ES2361301T3 - ROAD-FREE ROAD OF INTEGRATED COLLISION IN CROSSED LAYERS. - Google Patents

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ES2361301T3 ES02793716T ES02793716T ES2361301T3 ES 2361301 T3 ES2361301 T3 ES 2361301T3 ES 02793716 T ES02793716 T ES 02793716T ES 02793716 T ES02793716 T ES 02793716T ES 2361301 T3 ES2361301 T3 ES 2361301T3
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Abstract

Un método para la configuración de la conexión en una red de comunicación inalámbrica multisalto, dicho método que comprende los pasos de: - determinar, para una conexión solicitada entre un nodo fuente y un nodo destino, un conjunto de parámetros de conexión que incluyen el camino, el canal y al menos un parámetro de enlace físico expandiendo un árbol dirigido con los caminos preliminares para la conexión pendiente originada en el nodo fuente y que realiza un procedimiento de búsqueda para encontrar al menos el coste Ki para cada nodo i, en un conjunto dado, desde el nodo fuente de acuerdo con el siguiente algoritmo anidado: **Fórmula** donde i ≠ ID Fuente, N(i) es el conjunto de vecinos actuales del nodo i que a su vez es un conjunto de todos los nodos Ω en la red, j es un nodo vecino que pertenece a N(i), m es un conjunto de al menos un canal en un conjunto de M canales ortogonales en total, Ψ es uno o una multitud de parámetros de capa física, ki (j, m, Ψ), también indicado kij (m, Ψ), es el coste desde el nodo j al nodo i, en el que el coste kij (m, Ψ) incluye la potencia de transmisión del enlace Pj(m) para el nodo j y el canal m como un parámetro de la capa física Ψ, y la potencia de transmisión del enlace Pj(m) está sujeta a restricciones que restringen la potencia de transmisión del enlace para un intervalo predeterminado, y el término K(j), también indicado Kj, es el coste acumulado desde el nodo fuente al nodo j, y KID Fuente es el coste inicial en el nodo fuente, en el que el nivel de anidamiento más interior de dicho algoritmo anidado sintoniza dicho(s) parámetro(s) de la capa física Ψ, el siguiente nivel de anidamiento es una elección de un conjunto de canal(es) m para cada vecino, y el tercer nivel de anidamiento proporciona una elección entre vecinos j, de ahí que elige el camino en la capa de encaminamiento; y - establecer la conexión requerida en base al conjunto determinado de parámetros de conexión.A method for configuring the connection in a multi-hop wireless communication network, said method comprising the steps of: - determining, for a requested connection between a source node and a destination node, a set of connection parameters that include the path , the channel and at least one physical link parameter expanding a tree directed with the preliminary paths for the pending connection originating from the source node and performing a search procedure to find at least the cost Ki for each node i, in a set given, from the source node according to the following nested algorithm: ** Formula ** where i ≠ Source ID, N (i) is the set of current neighbors of node i which in turn is a set of all Ω nodes in the network, j is a neighboring node belonging to N (i), m is a set of at least one channel in a set of M orthogonal channels in total, Ψ is one or a multitude of physical layer parameters, ki ( j, m, Ψ), ta m well indicated kij (m, Ψ), is the cost from node j to node i, in which the cost kij (m, Ψ) includes the transmission power of the link Pj (m) for node j and channel m as a parameter of the physical layer Ψ, and the transmission power of the link Pj (m) is subject to restrictions that restrict the transmission power of the link for a predetermined interval, and the term K (j), also indicated Kj, is the accumulated cost from the source node to node j, and Source KID is the initial cost in the source node, at which the innermost level of nesting of said nested algorithm tunes to said parameter (s) of the physical layer Ψ, the next level of nesting is a choice of a set of channel (s) m for each neighbor, and the third level of nesting provides a choice between neighbors j, hence choosing the path in the routing layer; and - establish the required connection based on the determined set of connection parameters.

Description

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

La presente invención se refiere generalmente al soporte de Calidad de Servicio (QoS) en redes de comunicaciones tales como redes inalámbricas multisalto, y más concretamente a la determinación de los parámetros de conexión, la configuración de conexión así como el control de admisión de la conexión en tales redes. The present invention generally relates to Quality of Service (QoS) support in communications networks such as multi-hop wireless networks, and more specifically to the determination of connection parameters, connection configuration as well as connection admission control. in such networks.

ANTECEDENTES BACKGROUND

Cuando se aplica encaminamiento en una red inalámbrica, tal red es indicada a menudo una red multisalto. En una red multisalto, los nodos fuera del alcance entre ellos pueden beneficiarse de los nodos situados intermedios que pueden enviar sus mensajes desde la fuente hacia el destino. Tradicionalmente, las redes multisalto se han asociado con las denominadas redes ad hoc en las que los nodos son mayoritariamente móviles y no existe infraestructura de coordinación central. No obstante, la idea de conexión de redes multisalto también se puede aplicar cuando los nodos son fijos. Uno de tales escenarios apunta al acceso de Internet de área rural y usa nodos fijos unidos a la parte alta de los tejados de las casas, farolas o similares. When routing is applied in a wireless network, such a network is often indicated a multi-hop network. In a multi-hop network, nodes out of reach between them can benefit from intermediate nodes that can send their messages from the source to the destination. Traditionally, multi-hop networks have been associated with so-called ad hoc networks in which the nodes are mostly mobile and there is no central coordination infrastructure. However, the idea of multi-hop network connection can also be applied when the nodes are fixed. One such scenario points to Internet access in rural areas and uses fixed nodes attached to the upper part of the roofs of houses, lampposts or similar.

Aunque alguna investigación ha estado en curso en el área de multisalto desde los inicios de los 1970, se han dirigido relativamente pocos de esos esfuerzos de investigación hacia el aprovisionamiento de la QoS para las redes multisalto. La razón es que ese soporte de QoS en redes multisalto se considera que es de inmensa complejidad. La movilidad impredecible, los patrones de tráfico que cambian aleatoriamente aparentemente, los canales inalámbricos poco fiables, la complejidad de cálculo así como otros efectos perjudiciales son la causa de este panorama. Con todo algunos investigadores han intentado hacer frente al reto de la QoS para redes multisalto. La investigación más interesante y prometedora en este área se ha enfocado en usar algún tipo de TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo) espaciado como la estructura MAC (Control de Acceso al Medio) como base. Although some research has been ongoing in the multisalt area since the early 1970s, relatively few of these research efforts have been directed towards the provision of QoS for multisalt networks. The reason is that such QoS support in multi-hop networks is considered to be of immense complexity. Unpredictable mobility, traffic patterns that change randomly seemingly, unreliable wireless channels, calculation complexity as well as other harmful effects are the cause of this scenario. However, some researchers have tried to face the challenge of QoS for multisalt networks. The most interesting and promising research in this area has focused on using some type of TDMA (Multiple Access by Time Division) spaced as the MAC structure (Media Access Control) as the basis.

El estado de la técnica con respecto a las redes multisalto que proporciona canales libres de colisiones, que permiten rutas de QoS a ser establecidas entre un nodo fuente y un nodo destino, se describirá ahora más abajo. Estas clases de protocolos a menudo se conocen como protocolos de encaminamiento de la QoS. A diferencia de los protocolos de encaminamiento generales, el encaminamiento de la QoS no solamente requiere encontrar una ruta desde una fuente a un destino, sino que la ruta también debe satisfacer los requerimientos de la QoS extremo a extremo, dada a menudo en términos de ancho de banda y/o retardo, por ejemplo para soportar la comunicación multimedia en tiempo real. El estado de la técnica de los protocolos de encaminamiento de la QoS se podría dividir en dos grupos distintos, a partir de ahora conocidos como esquemas de encaminamiento y acceso al canal separado y esquemas de encaminamiento y acceso al canal integrado. En el primer grupo, la tarea de encaminamiento y asignación del canal se separa en dos algoritmos distintos, es decir primero se encuentra una ruta y a partir de entonces se realiza la asignación del canal, mientras que el segundo grupo adopta un planteamiento más o menos integrado para el encaminamiento y asignación del canal. The state of the art with respect to multisalt networks that provides collision-free channels, which allow QoS routes to be established between a source node and a destination node, will now be described below. These kinds of protocols are often referred to as QoS routing protocols. Unlike general routing protocols, QoS routing not only requires finding a route from a source to a destination, but the route must also meet the requirements of end-to-end QoS, often given in terms of width bandwidth and / or delay, for example to support multimedia communication in real time. The state of the art of the routing protocols of the QoS could be divided into two distinct groups, from now known as routing schemes and access to the separate channel and routing schemes and access to the integrated channel. In the first group, the task of routing and assigning the channel is separated into two different algorithms, that is, first a route is found and from then on the assignment of the channel is performed, while the second group adopts a more or less integrated approach for routing and channel assignment.

Para una mejor comprensión de los esquemas de encaminamiento de la QoS de la técnica previa, puede ser útil comenzar con una breve descripción del modelo OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos) para las conexiones en red. El modelo OSI incluye siete capas de protocolo distintas: la capa física (1), la capa de enlace (2), la capa de red (3), la capa de transporte (4), la capa de sesión (5), la capa de presentación (6) y la capa de aplicaciones (7). La capa física, que se refiere a los aspectos físicos de las conexiones en red tal como los medios de transmisión, los dispositivos de transmisión y las señales de datos, no es vista algunas veces como una capa de protocolo. Por simplicidad no obstante, todas las capas se conocerán como capas de protocolo. Entre otras cosas, la capa de enlace establece y mantiene los enlaces entre los dispositivos de comunicación y controla el acceso al medio de la red. Las principales responsabilidades de la capa de red incluyen los servicios de conmutación, encaminamiento y pasarela. La capa de transporte es responsable de distribuir las tramas entre los servicios en distintos dispositivos. La capa de sesión gestiona el control del diálogo y la administración de las sesiones. La capa de presentación es responsable de la presentación de los datos y la capa de aplicaciones se refiere al aprovisionamiento de servicios en la red y proporciona un interfaz para las aplicaciones para el acceso a la red. For a better understanding of the QoS routing schemes of the prior art, it may be useful to start with a brief description of the OSI (Open Systems Interconnection) model for network connections. The OSI model includes seven different protocol layers: the physical layer (1), the link layer (2), the network layer (3), the transport layer (4), the session layer (5), the presentation layer (6) and application layer (7). The physical layer, which refers to the physical aspects of network connections such as transmission media, transmission devices and data signals, is sometimes not seen as a protocol layer. For simplicity however, all layers will be known as protocol layers. Among other things, the link layer establishes and maintains the links between the communication devices and controls access to the network medium. The main responsibilities of the network layer include switching, routing and gateway services. The transport layer is responsible for distributing the frames between the services on different devices. The session layer manages dialogue control and session management. The presentation layer is responsible for the presentation of the data and the application layer refers to the provisioning of services on the network and provides an interface for applications for network access.

Esquemas de encaminamiento y acceso al canal separado Routing schemes and access to the separate channel

Los protocolos de encaminamiento de la QoS separados usan mediciones de la QoS genéricas y no se sintonizan a una capa MAC particular, es decir la capa 2. Para ser capaz de garantizar que los requerimientos de QoS se cumplen, estos protocolos tienen que ser mejorados con un protocolo MAC que proporciona acceso al canal libre de colisiones. Separate QoS routing protocols use generic QoS measurements and do not tune to a particular MAC layer, ie layer 2. To be able to ensure that the QoS requirements are met, these protocols have to be improved with a MAC protocol that provides access to the collision free channel.

INSIGNIA INSIGNIA

INSIGNIA [1] es un entramado de señalización en banda basada en IP extremo a extremo para proporcionar QoS en redes ad hoc. La señalización en banda supone que cada paquete transporta toda la información necesaria para establecer una reserva. El mecanismo de QoS es independiente tanto del protocolo de encaminamiento ad hoc usado (se hace referencia a por ejemplo [2] o [3]) como de la tecnología de la capa de enlace, aunque la QoS recibida final dependerá fuertemente de estos rasgos. La operación del entramado se puede describir como sigue: Una ruta desde la fuente al destino se encuentra por el protocolo de encaminamiento ad hoc en la capa 3. Dado que cada paquete transporta la información necesaria para reservar el ancho de banda necesario, los paquetes de datos pueden empezar a atravesar la ruta tan pronto como se ha establecido lo cual conduce a la rápida reserva. Cuando un nodo en una ruta desde la fuente al destino recibe un paquete desde un flujo para el que no ha reservado capacidad (indicado por un bit en la cabecera), reserva si es posible la capacidad requerida. INSIGNIA [1] is an end-to-end IP-based in-band signaling framework to provide QoS in ad hoc networks. In-band signaling assumes that each package carries all the information necessary to establish a reservation. The QoS mechanism is independent of both the ad hoc routing protocol used (reference is made for example [2] or [3]) and the technology of the link layer, although the final received QoS will depend strongly on these features. The operation of the fabric can be described as follows: A route from the source to the destination is found by the ad hoc routing protocol in layer 3. Since each packet carries the necessary information to reserve the necessary bandwidth, the packets of Data can begin to cross the route as soon as it has been established which leads to rapid booking. When a node on a route from the source to the destination receives a packet from a flow for which it has not reserved capacity (indicated by a bit in the header), it reserves the required capacity if possible.

Exploración Basada en Billetes Ticket Based Exploration

Como fue el caso de INSIGNIA, la Exploración Basada en Billetes (TBP) [4] es un protocolo de capa 3 puro en el que se realiza toda la señalización sobre esta capa y que necesita el soporte de la capa 2 (MAC) para decidir si una reserva se puede aceptar o se debería rechazar. TBP no obstante es un verdadero protocolo de encaminamiento ad hoc. El principal propósito en la referencia [4] es localizar la búsqueda de caminos factibles entre la fuente y el destino para solo una parte de la red en lugar de inundar la red entera como es usual en los protocolos de encaminamiento ad hoc. Más específicamente, quieren buscar solamente un pequeño número de caminos desde la fuente al destino, en lugar de hacer una búsqueda exhaustiva costosa. Esto se logra expidiendo billetes. Un billete es el permiso para buscar un camino y de ahí, el número máximo de caminos buscados se limita por el número de billetes. Cuando un nodo intermedio en el camino desde la fuente al destino recibe un billete tiene que decidir a qué nodo(s) se debería de enviar el billete. Para hacer esto, el nodo usa la información de estado para guiar los paquetes limitados a lo largo de las mejores rutas. Se usa un protocolo de vector de distancia para recoger esta información de estado que consta de retardo extremo a extremo, ancho de banda y coste. As was the case with INSIGNIA, Ticket-Based Exploration (TBP) [4] is a pure Layer 3 protocol in which all the signaling on this layer is performed and that needs Layer 2 (MAC) support to decide If a reservation can be accepted or should be rejected. TBP however is a true ad hoc routing protocol. The main purpose in reference [4] is to locate the search for feasible paths between the source and the destination for only a part of the network instead of flooding the entire network as usual in ad hoc routing protocols. More specifically, they want to search only a small number of roads from the source to the destination, instead of doing a thorough, expensive search. This is achieved by issuing tickets. A ticket is the permission to search for a road and from there, the maximum number of roads searched is limited by the number of tickets. When an intermediate node on the way from the source to the destination receives a ticket you have to decide to which node (s) the ticket should be sent. To do this, the node uses the status information to guide the limited packets along the best routes. A distance vector protocol is used to collect this status information consisting of end-to-end delay, bandwidth and cost.

Ejemplos de algoritmos de programación libre de conflictos Examples of conflict-free programming algorithms

En [6], Nelson y Kleinrock introdujeron el concepto de TDMA (STDMA) Espacial, donde los intervalos de tiempo (TS) se reutilizan espacialmente. Este trabajo se puede considerar como el padre de todos los otros algoritmos de programación con el propósito de proporcionar programaciones libres de conflictos. La idea es determinar los conjuntos de enlaces no interferentes (o no colisionantes). Esto supone una red estacionaria, y los conjuntos necesitan ser recalculados si la red cambia suficientemente. Esos conjuntos se seleccionan preferentemente tales que se permite a cada nodo en la red transmitir al menos una vez. A cada intervalo de tiempo en una trama TDMA se le asigna entonces un conjunto de enlaces (conjuntos de transmisión) que pueden transmitir sin interferir entre ellos. La misma programación se repite más tarde cada trama STDMA. In [6], Nelson and Kleinrock introduced the concept of Spatial TDMA (STDMA), where time intervals (TS) are spatially reused. This work can be considered as the parent of all other programming algorithms for the purpose of providing conflict-free programming. The idea is to determine the sets of non-interfering (or non-colliding) links. This involves a stationary network, and the assemblies need to be recalculated if the network changes sufficiently. These sets are preferably selected such that each node in the network is allowed to transmit at least once. Each time slot in a TDMA frame is then assigned a set of links (transmission sets) that can transmit without interfering with each other. The same programming is repeated every STDMA frame later.

El(los) esquemas presentados en [8] y [9] se podrían ver como un descendiente directo de STDMA. En trabajos previos sobre STDMA, la conectividad del gráfico de la red se usa para decidir si se produce interferencia. Tal planteamiento no captura la interferencia total en la red. En su lugar, en el(los) esquema(s) de [8] y [9], la generación de programas STDMA se basa en el valor de la SIR para cada enlace. The schemes presented in [8] and [9] could be seen as a direct descendant of STDMA. In previous work on STDMA, network chart connectivity is used to decide if interference occurs. Such an approach does not capture total interference in the network. Instead, in the scheme (s) of [8] and [9], the generation of STDMA programs is based on the value of the SIR for each link.

STDMA y sus descendientes se diseñan más o menos para el cálculo centralizado o fuera de línea de los conjuntos de transmisión. En redes ad hoc, este no es un planteamiento sensato. STDMA and its descendants are more or less designed for centralized or offline calculation of transmission sets. In ad hoc networks, this is not a sensible approach.

Un esquema de capa 2 particular, que asegura el funcionamiento distribuido y libre de colisiones, llamado Topología Libre de Colisiones Dependiente de la Programación de Acceso al Canal o CTMA se presenta en breve en [7]. A particular layer 2 scheme, which ensures distributed and collision-free operation, called Collision Free Topology Dependent on Channel Access Programming or CTMA is presented shortly in [7].

Esquemas de encaminamiento y acceso al canal “integrados” “Integrated” routing and channel access schemes

Los algoritmos de encaminamiento de la QoS “integrados” se basan en la suposición de que la red ad hoc se puede modelar como un gráfico, y todos ellos son protocolos bajo demanda, es decir la búsqueda de la ruta se hace solamente después de que ha sido solicitada una ruta desde un protocolo de capa más alta. Adicionalmente, los algoritmos de encaminamiento de la QoS integrados generalmente suponen TDMA, potencia de transmisión fija y antenas omnidireccionales. En un gráfico, dos nodos se llaman vecinos si son capaces de comunicar el uno con el otro y esto se representa conectando los dos nodos con un enlace en el modelo gráfico. Dos nodos están conectados si la distancia entre ellos no excede de algún valor predeterminado; es decir los paquetes se reciben sin error en ausencia de interferencia externa desde otros nodos. También se supone que solamente los vecinos están interfiriendo los unos con los otros. En una red de radio de paquetes multisalto modelada con gráficos, las transmisiones se modelan a menudo para interferir de dos formas, de ahora en adelante conocidas como interferencia primaria e interferencia secundaria. La interferencia primaria sucede cuando el nodo se supone que hace más de una cosa en un intervalo de tiempo único, por ejemplo transmitir y recibir en el mismo intervalo de tiempo. La interferencia secundaria sucede cuando un receptor R sintonizado a un transmisor particular T está dentro del alcance de otro transmisor cuya transmisión, aunque no destinada a R, interfiere con la transmisión de T a The “integrated” QoS routing algorithms are based on the assumption that the ad hoc network can be modeled as a graph, and all of them are protocols on demand, that is, the route search is done only after it has been a route from a higher layer protocol has been requested. Additionally, the integrated QoS routing algorithms generally involve TDMA, fixed transmission power and omnidirectional antennas. In a graphic, two nodes are called neighbors if they are able to communicate with each other and this is represented by connecting the two nodes with a link in the graphic model. Two nodes are connected if the distance between them does not exceed a predetermined value; that is, packets are received without error in the absence of external interference from other nodes. It is also assumed that only the neighbors are interfering with each other. In a multi-skip packet radio network modeled with graphics, transmissions are often modeled to interfere in two ways, hereafter known as primary interference and secondary interference. Primary interference occurs when the node is supposed to do more than one thing in a single time interval, for example transmit and receive in the same time interval. Secondary interference occurs when a receiver R tuned to a particular transmitter T is within the range of another transmitter whose transmission, although not intended for R, interferes with the transmission of T a

R. Cuando se usa un modelo gráfico, es suficiente impedir transmitir a todos los vecinos de R en el mismo intervalo de tiempo que T para evitar la interferencia secundaria. Cuando se describen varios protocolos de encaminamiento de la QoS integrados más adelante, se han clasificado de acuerdo con qué nivel de interferencia están considerando A. When a graphic model is used, it is sufficient to prevent transmitting to all the neighbors of R in the same time interval as T to avoid secondary interference. When several integrated QoS routing protocols are described below, they have been classified according to what level of interference they are considering

- el canal libre de interferencia, solamente considerada la interferencia primaria y consideradas tanto la interferencia primaria como secundaria, dado que esto afecta sumamente la forma que se diseña el protocolo. - the interference-free channel, only considered the primary interference and considered both the primary and secondary interference, since this greatly affects the way the protocol is designed.

La mayoría de los protocolos ad hoc existentes solamente se refieren a la existencia una ruta de camino más corto entre dos nodos en la red ad hoc sin garantizar su calidad. Como se describió previamente, el propósito para los protocolos de encaminamiento de la QoS ad hoc es configurar un canal/camino desde un nodo fuente a un destino que cumpla algunos requerimientos con respecto al ancho de banda y/o el retardo para ser capaz de soportar comunicación multimedia en tiempo real. Para hacer esto, los protocolos de encaminamiento de la QoS integrados convencionales normalmente consideran el ancho de banda en un enlace cuando se busca una ruta desde la fuente al destino. El requerimiento de ancho de banda se realiza entonces reservando intervalos de tiempo en los enlaces en el camino. La principal ventaja de este planteamiento, cuando se compara con los protocolos de encaminamiento ad hoc ordinarios, es que se pueden cumplir los requerimientos de la QoS. Comparado con los protocolos de encaminamiento de la QoS completamente separados, esto supone que el aprovisionamiento de la QoS se puede lograr con una mejor utilización de la red. Most existing ad hoc protocols only refer to the existence of a shorter path route between two nodes in the ad hoc network without guaranteeing their quality. As previously described, the purpose for routing protocols of ad hoc QoS is to configure a channel / path from a source node to a destination that meets some requirements regarding bandwidth and / or delay to be able to support Multimedia communication in real time. To do this, conventional integrated QoS routing protocols typically consider bandwidth in a link when looking for a route from source to destination. The bandwidth requirement is then made by reserving time intervals on the links along the way. The main advantage of this approach, when compared to ordinary ad hoc routing protocols, is that the requirements of the QoS can be met. Compared to the completely separate QoS routing protocols, this means that QoS provisioning can be achieved with better network utilization.

Para calcular el ancho de banda disponible en este entorno, es incorrecto calcular simplemente el ancho de banda mínimo de los enlaces a lo largo del camino como se hace en redes cableadas. La causa de esto es que el ancho de banda disponible se comparte entre los nodos colindantes. Un ejemplo simple de esto es el siguiente donde solamente se considera la interferencia primaria: Supongamos que el nodo A quiere comunicar con el nodo C a través del nodo B. Los intervalos libres disponibles para A comunicar con B son 1, 2, 3 y 4 y lo mismo se mantiene para el enlace desde B a C. Si ésta hubiera sido una red cableada (o un canal libre de interferencias) la capacidad disponible habría sido de 4 intervalos, mientras que en este caso la capacidad es de 2 intervalos. La razón para esto es que la intersección de los intervalos libres comunes en los enlaces A a B y B a C no es un conjunto vacío y un nodo no es capaz tanto de transmitir como de recibir en el mismo intervalo. Además, suponemos que los intervalos libres disponibles para comunicar desde A a B y de B a C son 1, 2, 3 y 4 así como 3 y 4 respectivamente. Si los intervalos 1 y 2 se reservan para la comunicación desde A a B y los intervalos 3 y 4 para la comunicación desde B a C, el ancho de banda disponible desde A a C es 2. Por otra parte si los intervalos 3 y 4 se reservan para la comunicación desde A a B supondrá que no puede tener lugar ninguna comunicación desde B a C y el ancho de banda disponible desde A a C habría sido 0 en este caso. Los protocolos que son capaces de identificar este problema y resolverlo se dirá que son capaces de realizar programación óptima de aquí en adelante. Hay dos problemas implicados en este proceso de cálculo del ancho de banda del camino. El primer problema es cómo la estación B (aquí se supone que B es responsable de reservar capacidad en el enlace desde A a B) conoce el conjunto de intervalos libres comunes de dos enlaces adyacentes, y el segundo problema es cómo compartir esta información con sus vecinos. Para resolver estos problemas, la estación tiene que intercambiar algunos mensajes entre ellas. To calculate the available bandwidth in this environment, it is incorrect to simply calculate the minimum bandwidth of the links along the way as is done in wired networks. The cause of this is that the available bandwidth is shared between adjoining nodes. A simple example of this is the following where only primary interference is considered: Suppose node A wants to communicate with node C through node B. The free intervals available for A to communicate with B are 1, 2, 3 and 4 and the same is true for the link from B to C. If this had been a wired network (or an interference-free channel) the available capacity would have been 4 intervals, while in this case the capacity is 2 intervals. The reason for this is that the intersection of common free intervals on links A to B and B to C is not an empty set and a node is not able to both transmit and receive in the same interval. In addition, we assume that the free intervals available to communicate from A to B and from B to C are 1, 2, 3 and 4 as well as 3 and 4 respectively. If intervals 1 and 2 are reserved for communication from A to B and intervals 3 and 4 for communication from B to C, the available bandwidth from A to C is 2. On the other hand if intervals 3 and 4 Reserved for communication from A to B will mean that no communication from B to C can take place and the available bandwidth from A to C would have been 0 in this case. The protocols that are able to identify this problem and solve it will be said to be able to perform optimal programming from now on. There are two problems involved in this process of calculating the bandwidth of the road. The first problem is how station B (here it is assumed that B is responsible for reserving capacity on the link from A to B) knows the set of common free intervals of two adjacent links, and the second problem is how to share this information with its neighbors. To solve these problems, the station has to exchange some messages between them.

Canal Libre de Interferencias Interference Free Channel

La referencia [16] describe un protocolo de encaminamiento de la QoS multicamino que se basa en el planteamiento basado en billetes presentado en [4]. La expresión “multicamino” se refiere al caso donde la capacidad reservada desde la fuente al destino se puede dividir en varios subcaminos, cada uno que sirve a parte de la capacidad requerida original. No obstante, este trabajo está suponiendo bastante un modelo ideal en el que el ancho de banda de un enlace se puede determinar independientemente de sus enlaces colindantes. Para soportar esta suposición, se supone que cada ordenador central tiene múltiples transceptores que pueden trabajar independientemente uno del otro y que a cada enlace se le asigna un código que es distinto de aquellos códigos usados por sus vecinos de dos saltos para evitar la colisión. Un vecino de dos saltos es un vecino de un vecino – en el ejemplo anterior A y C son vecinos de dos saltos. Reference [16] describes a multipath QoS routing protocol that is based on the bill-based approach presented in [4]. The term "multipath" refers to the case where the capacity reserved from the source to the destination can be divided into several subcategories, each serving part of the original required capacity. However, this work is quite an ideal model in which the bandwidth of a link can be determined independently of its adjoining links. To support this assumption, it is assumed that each host has multiple transceivers that can work independently of each other and that each link is assigned a code that is different from those codes used by its two-hop neighbors to avoid collision. A two-hop neighbor is a neighbor of a neighbor - in the previous example A and C are two-jump neighbors.

Considerada Solamente la Interferencia Primaria Considered only Primary Interference

Una suposición menos estricta que el canal libre de interferencias se hace en [12], [13] y [15], donde se supone un modelo de canal CDMA sobre TDMA, que implica que el uso de un intervalo de tiempo en un enlace es dependiente solamente del estado de sus enlaces colindantes (es decir solamente consideran la interferencia primaria). El enfoque en estas tres referencias es el cálculo del ancho de banda disponible en el camino desde la fuente al destino pero difiere la forma en que se recoge la información requerida. An assumption less strict than the interference-free channel is made in [12], [13] and [15], where a CDMA channel model is assumed over TDMA, which implies that the use of a time slot in a link is dependent only on the state of its adjoining links (that is, they only consider primary interference). The focus on these three references is the calculation of the bandwidth available on the way from the source to the destination but the way in which the required information is collected differs.

El funcionamiento general de [12] y [13] se describirá ahora brevemente. Al recibir una RREQ (Petición de Recursos) se calcula el ancho de banda desde la fuente a este nodo. El ancho de banda se puede calcular de una forma óptima dado que la información se intercambia con sus vecinos sobre los intervalos libres disponibles previos al cálculo del ancho de banda disponible y que el mensaje RREQ incluye los intervalos usados para el enlace previo en el camino desde el nodo a la fuente. La RREQ se cae si el resultado no satisface el requerimiento de QoS. Como es de esperar el destino recibirá más de una RREQ cada una indicando un camino factible único desde la fuente al destino. El destino elegirá uno de los caminos y expedirá un mensaje RREP (Respuesta de Ruta). Como el mensaje RREP atraviesa de vuelta a la fuente, cada nodo a lo largo del camino reserva esos intervalos libres que se calcularon por adelantado. The general operation of [12] and [13] will now be described briefly. Upon receiving a RREQ (Resource Request) the bandwidth from the source to this node is calculated. The bandwidth can be calculated in an optimal way since the information is exchanged with its neighbors about the available free intervals prior to the calculation of the available bandwidth and that the RREQ message includes the intervals used for the previous link in the path from The node to the source. The RREQ falls if the result does not satisfy the QoS requirement. As expected, the destination will receive more than one RREQ each indicating a unique feasible path from the source to the destination. The destination will choose one of the roads and issue a RREP (Route Response) message. As the RREP message crosses back to the source, each node along the path reserves those free intervals that were calculated in advance.

En [5], se presenta un protocolo para el encaminamiento de la QoS en una red IEEE 802.11 que utiliza los algoritmos de cálculo de ancho de banda descritos anteriormente. In [5], a protocol for the routing of QoS in an IEEE 802.11 network using the bandwidth calculation algorithms described above is presented.

En [15], en lugar de calcular el ancho de banda disponible salto a salto, cada paquete RREQ graba toda la información del estado del enlace de la fuente al destino. De esta forma el destino es capaz de calcular el mejor camino desde la fuente al destino y expide un mensaje RREP a lo largo del camino elegido. Una opción para el encaminamiento multitrayecto se presenta también en la referencia y se logra fácilmente dado que el destino tiene toda la información de todos los caminos disponibles desde la fuente al destino. El algoritmo propuesto en [15] apunta a una red de flujos; es decir soporta múltiples flujos distintos. Es la tarea del nodo destino determinar la red de flujos desde la fuente que cumple el requerimiento de ancho de banda. Aunque tal solución tiene el potencial de proporcionar un cierre a la ruta óptima, siendo omitida la interferencia, también pone inmensa carga de cálculo en el nodo destino. In [15], instead of calculating the available jump-to-jump bandwidth, each RREQ packet records all the link status information from source to destination. In this way the destination is able to calculate the best path from the source to the destination and issues an RREP message along the chosen path. An option for multipath routing is also presented in the reference and is easily achieved since the destination has all the information of all available paths from the source to the destination. The algorithm proposed in [15] points to a network of flows; that is, it supports multiple different flows. It is the task of the destination node to determine the network of flows from the source that meets the bandwidth requirement. Although such a solution has the potential to provide a closure to the optimal route, with interference being omitted, it also puts immense calculation load on the destination node.

Considerada tanto la Interferencia Primaria como Secundaria Considered both Primary and Secondary Interference

Basada en Grupos Group based

En las redes basadas en grupos descritas en [10], [11], [14] y [18], un nodo podría ser una cabeza del grupo, una pasarela o solo un nodo usual. Una vez que se elige un nodo como una cabeza del grupo, todos sus vecinos pertenecen al mismo grupo. Un nodo que pertenece a dos o más grupos juega el papel de una pasarela. Se usa CDMA para dividir el grupo asignando distintas secuencias de código a distintos grupos, y TDMA se fuerza dentro de un grupo. Haciéndolo así demandan que la interferencia secundaria solamente tenga que ser considerada dentro del grupo, dado que se supone que la interferencia entremedias de los grupos es insignificante. Para esparcir la información de los intervalos disponibles dentro del grupo cada nodo transmite periódicamente un mensaje de “intervalo libre” que contiene su estado de reserva de intervalo. Dado que la cabeza del grupo puede oír a todos los otros nodos en el grupo, tiene conocimiento completo del estado de reserva en el grupo. Dado que la cabeza del grupo, como todos los nodos en el grupo, está obligada a transmitir el mensaje de “intervalo libre” todos los nodos conocerán en definitiva la reserva de intervalos dentro del grupo entero. Esto hace simple el cálculo del ancho de banda disponible. La señalización y el cálculo del ancho de banda disponible se llevan a cabo entonces independientemente en cada nodo de una forma salto a salto. In the group-based networks described in [10], [11], [14] and [18], a node could be a group head, a gateway or just a usual node. Once a node is chosen as a group head, all its neighbors belong to the same group. A node that belongs to two or more groups plays the role of a gateway. CDMA is used to divide the group by assigning different code sequences to different groups, and TDMA is forced into a group. In doing so they demand that secondary interference only has to be considered within the group, since it is assumed that the interference between the groups is insignificant. To spread the information of the available intervals within the group each node periodically transmits a "free interval" message containing its interval reserve status. Since the head of the group can hear all the other nodes in the group, it has full knowledge of the reserve status in the group. Since the head of the group, like all the nodes in the group, is obliged to transmit the “free interval” message, all the nodes will definitely know the reservation of intervals within the entire group. This makes it simple to calculate the available bandwidth. Signaling and calculation of available bandwidth are then carried out independently on each node in a jump-by-hop manner.

El esquema propuesto en [18] no es realmente un planteamiento integrado. En su lugar, se propone un esquema jerárquico – la primera asignación de capacidad se hace tanto en a nivel de nodo (enlace) como a nivel de flujo (en ambos de estos pasos se supone encaminamiento fijo), entonces se usa una versión distribuida del algoritmo Bellman-Ford para la selección de la ruta final. Se supone que todos los intervalos asignados del nodo se asignan a la parte adecuada de la trama temporal mediante algún mecanismo, pero la capa MAC no se considera. Además, se requiere que una entidad central recoja toda la información, realice los cálculos y a continuación distribuya el resultado final, es decir es un planteamiento centralizado. The scheme proposed in [18] is not really an integrated approach. Instead, a hierarchical scheme is proposed - the first capacity allocation is done both at the node level (link) and at the flow level (in both of these steps a fixed routing is assumed), then a distributed version of the Bellman-Ford algorithm for final route selection. It is assumed that all assigned intervals of the node are assigned to the appropriate part of the time frame by some mechanism, but the MAC layer is not considered. In addition, it is required that a central entity collect all the information, perform the calculations and then distribute the final result, that is, it is a centralized approach.

En las referencias [17] y [19] mencionadas más adelante, se supone una estructura TDMA/espaciada ordinaria y de ahí que los protocolos tendrán que considerar tanto la interferencia primaria como la secundaria con respecto a todos los nodos en la red. In the references [17] and [19] mentioned below, an ordinary TDMA / spaced structure is assumed and hence the protocols will have to consider both primary and secondary interference with respect to all nodes in the network.

Liao Liao

El esquema presentado en [17] requiere que un nodo primero de todo tenga que conocer el gráfico parcial de su propia ubicación (esto supone que un nodo tiene que conocer cómo se interconectan sus vecinos y los vecinos de los vecinos (normalmente conocidos como vecinos de 2 saltos). Además, un nodo también tiene que tener conocimiento completo de los intervalos en los que los vecinos están recibiendo y transmitiendo (señalar, no es bastante conocer si el nodo está ocupado o no). Esto también se mantiene para sus vecinos de 2 saltos. Para crear estas estructuras de datos, un ordenador central necesita difundir periódicamente esta información a sus vecinos y estos tienen que redifundir ésta a sus vecinos. Con esta información es posible realizar el encaminamiento y la asignación de intervalos. La regla es (como en la mayoría de otros documentos) que un intervalo se puede asignar solamente si los dos nodos indican comúnmente un intervalo como libre y que el nodo de envío no interfiere con ninguno de sus vecinos. Señalar que este esquema no es capaz de calcular el ancho de banda del camino óptimo. The scheme presented in [17] requires that a first node of everything has to know the partial graph of its own location (this means that a node has to know how its neighbors and neighbors' neighbors interconnect (usually known as neighbors of 2 jumps.) In addition, a node also has to have full knowledge of the intervals at which the neighbors are receiving and transmitting (pointing out, it is not enough to know if the node is busy or not.) This also holds for its neighbors of 2 jumps To create these data structures, a central computer needs to periodically disseminate this information to its neighbors and they have to redistribute it to their neighbors.With this information it is possible to conduct routing and assigning intervals.The rule is (as in most other documents) that an interval can be assigned only if the two nodes commonly indicate an interval as free and that the sending node n or interferes with any of its neighbors. Note that this scheme is not able to calculate the optimal bandwidth of the path.

Zhu Zhu

El esquema presentado en [19] se parece a alguno de los planteamientos que consideran solamente la interferencia primaria, pero no es capaz de calcular óptimamente el ancho de banda disponible. Nada se dice sobre cómo sabe un nodo en qué intervalos se permiten enviar con respecto a la interferencia secundaria con otros nodos no en el camino desde la fuente al destino. Se fija meramente que es el trabajo del protocolo de asignación de intervalos subyacentes en la capa MAC determinar cómo negocian los nodos entre ellos para asegurar que los intervalos se asignan a los transmisores correspondientes y se respetan por sus vecinos. The scheme presented in [19] resembles some of the approaches that consider only primary interference, but is not able to optimally calculate the available bandwidth. Nothing is said about how a node knows at what intervals they are allowed to send with respect to secondary interference with other nodes not on the way from the source to the destination. It is merely stated that it is the job of the protocol for assigning underlying intervals in the MAC layer to determine how the nodes negotiate with each other to ensure that the intervals are assigned to the corresponding transmitters and respected by their neighbors.

Soluciones adicionales del estado de la técnica Additional state of the art solutions

En [20], se construye un modelo gráfico suponiendo que se conectan dos nodos si la distancia entre ellos no excede de algún valor predeterminado, es decir los paquetes se reciben sin error en ausencia de interferencia externa desde otros nodos. Se usa un modelo relativamente realista sobre la interferencia secundaria. Dos o más estaciones pueden transmitir en el mismo intervalo de tiempo estipulado que la Relación Señal a Interferencia (SIR) en todos los nodos de recepción está por encima de un cierto umbral. La decisión de encaminamiento se basa en mínimas conexiones de salto entre las parejas fuente-destino. Dada una topología de red (representada por el modelo gráfico) el número de saltos y caminos posibles se puede encontrar difundiendo un paquete a través de la red y contando el número de nodos visitados. Cuando múltiples caminos con igual número de saltos entre la fuente y el destino se encuentran las asignaciones de intervalos previos y la carga de tráfico relativa se usan como criterios de decisión, para consumar el balanceo de carga en la red. Haciéndolo así la congestión es menos probable y el flujo de datos se puede aumentar. En resumen, se puede describir el algoritmo que sigue cinco pasos de la siguiente manera. En el primer paso, se usa el modelo gráfico para deducir la topología de la red. A continuación, se usa una decisión de encaminamiento para producir tráfico balanceado entre enlaces teniendo en cuenta la capacidad disponible. Dado que se requiere capacidad para cada enlace para esta decisión de encaminamiento, se considera la capacidad del enlace igual en este paso. En el tercer paso, cualquier algoritmo de programación libre de conflictos, tal como por ejemplo [8], se puede usar para generar el programa. Después de esto, se toma de nuevo la decisión de encaminamiento (cuarto paso), pero esta vez en base a la capacidad real dada por el programa. En el paso final, se elige la decisión de encaminamiento (paso dos o cuatro) que produce el flujo de datos máximo para la red entera. La referencia [20] se basa realmente en encaminamiento secuencial y de esta manera separado y programación/reserva. Se debería apuntar también que este esquema requiere un camino centralizado y la determinación de asignación de recursos. In [20], a graphic model is constructed assuming that two nodes are connected if the distance between them does not exceed some predetermined value, that is, packets are received without error in the absence of external interference from other nodes. A relatively realistic model of secondary interference is used. Two or more stations may transmit in the same stipulated time interval that the Signal to Interference Ratio (SIR) at all reception nodes is above a certain threshold. The routing decision is based on minimal jump connections between source-destination couples. Given a network topology (represented by the graphic model) the number of possible jumps and paths can be found by spreading a packet through the network and counting the number of nodes visited. When multiple paths with equal number of jumps between the source and the destination are the assignments of previous intervals and the relative traffic load are used as decision criteria, to consummate the load balancing in the network. By doing so congestion is less likely and the data flow can be increased. In summary, the algorithm that follows five steps can be described as follows. In the first step, the graphic model is used to deduce the network topology. Next, a routing decision is used to produce balanced traffic between links taking into account the available capacity. Since capacity is required for each link for this routing decision, the capacity of the link is considered the same in this step. In the third step, any conflict-free programming algorithm, such as [8], can be used to generate the program. After this, the routing decision (fourth step) is made again, but this time based on the actual capacity given by the program. In the final step, the routing decision (step two or four) that produces the maximum data flow for the entire network is chosen. The reference [20] is really based on sequential routing and thus separate and programming / reservation. It should also be noted that this scheme requires a centralized path and the determination of resource allocation.

Las referencias [21-22] no se relacionan con el tema de encaminamiento en la capa de red, sino más bien conciernen a la comunicación inalámbrica adaptativa, con los parámetros en la capa física y la capa MAC que se modifican adaptativamente por un controlador de estación base. References [21-22] do not relate to the issue of routing in the network layer, but rather concern adaptive wireless communication, with the parameters in the physical layer and the MAC layer that are adaptively modified by a controller Base station.

El artículo Encaminamiento de Control de Potencia para la Red Ad-hoc Inalámbrica Multisalto por K. Tsudaka y otros describe un planteamiento para controlar la potencia de transmisión para mejorar el rendimiento de los protocolos de encaminamiento. The article Power Control Routing for Multisalt Wireless Ad-hoc Network by K. Tsudaka and others describes an approach to control the transmission power to improve the performance of routing protocols.

Problemas asociados con las soluciones del estado de la técnica Problems associated with prior art solutions

Los esquemas de encaminamiento y de acceso separado al canal están generalmente lejos del óptimo. La razón es simplemente que el problema de la asignación de rutas y recursos del canal se ha subdividido en dos problemas más simples. Además, los esquemas separados a menudo suponen determinación centralizada y fuera de línea del camino y las asignaciones de los recursos. Esto supone que son relativamente pobres al manejar la movilidad, ya que la información se debe recoger, procesar y diseminar los resultados consecutivos a los nodos implicados. Routing and separate channel access schemes are generally far from optimal. The reason is simply that the problem of assigning routes and channel resources has been subdivided into two simpler problems. In addition, separate schemes often involve centralized and offline path determination and resource allocations. This means that they are relatively poor in managing mobility, since the information must be collected, processed and disseminated in the consecutive results to the nodes involved.

Aunque se han presentado varias buenas ideas para alguna forma de encaminamiento y acceso al canal “integrado”, aspectos importantes de radio se descuidan completamente. Por lo tanto, se puede cuestionar la utilidad de los algoritmos. Por ejemplo, una suposición excesivamente simplista de que los nodos usan códigos ortogonales de manera que ningún nodo de transmisión interfiere con ningún otro nodo de recepción es usada en varios de los documentos. Ello no es solo incorrecto, ya que en la práctica los códigos no son perfectamente ortogonales debido por ejemplo a la difusión del retardo y de ahí provocará interferencia perjudicial, sino que es también un uso ineficiente de valiosos recursos. La ortogonalidad de las señales es un resultado de una expansión del ancho de banda (BW), y el ancho de banda se podría usar probablemente mejor a través de enviar los datos a velocidades más altas. El procedimiento de asignación de recursos y caminos propuesto en los esquemas convencionales de encaminamiento y de acceso al canal “integrado” también está muy simplificado y puede anunciar algunas veces rutas que no son factibles en la práctica. Although several good ideas have been presented for some form of routing and access to the “integrated” channel, important radio aspects are completely neglected. Therefore, the usefulness of the algorithms can be questioned. For example, an excessively simplistic assumption that nodes use orthogonal codes so that no transmission node interferes with any other receiving node is used in several of the documents. This is not only incorrect, since in practice the codes are not perfectly orthogonal due to, for example, the spread of the delay and hence will cause harmful interference, but it is also an inefficient use of valuable resources. The orthogonality of the signals is a result of an expansion of the bandwidth (BW), and the bandwidth could probably be used better by sending the data at higher speeds. The procedure for allocating resources and paths proposed in conventional routing and access schemes to the “integrated” channel is also very simplified and can sometimes announce routes that are not feasible in practice.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN SUMMARY OF THE INVENTION

La presente invención supera estas y otras desventajas de las adaptaciones de la técnica previa. The present invention overcomes these and other disadvantages of prior art adaptations.

Es un objeto general de la presente invención mejorar la utilización de los recursos disponibles en una red de comunicación. It is a general object of the present invention to improve the use of available resources in a communication network.

También es un objeto de la invención proporcionar un mecanismo robusto y eficiente para el soporte de la QoS en redes de comunicaciones tales como las redes inalámbricas multisalto. A este respecto, es deseable explotar el potencial completo de la red, a la par que se asegura la calidad de servicio. It is also an object of the invention to provide a robust and efficient mechanism for supporting QoS in communications networks such as multi-hop wireless networks. In this regard, it is desirable to exploit the full potential of the network, while ensuring quality of service.

Otro objeto de la invención es proporcionar comunicación considerablemente libre de colisiones o no interferente para cada conexión individual, al menos en un subconjunto dado de la red. Another object of the invention is to provide considerably collision free or non-interfering communication for each individual connection, at least in a given subset of the network.

Aún otro objeto de la invención es proporcionar un método mejorado y el sistema de control correspondiente para la configuración de la conexión en una red de comunicación tal como una red inalámbrica multisalto. Still another object of the invention is to provide an improved method and corresponding control system for the configuration of the connection in a communication network such as a multi-hop wireless network.

Todavía otro objeto de la invención es proporcionar un método mejorado y el sistema de control correspondiente para la determinación de una conexión en una red de comunicación tal como una red inalámbrica multisalto. Still another object of the invention is to provide an improved method and corresponding control system for the determination of a connection in a communication network such as a multi-hop wireless network.

Es también otro objeto de la invención es proporcionar un método mejorado y el sistema de control correspondiente para el control de admisión de la conexión en una red de comunicación tal como una red inalámbrica multisalto. It is also another object of the invention to provide an improved method and corresponding control system for the admission control of the connection in a communication network such as a multi-hop wireless network.

Otro objeto de la invención es proporcionar una red de comunicación que tiene una pluralidad de nodos de red, al menos uno de los cuales incluye los medios para la determinación mejorada de una conexión. Another object of the invention is to provide a communication network having a plurality of network nodes, at least one of which includes the means for the improved determination of a connection.

También es un objeto de la invención encontrar formas de controlar la complejidad de cálculo implicada en la determinación de los parámetros de conexión adecuados. It is also an object of the invention to find ways of controlling the complexity of calculation involved in determining the appropriate connection parameters.

La invención básicamente propone una integración de cruce de capas de las funciones en varias capas de protocolo de la red en un mecanismo unificado único por medio de la optimización integrada de una función objetivo única con respecto a los parámetros de conexión en al menos tres capas de protocolo. The invention basically proposes a cross-layer integration of the functions into several network protocol layers in a single unified mechanism by means of the integrated optimization of a single objective function with respect to the connection parameters in at least three layers of protocol.

Preferentemente, las capas de protocolo implicadas incluyen la capa de red, la capa de enlace y la capa física. Sin embargo se debería entender que se pueden usar otras capas de protocolo en la optimización integrada. También es posible usar más de tres capas de protocolo en la optimización, por ejemplo considerando los tres niveles más bajos en combinación con una aplicación adaptativa en la capa de aplicaciones. En efecto, el planteamiento unificado de la invención elimina parcialmente o completamente la necesidad de una representación por capas. En lugar de tener varios algoritmos de optimización separados ejecutándose más o menos independientemente en las distintas capas de protocolo, se realiza una optimización unificada única. Preferably, the protocol layers involved include the network layer, the link layer and the physical layer. However, it should be understood that other protocol layers can be used in integrated optimization. It is also possible to use more than three protocol layers in the optimization, for example considering the three lowest levels in combination with an adaptive application in the application layer. Indeed, the unified approach of the invention partially or completely eliminates the need for a layered representation. Instead of having several separate optimization algorithms running more or less independently in the different protocol layers, a single unified optimization is performed.

En una realización preferente de la invención, las funciones de la capa física, acceso al canal, encaminamiento y opcionalmente también control de admisión están integradas en un mecanismo unificado, único usando los parámetros de conexión que incluyen el camino, canal y uno o más parámetros de capa/enlace físico en la optimización integrada. En este caso, cada conexión se define consecuentemente por al menos un triplete que comprende un camino seleccionado, un canal seleccionado y uno o más parámetros de capa/enlace físico. In a preferred embodiment of the invention, the functions of the physical layer, access to the channel, routing and optionally also admission control are integrated in a unified, unique mechanism using the connection parameters that include the path, channel and one or more parameters layer / physical link in the integrated optimization. In this case, each connection is consequently defined by at least one triplet comprising a selected path, a selected channel and one or more physical layer / link parameters.

Para proporcionar comunicación libre de colisiones o no interferente, la optimización se somete a una o más restricciones diseñadas para asegurar la comunicación considerablemente sin colisiones con respecto a las conexiones existentes así como la conexión requerida. To provide collision-free or non-interfering communication, the optimization is subject to one or more restrictions designed to ensure considerably collision-free communication with respect to existing connections as well as the required connection.

Incorporando los parámetros de conexión de la capa física en la optimización integrada y realizando la optimización bajo una o más restricciones relacionadas con la interferencia, el tema de la interferencia se puede considerar cuidadosamente también en un planteamiento unificado para el aprovisionamiento de la QoS en redes tales como las redes inalámbricas multisalto. Esto supone que es posible determinar los parámetros de conexión que aseguran los enlaces considerablemente no interferentes, incluyendo también los enlaces de la conexión requerida. By incorporating the physical layer connection parameters into the integrated optimization and performing the optimization under one or more interference-related restrictions, the issue of interference can also be carefully considered in a unified approach to the provisioning of QoS in such networks. like multi-hop wireless networks. This means that it is possible to determine the connection parameters that ensure considerably non-interfering links, including also the links of the required connection.

En la práctica, la función objetivo puede incluir términos tales como la potencia de transmisión del enlace, el retardo, la carga local, la potencia de la batería y el margen del enlace. Los parámetros de la capa física típicamente definen el funcionamiento del enlace e incluyen uno o más parámetros de enlace físico tales como la potencia de transmisión, los parámetros de modulación, el ancho de banda, la velocidad de transmisión de datos, los parámetros de corrección de errores, y así sucesivamente. Otros parámetros de enlace físico incluyen los parámetros de configuración de entrada múltiple-salida múltiple (MIMO), antena adaptativa (AA) y otros de múltiples antenas, en el lado de transmisión, el lado de recepción o ambos. In practice, the objective function may include terms such as link transmission power, delay, local charge, battery power and link margin. The physical layer parameters typically define the operation of the link and include one or more physical link parameters such as the transmission power, the modulation parameters, the bandwidth, the data transmission rate, the correction parameters of mistakes, and so on. Other physical link parameters include the multiple input-multiple output (MIMO), adaptive antenna (AA) and other multi-antenna configuration parameters, on the transmission side, the reception side, or both.

Ventajosamente, la optimización integrada se realiza por medio de un algoritmo heurístico. Los parámetros de conexión pueden ser determinados por ejemplo en un procedimiento de búsqueda local. A este respecto, también ha resultado ser útil trabajar con un algoritmo anidado, en el que cada nivel de anidamiento representa una capa de protocolo de la red. Advantageously, the integrated optimization is carried out by means of a heuristic algorithm. The connection parameters can be determined for example in a local search procedure. In this regard, it has also proved useful to work with a nested algorithm, in which each level of nesting represents a protocol layer of the network.

En una realización especial de la invención, el horizonte sobre el que actúa el algoritmo se hace seleccionable para proporcionar rendimiento óptimo para un nivel aceptable de complejidad de cálculo dado. In a special embodiment of the invention, the horizon on which the algorithm acts is made selectable to provide optimum performance for an acceptable level of calculation complexity given.

Además de una implementación centralizada, en la que una única unidad predefinida determina las conexiones bajo petición, también es posible distribuir el algoritmo de optimización a una pluralidad de nodos de red en la red, usando señalización de RREQ (Petición de Recursos) y RREP (Respuesta de Ruta) para la transferencia de la información requerida. En el escenario distribuido, para una petición de conexión dada, el algoritmo de optimización se puede ejecutar en los nodos de red relevantes de una forma nodo a nodo, o ejecutar enteramente en el nodo destino usando la información cotejada en una RREQ que se ha enviado a través de la red. In addition to a centralized implementation, in which a single predefined unit determines the connections on request, it is also possible to distribute the optimization algorithm to a plurality of network nodes in the network, using RREQ (Resource Request) and RREP ( Route Response) for the transfer of the required information. In the distributed scenario, for a given connection request, the optimization algorithm can be executed on the relevant network nodes in a node-to-node manner, or run entirely on the destination node using the information collated in a RREQ that has been sent via network.

Las redes consideradas principalmente son redes inalámbricas (radio, ópticas, etc.) multisalto, pero la invención también se puede aplicar en otras redes tales como redes de acceso múltiple formadas como híbridas de tecnologías inalámbricas y cableadas. The networks considered mainly are wireless networks (radio, optical, etc.) multisalt, but the invention can also be applied in other networks such as multiple access networks formed as hybrids of wireless and wired technologies.

Se debería entender que el término “canal” incluye intervalos de tiempo, bandas de frecuencia, códigos ortogonales, It should be understood that the term "channel" includes time intervals, frequency bands, orthogonal codes,

o cualquier otro canal ortogonal o combinaciones de los mismos, incluso canales no espaciados. or any other orthogonal channel or combinations thereof, even non-spaced channels.

En resumen, la presente invención concierne al aprovisionamiento de la QoS en redes de comunicaciones tales como las redes inalámbricas multisalto, pero también apunta al uso eficiente del medio inalámbrico a la par que asegura el uso de algoritmos de descubrimiento del camino de baja complejidad. Los algoritmos propuestos no se limitan al caso estacionario de un escenario de nodos fijos, sino que pueden manejar bajo ciertas circunstancias baja In summary, the present invention concerns the provisioning of QoS in communications networks such as multisalt wireless networks, but also points to the efficient use of the wireless medium while ensuring the use of low complexity path discovery algorithms. The proposed algorithms are not limited to the stationary case of a fixed node scenario, but can handle under certain circumstances low

o moderada movilidad. or moderate mobility.

La invención ofrece las siguientes ventajas: The invention offers the following advantages:

-Alta utilización de la red; -High network utilization;

-Eficiente aprovisionamiento y soporte de QoS, incluyendo retardo y flujo de datos garantizado; -Efficient provisioning and support of QoS, including delay and guaranteed data flow;

-Comunicación considerablemente libre de colisiones; -Communication considerably free of collisions;

-Baja complejidad de cálculo dados los aumentos de rendimiento y la complejidad combinatoria de la solución óptima; -Low complexity of calculation given the increases in performance and the combinatorial complexity of the optimal solution;

-Control flexible de la complejidad de cálculo; -Flexible control of calculation complexity;

--
Reducido consumo de potencia, cuando la potencia de transmisión se usa en la función objetivo; Reduced power consumption, when the transmission power is used in the objective function;

--
Reducido retardo extremo a extremo, cuando se usa el retardo en la función objetivo; Reduced end-to-end delay, when the delay is used in the objective function;

-Tanto las implementaciones distribuidas como centralizadas son factibles; y -Both implementations distributed as centralized are feasible; Y

-Permite la selección del camino más corto cercano o, a muy baja carga, real. -Allows the selection of the shortest path near or, at very low load, real.

Otras ventajas ofrecidas por la presente invención se apreciarán en la lectura de la descripción posterior de las realizaciones de la invención. Other advantages offered by the present invention will be appreciated in reading the subsequent description of the embodiments of the invention.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La invención, junto con otros objetos y ventajas de la misma, se entenderá mejor con referencia a la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que: The invention, together with other objects and advantages thereof, will be better understood with reference to the following description taken together with the accompanying drawings, in which:

La Fig. 1 es un diagrama esquemático que ilustra los esquemas de encaminamiento y acceso al canal de acuerdo con la técnica previa; La Fig. 2 es un diagrama esquemático que ilustra el planteamiento unificado de acuerdo con la invención; La Fig. 3 es un diagrama esquemático de una red inalámbrica multisalto ejemplar; La Fig. 4 es un diagrama de flujo de la configuración, rechazo y desmontaje de la conexión; La Fig. 5 ilustra la notación usada para una configuración del camino de conexión preliminar en una red inalámbrica multisalto ejemplar; La Fig. 6 ilustra una configuración del camino de conexión preliminar en una red inalámbrica multisalto ejemplar para un canal y pareja de nodos específicos; Las Fig. 7-12 son diagramas esquemáticos que ilustran un ejemplo del funcionamiento de un mecanismo unificado inventivo para el aprovisionamiento de la QoS en una red dada; y La Fig. 13 es un diagrama esquemático que ilustra un gráfico de la CIR CDF resultante para todos los receptores activos correspondientes al ejemplo de la Fig. 12; y La Fig. 14 es un diagrama esquemático de un nodo de red en el cual se implementa un algoritmo CFPR de acuerdo con la invención; La Fig. 15 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de reserva del canal no espaciada. Fig. 1 is a schematic diagram illustrating the routing and access schemes to the channel according to the prior art; Fig. 2 is a schematic diagram illustrating the unified approach according to the invention; Fig. 3 is a schematic diagram of an exemplary multi-hop wireless network; Fig. 4 is a flow chart of the configuration, rejection and disassembly of the connection; Fig. 5 illustrates the notation used for a preliminary connection path configuration in a network exemplary multisalt wireless; Fig. 6 illustrates a preliminary connection path configuration in a multi-hop wireless network specimen for a channel and pair of specific nodes; Fig. 7-12 are schematic diagrams illustrating an example of the operation of a mechanism unified inventive for the provisioning of QoS in a given network; Y Fig. 13 is a schematic diagram illustrating a graph of the resulting CDF CIR for all active receptors corresponding to the example of Fig. 12; Y Fig. 14 is a schematic diagram of a network node in which a CFPR algorithm of according to the invention; Fig. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a non-spaced channel reservation.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Para una mejor comprensión de la invención, se resumirá primero la técnica previa con respecto a los esquemas de encaminamiento y acceso al canal con referencia a la Fig. 1. En los esquemas convencionales para encaminamiento y acceso al canal, cada capa de protocolo se asocia generalmente con su propio algoritmo independiente A1, A2, A3. Algunas veces los datos de extracción se pueden enviar desde una capa más baja a una capa más alta para proporcionar alguna forma de integración de cruce de capas secuencial o “suave”. Los datos de extracción de la capa más baja simplemente se transfieren a la capa más alta para usar por el algoritmo de capa más alta, sin realimentación hacia la capa más baja para la adaptación. Por ejemplo, los datos de extracción que conciernen al ancho de banda del enlace se pueden transferir desde la capa de enlace, L2, al algoritmo de encaminamiento A3 en la capa de red L3. La información del ancho de banda se puede usar a continuación por el algoritmo de encaminamiento, el cual por ejemplo puede cambiar la asignación del camino si el ancho de banda es demasiado bajo. Este planteamiento de usar varios algoritmos independientes, cada uno que concierne a su propia función objetivo, representa una forma relativamente simple de integración de cruce de capas que solamente proporciona resultados subóptimos, si los caminos factibles se pueden producir en absoluto. Un análisis cuidadoso de los esquemas convencionales para el encaminamiento y el acceso al canal integrado también revela que todos funcionan solamente en dos capas de protocolo y que a menudo omiten completamente el tema de la interferencia y por lo tanto proporcionan rutas subóptimas y no explotan el pleno potencial de las redes. For a better understanding of the invention, the prior art will be summarized first with respect to routing and channel access schemes with reference to Fig. 1. In conventional schemes for routing and access to the channel, each protocol layer is associated usually with its own independent algorithm A1, A2, A3. Sometimes extraction data can be sent from a lower layer to a higher layer to provide some form of sequential or "smooth" layer crossing integration. Extraction data from the lower layer is simply transferred to the higher layer for use by the higher layer algorithm, without feedback to the lower layer for adaptation. For example, the extraction data concerning the link bandwidth can be transferred from the link layer, L2, to the routing algorithm A3 in the network layer L3. The bandwidth information can then be used by the routing algorithm, which for example can change the path assignment if the bandwidth is too low. This approach of using several independent algorithms, each concerning its own objective function, represents a relatively simple form of layer crossing integration that only provides suboptimal results, if feasible paths can be produced at all. A careful analysis of conventional schemes for routing and access to the integrated channel also reveals that they all work only in two layers of protocol and that they often omit the interference issue completely and therefore provide suboptimal routes and do not exploit the full potential of networks.

Las referencias [23-25] son todas Publicaciones de Solicitudes de Patentes de U.S publicadas después de la fecha de presentación de la Solicitud de Patente Provisional U.S. Nº 60/358.370 en la que se basa la presente solicitud de patente. References [23-25] are all US Patent Application Publications published after the filing date of the U.S. Provisional Patent Application. No. 60 / 358,370 on which the present patent application is based.

La referencia [23] describe el encaminamiento para el interfuncionamiento ad hoc en base a las medidas de la calidad del enlace transferidas desde la capa de enlace. Reference [23] describes the routing for ad hoc interworking based on the link quality measures transferred from the link layer.

La referencia [24] describe una red celular con la asignación de recursos de canal adaptativo basada en un criterio de mínima distorsión o mínima potencia, teniendo en cuenta las características de transmisión inalámbrica que varían con el tiempo. Reference [24] describes a cellular network with the allocation of adaptive channel resources based on a criterion of minimum distortion or minimum power, taking into account the wireless transmission characteristics that vary over time.

La referencia [25] describe el uso de una unidad de extracción multimedia para la integración de la gestión de la capa de enlace con la gestión de la capa de red. Se modifican varios parámetros de transmisión en respuesta a los factores ambientales cambiantes, y esta modificación cambia el ancho de banda del enlace disponible, el cual a su vez se usa en la gestión del tráfico de la capa de red. Reference [25] describes the use of a multimedia extraction unit for the integration of the management of the link layer with the management of the network layer. Several transmission parameters are modified in response to changing environmental factors, and this modification changes the bandwidth of the available link, which in turn is used in network layer traffic management.

Las referencias [23-25] representan meramente distintas variantes de integración de cruce de capas “suave”, que implica como mucho a dos capas de protocolo a la vez con los datos de extracción que se transfieren desde una capa más baja a una capa más alta. References [23-25] represent merely different variants of "soft" layer crossover integration, which involves at most two protocol layers at the same time with the extraction data that is transferred from a lower layer to a more layer high.

Como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 2, la invención propone un algoritmo unificado para la optimización integrada de una función objetivo única con respecto a los parámetros de conexión en al menos tres capas de protocolo, incluyendo preferentemente las capas L1, L2, L3, proporcionando de esta manera un planteamiento verdaderamente integrado y unificado para el encaminamiento, la asignación de los canales y la adaptación de los parámetros del enlace físico. En lugar de tener algoritmos de optimización separados que se ejecutan más o menos independientemente, se realiza una optimización unificada única de acuerdo con la invención. Como se mencionó previamente, el planteamiento unificado de la invención puede eliminar realmente la necesidad de una representación de capas, aunque no hay nada que impida que otras funciones opcionales, representadas por las cajas de líneas discontinuas en la Fig. 2, todavía residan en la capa de red L3, la capa de enlace L2, y la capa física L1. Estas funciones pueden ser o no cooperantes con el algoritmo unificado de acuerdo con la invención. As schematically illustrated in Fig. 2, the invention proposes a unified algorithm for the integrated optimization of a single objective function with respect to the connection parameters in at least three protocol layers, preferably including layers L1, L2, L3, thus providing a truly integrated and unified approach to routing, channel assignment and adaptation of physical link parameters. Instead of having separate optimization algorithms that run more or less independently, a single unified optimization according to the invention is performed. As previously mentioned, the unified approach of the invention can actually eliminate the need for a representation of layers, although there is nothing that prevents other optional functions, represented by the boxes of dashed lines in Fig. 2, still residing in the network layer L3, link layer L2, and physical layer L1. These functions may or may not be cooperating with the unified algorithm according to the invention.

La invención se describirá ahora con referencia a una red de comunicación particular, a saber una red inalámbrica (radio, óptica, etc.) multisalto. Sin embargo se debería entender que la invención no se limita a la misma, sino que también se puede aplicar en otras redes tales como redes de acceso múltiple formadas como híbridas de tecnologías inalámbricas y cableadas. The invention will now be described with reference to a particular communication network, namely a multi-hop wireless network (radio, optical, etc.). However, it should be understood that the invention is not limited thereto, but can also be applied in other networks such as multiple access networks formed as hybrids of wireless and wired technologies.

Principios básicos y descripción de la red Basic principles and description of the network

Como se mencionó anteriormente, la invención representa generalmente una integración de cruce de capas verdadera de las funciones en varias capas de protocolo en la red, que proporcionan de esta manera un planteamiento unificado para el aprovisionamiento de la QoS en una red multisalto. En el planteamiento unificado de acuerdo con la invención, las conexiones se determinan preferentemente por la optimización integrada de una función objetivo dada con respecto a los parámetros de conexión en al menos tres capas de protocolo dentro de la red. As mentioned above, the invention generally represents a true cross-layer integration of functions in several protocol layers in the network, thus providing a unified approach to the provisioning of QoS in a multi-hop network. In the unified approach according to the invention, the connections are preferably determined by the integrated optimization of a given objective function with respect to the connection parameters in at least three protocol layers within the network.

Para una mejor compresión de la invención, será útil comenzar con una breve descripción de una red inalámbrica multisalto ejemplar. La Fig. 3 es un diagrama esquemático de una red inalámbrica multisalto ejemplar que ilustra algunos conceptos importantes. Se supone que tenemos una red que comprende múltiples nodos. La red funciona en un medio inalámbrico en el que las transmisiones pueden interferir potencialmente entre ellas. El tráfico enviado entre dos nodos en la red se llama flujo. El remitente de los datos en tal flujo se llama nodo fuente y el receptor se llama nodo destino. En cada instante, la red transporta cero, uno o una multitud de flujos de tráfico. Cada flujo se transporta en una conexión (también conocida como un circuito desde la conexión de redes clásica). Por simplicidad, solamente se muestra una única conexión en la Fig. 3. En la práctica, por supuesto, pueden existir varias conexiones simultáneas. For a better understanding of the invention, it will be useful to begin with a brief description of an exemplary multi-hop wireless network. Fig. 3 is a schematic diagram of an exemplary multi-hop wireless network that illustrates some important concepts. We are supposed to have a network comprising multiple nodes. The network operates on a wireless medium in which transmissions can potentially interfere with each other. Traffic sent between two nodes in the network is called flow. The sender of the data in such a stream is called the source node and the receiver is called the destination node. At every moment, the network transports zero, one or a multitude of traffic flows. Each flow is transported in a connection (also known as a circuit from the classic network connection). For simplicity, only a single connection is shown in Fig. 3. In practice, of course, several simultaneous connections can exist.

Se define una conexión desde un nodo fuente a un nodo destino mediante una serie de parámetros de conexión, que incluyen el camino, así como los parámetros del canal y los parámetros de la capa física a lo largo del camino. Puede haber varios caminos distintos desde la fuente al destino. Cada camino se monta por un conjunto de enlaces, y cada enlace entre dos nodos adyacentes i y j puede usar varios canales de comunicación distintos y ajustes de parámetros de enlace físico. Un camino se puede caracterizar por las identidades de los nodos. A connection from a source node to a destination node is defined by a series of connection parameters, which include the path, as well as the channel parameters and the physical layer parameters along the path. There may be several different paths from the source to the destination. Each path is mounted by a set of links, and each link between two adjacent nodes i and j can use several different communication channels and physical link parameter settings. A path can be characterized by the identities of the nodes.

Los parámetros de la capa física, también conocidos como parámetros de enlace físico, se pueden asociar con el lado de transmisión y/o el lado de recepción de cada nodo a lo largo del camino. Los parámetros del enlace físico para la transmisión pueden ser por ejemplo la potencia de transmisión, la modulación y así sucesivamente. Los parámetros del enlace para la recepción pueden incluir la sintonización de los grupos de antenas. La comunicación en canales separados se supone que es enteramente ortogonal y de ahí que no puede interferir entre ellos. El cambio de un canal a otro en un nodo de retransmisión se llama conmutación de canal. Una conexión típicamente tiene un límite superior de la velocidad de transmisión de datos, y un flujo puede usar una fracción de la velocidad de transmisión de datos disponible o el ancho de banda completo. Los nodos dentro del alcance entre ellos generalmente se dice que son vecinos. Obviamente, son posibles varias definiciones del término “dentro del alcance”. Preferentemente, la condición de estar dentro del alcance de un nodo es que la Relación Señal a Ruido (SNR) media en recepción exceda un nivel predeterminado cuando se usa la potencia máxima de transmisión permitida en la estación de envío y no existen estaciones interferentes. The physical layer parameters, also known as physical link parameters, can be associated with the transmission side and / or the reception side of each node along the path. The parameters of the physical link for the transmission can be for example the transmission power, the modulation and so on. The link parameters for reception may include tuning the antenna groups. Communication on separate channels is supposed to be entirely orthogonal and hence cannot interfere with each other. The change from one channel to another in a relay node is called channel switching. A connection typically has an upper limit of the data transmission rate, and a stream can use a fraction of the available data rate or full bandwidth. The nodes within reach between them are generally said to be neighbors. Obviously, several definitions of the term "within reach" are possible. Preferably, the condition of being within the range of a node is that the Average Signal to Noise Ratio (SNR) in reception exceeds a predetermined level when the maximum transmission power allowed in the sending station is used and there are no interfering stations.

5 5

15 fifteen

25 25

35 35

45 Four. Five

Es deseable determinar los parámetros de conexión que son óptimos en algún sentido. Para ser capaces de hablar sobre optimalidad de una manera bien definida, se introduce una función objetivo f. En general, la función objetivo f se selecciona cuidadosamente y se hace dependiente de los parámetros de conexión tales como el camino, el canal y los parámetros de la capa física. Incluso aunque los parámetros de la capa/enlace físico normalmente forman parte de la función objetivo, otros factores de la capa/enlace no física, tales como la carga local o la batería restante, se podrían incorporar en la función objetivo. La función objetivo se optimiza entonces con respecto a los parámetros de conexión relevantes, determinando conjuntamente por ello los parámetros de conexión óptima para una conexión. El término parámetro se usa tanto para representar un parámetro variable como tal, como un valor del parámetro variable, como se entiende rápidamente por las personas expertas. It is desirable to determine the connection parameters that are optimal in some sense. To be able to talk about optimality in a well defined way, an objective function f is introduced. In general, the objective function f is carefully selected and made dependent on the connection parameters such as the path, the channel and the physical layer parameters. Even though the parameters of the physical layer / link are normally part of the objective function, other factors of the non-physical layer / link, such as the local charge or the remaining battery, could be incorporated into the objective function. The objective function is then optimized with respect to the relevant connection parameters, thereby jointly determining the optimal connection parameters for a connection. The term parameter is used both to represent a variable parameter as such, as a variable parameter value, as quickly understood by experts.

Cuando se formaliza la optimización, se pueden usar las siguientes notaciones: When the optimization is formalized, the following notations can be used:

Ω indica todos los nodos en la red (o la parte considerada de la red). Ω indicates all nodes in the network (or the considered part of the network).

M indica el conjunto de canales ortogonales en total. M indicates the set of orthogonal channels in total.

Ψ indica uno o una multitud de parámetros de la capa física, y de esta manera puede ser multidimensional con respecto a los parámetros de la capa física, cada parámetro variable como tal teniendo un espacio de definición en el que puede asumir valores continuos o discretos. Ψ indicates one or a multitude of parameters of the physical layer, and in this way it can be multidimensional with respect to the parameters of the physical layer, each variable parameter as such having a definition space in which it can assume continuous or discrete values.

En la optimización la función objetivo f, que usa los parámetros de entrada de los conjuntos anteriores Ω, M, y Ψ, se obtienen los parámetros de conexión reales que definen la conexión, incluyendo el camino, el canal y los parámetros de la capa física: In optimization, the objective function f, which uses the input parameters of the previous sets Ω, M, and Ψ, obtains the actual connection parameters that define the connection, including the path, the channel and the physical layer parameters :

R define los nodos reales entre la fuente y el destino: R defines the real nodes between the source and the destination:

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Su define el conjunto de canales que el nodo u utiliza para la transmisión: Su defines the set of channels that the node uses for transmission:

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donde M(u) es el conjunto de canales óptimos para el nodo u, y el nodo u pertenece al camino R, excepto el nodo destino. where M (u) is the set of optimal channels for node u, and node u belongs to path R, except the destination node.

Tu,v define el conjunto de valores de los parámetros para el nodo u en el canal v, y puede incluir los parámetros de transmisión y/o recepción, excepto para el nodo fuente (solamente los parámetros de transmisión) y el nodo destino (solamente los parámetros de recepción): Tu, v defines the set of parameter values for node u in channel v, and may include the transmission and / or reception parameters, except for the source node (transmission parameters only) and the destination node (only reception parameters):

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donde Ψ(u,v) es el conjunto óptimo de parámetros en el nodo u para el canal v, y v pertenece a M(u), y el nodo u pertenece al camino R. where Ψ (u, v) is the optimal set of parameters in node u for channel v, and v belongs to M (u), and node u belongs to path R.

El hecho de que una función objetivo única se optimice con respecto al camino, canal y los parámetros de la capa física realmente provoca una integración de cruce de capas verdadera de encaminamiento en la capa de red, la asignación del canal en la capa de enlace así como las funciones de la capa física en un mecanismo unificado único. The fact that a single objective function is optimized with respect to the path, channel and parameters of the physical layer really causes a true cross-layer integration of routing in the network layer, the assignment of the channel in the link layer as well as the functions of the physical layer in a single unified mechanism.

Cuando se somete a restricciones de diseño adecuadas, la optimización de cruce de capas propuesta por la invención provoca una red que tiene una o una multitud de conexiones asignadas de tal manera que se garantiza la comunicación considerablemente libre de colisiones para cada flujo individual. En realidad, la comunicación completamente libre de colisiones no es posible. No obstante, la inmunidad a colisiones se puede definir prácticamente como mantener cualquier medida relevante de rendimiento tal como la PER (Relación de Error de Paquetes), la CIR (Relación Portadora a Interferencia, supuesto que se incluye el ruido) o la SNR (Relación a Señal a Ruido) por debajo de ciertos valores objetivo o dentro de intervalos objetivo predeterminados. Por ejemplo, la comunicación libre de colisiones se puede definir como que se cumple en tanto en cuanto las pérdidas de los paquetes causadas por la interferencia y otros efectos radio perjudiciales se mantienen arbitrariamente pequeñas. When subjected to appropriate design constraints, the cross-layer optimization proposed by the invention causes a network that has one or a multitude of connections assigned in such a way that considerably collision-free communication is guaranteed for each individual flow. In reality, completely collision-free communication is not possible. However, collision immunity can be defined as practically maintaining any relevant performance measure such as PER (Package Error Ratio), CIR (Carrier to Interference Ratio, assuming noise is included) or SNR (Relationship a Signal to Noise) below certain target values or within predetermined target intervals. For example, collision-free communication can be defined as being fulfilled as long as packet losses caused by interference and other harmful radio effects remain arbitrarily small.

La solución óptima a tal integración de cruce de capas es muy compleja computacionalmente. Por ejemplo, solo la selección del camino y los canales en un esquema de acceso múltiple tal como TDMA o FDMA es bien conocido que es un problema denominado NP completo (el tiempo de ejecución no es polinomial, es decir a menudo se indica como exponencial, en el tamaño de la entrada). La incorporación de funciones adicionales tales como la optimización de parámetros del enlace físico complica el asunto incluso a peor. The optimal solution to such layer crossing integration is very complex computationally. For example, only the selection of the path and channels in a multiple access scheme such as TDMA or FDMA is well known to be a problem called full NP (the execution time is not polynomial, that is, it is often indicated as exponential, in the size of the entrance). The incorporation of additional functions such as the optimization of physical link parameters complicates the matter even worse.

La estrategia global es gestionar el aprovisionamiento de la QoS y el control de admisión de una forma por flujo, similar a la que se ha descrito para esquemas convencionales de encaminamiento integrado y acceso al canal. No obstante, también se tienen en cuenta aquí varios nuevos aspectos adicionales. The overall strategy is to manage the provisioning of the QoS and the admission control in a per-flow manner, similar to that described for conventional integrated routing and channel access schemes. However, several new additional aspects are also taken into account here.

La estrategia general se describirá ahora con referencia al diagrama de flujo de la Fig. 4. Cuando el primer flujo se va a establecer en una red sobre una petición de configuración (S1), se debería seleccionar una conexión que es óptima en algún sentido. Preferentemente, esto implica seleccionar un camino, canal y un conjunto de parámetros físicos tales que la conexión está libre de colisiones (es decir no afectada por su propia transmisión) y optimiza una métrica predeterminada (S2). El control de admisión de la conexión se puede ejercer usando información sobre si se encuentra o no un camino factible (S3). Si se encuentra un camino factible, se establece la conexión (S4) y se envían los datos (S5). Para cada flujo adicional que se establece, se repite el procedimiento, pero también se asegura, con alta probabilidad, que la nueva conexión no causa colisiones para o experimenta colisiones desde las conexiones existentes. En el caso de que una conexión requerida no se pueda configurar debido a las restricciones a las que está sujeta la optimización, el flujo no se admitirá en la red (S6). La acción del usuario en tal caso no es el principal foco de la invención, pero podría implicar típicamente una configuración de la conexión reiniciada con requerimientos de QoS más bajos (es decir velocidad de transmisión de datos reducida si se soporta) o un aplazamiento de la configuración a un momento posterior cuando la carga de la red pueda ser más baja. Una alternativa adicional es que el destino puede haber sido capaz de deducir la información sobre la máxima QoS disponible durante la fase de configuración. Esta información se puede enviar entonces a la fuente para guiarla en una nueva configuración. Si se permite por la fuente, el destino también podría reservar un camino que no satisfaga plenamente los requerimientos de QoS óptimos. The general strategy will now be described with reference to the flowchart of Fig. 4. When the first flow is to be established in a network on a configuration request (S1), a connection that is optimal in some sense should be selected. Preferably, this involves selecting a path, channel and a set of physical parameters such that the connection is free of collisions (ie not affected by its own transmission) and optimizes a predetermined metric (S2). The connection admission control can be exercised using information on whether or not a feasible path is found (S3). If a feasible path is found, the connection (S4) is established and the data is sent (S5). For each additional flow that is established, the procedure is repeated, but it is also ensured, with high probability, that the new connection does not cause collisions for or experience collisions from the existing connections. In the event that a required connection cannot be configured due to the restrictions to which the optimization is subject, the flow will not be supported in the network (S6). User action in such a case is not the main focus of the invention, but it could typically involve a restarted connection configuration with lower QoS requirements (ie reduced data transmission rate if supported) or a postponement of the configuration at a later time when the network load may be lower. An additional alternative is that the destination may have been able to deduce the information on the maximum QoS available during the configuration phase. This information can then be sent to the source to guide it in a new configuration. If allowed by the source, the destination could also reserve a path that does not fully meet the optimal QoS requirements.

Tras una petición de liberación de datos (S7), se termina el envío de datos (S8). Cuando se terminan los flujos, se liberan los recursos de red correspondientes y el medio inalámbrico (S9), dejando por ello espacio en el medio e incrementando la probabilidad de que se puedan establecer nuevas conexiones siempre que se necesiten. After a request for data release (S7), the sending of data (S8) is terminated. When the flows are finished, the corresponding network resources and the wireless medium (S9) are released, thereby leaving space in the middle and increasing the likelihood that new connections can be established whenever needed.

En el proceso de determinación de una conexión, los parámetros de la capa física se seleccionan de esta manera preferentemente de manera que se puede mantener un margen suficiente para el funcionamiento fiable, a la par que se asegura que las conexiones existentes así como la parte preliminar de la nueva conexión no se interfieren. Preferentemente, los parámetros de la capa física son parámetros de la capa física, que seleccionan los parámetros de transmisión y/o recepción para cada enlace. De ahí, la adaptación de los parámetros de transmisión y/o recepción pueden afectar por lo tanto al camino tomado. Recíprocamente, el camino tomado afecta la adaptación de los parámetros de transmisión y recepción. In the process of determining a connection, the physical layer parameters are preferably selected in this way so that a sufficient margin for reliable operation can be maintained, while ensuring that the existing connections as well as the preliminary part of the new connection do not interfere. Preferably, the physical layer parameters are physical layer parameters, which select the transmission and / or reception parameters for each link. Hence, the adaptation of the transmission and / or reception parameters can therefore affect the path taken. Conversely, the path taken affects the adaptation of the transmission and reception parameters.

Se configura de esta manera una conexión bajo demanda siempre que se requiera, con todos los parámetros de conexión tales como {el camino, el canal, y los parámetros del enlace físico} que se seleccionan sabiamente para asegurar los enlaces no interferentes y no colisionantes, que incluyen la propia cadena de enlaces de la conexión preliminar. En otras palabras, en esta realización de la invención estamos tratando con la configuración de la conexión accionada por eventos con selección del camino, canal y parámetros del enlace. A connection on demand is configured in this way whenever required, with all connection parameters such as {the path, the channel, and the physical link parameters} that are selected wisely to ensure non-interfering and non-colliding links, which include the link chain itself of the preliminary connection. In other words, in this embodiment of the invention we are dealing with the configuration of the event-driven connection with selection of the path, channel and link parameters.

También se pueden soportar varias velocidades de transmisión de datos en la red así como mecanismos que permiten el ajuste de las velocidades de transmisión de datos. Una ventaja importante es la utilización eficiente de los recursos, la cual se puede interpretar como probabilidad de bloqueo reducida para cualquier carga dada. Various data transmission speeds in the network can also be supported as well as mechanisms that allow the adjustment of the data transmission speeds. An important advantage is the efficient use of resources, which can be interpreted as a reduced blocking probability for any given load.

Dependiendo de la función objetivo seleccionada, la optimización puede ser una minimización o maximización. En una realización preferente de la invención, el objetivo general de la optimización es minimizar una función de coste objetivo. Depending on the selected objective function, optimization can be a minimization or maximization. In a preferred embodiment of the invention, the general objective of optimization is to minimize an objective cost function.

Ventajosamente, la optimización se realiza por medio de un algoritmo heurístico, por ejemplo determinando los parámetros de la conexión en un procedimiento de búsqueda local. Más específicamente, el problema de la función objetivo se puede formular como un acoplamiento de las funciones objetivas específicas del nodo. También ha resultado ser útil trabajar con un algoritmo anidado. Advantageously, the optimization is carried out by means of a heuristic algorithm, for example by determining the connection parameters in a local search procedure. More specifically, the problem of the objective function can be formulated as a coupling of the specific objective functions of the node. It has also proved useful to work with a nested algorithm.

La invención se describirá ahora con referencia a un ejemplo particular de un algoritmo de optimización anidado dirigido a minimizar el coste. The invention will now be described with reference to a particular example of a nested optimization algorithm aimed at minimizing cost.

Ejemplo de algoritmo para la determinación del camino, el canal y los parámetros del enlace Example algorithm for the determination of the path, channel and link parameters

La idea es abarcar un árbol dirigido con los caminos preliminares para la conexión pendiente originados en el nodo fuente. Una vez que se ha estabilizado el algoritmo, se selecciona la ruta que conecta el nodo fuente y destino. El algoritmo por lo tanto incluye un procedimiento de búsqueda para encontrar el menor coste Ki para cada nodo i, en un conjunto dado, desde el nodo fuente designado de acuerdo con el siguiente algoritmo, generalmente indicado algoritmo CFPR (Encaminamiento de Camino Libre de Colisión): The idea is to cover a tree directed with the preliminary paths for the pending connection originating from the source node. Once the algorithm has stabilized, the route connecting the source and destination node is selected. The algorithm therefore includes a search procedure to find the lowest Ki cost for each node i, in a given set, from the source node designated according to the following algorithm, generally indicated CFPR algorithm (Collision Free Path Routing) :

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KID Fuente = constante KID Source = constant

donde i ≠ ID Fuente, N(i) es un conjunto de vecinos actuales del nodo i que a su vez es un conjunto de todos los nodos Ω en la red, j es un nodo vecino que pertenece a N(i), m es un conjunto de uno o más canales en un conjunto de M canales ortogonales en total, Ψ es uno o una multitud de parámetros de la capa física, ki (j, m, Ψ) es el coste del nodo j al nodo i, y el término K(j) es el coste acumulado del nodo fuente al nodo j. El coste ki (j, m, Ψ) supone un valor para cada canal y alguno(s) parámetro(s) de los enlaces físicos. KID Fuente es el coste inicial en el nodo fuente y asume un valor constante que se ajusta típicamente a cero. El conjunto N(i) es un conjunto seleccionable de los vecinos actuales del nodo i, y no necesariamente tienen que incluir todos los vecinos where i ≠ Source ID, N (i) is a set of current neighbors of node i which in turn is a set of all Ω nodes in the network, j is a neighboring node that belongs to N (i), m is a set of one or more channels in a set of M orthogonal channels in total, Ψ is one or a multitude of parameters of the physical layer, ki (j, m, Ψ) is the cost of node j to node i, and the term K (j) is the cumulative cost of the source node to node j. The cost ki (j, m, Ψ) implies a value for each channel and some (s) parameter (s) of the physical links. Source KID is the initial cost at the source node and assumes a constant value that is typically set to zero. The set N (i) is a selectable set of the current neighbors of node i, and they do not necessarily have to include all the neighbors

El conjunto m de canales puede incluir uno o más canales, dependiendo del ancho de banda requerido. Para conexiones de banda estrecha, puede ser suficiente con un único canal. Para conexiones de banda ancha, se pueden requerir varios canales. The set m of channels may include one or more channels, depending on the bandwidth required. For narrowband connections, a single channel may be sufficient. For broadband connections, several channels may be required.

Dado que es comúnmente aceptado escribir índices de los nodos, tales como i y j, como subíndices indicaremos simplemente ki (j, m, Ψ) como kji (m, Ψ) y K(j) como Kj. Con esta notación, el algoritmo CFPR, orientado a encontrar el menor coste Ki desde el nodo fuente, se puede resumir como sigue: Since it is commonly accepted to write indexes of the nodes, such as i and j, as subscripts we will simply indicate ki (j, m, Ψ) as kji (m, Ψ) and K (j) as Kj. With this notation, the CFPR algorithm, aimed at finding the lowest Ki cost from the source node, can be summarized as follows:

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KID Fuente = constante KID Source = constant

Cada nivel de anidación en la ecuación representa aproximadamente una capa de protocolo. El argumento más interior sintoniza los parámetros de la capa física, tales como la potencia de transmisión. De ahí kji es típicamente un coste que depende del valor que asumen los parámetros de la capa física (Ψ), pero también se podrían incorporar otros factores de la capa no física. Tales factores podrían ser por ejemplo la carga local, o incluso la capacidad de batería restante. El siguiente nivel de selección es una elección del mejor conjunto de canal(es) (m) para cada vecino individual. Este representa el acceso al canal o nivel MAC. El tercer nivel proporciona una elección entre los vecinos, de ahí eligiendo un camino en la capa de encaminamiento. Each level of nesting in the equation represents approximately one protocol layer. The innermost argument tunes the parameters of the physical layer, such as the transmission power. Hence, kji is typically a cost that depends on the value assumed by the parameters of the physical layer (Ψ), but other factors of the non-physical layer could also be incorporated. Such factors could be for example the local charge, or even the remaining battery capacity. The next level of selection is a choice of the best set of channel (s) (m) for each individual neighbor. This represents access to the MAC channel or level. The third level provides a choice among the neighbors, hence choosing a path in the routing layer.

En general, la optimización puede ser completamente centralizada a una unidad predefinida única, estipulado que la información requerida o bien se conoce o bien se puede recoger con la unidad de ejecución. No obstante, también es posible distribuir el algoritmo a una pluralidad de nodos de red, preferentemente todos los nodos de red dentro de la red multisalto. En el escenario distribuido, la implementación detallada depende de si está disponible la información completa o solamente la información local. En el último caso, el algoritmo se puede ejecutar en los nodos de red relevantes de una forma nodo a nodo, usando preferentemente señalización RREQ y RREP para el intercambio de la información requerida, como se describirá con más detalle más adelante. Por otra parte, si la información requerida se recoge en el camino al nodo destino, el algoritmo CFPR junto con un procedimiento de control de admisión correspondiente se puede ejecutar enteramente en el nodo destino en base a la información recogida. In general, the optimization can be completely centralized to a single predefined unit, stipulating that the required information is either known or can be collected with the execution unit. However, it is also possible to distribute the algorithm to a plurality of network nodes, preferably all network nodes within the multi-hop network. In the distributed scenario, the detailed implementation depends on whether complete information or only local information is available. In the latter case, the algorithm can be executed in the relevant network nodes in a node-to-node manner, preferably using RREQ and RREP signaling for the exchange of the required information, as will be described in more detail below. On the other hand, if the required information is collected on the way to the destination node, the CFPR algorithm together with a corresponding admission control procedure can be executed entirely on the destination node based on the information collected.

El algoritmo CFPR definido anteriormente es particularmente adecuado para la implementación distribuida, en la que el algoritmo de optimización se distribuye a una pluralidad de nodos de red, y se ejecuta consecutivamente en los nodos de red implicados de una forma nodo a nodo. Esto generalmente supone que un procedimiento de búsqueda local se realice en cada nodo i para evaluar el coste kji (m, Ψ) desde el nodo j al nodo i para todos los nodos j en un conjunto seleccionado N(i) de vecinos, y se determina el menor coste Ki para cada nodo i desde el nodo fuente en base a esta evaluación junto con la información sobre Kj recibido desde cada nodo colindante j. El procedimiento de búsqueda continúa nodo por nodo hasta que se ha extendido el árbol entero de los nodos relevantes. The CFPR algorithm defined above is particularly suitable for distributed implementation, in which the optimization algorithm is distributed to a plurality of network nodes, and is executed consecutively in the network nodes involved in a node-to-node manner. This generally assumes that a local search procedure is performed on each node i to evaluate the cost kji (m, Ψ) from node j to node i for all nodes j in a selected set N (i) of neighbors, and determine the lowest cost Ki for each node i from the source node based on this evaluation along with the information about Kj received from each adjoining node j. The search procedure continues node by node until the entire tree of the relevant nodes has been extended.

Señalar que el algoritmo CFPR muestra alguna similitud al algoritmo del camino más corto de Bellman Ford. No Note that the CFPR algorithm shows some similarity to the Bellman Ford shortest path algorithm. Do not

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obstante, allí existen varias diferencias. El algoritmo CFPR se generaliza a múltiples dimensiones (canales), proporciona una optimización integrada de los parámetros de la capa física, el canal y el camino, garantiza la inmunidad a colisiones y proporciona un cierre al camino más corto. En situaciones de baja carga, el camino tomado será normalmente el camino más corto real. La Fig. 5 intenta visualizar alguna terminología y notación usada en conexión con el algoritmo CFPR. However, there are several differences. The CFPR algorithm is generalized to multiple dimensions (channels), provides an integrated optimization of the physical layer, channel and path parameters, guarantees collision immunity and provides a shorter path closure. In low load situations, the road taken will normally be the shortest real road. Fig. 5 attempts to visualize some terminology and notation used in connection with the CFPR algorithm.

Ahora, cuando se configura un nuevo camino es deseable considerar los enlaces de las conexiones existentes y evitar interferir con aquéllos. Del mismo modo, también es deseable estar seguros de que los enlaces de las conexiones existentes no interfieren con los enlaces en la nueva conexión. Por lo tanto es útil dividir los nodos en cuatro conjuntos, centrados solamente en dos nodos en este momento, es decir el nodo i y j. Los primeros dos conjuntos son simplemente el nodo que se piensa recibir, es decir el nodo i y el nodo que se piensa transmitir, es decir el nodo j. Un tercer conjunto es un conjunto de vecinos del nodo j, N(j) pero excluido el nodo i. Los nodos dentro de este conjunto se indican u. El cuarto conjunto incluye los vecinos del nodo i, N(i) pero excluido el nodo j. Los nodos dentro de este conjunto se indican v. Típicamente, los conjuntos colindantes tienen aproximadamente el mismo conjunto de nodos. Now, when a new path is set up, it is desirable to consider the links of the existing connections and avoid interfering with them. Similarly, it is also desirable to be sure that the links of the existing connections do not interfere with the links in the new connection. Therefore it is useful to divide the nodes into four sets, focusing only on two nodes at this time, that is node i and j. The first two sets are simply the node that is intended to be received, that is node i and the node that is intended to be transmitted, that is node j. A third set is a set of neighbors of node j, N (j) but excluding node i. The nodes within this set are indicated u. The fourth set includes the neighbors of node i, N (i) but excluding node j. The nodes within this set are indicated v. Typically, adjoining sets have approximately the same set of nodes.

Como se indicó anteriormente, se puede usar cualquier función de costes adecuada en la optimización, y el tipo de parámetro(s) de conexión física seleccionado(s) puede variar dependiendo del objetivo detallado de la optimización. No obstante, para una mejor comprensión, será ahora descrito un ejemplo ilustrativo de una optimización que implica parámetros del enlace físico. As indicated above, any suitable cost function can be used in the optimization, and the type of physical connection parameter (s) selected may vary depending on the detailed objective of the optimization. However, for a better understanding, an illustrative example of an optimization involving physical link parameters will now be described.

Ejemplo de optimización que implica los parámetros de enlace físico tales como potencia de transmisión Optimization example involving physical link parameters such as transmission power

De acuerdo con una realización preferente de la invención, la inmunidad a colisiones se asegura seleccionando la potencia de transmisión para el nodo j tal que se pueden conceder suficientes márgenes de recepción γ para los nodos implicados. Para la recepción en el nodo i, el nodo j debería usar una potencia de transmisión Pj(m) tal que la potencia de recepción resultante Ci(m) excede el nivel de interferencia, generado por los nodos v (alternativamente, los otros nodos en Ω también se pueden usar en los cálculos) dentro del conjunto N(i)\{j} y visto en el nodo i, con un factor de mitigación γ M. Del mismo modo, el nodo j debería usar una potencia de transmisión Pj(m) tal que es al menos un factor de recepción γ R menor que la potencia de recepción Cu(m) en cualquiera de los nodos u dentro del conjunto N(j)\{i}. Aquí, la matriz de ganancia del canal G(m) se supone conocida y con eso es posible relacionar las potencias de recepción y transmisión entre ellas. Además, el nivel de ruido W usa un factor γ W para asegurar que uno está generalmente limitado por la interferencia más que limitado por el ruido. Una condición adicional e importante que se debe cumplir es que el nodo j no interfiera con los enlaces a lo largo de su propia ruta preliminar hacia el nodo fuente. R indica el conjunto de nodos a lo largo de la ruta preliminar conectados al nodo j y r indexa los nodos con R. Por último, el nivel de ruido del receptor se supone que es W. La potencia de transmisión máxima permitida y mínima requerida desde el nodo j se puede definir ahora como: According to a preferred embodiment of the invention, collision immunity is ensured by selecting the transmission power for node j such that sufficient γ reception margins can be granted for the nodes involved. For reception at node i, node j should use a transmit power Pj (m) such that the resulting reception power Ci (m) exceeds the interference level, generated by nodes v (alternatively, the other nodes at Ω can also be used in the calculations) within the set N (i) \ {j} and seen at node i, with a mitigation factor γ M. Similarly, node j should use a transmit power Pj ( m) such that it is at least one reception factor γ R less than the reception power Cu (m) at any of the nodes or within the set N (j) \ {i}. Here, the gain matrix of the G (m) channel is assumed to be known and with that it is possible to relate the reception and transmission powers between them. In addition, the noise level W uses a γ W factor to ensure that one is generally limited by interference rather than limited by noise. An additional and important condition that must be met is that node j does not interfere with the links along its own preliminary route to the source node. R indicates the set of nodes along the preliminary path connected to the node jyr indexes the nodes with R. Finally, the noise level of the receiver is assumed to be W. The maximum permissible and minimum transmission power required from the node j can now be defined as:

imagen2image2

respectivamente para un nodo dentro del conjunto R. Pv(m) y Cu(m) por otra parte indican la potencia de transmisión y de recepción respectivamente para los nodos con tráfico establecido. Más tarde, cuando el algoritmo ha convergido, el camino preliminar que conecta la fuente y el destino se seleccionará y establecerá como un camino activo hasta que expire su validez. Todas las potencias de transmisión así como los niveles de potencia de recepción se actualizarán para reflejar la conexión nuevamente establecida. imagen1 respectively for a node within the set R. Pv (m) and Cu (m) on the other hand they indicate the transmission and reception power respectively for the nodes with established traffic. Later, when the algorithm has converged, the preliminary path that connects the source and the destination will be selected and established as an active path until its validity expires. All transmission powers as well as reception power levels will be updated to reflect the newly established connection. image 1

Señalar aquí que la formulación de es tal que no garantiza que la CIR resultante en un nodo de enlaces de recepción existente no se deteriore por debajo de un cierto nivel de la CIR. En su lugar representa una simplificación en la que es poco probable que la CIR se degradase significativamente por debajo de imagen1 γ R, estipulado el Note here that the formulation of is such that it does not guarantee that the resulting CIR in an existing receiving link node will not deteriorate below a certain level of the CIR. Instead it represents a simplification in which the CIR is unlikely to degrade significantly below image 1 γ R, stipulated on

margen de mitigación γ M > margen de recepción γ R. La situación cuandomitigation margin γ M> reception margin γ R. The situation when

se selecciona tal que la CIR se garantiza que no se degrada por debajo de un nivel de la CIR deseado se describirá más tarde.  It is selected such that the CIR ensures that it does not degrade below a desired CIR level will be described later.

Como algunos canales no se usan para transmitir ni recibir, la formulación del algoritmo requiere que la potencia de transmisión se ajuste a 0 y la potencia de recepción a ∞. En la práctica, uno no necesita considerar tales canales cuando se realizan los cálculos del coste y consecuentemente puede saltarse los mismos. Since some channels are not used to transmit or receive, the algorithm formulation requires that the transmission power be set to 0 and the reception power to ∞. In practice, one does not need to consider such channels when cost calculations are made and consequently one can skip them.

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Una métrica del coste razonable para kji es la potencia de transmisión del enlace. Tal métrica opta por minimizar la potencia de transmisión acumulativa usada sobre un camino entero. Esto es bueno para la reducción del consumo de la batería, pero también reduce el nivel de interferencia en el sistema dejando espacio para incorporar nuevas conexiones. De esta manera el sistema puede funcionar a una carga de red más alta. La métrica se selecciona como: A reasonable cost metric for kji is the transmission power of the link. Such a metric chooses to minimize the cumulative transmission power used on an entire path. This is good for reducing battery consumption, but it also reduces the level of interference in the system leaving space to incorporate new connections. In this way the system can operate at a higher network load. The metric is selected as:

imagen1image 1

donde imagen1 C es una constante seleccionada en el intervalo entre 0 y 1. Esto supone que imagen1 kjiimagen1 se restringe por where image 1 C is a constant selected in the interval between 0 and 1. This assumes that image 1 kji image 1 is restricted by

imagen1image 1

y . Para C = 0, kji es igual a . Para C = 1, kji es igual a . La razón para ajustar el coste a ∞ es que el coste kji(m) solamente asumiría un valor útil cuando ello es factible. Y . For C = 0, kji is equal to. For C = 1, kji is equal to. The reason for adjusting the cost to ∞ is that the cost kji (m) would only assume a useful value when it is feasible.

Para la convergencia correcta y rápida, siempre que Ki = ∞, el nodo i descartará el camino preliminar que conduce desde la fuente y establecerá la potencia de transmisión relevante a 0 y la potencia de recepción relevante a ∞. Cualquier nodo que tiene el nodo i en su camino preliminar repetirá el procedimiento. For the correct and rapid convergence, provided that Ki = ∞, node i will discard the preliminary path leading from the source and set the relevant transmission power to 0 and the relevant reception power to ∞. Any node that has node i in its preliminary path will repeat the procedure.

La Fig. 6 muestra un camino preliminar que sale desde el nodo 3 (el nodo fuente) en el ch 2 → nodo 6, conmutación de canal ch 2 → ch 3, nodo 6 en el ch 3 → nodo j. La situación mostrada refleja la prueba de si el nodo i y el nodo j pueden comunicar en el ch 1. Esto necesita un conmutador de canal ch 3 → ch 1 en el nodo j así como asegurar que el nodo j no interfiere por ejemplo con el nodo 1 y 2 en el ch 1. Del mismo modo, se asegura que el nodo j puede enviar con suficiente potencia para alcanzar el nodo i bajo interferencia desde el nodo 4 y 5 en el ch 1. Fig. 6 shows a preliminary path from node 3 (the source node) at ch 2 → node 6, channel switching ch 2 → ch 3, node 6 at ch 3 → node j. The situation shown reflects the test of whether node i and node j can communicate on ch 1. This requires a channel switch ch 3 → ch 1 on node j as well as ensuring that node j does not interfere with the node for example 1 and 2 in ch 1. Similarly, it is ensured that node j can send with sufficient power to reach node i under interference from node 4 and 5 in ch 1.

El procedimiento anterior se ejecuta hasta que los caminos y canales no cambian. Entonces, cuando se establece la nueva conexión, los datos pueden empezar a fluir. Después de algún tiempo cuando no hay necesidad de conexión, se elimina. Se puede soportar baja movilidad estipulado que los tiempos de vida de las conexiones son relativamente pequeños en relación con la movilidad del nodo y/o las variaciones del canal. The above procedure is executed until the paths and channels do not change. Then, when the new connection is established, the data can start to flow. After some time when there is no need for connection, it is removed. It is possible to support low stipulated mobility that the lifetime of the connections is relatively small in relation to the mobility of the node and / or the variations of the channel.

El algoritmo funciona incluso cuando no es posible el ajuste dinámico de la potencia. En este caso, la adaptación del enlace físico es una selección entre transmitir con una potencia de transmisión del enlace fija Pfij (ENCENDIDO) y no transmitir del todo (APAGADO). Preferentemente la potencia de transmisión del enlace se selecciona que sea Pfij en The algorithm works even when dynamic power adjustment is not possible. In this case, the adaptation of the physical link is a selection between transmitting with a transmission power of the fixed link Pfij (ON) and not transmitting completely (OFF). Preferably the transmission power of the link is selected to be Pfij in

tanto en cuanto Pfij está en el intervalo entre , de otro modo la potencia de transmisión del enlace se ajusta a cero. as long as Pfij is in the interval between, otherwise the transmission power of the link is set to zero.

Para asistir al lector en la comprensión de los conceptos básicos de la invención así como del algoritmo CFPR, se describirá ahora un ejemplo del funcionamiento del algoritmo CFPR con referencia a las Fig. 7-13, las cuales representan una red que tiene 36 nodos distribuidos sobre un área cuadrada y que usan 14 intervalos de tiempo (TS). Cada nodo se representa como un círculo sin relleno. El nodo fuente se indica por una estrella negra dentro del círculo mientras que el nodo destino se indica por una estrella gris. Cada nodo tiene un ID que se escribe justo a la derecha del nodo. Las conexiones entre nodos se muestran con enlaces en distintas escalas de grises, donde la escala de grises representa el número de TS. El número de TS se representa también dentro de paréntesis junto con el enlace, a medio camino entre los nodos que interconecta el enlace. To assist the reader in understanding the basic concepts of the invention as well as the CFPR algorithm, an example of the operation of the CFPR algorithm will now be described with reference to Figs. 7-13, which represent a network having 36 distributed nodes over a square area and using 14 time intervals (TS). Each node is represented as a circle without padding. The source node is indicated by a black star within the circle while the destination node is indicated by a gray star. Each node has an ID that is written just to the right of the node. The connections between nodes are shown with links in different gray scales, where the gray scale represents the number of TS. The TS number is also represented in parentheses along with the link, halfway between the nodes that interconnects the link.

La Fig. 7 muestra un árbol originado en la fuente con el ID 5. Esta representa la fase de la configuración de la conexión de un primer flujo cuando el algoritmo CFPR ha generado las conexiones preliminares que constan de caminos, canales y parámetros del enlace adaptados. En esta particular implementación del algoritmo CFPR, el número de TS más bajo se elige siempre si allí existen intervalos de tiempo igual de buenos. Este es el por qué los números de intervalos se asignan en orden de número desde el nodo fuente. Fig. 7 shows a tree originated at the source with the ID 5. This represents the phase of the configuration of the connection of a first flow when the CFPR algorithm has generated the preliminary connections consisting of adapted paths, channels and link parameters . In this particular implementation of the CFPR algorithm, the lowest TS number is always chosen if there are equally good time intervals there. This is why interval numbers are assigned in order of number from the source node.

La Fig. 8 muestra el camino seleccionado al nodo destino con el ID 31. De ahí, todos los otros caminos preliminares se han descartado excepto el óptimo CFPR entre la pareja fuente destino. Fig. 8 shows the selected path to the destination node with the ID 31. Hence, all other preliminary paths have been ruled out except the optimal CFPR between the destination source pair.

Cuando se va a establecer un segundo flujo y conexión, uno puede ver intuitivamente que los enlaces se seleccionan tal que no están interfiriendo perjudicialmente con la conexión existente y al revés. En la Fig. 9, el ID del nodo 7 es la fuente y el ID del nodo 30 es el destino. When a second flow and connection is to be established, one can intuitively see that the links are selected such that they are not detrimentally interfering with the existing connection and vice versa. In Fig. 9, the ID of node 7 is the source and the ID of node 30 is the destination.

Cuando se ha establecido la segunda conexión, se advierte que los TS 1, 13, 12, 2 y 3 han sido reutilizados. Además, se usan dos intervalos concurrentemente entre el nodo 22 y 23. La Fig. 10 ilustra los canales y los caminos resultantes para el primer y segundo flujo. When the second connection has been established, it is noted that TS 1, 13, 12, 2 and 3 have been reused. In addition, two intervals are used concurrently between node 22 and 23. Fig. 10 illustrates the channels and the resulting paths for the first and second flow.

imagen3image3

Finalmente, el establecimiento de un tercer flujo y la conexión asociada se representa en las Fig. 11 y 12. Finally, the establishment of a third flow and the associated connection is shown in Figs. 11 and 12.

Se debería señalar que las Fig. 7-12 solamente muestran el establecimiento, pero no la liberación de las conexiones. No obstante, la última es trivial y por lo tanto se deja fuera. It should be noted that Fig. 7-12 only show the establishment, but not the release of the connections. However, the latter is trivial and therefore left out.

En el ejemplo anterior, γ M = 8dB, γ R = 5dB y γ W = 8dB. La CIR CDF resultante para todos los receptores activos se muestra en la Fig. 13. In the previous example, γ M = 8dB, γ R = 5dB and γ W = 8dB. The resulting CDF CIR for all active receptors is shown in Fig. 13.

Aunque los túneles o recursos libres de colisiones desde la fuente al destino naturalmente hacen que uno piense en las conexiones de circuitos conmutados, se debería entender que también los circuitos virtuales pueden explotar estos recursos libres de colisiones. En este caso, la capacidad sobre un enlace generalmente se comparte entre múltiples conexiones. Esto requiere normalmente el uso de un programador en cada nodo para dar a cada conexión su capacidad negociada. Although collision-free tunnels or resources from source to destination naturally make one think of switched circuit connections, it should be understood that virtual circuits can also exploit these collision-free resources. In this case, the capacity on a link is generally shared between multiple connections. This normally requires the use of a programmer on each node to give each connection its negotiated capacity.

Asuntos adicionales/opcionales Additional / optional matters

Comentarios sobre los márgenes y el comportamiento del canal Comments on margins and channel behavior

En caso de línea de vista (LOS), como puede ser a menudo el caso en una red en lo alto de un tejado, el canal será relativamente estable. Por lo tanto, los distintos márgenes γ pueden ser relativamente pequeños. No obstante, cuando la fortaleza del canal fluctúa en una escala de tiempo más grande que la duración del paquete o la profundidad de interpolación, los márgenes γ se deberían seleccionar con suficiente margen para asegurar que la interferencia a la conexión existente o propia no causará mayores problemas. In the case of line of sight (LOS), as may often be the case in a network at the top of a roof, the channel will be relatively stable. Therefore, the different γ margins can be relatively small. However, when the strength of the channel fluctuates on a larger time scale than the duration of the packet or the interpolation depth, the γ margins should be selected with sufficient margin to ensure that interference to the existing or proper connection will not cause greater problems.

Direccionalidad del coste Cost directionality

Señalar que se permite permutar el orden del índice i y j de kij en la ecuación dada, de manera que se considera el coste desde el nodo i al nodo j en lugar de al revés. De ahí, el coste desde el nodo fuente no se determina, sino más bien el coste hacia el nodo fuente. En este caso, el nodo fuente se puede apuntar más adecuadamente como el nodo destino. Como el algoritmo preferente es heurístico, no siempre proporciona un camino con la métrica de menor coste posible. Una forma de manejar esto es para determinar el camino dos veces – una vez con la fuente como el origen y una segunda vez con el destino como el origen. Uno entonces necesita usar una métrica que considera que el flujo se dirige desde la fuente hacia el destino: Note that it is allowed to permute the order of the index i and j of kij in the given equation, so that the cost from node i to node j is considered instead of the other way around. Hence, the cost from the source node is not determined, but rather the cost to the source node. In this case, the source node can be more appropriately targeted as the destination node. Since the preferred algorithm is heuristic, it does not always provide a path with the lowest possible cost metric. One way to handle this is to determine the path twice - once with the source as the origin and a second time with the destination as the origin. One then needs to use a metric that considers that the flow is directed from the source to the destination:

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Complejidad Complexity

Para reducir la complejidad, se pueden adoptar una serie de medidas. Primero se debería seleccionar una cantidad razonable de vecinos N(i) para asegurar el grado razonable de conectividad de la red. Un valor de 6-10 vecinos debería ser suficiente. La región de búsqueda de un camino adecuado para la conexión se puede limitar. Una forma de consumar esto es buscar alguna distancia o saltos alrededor del camino más corto entre los nodos fuente y destino. Esto exige que sea establecido un camino más corto previo a la búsqueda y esos nodos en la vecindad del camino son informados de que pertenecen a la región de búsqueda. Señalar que también son posibles otras elecciones de regiones de búsqueda. Una restricción sensata en la región de búsqueda incluye la consideración de aquellos vecinos que están más cercanos a la fuente. Una forma de determinar que los nodos están más cercanos a la fuente es ejecutar un algoritmo ordinario de camino más corto como un primer paso antes de que se aplique el algoritmo CFPR. Si el algoritmo CFPR usa la potencia de transmisión como métrica, tiene sentido usar una métrica similar tal como la pérdida del camino acumulada desde la fuente. Como se indicó anteriormente, se pueden descartar muchos términos en los cálculos anteriores cuando suponen valores como 0 o ∞. To reduce complexity, a series of measures can be taken. First, a reasonable number of neighbors N (i) should be selected to ensure the reasonable degree of network connectivity. A value of 6-10 neighbors should be enough. The search region of a suitable connection path can be limited. One way to accomplish this is to look for some distance or jumps around the shortest path between the source and destination nodes. This requires that a shorter path be established prior to the search and those nodes in the vicinity of the path are informed that they belong to the search region. Point out that other search region choices are also possible. A sensible restriction in the search region includes consideration of those neighbors who are closest to the source. One way to determine that the nodes are closer to the source is to run an ordinary shorter path algorithm as a first step before the CFPR algorithm is applied. If the CFPR algorithm uses the transmission power as a metric, it makes sense to use a similar metric such as the accumulated path loss from the source. As indicated above, many terms can be discarded in the previous calculations when they assume values such as 0 or ∞.

Creación de Rutas Sensatas Creation of Sensitive Routes

No todas las rutas que se generan por un algoritmo heurístico tienen que verse como sensatas. Por ejemplo, la necesidad de canales a cargas altas puede provocar un camino que va en una línea de zigzag grande. Hay al menos tres mecanismos que manejan esto en parte, si esto se considerase como un problema principal. Primero, explotando el control de carga, la reducción del canal será menos probable que ocurra. Esto a su vez proporciona rutas que son más cercanas a un camino más corto, estipulado que se usa la misma métrica como en el algoritmo CFPR. Un segundo método se proporciona limitando el alcance de la búsqueda de la ruta como se describe bajo la sección de complejidad anterior. Una forma de lograr esto es usando los vecinos con menos coste Bellman-Ford hacia la fuente. Not all routes generated by a heuristic algorithm have to be seen as sensible. For example, the need for high load channels can cause a path that goes along a large zigzag line. There are at least three mechanisms that handle this in part, if this is considered as a major problem. First, by exploiting load control, the reduction of the channel will be less likely to occur. This in turn provides routes that are closer to a shorter, stipulated path that uses the same metric as in the CFPR algorithm. A second method is provided by limiting the scope of the route search as described under the previous complexity section. One way to achieve this is to use the Bellman-Ford neighbors with less cost to the source.

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Potencia de transmisión máxima permitida en base al límite de la CIR Maximum allowable transmission power based on the CIR limit

Más que limitar la potencia de transmisión a un margen γ menor que la potencia recibida para cualquier parte receptora de un enlace existente, una condición alternativa es limitar la potencia de transmisión de manera que la CIR para cualquier parte receptora de un enlace existente no es menor que un umbral de la CIR ΓM. La potencia de transmisión máxima permitida es: Rather than limiting the transmission power to a γ margin less than the power received for any receiving part of an existing link, an alternative condition is to limit the transmission power so that the CIR for any receiving part of an existing link is not less than a threshold of CIR ΓM. The maximum transmission power allowed is:

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donde cada parte receptora de un enlace existente o camino preliminar experimenta el nivel de interferencia I(m) e îx(m) es la interferencia esperada en el nodo x desde los nodos a lo largo del camino preliminar. Esto pone un límite más bajo en el nivel de la CIR experimentado. El resultado es que el tráfico se rechazará más que permitir que el nivel de la CIR de los enlaces existentes caiga por debajo del umbral de CIR ΓM. where each receiving part of an existing link or preliminary path experiences the level of interference I (m) and îx (m) is the expected interference at node x from the nodes along the preliminary path. This puts a lower limit on the level of the experienced CIR. The result is that traffic will be rejected rather than allowing the CIR level of existing links to fall below the CIR ΓM threshold.

Balanceo de la CIR CIR balancing

Cuando los niveles de potencia de transmisión se han determinado durante la optimización, puede ocurrir que, en la práctica, los niveles de la CIR reales se desvíen de todas formas de los niveles de la CIR deseada. Esto se puede compensar realizando un balanceo de la CIR convencional, tanto distribuido como centralizado, de los niveles de la potencia de transmisión en la red. En otras palabras, una vez que se ha configurado una nueva conexión, es posible balancear los niveles de transmisión para obtener los niveles de la CIR deseados (u otra medida de la QoS) en la red. When the transmission power levels have been determined during the optimization, it may happen that, in practice, the actual CIR levels deviate anyway from the desired CIR levels. This can be compensated by balancing the conventional CIR, both distributed and centralized, of the transmission power levels in the network. In other words, once a new connection has been configured, it is possible to balance the transmission levels to obtain the desired CIR levels (or other QoS measurement) in the network.

Alternativamente, en particular para el caso centralizado, el balanceo de la CIR se usa como un paso adicional de la fase de CAC. En caso de que el balanceo de la CIR falle, la conexión se rechaza. Señalar que la CIR CDF en la Fig. 13 será entonces una función del paso. La ventaja de este planteamiento particular es un rendimiento general mejorado. Alternatively, in particular for the centralized case, the balancing of the CIR is used as an additional step of the CAC phase. In case the CIR balancing fails, the connection is rejected. Note that the CIR CDF in Fig. 13 will then be a function of the step. The advantage of this particular approach is an improved overall performance.

Algoritmo extendido a un horizonte mayor Algorithm extended to a larger horizon

Como es posible que el funcionamiento básico de CFPR determine un canal que es inadecuado por así decir más abajo en la carretera, se describe aquí una extensión al algoritmo CFPR. Como ejemplo, suponemos que los canales 1+2, 1+2, 1 están libres para el nodo k, j e i respectivamente, k e i no son vecinos mientras que j es vecino tanto de k como de i. Si el nodo j seleccionase usar el canal 1 desde el nodo k porque tiene menor coste que el canal 2, eso provocaría que el nodo j e i no puedan crear un enlace. Obviamente, habría sido más inteligente asignar el canal 2 entre k y j, pero usando el canal 1 desde j a i. As it is possible that the basic operation of CFPR determines a channel that is inadequate, so to speak down the road, an extension to the CFPR algorithm is described here. As an example, we assume that channels 1 + 2, 1 + 2, 1 are free for node k, j and i respectively, k and i are not neighbors while j is a neighbor of both k and i. If node j selected to use channel 1 from node k because it has a lower cost than channel 2, that would cause node j and i cannot create a link. Obviously, it would have been smarter to assign channel 2 between k and j, but using channel 1 from j to i.

La forma en que esto se maneja aquí es permitir al nodo i determinar las propiedades del enlace (por ejemplo el canal y los parámetros del enlace) desde k a j, restringido a que se pueda crear un enlace desde j a i. De ahí, el nodo i busca la combinación de coste más baja para dos enlaces al mismo tiempo. No obstante, incluso aunque se han determinado dos enlaces compatibles, solamente se mantiene el enlace más próximo a la fuente. En el paso sucesivo, otro nodo puede decidir usar el enlace entre el nodo j a i cuando busca la combinación del enlace más prometedora, pero descarta el enlace desde i a sí mismo. La excepción a esta regla de rechazar el enlace más lejano desde el nodo fuente es para la estación destino, la cual determina los dos últimos enlaces pero no descarta ninguno de los dos enlaces. The way in which this is handled here is to allow node i to determine the properties of the link (for example the channel and the parameters of the link) from k to j, restricted to the fact that a link can be created from j to i. Hence, node i searches for the lowest cost combination for two links at the same time. However, even if two compatible links have been determined, only the link closest to the source is maintained. In the next step, another node may decide to use the link between node j to i when it looks for the most promising link combination, but discards the link from i to itself. The exception to this rule of rejecting the furthest link from the source node is for the destination station, which determines the last two links but does not rule out either link.

En el algoritmo CFPR básico, solamente se considera un enlace a la vez. En esta versión del algoritmo CFPR, uno más bien tiene en cuenta dos enlaces consecutivos a la vez. El concepto de horizonte se introduce aquí para indicar hasta qué punto funciona el algoritmo. El CFPR básico tiene el horizonte=1, mientras que la versión CFPR en esta sección tiene horizonte=2. El horizonte se puede extender a cualquier valor más grande, no obstante potencialmente con un aumento tremendo en la complejidad cuando están implicados muchos nodos y canales. In the basic CFPR algorithm, only one link is considered at a time. In this version of the CFPR algorithm, one rather takes into account two consecutive links at the same time. The concept of horizon is introduced here to indicate the extent to which the algorithm works. The basic CFPR has the horizon = 1, while the CFPR version in this section has a horizon = 2. The horizon can be extended to any larger value, however potentially with a tremendous increase in complexity when many nodes and channels are involved.

Soporte de velocidad de transmisión de datos más alta Support for higher data transmission speed

Dado que distintas aplicaciones pueden tener distintos requerimientos en velocidad de transmisión de datos, es importante proporcionar algún soporte para las distintas velocidades de transmisión de datos. Se pueden utilizar dos métodos para variar el flujo de datos extremo a extremo. En el primer método, los márgenes γ R junto con γ M y γ W se seleccionan para soportar un modo de enlace comprendido de una velocidad de código y una constelación de señal. Se pueden manejar velocidades de transmisión distintas y simplificadas especificando distintos requerimientos de la CIR (solicitando una CIR que corresponde a una cierta velocidad de transmisión de datos). Típicamente la constelación de señal puede variar desde 2-BPSK a 64-QAM. Esto también se considera preferentemente en el ajuste condicional de la potencia de transmisión para Pmin y Pmax. En el segundo método, se establecen múltiples caminos y se usan conjuntamente para proporcionar la velocidad de transmisión de datos deseada. Las combinaciones de los dos métodos también se pueden usar. Since different applications may have different requirements in data transmission speed, it is important to provide some support for different data transmission speeds. Two methods can be used to vary the flow of data end to end. In the first method, the γ R margins together with γ M and γ W are selected to support a link mode comprised of a code rate and a signal constellation. Different and simplified transmission speeds can be handled by specifying different requirements of the CIR (requesting a CIR that corresponds to a certain data transmission rate). Typically the signal constellation can vary from 2-BPSK to 64-QAM. This is also preferably considered in the conditional setting of the transmission power for Pmin and Pmax. In the second method, multiple paths are established and used together to provide the desired data transmission rate. Combinations of the two methods can also be used.

Integración de la capa de aplicaciones Application Layer Integration

Como se mencionó previamente, es posible usar otras capas de protocolo así como más de tres capas de protocolo en la optimización. Por ejemplo, la capa de aplicaciones se puede incluir en la optimización, preferentemente en combinación con las tres capas de protocolo más bajas. Por ejemplo, la capa de aplicaciones puede alojar una aplicación adaptativa, capaz de funcionar bajo distintas velocidades de transmisión de datos pero con una calidad de aplicación asociada y compatible con la velocidad de transmisión de datos usada. Muchas aplicaciones basadas en vídeo y voz son buenos ejemplos de aplicaciones adaptativas que permiten múltiples velocidades de datos. Más concretamente, cuando se intenta una nueva configuración de conexión, se realiza la optimización de la función objetivo (o el algoritmo) con respecto a múltiples requerimientos de velocidad de transmisión de datos (dados por la capa de aplicaciones). Se pueden soportar por ejemplo varias velocidades de transmisión de datos, como se indicó previamente, usando una combinación de múltiples canales (por ejemplo múltiples intervalos de tiempo) entre los nodos, a través de la adaptación del enlace (varias combinaciones de la constelación de señal y las velocidades de codificación del error sin canal de retorno) o una combinación de ambas. En la optimización integrada de dichas cuatro funciones de capa, la factibilidad de una gama de velocidades de transmisión permisibles se evalúa bajo restricciones dadas. En una realización ejemplar de la invención, en cada paso de optimización, se elimina cualquier velocidad de transmisión de datos alta deseada pero no factible de los pasos de optimización adicionales. As previously mentioned, it is possible to use other protocol layers as well as more than three protocol layers in optimization. For example, the application layer can be included in the optimization, preferably in combination with the three lowest protocol layers. For example, the application layer can host an adaptive application, capable of operating at different data rates but with an associated application quality and compatible with the data rate used. Many video and voice based applications are good examples of adaptive applications that allow multiple data rates. More specifically, when a new connection configuration is attempted, the optimization of the objective function (or algorithm) is performed with respect to multiple data transmission speed requirements (given by the application layer). For example, several data transmission rates, as previously indicated, can be supported using a combination of multiple channels (eg multiple time slots) between the nodes, through link adaptation (various combinations of the signal constellation and error coding rates without return channel) or a combination of both. In the integrated optimization of said four layer functions, the feasibility of a range of permissible transmission speeds is evaluated under given restrictions. In an exemplary embodiment of the invention, at each optimization step, any desired but not feasible high data transmission speed is eliminated from the additional optimization steps.

La capa de aplicaciones se puede usar alternativamente en una optimización integrada junto con solamente dos de las tres capas de protocolo más bajas. The application layer can alternatively be used in an integrated optimization together with only two of the three lowest protocol layers.

Algoritmo extendido para antenas adaptativas y MIMO Extended algorithm for adaptive antennas and MIMO

El algoritmo se puede extender para incorporar tanto comunicación MIMO como antenas adaptativas. Para el caso de antenas adaptativas, se seleccionan los parámetros de la capa física, tales como los pesos de las antenas en antenas de recepción y transmisión a la par que se minimiza la potencia de transmisión. Esta se limita a no perturbar el tráfico en curso y asegura que el receptor deseado tiene suficiente calidad (relación señal a interferencia y ruido). The algorithm can be extended to incorporate both MIMO communication and adaptive antennas. In the case of adaptive antennas, the parameters of the physical layer are selected, such as the weights of the antennas in reception and transmission antennas while minimizing the transmission power. This is limited to not disturbing the current traffic and ensures that the desired receiver has sufficient quality (signal to interference and noise ratio).

Cuando se despliega una cantidad suficiente de antenas (en el grupo de antenas adaptativas) y se puede lograr elevada directividad, la interferencia dejará de ser el factor limitante para la red. En su lugar, son los recursos del canal los que limitarán la carga que se puede transportar por la red. En el caso extremo, es decir la interferencia se puede desatender enteramente, se adoptan otros criterios de optimización, intentando minimizar el número de saltos. También se pueden añadir restricciones para balancear los recursos libres en cada nodo, para aumentar la probabilidad de encontrar un camino libre en cada caso. When a sufficient number of antennas are deployed (in the group of adaptive antennas) and high directivity can be achieved, interference will cease to be the limiting factor for the network. Instead, it is the resources of the channel that will limit the load that can be transported over the network. In the extreme case, that is, the interference can be completely neglected, other optimization criteria are adopted, trying to minimize the number of jumps. You can also add restrictions to balance the free resources in each node, to increase the probability of finding a free path in each case.

MIMO funciona de una manera similar seleccionando los parámetros del enlace incluyendo los pesos MIMO del transmisor y receptor. La selección de parámetros se limita a minimizar la potencia de transmisión del enlace mientras que también cumple un flujo de datos MIMO del enlace deseado. MIMO works in a similar way by selecting the link parameters including the MIMO weights of the transmitter and receiver. Parameter selection is limited to minimizing the transmission power of the link while also fulfilling a MIMO data stream of the desired link.

Aspectos de implementación Aspects of implementation

En general, el algoritmo de optimización junto con el procedimiento de control de admisión de la conexión (CAC) correspondiente se puede implementar como componentes físicos, componentes lógicos, microprogramas o cualquier combinación adecuada de los mismos, usando por ejemplo tecnología de microprocesadores, procesamiento digital de la señal o tecnología ASIC (Circuitos Integrados de Aplicaciones Específicas). Por ejemplo, el algoritmo se puede implementar como programas informáticos para la ejecución por un sistema informático. Los programas informáticos se pueden escribir en casi cualquier tipo de lenguaje informático, tal como C, C++, Java o incluso lenguajes propietarios especializados. En efecto, en una implementación basada en programas informáticos, el algoritmo se asigna en un programa informático, que cuando se ejecuta por el sistema informático determina las conexiones y maneja el control de admisión. Preferentemente, no obstante, el algoritmo CFPR y el procedimiento CAC correspondiente se implementan más o menos en componentes físicos, usando ASIC u otra tecnología submicrónica de circuitos. In general, the optimization algorithm together with the corresponding connection admission control (CAC) procedure can be implemented as physical components, logical components, microprograms or any suitable combination thereof, using for example microprocessor technology, digital processing of the signal or ASIC technology (Integrated Circuits of Specific Applications). For example, the algorithm can be implemented as computer programs for execution by a computer system. Computer programs can be written in almost any type of computer language, such as C, C ++, Java or even specialized proprietary languages. Indeed, in an implementation based on computer programs, the algorithm is assigned in a computer program, which when executed by the computer system determines the connections and manages the admission control. Preferably, however, the CFPR algorithm and the corresponding CAC procedure are more or less implemented in physical components, using ASIC or other submicron circuit technology.

La Fig. 14 es un diagrama esquemático de un nodo de red en el cual se implementa un algoritmo CFPR de acuerdo con la invención. Solamente aquellos componentes del nodo de red que son relevantes para la invención se ilustran en la Fig. 14. El nodo de red 100 comprende un sistema de control 110 y una unidad de transmisión/recepción radio general 120 que tiene un módulo de procesamiento en banda base 121 así como un módulo de radiofrecuencia (RF) Fig. 14 is a schematic diagram of a network node in which a CFPR algorithm according to the invention is implemented. Only those components of the network node that are relevant to the invention are illustrated in Fig. 14. The network node 100 comprises a control system 110 and a general radio transmission / reception unit 120 having a band processing module base 121 as well as a radio frequency (RF) module

122. El sistema de control 110 preferentemente comprende una unidad de control de admisión de la conexión (CAC) 112 y una unidad de encaminamiento 114, así como una base de datos 116 para mantener la información de la red. La unidad de encaminamiento 114 incluye la funcionalidad para encaminar el tráfico por medio de una tabla de encaminamiento 115. En esta realización particular, se implementa una unidad CFPR 113 en la unidad CAC 112 para determinar un conjunto de parámetros de conexión, si es posible. La unidad CFPR 113 recupera la información relevante sobre las conexiones existentes así como la propia cadena de enlaces de la conexión preliminar desde la base datos 116 y/o directamente desde la señalización de control entre nodos, y ejecuta un algoritmo CFPR con una función objetivo adecuada. La unidad CAC 112 se configura para tomar una decisión CAC basada en los resultados de la ejecución del algoritmo CFPR. Si se puede determinar el conjunto no factible de parámetros de conexión por la unidad CFPR 113 a la vista de los requerimientos de la QoS dados, la unidad CAC 112 rechaza la petición de configuración de la conexión. Por otra parte, si el algoritmo CFPR produce un conjunto de parámetros de conexión factibles, se establece la conexión requerida. Esto se consuma normalmente actualizando la tabla de encaminamiento 115 en la unidad de encaminamiento 116 con los nuevos parámetros de conexión, y enviando los parámetros de conexión a los nodos de red implicados usando “inundación”, envío del árbol de extensión, encaminamiento de la fuente o cualquier otro mecanismo convencional. Esto concierne en primer lugar a una implementación centralizada. A continuación, no obstante, se tratarán los aspectos de implementación que conciernen a una implementación distribuida. 122. The control system 110 preferably comprises a connection admission control unit (CAC) 112 and a routing unit 114, as well as a database 116 for maintaining the network information. The routing unit 114 includes the functionality to route the traffic by means of a routing table 115. In this particular embodiment, a CFPR unit 113 is implemented in the CAC unit 112 to determine a set of connection parameters, if possible. The CFPR unit 113 retrieves the relevant information about the existing connections as well as the link chain itself of the preliminary connection from the database 116 and / or directly from the control signaling between nodes, and executes a CFPR algorithm with a suitable objective function . The CAC unit 112 is configured to make a CAC decision based on the results of the execution of the CFPR algorithm. If the unfeasible set of connection parameters can be determined by the CFPR 113 unit in view of the given QoS requirements, the CAC 112 unit rejects the connection configuration request. On the other hand, if the CFPR algorithm produces a set of feasible connection parameters, the required connection is established. This is normally accomplished by updating the routing table 115 in the routing unit 116 with the new connection parameters, and sending the connection parameters to the network nodes involved using "flooding", sending the extension tree, source routing or any other conventional mechanism. This concerns first of all a centralized implementation. Next, however, the aspects of implementation concerning a distributed implementation will be discussed.

Implementación bajo demanda de CFPR CFPR on demand implementation

CFPR se puede implementar de una manera distribuida. Esto se puede hacer utilizando el concepto de encaminamiento bajo demanda, como se mencionó previamente. Aunque el encaminamiento bajo demanda es conocido a partir de algunos esquemas del estado de la técnica, hay varias correcciones al planteamiento de encaminamiento bajo demanda tradicional. CFPR can be implemented in a distributed way. This can be done using the concept of routing on demand, as previously mentioned. Although routing on demand is known from some prior art schemes, there are several corrections to the traditional demand routing approach.

El primer asunto es que cada RREQ (Petición de Recursos) en la red lleva no solo a una lista de nodos a lo largo de una ruta preliminar, sino también detalles específicos en las asignaciones de recursos. Por ejemplo, cada intervalo de recepción para una conexión preliminar se puede asociar con un nivel de potencia de recepción. En caso de que se use la potencia de transmisión máxima permitida basada en el límite de la CIR, también se puede incluir el nivel de interferencia y de ruido. The first issue is that each RREQ (Resource Request) in the network leads not only to a list of nodes along a preliminary route, but also specific details in resource assignments. For example, each reception interval for a preliminary connection can be associated with a reception power level. In case the maximum permissible transmission power based on the CIR limit is used, the level of interference and noise can also be included.

La razón para transportar esta información es asegurar que las asignaciones del intervalo y la potencia de transmisión no interfieran con los recursos asignados a lo largo de una conexión preliminar. Por consiguiente, los niveles de potencia de transmisión de los recursos en una conexión preliminar también se distribuyen con la RREQ. La razón para esto es que un nodo i debería ser capaz de determinar si cualquier nodo a lo largo de la conexión preliminar interferirá cuando el nodo i se está recibiendo. The reason for transporting this information is to ensure that the assignments of the interval and the transmission power do not interfere with the resources allocated along a preliminary connection. Therefore, the transmission power levels of the resources in a preliminary connection are also distributed with the RREQ. The reason for this is that a node i should be able to determine if any node along the preliminary connection will interfere when node i is being received.

La lista de la conexión preliminar (ID de los nodos) y la información asociada tal como los canales usados, la potencia de transmisión potencialmente usada, la potencia de recepción potencialmente experimentada (y la interferencia experimentada) se puede limitar a alguna longitud fija. Esta lista entonces actúa de una manera FIFO cuando la lista está llena. La razón para esto es que uno no quiere gastar los recursos enviando información inútil. Obviamente, un nodo en la lista preliminar será de baja importancia cuando está suficientemente lejos del nodo i, y no se perjudica por la interferencia desde el nodo i o el nodo de interferencia i. The list of the preliminary connection (node ID) and associated information such as the channels used, the potentially used transmission power, the potentially experienced reception power (and the interference experienced) can be limited to some fixed length. This list then acts in a FIFO manner when the list is full. The reason for this is that one does not want to spend resources by sending useless information. Obviously, a node in the preliminary list will be of low importance when it is sufficiently far from node i, and is not harmed by interference from node i or interference node i.

Un campo para la métrica de coste, que no es simplemente una métrica de salto, también se transporta en la RREQ. Una métrica particular tratada anteriormente se basó en la potencia de transmisión, dando el nivel de la potencia de transmisión acumulada a lo largo de una ruta. A field for the cost metric, which is not simply a jump metric, is also transported in the RREQ. A particular metric discussed above was based on the transmission power, giving the level of the accumulated transmission power along a route.

Cuando el nodo destino recibe la RREQ, selecciona un camino de menor coste de acuerdo con la ejecución distribuida del algoritmo CFPR y responde con una RREP que se retransmite a lo largo del camino seleccionado hacia atrás al nodo fuente. La RREP se envía preferentemente con potencia suficientemente alta en un canal que está esencialmente libre de colisiones en un área más grande tal que los nodos adyacentes oyen por casualidad la información RREP. Los nodos que oyen por casualidad la información RREP posteriormente actualizan sus bases de datos de asignación de recursos. Los detalles del protocolo para RREQ y RREP se conocen de la técnica previa y por lo tanto no se tratan más. When the destination node receives the RREQ, it selects a lower cost path according to the distributed execution of the CFPR algorithm and responds with a RREP that is retransmitted along the selected path back to the source node. The RREP is preferably sent with sufficiently high power in a channel that is essentially free of collisions in a larger area such that the adjacent nodes accidentally hear the RREP information. The nodes that accidentally hear the RREP information subsequently update their resource allocation databases. The details of the protocol for RREQ and RREP are known from the prior art and therefore are no longer discussed.

Cada mensaje de control tal como RREQ y RREP también incorpora la potencia de transmisión usada, tal que el nodo de recepción puede determinar las pérdidas del camino. Esto es factible, cuando el canal es más o menos recíproco en el sentido de la ganancia media del trayecto. En el caso no recíproco, se pueden explotar otros métodos bien conocidos para estimar la ganancia del trayecto. Each control message such as RREQ and RREP also incorporates the transmission power used, such that the receiving node can determine the path losses. This is feasible, when the channel is more or less reciprocal in the sense of the average path gain. In the non-reciprocal case, other well-known methods to estimate path gain can be exploited.

Los esquemas de reducción de la complejidad descritos anteriormente se pueden usar en conjunto con la determinación de la ruta bajo demanda. The complexity reduction schemes described above can be used in conjunction with determining the route on demand.

Finalmente, la RREQ puede indicar dependiendo del requerimiento de ancho de banda los márgenes deseados γR junto con γM y γW también, o el modo de enlace deseado o ambos. De igual manera, la RREP anuncia los parámetros de conexión relevantes tales como la potencia de transmisión, la potencia recibida, los márgenes deseados, los intervalos de tiempo relevantes (canales) y así sucesivamente. Finally, the RREQ may indicate depending on the bandwidth requirement the desired margins γR together with γM and γW as well, or the desired link mode or both. Similarly, the RREP announces the relevant connection parameters such as the transmission power, the received power, the desired margins, the relevant time intervals (channels) and so on.

Reducción de la complejidad del funcionamiento bajo demanda Reduction of complexity of operation on demand

La construcción de una completa estructura en árbol con múltiples caminos preliminares, incurre en procesamiento innecesario en última instancia, meramente se usará un camino. Esta sección sugiere otra versión de funcionamiento bajo demanda adecuado para mitigar el procesamiento innecesario de los caminos redundantes. The construction of a complete tree structure with multiple preliminary paths, ultimately involves unnecessary processing, only one path will be used. This section suggests another version of proper on-demand operation to mitigate unnecessary processing of redundant paths.

Supongamos que el nodo fuente tiene una idea aproximada de donde se puede encontrar el nodo destino. Esto se podría dar por ejemplo por un protocolo de camino más corto proactivo tal como DSDV que se actualiza de una forma lenta, siendo conocido a priori (es decir nodos fijos) o incluso bajo demanda. Una RREQ se puede enviar ahora hacia el destino a lo largo del camino más corto o a lo largo de una región que sigue el camino más corto. Al hacerlo así, la RREQ recoge la información del enlace de las conexiones existentes a lo largo del camino más corto. Esta información contiene la misma información requerida para el algoritmo CFPR para calcular una conexión más tarde, tal como los canales usados, la potencia de transmisión usada, la potencia de recepción experimentada y así sucesivamente. Cuando el nodo destino recibe la RREQ, procesa la información recogida por la RREQ a través del algoritmo CFPR y sus derivados. Señalar que la RREQ puede contener una petición de un ancho de banda que no se puede soportar por una conexión única. En ese caso, el nodo destino puede determinar múltiples conexiones para un flujo. Posteriormente, una (o más) RREP se envía(n) de vuelta para reservar los recursos. La RREP contendrá entonces los ID de los nodos, el canal que va a ser usado y los parámetros del enlace (por ejemplo la potencia de transmisión). Suppose the source node has an approximate idea of where the destination node can be found. This could be given, for example, by a shorter proactive path protocol such as DSDV that is updated slowly, being known a priori (ie fixed nodes) or even on demand. A RREQ can now be sent to the destination along the shortest path or along a region that follows the shortest path. In doing so, the RREQ collects the link information of the existing connections along the shortest path. This information contains the same information required for the CFPR algorithm to calculate a connection later, such as the channels used, the transmission power used, the reception power experienced and so on. When the destination node receives the RREQ, it processes the information collected by the RREQ through the CFPR algorithm and its derivatives. Note that the RREQ may contain a request for bandwidth that cannot be supported by a single connection. In that case, the destination node can determine multiple connections for a flow. Subsequently, one (or more) RREP is sent back to reserve the resources. The RREP will then contain the IDs of the nodes, the channel to be used and the parameters of the link (for example the transmission power).

La ventaja con este planteamiento es que el cálculo se realiza solamente en el nodo destino y se limita la inundación de las RREQ. Como no se realiza el cálculo durante el envío de las RREQ, las RREQ se enviarán rápido a través de la red. Otra ventaja es que el nodo destino puede asegurar la inmunidad del bucle, ejecutar el algoritmo CFPR tanto hacia delante como hacia atrás (como se indica en conexión con la direccionalidad del coste), e implementar algoritmos arbitrarios (específicos del proveedor). The advantage with this approach is that the calculation is performed only at the destination node and the flooding of the RREQs is limited. As the calculation is not performed during the sending of the RREQs, the RREQs will be sent quickly through the network. Another advantage is that the destination node can ensure loop immunity, execute the CFPR algorithm both forward and backward (as indicated in connection with the cost directionality), and implement arbitrary (vendor-specific) algorithms.

Una desventaja es que la información contenida en las RREQ puede llegar a ser muy grande para muchas rutas largas. Una forma de resolver este problema es incorporar puntos de terminación intermedios entre la fuente y el destino, por ejemplo cada nodo 20º o así. A disadvantage is that the information contained in the RREQs can become very large for many long routes. One way to solve this problem is to incorporate intermediate termination points between the source and the destination, for example each 20th node or so.

Por supuesto, también se puede usar el planteamiento basado en árbol previamente descrito sobre una región limitada con un conjunto limitado de nodos. Of course, the tree-based approach previously described on a limited region with a limited set of nodes can also be used.

Algoritmo extendido para acceso al canal no espaciado Extended algorithm for access to the non-spaced channel

El algoritmo CFPR se puede extender para incorporar técnicas de acceso al canal es decir que no dependen de dividir el medio en canales de tamaño igual con límites de canal predecibles. Ejemplos de tal esquema de acceso al canal es el protocolo 802.11 DCF. Señalar que el funcionamiento actual de DCF no permite asignar recursos repetitivamente en el futuro. The CFPR algorithm can be extended to incorporate channel access techniques, that is, they do not depend on dividing the medium into channels of equal size with predictable channel limits. Examples of such a channel access scheme is the 802.11 DCF protocol. Note that the current operation of DCF does not allow to allocate resources repeatedly in the future.

En este caso, el coste kij puede implicar retardo, posiblemente en combinación con la potencia de transmisión. Cada nodo intenta encontrar una ventana de transmisión entre o después de las transmisiones en curso para un paquete de tamaño predeterminado. La velocidad del enlace se puede adaptar para comprimir las transmisiones de paquetes de datos en el tiempo. Dado que se usa la máxima velocidad del enlace siempre que sea posible, la potencia de transmisión se puede adaptar (minimizar) a la par que se asegura que la recepción está un factor γ por encima de la interferencia más el ruido. La Fig. 15 ilustra cómo se usan varias velocidades de enlace en distintos enlaces. Esto provoca una duración distinta para enviar los paquetes, el denominado retardo de duración de la transmisión. Efectivamente, la ruta, el retardo de acceso al medio y los parámetros de la capa de enlace (tales como la velocidad del enlace y/o potencia de transmisión) se determinan de manera que la comunicación considerablemente no interferente con respecto a las conexiones existentes así como que se asegura la propia cadena de enlaces de la conexión preliminar. In this case, the cost kij may imply delay, possibly in combination with the transmission power. Each node attempts to find a transmission window between or after the current transmissions for a packet of predetermined size. Link speed can be adapted to compress data packet transmissions over time. Since maximum link speed is used whenever possible, the transmission power can be adapted (minimized) while ensuring that reception is a factor γ above interference plus noise. Fig. 15 illustrates how various link speeds are used on different links. This causes a different duration to send the packets, the so-called transmission duration delay. Indeed, the route, the delay of access to the medium and the parameters of the link layer (such as the speed of the link and / or transmission power) are determined so that the communication is substantially non-interfering with respect to the existing connections thus as it ensures the link chain itself of the preliminary connection.

Seleccionando adecuadamente el retardo de petición de transmisión, y la velocidad del enlace (que afecta al retardo de transporte) para cada nodo, es posible de esta manera minimizar el retardo de transporte extremo a extremo total desde la fuente al destino. Una vez que se usa el modo de enlace más rápido, la potencia de transmisión del enlace se puede reducir tanto como sea posible, mientras que todavía se cumple el requerimiento de la CIR para el modo de enlace. Esto supone realmente que tanto el retardo como la potencia de transmisión se pueden combinar en la función objetivo, preferentemente de una manera ponderada. Si es más importante minimizar el retardo (o la potencia de transmisión) en la red, el coeficiente de peso correspondiente simplemente se aumenta. By properly selecting the transmission request delay, and the link speed (which affects the transport delay) for each node, it is thus possible to minimize the total end-to-end transport delay from the source to the destination. Once the fastest link mode is used, the transmission power of the link can be reduced as much as possible, while the CIR requirement for the link mode is still met. This really assumes that both the delay and the transmission power can be combined in the objective function, preferably in a weighted manner. If it is more important to minimize the delay (or transmission power) in the network, the corresponding weight coefficient simply increases.

Las realizaciones descritas anteriormente se dan meramente como ejemplos, y se debería entender que la presente invención no está limitada a las mismas. Modificaciones, cambios y mejoras adicionales que conserven los principios básicos subyacentes revelados y reivindicados aquí dentro están dentro del alcance de la invención según se define por las reivindicaciones adjuntas. The embodiments described above are merely given as examples, and it should be understood that the present invention is not limited thereto. Further modifications, changes and improvements that retain the underlying basic principles disclosed and claimed herein are within the scope of the invention as defined by the appended claims.

REFERENCIAS REFERENCES

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[10] Y. -C. Hsu y T.-C. Tsai, “Encaminamiento de Ancho de Banda en Entorno Radio de Paquetes Multisalto”, en las Actas del 3º Taller Internacional de Informática Móvil, marzo de 1997. [10] Y. -C. Hsu and T.-C. Tsai, “Bandwidth Routing in a Multi-packet Radio Environment”, in the Proceedings of the 3rd International Mobile Computing Workshop, March 1997.

[11] Y. -C. Hsu, T.-C. Tsai e Y. -D. Lin, “Encaminamiento de la QoS en Entorno Radio de Paquetes Multisalto”, en el Simposio Internacional sobre Comunicaciones Informáticas del IEEE, Atenas, Grecia, junio de 1998. [11] Y. -C. Hsu, T.-C. Tsai and Y. -D. Lin, “Routing of the QoS in Multisalt Radio Package Environment”, at the IEEE International Symposium on Computer Communications, Athens, Greece, June 1998.

[12] C. -R. Lin y J. -S. Liu, “Encaminamiento de la QoS en Redes Inalámbricas ad hoc”, en JSAC del IEEE, SAC17(8), 1999. [12] C. -R. Lin and J. -S. Liu, "QoS Routing in Wireless Ad Hoc Networks", in JSAC of IEEE, SAC17 (8), 1999.

[13] C. -R. Lin, “Encaminamiento de la QoS Bajo Demanda en Redes Móviles Multisalto”, en las Actas del INFOCOM del IEEE, 2001. [13] C. -R. Lin, "QoS Routing on Demand in Multisalt Mobile Networks", in the INFOCOM Proceedings of the IEEE, 2001.

[14] T. -W. Chen, J. -T. Sai y M. Gerla, “Rendimiento de Encaminamiento de la QoS en Redes Inalámbricas Multimedia, Multisalto”, en las Actas de ICUPC del IEEE, 1997. [14] T. -W. Chen, J. -T. Sai and M. Gerla, "QoS Routing Performance in Multimedia Wireless Networks, Multisalto", in the ICUPC Proceedings of the IEEE, 1997.

[15] Y. -S. Chen y otros, “Encaminamiento de la QoS Mutitrayecto, de Enlace de Estado, Bajo Demanda en una Red Ad Hoc Móvil Inalámbrica”, a aparecer en Inalámbrico Europeo del IEEE 2002; 26-28 de febrero, Florencia, Italia (disponible previamente en Internet). [15] Y. -S. Chen et al., “Routing of the QoS Mutitractura, of State Liaison, On Demand in a Wireless Mobile Ad Hoc Network”, to appear in the IEEE 2002 European Wireless Network; February 26-28, Florence, Italy (previously available on the Internet).

[16] W. -H. Liao y otros, “Un Protocolo de Encaminamiento de la QoS Multitrayecto en una Red Ad Hoc Móvil Inalámbrica”, Conferencia Internacional sobre Conectividad de Redes (ICN) del IEEE, Vol. 2, páginas 158-167, 2001. [16] W. -H. Liao et al., "A Multipath QoS Routing Protocol in a Wireless Mobile Ad Hoc Network", International Conference on Network Connectivity (ICN) of IEEE, Vol. 2, pages 158-167, 2001.

[17] W. -H. Liao, Y. -C. Tseng y K. -P. Shih, “Un Protocolo de Reserva de Ancho de Banda Basado en TDMA para Encaminamiento de la QoS en una Red Ad Hoc Móvil Inalámbrica”, a aparecer en ICC, 2002 (disponible previamente en Internet). [17] W. -H. Liao, Y. -C. Tseng and K. -P. Shih, "A TDMA Based Bandwidth Reservation Protocol for QoS Routing in a Wireless Mobile Ad Hoc Network", to appear on ICC, 2002 (previously available on the Internet).

[18] A. Michail, “Encaminamiento y Programación de Algoritmos en Redes Multisalto Inalámbricas de Recursos limitados”, Tesis Doctoral, Universidad de Maryland, College Park, 2000. [18] A. Michail, "Routing and Programming of Algorithms in Wireless Multisalt Networks of Limited Resources," Doctoral Thesis, University of Maryland, College Park, 2000.

[19] C. Zhu, “Control de Acceso al Medio y Encaminamiento de la Calidad de Servicio para Redes Ad Hoc Móviles”, Tesis Doctoral, Universidad de Maryland, College Park, 2001. [19] C. Zhu, “Control of Access to the Environment and Routing of the Quality of Service for Mobile Ad Hoc Networks”, Doctoral Thesis, University of Maryland, College Park, 2001.

[20] M. Sánchez, J. Zander, “Reutilización de Encaminamiento Adaptativo para Redes Radio de Paquetes Multisalto”, distribuido a través del Programa de Cooperación Industrial organizado por el grupo de Sistemas de Comunicaciones Radio del Real Instituto de Tecnología KTH, Estocolmo. [20] M. Sánchez, J. Zander, “Reuse of Adaptive Routing for Multi-packet Radio Networks”, distributed through the Industrial Cooperation Program organized by the Radio Communications Systems group of the Royal KTH Institute of Technology, Stockholm.

[21] Solicitud de Patente Internacional con Nº de Publicación Internacional WO 02/05493 A2, 17 de enero de 2002. [21] International Patent Application with International Publication No. WO 02/05493 A2, January 17, 2002.

[22] Solicitud de Patente Internacional con Nº de Publicación Internacional WO 01/50669 A1, 12 de julio de 2001. [22] International Patent Application with International Publication No. WO 01/50669 A1, July 12, 2001.

[23] Publicación de la Solicitud de Patente de U.S. Nº US 2002/0049561 A1, 25 de abril de 2002. [23] U.S. Patent Application Publication No. US 2002/0049561 A1, April 25, 2002.

[24] Publicación de la Solicitud de Patente de U.S. Nº US 2002/0054578 A1, 9 de mayo de 2002. [24] U.S. Patent Application Publication No. US 2002/0054578 A1, May 9, 2002.

[25] Publicación de la Solicitud de Patente de U.S. Nº US 2002/0075869 A1, 20 de junio de 2002. [25] U.S. Patent Application Publication No. US 2002/0075869 A1, June 20, 2002.

Claims (7)

REIVINDICACIONES 1.-Un método para la configuración de la conexión en una red de comunicación inalámbrica multisalto, dicho método que comprende los pasos de: 1.-A method for configuring the connection in a multi-hop wireless communication network, said method comprising the steps of: - determinar, para una conexión solicitada entre un nodo fuente y un nodo destino, un conjunto de parámetros de conexión que incluyen el camino, el canal y al menos un parámetro de enlace físico expandiendo un árbol dirigido con los caminos preliminares para la conexión pendiente originada en el nodo fuente y que realiza un procedimiento de búsqueda para encontrar al menos el coste Ki para cada nodo i, en un conjunto dado, desde el nodo fuente de acuerdo con el siguiente algoritmo anidado: - determine, for a requested connection between a source node and a destination node, a set of connection parameters that include the path, the channel and at least one physical link parameter by expanding a directed tree with the preliminary paths for the originating pending connection at the source node and performing a search procedure to find at least the Ki cost for each node i, in a given set, from the source node according to the following nested algorithm: imagen1image 1   KID Fuente = constante,   KID Source = constant, donde i ≠ ID Fuente, N(i) es el conjunto de vecinos actuales del nodo i que a su vez es un conjunto de todos los nodos Ω en la red, j es un nodo vecino que pertenece a N(i), m es un conjunto de al menos un canal en un conjunto de M canales ortogonales en total, Ψ es uno o una multitud de parámetros de capa física, ki (j, m, Ψ), también indicado kij (m, Ψ), es el coste desde el nodo j al nodo i, en el que el coste kij (m, Ψ) incluye la potencia de transmisión del enlace Pj(m) para el nodo j y el canal m como un parámetro de la capa física Ψ, y la potencia de transmisión del enlace Pj(m) está sujeta a restricciones que restringen la potencia de transmisión del enlace para un intervalo predeterminado, y el término K(j), también indicado Kj, es el coste acumulado desde el nodo fuente al nodo j, y KID Fuente es el coste inicial en el nodo fuente, en el que el nivel de anidamiento más interior de dicho algoritmo anidado sintoniza dicho(s) parámetro(s) de la capa física Ψ, el siguiente nivel de anidamiento es una elección de un conjunto de canal(es) m para cada vecino, y el tercer nivel de anidamiento proporciona una elección entre vecinos j, de ahí que elige el camino en la capa de encaminamiento; y where i ≠ Source ID, N (i) is the set of current neighbors of node i which in turn is a set of all Ω nodes in the network, j is a neighboring node that belongs to N (i), m is a set of at least one channel in a set of M orthogonal channels in total, Ψ is one or a multitude of physical layer parameters, ki (j, m, Ψ), also indicated kij (m, Ψ), is the cost from node j to node i, in which the cost kij (m, Ψ) includes the transmission power of the link Pj (m) for node j and channel m as a parameter of the physical layer Ψ, and the power of Link transmission Pj (m) is subject to restrictions that restrict the transmission power of the link for a predetermined interval, and the term K (j), also indicated Kj, is the cost accrued from the source node to node j, and KID Source is the initial cost in the source node, at which the innermost level of nesting of said nested algorithm tunes to said parameter (s) of the physical layer Ψ, the next level of nesting is a choice of a set of channel (s) m for each neighbor, and the third level of nesting provides a choice between neighbors j, hence choosing the path in the routing layer; Y - establecer la conexión requerida en base al conjunto determinado de parámetros de conexión. - establish the required connection based on the determined set of connection parameters. 2.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho al menos un parámetro de enlace físico se selecciona a partir del grupo de: 2. The method according to claim 1, wherein said at least one physical link parameter is selected from the group of:
--
la potencia de transmisión;  the transmission power;
--
los parámetros de la antena adaptativa (AA);  the parameters of the adaptive antenna (AA);
--
los parámetros de entrada múltiple salida múltiple (MIMO);  the multiple input parameters multiple output (MIMO);
--
los parámetros de modulación;  the modulation parameters;
--
el ancho de banda;  the bandwidth;
--
la velocidad de transmisión de datos; y  the speed of data transmission; Y
--
los parámetros de corrección de errores.  Error correction parameters.
3.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que un procedimiento de búsqueda local se ejecuta en cada nodo i para evaluar el coste kij (m, Ψ) desde el nodo j al nodo i para todos los nodos j en dicho conjunto N(i) de vecinos, y el menor coste Ki para cada nodo i desde el nodo fuente se determina en base a dicha evaluación junto con la información sobre Kj recibida desde cada nodo j. 3. The method according to claim 1, wherein a local search procedure is executed in each node i to evaluate the cost kij (m, Ψ) from node j to node i for all nodes j in said node set N (i) of neighbors, and the lowest cost Ki for each node i from the source node is determined based on said evaluation along with the information on Kj received from each node j. 4.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el coste kij (m, Ψ) incluye un canal que depende del parámetro de enlace físico Ψ(m). 4. The method according to claim 1, wherein the cost kij (m, Ψ) includes a channel that depends on the physical link parameter Ψ (m). 5.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la potencia de transmisión del enlace máxima permitida y mínima requerida desde el nodo j se define como: 5. The method according to claim 1, wherein the transmission power of the maximum allowed and minimum link required from node j is defined as: imagen2image2 imagen3image3 indican la potencia de transmisión y recepción preliminar, respectivamente, para el nodo r dentro del conjunto R que denota los nodos a lo largo del camino preliminar conectados al nodo j, Pv(m) y Cu(m) por otra parte indican la potencia de transmisión y recepción, respectivamente, para los nodos con tráfico establecido, γ M es un factor de mitigación, G(m) es una matriz de ganancia del canal respectivo, γ R es un factor de recepción, y W indicate the transmission and reception power, respectively, for node r within the set R denoting the nodes along the preliminary path connected to node j, Pv (m) and Cu (m) on the other hand indicate the power of transmission and reception, respectively, for nodes with established traffic, γ M is a mitigation factor, G (m) is a gain matrix of the respective channel, γ R is a reception factor, and W 5 es un nivel de ruido que usa un factor γ W para asegurar que ese está generalmente limitado por la interferencia más que limitado por el ruido. 5 is a noise level that uses a γ W factor to ensure that it is generally limited by interference rather than limited by noise. 6.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la potencia de transmisión del enlace máximo permitido y mínimo requerido desde el nodo j se definen como: 6. The method according to claim 1, wherein the transmission power of the maximum allowed and minimum required link from node j is defined as: 10 10 imagen2image2 imagen3image3 indican la potencia de transmisión y recepción estimada (o más bien preliminar), respectivamente, para el nodo r dentro del conjunto R que indica que los nodos a lo largo del camino preliminar 15 conectados al nodo j, Pv(m) y Cu(m) por otra parte indican la potencia de transmisión y recepción, respectivamente, para los nodos con tráfico establecido, G(m) es una matriz de ganancia del canal respectivo, ΓM es un umbral de la CIR (Relación Portadora a Interferencia), que supone que cada parte del receptor de un enlace existente o camino imagen2 indicate the estimated (or rather preliminary) transmission and reception power, respectively, for node r within the set R indicating that the nodes along the preliminary path 15 connected to node j, Pv (m) and Cu (m ) on the other hand they indicate the transmission and reception power, respectively, for nodes with established traffic, G (m) is a gain matrix of the respective channel, ΓM is a threshold of the CIR (Carrier to Interference Ratio), which assumes that each receiver part of an existing link or path image2 preliminar experimenta el nivel de interferencia J(m), es la interferencia esperada en el nodo x desde los nodos a lo largo del camino preliminar, γ R es un factor de recepción, W es un nivel de ruido que usa un factor γ W preliminary experiences the level of interference J (m), is the expected interference at node x from the nodes along the preliminary path, γ R is a reception factor, W is a noise level that uses a factor γ W 20 para asegurar que ese está generalmente limitado por la interferencia más que limitado por el ruido. 20 to ensure that this is generally limited by interference rather than limited by noise. 7.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende el paso de determinar un camino más corto preliminar previo a dicho procedimiento de búsqueda, y seleccionar dicha región de búsqueda de nodos vecinos N(i) en base al conocimiento de dicho camino más corto preliminar. 7. The method according to claim 1, further comprising the step of determining a shorter preliminary path prior to said search procedure, and selecting said search region of neighboring nodes N (i) based on the knowledge of said Shortest preliminary path. 25 8.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se despliega el encaminamiento bajo demanda, que tiene una Petición de Recursos (RREQ) que transporta el camino, el canal y los parámetros de enlace físico para una conexión preliminar solicitada y que tiene una Respuesta de Ruta (RREP) que confirma una conexión seleccionada a lo largo de un camino correspondiente. The method according to claim 1, wherein the routing on demand is deployed, which has a Resource Request (RREQ) that transports the path, the channel and the physical link parameters for a requested preliminary connection and that it has a Route Response (RREP) that confirms a selected connection along a corresponding path. 30 9.-El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se despliega el encaminamiento bajo demanda, que tiene una Petición de Recursos (RREQ) que coteja la información en las conexiones existentes cuando dicha RREQ se envía a través de la red, y determinando, en un nodo destino, una nueva conexión que cumple un requerimiento de Calidad de Servicio (QoS) como contenida en dicha RREQ en base a dicha información cotejada. The method according to claim 1, wherein the routing on demand is deployed, which has a Resource Request (RREQ) that collates the information on the existing connections when said RREQ is sent through the network , and determining, in a destination node, a new connection that meets a Quality of Service (QoS) requirement as contained in said RREQ based on said collated information. 35 10.- Un sistema de control (110) para la configuración de la conexión en una red de comunicación inalámbrica multisalto, dicho sistema de control que comprende: 35 10.- A control system (110) for configuring the connection in a multi-hop wireless communication network, said control system comprising: -medios (113) para determinar, para una conexión solicitada entre un nodo fuente y un nodo destino, un - means (113) to determine, for a requested connection between a source node and a destination node, a 40 conjunto de parámetros de conexión que incluyen el camino, el canal y al menos un parámetro de enlace físico expandiendo un árbol dirigido con los caminos preliminares para la conexión pendiente originada en el nodo fuente y que ejecuta un procedimiento de búsqueda para encontrar un menor coste Ki para cada nodo i, 40 set of connection parameters that include the path, the channel and at least one physical link parameter expanding a tree directed with the preliminary paths for the pending connection originating from the source node and executing a search procedure to find a lower cost Ki for each node i, 45  KID Fuente = constante, 45  KID Source = constant, imagen4image4 donde i ≠ ID Fuente, N(i) es un conjunto de vecinos actuales del nodo i que a su vez es un conjunto de todos los nodos Ω en la red, j es un nodo vecino que pertenece a N(i), m es un conjunto de al menos un canal en un conjunto de M canales ortogonales en total, Ψ es uno o una multitud de parámetros de capa física, ki (j, m, Ψ),5 también indicado kij (m, Ψ), es el coste desde el nodo j al nodo i, en el que el coste kij (m, Ψ) incluye la potencia de transmisión del enlace Pj(m) para el nodo j y el canal m como un parámetro de la capa física Ψ, y la potencia de transmisión del enlace Pj(m) está sujeta a restricciones que restringen la potencia de transmisión del enlace a un intervalo predeterminado, y el término K(j), también indicado Kj, es el coste acumulado desde el nodo fuente al nodo j, y KID Fuente es el coste inicial en el nodo fuente, en el que el nivel de where i ≠ Source ID, N (i) is a set of current neighbors of node i which in turn is a set of all Ω nodes in the network, j is a neighboring node that belongs to N (i), m is a set of at least one channel in a set of M orthogonal channels in total, Ψ is one or a multitude of physical layer parameters, ki (j, m, Ψ), 5 also indicated kij (m, Ψ), is the cost from node j to node i, in which the cost kij (m, Ψ) includes the transmission power of the link Pj (m) for node j and channel m as a parameter of the physical layer Ψ, and the power Link transmission Pj (m) is subject to restrictions that restrict the transmission power of the link to a predetermined interval, and the term K (j), also indicated Kj, is the cost accrued from the source node to node j, and Source KID is the initial cost at the source node, at which the level of 10 anidamiento más interior de dicho algoritmo anidado sintoniza dicho(s) parámetro(s) de la capa física Ψ, el siguiente nivel de anidamiento es una elección de un conjunto de canal(es) m para cada vecino, y el tercer nivel de anidamiento proporciona una elección entre vecinos j, de ahí eligiendo el camino en la capa de encaminamiento; y 10 more internal nesting of said nested algorithm tunes to said physical layer parameter (s) Ψ, the next level of nesting is a choice of a set of channel (s) m for each neighbor, and the third level of nesting provides a choice between neighbors j, hence choosing the path in the routing layer; Y - los medios para establecer la conexión requerida en base al conjunto determinado de parámetros de 15 conexión. - the means to establish the required connection based on the determined set of connection parameters.
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