ES2935819T3

ES2935819T3 - Sistema de red de malla inalámbrica

Info

Publication number: ES2935819T3
Application number: ES20715908T
Authority: ES
Inventors: Teresa Zotti; Luca Zappaterra; Robert James Davies
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: JP7241203B2; WO2020208027A1; EP3954156A1; JP2022522537A; EP3954156B1; US20220150758A1; CN113966632A

Abstract

Para proporcionar una interconexión confiable entre una red de malla inalámbrica y una red externa, se puede implementar más de un dispositivo de enrutador de borde. En esta invención se describen un nuevo método de equilibrio de carga y el sistema y los dispositivos relacionados. Al incorporar información de carga de tráfico real en la frecuencia de envío de anuncios de enrutador de borde, se realiza en el sistema un equilibrio automático de carga de tráfico entre múltiples enrutadores de borde, sin sobrecarga de señalización adicional ni ningún cambio en la estructura del paquete de baliza. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de red de malla inalámbrica

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a una red de malla inalámbrica y a la interconexión a una red externa. Más particularmente, en el presente documento se divulgan varios métodos, aparatos, sistemas y medios legibles por ordenador de la invención.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Una red de malla inalámbrica es un tipo de topología de red en la que los nodos (de la red) no solo pueden capturar y difundir sus propios datos, sino que también sirven como relevo para otros nodos, es decir, pueden colaborar para propagar los datos en la red. Una red de malla se puede diseñar para usar una técnica de inundación o una técnica de enrutamiento. Cuando se utiliza una técnica de enrutamiento, el mensaje se propaga a lo largo de una trayectoria, saltando de un nodo a otro hasta llegar al destino. Hay varios protocolos de comunicación inalámbrica de corto alcance compatibles con la red de malla inalámbrica, tal como Wi-Fi, Zigbee y Bluetooth de baja energía (BLE).

Zigbee define un conjunto de protocolos de comunicación de alto nivel basados en una capa física (PHY) y una capa de control de acceso medio (MAC) de acuerdo con IEEE 802.15.4, que se usa ampliamente para crear una red de área personal (WPAN) con radios digitales pequeñas y de baja potencia, en el contexto del control remoto, el hogar inteligente y la automatización de edificios inteligentes.

Como tecnología competidora en comunicaciones inalámbricas de corto alcance o red de área personal inalámbrica (WPAN), BLE está diseñada por el grupo de interés especial de Bluetooth (Bluetooth SIG) y se presenta por primera vez en la especificación central de Bluetooth 4.0 en 2010. BLE tiene como objetivo proporcionar una solución novedosa para aplicaciones como atención médica, mantenimiento físico, baliza, seguridad y entretenimiento en el hogar. En comparación con el Bluetooth clásico, BLE presenta una pila de protocolos completamente nueva que permite la creación rápida de enlaces simples. El diseño de bajo consumo es otro aspecto destacado del sistema, y un sistema BLE está diseñado para funcionar con una batería de tipo botón.

A su vez, una red IP es una red de comunicación que utiliza el Protocolo de Internet (IP) para enviar y recibir mensajes entre uno o más ordenadores o dispositivos electrónicos inteligentes. Como una de las redes globales más utilizadas, una red IP se implementa en redes de Internet, redes de área local (LAN) y redes empresariales. Una red IP requiere que todos los hosts o nodos de red estén configurados con la suite TCP/IP. Con cada vez más dispositivos conectados en el contexto de Internet de las cosas (IoT), la red IP también se está extendiendo desde el espacio de direcciones IPv4 original a un esquema de direcciones IPv6 altamente escalable.

Para permitir la interconexión entre redes de comunicación inalámbrica de corto alcance hacia redes IP, o para permitir que los nodos de sensores ampliamente distribuidos accedan o sean accedidos a través de una red troncal o la nube, las organizaciones de estandarización también están trabajando en nuevas características y nuevos protocolos para facilitar tal interconexión.

Para habilitar la conectividad IP entre los nodos de la malla y los dispositivos que no pertenecen a la malla inalámbrica, tal como servidores en la nube o teléfonos inteligentes, se requiere la especificación del comportamiento de los llamados nodos de enrutador de borde (BR). Un BR proporciona una interfaz entre los nodos que implementan la conectividad IP y otras redes IP, de manera que los nodos IP pueden comunicarse con pares fuera de la red de malla (por ejemplo, nodos de controlador central). La funcionalidad clave de un nodo BR es conectar toda la red de malla a la red troncal IP. El BR tiene, entre otras funcionalidades, la capacidad de anunciar automáticamente su capacidad de enrutamiento de borde dentro de la red mediante el envío de paquetes de baliza. Para evitar un único punto de fallo y proporcionar una capacidad de equilibrio de carga, el sistema permite que varios BR estén activos al mismo tiempo.

El documento US2006221927 A1 está relacionado con un aparato de comunicación inalámbrica capaz de construir una red inalámbrica ad-hoc, que incluye una unidad de transmisión/recepción configurada para transmitir y recibir una señal de transmisión común. Una unidad de control de intervalo de transmisión está configurada para cambiar el intervalo de transmisión de la señal de transmisión común a transmitir dependiendo del número de nodos de comunicación existentes en el rango de comunicación del aparato de comunicación inalámbrica o del estado de utilización de recursos inalámbricos.

El documento US2019014528 A1 está relacionado con un método de un nodo en una red de malla, que comprende recibir una pluralidad de valores de conteo de vecinos, cada valor de conteo de vecinos relacionado con el número de vecinos asociados con un vecino particular del nodo, y controlar la transmisión de un mensaje de baliza en función de los valores de recuento de vecinos recibidos.

El documento US2005157676 A1 está relacionado con un método de gestión de red, particularmente en el contexto de los estándares IEEE802.11 e IEEE802.11k, a través de dos nuevas medidas MAC. Las dos nuevas medidas incluyen una medida de carga de tráfico de enlace ascendente WTRU y una medida de carga de servicio AP y generalmente se aplica al menos a las capas 1 y 2 como se aplica a al menos 802.11k en el contexto de los sistemas OFDM y CDMA 2000, pero es aplicable a otros escenarios también.

El documento US2009147714 A1 está relacionado con un método y un sistema para reducir el consumo de energía en una Red de Sensores Inalámbricos. La Red de Sensores Inalámbricos incluye una pluralidad de nodos que forman una estructura de árbol. Los nodos envían datos hacia un nodo raíz a través de los nodos principales. Los nodos controlan de manera adaptativa los horarios de activación de los transceptores de radio en función de la información de nivel de red de los nodos, lo que reduce el intervalo de activación activa de los transceptores de radio y, a su vez, disminuye el consumo de energía general de la red inalámbrica de sensores.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En vista de lo anterior, la presente divulgación está dirigida a métodos inventivos, aparatos, sistemas, programas informáticos y medios legibles por ordenador para seleccionar un enrutador de borde para conectarse a una red externa. Más particularmente, se proporcionan varios medios inventivos legibles por ordenador (transitorios y no transitorios), métodos, sistemas y aparatos para facilitar el equilibrio de carga a través de la selección de un enrutador de borde como enrutador de borde de reenvío entre múltiples candidatos.

El objetivo de esta invención se logra mediante un sistema de red de malla inalámbrica de acuerdo con la reivindicación 1, mediante un dispositivo de enrutador de borde de acuerdo con la reivindicación 2, mediante un nodo de acuerdo con la reivindicación 4, mediante un método de enrutador de borde de acuerdo con la reivindicación 5 y un método de nodo de acuerdo con la reivindicación 9, y mediante un programa informático para el método de enrutador de borde y el método de nodo de acuerdo con las reivindicaciones 13 y 14, respectivamente.

Un primer aspecto de la invención es un dispositivo enrutador de borde para uso en una red de malla inalámbrica, dispuesto para conectar la red de malla inalámbrica a una red externa. El dispositivo enrutador de borde comprende un controlador configurado para determinar un intervalo de baliza; un programador configurado para determinar un momento de tiempo de transmisión de baliza para enviar un paquete de baliza periódicamente después de cada intervalo de baliza; un transceptor configurado para transmitir el paquete de baliza en un canal de comunicación en el momento de transmisión de baliza, y en el que el controlador está configurado además para determinar el intervalo de baliza en función de la capacidad disponible del enrutador de borde, en el que la capacidad disponible está relacionada con una carga de tráfico real del enrutador de borde, la carga de tráfico real comprende la recepción de paquetes de datos con el enrutador de borde como destino en la red de malla inalámbrica provenientes de los nodos en la red de malla inalámbrica ya sea a través de un enlace directo o a través de retransmisión de múltiples saltos, transmisión de paquetes de datos desde el enrutador de borde a los nodos en la red de malla inalámbrica ya sea a través de un enlace directo o a través de retransmisión de múltiples saltos, y procesamiento interno de dichos paquetes de datos; y en el que cuanto mayor sea la carga de tráfico real, menor será la capacidad disponible y, por lo tanto, mayor será el intervalo de baliza.

Al controlar el intervalo de baliza de acuerdo con la condición de carga de tráfico real, se puede implementar el equilibrio de carga en la red de malla inalámbrica sin un protocolo de enlace de señalización adicional o cualquier cambio en la estructura del paquete de baliza original. En caso de una alta carga de tráfico, un primer enrutador de borde extiende el intervalo de baliza, o, en otras palabras, envía paquetes de baliza con menos frecuencia y, por lo tanto, se invitará a menos nodos potenciales en los alrededores a designar el primer enrutador de borde como enrutador de borde de reenvío. Por el contrario, un segundo enrutador de borde con una carga de tráfico muy ligera tiende a enviar los paquetes de baliza con más frecuencia. Por lo tanto, más nodos detectarán los paquetes de baliza del segundo enrutador de borde y luego pueden seleccionar el segundo enrutador de borde como un enrutador de borde de reenvío. De esta manera, la carga de tráfico se equilibra automáticamente entre el primer y el segundo enrutador de borde.

En una realización, el enrutador de borde también puede agregar a propósito una desviación pequeña, posiblemente (pseudo) aleatoria, al momento de transmisión de la baliza, similar a un efecto de oscilación, para evitar conflicto(s) con otra(s) señal(es) transmitida(s) periódicamente en el canal de comunicación. La pequeña desviación de tiempo puede disponerse de acuerdo con un tamaño típico de un paquete de baliza o un paquete de datos en la red. De esta forma, en un sistema con múltiples enrutadores de borde desplegados con una alta densidad, si por coincidencia más de un enrutador de borde adopta el mismo intervalo de baliza y programa los mismos momentos de tiempo de transmisión de baliza, no entrarán en conflicto todo el tiempo con la transmisión periódica regular de los paquetes de baliza.

En una realización, el controlador del enrutador de borde está configurado además para detectar un conflicto potencial entre una transmisión programada de un paquete de baliza y una transmisión de un paquete de datos; para determinar un retraso para posponer la transmisión programada del paquete de baliza para evitar el conflicto potencial; y luego el planificador se configura adicionalmente para ajustar el momento del tiempo de transmisión de la baliza de acuerdo con el retraso determinado.

Dado que un paquete de baliza de un enrutador de borde se usa principalmente para anunciar la existencia del enrutador de borde a los nodos vecinos, puede tener una prioridad más baja en comparación con los paquetes de datos que podrían estar relacionados con una determinada aplicación de tiempo crítico. Por lo tanto, es importante evitar la situación de que la transmisión de los paquetes de baliza periódica bloquee la transmisión o recepción de un paquete de datos de tiempo crítico. La detección de conflictos en el enrutador de borde se usa para determinar si existe algún conflicto potencial entre un paquete de baliza programado y la transmisión de un paquete de datos.

En otra realización, el enrutador de borde puede comprender un segundo transceptor para admitir la conexión inalámbrica o por cable con la red externa, en caso de que se lleve a cabo un protocolo de comunicación diferente en la red externa que no sea en la red de malla inalámbrica.

Un segundo aspecto de la invención es un nodo según lo reivindicado. Un nodo para usar en una red de malla inalámbrica para buscar un enrutador de borde de reenvío a una red externa, comprende: un transceptor configurado para monitorizar un canal de comunicación; un controlador configurado para derivar intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde, y para seleccionar un enrutador de borde que tenga el intervalo de baliza estimado más corto de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, con el enrutador de borde de reenvío como un destino en la red de malla inalámbrica (800).

Para facilitar el equilibrio de carga, el enrutador de borde regula el intervalo de baliza de acuerdo con la carga de tráfico real en el lado del enrutador de borde; como contrapartida, el nodo de la red debe tener en cuenta dicha información de carga integrada implícitamente al seleccionar un enrutador de borde de reenvío entre varios candidatos de enrutador de borde.

En una realización, un sistema de red de malla inalámbrica comprende al menos dos enrutadores de borde según el primer aspecto de la invención y al menos un nodo según el segundo aspecto de la invención. El nodo debe seleccionar un enrutador de borde como un enrutador de borde de reenvío de al menos dos enrutadores de borde a una red externa, y los dispositivos, métodos, programas informáticos y medios legibles por ordenador como se divulgan en esta invención son para facilitar el equilibrio de carga en la selección.

En otro aspecto, se divulga un método de enrutador de borde para uso en una red de malla inalámbrica. El método comprende las etapas de determinar un intervalo de baliza en función de la capacidad disponible del enrutador de borde, en el que la capacidad disponible está relacionada con una carga de tráfico real del enrutador de borde, la carga de tráfico real comprende la recepción de paquetes de datos con el enrutador de borde como destino en la red de malla inalámbrica procedente de los nodos de la red de malla inalámbrica, ya sea a través de un enlace directo o mediante retransmisión de múltiples saltos, transmisión de paquetes de datos desde el enrutador de borde a los nodos de la red de malla inalámbrica, ya sea a través de un enlace directo o mediante retransmisión de múltiples saltos y procesamiento interno de dichos paquetes de datos; y en el que cuanto mayor sea la carga de tráfico real, menor será la capacidad disponible y, por lo tanto, mayor será el intervalo de baliza; determinar un momento de tiempo de transmisión de baliza para enviar un paquete de baliza periódicamente después de cada intervalo de baliza; transmitir el paquete de baliza en un canal de comunicación en el momento de transmisión de baliza. Por lo tanto, la condición de carga de tráfico real en el lado del enrutador de borde se usa para controlar el intervalo de baliza del enrutador de borde de forma adaptativa.

En una realización, el método comprende además las etapas de detectar un conflicto potencial entre una transmisión programada de un paquete de baliza y una transmisión de un paquete de datos; determinar un retraso para posponer la transmisión programada del paquete de baliza para evitar el conflicto potencial; ajustando el momento del tiempo de transmisión baliza según el retraso determinado. De esta manera, la comunicación de datos no se ve afectada debido a una transmisión de baliza programada en el lado del enrutador de borde.

En otra realización, el intervalo de baliza se determina en función de una comparación entre la carga de tráfico real y una carga de tráfico de referencia, y en el que la carga de tráfico de referencia se establece en función de al menos uno de los conocimientos de la carga de tráfico histórica, un valor predefinido establecido por el fabricante, y un valor programable configurado por la red o por el propio enrutador de borde; y en el que se deriva un indicador de carga a partir de la comparación usando uno de los siguientes etapas: establecer el indicador de carga en un primer valor predefinido si la carga de tráfico real es inferior o igual a la carga de tráfico de referencia; establecer el indicador de carga en un segundo valor aplicando una función escalonada, lineal, no lineal o exponencial al primer valor predefinido de acuerdo con la relación o la diferencia entre la carga de tráfico real y la carga de tráfico de referencia.

La evaluación para determinar si la carga de tráfico real es baja o alta puede depender de la capacidad máxima del enrutador de borde, la situación de la red, tal como la cantidad de nodos en el sistema y los tipos de aplicaciones que ejecutan los nodos (alto o bajo rendimiento). El enrutador de borde puede considerar tal carga de tráfico de referencia para que la evaluación sea más objetiva.

En un ejemplo, la carga de tráfico de referencia se establece mediante información de carga de tráfico histórica. En otro ejemplo, el tráfico de referencia es un valor predefinido o un valor programable. La carga de tráfico histórica se puede determinar mediante el cálculo promedio, el cálculo de la mediana u otro método de cálculo estadístico para caracterizar el perfil de carga de tráfico típico, en función de las cargas de tráfico reales en el pasado durante un cierto período de tiempo, tal como una hora, un día, una semana, un mes, etc. La carga de tráfico de referencia también puede establecerla un fabricante como un valor predefinido, configurarse como un valor programable al recibir un mensaje a través de la red o configurarse por el propio enrutador de borde. En un ejemplo, varios enrutadores de borde pueden alinearse en una carga de tráfico de referencia, que puede ser un valor de carga de tráfico promedio entre los enrutadores de borde vecinos durante un cierto período de tiempo, y dicha carga de tráfico de referencia se comunica a todos los enrutadores de borde vecinos a través de la red. El beneficio de este arreglo es que la evaluación de la carga de tráfico real se vuelve más objetiva de acuerdo con la condición de carga de tráfico del sistema completo, y se evita una evaluación potencialmente perjudicial en un solo dispositivo de enrutador de borde.

En otra realización, el intervalo de baliza se determina multiplicando un intervalo de baliza de referencia con el indicador de carga, y en el que el intervalo de baliza de referencia se establece en función de al menos uno de los conocimientos del intervalo de baliza histórico, un valor predefinido establecido por el fabricante, un valor programable configurado por la red o por el enrutador de borde y el nivel de batería restante del enrutador de borde. Al introducir el parámetro de intervalo de baliza de referencia, se puede implementar una mayor flexibilidad. Por ejemplo, el enrutador de borde también puede ajustar el intervalo de baliza configurando un intervalo de baliza de referencia dependiente del nivel restante de la batería. Si el enrutador de borde enfrenta un nivel de batería bajo, tiene la intención de transmitir los paquetes de baliza con menos frecuencia y, como resultado, menos nodos elegirán este enrutador de borde como enrutador de borde de reenvío. Y, por lo tanto, este método ayuda a prolongar la vida útil del enrutador de borde con un nivel de batería bajo.

Ventajosamente, el intervalo de baliza de referencia se establece mediante información histórica de intervalo de baliza. El intervalo de baliza se puede determinar utilizando un promedio, cálculo de la mediana u otro método de cálculo estadístico para caracterizar el valor típico del intervalo de baliza, en función de los intervalos de baliza adoptados en el pasado durante un cierto período de tiempo, tal como una hora, un día, una semana, un mes, etc. El intervalo de baliza de referencia también puede establecerlo un fabricante como un valor predefinido, configurarse como un valor programable al recibir un mensaje a través de la red o configurarse por el propio enrutador de borde. El intervalo de baliza de referencia también se puede determinar de acuerdo con el nivel de batería restante en el enrutador de borde. Cuanto menor sea el nivel de la batería, mayor será el intervalo de baliza de referencia. Y, por lo tanto, el enrutador de borde logra extender su vida útil.

Otro aspecto de la invención es el método en un nodo como se reivindica. Un método en un nodo para usar en una red de malla inalámbrica para buscar un enrutador de borde de reenvío a una red externa, en el que el método comprende las etapas de monitorizar un canal de comunicación; derivar intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde; seleccionar un enrutador de borde que tenga el intervalo de baliza estimado más corto de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, con el enrutador de borde de reenvío como destino en la red de malla inalámbrica.

En un ejemplo del método, un transceptor configurado para monitorizar un canal de comunicación y detectar al menos dos paquetes de baliza; el controlador configurado para determinar si los al menos dos paquetes de baliza provienen de más de un enrutador de borde, y en el que el transceptor está configurado además para monitorizar el canal de comunicación para detectar al menos dos paquetes de baliza posteriores de cada uno de los al menos dos de los más de un enrutador de borde; y en el que el controlador está configurado además para estimar, para cada uno de los al menos dos enrutadores de borde, un intervalo de baliza estimado que indica una separación temporal de los al menos dos paquetes de baliza posteriores recibidos desde el mismo enrutador de borde; y en el que el controlador está configurado además para seleccionar uno de los al menos dos enrutadores de borde con el intervalo de baliza estimado más corto como el enrutador de borde de reenvío.

En otro ejemplo del método, un controlador configurado para determinar si los al menos dos paquetes de baliza provienen todos del mismo enrutador de borde y no hay un segundo enrutador de borde en los alrededores, el único enrutador de borde se selecciona como un enrutador de borde de reenvío.

En otra realización, en el que el método comprende además las etapas de comparar los intervalos de baliza estimados con un intervalo de baliza estimado de referencia; determinar si los intervalos de baliza estimados de los al menos dos enrutadores de borde son todos mayores o menores que el intervalo de baliza estimado de referencia; seleccionar aleatoriamente un enrutador de borde de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, si los intervalos de baliza estimados de los al menos dos enrutadores de borde son todos mayores o menores que el intervalo de baliza estimado de referencia; y en el que el intervalo de baliza estimado de referencia se basa en al menos uno de los conocimientos del intervalo de baliza estimado histórico, un valor predefinido establecido por un fabricante, un valor programable configurado por la red o por el propio nodo, y un valor detectado en el paquete de baliza

El ajuste automático del equilibrio de carga en la red de malla inalámbrica, tal como se divulgó anteriormente, puede tardar algún tiempo en reflejarse en la carga de tráfico real en un determinado lado del enrutador de borde. En otras palabras, podría haber un retraso en dicho ciclo de control. Para evitar el sobreimpulso, especialmente cuando los al menos dos intervalos de baliza estimados están muy cerca uno del otro, puede que no siempre sea beneficioso elegir el enrutador de borde con el intervalo de baliza estimado más corto. En cambio, cuando los al menos dos intervalos de baliza estimados caen en el mismo rango en comparación con un intervalo de baliza estimado de referencia, elegir un enrutador de borde al azar puede ser más ventajoso para mantener un bucle de control más estable en el sistema.

Preferiblemente, el intervalo de baliza estimado de referencia se establece mediante información de intervalo de baliza estimado histórico. El intervalo de baliza estimado histórico se puede determinar utilizando un promedio, cálculo de la mediana u otro método de cálculo estadístico para caracterizar el perfil de intervalo de baliza estimado típico, en función del intervalo de baliza estimado calculado en el pasado durante un cierto período de tiempo, tal como una hora, un día, una semana, un mes, etc. El intervalo de baliza estimado de referencia también puede ser establecido por un fabricante como un valor predefinido, ser configurado como un valor programable al recibir un mensaje a través de la red, ser configurado por el propio nodo o un valor detectado en uno de los paquetes de baliza recibidos. Si la estructura del paquete de baliza tiene la libertad de incrustar la información en el intervalo de baliza de referencia, al recibir la información y el intervalo de baliza estimado de un determinado enrutador de borde, un nodo puede determinar fácilmente si el enrutador de borde está sobrecargado o no, y luego la selección se vuelve más sencilla en el lado del nodo.

Preferiblemente, si los intervalos de baliza estimados de los al menos dos enrutadores de borde son mayores o menores que el intervalo de baliza estimado de referencia, la selección de un enrutador de borde como enrutador de borde de reenvío se puede implementar con un procedimiento pseudoaleatorio, tal como elegir el enrutador de borde del que el nodo recibió primero el paquete de baliza, o elegir el enrutador de borde del que el nodo recibió el paquete de baliza más tarde que los demás, o elegir alternativamente el enrutador de borde del que el nodo recibió el paquete de baliza en primer lugar, segundo lugar, etc. El nodo también puede implementar el procedimiento pseudoaleatorio para generar primero un número pseudoaleatorio, y asignar el número pseudoaleatorio a un cierto índice o número de secuencia, y elegir el enrutador de borde con el índice o número correspondiente número de secuencia relacionado con la identificación del enrutador de borde, o el índice o secuencia relacionada con la recepción del paquete de baliza desde el enrutador de borde. El procedimiento pseudoaleatorio también puede ser una combinación de uno o más métodos descritos anteriormente.

En una realización, si hay más de dos paquetes de baliza posteriores recibidos del mismo enrutador de borde, el intervalo de baliza estimado se obtiene en función de un cálculo promedio o un cálculo de la mediana de las separaciones de tiempo entre paquetes de baliza adyacentes recibidos del mismo enrutador de borde. Dependiendo de la duración del tiempo empleado por el nodo en la monitorización del canal y los intervalos de baliza reales de los enrutadores de borde en la proximidad, el nodo puede capturar más de dos paquetes de baliza de un mismo enrutador de borde. Cuantos más paquetes de baliza reciba el nodo, mejor o más precisa será la estimación del intervalo de baliza que puede realizar el nodo. El cálculo promedio o el cálculo de la mediana de las separaciones de tiempo entre paquetes de baliza adyacentes ayuda a filtrar cualquier desviación que el enrutador de borde hizo en la transmisión de baliza, tal como, por ejemplo, debido a un retraso adicional adoptado para evitar un posible conflicto con un paquete de datos.

En otra realización, el método en el nodo para seleccionar un enrutador de borde de reenvío también puede comprender los etapas de seleccionar un enrutador de borde como el enrutador de borde de reenvío considerando al menos un criterio adicional de una lista de criterios que comprende (a) el número de saltos en la trayectoria desde el nodo sensor hasta el enrutador de borde, (b) la calidad de enlace promedio de la trayectoria entre el nodo sensor y el enrutador de borde, (c) la calidad de enlace más baja en la trayectoria entre el nodo sensor y el enrutador de borde, (d) el nivel promedio de batería restante en la trayectoria entre el nodo sensor y el enrutador de borde, (e) el nivel más bajo de batería restante en la trayectoria entre el nodo de sensor y el enrutador de borde.

El mecanismo de equilibrio de carga al seleccionar un enrutador de borde de reenvío como se divulga también se puede usar en combinación con otros criterios en un algoritmo de enrutamiento. El equilibrio de carga es beneficioso desde la perspectiva de todo el sistema. Para un nodo individual, la mejor selección también puede estar relacionada con los requisitos de la aplicación, tal como el retraso de extremo a extremo, la SNR y las velocidades de datos máximas admitidas en la trayectoria. Por lo tanto, se prefiere que, bajo ciertas circunstancias, también se consideren uno o más criterios adicionales en la selección.

La invención puede incorporarse además en un programa informático que comprende medios de código que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo el método del dispositivo de enrutamiento de borde.

La invención también puede materializarse en un programa informático que comprende medios de código que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo el método del dispositivo de nodo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

En los dibujos, los caracteres de referencia similares generalmente se refieren a las mismas partes en las diferentes vistas. Además, los dibujos no están necesariamente a escala, sino que generalmente se hace hincapié en ilustrar los principios de la invención.

La figura 1 muestra una descripción general de alto nivel de un nodo en una red de malla inalámbrica que busca un enrutador de borde de reenvío para conectarse a una red externa;

La figura 2 representa esquemáticamente componentes de ejemplo de un dispositivo de enrutador de borde; La figura 3 representa esquemáticamente componentes de ejemplo de un dispositivo de nodo;

La figura 4 muestra una arquitectura esquemática de un sistema de red de malla inalámbrica con al menos dos dispositivos de enrutador de borde y un dispositivo de nodo;

La figura 5 muestra un diagrama de flujo de un método llevado a cabo en un lado del dispositivo enrutador de borde;

La figura 6 muestra un diagrama de flujo de un método llevado a cabo en un lado del dispositivo de nodo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES

A continuación, se describirán varias realizaciones de la presente invención basadas en un sistema de red de malla inalámbrica 100 con al menos dos enrutadores de borde 200 y al menos un nodo 300. Los dispositivos de enrutador de borde (BR) se implementan para conectar nodos en una red de malla inalámbrica a una red externa, tal como una red troncal de IP. Para evitar un único punto de fallo, se pueden ubicar más de un BR en las proximidades para proporcionar una interconexión más confiable entre la red de malla inalámbrica y la red externa. Para un nodo en la red de malla inalámbrica, comprender qué BR está actualmente más ocupado y qué BR tiene la capacidad de manejar tráfico adicional es una idea muy útil que permite que un nodo transmisor entregue su tráfico hacia un BR que está menos ocupado.

Por lo tanto, los solicitantes han reconocido y apreciado que sería beneficioso implementar el balanceo de carga de tráfico en el sistema implícitamente sin introducir sobrecarga de señalización adicional. En vista de lo anterior, varias realizaciones e implementaciones de la presente invención están dirigidas a permitir el equilibrio de carga automático al seleccionar un enrutador de borde de reenvío entre múltiples enrutadores de borde en un sistema de red de malla inalámbrica.

La figura 1 muestra una descripción general de alto nivel del sistema como se divulga en la presente invención. Un nodo 300 en una red de malla inalámbrica 800 pretende conectarse a una red externa 900, con la ayuda de múltiples nodos de retransmisión intermedios 301 y un enrutador de borde de reenvío. En este ejemplo, hay dos enrutadores de borde, 200a y 200b, disponibles en el sistema. Para seleccionar un enrutador de borde de reenvío entre múltiples candidatos potenciales, en esta invención se divulgan varias realizaciones de dispositivos, métodos, programas informáticos y medios legibles por ordenador para facilitar el equilibrio de carga en la selección.

Se pueden admitir diferentes protocolos de comunicación en la red de malla inalámbrica, tal como Wi-Fi, Zigbee, Z-wave, Thread o BLE. La red externa puede ser una red troncal IP, una red celular o una red de comunicación de largo alcance. La línea de trazos 850 representa el límite virtual entre una red de malla inalámbrica y una red externa. El nodo 300 puede ser un nodo sensor, un nodo de recursos restringidos, un nodo hoja, un nodo principal o un nodo con funcionalidad completa, tal como un nodo de retransmisión o enrutador. La distinción hecha en la figura 1 entre el nodo 300 y los nodos de retransmisión o enrutador 301 no pretende excluir la posibilidad de que el nodo 300 sea el mismo nodo que un nodo de retransmisión 301, sino dejar claro que el nodo 300 es el nodo de origen con paquetes de datos a ser reenviados a la red externa. Y, por lo tanto, es necesario que el nodo 300 seleccione un enrutador de borde de reenvío como destino en el área de la red de malla inalámbrica. Tampoco es necesario que el nodo esté conectado al enrutador de borde a través de varios nodos de retransmisión intermedios, y el nodo también puede estar ubicado a una distancia de solo un salto del enrutador de borde.

La figura 2 representa esquemáticamente componentes de ejemplo de un dispositivo BR. Como configuración muy básica, el dispositivo de enrutador de borde 200 comprende un controlador 210, un programador 210 y un transmisor 230. El controlador está configurado para determinar un intervalo de baliza basado en una carga de tráfico real. El programador 220 está configurado para determinar el momento real de transmisión de baliza según el intervalo de baliza determinado y para proporcionar la información al transceptor 230 que realmente transmite los paquetes de baliza en un canal de comunicación en la red de malla inalámbrica. En la práctica, el enrutador de borde puede implementar el controlador utilizando un procesador y una memoria, el enrutador de borde también puede incluir componentes adicionales como una interfaz de usuario, un segundo transceptor para admitir la conexión inalámbrica o por cable con la red externa.

La figura 3 representa esquemáticamente componentes de ejemplo de un dispositivo de nodo. Como se divulgó anteriormente, el nodo puede ser un nodo sensor, un nodo de recursos restringidos, un nodo hoja, un nodo principal o un nodo con funcionalidad completa. La figura 3 da una ilustración de la configuración básica del dispositivo de nodo que comprende un controlador 310 y un transceptor 330. De manera similar al dispositivo de enrutador de borde, el dispositivo de nodo también puede comprender otros componentes, tal como un procesador, una memoria y/o una interfaz de usuario.

El transceptor 330 está configurado para monitorizar el canal de comunicación en la red de malla inalámbrica para capturar paquetes de baliza desde un enrutador de borde directamente, o a través de uno o múltiples nodos de retransmisión. Según un paquete de baliza recibido, el nodo puede conocer la existencia del enrutador de borde. Si el paquete de baliza se recibe en el nodo a través de nodos de retransmisión, el nodo también puede conocer el número de saltos en la trayectoria entre el enrutador de borde y él mismo, y la calidad del enlace a lo largo y/o de la trayectoria. Al monitorizar el canal durante un cierto período de tiempo, el nodo puede detectar más de un paquete de baliza del mismo enrutador de borde, y el controlador está configurado para derivar el intervalo de baliza estimado de ese enrutador de borde. Si el nodo puede derivar intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde, seleccionará un enrutador de borde como el enrutador de borde de reenvío que tiene el intervalo de baliza estimado más corto. Por lo tanto, el dispositivo de nodo está cooperando con los dispositivos de enrutador de borde para facilitar el equilibrio de carga entre múltiples enrutadores de borde.

En un caso, si solo hay un enrutador de borde disponible en el sistema, el nodo detecta las balizas del único candidato y, por lo tanto, el único intervalo de baliza representa también el intervalo de baliza más corto. También es posible que el nodo no pueda capturar paquetes de baliza de un segundo enrutador de borde, entonces también seleccionará el único enrutador de borde sin derivar más el intervalo de baliza estimado.

Alternativamente, si el nodo es un nodo con recursos restringidos y no puede pasar más tiempo monitorizando el canal, puede simplemente elegir el enrutador de borde de reenvío desde el cual recibe un primer paquete de baliza, sin monitorizar el canal de comunicación para detectar un segundo paquete de baliza. Además, si el nodo es un nodo de recursos restringidos con un ciclo de trabajo muy bajo, lo que significa que el nodo permanece en modo de suspensión la mayor parte del tiempo y solo se activa ocasionalmente debido al recurso limitado (por ejemplo, capacidad de batería limitada), puede simplemente elegir un enrutador de borde de reenvío basado en el conocimiento previo, tal como el enrutador de borde de una última conexión, sin monitorizar primero el canal para detectar un paquete de baliza. Otra posibilidad es que haya un nodo principal de dicho nodo con recursos restringidos, y luego, aunque el nodo con recursos restringidos sea el nodo de origen real con paquetes de datos que se transmitirán a la red externa, el nodo principal implementará los métodos como se divulga en esta invención para elegir un enrutador de borde de reenvío en nombre del nodo de recursos restringidos. Por lo tanto, en una red de malla inalámbrica heterogénea con un nodo de recursos restringidos, un nodo de funciones restringidas y un nodo totalmente funcional, puede suceder que los sistemas y métodos divulgados para facilitar el equilibrio de carga solo se implementen en un subconjunto de los nodos de la red.

La figura 5 muestra un diagrama de flujo de un método 500 llevado a cabo en un lado del dispositivo enrutador de borde. De acuerdo con la carga de tráfico real, el dispositivo enrutador de borde determina en la etapa S501 un intervalo de baliza. Considere como ejemplo, un BR que está ocupado con el enrutamiento de demasiados paquetes desde los nodos en la red de malla inalámbrica hacia la red externa y/o viceversa y, por lo tanto, la carga de tráfico real es alta. De acuerdo con la invención, el enrutador de borde tendrá que anunciarse a sí mismo, o enviar los paquetes de baliza, con una frecuencia más baja o un intervalo de baliza más largo. Por el contrario, cuando un BR tiene una carga más baja y tiene más capacidad para reenviar tráfico a un destino fuera de la malla, tendrá que anunciarse o enviar los paquetes de baliza con una frecuencia más alta o un intervalo de baliza más corto. Al transmitir los paquetes de baliza con mayor o menor frecuencia dependiendo de la carga de tráfico real, un enrutador de borde puede lograr impactar su carga de tráfico futura al invitar a más o menos nodos a seleccionarse a sí mismo como un enrutador de borde de reenvío.

T ambién se divulga que, para limitar el tráfico innecesario resultante de los paquetes de baliza, a los que implícitamente se les ha dado el papel de paquetes de señalización, el intervalo de baliza determinado puede estar sujeto a un cierto límite, lo que significa que incluso si el BR está en modo inactivo, no debe enviar los paquetes de baliza con demasiada frecuencia, tal como con un intervalo de baliza más pequeño que el límite determinado. Se puede suponer que un BR que envía paquetes de baliza con un intervalo igual o cercano a ese límite tiene poca carga o incluso está inactivo. Por el contrario, se puede suponer que una BR que envía paquetes de baliza con un intervalo mucho más largo en comparación con el límite determinado está muy cargada o sobrecargada. Dicho límite puede ser un valor predefinido establecido por el fabricante, un valor programable establecido por la red o por el propio enrutador de borde.

En la etapa S502, los momentos de transmisión de baliza reales para la transmisión de baliza periódica se determinan de acuerdo con el intervalo de baliza. Dado que un dispositivo de enrutador de borde se emplea principalmente para transmitir paquetes de datos entre una red de malla inalámbrica y una red externa, puede suceder que la transmisión de un paquete de baliza entre en conflicto con la transmisión de un paquete de datos en la misma interfaz aérea. Por lo tanto, el enrutador de borde puede decidir en la etapa S507 si debe llevarse a cabo una detección de conflicto. En caso afirmativo, entonces el método llevado a cabo por el enrutador de borde comprende además la etapa S504 para detectar un conflicto potencial entre una transmisión programada de un paquete de baliza y una transmisión de un paquete de datos, y la etapa S505 para determinar un retraso para posponer la transmisión programada. transmisión del paquete de baliza para evitar el conflicto potencial. Y luego, en la etapa 506, el momento del tiempo de transmisión de la baliza se ajusta de acuerdo con el retraso determinado. Por lo tanto, la comunicación normal de datos o la retransmisión en el enrutador de borde no se ve afectada debido a una transmisión de baliza programada. Por supuesto, también puede suceder que, si el paquete de datos tiene una prioridad muy baja, tal como la detección de datos con un requisito de tiempo muy relajado, el controlador puede estar dispuesto a aplicar el retraso a la transmisión programada del paquete de datos, en lugar del paquete de baliza. Y, por lo tanto, el paquete de baliza se puede transmitir como se programó originalmente y no se necesita ningún ajuste en el momento del tiempo de transmisión de la baliza. En la etapa S503, se transmite un paquete de baliza de acuerdo con el momento del tiempo de transmisión de la baliza, con o sin ajuste adicional debido a la detección de un conflicto potencial.

Tenga en cuenta que la transmisión simultánea de paquetes en dos interfaces aéreas diferentes no generará un conflicto, tal como se describió anteriormente. Por ejemplo, un enrutador de borde generalmente puede manejar la comunicación simultánea con la red externa y con la red de malla inalámbrica; pero no dos comunicaciones concurrentes dentro de la misma red.

En un escenario, el enrutador de borde también puede agregar deliberadamente una desviación pequeña, posiblemente (pseudo) aleatoria, al momento de transmisión de la baliza, similar a un efecto de oscilación, para evitar conflictos con otras señales transmitidas periódicamente en el canal de comunicación. La pequeña desviación de tiempo puede disponerse de acuerdo con un tamaño típico o máximo de un paquete de baliza o un paquete de datos en la red. De esta forma, en un sistema con múltiples enrutadores de borde desplegados con una alta densidad, si por coincidencia más de un enrutador de borde adopta el mismo intervalo de baliza y programa los mismos momentos de tiempo de transmisión de baliza, no entrarán en conflicto todo el tiempo con la transmisión periódica regular de los paquetes de baliza. Esto también ayudará si varios enrutadores de borde están en modo inactivo o con poca carga, y más de un enrutador de borde en la vecindad establece el intervalo de baliza al mismo límite mínimo que se divulgó anteriormente. Sin aplicar un efecto de tramado al momento de transmisión de la baliza, también podría ser difícil para los enrutadores de borde múltiple identificar los conflictos repetidos con otro enrutador de borde.

Para un enrutador de borde, la evaluación de que la carga de tráfico real es baja o alta a veces puede ser subjetiva, aunque la capacidad máxima de un enrutador de borde es un hecho. Para que la evaluación sea más objetiva, en otro ejemplo, el intervalo de baliza se determina en función de una comparación entre la carga de tráfico real y una carga de tráfico de referencia, y la carga de tráfico de referencia se establece en función de al menos uno de los conocimientos de la carga de tráfico histórica, un valor predefinido establecido por el fabricante y un valor programable configurado por la red o por el propio enrutador de borde. La carga de tráfico histórica se puede determinar mediante el cálculo promedio, el cálculo de la mediana u otro método de cálculo estadístico para caracterizar el perfil de carga de tráfico típico, en función de las cargas de tráfico reales en el pasado durante un cierto período de tiempo, tal como una hora, un día, una semana, un mes, etc. Ventajosamente, la carga de tráfico histórica también puede reflejar la variación típica de la carga de tráfico durante este momento del día, por ejemplo, por hora, durante el día, durante la semana o cruzando las estaciones. Y, por lo tanto, mediante el uso de una tabla de búsqueda para almacenar varios valores para capturar dichas variaciones, el intervalo de baliza derivado del mismo también se puede personalizar para la carga de tráfico típica del nodo y/o la red.

Sobre la base de la comparación entre la carga de tráfico real y la carga de tráfico de referencia, se puede derivar un indicador de carga, que se puede relacionar con una relación entre la carga de tráfico real y la carga de tráfico de referencia. En otro escenario, el intervalo de baliza se determina multiplicando un intervalo de baliza de referencia con el indicador de carga. El intervalo de baliza de referencia se establece en función de al menos uno de los conocimientos del intervalo de baliza histórico, un valor predefinido establecido por el fabricante, un valor programable configurado por la red o por el enrutador de borde y el nivel de batería restante del enrutador de borde. Al introducir el parámetro de intervalo de baliza de referencia, se puede implementar una mayor flexibilidad. Por ejemplo, el enrutador de borde también puede ajustar el intervalo de baliza configurando un intervalo de baliza de referencia dependiente del nivel restante de la batería. Si el enrutador de borde experimenta un nivel de batería bajo, tiene la intención de transmitir los paquetes de baliza con menos frecuencia, aunque se puede esperar que transmita los paquetes de baliza con más frecuencia dada la condición de carga de tráfico real. Como resultado, el enrutador de borde necesitará reenviar un paquete de datos solo cuando sea realmente necesario y, por lo tanto, ayuda a extender la vida útil de la batería del enrutador de borde. La duración del intervalo de baliza es, por lo tanto, un indicador de la disposición y/o capacidad del enrutador de borde para aceptar tráfico adicional, cuanto más corto sea el intervalo de baliza, más dispuesto a aceptar tráfico adicional. Donde la capacidad puede ser la capacidad disponible en vista de la carga de tráfico o las restricciones del dispositivo. En otra opción, el BR comunica el intervalo de baliza de referencia a través de los paquetes de baliza o de un mensaje separado, y esto puede permitir que los BR acuerden entre ellos, quizás dinámicamente, un intervalo de baliza de referencia según, por ejemplo, el número de BR disponibles o condición de tráfico a nivel de red u otra información relevante.

La figura 6 muestra un diagrama de flujo detallado de un método llevado a cabo en un lado del dispositivo de nodo. En la etapa S601, el nodo monitoriza un canal de comunicación para detectar un anuncio o un paquete de baliza desde un enrutador de borde en la red, ya sea directamente o a través de uno o múltiples nodos de retransmisión. Con un paquete de baliza recibido, el nodo conoce la existencia de uno o más enrutadores de borde en el sistema, el identificador de red (ID) de uno o más enrutadores de borde y posiblemente la cantidad de saltos desde un determinado enrutador de borde a sí mismo, y la calidad del enlace de y/o a lo largo de la trayectoria. El nodo deriva en la etapa S602 intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde, y luego en la etapa S603 selecciona un enrutador de borde de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío que tiene el intervalo de baliza estimado más corto, lo que indica ese enrutador de borde está dispuesto a aceptar más paquetes.

En otro ejemplo del método, el nodo primero monitoriza el canal durante un cierto período de tiempo y captura múltiples paquetes de baliza, todos desde un solo enrutador de borde. Luego, ese enrutador de borde se selecciona como un enrutador de borde de reenvío.

En otro escenario, el nodo puede comparar, tal como en la etapa opcional S604, los intervalos de baliza estimados con un intervalo de baliza estimado de referencia, y luego tomar la decisión en la etapa S605, si los intervalos de baliza estimados de múltiples enrutadores de borde son todos mayores o menores que el intervalo de baliza estimado de referencia. En caso afirmativo, en la etapa S606, el nodo puede seleccionar aleatoriamente un enrutador de borde de los múltiples enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío; de lo contrario, el nodo aún selecciona el enrutador de borde con el intervalo de baliza estimado más corto como el enrutador de borde de reenvío. Esta opción ayuda a evitar el sobreimpulso en el sistema, especialmente cuando los múltiples intervalos de baliza estimados están muy cerca uno del otro. Puede que no siempre sea beneficioso elegir el enrutador de borde con el intervalo de baliza estimado más corto, dado el retraso que puede tomar de implementar el método divulgado para afectar realmente su carga de tráfico futura. Dicha latencia también se puede tener en cuenta, configurando el intervalo de baliza de una manera más conservadora para evitar una avalancha de tráfico hacia los enrutadores de borde con cargas relativamente más bajas.

El intervalo de baliza estimado de referencia se basa en al menos uno de los conocimientos del intervalo de baliza estimado histórico, un valor predefinido establecido por un fabricante, un valor programable configurado por la red o por el propio nodo, y un valor detectado en el paquete de baliza. Si la estructura del paquete de baliza tiene la libertad de incrustar la información en el intervalo de baliza de referencia o la información se distribuye a través de un mensaje separado en la red, al recibir dicha información sobre el intervalo de baliza estimado de un determinado enrutador de borde, un nodo puede descubrir fácilmente si el enrutador de borde está sobrecargado o no, y luego la selección se vuelve más sencilla en el lado del nodo.

En la etapa S606, la selección de un enrutador de borde como enrutador de borde de reenvío se puede implementar con una heurística, tal como elegir el enrutador de borde desde el cual el nodo recibió primero el paquete de baliza, o elegir el enrutador de borde desde el cual el nodo recibió la baliza. paquete más tarde que los demás, lo que dará como resultado un comportamiento de tiempo no determinista. O elegir alternativamente el enrutador de borde desde el cual el nodo recibió el paquete de baliza en primer lugar, en segundo lugar, etc. El nodo también puede implementar el procedimiento pseudoaleatorio para generar primero un número pseudoaleatorio y asignar el pseudo número aleatorio a un determinado índice o número de secuencia, y elegir el enrutador de borde con el índice o número de secuencia correspondiente relacionado con la identificación del enrutador de borde, o el índice o secuencia relacionado con la recepción del paquete de baliza desde el enrutador de borde. El procedimiento pseudoaleatorio también puede ser una combinación de uno o más métodos descritos anteriormente.

Dependiendo de la duración del tiempo empleado por el nodo en la monitorización del canal y los intervalos de baliza reales de los enrutadores de borde en la proximidad, el nodo puede capturar más de dos paquetes de baliza de un mismo enrutador de borde. En una realización, si hay más de dos paquetes de baliza posteriores recibidos del mismo enrutador de borde, el intervalo de baliza estimado se obtiene en función de un cálculo promedio o un cálculo de la mediana de las separaciones de tiempo entre paquetes de baliza adyacentes recibidos del mismo enrutador de borde. Cuantos más paquetes de baliza reciba el nodo, mejor o más precisa será la estimación del intervalo de baliza que puede realizar el nodo. El cálculo promedio o el cálculo de la mediana de las separaciones de tiempo entre paquetes de balizas adyacentes también ayuda a filtrar cualquier desviación que el enrutador de borde hizo en la transmisión de la baliza, tal como, por ejemplo, debido a un retraso adicional adoptado para evitar un posible conflicto con un paquete de datos, o el efecto de oscilación aplicado a los momentos de transmisión de la baliza como se divulgó anteriormente.

Tener en cuenta la condición de carga de tráfico en el lado del enrutador de borde al seleccionar un enrutador de borde de reenvío es beneficioso desde la perspectiva del sistema. Para un nodo individual, otros parámetros también pueden ser críticos, especialmente aquellos relacionados con los requisitos de la aplicación, tal como el retraso de extremo a extremo, la SNR y las velocidades de datos máximas admitidas en la trayectoria. Por lo tanto, se prefiere que, en determinadas circunstancias, también se consideren uno o más criterios adicionales en la selección, además de la consideración relativa al equilibrio de carga, tal como se muestra en la etapa opcional S610. El uno o más criterios adicionales se pueden seleccionar de una lista que comprende (a) el número de saltos en la trayectoria desde el nodo sensor hasta el enrutador de borde, (b) la calidad de enlace promedio de la trayectoria entre el nodo de sensor y el enrutador de borde, (c) la calidad de enlace más baja en la trayectoria entre el nodo sensor y el enrutador de borde, (d) el nivel promedio de batería restante en la trayectoria entre el nodo de sensor y el enrutador de borde, (e) el nivel más bajo de batería restante en la trayectoria entre el nodo sensor y el enrutador de borde.

Los métodos de acuerdo con la invención pueden implementarse en un ordenador como un método implementado por ordenador, o en hardware dedicado, o en una combinación de ambos.

El código ejecutable para un método según la invención puede almacenarse en un producto de programa informático. Los ejemplos de productos de programas informáticos incluyen dispositivos de memoria, dispositivos de almacenamiento óptico, circuitos integrados, servidores, software en línea, etc. Preferiblemente, el producto de programas informáticos comprende medios de código de programa no transitorios almacenados en un medio legible por ordenador para realizar un método de acuerdo con la invención cuando dicho programa producto se ejecuta en un ordenador.

En un ejemplo preferido, el programa informático comprende medios de código de programa informático adaptados para realizar las etapas de un método según la invención cuando el programa informático se ejecuta en un ordenador. Preferiblemente, el programa informático está incorporado en un medio legible por ordenador.

También se pueden proporcionar métodos, sistemas y medios legibles por ordenador (transitorios y no transitorios) para implementar aspectos seleccionados de las realizaciones descritas anteriormente.

El término "controlador" se usa en el presente documento generalmente para describir varios aparatos relacionados, entre otras funciones, con la operación de una o más fuentes de luz. Un controlador puede implementarse de numerosas formas (por ejemplo, tal como con hardware dedicado) para realizar diversas funciones que se analizan en el presente documento. Un "procesador" es un ejemplo de un controlador que emplea uno o más microprocesadores que pueden programarse usando software (por ejemplo, microcódigo) para realizar varias funciones discutidas en el presente documento. Un controlador puede implementarse con o sin emplear un procesador, y también puede implementarse como una combinación de hardware dedicado para realizar algunas funciones y un procesador (por ejemplo, uno o más microprocesadores programados y circuitos asociados) para realizar otras funciones. Los ejemplos de componentes de controlador que pueden emplearse en diversas realizaciones de la presente descripción incluyen, entre otros, microprocesadores convencionales, circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC) y matrices de puertas programables en campo (FPGA).

En varias implementaciones, un procesador o controlador puede estar asociado con uno o más medios de almacenamiento (denominados genéricamente en el presente documento como "memoria", por ejemplo, memoria de ordenador volátil y no volátil como RAM, PROM, EPROM y EEPROM, disquetes, discos compactos, discos ópticos, cintas magnéticas, etc.). En algunas implementaciones, los medios de almacenamiento pueden estar codificados con uno o más programas que, cuando se ejecutan en uno o más procesadores y/o controladores, realizan al menos algunas de las funciones discutidas en el presente documento. Varios medios de almacenamiento pueden fijarse dentro de un procesador o controlador o pueden ser transportables, de modo que uno o más programas almacenados en ellos puedan cargarse en un procesador o controlador para implementar varios aspectos de la presente invención discutidos en el presente documento. Los términos "programa" o "programa informático" se utilizan en el presente documento en un sentido genérico para referirse a cualquier tipo de código informático (por ejemplo, software o microcódigo) que puede emplearse para programar uno o más procesadores o controladores.

El término "red", tal como se usa en el presente documento, se refiere a cualquier interconexión de dos o más dispositivos (incluidos los controladores o procesadores) que facilita el transporte de información (por ejemplo, para control de dispositivos, almacenamiento de datos, intercambio de datos, etc.) entre dos o más dispositivos y/o entre múltiples dispositivos acoplados a la red. Como debería apreciarse fácilmente, varias implementaciones de redes adecuadas para interconectar múltiples dispositivos pueden incluir cualquiera de una variedad de topologías de red y emplear cualquiera de una variedad de protocolos de comunicación. Además, en varias redes según la presente divulgación, cualquier conexión entre dos dispositivos puede representar una conexión dedicada entre los dos sistemas, o alternativamente una conexión no dedicada. Además de transportar información destinada a los dos dispositivos, dicha conexión no dedicada puede transportar información que no necesariamente está destinada a ninguno de los dos dispositivos (por ejemplo, una conexión de red abierta). Además, debe apreciarse fácilmente que diversas redes de dispositivos, tal como se analiza en el presente documento, pueden emplear uno o más enlaces inalámbricos, de hilo/cable y/o de fibra óptica para facilitar el transporte de información a través de la red.

En particular, todas las combinaciones de la materia reivindicada que aparecen al final de esta divulgación se contemplan como parte de la materia inventiva divulgada en el presente documento. También debe apreciarse que a la terminología empleada explícitamente en el presente documento que también puede aparecer en cualquier divulgación incorporada por referencia se le debe otorgar el significado más consistente con los conceptos particulares divulgados en el presente documento.

Se debe entender que todas las definiciones, tal como se definen y utilizan en el presente documento, controlan las definiciones del diccionario, las definiciones en los documentos incorporados por referencia y/o los significados ordinarios de los términos definidos.

Los artículos indefinidos "un" y "una", tal como se usan en el presente documento en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, a menos que se indique claramente lo contrario, deben entenderse como "al menos uno".

Como se usa en el presente documento en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, "o" debe entenderse que tiene el mismo significado que "y/o" como se define anteriormente. Por ejemplo, al separar elementos en una lista, "o" o "y/o" se interpretará como inclusivo, es decir, la inclusión de al menos uno, pero también incluye más de uno, de un número o lista de elementos, y, opcionalmente, artículos adicionales no listados. Solo los términos que indiquen claramente lo contrario, tal como "solo uno de" o "exactamente uno de" o, cuando se utilicen en las reivindicaciones, "compuesto por", se referirán a la inclusión de exactamente un elemento de un número o lista de elementos. En general, el término "o" tal como se usa en el presente documento solo se interpretará como una indicación de alternativas exclusivas (es decir, "uno o el otro, pero no ambos") cuando esté precedido por términos de exclusividad, tal como "cualquiera", "uno de", " solo uno de" o "exactamente uno de". "Consistente esencialmente en", cuando se usa en las reivindicaciones, tendrá su significado ordinario tal como se usa en el campo de la ley de patentes.

Tal como se usa en el presente documento en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, la frase "al menos uno", en referencia a una lista de uno o más elementos, debe entenderse que significa al menos un elemento seleccionado de cualquiera o más de los elementos en la lista de elementos, pero sin incluir necesariamente al menos uno de todos y cada uno de los elementos enumerados específicamente en la lista de elementos y sin excluir ninguna combinación de elementos en la lista de elementos. Esta definición también permite que opcionalmente puedan estar presentes elementos distintos de los elementos específicamente identificados dentro de la lista de elementos a los que se refiere la frase "al menos uno", ya sea relacionado o no con esos elementos específicamente identificados.

También debe entenderse que, a menos que se indique claramente lo contrario, en cualquier método reivindicado en el presente documento que incluya más de una etapa o acto, el orden de las etapas o actos del método no se limita necesariamente al orden en que se recitan las etapas o actos del método. Además, los números de referencia que aparecen entre paréntesis en las reivindicaciones, si los hay, se proporcionan simplemente por conveniencia y no deben interpretarse como una limitación de las reivindicaciones de ninguna manera.

En las reivindicaciones, así como en la especificación anterior, todas las frases de transición como "comprende", "incluye", "lleva", "tiene", "contiene", "implica", "posee", "compuesto de", y similares deben entenderse como abiertos, es decir, que significan que incluyen, pero no se limitan a. Únicamente las frases de transición "que consiste en" y "que consiste esencialmente en" serán frases de transición cerradas o semicerradas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de red de malla inalámbrica (100) que comprende:

- al menos dos enrutadores de borde (200, 200a, 200b) configurados para conectar nodos (300) en la red de malla inalámbrica (800) a una red externa (900), y en el que un dispositivo enrutador de borde (200, 200a, 200b) comprende:

- un primer controlador (210) configurado para determinar un intervalo de baliza;

- un programador (220) configurado para determinar un momento de tiempo de transmisión de baliza para enviar un paquete de baliza periódicamente después de cada intervalo de baliza;

- un primer transceptor (230) configurado para transmitir el paquete de baliza en un canal de comunicación en el momento de transmisión de la baliza;

y estando caracterizado el dispositivo enrutador de borde (200, 200a, 200b) por que:

el primer controlador (210) está configurado además para determinar el intervalo de baliza en función de la capacidad disponible del enrutador de borde, en el que la capacidad disponible está relacionada con una carga de tráfico real del enrutador de borde, la carga de tráfico real comprende la recepción de paquetes de datos con el enrutador de borde como destino en la red de malla inalámbrica (800) procedente de los nodos de la red de malla inalámbrica (800), ya sea a través de un enlace directo o mediante retransmisión de múltiples saltos, transmisión de paquetes de datos desde el enrutador de borde a los nodos en la red de malla inalámbrica (800) ya sea a través de un enlace directo o a través de retransmisión de múltiples saltos y procesamiento interno de dichos paquetes de datos;

y en el que cuanto mayor sea la carga de tráfico real, menor será la capacidad disponible y, por lo tanto, mayor será el intervalo de baliza;

- al menos un nodo (300), y en el que el nodo comprende:

- un segundo transceptor (330) configurado para monitorizar un canal de comunicación;

- un segundo controlador (310); y

estando caracterizado el nodo por que

- el segundo controlador está configurado para derivar intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde, y para seleccionar un enrutador de borde que tenga el intervalo de baliza estimado más corto de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, con el reenvío enrutador de borde como destino en la red de malla inalámbrica (800).

2. Un dispositivo enrutador de borde (200, 200a, 200b) para su uso en una red de malla inalámbrica (800), para conectar nodos en la red de malla inalámbrica (800) a una red externa (900), que comprende:

- un controlador (210) configurado para determinar un intervalo de baliza;

- un transceptor (230) configurado para transmitir el paquete de baliza en un canal de comunicación en el momento de transmisión de la baliza;

el controlador (210) está configurado además para determinar el intervalo de baliza en función de la capacidad disponible del enrutador de borde, en el que la capacidad disponible está relacionada con una carga de tráfico real del enrutador de borde, la carga de tráfico real comprende la recepción de paquetes de datos con el enrutador de borde como destino en la red de malla inalámbrica (800) procedente de los nodos de la red de malla inalámbrica (800), ya sea a través de un enlace directo o mediante retransmisión de múltiples saltos, transmisión de paquetes de datos desde el enrutador de borde a los nodos en la red de malla inalámbrica (800) ya sea a través de un enlace directo o a través de retransmisión de múltiples saltos, y el procesamiento interno de dichos paquetes de datos; y en el que cuanto mayor sea la carga de tráfico real, menor será la capacidad disponible y, por lo tanto, mayor será el intervalo de baliza.

3. El dispositivo enrutador de borde (200, 200a, 200b) de la reivindicación 2, en el que el controlador (210) está configurado además para:

- detectar un conflicto potencial entre una transmisión programada de un paquete de baliza y una transmisión de un paquete de datos;

- determinar un retraso para posponer la transmisión programada del paquete de baliza para evitar el conflicto potencial;

y en el que el planificador está configurado además para:

- ajustar el momento del tiempo de transmisión baliza según el retraso determinado.

4. Un nodo (300) para su uso en una red de malla inalámbrica (800) para buscar un enrutador de borde de reenvío a una red externa (900), en el que el nodo comprende:

- un transceptor (330) configurado para monitorizar un canal de comunicación;

- un controlador (310); y

estando caracterizado el nodo por que

- el controlador está configurado para derivar intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde, y para seleccionar un enrutador de borde que tenga el intervalo de baliza estimado más corto de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, con el enrutador de borde de reenvío como destino en la red de malla inalámbrica (800).

5. Un método de un enrutador de borde (200, 200a, 200b) en una red de malla inalámbrica (800), para conectar nodos en la red de malla inalámbrica (800) a una red externa (900), en el que el método comprende las etapas de:

- determinar (S501) un intervalo de baliza;

- determinar (S502) un momento de tiempo de transmisión de baliza para enviar un paquete de baliza periódicamente después de cada intervalo de baliza;

- transmitir (S503) el paquete de baliza en un canal de comunicación en el momento de transmisión de baliza; y

el método está caracterizado por que comprende además la etapa de:

- determinar (S508) el intervalo de baliza en función de una capacidad disponible del enrutador de borde, en el que la capacidad disponible está relacionada con una carga de tráfico real del enrutador de borde, la carga de tráfico real comprende la recepción de paquetes de datos con el enrutador de borde como un destino en la red de malla inalámbrica (800) procedente de los nodos de la red de malla inalámbrica (800), ya sea a través de un enlace directo o mediante retransmisión de múltiples saltos, transmisión de paquetes de datos desde el enrutador de borde a los nodos de la red de malla inalámbrica (800) ya sea a través de un enlace directo o a través de retransmisión de múltiples saltos y procesamiento interno de dichos paquetes de datos;

y en el que cuanto mayor sea la carga de tráfico real, menor será la capacidad disponible y, por lo tanto, mayor será el intervalo de baliza.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el método comprende además las siguientes etapas:

- detectar (S504) un conflicto potencial entre una transmisión programada de un paquete de baliza y una transmisión de un paquete de datos;

- determinar (S505) un retraso para posponer la transmisión programada del paquete de baliza para evitar el conflicto potencial;

- ajustar (S506) el momento de tiempo de transmisión baliza según el retraso determinado.

7. El método de la reivindicación 5 o 6, en el que el intervalo de baliza se determina en función de una comparación entre la carga de tráfico real y una carga de tráfico de referencia, y en el que la carga de tráfico de referencia se establece en función de al menos uno de los conocimientos de la carga de tráfico histórica, un valor predefinido establecido por el fabricante, y un valor programable configurado por la red o por el propio enrutador de borde; y en el que un indicador de carga se deriva de la comparación usando una de las siguientes etapas:

- establecer el indicador de carga en un primer valor predefinido si la carga de tráfico real es inferior o igual a la carga de tráfico de referencia;

- establecer el indicador de carga en un segundo valor aplicando una función escalonada, lineal, no lineal o exponencial al primer valor predefinido de acuerdo con la relación o la diferencia entre la carga de tráfico real y la referencia carga de tráfico.

8. El método de la reivindicación 7, en el que el intervalo de baliza se determina multiplicando un intervalo de baliza de referencia con el indicador de carga, y en el que el intervalo de baliza de referencia se establece en función de al menos uno de los conocimientos del intervalo de baliza histórico, un valor predefinido establecido por el fabricante, un valor programable configurado por la red o por el enrutador de borde y el nivel de batería restante del enrutador de borde.

9. Un método de un nodo (300) en una red de malla inalámbrica (800) para buscar un enrutador de borde de reenvío a una red externa (900), en el que el método comprende las etapas de:

- monitorizar (S601) un canal de comunicación;

estando el método caracterizado por que comprende además las etapas de

- derivar (S602) intervalos de baliza estimados de al menos dos enrutadores de borde;

- seleccionar (S603) un enrutador de borde que tiene el intervalo de baliza estimado más corto de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, con el enrutador de borde de reenvío como destino en la red de malla inalámbrica (800).

10. El método de la reivindicación 9, en el que el método comprende además las etapas de:

- comparar (S604) los intervalos de baliza estimados con un intervalo de baliza estimado de referencia;

- determinar (S605) si los intervalos de baliza estimados de los al menos dos enrutadores de borde son todos mayores o menores que el intervalo de baliza estimado de referencia;

- seleccionar (S606) aleatoriamente un enrutador de borde de los al menos dos enrutadores de borde como el enrutador de borde de reenvío, si los intervalos de baliza estimados de los al menos dos enrutadores de borde son todos mayores o menores que el intervalo de baliza estimado de referencia; y

- en el que el intervalo de baliza estimado de referencia se basa en al menos uno de los siguientes: conocimiento del intervalo de baliza estimado histórico, un valor predefinido establecido por un fabricante, un valor programable configurado por la red o por el propio nodo, y un valor detectado en el paquete de baliza

11. El método de la reivindicación 9 o 10, en el que, si se reciben más de dos paquetes de baliza posteriores desde el mismo enrutador de borde, el intervalo de baliza estimado se obtiene en función de un cálculo promedio o un cálculo de la mediana de las separaciones de tiempo entre paquetes de baliza adyacentes recibidos desde el mismo enrutador de borde.

12. El método de la reivindicación 9, 10 u 11, en el que el método comprende además la etapa de:

- seleccionar un enrutador de borde como el enrutador de borde de reenvío considerando (S610) al menos un criterio adicional de una lista de criterios que comprende (a) el número de saltos en la trayectoria desde el nodo sensor hasta el enrutador de borde, (b) el promedio calidad de enlace de la trayectoria entre el nodo sensor y el enrutador de borde, (c) la calidad de enlace más baja en la trayectoria entre el nodo de sensor y el enrutador de borde, (d) el nivel promedio de batería restante en la trayectoria entre el nodo de sensor y el enrutador de borde, (e) el nivel de batería restante más bajo en la trayectoria entre el nodo del sensor y el enrutador de borde.

13. Un programa de ordenador que comprende medios de código que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo el método de la reivindicación 5.

14. Un programa de ordenador que comprende medios de código que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo el método de la reivindicación 9.