total de un vector de símbolos para la transmisión
de las informaciones
útiles.
útiles.
Claims (5)
1. Procedimiento de funcionamiento de una red
ad hoc para la transmisión inalámbrica de mensajes síncronos
y asíncronos,
en el que la red está constituida por nodos de
red distribuidos de cualquier manera deseada, los cuales presentan
cada uno de ellos un equipo de recepción con controlador de entrada,
un puesto de conmutación y un equipo de emisión con controlador
de
salida,
salida,
en el que se fijan para enlaces lógicos a
transmitir según un procedimiento de enrutamiento vías de
transmisión desde un nodo de partida hasta un nodo de destino a
través de nodos intercalados y
en el que los nodos administran informaciones de
dirección y de control locales (LCI) que están asociadas a los
enlaces lógicos y que son comunicadas al nodo precedente de la vía
de transmisión,
caracterizado porque
se transmiten los mensajes según un
procedimiento múltiplex en frecuencia en forma de vectores de
símbolos que están constituidos por un número fijamente
predeterminado de símbolos transmitidos en paralelos,
se sincronizan los equipos de emisión y de
recepción de nodos contiguos de una vía de transmisión empleando
indicativos cíclicamente enviados, cuyas distancias definen un marco
de tiempo,
los nodos de la vía de transmisión reservan
dentro del marco de tiempo segmentos de tiempo para la transmisión
de vectores de símbolos de un enlace lógico a transmitir de forma
síncrona, emitiéndose una señal de arranque al comienzo de una
transmisión síncrona del enlace lógico, emitiéndose a continuación
los paquetes de datos en los segmentos de tiempo previamente
establecidos y concluyéndose la transmisión síncrona con una señal
de parada,
después del establecimiento de una vía de
transmisión para un enlace lógico a transmitir de forma síncrona se
comprueba si los segmentos de tiempo necesarios para la transmisión
síncrona están disponibles en canales de radio, y todos los nodos
de la vía de transmisión reservan los segmentos de tiempo y
comunican a los nodos precursores las informaciones de dirección y
el segmento de tiempo reservado,
al establecer la vía de transmisión y los
segmentos de tiempo para un enlace a transmitir de forma síncrona
se propone en un nodo un retardo de tiempo cuando dos enlaces
lógicos independientes entre dos nodos soliciten los mismos
segmentos de tiempo, sumándose todos los retardos de tiempo de la
vía de transmisión desde el nodo de partida hasta el nodo de
destino y no debiendo sobrepasar la suma del retardo de tiempo para
la transmisión síncrona un valor de consigna y
se rellenan segmentos de tiempo libres en los
nodos con mensajes transmitidos por vía asíncrona en forma de
vectores de símbolos que tienen una cabeza para identificar el
vector de símbolos y que se toman de una memoria intermedia de
salida del nodo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque en el marco de tiempo establecido se
transmiten vectores de símbolos específicos del sistema para la
sincronización de los equipos de emisión y de transmisión de nodos
contiguos.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque dentro del marco de tiempo se transmiten
una serie de vectores vacíos que, en caso necesario, se retiran en
un nodo para eliminar errores de sincronización entre equipos de
recepción y de emisión de nodos contiguos.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se efectúan un
reconocimiento y una corrección de errores a través de un vector de
símbolos y/o a través de una corriente de símbolos circulante en
paralelo.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los vectores de
símbolos de un canal de recepción que entran en un nodo son
conmutados a un canal de emisión diferente de dicho canal de
recepción, conectándose ulteriormente y transmitiéndose en paralelo
los símbolos pertenecientes a un vector de símbolos.
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