ES2307113T3 - Procedimiento de encaminamiento en una red ad hoc. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de encaminamiento de información en una red que comprende varios nodos de comunicación que pueden ser móviles, efectuándose el encaminamiento por una ruta entre un nodo de origen y un nodo de destino a través de un conjunto de conexiones de comunicación inalámbrica entre los nodos de la red, formando el conjunto un grafo, procedimiento caracterizado porque incluye una etapa en la que una entidad de supervisión distribuida en cada nodo móvil estructura el grafo de la red en enlace bidireccional de punto a punto con el fin de obtener las relaciones que existen con los nodos vecinos, así como en subgrafos, compartiendo sensiblemente los arcos de un subgrafo un mismo conjunto de propiedades, * porque incluye una segunda etapa para buscar y seleccionar una ruta óptima en un subgrafo y porque, en el transcurso de la segunda etapa, una entidad de reenvío distribuida en cada nodo móvil encamina los flujos en función del subgrafo seleccionado por el nodo de origen, y porque * el mecanismo de encaminamiento es de tipo "por solicitud" e incluye, en el momento de la fase de búsqueda de una ruta, por lo menos la etapa siguiente: las peticiones de ruta sólo se propagan sobre las conexiones pertenecientes al subgrafo que respeta las propiedades solicitadas por la aplicación que ha solicitado el procedimiento de encaminamiento, y * porque incluye, en un nodo dado, una etapa de comparación entre las propiedades de recursos de comunicación existentes entre ese nodo y otro nodo y las propiedades esperadas de los enlaces del subgrafo determinado y porque se crean o se "rompen" los enlaces lógicos según que las propiedades constatadas correspondan o no con las esperadas.
Description
Procedimiento de encaminamiento en una red ad
hoc.
La invención se refiere a un procedimiento de
encaminamiento en una red ad hoc que distingue las
aplicaciones críticas y que optimiza los recursos según la calidad
de servicio esperada.
La circulación de flujos multimedia a través de
una red ad hoc de nodos móviles por medios Radio lleva a
seleccionar y a mantener rutas compatibles con una calidad de
servicio de extremo a extremo pese a variaciones de topología
escasamente predictibles.
Las redes contempladas son, por ejemplo, redes
de área extendida que permiten hacer llegar los servicios de voz y
datos sin tener que fundarse en una infraestructura rígida hasta el
nivel capilar. Por tanto, los recursos necesarios para la
circulación de estos flujos así como de las señalizaciones (gestión
de recursos y de encaminamiento) tienen que reducirse al mínimo y
emplearse con carácter prioritario para los servicios importantes
desde el punto de vista operativo, como los servicios de fonía o
mensajería urgente.
La técnica anterior, en el campo de los
encaminamientos en redes ad hoc y de las extensiones para QoS
trata los siguientes objetivos:
- \bullet
- garantizar la mejor ruta, atendiendo a la ruta más corta en número de saltos y reducir al mínimo los intercambios de señalización de encaminamiento. Sin embargo, estos procedimientos no son suficientes para responder a las necesidades de las comunicaciones multimedia. No se tiene en cuenta la calidad de servicio.
- \bullet
- descubrir rutas que respondan a criterios de calidad de servicio QoS. Los procedimientos asociados no permiten tratar eficazmente las solicitudes de ruta en redes de área extendida, puesto que éstas se limitan a proponer mecanismos de tratamiento de excepción de la calidad de servicio QoS, resultando en una pérdida de la eficacia del protocolo de encaminamiento básico.
- \bullet
- ofrecer un algoritmo de encaminamiento que tenga en cuenta la calidad de servicio QoS, que permita controlar el volumen de paquetes de señalización, aun cuando aumenta el tamaño de la red. Estos procedimientos presentan el defecto de introducir un acoplamiento estrecho entre reserva de ancho de banda y encaminamiento, lo que no permite tratar de forma simple el conjunto de los elementos de QoS en una red Radio.
- \bullet
- La mayoría de estos elementos, a saber la tasa de error, el nivel de seguridad, el nivel de energía consumible, la fluctuación y el retardo no guardan relación con una reserva de ancho de banda, ni con la criticidad de las solicitudes urgentes.
- \bullet
- tener en cuenta la longevidad de las rutas, la energía consumida durante las retransmisiones u otro criterio. Estos procedimientos presentan una optimización atendiendo a una sola métrica, lo que no proporciona una solución global.
- \bullet
- repartir una red en red de servicios virtuales o VSN (del inglés Virtual service network) por característica predeterminada. Estos procedimientos no son de aplicación directa a una red Radio ad hoc, donde las capacidades de las conexiones son variables en función de los eventos de propagación y de posición de los nodos.
- \bullet
- modelizar la red ad hoc por hipervínculo y tener en cuenta estados de los nodos móviles. Estos procedimientos no encuentran aplicación directa a una red de área muy extendida que establece privilegios mediante múltiples conexiones multipunto por técnicas de acceso (por ejemplo: AMDT) o antenas adaptativas.
\vskip1.000000\baselineskip
La solicitud de patente EPA1376939 es un
procedimiento de encaminamiento por solicitudes de ruta desde el
nodo de origen hasta el nodo destinatario a través de los nodos
intermedios para descubrir las rutas posibles, y una clasificación,
así como una ponderación de los criterios de QoS para seleccionar
una ruta entre las rutas descubiertas.
La solicitud de patente EPA1289201 describe un
procedimiento para determinar e inicializar una ruta entre una
primera estación y una estación destinataria en una red ad
hoc. La primera estación transmite la información
correspondiente a las estaciones adyacentes que retransmiten la
información.
La solicitud de patente USA2003/0204616 describe
un procedimiento que permite determinar una ruta de un nodo de
origen hacia un nodo destinatario en una red ad hoc. El
procedimiento consiste en emitir una petición de ruta con QoS para
determinar el nodo destinatario en una red ad hoc. El
procedimiento consiste en emitir una petición de ruta con QoS para
determinar el nodo destinatario sobre la base de esta calidad de
servicio, conteniendo la ruta un identificador de flujo y una
conexión métrica QoS. En cada nudo intermedio, se determina si el
nudo intermedio puede soportar el parámetro requerido de calidad de
servicio, se actualiza la "métrica" correspondiente y se
transmite la petición a uno de los nodos intermedios, y se reservan
temporalmente los recursos del nodo para las peticiones. En el nodo
destinatario, en cuanto se recibe la petición, se genera una
respuesta al nodo de origen que comprende un identificador de flujo
y actualizando la conexión métrica para cada ruta descubierta.
\global\parskip0.900000\baselineskip
En resumen, la técnica anterior describe
numerosas técnicas que tienen tendencia a soportar comunicaciones
multimedia en redes Radio con organización ad hoc, pero las
múltiples métricas que han de tenerse en cuenta hacen que el
problema por solucionar siga sin tener solución satisfactoria, tanto
atendiendo al servicio prestado como atendiendo a la optimización de
los medios.
La invención se refiere a un procedimiento de
encaminamiento de información en una red que comprende varios nodos
de comunicación que pueden ser móviles, efectuándose el
encaminamiento mediante una ruta entre un nodo de origen y un nodo
de destino a través de un conjunto de conexiones de comunicación
inalámbrica entre los nodos de la red, según la reivindicación
1.
El procedimiento de encaminamiento según la
invención ofrece particularmente las siguientes ventajas:
- \circ
- permite un encaminamiento diferenciado teniendo en cuenta a la vez prestaciones para la calidad de servicio QoS y niveles de importancia operativa,
- \circ
- segmenta la red ad hoc en redes virtuales especializadas de topología altamente dinámica que comparten una misma conectividad Radio,
- \circ
- optimiza los recursos consumidos y elimina lo antes posible los flujos que tienen restricciones que la red de nodos móviles no puede satisfacer,
- \circ
- soporta una reserva de recursos que se adapta no solamente a la solicitud, sino también a las variaciones de prestaciones debidas a la movilidad de los nodos y de los eventos de propagación.
- \circ
- la predictibilidad del servicio "encontrar una ruta" es función directa de la importancia operativa de la solicitud:
- \circ
- las aplicaciones críticas resultan por tanto mejor atendidas,
- \circ
- éstas se benefician de la mutualización de las solicitudes que amortigua las fluctuaciones de las capacidades debidas a las transmisiones radioeléctricas y a la movilidad ad hoc.
- \circ
- el nivel de los recursos consumidos por la señalización de encaminamiento y de gestión de recursos para asegurar calidades de servicio se adapta al justo según la importancia operativa de las solicitudes:
- \circ
- la eficacia global del sistema mejora,
- \circ
- el nivel de optimización es ajustable mediante parámetros,
- \circ
- los parámetros de calidad de servicio, primordiales en un sistema de Radio de múltiples saltos, tales como las tasas de error de extremo a extremo, toman parte en la elección y la aplicación de las reservas de recursos:
- \circ
- el procedimiento adoptado se diferencia de los procedimientos usuales de gestión de QoS por reservas de caudal inadecuadas para todos los parámetros de de QoS a los que no afectan estos niveles de reserva,
- \circ
- los tipos de modulación Radio pueden seleccionarse dinámicamente por red virtual para una mejor eficacia espectral.
Otras características y ventajas de la invención
se harán más evidentes con la lectura de la descripción que sigue de
un ejemplo de realización, dado con carácter ilustrativo y de ningún
modo limitativo, según las figuras adjuntas, que representan:
la figura 1, la composición de un nodo móvil
para el procedimiento según la invención,
la figura 2, un ejemplo de red y de grafo
establecido según las etapas del procedimiento,
la figura 3, un esquema que representa las redes
virtuales ad hoc,
la figura 4, un ejemplo de cambio de topología
de las redes virtuales ad hoc,
la figura 5, un ejemplo de grafo con
desacoplamiento entre reserva de recursos y encaminamiento dinámico
en una red virtual.
Con el fin de hacer que se comprenda mejor el
principio puesto en aplicación en el procedimiento según la
invención, se da el ejemplo que sigue con carácter ilustrativo para
una red Radio ad hoc que incluye varios nodos móviles
interconectados por medios de Radio de punto a multipunto. El
procedimiento está especialmente orientado a establecer una ruta
entre un nodo de origen y un nodo de destino a través de un conjunto
de conexiones de comunicación inalámbrica entre los nodos de la
red.
En una red ad hoc, la topología de la red
puede cambiar en cualquier momento, por ser imprevisible la
dinámica. Las características de una red ad hoc son: una
topología dinámica, un ancho de banda limitado, restricciones de
energía, una seguridad física limitada y una ausencia de
infraestructura.
El procedimiento según la invención puede
llevarse a la práctica en forma de un programa de ordenador. Puede
presentarse en forma de un soporte físico o de un soporte lógico.
Las figuras 2 a 5 representan diagramas de flujo de datos
intercambiados entre cada nodo de red. Un nodo de red es un
dispositivo físico controlado por agentes de soporte lógico, que
presentan cierta autonomía de funcionamiento y colaboran con los
demás nodos de la red para proporcionar servicios de comunicaciones
a las aplicaciones en la periferia de esa red. Los bloques mostrados
y las conexiones entre esos bloques se pueden implementar mediante
instrucciones del soporte lógico. Estas instrucciones las puede
ejecutar un procesador o cualquier otro medio equivalente.
La presente descripción parte del supuesto de
que un nodo móvil comprende típicamente las siguientes entidades,
descritas con relación a la figura 1:
- \bullet
- Una entidad llamada "de aplicación", que representa en la presente descripción a cualquier entidad susceptible de solicitar a la entidad de encaminamiento que determine una ruta apropiada para el reenvío de los datos. Estos últimos datos son los que la entidad de aplicación somete posteriormente a la entidad "de reenvío", con el fin de conducirlos de nodo móvil en nodo móvil, hasta la entidad de aplicación destinataria.
- \bullet
- Una entidad de encaminamiento, encargada de determinar las rutas apropiadas. Esta unidad de encaminamiento usa el procedimiento que es objeto de la presente invención. Una vez determinadas, las rutas, se comunican éstas a la entidad de reenvío.
- \bullet
- Una entidad de reenvío. Cuando la entidad de encaminamiento ha determinado una ruta apropiada, los paquetes de datos aplicativos se reenvían de nodo móvil en nodo móvil mediante las entidades de reenvío, siguiendo las rutas.
- \bullet
- Una entidad de supervisión de las conexiones. En un nodo móvil dado, la entidad de supervisión de las conexiones determina cuáles son los nodos vecinos y las características disponibles de los recursos de comunicación que permiten intercambiar paquetes con los nodos vecinos.
- \bullet
- Una entidad de emisión-recepción de paquetes, que permite intercambiar paquetes con los nodos vecinos.
- \bullet
- Una entidad "física" que materializa los medios de acceso al soporte físico (típicamente, este nivel físico agrupa los mecanismos de modulación-desmodulación, codificación, sincronización, etc., para el acceso a la vía radioeléctrica).
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 2 se representa un ejemplo de red
Radio ad hoc. Ésta comprende por ejemplo un nodo de origen o
nodo de entrada Ne, varios nodos intermedios Ni y un nodo de salida
Ns. La red ad hoc puede representarse como un grafo Gt
compuesto de un conjunto de nodos móviles y del conjunto de las
conexiones (en este caso radioenlaces) que existen entre estos
nodos.
Las conexiones Radio pueden ser direccionales,
bien por técnicas de acceso, tales como las técnicas AMDT, o bien
por técnicas de antenas sectoriales conocidas por el experto en la
técnica. El término "direccional" se emplea para designar una
correlación de un número limitado y controlado de vecinos en el
sentido de la propagación de Radio.
Cada nodo incluye, por ejemplo, medios que
indexan los recursos que permiten alcanzar los nodos vecinos. Para
cada tipo de recursos (asignación AMDT, canal de propagación, etc.)
se asocian determinadas características que corresponden a los
enlaces lógicos. Las características pueden ser solicitadas, por
ejemplo, por una aplicación.
El procedimiento según la invención incluye por
ejemplo una primera etapa que estructura el grafo de la red en
enlace bidireccional punto a punto, con el fin de obtener todas o
sensiblemente todas las relaciones Ri,j existentes entre 2 nodos Ni,
Nj y formar, en el momento de las decisiones de encaminamiento,
subgrafos cuyos arcos que unen, por ejemplo, 2 nodos, comparten un
mismo o sensiblemente un mismo conjunto de propiedades. Esta etapa
se ejecuta para un momento dado. Puede efectuarse, por ejemplo, del
siguiente modo:
- \bullet
- En cada nodo móvil, la entidad "supervisión de las conexiones" emite periódicamente paquetes que contienen, entre otros:
- \sqbullet
- La identidad del nodo emisor N_{i},
- \sqbullet
- La lista de los enlaces {R_{ij}} con los nodos vecinos N_{j}, con sus características (carácter bidireccional, caudal disponible, tasa de pérdida de paquetes...).
- \bullet
- Cada entidad "supervisión de las conexiones" que recibe los paquetes anteriormente descritos, por parte de las entidades "supervisión de las conexiones" de los nodos vecinos, deduce de ellos el conjunto de los nodos vecinos, así como los recursos disponibles que permiten intercambiar paquetes con ellos.
Una vez determinado el grafo, el procedimiento
sigue ejecutándose del modo que se describe a continuación.
Para una aplicación dada que tiene que conocer
una ruta que lleva del nodo de origen hacia el nodo de salida, el
nodo de origen emite una petición que se difunde a los demás nodos
más cercanos. Para un mecanismo de encaminamiento de tipo "por
solicitud", durante la fase de búsqueda de una ruta, las
peticiones de búsqueda de ruta sólo se propagan a las conexiones que
pertenecen al subgrafo que cumple las propiedades solicitadas por la
aplicación que ha solicitado el procedimiento de encaminamiento. La
respuesta del nodo final o nodo de salida permite materializar la
ruta que va a usarse para la transferencia de la información en la
red. Un nodo almacena por ejemplo una sola ruta que corresponde a la
que tiene el menor número de saltos, de entre todas las rutas que
tienen las características solicitadas. Las características de los
enlaces lógicos establecidos mediante el procedimiento comprenden,
por ejemplo:
- \circ
- Niveles de prestaciones que pueden tenerse en cuenta en métricas aditivas (retardos, fluctuaciones de fase, etc.) para satisfacer una calidad de servicio QoS de extremo a extremo de la red,
- \circ
- niveles de prestaciones que pueden tenerse en cuenta en métricas no aditivas (ancho de banda disponible, tasa máxima de error, etc.),
- \circ
- niveles de riesgo en términos de seguridad,
- \circ
- niveles de longevidad heredados de la movilidad de los nodos relacionados y de las características de Radio,
- \circ
- niveles energéticos disponibles, tal como el coste administrativo por clase de tráfico que permite estructurar la red ad hoc,
- \circ
- niveles compatibles con las importancias operativas de comunicaciones.
Previamente a la implantación del procedimiento,
pueden definirse agrupamientos típicos de combinaciones de valores
de estas características. Tal reagrupamiento de combinaciones de
valores posibles se denomina en adelante una "clase de
tráfico".
El procedimiento define, para cada gran clase de
tráfico que hay que orientar a través de la red ad hoc, unos
conjuntos de enlaces lógicos que satisfacen un perfil de
funcionamiento. Una gran clase de tráfico puede incluir una o varias
características de los enlaces lógicos listados anteriormente.
Si, para una red dada en un momento dado, sólo
se consideran los enlaces que satisfacen las características
definidas para un determinado conjunto de clases de tráfico
(semejante conjunto se denomina un "perfil de funcionamiento"),
entonces se define un subgrafo especializado para este perfil de
funcionamiento. Este subgrafo se denomina red virtual
especializada.
La topología de estas redes virtuales varía, por
una parte, en función de la conectividad Radio que varía con la
movilidad de los nodos y los eventos de propagación, por otra parte,
en función de los valores de características que varían con las
cargas de tráfico cursado.
Los cálculos de los valores de características
asociadas con enlaces lógicos hacen intervenir por tanto unos
márgenes. Estos últimos son tanto más escasos cuanto más grande es
el nivel de importancia operativa atendido. Los márgenes se fijan
teniendo en cuenta la movilidad de la red, sin que ésta tenga que
replantear el grafo determinado a causa de una modificación de
escasa importancia. Los márgenes se eligen, por ejemplo, para
anticipar la movilidad de la red.
Se observa que, incluso si el grafo de Radio es
conexo, pueden darse redes virtuales descompuestas en zonas
inconexas. Efectivamente, para dos nodos dados, puede no haber
ningún camino que los una mientras sólo tomen enlaces que respeten
un determinado perfil.
El procedimiento permite ventajosamente eliminar
cuanto antes, por fallo de encaminamiento, los paquetes que no
pueden reenviarse de extremo a extremo según criterios homogéneos,
en vez de proseguir su reenvío por la red ad hoc sin respetar
las restricciones de los flujos a los que pertenecen.
La figura 2 esquematiza el recorrido de la
información en el interior de una red virtual distribuida,
seleccionada por el primer nodo recorrido de la red ad hoc o
nodo de entrada. Esta figura corresponde a un ejemplo de
funcionamiento en el que:
- \bullet
- La entidad de aplicación que radica en el nodo 1 produce paquetes de información destinados al nodo 2.
- \bullet
- La entidad de aplicación del nodo 1 indica a la entidad de encaminamiento que pretende que los paquetes se destinen al nodo 2 y que tienen que transferirse respetando determinadas características de QoS.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Para llevar a cabo el encaminamiento automático
de la información que circula por la red y por los nodos intermedios
en función de la red virtual seleccionada, se introduce en la
cabecera de los paquetes, por el nodo de entrada Ne, una información
que caracteriza al flujo. Esta información materializa, por ejemplo,
la calidad de servicio tal y como la exige la entidad de aplicación
que ha producido el paquete.
Esta información es interpretada o traducida por
los nodos intermedios, los nodos 1 y 2. La información inicial o
traducida por los nodos de encaminamiento es retirada por el nodo de
salida. Cada nodo intermedio posee la regla predefinida que le
permite deducir la red virtual de la información encontrada en la
cabecera.
En resumen, el procedimiento ejecuta por lo
menos las siguientes etapas:
- a)
- insertar una información (por ejemplo, las características de calidad de servicio QoS solicitada por la aplicación solicitante del procedimiento de encaminamiento) en la cabecera de los paquetes por parte del nodo de origen o nodo de entrada Ne,
- b)
- interpretar o traducir la información por parte de los nodos intermedios, con el fin de encaminar el paquete de información que circula por la red respetando la restricción del subgrafo adaptado a la solicitud de la aplicación,
- c)
- en el nodo de salida Ns, retirar la información de la cabecera.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 3 representa un ejemplo de topologías
variables de subgrafos según la aptitud de las conexiones del grafo
completo de la red ad hoc para cursar el tráfico con los
niveles de rendimiento y de importancia operativa asociados con el
subgrafo.
La conectividad de una red virtual ad hoc
es más restringida que la conectividad Radio y varía en función de
las disponibilidades de los recursos. Según las cargas y los eventos
de propagación, una conexión Radio puede convenir para una red
virtual designada "a" en la figura, pero podrá dejar de
convenir para una red virtual designada "b" en la figura.
Según una variante de realización, el
procedimiento incluye, en un nodo dado, una etapa de comparación
entre las propiedades de los recursos de comunicación existentes
entre ese nodo y las propiedades esperadas de los enlaces del
subgrafo considerado y la creación o la ruptura de los enlaces
lógicos según que las propiedades constatadas correspondan o no con
las esperadas. En el momento de la comparación de los valores
característicos que definen las propiedades, se aplica un margen
predefinido. Para una característica dada, el margen puede ser
distinto de un subgrafo a otro.
La inestabilidad suplementaria introducida a
consecuencia de la ruptura de conexiones se compensa mediante una
estructuración del tráfico en la red ad hoc, que lleva a una
ocupación mejor de los recursos y, por tanto, a una estabilidad "a
largo plazo", necesaria para la circulación de flujo con una
calidad de servicio (respeto de parámetros temporales, tasa de error
y tasa de pérdida).
Los enlaces lógicos de diferentes redes
virtuales comparten entre 2 nodos adyacentes las mismas conexiones
Radio.
Este reparto pone en común recursos. Las
políticas de asignación de estos recursos introducirán una
interacción entre los enlaces lógicos de las distintas redes
virtuales.
En caso de congestión, la planificación de los
flujos o la reserva de recursos efectuadas en cada nodo intermedio
confirman esta elección mediante la puesta en práctica de
prioridades de reenvío de paquete y preferencias sobre recursos. En
un nodo, si el procedimiento detecta la congestión, pone en práctica
políticas de planificación y de preferencia que definen, en función
de las prioridades de reenvío de datos solicitados por las
aplicaciones, las posibilidades de asignación de los recursos para
atender a un flujo individual en detrimento de otro. Estas
posibilidades de asignación pueden hacerse eventualmente en
detrimento de un subgrafo, en favor de otro.
Los enlaces lógicos de distintas redes virtuales
con equivalente importancia operativa se mantienen entre 2 nodos
adyacentes mientras la disponibilidad de recursos sea compatible con
las prestaciones de red virtual. Los niveles de recursos requeridos
son diferentes según estas prestaciones.
Así, un enlace lógico de una red virtual
asociada con un servicio de "máximo esfuerzo" (best effort) se
conservará mientras quede garantizada la conectividad Radio,
mientras que un enlace lógico de una Red virtual dedicada al
servicio Tiempo real sólo se conservará si la conectividad Radio
ofrece un caudal disponible que garantice la circulación de los
flujos Tiempo real.
La figura 4 representa un esquema de grafo que
comprende rutas congeladas y seleccionadas en un subgrafo, en un
momento dado, para permitir controlar sus características de calidad
de servicio de extremo a extremo y asociarles reservas de
recursos.
El procedimiento permite, mediante un mecanismo
adicional, cuando lo exigen las restricciones de flujos que hay que
respetar de extremo a extremo, completar la selección de una ruta
mediante una reserva de recursos.
La reserva de recursos se hace a lo largo de una
ruta activa seleccionada, en una red virtual "a" congelando la
ruta. Posteriormente, la red virtual "a" puede evolucionar y el
encaminamiento dinámico puede implantar otras rutas óptimas. La ruta
congelada no se modifica mientras se conserven las reservas de
recursos hechas para ella (se separa de los cálculos de ruta
posteriores).
Una reserva de recursos a lo largo de una ruta
seleccionada por un encaminamiento distribuido dinámico que usa
métricas orientadas a la QoS introduce una fuerte inestabilidad. La
reserva de recursos se efectúa, por ejemplo, salto a salto en la red
ad hoc de manera distribuida (los mecanismos centralizados no
son aplicables en una red ad hoc), siguiendo una ruta en una
de las redes virtuales. El enfoque de red virtual permite efectuar
reservas de preferencia en redes virtuales caracterizadas por su
estabilidad.
A título de ejemplo, los paquetes de información
reenviados que son objeto de una reserva de recursos pueden ser
paquetes IP y el nodo de entrada usa una encapsulación IP en IP para
designar en la cabecera del paquete IP el nodo intermedio siguiente.
Los nodos intermedios siguientes pueden interpretar o traducir esta
cabecera y designar a su vez el nodo siguiente. Los paquetes IP son
desencapsulados por el nodo de salida, a fin de encontrar en la
cabecera IP la dirección de destino final.
También pueden usarse otras técnicas como la
encapsulación MPLS o encapsulación específica a capas de acceso
Radio.
El procedimiento de encaminamiento se apoya en
disponibilidades de recursos a lo largo de los enlaces lógicos de
red virtual. El procedimiento con reserva de recursos procede, en
caso de congestión (queda insuficiente disponibilidad), a la
liberación de recursos reservados para flujos de menor importancia
operativa. Estos casos de congestión aparecen bien en el momento de
la reserva, como consecuencia de reservas concurrentes, o bien
después de la reserva con ocasión de modificar características de
las conexiones Radio (debidas a la movilidad y a los eventos de
propagación).
Una reserva de recursos modifica la
disponibilidad de los recursos en un conjunto de enlaces lógicos:
todos los enlaces comparten las mismas conexiones Radio que los
enlaces lógicos de la red virtual en la que se ha efectuado la
reserva.
La topología de las redes virtuales va a
modificarse por tanto dejando sin cambios las rutas congeladas y a
orientar las nuevas peticiones de circulación de flujo hacia otras
rutas. Para devolver el sistema a un estado de equilibrio óptimo
cuando se liberan las reservas, un mecanismo suplementario permite,
mediante comparación del número de saltos de una ruta congelada con
el número de saltos de la ruta dinámica, volver a fijar las reservas
a la ruta más corta.
El siguiente ejemplo se da para la aplicación
del procedimiento según la invención al protocolo AODV definido por
el documento RFC 3561 del grupo de trabajo IETF. Este protocolo se
reutiliza agregándole las funciones nuevas del procedimiento de
encaminamiento adoptado para un principio de direccionamiento
particular, una configuración particular de los parámetros de
encaminamiento y de las modificaciones en el procedimiento de
inundaciones para búsqueda de ruta y de respuestas a estas
solicitudes de búsqueda de ruta. El procedimiento usa, por ejemplo,
el parámetro "dirección destinataria de las PDU AODV" para
conducir las características de calidad de servicio.
Estas modificaciones se hacen de tal modo que
los ulteriores enriquecimientos del protocolo AODV por los futuros
documentos RFC del IETF (enmienda para tratar los caminos múltiples
o los parámetros de QoS) también puedan beneficiar al procedimiento
de encaminamiento adoptado.
Una dirección vista desde AODV tendrá una forma
IPv4 y estará constituida por la concatenación de 5 campos:
Un campo "Despliegue y clase de dirección"
de 8 bits permite constituir direcciones de difusión o Broadcast,
Multidifusión (Multicast) y facilitar las interoperabilidades en el
caso de ayuda mutua.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Se codificará en "10" para las direcciones
multidifusión de los microflujos que recorren el sistema Radio ad
hoc y en "11" para las direcciones unidifusión usadas para
las necesidades internas del sistema Radio ad hoc
(señalización, gestión).
Un campo "PRIO" de 3 bits permite
diferenciar importancias operativas. Este último caso se detallará
más adelante en los mecanismos de inundación y de respuestas.
Un campo "CoS" de 4 bits permite constituir
16 categorías de servicio del sistema Radio ad hoc. Estas
clases de servicio "de nivel 2" no han de confundirse con los
campos DiffServ de los paquetes IP transportados. Estos caracterizan
16 comportamientos HC que no están necesariamente en biyección con
las clases DiffServ definidas para los paquetes IP (IETF).
La correspondencia se efectúa mediante las
funciones de periferia según reglas propias del tipo de convergencia
situada en la periferia.
Un campo "BW" caracteriza una clase de
caudal codificado en 2 bits. Un campo "MAC Radio ad hoc"
en 14 bits permite designar la estación objetivo Radio. Este formato
de dirección se utiliza en todas las PDU AODV.
Por tanto, una estación objetivo es vista por
varias direcciones. Este principio simple permite mantener varias
rutas atendiendo a distintas necesidades de tráfico.
La función de encaminamiento en cada nodo cuenta
con recibir la lista de los vecinos a 1 salto alcanzable para la
función Gestión de Topología local.
Los procedimientos Hello de AODV no se
activarán.
Una función Gestión de la Disponibilidad
construye la lista de las interfaces virtuales utilizables. Estas
interfaces virtuales son:
- -
- bien interfaces con una conexión de punto a punto y, en este caso, la función Gestión de la Disponibilidad proporciona los atributos: identidad de la estación vecina, caudal máximo utilizable y, para cada categoría de servicio, la proporción de caudal autorizada,
- -
- o bien interfaces con una conexión de punto a multipunto y, en este caso, la función Gestión de la Disponibilidad proporciona la lista de las estaciones vecinas alcanzables; estas interfaces no se usarán para el servicio de transferencia de datos de punto a punto.
El protocolo AODV no hace base de encaminamiento
político. Por tanto, la encapsulación va a constreñir AODV a
funcionar sobre subgrafos filtrando las propagaciones de búsqueda de
ruta.
Un subgrafo se selecciona en función de los
campos de dirección "PRIO", "COS" y "BW". Esta
selección se hace mediante la función Gestión de la Disponibilidad,
que interviene en el momento de la recepción de una búsqueda de ruta
para filtrar o no según la pertenencia de la interfaz virtual al
subgrafo considerado.
Las PDU AODV enviadas por las interfaces lógicas
de encaminamiento se encapsulan salto a salto mediante un protocolo
UDP en el que las direcciones IP están en un plano de
direccionamiento técnico que designa implícitamente las interfaces
virtuales.
Cuando se envían estas PDU en difusión en el
vecindario a un salto, el direccionamiento destinatario utilizado
será 255.255.255.255. Cuando estas PDU se envían en unidifusión, el
direccionamiento destinatario utilizado tendrá como forma:
El campo INTF de 6 bits designa la interfaz
virtual saliente. Las direcciones de origen también tendrán esta
forma, pero se pondrá el campo INTF a valor nulo.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Las PDU AODV pueden contener, en la parte dada
de la PDU, direcciones de origen de la petición y dirección del
destinatario objetivo. Estas direcciones contienen, según se indica
anteriormente en la sección A, la integridad del campo FEC. Nótese
que la dirección de origen retoma los parámetros FEC del objetivo, a
fin de tener un subgrafo perfectamente simétrico.
Para introducir una noción de subgrafo al tiempo
que se mantienen las ventajas de la difusión a un salto, los
mensajes propagados en difusión limitada a un salto
(255.255.255.255) se transmitirán adjuntando a la PDU AODV inicial
la lista de las interfaces autorizadas (designadas por el
identificador de la estación emisora y el número de interfaz
saliente).
Con la recepción de un mensaje propagado de este
tipo, se efectúa un filtro en la interfaz para rechazar todos los
mensajes no destinados a una interfaz entrante de la estación.
En el caso de la propagación de la PDU RREQ, la
función de Encaminamiento consulta la función Gestión de la
Disponibilidad para asegurarse de que las disponibilidades en las
interfaces anteriores y posteriores son compatibles con los
parámetros FEC fijados como objetivo que aparecen en el contenido de
la PDU.
Este principio simple permite constituir rutas
de comportamiento diferenciado, siendo cada una la ruta más corta en
un subgrafo dado.
En cada estación, una ruta se identifica
mediante la dirección de destino que designa explícitamente el
subgrafo. Se le vincula una lista de estaciones Anteriores que
utilizan esta ruta.
Las PDU que hay que orientar mediante la función
Tratamiento de paquete siguen la ruta AODV que permite alcanzar un
FEC.
La función de Encaminamiento proporciona por
tanto la dirección del próximo salto, es decir, la dirección IP de
la interfaz lógica que permite ese próximo salto. Esta dirección IP
sigue las reglas de direccionamiento descrito anteriormente y por
tanto contiene el identificador de la interfaz. Una ruta no
utilizada se invalida después de un período de inactividad.
Este mecanismo se implementa mediante la función
Tratamiento de paquete y se configura mediante la función de
Encaminamiento.
La función Gestión de Disponibilidad se encarga
de verificar las disponibilidades de las interfaces virtuales
anteriores y la conectividad de los vecinos a través de estas
interfaces.
Una ruta activa se supervisa: cada modificación
marcada por la función Gestión de Disponibilidad se analiza a partir
de la tabla de las rutas activas. Cuando una modificación de
topología altera una ruta activa, la ruta se invalida.
Cuando se invalida una ruta en una estación
intermedia, se envía un mensaje RERR hacia las estaciones anteriores
que utilizan esta ruta. Este mensaje se propaga sucesivamente por
las estaciones intermedias para llegar a las estaciones de origen de
la ruta.
Las estaciones de Origen recomienzan una
búsqueda de ruta. Cuando una estación intermedia que detecta la
ruptura de ruta es cercana a la estación destinataria, se recomienza
una búsqueda de ruta a partir de esta estación intermedia.
El protocolo LDP está definido por el documento
RFC 3036 del IETF. Este protocolo se reutiliza agregándole las
funciones nuevas para la reserva de recursos y para congelar una
ruta de acuerdo con el procedimiento de encaminamiento adoptado. Una
ruta congelada se designa mediante el acrónimo inglés LSP (Label
Switched Path o camino conmutado por etiquetas).
Un LSP se identifica mediante la estación de
origen. El identificador es único en el sistema: una parte es el
identificador de la estación de origen, la otra, un número asignado
por la estación de origen. Este identificador se conduce en todos
los mensajes de gestión de LSP. Éste se proporciona a la función de
Encaminamiento y no se modifica en los caso de nueva configuración
de LSP.
Las etiquetas de conmutación se asignan por cada
estación posterior. Se toman en el momento de un mensaje de
establecimiento de LSP en sentido descendente y se proporcionan a
las estaciones anteriores en el momento del mensaje de confirmación
en sentido ascendente. Estas etiquetas se asignan en el contexto de
una interfaz virtual.
El protocolo LDP en el sistema de Radio ad
hoc no es otra cosa que un medio de intercambiar los mensajes de
gestión de LSP.
Las necesidades de Radio ad hoc están por
tanto muy simplificadas en relación con un sistema MPLS.
Todas las estaciones de Radio implementan un
protocolo LDP simplificado. La topología está dirigida por la
función Gestión de las disponibilidades. Los procedimientos de
descubrimiento de LDP están por tanto desactivados.
Un LSP podrá configurarse de nuevo desde su
punto de origen en versiones de producto. Esta nueva configuración
podrá fundarse en principios dados por el RFC 3214. Podrá aparecer
en el momento de las reorganizaciones para descongestionar el
sistema de Radio ad hoc, devolviendo los LSP establecidos a
rutas más cortas en número de saltos.
Claims (8)
1. Procedimiento de encaminamiento de
información en una red que comprende varios nodos de comunicación
que pueden ser móviles, efectuándose el encaminamiento por una ruta
entre un nodo de origen y un nodo de destino a través de un conjunto
de conexiones de comunicación inalámbrica entre los nodos de la red,
formando el conjunto un grafo, procedimiento caracterizado
porque incluye una etapa en la que una entidad de supervisión
distribuida en cada nodo móvil estructura el grafo de la red en
enlace bidireccional de punto a punto con el fin de obtener las
relaciones que existen con los nodos vecinos, así como en subgrafos,
compartiendo sensiblemente los arcos de un subgrafo un mismo
conjunto de propiedades,
- \bullet
- porque incluye una segunda etapa para buscar y seleccionar una ruta óptima en un subgrafo y porque, en el transcurso de la segunda etapa, una entidad de reenvío distribuida en cada nodo móvil encamina los flujos en función del subgrafo seleccionado por el nodo de origen, y porque
- \bullet
- el mecanismo de encaminamiento es de tipo "por solicitud" e incluye, en el momento de la fase de búsqueda de una ruta, por lo menos la etapa siguiente: las peticiones de ruta sólo se propagan sobre las conexiones pertenecientes al subgrafo que respeta las propiedades solicitadas por la aplicación que ha solicitado el procedimiento de encaminamiento, y
- \bullet
- porque incluye, en un nodo dado, una etapa de comparación entre las propiedades de recursos de comunicación existentes entre ese nodo y otro nodo y las propiedades esperadas de los enlaces del subgrafo determinado y porque se crean o se "rompen" los enlaces lógicos según que las propiedades constatadas correspondan o no con las esperadas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la información transmitida por la red
está en forma de paquetes y porque incluye por lo menos las
siguientes etapas:
- \circ
- insertar una información, tal como las características de calidad de servicio QoS solicitada por la aplicación solicitante del procedimiento de encaminamiento, en la cabecera de los paquetes, por parte del nodo de origen de la red,
- \circ
- interpretar o traducir la información, por parte de los nodos intermedios, con el fin de encaminar el paquete de información que circula por la red respetando la restricción del subgrafo adaptado a la solicitud de la aplicación,
- \circ
- en el nodo de salida Ns, retirar la información de la cabecera.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, en el momento de la comparación de los
valores de las características definitorias de las propiedades, se
aplica un margen predefinido.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en un nodo se
detecta la congestión y se ponen en práctica prioridades de
planificación y de preferencia que, en función de las prioridades de
reenvío de datos solicitadas por las aplicaciones, definen las
posibilidades de asignación de recursos para atender un flujo
individual en detrimento de otro o en detrimento de un subgrafo en
favor de otro.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque incluye una
etapa de reserva de recursos salto a salto en la red, con el fin de
congelar una ruta y de separarla de la evolución de los
subgrafos.
6. Procedimiento de encaminamiento según una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque incluye una
búsqueda de ruta por solicitud.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el protocolo es un protocolo AODV.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se utiliza el parámetro "dirección de
destinatario" de las PDU AODV para conducir las características
de calidad de servicio QoS.
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