ES2898530T3

ES2898530T3 - Método y dispositivo de comunicación inalámbrica entre objetos conectados y pasarelas

Info

Publication number: ES2898530T3
Application number: ES16775250T
Authority: ES
Inventors: Henri Crohas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2022-03-07
Anticipated expiration: 2036-10-04
Also published as: EP3360384A1; BE1023514B1; HK1249695A1; US20190059116A1; EP3360384B1; CN108141886B; WO2017060207A1; US11291056B2; BE1023514A1; CN108141886A

Abstract

Método de comunicación en una red de comunicación inalámbrica (100) que utiliza una pluralidad de canales, que presentan cada uno una frecuencia central y un ancho de banda, comprendiendo dicha red (100) una pluralidad de objetos conectados (110) y al menos una pasarela (120), pudiendo dichos objetos conectados (110) y al menos una pasarela (120) emitir y recibir mensajes en cada uno de los canales, siendo al menos uno de estos canales, denominado canal baliza, estando un canal de comunicación unidireccional reservado para la emisión periódica o cuasi-periódica de mensajes baliza por las pasarelas (120), comprendiendo dichos mensajes baliza: - un preámbulo; - una indicación de que la pasarela (120) desea entregar un mensaje o de que puede recibir al menos un mensaje; - una indicación de al menos un canal para intercambiar al menos un mensaje; método por el cual, (A). un objeto conectado (110) de dicha pluralidad de objetos conectados (110) transfiere uno de dichos mensajes hacía una pasarela (120) ejecutando dicha al menos una pasarela (120) las etapas: 1. escucha de o de los canales baliza (310) para detectar al menos una parte de al menos uno de dichos mensajes baliza; 2. selección de una de dichas pasarelas (120) que transmite un mensaje baliza perceptible por el objeto conectado; 3. recepción del mensaje baliza enviado por dicha pasarela (120) seleccionada y verificación por dicho objeto conectado (110), consultando la indicación contenida en el mensaje baliza, de que esta pasarela (120) es capaz de recibir un mensaje (322); 4. emisión de dicho mensaje por dicho objeto conectado (110) hacía dicha pasarela (120) seleccionada en uno de los al menos un canal indicado en el mensaje baliza (324); y/o (B). dicho objeto conectado (110) de dicha pluralidad de objetos conectados recibe uno de dichos mensajes desde una de las al menos una pasarela (120) realizando las etapas: 1. escucha de o de los canales baliza (310) para recibir al menos uno de dichos mensajes baliza (330); 2. verificación por dicho objeto conectado (110), consultando la indicación contenida en el mensaje baliza, que dicha pasarela (120) desea entregar un mensaje a dicho objeto conectado (331); 3. recepción de uno de dichos mensajes por dicho objeto conectado (110) en uno de los al menos un canal indicado en el mensaje baliza (332).

Description

DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo de comunicación inalámbrica entre objetos conectados y pasarelas

CAMPO TÉCNICO

La invención se refiere a los protocolos de comunicaciones en una red de radiofrecuencia y más en particular a métodos que permiten este tipo de comunicaciones dentro de una red inalámbrica de largo alcance y de baja potencia. En su aplicación en un modelo de capas, la invención se refiere al protocolo de la capa de enlace (capa que comprende el Control de Acceso a Medios, MAC). La invención también se refiere a dispositivos que ponen en práctica estos métodos.

ANTECEDENTES

Se conocen métodos de intercambio de datos en una red inalámbrica que comprende objetos conectados, pasarelas y un servidor central. Por ejemplo, la solicitud de patente US 2014/0111313 describe un método de comunicación en donde un objeto conectado debe realizar numerosas etapas antes de conectarse a una pasarela. Estas etapas consisten en:

• la escucha de una señal periódica que contiene una señal baliza emitida por al menos una pasarela;

• la sincronización del reloj interno del objeto conectado con la señal baliza;

• la identificación de la pasarela por el objeto conectado utilizando la señal baliza contenida en la señal periódica;

• la selección de la pasarela que tiene la señal baliza más potente;

• el envío de un mensaje en un intervalo temporal de la solicitud de incorporación (join request en inglés) por parte del objeto conectado;

• la identificación del objeto conectado por la pasarela y la asignación de un intervalo temporal en la señal periódica para las comunicaciones;

• la recepción del intervalo temporal por el objeto conectado durante un intervalo de acuse de recibo de incorporación (join acknowledgement en inglés);

• la comunicación entre el objeto conectado y la pasarela en el intervalo temporal asignado.

Este tipo de protocolo tiene varias limitaciones. En primer lugar, la gestión del tiempo de utilización está lejos de ser óptima porque la división de la señal periódica en ventanas temporales y en subventanas temporales alarga los retardos entre las comunicaciones. En segundo lugar, si se aumenta el número de pasarelas, aumenta la duración de la señal periódica (o disminuye el número de subventanas), lo que alarga aún más los retardos entre las comunicaciones (o reduce el número de subventanas atribuibles por una pasarela). En tercer lugar, el número de intervalos temporales atribuibles por una pasarela a los objetos conectados está limitado de modo que la señal periódica no se haga demasiado larga. Por lo tanto, los riesgos de saturación de la red se hacen importantes. En cuarto lugar, la utilización frecuencial de la red está limitada y poco optimizada. En quinto lugar, los objetos conectados deben resincronizarse de manera periódica para poder comunicarse en su intervalo temporal, lo que consume energía. En conclusión, este protocolo carece de flexibilidad, está poco adaptado a los objetos que se comunican de manera puntual y no optimiza el uso del tiempo útil para las comunicaciones.

Se conoce por la solicitud de patente US 20130121263 un método de comunicación entre los nodos de una red de comunicación multicanal, en donde se utiliza un canal de control para enviar un mensaje de control, y se utilizan varios canales para enviar datos. La identidad del canal que se utilizará para intercambiar datos se indica en el mensaje de control. En la red descrita en este documento, todos los nodos juegan un papel idéntico. Dicho de otro modo, se trata de una red de tipo par a par. Este método no se aplica a una red en donde las pasarelas se comunican con los objetos conectados y en donde las pasarelas y los objetos conectados desempeñan funciones diferentes.

Otro método de intercambio de datos en una red inalámbrica se describe en los protocolos de comunicación de LoRa (https://www.lora-alliance.org/) que describe una red que comprende un conjunto de macrocélulas que incluyen cada una los objetos conectados y una macro-pasarela (del tipo ubicada en un techo-roofpop en inglés). Cada macropasarela es capaz de recibir varios mensajes de forma simultánea en canales de diferentes frecuencias y a tasas de transferencia (o flujo, es decir la cantidad de datos digitales transmitidos por unidad de tiempo expresada en bits o bytes) diferentes (aproximadamente 8 canales y 8 tasas de transferencia). Un objeto conectado conectable, que tiene un mensaje a enviar, selecciona de forma semi-aleatoria un canal y un factor de compresión (dependiendo de su distancia con respecto a la macro-pasarela) y envía su mensaje. Este protocolo también presenta varios defectos. En primer lugar, el tiempo de utilización no está organizado: cada objeto conectado envía sus datos cuando lo desea, con la única condición de no exceder los límites legales de uso. Por lo tanto, dada la gran cantidad de objetos conectados potencialmente vinculados a una macro-pasarela, la probabilidad de colisión de mensajes puede llegar a ser significativa. En segundo lugar, la macro-pasalera solamente envía información de manera excepcional. Las razones son que cuando la macro-pasalera emite una señal, deslumbra a las señales ascendentes y a continuación no puede recibir un mensaje. Otra razón es que el tiempo de emisión en una banda de frecuencia pública y/o la tasa de uso de dicha banda por un emisor están en la mayoría de los casos severamente restringidos por el regulador inalámbrico y, al igual que estas macro-pasarelas, tienen como objetivo servir a una gran cantidad de objetos, por lo que el tiempo de emisión que pueden dedicar a objetos individuales resulta extremadamente limitado. En consecuencia, si la macropasarela emite, ocupará parte del tiempo lo que reducirá el tiempo disponible para escuchar los mensajes de flujo ascendente y contribuirá a agotar la magnitud de tiempo de ocupación del flujo descendente asignado por la autoridad de control. Por lo tanto, lo que antecede aumentará los tiempos de espera de los objetos conectados para su comunicación, así como los riesgos de colisiones de mensajes. Además, si la macro-pasalera envía mensajes con regularidad, corre el riesgo de alcanzar rápidamente los límites legales de uso del tiempo. Por las mismas razones, la macro-pasarela solamente envía, de forma excepcional, un acuse de recibo a los objetos conectados, lo que también puede plantear un problema.

Dicho de otro modo, el tiempo de utilización de la red no es óptimo y la red se satura. Esta situación es tanto más probable cuanto que las macro-pasarelas sirven a macrocélulas que comprenden potencialmente un gran número de objetos conectados.

SUMARIO

La invención está definida por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen formas de realización preferidas de la invención.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a métodos de comunicación en una red de comunicación inalámbrica que utiliza una pluralidad de canales, que presentan cada uno una frecuencia central y un ancho de banda, comprendiendo dicha red una pluralidad de objetos conectados y al menos una pasarela, siendo dichos objetos conectados y la al menos una pasarela adecuados para emitir y recibir mensajes en cada uno de los canales, siendo al menos uno de estos canales, denominado canal baliza, un canal de comunicación unidireccional reservado para la emisión periódica o cuasi-periódica de mensajes baliza por las pasarelas (120). El mensaje baliza comprende al menos los siguientes elementos: un preámbulo, ya sea una indicación de que la pasarela desea entregar un mensaje o bien sea que puede recibir al menos un mensaje y una indicación de al menos un canal para intercambiar al menos un mensaje.

Uno de los objetivos de la invención es resolver los problemas de saturación de las redes descritos con anterioridad, para optimizar el uso del tiempo y de las frecuencias. El método, según la invención, permite potencialmente que un número ilimitado de objetos conectados intercambien comunicaciones con una pasarela (en la práctica, el número de objetos está limitado por la capacidad de la red, es decir, el tiempo físico necesario para las comunicaciones). Además, la invención permite reducir el número de colisiones de mensajes y permite una adición sencilla y eficaz de pasarelas en la red. La solución propuesta consiste en el uso de mensajes baliza emitidos por pasarelas en un canal baliza unidireccional y reservados para la emisión periódica de dichos mensajes baliza. Estos mensajes baliza permiten advertir a los objetos conectados de la disponibilidad de una pasarela para emitir o recibir mensajes e informar a los objetos conectados del canal en donde se llevará a cabo el intercambio. También permiten que los objetos conectados seleccionen una pasarela con la que tendrán una buena comunicación. Además, el procedimiento de comunicación es sencillo porque los objetos conectados pueden enviar un mensaje en cualquier momento a partir del instante en que reciben un mensaje baliza. Por lo tanto, los objetos conectados ya no tienen que asociarse con una pasarela en particular y/o mantener un reloj interno perfectamente sincronizado. Los objetos conectados pueden sincronizarse de manera automática en la señal baliza cuando desean transmitir o recibir datos. Los objetos conectados son libres de elegir una pasarela y pueden cambiarlas fácilmente. Por lo tanto, los tiempos y frecuencias de comunicación utilizados están bien organizados y son rentables. Por último, gracias al mensaje baliza que indica la presencia de una pasarela, se pueden organizar otras pasarelas sin intervención externa y la adición de una pasarela permite (sin intervención externa) aumentar las capacidades de la red.

El primer método de comunicación en una red de comunicación inalámbrica se refiere a las comunicaciones entre una pluralidad de objetos conectados y al menos una pasarela. Este método es un método mediante el cual:

(A). un objeto conectado transfiere un mensaje hacia una pasarela. Para ello, el objeto conectado escucha el canal o canales baliza para detectar al menos parte de al menos un mensaje baliza. A continuación, el objeto conectado selecciona una pasarela que emite un mensaje baliza perceptible por el objeto conectado. El objeto conectado recibe el mensaje baliza emitido por la pasarela seleccionada. A continuación, verifica, consultando la indicación contenida en el mensaje baliza, que la pasarela desea entregar un mensaje o que puede recibir al menos un mensaje. Por último, el objeto conectado emite un mensaje hacia la pasarela seleccionada en al menos un canal indicado en el mensaje baliza.

(B). un objeto conectado recibe un mensaje de una pasarela. Para ello, el objeto conectado escucha el canal o canales baliza para recibir al menos un mensaje baliza. A continuación, el objeto conectado verifica que la pasarela desee entregarle un mensaje. Por último, el objeto conectado recibe un mensaje en al menos un canal indicado en el mensaje baliza.

De manera preferible, un objeto conectado escucha el canal o canales baliza para detectar al menos una parte de al menos un preámbulo, permitiendo dicha parte del preámbulo determinar una RSSI de la señal que lleva el mensaje baliza. El objeto conectado a continuación selecciona una pasarela basada en RSSI. La ventaja de este preámbulo es, por un lado, evitar perder una parte útil del mensaje y, por otro lado, permitir una fácil detección de la señal, estando el preámbulo, por ejemplo, compuesto por señales simbólicas potentes y fácilmente detectables. En el método alternativo, el mensaje baliza también comprende un preámbulo.

De manera preferible, el mensaje baliza comprende, además, al menos un identificador de al menos un objeto conectado y un objeto conectado verifica que la pasarela desea entregarle un mensaje y comprueba que el al menos un identificador contenido en el mensaje baliza es el suyo. Lo que antecede constituye un método simple y eficaz para que el objeto conectado se asegure de que el mensaje está destinado al mismo.

De manera preferible, el objeto conectado que desea enviar un mensaje elige su tasa de transferencia en función de la RSSI de modo que esta tasa sea mayor cuando la RSSI sea elevada y menor cuando la RSSI sea más pequeña. Esta etapa, que se puede repetir en cada envío, minimizando así los riesgos inherentes a las fluctuaciones en el canal de radio a lo largo del tiempo, permite aprovechar mejor el tiempo útil minimizando los tiempos de transferencia cuando los objetos conectados están cerca de la pasarela. Por otro lado, lo que antecede permite garantizar una buena transmisión de señales de largo alcance y de baja potencia cuando el objeto conectado está más lejos de la pasarela. La tasa de transferencia o rendimiento se define como la medida de la magnitud de datos digitales transmitidos por unidad de tiempo.

De manera preferible, el objeto conectado espera un período de tiempo que depende de la tasa de transferencia elegida antes de enviar su mensaje. De hecho, la pasarela que recibe los mensajes puede tener que escanear las diferentes tasas de transferencia para detectar el mensaje, por lo que debe enviarse en el momento adecuado.

De manera preferible, el objeto conectado o la pasarela emite o recibe un acuse de recibo de la transmisión de radiofrecuencia en el mismo canal que el utilizado para la emisión o para la recepción. Este acuse de recibo es enviado por el objeto conectado o la pasarela que recibió un mensaje después de la recepción. El objeto de esta etapa es advertir al emisor que su mensaje ha sido bien recibido. El objeto de este acuse de recibo es que, si un emisor no recibe un acuse de recibo, sabe que su mensaje no se ha entregado y puede intentar enviarlo de nuevo más tarde.

De manera preferible, el acuse de recibo es un acuse de recibo de la transmisión de RF y se envía directamente después de recibir un mensaje.

De manera preferible, el acuse de recibo se envía o recibe con una tasa de transferencia igual o menor que la del mensaje recibido o enviado. Lo que antecede elimina la necesidad de escanear todas las tasas de transferencia para encontrar el acuse de recibo.

De manera preferible, la pasarela elegida por un objeto conectado cuando desea enviar un mensaje es una de las pasarelas que presenta la RSSI más elevada. El objetivo es garantizar una transferencia rápida y optimizar el tiempo de actividad de la red.

De manera preferible, la pasarela elegida por un objeto conectado cuando desea enviar un mensaje es una pasarela que presenta una alta calidad de servicio (QoS). Preferiblemente, la pasarela elegida por un objeto conectado es la que permite transportar un determinado tipo de tráfico en buenas condiciones, la que está disponible, que presenta un buen rendimiento, buenos tiempos de emisión y una baja tasa de pérdida de paquetes. De manera alternativa, la pasarela seleccionada es la que presenta una alta relación señal/ruido de transmisión.

De manera preferible, la red comprende, además, un servidor central, pudiendo dicho servidor central asignar una pasarela a un objeto conectado. Por varias razones: calidad de servicio, económico, pudiendo ser ventajoso vincular un objeto conectado a una pasarela.

Según un segundo aspecto, la invención consiste en un objeto conectado que comprende un módem de radiofrecuencia caracterizado porque pone en práctica un procedimiento descrito con anterioridad.

El segundo método de comunicación, en una red de comunicación inalámbrica, se refiere a las comunicaciones entre una pasarela y un objeto conectado. En este método, el mensaje baliza se puede enviar en ventanas temporales específicas para cada pasarela. Este método es un método mediante el cual:

(A). una pasarela transmite, en su ventana temporal, una señal que lleva un mensaje baliza.

(B) . una pasarela recibe al menos un mensaje de un objeto conectado. En este caso, la pasarela comienza escuchando el canal o canales asignados en el mensaje baliza con el objeto de detectar un mensaje. A continuación, la pasarela recibe el mensaje que ha detectado.

(C) . una pasarela envía al menos un mensaje a al menos un objeto conectado en el al menos un canal indicado en el mensaje baliza.

De manera preferible, el mensaje baliza comprende, además, al menos un identificador de al menos un objeto conectado. Una pasarela que desea enviar un mensaje a al menos un objeto conectado envía el identificador del objeto u objetos conectados en su mensaje baliza para informarle de que dicha pasarela tiene un mensaje para a entregarle.

De manera preferible, la pasarela que desea recibir un mensaje escanea diferentes tasas de transferencia de manera simultánea o secuencial y escucha, en el canal o canales asignados en el mensaje baliza, para detectar un mensaje. Esta etapa permite aprovechar mejor el tiempo útil minimizando los tiempos de transferencia cuando los objetos conectados están cerca de la pasarela y utilizan una alta tasa de transferencia. Por otro lado, ello permite garantizar una buena transmisión de las señales de largo alcance y baja potencia cuando el objeto conectado está más alejado de la pasarela y cuando utiliza una tasa de transferencia baja.

De manera preferible, el mensaje enviado por el objeto conectado comprende un preámbulo y la pasarela escanea diferentes tasas de transferencia y escucha en el canal o canales asignados en el mensaje baliza para detectar al menos parte de un preámbulo. La ventaja de este preámbulo es, por un lado, evitar perder una parte útil del mensaje y, por otro lado, permitir una fácil detección de la señal, estando el preámbulo constituido por señales simbólicas potentes y fácilmente detectables.

De manera preferible, las pasarelas pueden enviar su mensaje baliza en dos canales baliza paralelos. Las señales transmitidas que llevan los mensajes baliza en los dos canales son, de manera preferible, ortogonales.

Preferiblemente, el objeto conectado, o la pasarela, emite o recibe un acuse de recibo de la transmisión de radiofrecuencia en el mismo canal que el utilizado para la emisión o para la recepción. Este acuse de recibo es enviado por el objeto conectado o la pasarela que recibió un mensaje después de la recepción. El objeto de esta etapa es advertir al emisor que su mensaje ha sido bien recibido. El objeto de este acuse de recibo es que, si un emisor no recibe un acuse de recibo, sepa que su mensaje no se ha entregado y pueda intentar enviarlo de nuevo más tarde. De manera preferible, el acuse de recibo es un acuse de recibo de la transmisión de RF y se envía directamente después de recibir un mensaje.

Preferiblemente, el acuse de recibo se envía o recibe con una tasa de transferencia igual o menor que la del mensaje recibido o enviado. Lo que antecede elimina la necesidad de escanear todas las tasas de transferencia para encontrar el acuse de recibo.

Según un tercer aspecto, la invención consiste en una pasarela que comprende un módem de radiofrecuencia que se caracteriza porque pone en práctica un procedimiento descrito en los párrafos referentes al segundo método (es decir, los comprendidos entre el párrafo que comienza con "El segundo método" y el párrafo precedente a este último). BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Estos aspectos, así como otros aspectos de la invención se aclararán en la descripción detallada de las formas de realización particulares de la invención, haciendo referencia a los dibujos de las figuras, en los que:

- La Figura 1 muestra un ejemplo de una red de comunicación inalámbrica.

- La Figura 2a muestra un ejemplo de una banda de frecuencia ISM 868MHz simplificada.

- La Figura 2b muestra un ejemplo de división del tiempo.

- La Figura 2c muestra un ejemplo de un escaneo de dos frecuencias con un preámbulo de 10 símbolos.

- La Figura 3 muestra un diagrama del método de comunicación entre un objeto conectado y una pasarela según la invención.

- La Figura 4 muestra un diagrama del método de comunicación entre una pasarela y al menos un objeto conectado según la invención.

- La Figura 5 muestra un diagrama del método de comunicación entre varias pasarelas de conformidad con un ejemplo no cubierto por las reivindicaciones.

- La Figura 6 muestra un diagrama del método de sincronización entre varias pasarelas de conformidad con un ejemplo no cubierto por las reivindicaciones.

- La Figura 7 muestra un dispositivo que pone en práctica los métodos según la invención relacionados con pasarelas.

Los dibujos de las figuras no están a escala. Por lo general, los elementos similares se indican mediante referencias numéricas similares en las figuras. La presencia de referencias numéricas en los dibujos no puede considerarse limitante, incluso cuando estos números se indican en las reivindicaciones.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE ALGUNAS FORMAS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

La Figura 1 muestra un ejemplo de una red de comunicación inalámbrica 100 que comprende una pluralidad de objetos conectados de forma inalámbrica 110, y al menos una pasarela 120. De manera preferible, la red comprende una pluralidad de pasarelas. Preferiblemente, las pasarelas están conectadas a un servidor central 130. Esta conexión puede ser una conexión de red local, una conexión a Internet por cable (Ethernet) o inalámbrica (Wi-Fi). De manera preferible, el servidor es un servidor de tipo nube informática. De manera más preferible, la red de objetos conectadospasarelas es una red inalámbrica de largo alcance y de baja potencia (Low-Power Wide Area Network, LP-WAN en inglés).

El término habitual "objeto conectado" debe entenderse como un objeto que está realmente conectado a una red o que se puede conectar a una red.

En la presente invención, los objetos conectados no están vinculados a una pasarela en particular, es decir, no están registrados de forma permanente en una pasarela. Pueden cambiar de pasarela en función, por ejemplo, de la calidad de la señal baliza recibida, de la presencia de una nueva baliza más próxima, o de un interés económico. Los objetos son, de manera preferible, objetos compatibles con una red LP-WAN. Se conoce que este tipo de objeto conectado no comunica una gran cantidad de datos y no con frecuencia (por lo general, unas pocas decenas de bytes por día). Por lo tanto, no consume mucha energía eléctrica y solamente ocasionalmente ocupa el ancho de banda de comunicación. Por otro lado, la cantidad de objetos conectados del tipo LP-WAN es potencialmente alta dentro del alcance de una pasarela (concretamente varias docenas o incluso varios cientos).

De manera preferible, la red utiliza una pluralidad de canales de frecuencia caracterizados por una frecuencia central y un ancho de banda. Los objetos conectados 110 y las pasarelas 120 pueden emitir y recibir mensajes en cada uno de los canales. La Figura 2a muestra un ejemplo de una banda de frecuencia ISM 868MHz simplificada, los porcentajes indican la tasa de ocupación temporal de la banda legalmente autorizada (ciclo de servicio) por un objeto conectado. De manera preferible, las comunicaciones entre los objetos conectados y las pasarelas tienen lugar en esta banda de frecuencia. De manera alternativa, se puede utilizar cualquier otra banda de frecuencia.

Preferiblemente, al menos uno de los canales, denominado canal baliza, es un canal unidireccional reservado para la emisión periódica o cuasi-periódica de mensajes baliza por las pasarelas 120. Por ejemplo, en la banda ISM de 868 MHz (las bandas ISM, industrial, científicas y médicas, son bandas de frecuencia que pueden ser utilizadas para aplicaciones industriales, científicas, médicas, domésticas o similares, sin solicitud de autorización), el canal o canales baliza pueden ubicarse en la sub-banda de 869.40 a 869.65 MHz para lo cual la tasa de ocupación admisible es del 10%. De manera preferible, es posible tener 2 canales baliza de ancho de banda de 62.5 kHz y centrados, respectivamente, en las frecuencias 869.46825 MHz y 869.58175 MHz. De manera alternativa, se puede tener 1 canal baliza con un ancho de banda de 125 kHz o 4 canales baliza con un ancho de banda de 41.7 kHz. Estos canales pueden tener diferentes factores de propagación (spreading factor, SF, en inglés). De manera preferible, el número de canales baliza se ajustará a la sub-banda de frecuencia utilizada en función del ancho de frecuencia de esta última y cualquier restricción sobre la tasa de ocupación autorizada de la banda o sub-banda de frecuencia.

En telecomunicaciones, una baliza (de radio) es un transmisor que transmite una señal (baliza) en una banda de frecuencia. Esta señal baliza permite señalizar la presencia del transmisor y guiar a los receptores de esta señal con respecto al transmisor. Este transmisor se puede asociar con un obstáculo (un faro marítimo) o un peligro. Por lo tanto, un mensaje baliza es un mensaje unidireccional enviado por una pasarela (transmisor) a objetos conectados y/u otras pasarelas (receptores).

Los expertos en esta técnica también conocen que un canal (de frecuencia) reservado significa que la banda de frecuencia está dedicada a un uso específico. Por ejemplo, la banda de frecuencia centrada en 3023 kHz es la banda de frecuencia internacional reservada para emergencias aeronáuticas, operaciones coordinadas de búsqueda y de salvamento e interconexiones (aire/mar/tierra). El canal baliza de la invención es, por tanto, un canal de frecuencia dedicado a la emisión periódica o cuasi-periódica de mensajes baliza por las pasarelas 120, es decir, que este canal de frecuencia se utiliza exclusiva y solamente para el envío de mensajes baliza por las pasarelas.

La Figura 2b muestra un ejemplo de división de tiempo según la emisión periódica de período T, del mensaje baliza. En esta figura, las flechas hacia la derecha indican la emisión de un mensaje baliza que por lo tanto es unidireccional, las flechas dobles indican un mensaje descendente (hacia la derecha) o un mensaje ascendente (hacia la izquierda) pudiendo solamente una de estas dos operaciones realizarse durante un periodo T, estando el inicio de la comunicación siempre en el origen izquierdo de la flecha, pudiendo ser variable la duración de la comunicación. Por ejemplo, las n pasarelas 120 (P0, P1, ...) envían su mensaje baliza una tras otra. De manera preferible, cada pasarela envía su mensaje baliza en una ventana temporal que le es específica. Una vez que ha enviado su mensaje baliza, una pasarela escucha para recibir un mensaje ascendente o envía un mensaje de enlace descendente para un objeto conectado 110 (Oi, j, k, m). De manera preferible, la duración de la transmisión depende del tamaño del mensaje a transmitir y puede ser variable. Preferiblemente, el número máximo de pasarelas depende de las limitaciones de la tasa de ocupación autorizada y del número de canales baliza. Por ejemplo, en el caso de un límite del 10% y un único canal baliza, el número máximo de pasarelas que permiten optimizar el tiempo es de 10 pasarelas si se considera un tiempo medio de mensaje baliza de Tb = 50 ms para un período de ciclo T de 500 ms y un tiempo de procesamiento por los circuitos integrados de Tp = 4 ms. De hecho, entonces tenemos la relación siguiente: Tb/(Tb+Tp)/10 = 50/(50+4)/10 = 9.25%. De manera alternativa, dos pasarelas pueden transmitir de forma simultánea su mensaje baliza en dos canales distintos, lo que hace posible duplicar el número máximo de pasarelas. Además, estas pasarelas de emisión simultánea pueden transmitir en canales ortogonales superpuestos entre sí, pero sin interferir debido a la ortogonalidad de sus señales a nivel de la capa física (por ejemplo, utilizando señales simbólicas ortogonales).

La posibilidad de que dos pasarelas 120 transmitan de forma simultánea su mensaje baliza es tanto más interesante como ciertos circuitos integrados emisores-receptores de radiofrecuencia (RF), tales como los circuitos integrados SX127x de Semtech en la base del protocolo de transmisión LoRa a nivel de la capa física, por ejemplo, puede detectar actividad en un canal de frecuencia (Channel Activity Detection CAD en inglés) en muy poco tiempo analizando muy pocos símbolos de la señal. Este CAD permite a un objeto conectado 110 detectar una señal con solamente 1.8 símbolos. De manera preferible, los mensajes intercambiados en la red 100 incluyen un preámbulo de alrededor de diez símbolos. La Figura 2c muestra un ejemplo de una exploración de dos canales de frecuencia con un preámbulo de 10 símbolos, procediendo estos símbolos a los datos útiles del mensaje. Por ejemplo, en el caso de una red que comprende dos canales baliza, un objeto conectado puede detectar una actividad en un primer canal analizando 1.8 símbolos de un preámbulo emitido en este primer canal, a continuación, puede cambiar de canal y detectar una actividad en un segundo canal analizando 1.8 símbolos (si las señales se emiten al mismo tiempo, serán los símbolos 2 a 3.8) de un preámbulo emitido en este segundo canal. Esta característica CAD de los circuitos integrados tales como los circuitos integrados SX127x, también permite evaluar la potencia en recepción de una señal recibida (Received Signal Strength Indication o RSSI en inglés) en muy poco tiempo de la misma forma.

De manera preferible, el mensaje baliza comprende al menos una parte de los siguientes elementos:

a) un preámbulo: por ejemplo, una serie de señales simbólicas, cada una de las cuales representa un símbolo de la señal. De manera preferible, esta serie comprende de 5 a 20 señales. Incluso de manera más preferible, de 8 a 12.

b) una indicación de que la pasarela desea entregar un mensaje o de que puede recibir al menos un mensaje: por ejemplo, ello puede resultar en la presencia de un enlace ascendente de un bit: si se tiene Uplink = 1 (enlace ascendente: la pasarela puede recibir al menos un mensaje), si Uplink = 0 (enlace descendente: la pasarela desea entregar un mensaje).

c) una indicación de al menos un canal para intercambiar al menos un mensaje: por ejemplo, esta indicación puede resultar en una serie de bits (de manera preferible 4 bits para 16 canales), esta serie de bits codifica un número asociado con un canal en particular. Por ejemplo, si el código de bit es el número 1, ello significa que el intercambio de mensajes tendrá lugar en el canal 1 correspondiente a un ancho de banda y a una frecuencia central acordados de antemano y predefinidos, por ejemplo, en la fabricación de los objetos conectados y de las pasarelas.

d) un identificador de un objeto conectado: por ejemplo, este identificador puede ser traducido por una serie de bits (de manera preferible 1 a 40, o más preferiblemente de 10 a 30, o de manera más preferible de 16 bits), si el bit de enlace ascendente = 0, esta serie incluye un identificador de un objeto conectado o de un grupo de objetos conectados para los que está destinado el mensaje. Si el bit de enlace ascendente = 1, esta parte del mensaje baliza puede, por ejemplo, permitir la emisión de banderas (flags en inglés) de informaciones a los objetos conectados.

e) una indicación de canal complementario: por ejemplo, esta indicación puede resultar en una serie de bits de la misma longitud que la serie para indicar un canal para intercambiar al menos un mensaje. Esta indicación se puede utilizar si se alcanza el número máximo de pasarelas en la red. Esta indicación se puede utilizar de manera alternativa en el caso de que dos pasarelas estén muy próximas entre sí. En estos casos a modo de ejemplo, una nueva pasarela puede convertirse en un compañero silencioso de una pasarela que transmite una señal baliza. La indicación de canal complementario permite que un objeto conectado envíe un mensaje no solamente a la pasarela de emisión sino a la silenciosa, lo que duplica la capacidad de recepción.

f) una indicación del canal baliza utilizado: por ejemplo, esta indicación se puede traducir a un bit en el caso de que solamente haya dos canales baliza.

g) una indicación de la ventana temporal utilizada: por ejemplo, esta indicación puede expresarse mediante una serie de bits (de manera preferible 1 a 20, o más preferiblemente de 2 a 10, o de manera más preferible de 4 bits), que, asociados con la indicación del canal baliza utilizado, permiten que las pasarelas se identifiquen o sean identificadas.

h) información de control: por ejemplo, un control de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check, en inglés).

i) una identificación de grupo (cluster en inglés): cuando varias redes se unen para formar una red más grande, el servidor central puede agruparlas en subredes o agrupamientos que se identifican por un número codificado por una serie de bits.

La Figura 3 muestra un diagrama del método de comunicación entre un objeto conectado 110 y una pasarela 120 según la invención. La primera etapa consiste en la escucha de al menos un canal baliza 310. La segunda etapa depende del tipo de comunicación: o el objeto conectado desea transmitir un mensaje a la pasarela, o el objeto conectado desea verificar que la pasarela desea posiblemente entregarle un mensaje y, si fuere necesario, recibir este mensaje desde la pasarela. En el primer caso, el objeto conectado que desea transmitir un mensaje a una pasarela realiza las etapas de detectar al menos parte de al menos un mensaje baliza. De manera preferible, el mensaje baliza comprende un preámbulo y la parte detectada es una parte del preámbulo.

De manera preferible, esta parte del mensaje baliza permite evaluar la potencia en recepción de una señal recibida (RSSI) 320. La RSSI permite proporcionar una indicación sobre la intensidad de la señal recibida. De manera alternativa, se pueden utilizar otros métodos para evaluar la intensidad de la señal.

La etapa siguiente consiste en seleccionar una pasarela 120, de manera preferible en función de la RSSI 321. La pasarela seleccionada puede ser la que tenga la RSSI más elevada. De manera alternativa, la pasarela seleccionada es la que presenta suficiente calidad de servicio (QoS) y por lo tanto la que permite transportar, en buenas condiciones, un determinado tipo de tráfico, la que está disponible, la que presenta buen flujo, buenos retardos de transmisión o una tasa baja de pérdida de paquetes. De manera alternativa, la pasarela seleccionada es la que presenta una alta relación señal/ruido de transmisión.

Como alternativa, el servidor central 130 puede vincular un objeto conectado 110 a una pasarela 120 preferida. El objeto conectado siempre intentará conectarse en prioridad a esta pasarela preferida. Si no tiene éxito, puede conectarse a una pasarela que presente una buena RSSI.

Los objetivos de este vínculo privilegiado pueden ser variados, pero se puede proponer un objetivo económico. De hecho, el pago por el uso de la red se suele realizar desde el punto de vista de los objetos conectados. Cada objeto conectado que se conecta a una pasarela paga un "canon de acceso" a la red 100. Por ejemplo, los costes de conexión pueden ser de 0.5 €/objeto conectado/año. Las pasarelas, por otro lado, son económicas de producir y se pueden vender, por ejemplo, a 50 € y se instalan fácilmente (alimentación a través de una toma de corriente o de una toma de Ethernet, por ejemplo). Un instalador de pasarela puede convertirse entonces en un proveedor de acceso a una red de radiofrecuencia (RF) con bastante facilidad. Por lo tanto, es muy ventajoso poder vincular un objeto conectado a una pasarela particular para que el proveedor de servicios pueda ser mejor remunerado de conformidad con el tráfico que pasa a través de sus propias pasarelas.

Una vez que una pasarela 120 ha sido seleccionada por un objeto conectado 110, este último recibe el mensaje baliza completo y comprueba que la pasarela puede recibir un mensaje 322. Para ello, el objeto conectado puede, por ejemplo, comprobar el valor del bit Uplink contenido en el mensaje baliza. El mensaje baliza también incluye una indicación de al menos un canal para intercambiar mensajes y en donde la pasarela está a la escucha.

Si la pasarela puede recibir un mensaje, el objeto conectado envía un mensaje 324 hacia esta pasarela en el canal indicado por la pasarela en su mensaje baliza.

De manera preferible, el objeto conectado 110 elige una tasa de transferencia 323 de su mensaje en función de la RSSI de modo que la tasa de transferencia sea mayor si la RSSI es alta y la tasa de transferencia sea menor si la RSSI es baja. Por ejemplo, los circuitos integrados SX127x utilizan la técnica de expansión de espectro al nivel de la capa física de radiofrecuencia (RF), que es un método de transmisión en donde la energía emitida se propaga o se extiende de manera deliberada en el dominio de la frecuencia. El objeto de esta técnica es asegurar una buena comunicación. De hecho, los objetos conectados más distantes utilizarán una extensión mayor y los objetos conectados más próximos utilizarán una extensión menor. Por lo tanto, durante un tiempo determinado, la tasa de transferencia de datos será menor para los objetos conectados más distantes y mayor para los objetos conectados próximos. El factor de expansión del espectro (spreading factor, SF, en inglés), que se define como la relación entre el ancho de banda extendido y el ancho de banda no extendido, es, por lo tanto, una medida indirecta de la tasa de transferencia. Por lo tanto, cuanto mayor sea la RSSI, menor será la dispersión del espectro, menor será el SF y mayor será la tasa de transferencia. Un factor SF bajo también significa una emisión más rápida ya que la tasa de transferencia es mayor. Por ejemplo, el número de tasas de transferencia puede estar comprendido entre 1 y 20. De manera preferible, está entre 1 y 10. Incluso de manera todavía más preferible entre 4 y 8. Preferiblemente, los factores SF oscilan entre 7 y 12.

De manera preferible, al final del envío de su mensaje, un objeto conectado 110 entra en modo de escucha y espera recibir un acuse de recibo de la transmisión de radiofrecuencia RF 325 emitida por la pasarela 120. El propósito de este acuse de recibo es, por ejemplo, para indicar al objeto conectado que la transmisión de RF se realizó de manera correcta. En otro ejemplo, este acuse de recibo puede contener información sobre la correcta transmisión del mensaje por parte del servidor central 130.

De manera preferible, este acuse de recibo se recibe en el mismo canal que el utilizado para la transmisión del mensaje. De manera preferible, el acuse de recibo se recibe con una tasa de transferencia igual o menor que la de la transmisión del mensaje. De manera preferible, este acuse de recibo es un mensaje corto cuya parte útil comprende entre 8 y 32 bits, de manera preferible, la parte útil comprende 16 bits.

Si el objeto conectado 110 no recibe un acuse de recibo, puede intentar de nuevo enviar su mensaje durante el siguiente período T. Las razones por las cuales un objeto conectado puede no recibir un acuse de recibo pueden ser variadas: interferencia, inestabilidad del canal de comunicación, desvanecimiento, reflejos múltiples de la señal, mala comunicación, interrupción de la comunicación, corte de corriente que priva a la pasarela 120 de su alimentación. Sin embargo, una de las razones más comunes es la colisión de mensajes. Si dos objetos conectados envían su mensaje al mismo tiempo, estos mensajes pueden entrar en colisión. Existen dos escenarios operativos posibles: uno de los mensajes se recibe correctamente y el otro no, o ninguno de los mensajes se recibe de manera correcta. En ambos casos, al menos uno de los dos objetos conectados no recibirá su acuse de recibo. En este caso, los objetos conectados intentarán enviar su mensaje de nuevo después de un número aleatorio de período T (este número está entre 1 y 3, por ejemplo). Si se produce una nueva colisión, los objetos conectados volverán a intentarlo después de un número aleatorio de período T mayor que el anterior (por ejemplo, entre 4 y 8). Esta capacidad de emitir acuses de recibo es posible gracias al uso de varios canales de comunicación que evitan alcanzar los límites legales para el uso de bandas de frecuencia públicas. Esta característica proporciona una ventaja significativa sobre el protocolo LoRa y sobre el protocolo descrito en la solicitud de patente US 2014/0111313. En el primer caso, la pasarela, aunque utiliza diversos canales, es incapaz de responder a cada objeto conectado bajo pena de alcanzar rápidamente los límites legales y/o ocultar los mensajes que le llegan. En el segundo caso, el uso incorrecto de los canales de frecuencia y la división de tiempo significa que un objeto conectado debe, en el mejor de los casos, esperar su intervalo temporal descendente del siguiente período para recibir este acuse de recibo, que puede ser largo en el caso de una red que comprende una gran cantidad de objetos conectados.

En el caso en donde el objeto conectado 110 quiera verificar que la pasarela 120 posiblemente quiera entregarle un mensaje y, si fuere el caso, recibir este mensaje de la pasarela, esta última comienza recibiendo los mensajes baliza 330 desde las diversas pasarelas. El objeto conectado verifica que el mensaje baliza indica que la pasarela que lo ha emitido tiene un mensaje para entregarle 331.

De manera preferible, el mensaje baliza comprende un identificador específico del objeto conectado 110. De manera preferible, este identificador puede ser común a un grupo de objetos conectados. De forma alternativa, el identificador puede comprender una parte común a un grupo de objetos conectados y una parte específica a cada objeto conectado. Lo que antecede hace posible enviar mensajes a grupos de objetos conectados o enviar mensajes individuales a cada objeto conectado. De manera alternativa, se puede utilizar cualquier medio que permita identificar directa o indirectamente un objeto conectado o un grupo de objetos conectados (envío de un mensaje a una hora determinada, cifrado específico, canal específico, etc.).

De manera preferible, el mensaje baliza de la pasarela 120 indica en qué canal se envía el mensaje. Más preferiblemente, el mensaje baliza de la pasarela indica la tasa de transferencia utilizada para enviar el mensaje a entregar. Si el mensaje está destinado al objeto conectado 110, este último recibe el mensaje 332 en el canal indicado por la pasarela.

De manera preferible, el objeto conectado 110, que ha recibido correctamente un mensaje, envía un acuse de recibo a la pasarela 120. De manera más preferible, este acuse de recibo se recibe en el mismo canal que el utilizado para la transmisión del mensaje. Preferiblemente, el acuse de recibo se recibe con una tasa de transferencia igual o menor que la de la transmisión del mensaje. De manera preferible, este acuse de recibo es un mensaje corto cuya parte útil comprende entre 8 y 32 bits, de manera preferible, la parte útil comprende 16 bits. Preferiblemente, el objeto conectado envía su acuse de recibo de manera inmediata después de recibir el mensaje.

De manera preferible, cuando el objeto conectado 110 no tiene ningún mensaje para enviar, escucha en continuo el canal o canales baliza para verificar que una pasarela 120 no tiene ningún mensaje para entregarle o para seleccionar la pasarela con la mejor RSSI. De manera alternativa, cuando el objeto conectado no tiene ningún mensaje para enviar, puede ponerse en estado de espera y volverse a activar periódicamente para verificar que una pasarela no tenga ningún mensaje que enviarle. De manera preferible, se reactiva después de un número predefinido de períodos T. De manera alternativa, un objeto conectado recibe mensajes solamente después de haberlos enviado. De manera preferible, recibe este mensaje después de un número predefinido de períodos T, por ejemplo, después de 2 períodos.

La Figura 4 muestra un diagrama del método de comunicación entre una pasarela 120 y al menos un objeto conectado 110, según la invención. La primera etapa consiste en la transmisión de un mensaje baliza 410 por una pasarela en su ventana temporal de emisión en el período T. A continuación, la pasarela puede recibir uno o más mensajes, o tiene un mensaje para entregar a uno o varios objetos conectados.

En el primer caso, la pasarela 120 escucha el canal o canales que indicó en su mensaje baliza 420. A continuación, la pasarela detecta de manera opcional un mensaje 422 y a continuación lo recibe 423. De manera preferible, la pasarela 120 escanea de forma simultánea o de manera secuencial diferentes tasas de transferencia para detectar un mensaje 421. Estas tasas de transferencia dependen del factor SF del mensaje. El mensaje enviado por el objeto conectado 110 puede incluir un preámbulo y la pasarela detecta al menos parte de un preámbulo.

Cuando el mensaje recibido se envió con una tasa de transferencia alta (de lo contrario, un factor SF bajo), el tiempo de transmisión es inferior a la mitad de un período T (tiempo de transferencia < / T), entonces es posible recibir un segundo mensaje durante el mismo período T. Para ello, la pasarela 120 busca un segundo preámbulo a partir del tiempo t = / T. Si detecta uno, recibe el segundo mensaje.

De manera preferible, la pasarela envía un acuse de recibo de la transmisión de radiofrecuencia (RF) 424. Por ejemplo, este acuse de recibo se envía directamente después de recibir un mensaje. También puede enviarse por el mismo canal y, preferentemente, con una tasa de transferencia igual o inferior a la del mensaje enviado.

En el segundo caso, la pasarela 120 tiene un mensaje para ser entregado a uno o más objetos conectados 110. En este caso, la pasarela envía un mensaje 431 hacia uno o más objetos conectados identificados en el mensaje baliza en el canal indicado en el mismo mensaje baliza. De manera alternativa, la pasarela envía un mensaje a un objeto conectado o a un grupo de objetos conectados solamente cuando ellos mismos han enviado un mensaje en un número predefinido de períodos T (por ejemplo, 2 períodos) con anterioridad. De manera preferible, el mensaje baliza comprende el identificador 430 del objeto conectado o del grupo de objetos conectados. De manera preferible, la pasarela comienza a escuchar directamente después de haber enviado su mensaje y espera recibir uno o más acuses de recibo de la transmisión de radiofrecuencia (RF) 432. De manera preferible, este acuse de recibo se recibe en el mismo canal y, de manera preferible con una tasa de transferencia igual o menor que la del mensaje enviado.

La Figura 5 muestra un diagrama del método de comunicación entre varias pasarelas 120 según un ejemplo no cubierto por las reivindicaciones. Cuando una pasarela se conecta a la red 100, se le debe asignar una ventana temporal. Para ello, la pasarela escucha el canal o canales baliza durante al menos un período T 510. La pasarela escucha de manera preferible el canal o canales baliza durante un número de periodos T suficiente para poder escuchar todos los canales baliza al menos en un período. Una vez que se han escuchado los canales baliza, la pasarela ha detectado y recibido al menos parte de al menos un preámbulo de un mensaje baliza 520 de otra pasarela ya conectada a la red, o bien, la pasarela ha detectado ningún preámbulo 530.

En el caso de que la pasarela 120 haya detectado y recibido al menos parte de al menos un preámbulo de un mensaje baliza 520 de otra pasarela ya conectada a la red 100, la pasarela verifica que existe al menos una ventana temporal disponible 521. Si en al menos una ventana temporal está disponible, la pasarela se asigna a sí misma esta ventana 540. A continuación, la pasarela envía su mensaje baliza en su ventana 541. Si no existe una ventana temporal disponible, la pasarela se pone en estado de espera 522. De manera preferible, la pasarela en espera de nuevo busca una ventana temporal libre después de un número predefinido de períodos T. Preferiblemente, la pasarela busca de nuevo una ventana temporal libre después de al menos un período T.

En el caso de que la pasarela 120 no haya detectado ningún preámbulo 530, se asigna a sí misma una ventana temporal 540. A continuación, la pasarela envía su mensaje baliza en su ventana 541.

De manera preferible, una pasarela 120 que se conecta a la red 100 por primera vez se identifica en el servidor central 130 y, de manera preferible, le envía información sobre las pasarelas circundantes que ha detectado.

De manera preferible, un nuevo objeto conectado 110 que se conecta a la red 100 por primera vez se identifica en el servidor central 130 a través de una pasarela 120, por ejemplo, enviándole su identificador. De manera más preferible, el objeto conectado recibe un identificador corto del servidor central a través de una pasarela para identificarse en sus comunicaciones posteriores y, en particular, para el intercambio de acuses de recibo.

De manera alternativa, el servidor central 130 puede programar el orden de las ventanas temporales. Puede asignar ventanas temporales a las pasarelas 120.

Cuando la red 100 incluye un número máximo de pasarelas 120 para optimizar el uso del tiempo y se introduce una nueva pasarela, no encuentra una ventana temporal libre. El servidor central 130 puede designar esta pasarela como una pasarela complementaria. En este caso, la nueva pasarela no envía un mensaje baliza, sino que se posiciona como un receptor adicional de otra pasarela que envía un mensaje baliza. El servidor central ordena a esta pasarela de envío que proporcione información de canal complementario en su mensaje baliza de modo que un objeto conectado 110 pueda enviar un mensaje a la pasarela complementaria. Lo que antecede permite, en el mejor de los casos, duplicar la capacidad de recepción de la red.

De manera preferible, un objeto conectado 110 que transmite un mensaje elegirá, de manera pseudoaleatoria, entre el canal complementario y el canal normal para su comunicación, transmitiéndose la información sobre estos canales en el mensaje baliza.

La Figura 6 muestra un diagrama del método de sincronización entre varias pasarelas 120 según un ejemplo no cubierto por las reivindicaciones. De manera preferible, el servidor central 130 controla y ordena la sincronización 610 entre las pasarelas después de un número predefinido de períodos T. De manera preferible, este número de períodos es al menos 10 períodos.

Una pasarela 120 que desea resincronizarse comienza escuchando al menos parte del mensaje baliza de las otras pasarelas 620. Durante la resincronización, una pasarela por lo tanto no envía su mensaje baliza durante al menos un período T y de manera preferible no más de 4 períodos T. A continuación, a partir de los tiempos en que la pasarela escuchó los mensajes baliza (partes de ellos) de las otras pasarelas, calcula un tiempo de referencia 630. A partir de este tiempo de referencia, la pasarela ajusta su ventana temporal 640 para enviar su mensaje baliza en el momento correcto. Por último, la pasarela reanuda el envío de su mensaje baliza 650 en su ventana temporal. Por ejemplo, si se considera una precisión del orden de 5 ppm para el reloj interno de una pasarela, la desviación será del orden de magnitud de 0.6 ms para un ciclo de 128 s. Teniendo en cuenta otras incertidumbres, se puede tomar un factor de seguridad de 3, es decir que la desviación será de aproximadamente 2 ms en un ciclo de 128 s, lo que constituye una desviación aceptable. Para que una pasarela envíe su mensaje baliza en su ventana temporal, es preciso que el conjunto de las pasarelas deba resincronizarse al menos una vez por ciclo de 128 s (Tsync), de manera preferible dos veces. Si consideramos un conjunto de 10 pasarelas, ello significa que cada pasarela se sincroniza con las demás cada 12 períodos de transmisión del mensaje baliza T (dicho de otro modo, una vez de cada 12, la pasarela no transmite su mensaje baliza). Lo que proporciona: 12*T = 6.5 s y 10*12*T = 64 s = / Tsync.

La Figura 7 muestra un dispositivo que pone en práctica los métodos relacionados con las pasarelas tal como se describió con anterioridad. El dispositivo incluye un modulador-demodulador (módem) de radiofrecuencia (RF). De manera preferible, este dispositivo comprende una toma Ethernet y/o una conexión Wi-Fi. El dispositivo se puede alimentar, por ejemplo, a través de una toma de corriente o mediante un cable Ethernet. De manera preferible, el dispositivo utiliza un circuito integrado SX127x e incluso de manera más preferible, el circuito integrado SX1276 tal como se describe en la solicitud de patente US2014219329. De manera preferible, este dispositivo funciona en la banda de frecuencia ISM 868 MHz. De manera más preferible, el dispositivo tiene un tamaño máximo de menos de 30 cm.

Los dispositivos que ponen en práctica los métodos relacionados con los objetos conectados incluyen un moduladordemodulador (módem) de radiofrecuencia (RF). De manera preferible, el dispositivo comprende su propia fuente de alimentación, tal como una pila o una batería. De manera preferible, el dispositivo utiliza un circuito integrado SX127x e incluso más de manera preferible el circuito integrado SX1276 tal como se describe en la solicitud de patente US 2014/219329. De manera preferible, este dispositivo funciona en la banda de frecuencia ISM 868 MHz. De manera más preferible, el dispositivo es compatible con LoRaWAN™ MAC. De manera preferible, el dispositivo también es compatible con MAC Sigfox™.

La técnica anterior descrita en la solicitud de patente US 2014/0111313 describe una red que comprende pasarelas y objetos conectados en donde las pasarelas transmiten una señal periódica que comprende: un mensaje baliza, intervalos temporales para el intercambio de datos con un objeto conectado, un intervalo de solicitud de incorporación y un acuse de recibo de incorporación.

Una red de este tipo no permite conectar una gran cantidad de objetos conectados a una pasarela, no utiliza el tiempo de comunicación de manera óptima, no aprovecha la posibilidad de utilizar diversos canales de comunicación de datos y obliga a los objetos conectados a registrarse en una pasarela. Estos problemas están vinculados a la estructura de la señal periódica que, para cada pasarela, asigna ventanas de comunicación ascendente y descendente a cada objeto conectado vinculado a dicha pasarela, tenga o no este objeto conectado un mensaje para transmitir. Para garantizar un período de señal periódico razonable (del orden de magnitud de unas pocas decenas de segundos), el número de ventanas de comunicación debe ser limitado y, por lo tanto, el número de objetos conectados también es limitado. La red no proporciona un protocolo de comunicación que permita a una gran cantidad de objetos conectados transmitir mensajes a una pasarela. El método, según la invención, resuelve este problema en virtud de la transmisión por la pasarela de una señal baliza unidireccional en un canal baliza reservado para este uso. Esta señal baliza permite organizar las comunicaciones en términos de tiempo y de frecuencia. Aunque el uso de un canal baliza reservado es conocido en telecomunicaciones, no es fácil desarrollar un mensaje baliza cuya estructura (preámbulo, indicación de un canal de intercambio, disponibilidad de la pasarela) tal como se describe en la presente invención permita organizar, de manera óptima, los intercambios de datos en una banda de frecuencia tal como la banda ISM a 868 MHz. Esta organización permite que un objeto conectado envíe un mensaje en un canal especificado en el mensaje baliza solamente cuando lo necesite. Por lo tanto, este objeto conectado no utiliza una ventana temporal constantemente y solamente se conecta a una pasarela cuando es necesario. Por lo tanto, es potencialmente posible conectar un número infinito de objetos conectados a una pasarela.

El método, según la invención, también resuelve problemas relacionados tales como la mejor organización del tiempo y del uso de las frecuencias de comunicación. También permite que los objetos conectados no tengan que permanecer sincronizados para evitar transmitir o recibir datos fuera de su intervalo temporal y esto al permitir que los objetos dependan únicamente de la transmisión de la señal baliza. La adición de una pasarela también se ve facilitada por el uso de un canal baliza. De hecho, una nueva pasarela puede, escuchando el canal baliza, detectar otras pasarelas e integrarse en el período de transmisión, fortaleciendo así las capacidades de la red. El canal baliza por último permite que las pasarelas se sincronicen entre sí.

Uno de los objetivos de la invención era solucionar los problemas de saturación de las redes y optimizar el uso del tiempo. Este objetivo se ha logrado recurriendo al uso de mensajes baliza enviados por un canal baliza y emitidos periódicamente por pasarelas. Estos mensajes baliza se utilizan para organizar el tiempo notificando a los objetos conectados la disponibilidad de una pasarela para emitir o recibir mensajes. Estos mensajes también permiten a los objetos conectados seleccionar una pasarela con la que tendrán una buena comunicación. El procedimiento de comunicación también es sencillo porque los objetos conectados pueden enviar un mensaje en cualquier momento a partir del instante en el que reciben un mensaje baliza. Por último, las pasarelas se organizan sin intervención externa y la adición de una pasarela permite (sin intervención externa) aumentar las capacidades de la red y evitar su saturación.

La presente invención se ha descrito en relación con formas de realización específicas, que presentan un valor puramente ilustrativo y no deben considerarse limitantes. En general, la presente invención no se limita a los ejemplos ilustrados y/o descritos con anterioridad. En particular, la invención también se refiere a las combinaciones de las características técnicas de las formas de realización mencionadas con anterioridad. El uso de los verbos "comprender", "incluir", "contener" o cualquier otra variante, así como sus conjugaciones, no puede excluir, en modo alguno, la presencia de elementos distintos de los mencionados. El uso del artículo indefinido "un", "una", o del artículo definido "el", "la" o "los", para introducir un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de estos elementos. Las referencias numéricas en las reivindicaciones no limitan su alcance.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de comunicación en una red de comunicación inalámbrica (100) que utiliza una pluralidad de canales, que presentan cada uno una frecuencia central y un ancho de banda, comprendiendo dicha red (100) una pluralidad de objetos conectados (110) y al menos una pasarela (120), pudiendo dichos objetos conectados (110) y al menos una pasarela (120) emitir y recibir mensajes en cada uno de los canales, siendo al menos uno de estos canales, denominado canal baliza, estando un canal de comunicación unidireccional reservado para la emisión periódica o cuasi-periódica de mensajes baliza por las pasarelas (120), comprendiendo dichos mensajes baliza:

• un preámbulo;

• una indicación de que la pasarela (120) desea entregar un mensaje o de que puede recibir al menos un mensaje;

• una indicación de al menos un canal para intercambiar al menos un mensaje;

método por el cual,

(A) . un objeto conectado (110) de dicha pluralidad de objetos conectados (110) transfiere uno de dichos mensajes hacía una pasarela (120) ejecutando dicha al menos una pasarela (120) las etapas:

1. escucha de o de los canales baliza (310) para detectar al menos una parte de al menos uno de dichos mensajes baliza;

2. selección de una de dichas pasarelas (120) que transmite un mensaje baliza perceptible por el objeto conectado;

3. recepción del mensaje baliza enviado por dicha pasarela (120) seleccionada y verificación por dicho objeto conectado (110), consultando la indicación contenida en el mensaje baliza, de que esta pasarela (120) es capaz de recibir un mensaje (322);

4. emisión de dicho mensaje por dicho objeto conectado (110) hacía dicha pasarela (120) seleccionada en uno de los al menos un canal indicado en el mensaje baliza (324);

y/o

(B) . dicho objeto conectado (110) de dicha pluralidad de objetos conectados recibe uno de dichos mensajes desde una de las al menos una pasarela (120) realizando las etapas:

1. escucha de o de los canales baliza (310) para recibir al menos uno de dichos mensajes baliza (330);

2. verificación por dicho objeto conectado (110), consultando la indicación contenida en el mensaje baliza, que dicha pasarela (120) desea entregar un mensaje a dicho objeto conectado (331);

3. recepción de uno de dichos mensajes por dicho objeto conectado (110) en uno de los al menos un canal indicado en el mensaje baliza (332).

2. Método según la reivindicación 1, en donde la etapa (A)1 de la reivindicación 1 consiste en la escucha del canal o canales baliza para detectar al menos parte de al menos un preámbulo de uno de dichos mensajes baliza, permitiendo dicha parte de preámbulo determinar una RSSI, Indicación de Intensidad de la Señal Recibida, de la señal que lleva el mensaje baliza (320) y en donde la pasarela se selecciona en la etapa (A)2 que se elige en función de la RSSI.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el mensaje baliza comprende, además, al menos un identificador de al menos un objeto conectado (110) y en donde la etapa (B)2 de la reivindicación 1 consiste en la verificación por el objeto conectado (110) de que al menos un identificador contenido en el mensaje baliza es el suyo (331).

4. Método según la reivindicación 2, en donde la etapa (A) de la reivindicación 1 comprende la etapa suplementaria: elegir la tasa de transferencia (323) en función de la RSSI para que esta tasa sea mayor cuando la RSSI sea elevada y menor cuando la RSSI sea menor, siendo esta etapa realizada entre las etapas (A)3 y (A)4.

5. Método según la reivindicación 4, en donde el objeto conectado (110) espera un período de tiempo que depende de la tasa de transferencia elegida antes de realizar la etapa (A)4.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las etapas (A) y/o (B) comprenden, respectivamente, las etapas de recepción y emisión de un acuse de recibo (325, 333) en el mismo canal que el que fue utilizado para la emisión o para la recepción, siendo esta etapa realizada después de la emisión o recepción de un mensaje.

7. Método según la reivindicación 6, en donde el acuse de recibo es un acuse de recibo de la transmisión de radiofrecuencia y se envía directamente después de recibir un mensaje.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en donde el acuse de recibo se emite o recibe con una tasa de transferencia igual o menor que la del mensaje recibido o emitido.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 o 4, en donde la pasarela (120) elegida en la etapa (A)2 es una pasarela (120) que presenta la RSSI más alta.

10. Método según la reivindicación 1, en donde la pasarela (120) elegida en la etapa (A)2 es una pasarela (120) que presenta una alta calidad de servicio (QoS).

11. Método según la reivindicación 1, en donde la red (100) comprende, además, un servidor central, pudiendo dicho servidor central asignar una pasarela (120) a un objeto conectado.

12. Objeto conectado (110) que comprende un módem de radiofrecuencia caracterizado porque es capaz de poner en práctica un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Método de comunicación en una red de comunicación inalámbrica (100) utilizando una pluralidad de canales, que presentan cada uno una frecuencia central y un ancho de banda, comprendiendo dicha red (100) una pluralidad de objetos conectados (110) y al menos una pasarela (120), pudiendo dichos objetos conectados (110) y al menos una pasarela (120) emitir y recibir mensajes en cada uno de los canales, siendo al menos uno de estos canales, denominado canal baliza, un canal de comunicación unidireccional reservado para la emisión periódica o cuasiperiódica de mensajes baliza por las pasarelas (120), siendo dichos mensajes baliza emitidos en ventanas temporales específicas para cada pasarela (120) y que comprenden:

• un preámbulo;

• una indicación de al menos un canal para intercambiar al menos un mensaje;

método por el cual,

(A) . una de las al menos una pasarela (120) emite, en su ventana temporal, una señal que transporta el mensaje baliza (410);

(B) . el mensaje baliza indica que dicha pasarela desea recibir al menos dicho mensaje y dicha pasarela (120) recibe al menos uno de dichos mensajes de un objeto conectado (110) de entre dicha pluralidad de objetos conectados (110):

1. dicha pasarela (120) escucha el canal o canales indicados en el mensaje baliza para detectar al menos uno entre dichos mensajes (420);

2. dicha pasarela (120) recibe (423) al menos uno de dichos mensajes;

y/o

(C) . el mensaje baliza indica que dicha pasarela desea entregar al menos dicho mensaje y dicha pasarela (120) envía al menos uno de dichos mensajes a al menos un objeto conectado (110) de dicha pluralidad de objetos conectados (110) en uno de los al menos un canal indicado en el mensaje baliza (431);

14. Método según la reivindicación 13, en donde el mensaje baliza comprende, además, al menos un identificador de al menos un objeto conectado (110) y en donde el al menos un objeto conectado (110) al que se envía un mensaje en la etapa (C) de la reivindicación 13 está identificado por al menos dicho identificador.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 14, en donde la etapa (B).1 de la reivindicación 13 consiste en: la pasarela (120) escanea diferentes tasas de transferencia de manera simultánea o secuencial (421) y escucha en los canales indicados en el mensaje baliza para detectar un mensaje (422).

16. Método según la reivindicación 15, en donde el mensaje enviado por el objeto conectado (110) comprende un preámbulo y en donde la etapa (B).1 de la reivindicación 13 consiste en: la pasarela (120) escanea diferentes tasas de transferencia y escucha en el canal o canales indicados en el mensaje baliza para detectar al menos parte de un preámbulo.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en donde las etapas (B) y/o (C) comprenden, respectivamente, las etapas de emisión y recepción de un acuse de recibo en el mismo canal que el utilizado para la recepción o para la emisión, siendo dicha etapa realizada después de la recepción o emisión de un mensaje (424, 432).

18. Método según la reivindicación 17, en donde el acuse de recibo es un acuse de recibo de la transmisión de RF y se envía directamente después de recibir un mensaje.

19. Método según la reivindicación 15 y cualquiera de las reivindicaciones 17 a 18, en donde el acuse de recibo se emite o recibe con una tasa de transferencia igual o menor que la del mensaje recibido o emitido.

20. Pasarela (120) que comprende un módem de radiofrecuencia caracterizado porque es capaz de poner en práctica un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19