ES2369444A1 - Sistema de distribución de señales de banda ancha inalámbricas en interiores. - Google Patents
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Abstract
Sistema de distribución de señales inalámbricas de banda ancha en interiores (100) que comprende: un nodo de acceso radio, conectado a una red de acceso de telecomunicaciones (170) a través de una interfaz de acceso, donde dicho nodo de acceso radio comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha a través de una interfaz radio de banda ancha; al menos un equipo cliente que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de dicho nodo de acceso radio a través de dicha interfaz radio de banda ancha. También comprende un canal de control configurado para intercambiar señales de control entre dicho nodo de acceso radio y dicho al menos un equipo cliente sobre una interfaz radio de control (161, 261, 361; 460, 560, 660), comprendiendo cada uno de dichos nodo de acceso radio y al menos un equipo cliente un módulo de transmisor/receptor de señales de control configurado para establecer dicho canal de control para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz radio de control. Método de configuración de una red inalámbrica formada por una pluralidad de nodos.
Description
Sistema de distribución de señales de banda
ancha inalámbricas en interiores.
La presente invención se aplica al campo de las
telecomunicaciones y, más concretamente, a la construcción y
despliegue de las redes de comunicaciones en el interior de
edificios y su conexión con otras redes de telecomunicaciones.
La técnica utilizada convencionalmente para la
provisión de interfaces de comunicaciones radio en el interior de
edificios consiste en la instalación de tantos equipos como
interfaces sean necesarias. Estos equipos deben ser configurados por
el propio usuario y no pueden ser actualizados a cambios en el
estándar de comunicaciones que emplean. Estos equipos, además, no
aseguran la cobertura en cualquier recinto y no pueden ser
supervisados y controlados remotamente desde la red del operador, de
modo que precisan de la configuración local de los mismos por parte
del usuario.
Algunos ejemplos de equipos que presentan los
citados inconvenientes son:
- Un equipo que permite el acceso a la red de
telecomunicaciones mediante el par de cobre y la interfaz ADSL, y
que en el interior del hogar da soporte a una red inalámbrica de
tipo IEEE 802.11x (WiFi), red inalámbrica que debe ser configurada
por el propio usuario y que no es supervisable por el operador de
telecomunicaciones.
- Un codificador/decodificador (también conocido
como set-top-box) de televisión
sobre protocolo IP (IPTV) que ofrece señales de tipo
DVB-IP a un televisor y que se conecta mediante
cable a un router ADSL que le permita comunicarse con la red de
telecomunicaciones.
- Un sistema de distribución de señales
inalámbricas en el hogar basada en reencaminadores IEEE 802.11x
(WiFi), que deben ser configurados localmente por el propio usuario
y que no pueden ser supervisados remotamente desde la red del
operador de telecomunicaciones.
Con la tecnología actual, estos equipos y estas
técnicas de despliegue adolecen de limitaciones que a continuación
se describen:
- No es posible asegurar la cobertura radio en
todos los recintos.
- Es necesario que el usuario configure
manualmente los equipos.
- No es posible asegurar la supervisión remota
de todos los equipos desde la red del operador de
telecomunicaciones.
- No es posible asegurar la calidad del servicio
ofrecido.
- Es necesaria la existencia de al menos tantos
equipos como interfaces de comunicaciones se desee disponer, con la
consiguiente acumulación de equipos e incremento de costes.
- Los equipos son específicos para cada estándar
radio y no son actualizables, de modo que ante mejoras del estándar
o la aparición de nuevos estándares es necesario prescindir de los
equipos y adquirir unos nuevos.
- En algunos casos, la provisión del servicio
requiere el uso de una conexión cableada.
Por otra parte, en otros ámbitos de las
comunicaciones inalámbricas, tales como las comunicaciones móviles
basadas en GSM/GPRS/UMTS, se utiliza un canal de control incluido en
la misma interfaz radio para realizar ciertas operaciones de control
y supervisión. Debido a que el espectro es limitado, no hay una
interfaz aire dedicada, sino que se usa un canal de control incluido
en la misma interfaz radio que se controla o supervisa. La toma de
datos de mantenimiento relacionados, por ejemplo, con la calidad de
los enlaces radio (localización, nivel de señal recibido, tasa de
transmisión de errores, etc.) se regula por protocolos específicos
dentro de los estándares concretos de GSM/GPRS/UMTS, etc. Por
ejemplo, la solicitud de patente europea EP1619911 describe un
método de recopilación y transmisión de información de mantenimiento
en redes de comunicaciones móviles en el que, una vez tomada dicha
información de modo local en un terminal móvil, esta información es
transmitida a un servidor remoto que se encargará de su
procesamiento, análisis y, si es necesario, corrección de algún
parámetro de transmisión, en función de esos datos procesados.
Sin embargo, este intercambio de información de
control entre un terminal móvil y un servidor remoto se realiza a
través de un canal lógico de control incluido en la misma interfaz
radio. Esto implica que, en caso de que dicho enlace radio se caiga
por cualquier motivo (falta de cobertura, sobrecarga, etc.), el
intercambio de información de supervisión también se interrumpe.
La presente invención tiene por objeto resolver
los problemas mencionados anteriormente mediante un sistema de
distribución de señales radio en interiores, asegurando la
cobertura, supervisión y configuración remota de todo el
equipamiento empleado y asegurando la calidad del servicio,
permitiendo además actualizaciones a nuevos estándares sin necesidad
de cambios en el equipamiento.
Uno de los aspectos de la presente invención se
refiere a un sistema de distribución de señales inalámbricas de
banda ancha en interiores que comprende: un nodo de acceso radio,
conectado a una red de acceso de telecomunicaciones a través de una
interfaz de acceso, donde este nodo de acceso radio comprende un
módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha
configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda
ancha a través de una interfaz radio de banda ancha; y al menos un
equipo cliente que comprende un módulo de transmisión/recepción de
señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales
inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de dicho nodo de
acceso radio a través de dicha interfaz radio de banda ancha. El
sistema comprende también un canal de control configurado para
intercambiar señales de control entre dicho nodo de acceso radio y
dicho al menos un equipo cliente sobre una interfaz radio de
control, comprendiendo cada uno de dichos nodo de acceso radio y al
menos un equipo cliente un módulo de transmisión/recepción de
señales de control configurado para establecer dicho canal de
control para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha
interfaz radio de control.
En una posible realización, el sistema comprende
además: al menos un equipo reencaminador radio que comprende un
módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha
configurado para la transmisión/recepción de señales inalámbricas de
banda ancha y un módulo de transmisión/recepción de señales de
control configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas
de una interfaz radio de control; y al menos un segundo equipo
cliente que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales
de banda ancha y un módulo de transmisión/recepción de señales de
control; donde el equipo reencaminador radio está configurado para
recibir señales de radiofrecuencia procedentes del nodo de acceso
radio a través de una interfaz radio de banda ancha, para regenerar
dichas señales y para reemitirlas hacia dicho segundo equipo cliente
a través de una interfaz radio de banda ancha, y viceversa y donde
el canal de control está configurado para intercambiar señales de
control entre el equipo reencaminador radio y el nodo de acceso
radio y entre el equipo reencaminador radio y dicho segundo equipo
cliente sobre dicha interfaz radio de control.
Preferentemente, al menos un equipo cliente está
conectado a un equipo final a través de una interfaz de equipo
final, estando ese equipo cliente configurado para proveer al equipo
final al menos un servicio de comunicaciones a través de la interfaz
de equipo final. Alternativamente, al menos un equipo cliente
comprende un módulo configurado para realizar funciones de equipo
final, donde ese equipo cliente está configurado para proveer al
módulo al menos un servicio de comunicaciones a través de una
interfaz interna de equipo final.
Preferentemente, el canal de control está
configurado para que un operador de telecomunicaciones pueda
comunicarse con cualquiera de los equipos del sistema y con
cualquier equipo final o sensor o actuador conectado a esos equipos
del sistema, a través de una interfaz de acceso conectada a una
terminación de red de acceso de telecomunicaciones para realizar
tareas remotas de configuración, operación, mantenimiento,
supervisión y gestión de dichos equipos, independientemente del
estado en que se encuentren las interfaces radio de banda ancha
correspondientes. Más preferentemente, al menos uno de esos nodo de
acceso radio, equipos cliente, equipos reencaminadores radio y de
dichos equipos sensores o actuadores ajenos a dicho sistema, está
configurado para implementar funcionalidades de radio actualizable
mediante software de forma distribuida, siendo capaz de actualizar
de forma individual sus funcionalidades mediante cambios en su
software que permiten dar soporte a nuevos estándares o variaciones
de los mismos, y dicho canal de control está configurado para
soportar dichas cargas de software para actualizar los equipos.
En una realización particular, la interfaz radio
de control es más robusta que la interfaz radio de banda ancha,
empleando técnicas de codificación para aumentar la redundancia de
la señal y la resistencia a errores, implementa técnicas de gestión
de espectro, implementa técnicas de retransmisión de señales y
emplea técnicas de entrelazo de información en el tiempo.
En una realización particular, la implementación
de la interfaz radio de control se basa en la capa física del
estándar IEEE 802.15.4. Esta capa física del estándar IEEE 802.15.4
se modifica mediante la aplicación de las siguientes técnicas:
codificación, gestión de espectro, retransmisión de señales y
entrelazo de información en el tiempo.
Preferentemente, al menos uno de los equipos que
forman el sistema está configurado para realizar funciones de radio
cognitiva para analizar el grado de ocupación del espectro y
determinar la banda de frecuencia y estándar de comunicaciones más
adecuado para soportar dicha interfaz radio de banda ancha.
También preferentemente, al menos uno de los
nodo de acceso radio, equipos cliente y/o equipos reencaminadores
radio comprende una unidad base y una pluralidad de módulos
insertables insertados en la unidad base.
En otro aspecto de la presente invención, se
ofrece un método de configuración de una red inalámbrica formada por
una pluralidad de nodos localizados en el interior de un edificio,
donde un nuevo nodo va a conectarse a dicha red inalámbrica, que
comprende las etapas de: enviar desde el nodo entrante un mensaje en
difusión hacia los nodos que forman la red inalámbrica; enviar un
mensaje de respuesta hacia el nodo entrante desde todos los nodos de
la red inalámbrica que han recibido dicho mensaje en difusión;
realizar, por parte del nodo entrante, un análisis de las respuestas
recibidas procedentes de los nodos que han recibido el mensaje en
difusión y calcular, a partir de al menos un parámetro, a cuál de
estos nodos conectarse el nodo entrante; enviar desde ese nodo
entrante una petición de conexión al nodo elegido; enviar, desde ese
nodo elegido, un mensaje de respuesta hacia el nodo entrante,
aceptando la conexión del nodo entrante; notificar, por parte del
nodo elegido al cual se ha conectado el nodo entrante, al nodo de
jerarquía superior al cual está conectado dicho nodo elegido, si lo
hubiera, la nueva topología de la red inalámbrica.
Preferentemente, el nodo entrante es un equipo
cliente o un equipo reencaminador radio. Si el nodo entrante (1112)
es un equipo cliente (110, 111, 410, dicho nodo elegido es o un
equipo reencaminador radio o un nodo de acceso radio, y si dicho
nodo entrante es un equipo reencaminador radio, dicho nodo elegido
es u otro equipo reencaminador radio o un nodo de acceso radio.
Preferentemente, el análisis y cálculo del nodo
al que conectar el nodo entrante se realiza a partir de una función
ponderada que calcula un canal óptimo. A su vez, esta función
ponderada tiene en cuenta la calidad del enlace radio y la distancia
en niveles al nodo de acceso radio.
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de
las características del invento de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo y para complementar esta
descripción, se acompaña como parte integrante de la misma un juego
de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos
dibujos:
La figura 1 muestra un esquema del sistema de
distribución de señales según una realización de la presente
invención.
La figura 2 muestra un esquema del nodo o punto
de acceso radio según una realización de la presente invención.
La figura 3 muestra un esquema alternativo del
nodo o punto de acceso radio según una realización de la presente
invención.
La figura 4 muestra un esquema del equipo
cliente o intermedio según una realización de la presente
invención.
La figura 5 muestra un esquema alternativo del
equipo cliente o intermedio según una realización de la presente
invención.
La figura 6 muestra un esquema alternativo del
equipo cliente o intermedio según una realización de la presente
invención.
La figura 7 muestra un esquema del equipo
reencaminador radio según una realización de la presente
invención.
La figura 8 muestra un esquema alternativo del
equipo reencaminador radio según una realización de la presente
invención.
La figura 9 muestra un esquema de la
implementación de la interfaz radio de control según la
invención.
La figura 10 muestra el establecimiento de un
canal de control según una realización de la invención.
A lo largo de esta especificación, el término
"comprende" y sus derivados no debe interpretarse en un sentido
excluyente o limitativo, es decir, no debe interpretarse en el
sentido de excluir la posibilidad de que el elemento o concepto al
que se refiere incluya elementos o etapas adicionales.
La figura 1 ilustra un esquema de una posible
realización del sistema de distribución de señales inalámbricas de
banda ancha 100 de la invención. El sistema 100 está especialmente
diseñado para usarse en el interior de edificios y para soportar
múltiples interfaces de comunicaciones radio en el interior de un
edificio. El sistema 100 comprende los siguientes elementos:
Un punto o nodo de acceso radio, también llamado
pasarela radio 101. En este nodo de acceso radio 101 residen las
funciones de reencaminamiento entre las interfaces radio dentro de
un edificio y de pasarela entre la red inalámbrica en el interior
del edificio y una red de acceso (generalmente una red fija, por
ejemplo par de cobre o fibra óptica hasta el hogar), además de las
funciones de gestión de la red inalámbrica en el edificio. El nodo
de acceso radio 101 comprende un módulo de transmisión/recepción
radio de banda ancha 103 y un módulo de transmisión/recepción radio
de control 104.
El sistema 100 comprende también uno o varios
equipos cliente o intermedios 110 111. Cada equipo cliente o
intermedio 111 110 comprende un módulo de transmisión/recepción
radio de banda ancha 113 113' y un módulo de transmisión/recepción
radio de control 114 114'.
Los equipos cliente o intermedios 110 111 están
diseñados para proveer a un equipo final 120 121 respectivo una
interfaz de equipo final 130 131, con objeto de que este equipo
final 120 121 pueda soportar la provisión de un determinado
servicio. Estos equipos finales 120 121 son, por ejemplo, los
equipos de electrónica de consumo del usuario. A modo de ejemplo, en
ningún caso de forma limitativa, estos equipos finales 120 121
pueden ser un televisor, un descodificador de televisión digital, un
disco duro multimedia o un reproductor de tipo DVD.
También a modo de ejemplo, y sin excluir otras
realizaciones, la interfaz de equipo final 130 131 puede ser una
interfaz Ethernet, una interfaz HDMI, una interfaz USB,
etcétera.
Opcionalmente, en caso de ser. necesario para
asegurar la cobertura radio, el sistema 100 comprende también uno o
varios equipos reencaminadores radio 180, que se emplean para
extender la cobertura radio ofrecida por un punto o nodo de acceso
radio 101. Estos equipos reencaminadores radio 180 son capaces de
captar las señales radio, regenerarlas y reemitirlas en la banda de
frecuencia y estándar radio más adecuados. Para ello, cada equipo
reencaminador radio 180 comprende un módulo de transmisión/recepción
radio de banda ancha 183 y un módulo de transmisión/recepción radio
de control 184. Los equipos reencaminadores radio 180 se describen
más adelante.
El punto o nodo de acceso radio o pasarela radio
101 se comunica con los equipos cliente o intermedios 110 111 y,
opcionalmente, con el o los equipos reencaminadores radio 180, por
medio de una o varias interfaces radio de banda ancha 140 141.
Algunos ejemplos de estas interfaces, aunque sin excluir la
posibilidad del empleo de otros tipos, son: interfaces de tipo IEEE
802.11 (Wi-Fi), en las bandas de 2,4 y 5 GHz;
interfaces de tipo IEEE 802.16 (WiMax); interfaces de telefonía
móvil como las estandarizadas por 3GPP (UMTS); interfaces radio de
tipo Ultra Wide Band; e interfaces no estandarizadas en otras bandas
de frecuencia, como por ejemplo 60 GHz.
Estas interfaces radio de banda ancha 140 141 se
emplean para la distribución de señales y sus servicios asociados
por el interior del edificio.
Por otra parte, el punto o nodo de acceso radio,
pasarela o nodo de reencaminamiento 101 se comunica con la red del
operador de telecomunicaciones por medio de una interfaz de acceso
150, que puede estar soportada por medios cableados o inalámbricos,
tales como cable de par trenzado, cable de fibra óptica o conexión
radio. Este nodo de acceso radio 101 se coloca en el lugar del
interior del edificio donde está disponible la terminación de la red
de acceso de telecomunicaciones 170, por ejemplo el punto donde está
disponible el par de cobre o la fibra óptica.
El nodo o punto de acceso radio 101 se comunica
inalámbricamente con los equipos cliente o intermedios 110 111 y con
equipos reencaminadores radio 180 por medio de interfaces radio de
banda ancha 140 141 que soportan servicios de
telecomunicaciones.
El sistema 100 cuenta con una interfaz radio
específica dedicada a la supervisión y configuración de todos los
equipos del sistema. Esta interfaz específica se diseña de modo que
tenga mayor cobertura radio y sea más resistente a interferencias y
errores de transmisión que cualquiera del resto de las interfaces
que se emplean en el sistema. Esta interfaz radio específica asegura
la supervisión y configuración remota del sistema desde la red del
operador de telecomunicaciones 170 en cualquier situación
razonable.
Esta interfaz radio específica, llamada interfaz
radio de control 160 161, permite implementar un canal de
comunicaciones específico independiente de las interfaces radio
empleadas para soportar servicios. Este canal de comunicaciones
específico es llamado canal de control y se emplea para el control,
configuración y supervisión de todos los equipos instalados en el
edificio. El canal de control es gestionado desde el punto o nodo de
acceso radio 101, de modo que desde este último es posible controlar
los equipos cliente o intermedios 110 111 y los equipos
reencaminadores radio 180, si los hubiera.
Gracias a la existencia del canal de control y a
que el nodo o punto de acceso radio 101 está conectado a la interfaz
de acceso 150, el operador de telecomunicaciones puede controlar y
supervisar remotamente el funcionamiento de la red inalámbrica en
las instalaciones del cliente, soportada por los equipos cliente o
intermedios 110 111 y los equipos reencaminadores radio 180,
independientemente del estado en que se encuentren las interfaces
radio de banda ancha 140 141 empleadas para soportar los
servicios.
El punto o nodo de acceso radio o pasarela radio
101 realiza las siguientes funciones: funciones de transmisión y
recepción (Tx/Rx) asociadas a las interfaces radio de banda ancha
140 141, tales como funciones de detección y regeneración de las
señales radio procedentes de la interfaz radio de banda ancha 140
141 y funciones de transmisión de señales a la interfaz radio de
banda ancha 140 141, empleando en cada momento la banda de
frecuencia y el estándar más adecuado; funciones de transmisión y
recepción (Tx/Rx) asociadas a una interfaz radio de control 160 161,
que se describe en detalle más adelante; funciones de encaminamiento
de señales entre las diferentes interfaces radio de banda ancha 140
141 disponibles en el equipo; funciones de pasarela entre la
interfaz de acceso 150 con la red del operador (red de acceso 170) y
las diferentes interfaces radio de banda ancha 140 141 disponibles
en el equipo; funciones de radio cognitiva, mediante la medida del
grado de ocupación de diferentes bandas del espectro; funciones de
configuración de los equipos que componen el sistema 100, soportadas
por un canal de control que se describe más adelante; y funciones de
identificación, mediante las cuales el punto o nodo de acceso radio
o pasarela radio 101 informa al operador de telecomunicaciones, a
través de la red de acceso 170, sobre sus características, equipos
del sistema que están conectados a él, tecnologías radio y las
bandas de frecuencia empleadas y el grado de ocupación del
espectro.
espectro.
Las figuras 2 y 3 ilustran sendas posibles
implementaciones del punto o nodo de acceso radio o pasarela radio
201 301. Como muestran las figuras 2 y 3, el nodo de acceso radio
201 301 comprende: un bloque de configuración 2011 3011, encargado
de configurar la funcionalidad del nodo de acceso radio 201 301,
como por ejemplo su dirección IP, los equipos del sistema que se
pueden conectar a él o los servicios que pueden ser ofrecidos; un
bloque de identificación 2012 3012, encargado de almacenar
información que permite identificar a todos los equipos que componen
el sistema; y un bloque de radio cognitiva 2013 3013, encargado de
analizar el espectro electromagnético y determinar su grado de
ocupación, por medio de medidas de potencia radio detectada en cada
banda. A estos módulos se accede a través de una pasarela 2014 3014
con la red acceso y encaminamiento 170. Las figuras 2 y 3 muestran
también los módulos de transmisión/recepción radio de banda ancha
203 303 que dan acceso a una interfaz radio de banda ancha 240 241
340 341 y los módulos de transmisión/recepción radio de control 204
304 que dan acceso a una interfaz radio de control 260 261 360 361.
Como ilustra la figura 3, en sus aspectos hardware, el nodo de
acceso radio puede estar basado en una unidad base 302 donde se
realizan las funciones propias asociadas al equipo y varios módulos
insertables radio 303 304, que se insertan en la unidad base 302 e
implementan las interfaces de radio necesarias para comunicar el
nodo de acceso radio 301 con el resto de equipos que componen el
sistema.
Volviendo a la figura 1, cada equipo cliente o
intermedio 110 111 puede incorporar algunas o todas las
funcionalidades del equipo final 120 121 que lleva conectado,
integrando a ambos en un solo equipo. Un ejemplo no limitativo de
esta integración puede ser un televisor (equipo final 120 121) que
integre todas las funciones propias del equipo cliente o intermedio
que se describen en este documento.
Los equipos cliente o intermedios 110 111 se
comunican con el nodo de acceso radio 101 por medio de una o varias
interfaces radio de banda ancha 140 141. Algunos ejemplos de estas
interfaces, aunque sin excluir la posibilidad del empleo de otros
tipos, son: interfaces de tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi),
en las bandas de 2,4 y 5 GHz; interfaces de tipo IEEE 802.16
(WiMax); interfaces de telefonía móvil como las estandarizadas por
3GPP (UMTS); interfaces radio de tipo Ultra Wide Band; e interfaces
no estandarizadas en otras bandas de frecuencia, como por ejemplo 60
GHz.
El equipo cliente o intermedio 110 111 realiza
las siguientes funciones:
- Funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx)
asociadas a las interfaces radio de banda ancha 140 141, tales
como:
- funciones de detección y regeneración de las
señales radio procedentes de la interfaz radio de banda ancha y su
entrega una vez procesadas al equipo final 120 121 a través de la
interfaz de equipo final 130 131;
- funciones de transmisión a la interfaz radio
de banda ancha de las señales procedentes del equipo final 130 131 y
recibidas a través de la interfaz de equipo final 130 131, empleando
para ello la banda de frecuencia y la tecnología radio más adecuada
en función del grado de ocupación del espectro radio y del ancho de
banda necesario. A modo de ejemplo, el equipo puede transmitir la
señal por medio de cualquier tecnología radio de banda ancha
estandarizada por 3GPP (por ejemplo 3GPP release 8 LTE) o IEEE (por
ejemplo IEEE 802.11N), o por medio de cualquier tecnología radio de
banda ancha propietaria. En cuanto a las bandas de frecuencia y a
los canales radio dentro de dichas bandas que pueden usarse, se
contempla la posibilidad de emplear cualquier banda licenciada o de
uso público.
- Funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx)
asociadas a una interfaz radio de control 160 161;
- Funciones de comunicación con el equipo final
120 121 a través de la interfaz de equipo final 130 131;
- Eventualmente, el equipo o nodo cliente 110
111 puede realizar funciones específicas de un equipo final 120 121.
A modo de ejemplo, el equipo o nodo cliente 110 111 puede englobar
funciones de descodificación de señales de televisión digital, de
tipo DVB-T o DVB-IP, entregando las
señales ya descodificadas al televisor (equipo final 120 121) a
través de la interfaz de equipo final 130 131; opcionalmente, el
equipo cliente 110 111 puede incluso realizar todas las funciones
específicas de un equipo final, integrando a ambos en un solo
equipo;
- Funciones de radio cognitiva, mediante la
medida del grado de ocupación de diferentes bandas del espectro;
- Funciones de configuración del equipo,
soportadas por un canal de control que se detalla más adelante;
- Funciones de identificación, mediante las
cuales el equipo cliente informa al nodo de acceso radio 101 o al
equipo reencaminador radio 180 sobre sus características, equipos
finales 120 121 que están conectados a él, tecnologías radio y
bandas de frecuencia empleadas, y grado de ocupación del
espectro.
Las figuras 4 y 5 ilustran sendas posibles
implementaciones del equipo o nodo cliente 410 510. Como muestran
las figuras 4 y 5, el equipo o nodo 410 510 comprende: un bloque de
configuración 4101 5101, encargado de configurar la funcionalidad
del equipo cliente 410 510, como por ejemplo su dirección IP, los
equipos del sistema que se pueden conectar a él o los servicios que
pueden ser ofrecidos; un bloque de identificación 4102 5102,
encargado de almacenar información que permite al equipo
identificarse a sí mismo y a los equipos finales 120 121 que se
conectan a él; y un bloque de radio cognitiva 4103 5103, encargado
de analizar el espectro electromagnético y determinar su grado de
ocupación, por medio de medidas de potencia radio detectada en cada
banda. A estos módulos se accede a través de un módulo 4104 5104 que
tiene la función proveer una interfaz 430 530 con el equipo final
420 520 y, opcionalmente, funciones de equipo final. Las figuras 4 y
5 muestran también los módulos de transmisión/recepción radio de
banda ancha 413 513 que dan acceso a una interfaz radio de banda
ancha 440 540 y los módulos de transmisión/recepción radio de
control 414 514 que dan acceso a una interfaz radio de control 460
560. Como ilustra la figura 5, en sus aspectos hardware, el nodo o
equipo cliente 510 puede estar basado en una unidad base 512 donde
se realizan las funciones propias asociadas al equipo y varios
módulos insertables radio 513 514, que se insertan en la unidad base
512 e implementan las interfaces de radio necesarias (interfaces
radio de banda ancha 540 e interfaces radio de control 560) para
comunicar el nodo o equipo cliente con el nodo de acceso radio 101 o
con un equipo reencaminador radio 180.
La figura 6 ilustra una posible implementación
de un equipo o nodo cliente 610 basado en una unidad base 612, que
comprende varios módulos insertables radio 613 614 (módulo de
transmisión/recepción radio de banda ancha 613 que da acceso a una
interfaz radio de banda ancha 640 y módulo de transmisión/recepción
radio de control 614 que da acceso a una interfaz radio de control
660). Como puede observarse, comprende unos módulos similares a los
descritos en relación con las figuras 4 y 5. Además, el nodo cliente
610 integra funciones de equipo final a través de un módulo 620 que
puede consistir, a modo de ejemplo, en un televisor o un disco duro
multimedia. En cuanto a la interfaz de equipo final 625, es a todos
los efectos idéntica a la interfaz 430 530 de las respectivas
figuras 4 y 5. Esta interfaz de equipo final 430 530 625 puede ser,
de forma ilustrativa y no limitativa, una interfaz de tipo HDMI,
Ethernet, USB o cualquier otro tipo.
Las figuras 7 y 8 ilustran sendas posibles
implementaciones del equipo reencaminador radio 780 880, que se
emplea para extender la cobertura radio ofrecida por un punto o nodo
de acceso radio 101. Como muestran las figuras, los equipos
reencaminadores radio 780 880 reciben interfaces radio de banda
ancha 740 745 840 845 procedentes del punto o nodo de acceso radio
101 201 301, de uno o varios equipos cliente o intermedios 110 111
410 510 610 y/o de otros equipos reencaminadores radio 180 780 880.
Estos equipos reencaminadores radio 780 880 reciben también
interfaces radio de control 760 765 860 8 65 procedentes de los
mismos equipos. Las figuras 7 y 8 muestran también los módulos de
transmisión/recepción radio de banda ancha 783 883 que dan acceso a
las interfaces correspondientes y los módulos de
transmisión/recepción radio de control 784 884 que dan acceso a las
interfaces de control.
El equipo reencaminador radio 780 880 toma las
señales recibidas de las interfaces radio de banda ancha 740 745 840
845, las reacondiciona y reemite, empleando la banda de frecuencia y
el estándar radio más adecuado, dependiendo de las interfaces radio
disponibles en el punto o nodo de acceso radio 101 201 301 y en los
equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 y del grado de uso
e interferencia del espectro radioeléctrico.
El equipo reencaminador radio 780 880 realiza
las siguientes funciones:
- Funciones de recepción y transmisión (Tx/Rx)
asociadas a las interfaces radio de banda ancha 740 745 840 845:
- funciones de detección y regeneración de las
señales radio procedentes de la interfaz radio de banda ancha 740
745 840 845;
- funciones de retransmisión a la interfaz radio
de banda ancha 740 745 840 845 de las señales radio procedentes de
las interfaz radio de banda ancha detectadas, una vez regeneradas,
empleando para ello la banda de frecuencia y la tecnología radio más
adecuada en función del grado de ocupación del espectro radio y del
ancho de banda necesario.
- Funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx)
asociadas a las interfaces radio de control 760 765 860 865.
- Funciones de encaminamiento, de modo que una
señal radio recibida por una interfaz radio de banda ancha 740 840
puede ser retransmitida de nuevo a otra interfaz radio de banda
ancha 745 845 empleando una nueva tecnología radio y una nueva banda
de frecuencia.
- Funciones de radio cognitiva, mediante la
medida del grado de ocupación de diferentes bandas del espectro.
- Funciones de configuración del equipo,
soportadas por un canal de control que se detalla más adelante.
-Funciones de identificación, mediante las
cuales el equipo reencaminador radio 780 880 informa al punto o nodo
de acceso radio 101 201 301 sobre sus características, equipos del
sistema que están conectados a él, tecnologías radio y bandas de
frecuencia empleadas y grado de ocupación del espectro.
El equipo reencaminador radio 180 780 880 se
comunica con el punto o nodo de acceso radio 101 201 301 y con los
equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 por medio de una o
varias interfaces radio de banda ancha. Algunos ejemplos de estas
interfaces, aunque sin excluir la posibilidad del empleo de otros
tipos, son: interfaces de tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi),
en las bandas de 2,4 y 5 GHz; interfaces de tipo IEEE 802.16
(WiMax); interfaces de telefonía móvil como las estandarizadas por
3GPP (UMTS); interfaces radio de tipo Ultra Wide Band; interfaces no
estandarizadas en otras bandas de frecuencia, como por ejemplo 60
GHz.
Como ilustran las figuras 7 y 8, en sus aspectos
hardware, el equipo reencaminador radio 780 comprende: un bloque de
configuración 7801 8801, encargado de configurar la funcionalidad
del equipo reencaminador 780 880, como por ejemplo su dirección IP,
los equipos del sistema que se pueden conectar a él o los servicios
que pueden ser ofrecidos; un bloque de identificación 7802 8802,
encargado de almacenar información que permite al equipo
reencaminador radio 780 880 identificarse a sí mismo y a los equipos
finales 120 121 y/o otro u otros equipos reencaminadores 180 780 880
que se conectan a él; y un bloque de radio cognitiva 7803 8803,
encargado de analizar el espectro electromagnético y determinar su
grado de ocupación, por medio de medidas de potencia radio detectada
en cada banda. Además, los equipos reencaminadores radio 780 880
comprenden módulos de encaminamiento 7804 8804 que dan acceso a los
módulos anteriores.
Alternativamente, como muestra la figura 8, el
equipo reencaminador radio 880 puede estar basado en una unidad base
882 donde se realizan las funciones propias asociadas al equipo
reencaminador y varios módulos insertables radio 883 884, que se
insertan en la unidad base 882 e implementan las interfaces de radio
necesarias 840 845 860 865 para comunicar el equipo reencaminador
radio 780 con el punto o nodo de acceso radio 101 201 301, con un
equipo cliente o intermedio 110 111 410 510 610 o con otro equipo
reencaminador radio 780 880. Los módulos insertables implementan
interfaces de comunicaciones de tipo inalámbrico.
Como se ha descrito, tanto el punto o nodo de
acceso radio 101 201 301, como los equipos cliente o intermedios 110
111 410 510 610 o los equipos reencaminadores radio 180 780 880
puedan incorporar módulos insertables, preferentemente de pequeño
tamaño, que implementan interfaces radio, de forma que son
fácilmente actualizables de forma modular.
Además, tanto el punto o nodo de acceso radio
101 201 301, como los equipos cliente o intermedios 110 111 410 510
610 o los equipos reencaminadores radio 180 780 880 pueden
actualizarse mediante actualizaciones del software residente en
cualquiera de los módulos que lo componen, de modo que puedan
trabajar con nuevas versiones de un interfaz de comunicaciones radio
o con nuevos estándares. Es decir, los equipos implementan la radio
actualizable mediante software (del inglés Software Defined
Radio, SDR). Además, este concepto de radio actualizable
mediante software se amplía de forma distribuida, donde cada uno de
los módulos insertables 303 304 513 514 613 614 883 884 o las
unidades base 301 510 610 880 tienen la capacidad de actualizar sus
funcionalidades mediante cambios en su software que permiten dar
soporte a nuevos estándares o variaciones de los mismos.
Además, todos los equipos del sistema 100
implementan la radio cognitiva, de forma que se analiza el estado en
que se encuentra el espectro radio y se selecciona en cada momento
la banda de frecuencia y estándar más adecuado. De forma
ilustrativa, aunque sin restringirse a otras realizaciones, la
función de radio cognitiva consiste en un análisis espectral del
espectro radio (conocida como Spectrum Sensing Cognitive
Radio) y la medida de la potencia radio detectada en cada banda
de frecuencia del espectro no licenciado, lo que permite seleccionar
para su uso las bandas del espectro menos congestionadas. En una
posible realización, la implementación se basa, sin excluir otras
formas de realización alternativas, en uno o varios amplificadores
de bajo ruido que detectan las señales radio, que son convertidas a
frecuencia intermedia mediante mezcladores y un oscilador local
sintonizable, de modo que sintonizando la frecuencia del oscilador
local es posible seleccionar diferentes secciones del espectro de
radiofrecuencia detectado por los amplificadores de bajo ruido.
Posteriormente las señales en frecuencia intermedia son filtradas
mediante filtros paso banda de canal. Una vez filtradas las señales
en frecuencia intermedia, se detecta su potencia mediante técnicas
convencionales.
En función de cada interfaz radio y de cada
banda de frecuencia, se establecen de forma heurística niveles de
ocupación del canal radio en función del nivel de potencia
detectado, lo que permite que cada uno de los equipos que componen
el sistema puedan seleccionar la interfaz radio y la banda de
frecuencia más adecuados.
Como se ha introducido anteriormente, el sistema
100 implementa una interfaz radio específica llamada interfaz radio
de control 160 161, que da soporte a un canal de control empleado
para las labores de gestión de todo el sistema 100. La interfaz
radio de control 160 161 se diseña de forma que se maximice la
cobertura y la resistencia frente a errores y problemas de
propagación. Esto se consigue mediante una baja tasa neta de
transmisión de datos, empleándose técnicas de codificación para
aumentar la redundancia de la señal y con ello la resistencia a
errores. Además, implementa técnicas de gestión del espectro,
empleando en cada momento el canal radio con menos ocupación
radioeléctrica y menos interferido. También implementa técnicas de
retransmisión de señales, incluyendo del tipo HARQ (Hybrid
Automatic Repeat-Request), para el caso de que
los errores en recepción sean irrecuperables a pesar del empleo de
técnicas de codificación. Además, implementa técnicas de entrelazo
de información en el tiempo, para poder soportar la recuperación de
información en caso de ráfagas de señales con errores.
Por interfaz radio de control se entiende a la
interfaz radio que sirve para comunicar parejas de equipos del
sistema y que implementan las capas 1 y 2 del modelo de capas OSI,
mientras que por canal de control se entiende un canal de
comunicaciones soportado por la interfaz radio de control que
implementa la capa 3 y en su caso capas superiores del modelo
OSI.
Como ilustra la figura 1, esta interfaz radio de
control se implementa entre todos los equipos que forman el sistema
100: entre el punto o nodo de acceso radio 101 y los equipos
clientes o intermedios 111 (interfaz radio de control 161), entre el
punto o nodo de acceso radio 101 y los equipos reencaminadores radio
180 (interfaz radio de control 160) y entre los equipos
reencaminadores radio 180 y los equipos clientes o intermedios 111
(interfaz radio de control 165). Preferentemente, pero no de forma
limitativa, esta interfaz radio se basa en un estándar de baja
velocidad de transmisión, de tipo IEEE 802.15.4.
Esta interfaz radio de control se basa en la
capa física (PHY) y la capa de control de acceso al medio (MAC) de
la interfaz radio definida por IEEE 802.15.4 versión 2006. Otras
implementaciones alternativas también son posibles. La invención
proporciona las siguientes modificaciones para dar al enlace la
robustez deseada con vistas a mejorar la cobertura y la resistencia
a interferencias:
- \bullet
- Empleo exclusivo de modulaciones bipolares de fase (BPSK), más robustas que las QPSK, tanto para la emisión en la banda de 868 MHz como en la de 2450 MHz (este último caso no contemplado en el estándar).
- \bullet
- Empleo de códigos de corrección de errores (FEC) de tipo bloque o convoluciones de tasa 1/3, no incluidos en el estándar. Como indica la figura 9, la invención aplica el código de corrección de errores 910 a los paquetes PPDU (PHY protocol data unit) después de un bloque de conversión de bit a chip 914 (especificado en la cláusula "6.6.2.1 Reference modulator diagram" del documento IEEE 8 02.15.4 Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)).
- \bullet
- Implementación de la técnica de entrelazado de bits. Como indica la figura 9, esta técnica se implementa 911 después de la aplicación del código de corrección de errores 910, para evitar que ráfagas de errores debidos a desvanecimientos de la señal no puedan ser corregidos por el código FEC. Los bits se introducen por filas en una matriz de n columnas, y una vez completada la matriz se permuta el orden de las columnas y se extraen los bits por columnas.
- \bullet
- Creación un nuevo paquete de nivel superior al PPDU original, a partir de los bits obtenidos tras la aplicación del código FEC 910 y el entrelazado 911 al PPDU original, mediante la adición de un campo de preámbulo 912 que le permita al receptor reconocer el comienzo de cada paquete. Esto se ilustra también en la figura 9.
- \bullet
- Incluir, dentro del parámetro relativo a la información soportada por el indicador de calidad del canal (LQI, clausula 6.9.8 Link quality indicator del documento de especificación ya mencionado), el número de bits que han sido corregidos en recepción por el decodificador FEC, no contemplado en el estándar.
- \bullet
- Implementación de la técnica Repetición de petición automática híbrida (Hybrid automatic repeat-request (HARQ)), no contemplada en el estándar de la interfaz radio IEEE 802.15.4, mediante la realización de retransmisiones idénticas en caso de no recibirse un reconocimiento de paquete recibido (ACK), y la combinación en recepción de varios paquetes mediante la técnica de combinación de paquetes idénticos o "chase combining", donde en el buffer de memoria del receptor se almacenan los llamados valores suaves o "soft values" (bits o símbolos recibidos junto con una indicación de su calidad basada en su cercanía al punto de decisión ideal), y se combinan los "soft values" para obtener el valor lógico más probable del símbolo o del bit.
Gracias a esta implementación proporcionada por
la invención, esta interfaz permite la supervisión y configuración
remota de todos los equipos que componen el sistema 100 desde la red
del operador de telecomunicaciones 170, independientemente de la
disponibilidad del resto de las interfaces radio de banda ancha
implementadas en el sistema 100, por medio de la transmisión de
información sobre la calidad de los servicios soportados, la
topología y configuración del sistema 100, y las interfaces radio de
banda ancha 140 145 141 empleadas y las bandas de frecuencia en uso.
Es decir, esta interfaz radio específica se diseña para que esté
disponible incluso cuando las interfaces radio de banda ancha no
puedan soportar la comunicación entre los equipos que componen el
sistema, de modo que se pueda asegurar la supervisión remota del
sistema desde la red del operador de telecomunicaciones.
Además de para dar soporte al canal de control,
la interfaz radio de control puede emplearse para comunicar
cualquiera de los equipos que componen el sistema 100 (puntos o
nodos de acceso radio 101, equipos reencaminadores radio 180 y
equipos cliente o intermedios 110 111) con equipos que no forman
parte de dicho sistema 100. Concretamente, la interfaz radio de
control se emplea también para comunicarse con equipos sensores y
actuadores 290 390 490 590 690 790 890 que implementen aplicaciones
de control domótico o inteligencia ambiental en el edificio. Estos
equipos sensores y actuadores se ilustran en las figuras 2 a 8, así
como las interfaces radio de control correspondientes 262 363 462
562 662 762 862.
El canal de control empleado en el sistema 100
tiene las siguientes funciones:
- Permitir que el operador de telecomunicaciones
pueda comunicárse con cualquiera de los equipos que componen el
sistema 100 a través de la red de acceso 170 que llega hasta el
punto o nodo de acceso radio 101 y, a partir de este nodo,
comunicarse con los equipos reencaminadores radio 180, si los
hubiera, y con los equipos cliente o intermedios 110 111 a través de
la interfaz radio de control 160 161 165.
- Comunicar al punto o nodo de acceso radio 101
la topología del sistema 100 implementado en cada edificio:
- -
- Número de equipos reencaminadores radio 180 existentes, si los hubiera, y sus características.
- -
- Número de equipos cliente o intermedios 110 111 existentes y sus características.
- -
- Frecuencias e interfaces radio de banda ancha 140 141 145 empleadas en el sistema 100.
- Configurar remotamente todos los equipos que
componen el sistema 100 desde la red del operador de
telecomunicaciones, sin necesidad de que el usuario tenga que
configurar nada localmente (por ejemplo, en su domicilio), por medio
de la interacción de los módulos de configuración que forman parte
de los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración
residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
- Comunicar al punto o nodo de acceso radio 101
informes de medidas de ocupación del espectro radio realizadas por
los equipos del sistema e informes sobre interfaces radio
seleccionadas en cada momento, por medio de la interacción de los
módulos de radio cognitiva y de configuración que forman parte de
los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración
residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
- Comunicar al punto o nodo de acceso radio 101
informes de calidad de los servicios prestados a cada equipo final
120 121, por medio de los equipos cliente o intermedios 110 111),
por medio de la interacción de los módulos de configuración que
forman parte de los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de
configuración residentes en la red del operador de
telecomunicaciones.
- Soportar las cargas de software que permitan
actualizar las prestaciones de los equipos reencaminadores radio 180
y los equipos cliente o intermedios 110 111), por medio de la
interacción de los módulos de configuración que forman parte de los
equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración
residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
- Comunicarse con equipos que no forman parte
del sistema 100. Concretamente, la interfaz radio de control se
emplea también para comunicarse con equipos sensores y actuadores,
preferentemente inalámbricos, también preferentemente de baja tasa
de transmisión, que implementen aplicaciones de control domótico o
inteligencia ambiental en el edificio.
Las características específicas de la interfaz
radio de control son: rango de cobertura igual o superior a
cualquiera de la interfaces radio de banda ancha, empleando para
ello la banda de frecuencia más baja posible, partiendo de la banda
libre de 2,4 GHz; baja tasa neta de transmisión de datos,
empleándose técnicas de codificación para aumentar la redundancia de
la señal y con ello la resistencia a errores, como se ha explicado
anteriormente; selecciona, mediante formas convencionales, en cada
momento el canal radio con menos ocupación radioeléctrica y menos
interferido; como se ha explicado ya, implementa técnicas de
retransmisión de señales, preferentemente del tipo HARQ (del inglés,
Hybrid Automatic Repeat-Request), para el
caso de que los errores en recepción sean irrecuperables a pesar del
empleo de técnicas de codificación; implementa técnicas
anteriormente mencionadas de entrelazo de información en el tiempo,
para poder soportar la recuperación de información en caso de
ráfagas de señales con errores.
Aunque algunas de estas técnicas se han usado en
sistemas radio de banda ancha, la invención las emplea en un canal
de baja velocidad (canal de control) basado en la interfaz radio
IEEE802.15.4.
A continuación se explican las características y
operación del canal de control:
El canal de control, soportado a lo largo de la
secuencia de punto o nodo de acceso radio 101, equipos
reencaminadores radio 180 y equipos cliente 110 111 presenta una
topología en árbol dinámica y configurable sin intervención del
usuario. En esta topología en árbol, el nodo o equipo de acceso
radio 101 es el nodo raíz al que se encuentran conectados el resto
de dispositivos. Los equipos reencaminadores 180, si los hubiera, se
conectan en sucesivos niveles (es decir, puede haber varias
jerarquías de equipos reencaminadores 180), estando conectados en
última instancia los equipos de cliente 110 111 en cualquier nivel.
Esta topología tiene como carácter específico el ser automáticamente
reconfigurable.
La figura 10 muestra el establecimiento del
canal de control cuando un nuevo dispositivo forma parte, por
primera vez, del sistema 100. En el ejemplo ilustrado en la figura
10, se denomina nodo entrante 1112 al dispositivo introducido en el
sistema por primera vez. Esto nodo entrante 1112 puede ser tanto un
equipo cliente o intermedio 110 111 como un equipo reencaminador
180. En este ejemplo, se denomina nodo raíz 1101 al punto o nodo de
acceso radio 101. Además, este ejemplo muestra, de forma
ilustrativa, dos equipos reencaminadores 1180 1280, pero el sistema
puede tener un número mayor o menor de los mismos. En cuanto a la
jerarquía, el equipo de mayor nivel es el punto o nodo de acceso
radio 101, seguido del o de los equipos reencaminadores radio 180,
si los hubiera, y seguido del o de los equipos cliente o intermedios
110 111, que son los de menor nivel cuando el canal de control no se
emplea para controlar un equipo final 120 121. El canal de control
también se puede emplear para controlar a los equipos finales 120
121, que dependen de un equipo cliente o intermedio 110 111 y que
constituyen el nivel jerárquico inferior.
El nodo de acceso radio 101 201 301 tiene un
comportamiento pasivo. En caso de caída y recuperación, simplemente
queda a la espera de peticiones de dispositivos entrantes. Tras un
evento de caída del nodo raíz o nodo de acceso radio 101 201 301,
los nodos conectados en primer nivel mantienen la estructura durante
un tiempo pre-establecido, transcurrido el cual
envían un mensaje de "reset" a sus nodos conectados en
sucesivos niveles. Como consecuencia de este mensaje de
"reset", el resto de nodos conectados reinician el proceso de
descubrimiento, que se lanza cuando el nodo raíz o nodo de acceso
radio 101 201 301 vuelva a estar operativo por el canal radio. Si el
nodo raíz o nodo de acceso radio 101 201 301 se recupera antes de
este tiempo pre-establecido, al recibir los mensajes
de latido "keep alive" de los nodos en primer nivel, realiza un
proceso de consulta sobre todos los nodos para recuperar la
información de la topología conectada.
El proceso de configuración del canal de control
no necesita la intervención del usuario, pues éste se limita a
alimentar y encender los dispositivos partiendo del punto o nodo de
acceso radio 101, siguiendo con los equipos reencaminadores radio
180 y terminando con los equipos cliente o intermedios 110 111.
Una vez introducido el nuevo equipo 1112 (nodo
entrante), se inicia una etapa de descubrimiento y conexión hasta
encontrar la respuesta de uno o varios equipos de nivel superior.
Esta etapa de descubrimiento, aludida en la figura 10 mediante la
referencia 10-1, comprende el envío de una trama
inicial en difusión (broadcast) por parte del dispositivo que se
anuncia (dispositivo entrante 1112, es decir, dispositivo que quiere
conectarse a la red doméstica por primera vez). Esta trama en
difusión (broadcast) se envía por cada uno de los canales de
control. Como nuevo equipo o nodo entrante 1112 puede considerarse
tanto un punto o nodo de acceso radio 101 201 301 como un equipo
reencaminador radio 180 o un equipo cliente 110. Cada trama de
broadcast emitida por un dispositivo entrante incorpora un
identificador único, de forma que el o los equipos reencaminadores
180 780 880 o el punto o nodo de acceso radio 101 201 301 pueden
dirigir la respuesta a un elemento entrante concreto.
A continuación, todos los equipos raíz (punto o
nodo de acceso radio 101) y reencaminadores 180 que han recibido el
mensaje broadcast responden al nodo entrante 1112. Los equipos
cliente o intermedios 111 110 no responden al mensaje de broadcast.
Nótese que es posible que, debido principalmente a la lejanía
geográfica entre los equipos de la red doméstica, no todos los
equipos reciban el mensaje de broadcast 10-1. Como
ilustra la figura 10, el nodo raíz 1101 y dos nodos reencaminadores
1180 1280 responden al nodo entrante 1112 acusando recibo de su
mensaje broadcast 10-1. Puede darse el caso de que,
por ejemplo el nodo raíz 1101, debido a la lejanía con respecto al
nodo entrante 1112, no reciba el mensaje 10-1.
Seguidamente, en caso de que, durante la etapa
de descubrimiento, el nodo entrante obtenga respuesta de varios
equipos, el nodo entrante 1112 analiza el contenido de las
respuestas recibidas 10-2 y realiza un cálculo de
cuál es el nodo (raíz o encaminador) más favorable para conectarse.
Se entiende por nodo más favorable aquel equipo de nivel superior
que le ofrezca unas mejores condiciones de un determinado parámetro
o conjunto de parámetros. Ejemplos de posibles parámetros que se
pueden evaluar son: el enlace radio de la interfaz radio de control,
un valor de una función ponderada que tenga en cuenta la calidad del
enlace radio y la distancia en niveles al punto o nodo de acceso
radio 101, etc. Esto se representa en la figura 10 por la referencia
10-3. Esta etapa de cálculo y selección se basa
preferentemente en una función ponderada que proporcione el canal
óptimo. Esta etapa de cálculo y elección de la función ponderada
está fuera del alcance de la presente invención. Para ello, en las
respuestas a los mensajes de broadcast los nodos reencaminadores
incluyen la distancia en niveles con el nodo raíz y medidas de
latencias. La información de estado de ocupación de los canales la
obtiene directamente el nodo entrante.
Una vez seleccionado el nodo más favorable (que
de forma ilustrativa, en la figura 10 es el nodo reencaminador
1180), el nodo entrante 1112 le envía una petición de conexión
10-4, el cual responde al nodo entrante 1112 con un
mensaje de aceptación.
Finalmente, el nodo 1180 al cuál se ha conectado
el nodo entrante 1112, notifica al nodo de jerarquía superior del
cambio de topología, es decir, de la incorporación de un nuevo nodo
1180 al sistema 100. En la figura 100 se muestra, de forma
ilustrativa, que el nodo de jerarquía superior al cuál informa el
equipo reencaminador 1180 es el nodo raíz 1101 (punto o nodo de
acceso radio), pero en el caso de un sistema más jerarquizado,
podría ser otro nodo o equipo reencaminador. Nótese que el sistema
100 puede tener varias jerarquías de equipos reencaminadores 180.
Nótese que los canales físicos existen previamente, estableciéndose
mediante este método el enlace entre el nodo entrante y el nodo al
que se conecta (nodo reencaminador o nodo de acceso radio.
El canal de control puede responder de forma
dinámica ante eventos que afecten a la topología del sistema 100,
como la degradación o mejora de la calidad de los enlaces de la
interfaz radio de control 160 161 165 y la aparición o desaparición
de equipos. Para ello, se sondea periódicamente la calidad de los
diferentes canales para decidir si se reinicia el proceso de
descubrimiento. Por ejemplo, cuando un nuevo equipo aparece (nótese
que los nuevos equipos son inalámbricos en cuanto a su conexión al
sistema 100) en la red, realiza el proceso de descubrimiento antes
descrito y se suscribe a un equipo de nivel superior. Cuando un
equipo se desconecta, la desconexión es descubierta por los equipos
subordinados si los tuviera, que realizan un nuevo proceso de
descubrimiento hasta suscribirse a un nuevo equipo de nivel
superior. Nótese que se entiende por desconexión la ausencia de
respuesta a los mensajes de latido "keep alive". Los equipos
subordinados detectan la ausencia de respuesta a los latidos,
detectando así la desconexión. La desconexión de un equipo también
es descubierta por los equipos de nivel superior: Periódicamente, el
nodo raíz puede enviar, a su vez, mensajes de eco que son
respondidos por sus nodos directamente conectados y por los
indirectamente conectados (los mensajes de eco son retransmitidos
hacia los niveles inferiores).
Todas estas variaciones de la topología son
notificadas y almacenadas por el punto o nodo de acceso radio 101,
que en todo momento dispone de un modelo actualizado de tal
topología.
Por otra parte, en cualquier momento, el punto o
nodo de acceso radio 101 puede emitir una orden a todos los equipos
para que inicien de nuevo el proceso de conexión, para conformar la
topología óptima en ese momento. Las modificaciones en la topología
son notificadas a todos los equipos con el fin de que estos puedan
reevaluar el equipo al que conectarse. Si un equipo no responde a un
mensaje de nivel superior, el equipo al que está conectado deja de
responder a potenciales mensajes de latidos, lo que acaba redundando
en un reinicio del proceso de descubrimiento.
A la vista de esta descripción y juego de
figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha
sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma,
pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas
realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invención tal
y como ha sido reivindicada.
Claims (13)
1. Un sistema de distribución de señales
inalámbricas de banda ancha en interiores (100) que comprende:
- un nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101),
conectado a una red de acceso de telecomunicaciones (170) a través
de una interfaz de acceso (150, 250, 350), donde dicho nodo de
acceso radio (101, 201, 301) comprende un módulo de
transmisión/recepción de señales de banda ancha (103, 203, 303)
configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda
ancha a través de una interfaz radio de banda ancha (140, 240, 340;
141, 241, 341)
- al menos un equipo cliente (111, 410, 510,
610) que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de
banda ancha (113, 413, 513, 613) configurado para transmitir y
recibir señales inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de
dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301) a través de dicha
interfaz radio de banda ancha (141, 240, 340);
caracterizado por que dicho sistema (100)
comprende un canal de control configurado para intercambiar señales
de control entre dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301) y dicho
al menos un equipo cliente (111, 410, 510, 610) sobre una interfaz
radio de control (161, 261, 361; 460, 560, 660), comprendiendo cada
uno de dichos nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101) y al menos
un equipo cliente (111, 410, 510, 610) un módulo de
transmisión/recepción de señales de control (104, 204, 304; 114,
414, 514, 614) configurado para establecer dicho canal de control
para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz
radio de control (161, 261, 361; 460, 560, 660).
2. El sistema (100) según la reivindicación 1,
que comprende además:
- al menos un equipo reencaminador radio (180,
780, 880) que comprende un módulo de transmisión/recepción de
señales de banda ancha (183, 783, 883) configurado para la
transmisión/recepción de señales inalámbricas de banda ancha y un
módulo de transmisión/recepción de señales de control (184, 784,
884) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de
una interfaz radio de control (160, 165, 760, 765, 860, 865);
- al menos un segundo equipo cliente (110, 410,
510, 610) que comprende un módulo de transmisión/recepción de
señales de banda ancha (113', 413, 513, 613) configurado para
transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha y un módulo
de transmisión/recepción de señales de control (114', 414, 514, 614)
configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre
dicha interfaz radio de control (160, 165, 760, 765, 860, 865);
donde dicho equipo reencaminador radio (180,
780, 880) está configurado para recibir señales de radiofrecuencia
procedentes de dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101) a
través de una interfaz radio de banda ancha (140, 240, 340), para
regenerar dichas señales y para reemitirlas hacia dicho segundo
equipo cliente (110, 410, 510, 610) a través de una interfaz radio
de banda ancha (145, 745, 845), y viceversa y donde dicho canal de
control está configurado para intercambiar señales de control entre
dicho equipo reencaminador radio (180, 780, 880) y dicho nodo de
acceso radio (101, 201, 301) y entre dicho equipo reencaminador
radio (180, 780, 880) y dicho segundo equipo cliente (110, 410, 510,
610) sobre dicha interfaz radio de control.
3. El sistema (100) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde al menos un equipo cliente (110,
111, 410, 510, 610) está conectado a un equipo final (120, 121, 420,
520, 620) a través de una interfaz de equipo final (130, 131, 430,
530), estando dicho equipo cliente (110, 111, 410, 510, 610)
configurado para proveer a dicho equipo final (120, 121, 420, 520,
620) al menos un servicio de comunicaciones a través de dicha
interfaz de equipo final (130, 131, 430, 530).
4. El sistema (100) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, donde al menos un equipo cliente (610)
comprende un módulo (620) configurado para realizar funciones de
equipo final, donde dicho equipo cliente (610) está configurado para
proveer a dicho módulo (620) al menos un servicio de comunicaciones
a través de una interfaz interna de equipo final (625).
5. El sistema (100) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde dicho canal de control está
configurado para que un operador de telecomunicaciones pueda
comunicarse con cualquiera de los equipos del sistema (100) y con
cualquier equipo final o sensor o actuador conectado a dichos
equipos del sistema (100), a través de una interfaz de acceso (150)
conectada a una terminación de red de acceso de telecomunicaciones
(170).
6. El sistema (100) según la reivindicación 5,
donde al menos uno de dichos nodo de acceso radio (101, 202, 301),
equipos cliente (110, 111, 410, 510, 610), equipos reencaminadores
radio (180, 780, 880) y de dichos equipos sensores o actuadores
ajenos a dicho sistema (100), está configurado para implementar
funcionalidades de radio actualizable mediante software de forma
distribuida, y dicho canal de control está configurado para soportar
dichas cargas de software.
7. El sistema (100) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde la implementación de dicha
interfaz radio de control (160, 161, 165, 261, 361; 460, 560, 660,
760, 765, 860, 865) se basa en la capa física del estándar IEEE
802.15.4.
8. Sistema (100) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de los equipos que
forman el sistema (100) está configurado para realizar funciones de
radio cognitiva.
9. El sistema (100) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de dichos nodo de
acceso radio (301), equipos cliente (510) y/o equipos
reencaminadores radio (880) comprende una unidad base (302, 512,
882) y una pluralidad de módulos insertables (303, 304; 513, 514;
883, 884) insertados en dicha unidad base.
10. Un método de establecimiento de un canal de
control en una red inalámbrica (100) formada por una pluralidad de
nodos (101, 110, 111, 180; 1101, 1180, 1280) localizados en el
interior de un edificio, cuando un nuevo nodo (1112) entra a formar
parte por primera vez de dicha red inalámbrica, que comprende las
etapas de:
- enviar (10-1) desde dicho nodo
entrante (1112) un mensaje en difusión hacia los nodos que forman
dicha red inalámbrica (100);
- enviar (10-2) un mensaje de
respuesta hacia dicho nodo entrante (1112) desde todos los nodos
(1101, 1180, 1280) de la red inalámbrica (100) que han recibido
dicho mensaje en difusión;
- realizar (10-3), por parte del
nodo entrante (1112), un análisis de las respuestas recibidas
procedentes de los nodos (1101, 1180, 1280) que han recibido el
mensaje en difusión y calcular, a partir de al menos un parámetro, a
cuál de estos nodos (1180) debe conectarse el nodo entrante
(1112);
- enviar (10-4) desde dicho nodo
entrante (1112) una petición de conexión al nodo elegido (1180);
- enviar, desde dicho nodo elegido (1180), un
mensaje de respuesta (OK) hacia dicho nodo entrante (1112),
aceptando la conexión del nodo entrante (1112);
- notificar (10-5), por parte
del nodo elegido (1180) al cual se ha conectado el nodo entrante
(1112), al nodo de jerarquía superior (1101) al cual está conectado
dicho nodo elegido (1180), si lo hubiera, la nueva topología de la
red inalámbrica (100).
11. El método según la reivindicación 10, donde
dicho nodo entrante (1112) es un equipo cliente (110, 111, 410, 510,
610) o un equipo reencaminador radio (180, 780, 880).
12. El método según la reivindicación 11, donde
si dicho nodo entrante (1112) es un equipo cliente (110, 111,
410),
dicho nodo elegido (1180) es o un equipo
reencaminador radio (180, 780, 880) o un nodo de acceso radio (101,
201, 301, 1101), y si dicho nodo entrante (1112) es un equipo
reencaminador radio (180, 780, 880), dicho nodo elegido (1180) es u
otro equipo reencaminador radio (180, 780, 880) o un nodo de acceso
radio (101, 201, 301, 1101).
13. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, donde dicho análisis
(10-3) y cálculo del nodo (1180) al que conectar el
nodo entrante (1112) se realiza a partir de una función ponderada
que calcula un canal óptimo, donde dicha función ponderada depende
de la calidad del enlace radio y de la distancia en niveles al nodo
de acceso radio (101).
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"IEEE Standard for Information technology- Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications," IEEE Std 802.11-2007 (Revisión de IEEE Std 802.11-1999), 12.6.2007 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4248378&isnumber=4248377capítulo 11.3; Anexo N. Apartado N.4. * |
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