ITTO20070661A1 - Instradamento di una comunicazione in una rete di telecomunicazioni wireless - Google Patents

Description

"Instradamento di una comunicazione in una rete di telecomunicazioni wireless"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda i protocolli di instradamento per reti wireless.

Più specificamente, l'invenzione riguarda un procedimento di instradamento di una comunicazione per una rete di telecomunicazioni wireless a topologia magliata.

Il protocollo di instradamento AODV (Ad Hoc On-Demand Dìstance Vector) è un algoritmo di instradamento per reti ad-hoc mobili, cioè reti costituite da un insieme di nodi mobili connessi mediante collegamenti senza fili. In questo tipo di reti tutti ì nodi del sistema collaborano per individuare il percorso ottimo lungo il quale instradare pacchetti di dati, cioè il percorso che permette di raggiungere il destinatario il più velocemente possibile .

Il protocollo AODV permette di realizzare un instradamento di tipo dinamico tenendo conto delle caratteristiche e del carico della rete. Questo algoritmo permette, su richiesta, ossia quando è necessario inviare dati, dì individuare un percorso ottimo da un nodo sorgente ad uno destinatario, eventualmente "saltando" su uno o più nodi intermedi, utilizzando un vettore trasmissivo associato a ciascun nodo. Tali vettori trasmissivi vengono configurati per permettere la comunicazione tra i nodi della rete, ad esempio viene impostata la frequenza, la modalità e la potenza di trasmissione.

Le reti di comunicazione comuni alle forze dell'ordine e utilizzate in ambito militare si basano sia sui sistemi radio (HF, VHF, telefono senza fili a lungo raggio) sia sui sistemi satellitari. I nodi di tali reti sono terminali mobili aventi ciascuno un'unità rice-trasmittente per realizzare una comunicazione di dati. Le unità rice-trasmittenti sono i sopra citati vettori trasmissivi.

Le unità trasmittenti sono dotate di un'interfaccia, preferibilmente di tipo LAN (questi apparati sono utilizzati in reti wireless) o seriale {sincrona o asincrona).

Nei sistemi tradizionali, l'algoritmo AODV è applicato a terminali mobili che posseggono una sola unità trasmittente. Questo avviene perché l'algoritmo AODV standard è in grado di scegliere il percorso ottimo basandosi su un solo vettore trasmissivo per ogni terminale. Questo limite rende talvolta difficoltose le trasmissioni tra i terminali, specie nel caso in cui siano presenti terminali in avaria.

Inoltre nel caso in cui i terminali mobili corrispondano a veicoli impiegati sul territorio in operazioni militari, non è possibile localizzare velocemente le singole unità e comunicare con loro da una stazione base fissa.

Scopo della presente invenzione è dunque quello di proporre un procedimento di instradamento di una comunicazione in grado di migliorare le comunicazioni nel caso in cui siano presenti terminali in avarìa .

Questi ed altri scopi vengono raggiunti con un procedimento di instradamento di una comunicazione le cui caratteristiche principali sono definite nella rivendicazione 1.

Modi particolari di realizzazione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Formano ulteriore oggetto dell'invenzione un sistema di instradamento di una comunicazione, una rete di comunicazione, un nodo di rete ed un programma per elaboratore come rivendicato.

In sintesi, oggetto dell'invenzione è un procedimento di instradamento in grado di utilizzare terminali mobili aventi una pluralità di unità rice-trasmittenti, di individuare il percorso ottimo lungo il quale instradare pacchetti di dati e di selezionare l'unità trasmittente adatta, per ciascun terminale mobile, per realizzare la trasmissione dei dati. Tale procedimento consente ai terminali di effettuare in modo automatizzato operazioni di scambio di messaggi o allarmi e consente inoltre di seguire gli spostamenti sul terreno di tali terminali da una stazione base fissa.

Il procedimento dì instradamento secondo l'invenzione è in grado di scegliere, sulla base di criteri statici e dinamici descritti in seguito, il percorso da utilizzare per eseguire una trasmissione in una rete magliata wireless. Il procedimento è inoltre in grado dì scegliere l'unità trasmittente più adatta, in ogni nodo, per trasferire i dati.

Il procedimento secondo l'invenzione presenta un alto grado di affidabilità e l'aderenza a certificazioni di sicurezza ITSEC a livello E2.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 è una rappresentazione schematica di un nodo secondo l'invenzione, e

- la figura 2 è una rappresentazione schematica di una rete di telecomunicazioni wireless operante secondo il procedimento dell'invenzione.

In figura 1 è rappresentato schematicamente un nodo 2 di una rete di telecomunicazioni wireless a tipologia magliata, quale un terminale mobile della rete, comprendente quattro unità rice-trasmittenti 4, 6, 8, 10 predisposte per trasmettere e ricevere pacchetti di dati, ciascuna di dette unità ricetrasmittenti 4, 6, 8, 10 utilizzando un canale di trasmissione predefinito. Tale canale di trasmissione è, preferibilmente, di tipo VHP, UHF, HF, terminale satellitare o telefono senza fili a lungo raggio ed è connessa al nodo 2 via LAN o via seriale. Il numero di unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 comprese nel nodo 2 non è essenziale ai fini dell'invenzione ed è concepibile di realizzare nodi aventi un numero qualsiasi di unità trasmittenti, utilizzanti uguali o differenti canali di trasmissione .

In figura 2 è illustrato uno schema di una rete di comunicazione comprendente una pluralità di nodi 2 del tipo illustrato in figura 1.

Ipotizziamo che un nodo trasmettitore 20 debba inviare dati ad un nodo destinatario 22 (comunicazione unicast). In alternativa, il nodo destinatario 22 può non essere unico ma possono essere una pluralità (comunicazione multicast) .

Il procedimento secondo l'invenzione comprende una serie di operazioni descritte in seguito le quali, in base a criteri statici e dinamici, consentono di individuare un percorso ottimo 24 per raggiungere il nodo destinatario 22 attraverso alcuni nodi 2 della rete.

I criteri statici sono criteri indicativi di parametri nominali di configurazione dei nodi 2. Tali criteri statici sono, preferibilmente, la disponibilità delle unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 (ad esempio, si utilizza solo l'unità trasmittente di tipo radio HF perché quella di tipo radio VHF è dedicata alla comunicazione vocale); la priorità di utilizzo delle unità trasmittenti (ad esempio, si preferisce l'unità trasmittente di tipo radio HF perchè più economica rispetto al terminale satellitare civile) o il numero di tentativi predefinito per una comunicazione (ad esempio, si esegue un numero prestabilito di tentativi di utilizzo di un'unità trasmittente predefinita e poi si cambia per la ricerca del percorso ottimo).

I criteri dinamici sono criteri indicativi di condizioni operative correnti dei nodi 2. Tali criteri dinamici sono, preferibilmente, la priorità del messaggio (ad esempio, messaggi importanti vengono inviati utilizzando le unità trasmittenti considerate più affidabili), la dimensione del messaggio (ad esempio, si può decidere di inviare messaggi grandi con un'unità trasmittente di tipo satellitare e messaggi piccoli con un'unità trasmittente di tipo radio HF) o la distanza tra i nodi 2 che devono comunicare (ad esempio, se due nodi 2 sono molto lontani si predilige l'uso di un'unità trasmittente di tipo radio HF invece di un'unità trasmittente di tipo radio VHF). Altri criteri dinamici sono, preferibilmente, lo stato dell'unità trasmittente 4, 6, 8, 10 (ad esempio un'unità trasmittente in avaria lieve viene utilizzata meno di un'unità trasmittente 4, 6, 8, 10 funzionante), la priorità e/o criticità del nodo 2 (ad esempio, dare maggiore priorità ai nodi più importanti, quali ad esempio il posto di comando), la registrazione storica della comunicazione precedente (ad esempio, se un predeterminato percorso è stato cercato con l'unità trasmittente di tipo radio VHF per un numero prestabilito di tentativi e non si è raggiunto il nodo destinatario 22, la volta successiva si utilizza un'altra unità trasmittente, ad esempio la radio HF).

Il procedimento consente inoltre di individuare, per ciascun nodo 2 appartenente a detto percorso ottimo 24, l'unità trasmittente più adatta alla trasmissione .

Il procedimento secondo l'invenzione consente di eseguire tutte le operazioni in maniera trasparente per i software applicativi di livello superiore (comando e controllo) e consente inoltre di gestire l'eventuale aggiunta di nuove unità trasmittenti nei singoli nodi 2, aumentando così la possibilità di sfruttare nuovi percorsi per raggiungere il nodo destinatario 22. Tali applicativi dì livello superiore (comando e controllo) sono programmi atti ad essere elaborati da un processore installato in ciascun nodo 2 della rete e sono predisposti per fornire un'interfaccia grafica utente per l'invio dei comandi e la visualizzazione dei nodi 2.

Il procedimento permette inoltre di effettuare in ciascun nodo 2 una comunicazione vocale con un altro nodo 2 contemporaneamente all'invio di dati; il procedimento è inoltre atto ad essere eseguito da differenti sistemi operativi installati nei nodi 2. Durante le fasi di invìo dei dati dal nodo sorgente 20 al nodo destinatario 22, l'utente può decidere di utilizzare una delle unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 per comunicare localmente. In questo caso, se è stato individuato un percorso ottimo 24 utilizzante l'unità trasmittente 4, 6, 8, 10 impegnata dall'utente per la comunicazione vocale, il procedimento cerca un nuovo percorso per raggiungere il nodo destinatario 22 usando le altre unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 disponibili . Quando l'unità trasmittente 4, 6, 8, 10 impegnata per la comunicazione vocale viene liberata, essa rientra a far parte delle unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 disponibili .

I messaggi che vengono trasmessi per mezzo del procedimento secondo l'invenzione sono preferibilmente in formato XML e comprendono un tag iniziale il quale comprende i seguenti attibuti:

- Id_msg: è un numero progressivo che identifica il messaggio .

- Ip: è l'indirizzo IP del nodo trasmettitore 20. - Ip_dest : è l'indirizzo IP del destinatario; per una comunicazione unicast e' l'indirizzo IP del nodo destinatario 22, per una comunicazione multicast e' l'intervallo di indirizzi IP dei nodi destinatari 22; per una comunicazione broadcast e' un numero predefinito, ad esempio 255.

- Priority : e' un numero compreso tra 0 e 9 che indica la priorità del messaggio.

- Equipment : e' un numero che identifica il codice del vettore trasmissivo nel caso in cui venga richiesta una particolare unità trasmittente 4,6, 8, 10 per la trasmissione del messaggio.

- Cipher: è un numero che identifica la richiesta di cifratura del messaggio.

- Receipt : è un numero che identifica la richiesta di ricevuta di ritorno da parte del nodo destinatario 22

- Delivery_mode : è un numero che indica se il nodo trasmettitore 20 e il nodo destinatario 22 devono memorizzare il messaggio prima dì inviarlo. Tale numero indica se il dato è persistente o è non persistente. Un messaggio non persìstente è un messaggio che viene sovra-scritto se è presente in coda al procedimento nel momento in cui arriva un altro messaggio dello stesso tipo e con lo stesso destinatario. Un messaggio persistente è un messaggio che non viene invece sovrascritto.

- Timestamp: è una dicitura relativa alla data; viene presa in considerazione l'ora UTC nel formato "yyyy-MM-ddThh:mm:ss" .

- Correlation_id: è un numero identificativo di un messaggio correlato a quello attuale.

- Type : è un numero che indica la tipologia del messaggio, ad esempio messaggio generico, di localizzazione, di allarme, di localizzazione e allarme, di emergenza, di ricevuta di ritorno;

- Expiration: è la data di validità del messaggio; rappresenta la data e l'ora di scadenza del messaggio. Ha lo stesso formato dell'attributo timestamp.

Le operazioni del procedimento sono le seguenti:

- ricevere i messaggi da trasmettere dagli applicativi di livello superiore (ad esempio i messaggi introdotti dall'utente tramite l'interfaccia grafica) ;

- analizzare gli attributi contenuti nei tag XML sopra descritti;

- individuare il o i nodi destinatari 22;

- inviare alle varie unità trasmissive 4, 6, 8, 10 dei vari nodi 2 un pacchetto di dati RREQ in broadcast per la ricerca del percorso ottimo 24;

- ricevere un pacchetto di dati RREP di risposta proveniente dal/i nodo/i destinatario/i 22;

- cifrare i dati da trasmettere, in maniera simmetrica o asimmetrica (questa operazione è facoltativa) ;

- calcolare e allegare una firma digitale ai dati da inviare al nodo destinatario 22 (questa operazione e' facoltativa);

- trasmettere i dati al nodo destinatario 22;

- attendere una ricevuta di ritorno. Questa operazione è facoltativa; l'applicativo di livello superiore (comando e controllo) sa se tale ricevuta deve essere attesa o meno ed abilita tale ricezione. In caso di mancata ricezione, i dati sono preferibilmente nuovamente inviati.

Il nodo sorgente 20 che deve inviare dati al nodo destinatario 22 deve inizialmente cercare il percorso per raggiungere tale nodo destinatario 22 .

La ricerca del percorso ottimo 24 viene effettuata, analogamente all'algoritmo AODV standard, tramite l'invio del pacchetto RREQ. Tale pacchetto RREQ, diversamente da quanto accade nel procedimento AODV standard, viene inviato su tutte le unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 presenti in ciascun nodo 2 sulla base dei criteri statici e dinamici sopra descritti. Se, ad esempio, le forze armate preferiscono comunicazioni con la radio HF piuttosto che trasmissioni con via satellite (che prevedono costi aggiuntivi), il pacchetto RREQ verrà inviato prima alle unità trasmittenti di tipo radio HF e solo nel caso in cui la ricerca del percorso ottimo 24 non abbia dato esito positivo verranno utilizzate unità trasmissive di tipo satellitare. Analogamente, se è stata registrata, in assenza di scelte predefinite, l'impossibilità di comunicare con le unità trasmittenti di tipo radio VHF (per la presenza, ad esempio, di ostacoli alla propagazione delle onde elettromagnetiche, ad esempio una montagna tra il nodo sorgente 20 ed il nodo destinatario 22) in un certo numero di comunicazioni, alla richiesta successiva di comunicazione verrà inviato il pacchetto RREQ alle altre differenti unità trasmittenti disponibili, ottimizzando il traffico in aria. I messaggi importanti che devono arrivare sicuramente al nodo destinatario 22 (ad esempio un allarme) devono poter usare le unità trasmittenti più affidabili e veloci per garantire la notifica del messaggio nel più breve tempo possibile, evitando di saltare su nodi 2' intermedi.

La ricezione del pacchetto RREP informa il nodo sorgente 20 che il percorso è stato trovato e che possono dunque essere inviati i dati utili.

Procedimenti noti possono essere inoltre utilizzati per ricostruire un rotta nel caso in cui essa venga danneggiata (per esempio per avaria di un nodo 2 intermedio).

Il procedimento secondo l'invenzione è predisposto per essere realizzato da un sistema atto ad elaborare gruppi o moduli dì programmi memorizzati su disco o accessibili in rete.

Tali moduli comprendono:

- un modulo di cifratura;

un modulo di calcolo;

- un modulo di interfaccia XML verso l'applicativo di livello superiore;

- un modulo di interfaccia con un database contenente parametri di configurazione delle unità trasmissive 4, 6, 8, 10, preferibilmente la velocità della porta seriale, il numero di tale porta seriale o le frequenze di trasmissione, il numero di unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 per ciascun nodo 2, l'elenco dei criteri statici e dinamici;

- un modulo driver per la banda VHF;

- un modulo driver per la banda HF;

- un modulo driver per il telefono senza fili a lungo raggio;

- un modulo driver per l'apparato satellitare civile in banda L;

- un modulo driver per l'apparato satellitare militare.

Questi moduli sono predisposti per comunicare con le unità trasmittenti 4, 6, 8, 10 per eseguire il procedimento secondo l'invenzione.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a guanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1, Procedimento di instradamento di una comunicazione comprendente pacchetti di dati in una rete di telecomunicazioni wireless a topologia magliata includente una pluralità di nodi {2} di comunicazione, il procedimento comprendendo in combinazione le operazioni di: - predisporre in ciascun nodo (2) una pluralità di unità rice-trasmittenti (4, 6, 8, 10) atte a trasmettere e ricevere i pacchetti di dati utilizzando un canale di trasmissione prestabilito; - predisporre mezzi di elaborazione, associati a ciascun nodo (2) e atti ad elaborare dati di messaggio comprendenti attributi per identificare almeno un nodo trasmettitore (20) e almeno un nodo destinatario (22) del messaggio; - definire per ciascun nodo (2) una pluralità di criteri statici indicativi dì parametri nominali di configurazione dei nodi (2) e criteri dinamici indicativi di condizioni operative correnti dei nodi (2); - inviare dal nodo trasmettitore (20) a una pluralità di nodi (2) di destinazione intermedi dati di interrogazione dei nodi {2} per la ricerca di al meno un percorso di trasmissione dei dati di messaggio verso l'almeno un nodo destinatario (22); - iterare l'invio di detti dati di interrogazione da almeno uno di detti nodi (2) di destinazione intermedi, selezionato secondo detti criteri statici e dinamici, verso nodi successivi fino al raggiungimento dell'almeno un nodo destinatario (22) definendo in tal modo un percorso ottimo (24); - ricevere al nodo trasmettitore (20), lungo detto percorso ottimo (24), dati di risposta provenienti dall'almeno un nodo destinatario (22); - instradare lungo detto percorso ottimo (24), dal nodo trasmettitore (20) al nodo destinatario (22), i dati di messaggio.
2. 2. Procedimento di instradamento di una comunicazione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre l'operazione di: - cifrare i dati di messaggio in modalità simmetrica.
3. 3. Procedimento di instradamento di una comunicazione secondo la rivendicazione l, comprendente inoltre l'operazione di: - cifrare i dati di messaggio in modalità asimmetrica .
4. 4 . Procedimento dì instradamento di una comunicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre l'operazione dì: - calcolare e allegare una firma digitale ai dati di messaggio.
5. 5. Procedimento di instradamento di una comunicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, detta comunicazione comprendendo segnali vocali atti ad essere scambiati tra detti nodi (2).
6. 6 . Procedimento di instradamento dì una comunicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti criteri statici sono almeno uno tra disponibilità delle unità ricetrasmittenti (4, 6, 8, 10), priorità di utilizzo delle unità rice-trasmittenti (4, 6, 8, 10) e numero di tentativi predefinito per detta comunicazione.
7. 7. Procedimento di instradamento di una comunicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti criteri dinamici sono almeno uno tra priorità dei dati di massaggio, dimensione dei dati di messaggio, distanza tra i nodi (2), stato delle unità rice-trasmittenti (4, 6, 8, 10), priorità dei nodi (2), registrazione storica di una comunicazione precedente.
8. 8. Procedimento di instradamento di una comunicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, i nodi comprendendo unità ricetrasmittenti (4, 6, 8, 10} atte a trasmettere e ricevere i pacchetti di dati utilizzando un diverso canale di trasmissione prestabilito, tra cui HF, VHF, UHF, terminale satellitare, telefono senza fili .
9. 9. Sistema di instradamento di pacchetti di dati atto ad eseguire il procedimento come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8.
10. 10. Rete di comunicazione atta ad operare secondo il procedimento come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8.
11. 11. Nodo di rete comprendente una stazione radio base ed una stazione terminale mobile atto ad operare secondo il procedimento come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8.
12. 12. Programma di elaborazione o gruppo di programmi eseguibile/ì da un sistema di elaborazione comprendente/i uno o più moduli di codice per l'attuazione di un procedimento per l'instradamento di pacchetti di dati secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8.