ITTO20080777A1 - Metodo di gestione dei ruoli dei nodi di una rete wireless di comunicazione mobile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“METODO DI GESTIONE DEI RUOLI DEI NODI DI UNA RETE WIRELESS DI COMUNICAZIONE MOBILEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di gestione dei ruoli dei nodi di una rete wireless di comunicazione mobile. In particolare, la presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di gestione dei ruoli all’interno di una rete magliata i cui nodi fanno uso di ruoli funzionali tipici di una rete gerarchica del tipo punto-multipunto in un contesto a divisione di tempo con assegnazione dinamica dei ruoli dei nodi.

Com’à ̈ noto, tradizionalmente le tecnologie radio strutturate per essere utilizzate in reti gerarchiche di tipo punto-multipunto, tipicamente in uso nei sistemi radiomobili per la gestione delle reti cellulari pubbliche, sono differenti dalle tecnologie radio destinate all'uso in reti paritarie di tipo magliato, tipicamente impiegate in nicchie di mercato anche rilevanti come la sensoristica o le reti per impiego professionale.

Tuttavia, nella domanda di brevetto italiano TO2007A000441 depositata il 20 giugno 2007 viene descritto un sistema di telecomunicazione comprendente una rete magliata i cui nodi, compatibili con lo standard IEEE 802.16e-2005 (anche noto come Worldwide Interoperability for Microwave Access, WIMAX), assumono ruoli funzionali tipici di una rete gerarchica del tipo punto-multipunto, in un contesto a divisione di tempo, in modo tale per cui la rete magliata stessa risulta equiparabile ad una rete magliata paritaria del tipo molti-a-molti.

In dettaglio, la trama (″frame″) temporale di comunicazione della rete magliata à ̈ suddivisa in una pluralità di intervalli o blocchi temporali, non necessariamente di egual durata, entro ognuno dei quali viene applicato uno schema di comunicazione gerarchica punto-multipunto. I nodi assumono a rotazione una funzione di “master†della comunicazione gerarchica durante gli intervalli temporali entro i quali à ̈ assegnata loro tale funzione.

A titolo esemplificativo, la figura 1 mostra un esempio di rete magliata 1 del tipo descritto nella domanda di brevetto italiano TO2007A000441 e formata da una pluralità di nodi 2, in particolare dodici nodi identificati con N1-N12, ciascuno dei quali comprende una stazione radio base BS, deputata a svolgere funzioni del tipo di quelle svolte da una stazione base di un sistema punto-multipunto, e una stazione utente o stazione mobile MS, deputata a svolgere funzioni del tipo di quelle svolte da una stazione terminale di un sistema radiomobile.

Ciascun nodo N1-N12 ha un differente ruolo topologico, di qui in avanti definito anche come ruolo. In particolare, un nodo (nell’esempio di figura 1, il nodo N1) avente funzioni di gestione della rete e tipicamente non affiliato ad alcun altro nodo viene definito nodo radice (″root node″). Nodi che possono essere sia affiliati sia affilianti (i nodi N2, N3, N4, N5) vengono definiti nodi interni (″internal nodes″) o di dorsale (“backbone†), mentre nodi che non hanno (né possono avere) nodi affiliati (i nodi N6, N7, N8, N9, N10, N11, N12) vengono definiti nodi foglia (″leaf nodes″).

A seconda del ruolo topologico di ciascun nodo N1-N12 della rete magliata 1 (radice, interno o foglia), le corrispondenti stazioni radio base BS e mobile MS possono essere entrambe attive, come nel caso dei nodi interni, oppure può essere attiva la sola stazione radio base BS, come nel caso del nodo radice; infine, nel caso di nodi foglia, à ̈ attiva la sola stazione mobile MS. Nel caso di nodo interno, la stazione mobile MS può diventare attiva solo quando la stazione radio base BS associata non à ̈ impegnata nella comunicazione. Nel caso di nodo foglia, la stazione radio base BS può diventare attiva quando si attivano procedure speciali, quali ad esempio le operazioni di gestione citate in seguito.

I nodi 2 comunicano utilizzando intervalli temporali o ″slot″ all'interno di una trama unica in tutta la rete. Conformemente allo standard 802.16.2005, le trame si ripetono periodicamente e ciascuna trama può comprendere fino a otto slot. Al nodo radice e a ogni nodo interno vengono assegnati uno o più slot in modo schedulato a trama cadenzata, in modo tale per cui, durante ciascuno slot, può essere attiva la stazione radio base BS di un solo nodo. Inoltre, tipicamente ciascun nodo interno attiva la propria stazione radio base BS in un solo slot della trama, sebbene sia possibile associare più slot ad uno stesso nodo interno. Uno o più degli slot in cui à ̈ suddivisa la trama sono dedicati ad operazioni di gestione della rete; tali slot, generalmente chiamati slot di gestione, possono essere assegnati ad esempio a nodi foglia, i quali, durante tali slot di gestione, emettono segnali utili alla loro identificazione da parte di altri nodi della rete.

Secondo quanto indicato nella citata domanda di brevetto italiano TO2007A000441, sono consentite comunicazioni bidirezionali stazione radio base BS/stazione mobile MS di differenti nodi, ma non sono permesse comunicazioni fra stazioni radio base BS o fra stazioni mobili MS. In dettaglio, ciascun nodo interno può affiliarsi, mediante la propria stazione mobile MS, alla stazione radio base BS di un altro nodo interno; inoltre, ciascun nodo interno può stabilire, mediante la propria stazione radio base BS, connessioni di tipo puntomultipunto con nodi foglia, in particolare con le stazioni mobili MS di tali nodi foglia. Ne risulta che ogni stazione mobile MS si sincronizza e comunica con una sola stazione radio base BS (connessione punto-punto), mentre ciascuna stazione radio base BS può comunicare con più stazioni mobili MS, che si connettono secondo tecniche di accesso multiplo alla stazione radio base BS durante lo slot di pertinenza della stazione radio base BS.

All’interno di ciascuno slot, le comunicazioni avvengono secondo tecniche note nel campo delle comunicazioni elettriche, come ad esempio la tecnica di multiplazione a divisione di tempo (“Time Division Duplex†, TDD), oppure la tecnica di multiplazione a divisione di frequenza (“Frequency Division Duplex†, FDD), oppure ancora con tecniche ibride, facenti uso sia della multiplazione TDD che FDD. Ad esempio, nel caso di tecnica TDD, data una trama di comunicazione, ciascuno slot à ̈ suddiviso in una sottotrama di downlink e una sottotrama di uplink, di dimensioni variabili. Ciascuna stazione radio base BS stabilisce una connessione di trasmissione durante la sottotrama di downlink e una connessione di ricezione durante la sottotrama di uplink, mentre ciascuna stazione mobile MS stabilisce una connessione di ricezione durante la sottotrama di downlink e una di trasmissione durante la sottotrama di uplink.

Dati i ruoli topologici assunti, il nodo radice stabilisce, mediante la propria stazione radio base BS, connessioni di trasmissione durante la sottotrama di downlink e connessioni di ricezione durante la sottotrama di uplink con le stazioni mobili MS dei nodi (interni o foglia) ad esso affiliati. Ciascun nodo interno stabilisce, mediante la propria stazione mobile MS, una connessione di ricezione durante la sottotrama di downlink e una connessione di trasmissione durante la sottotrama di uplink con un altro nodo; inoltre stabilisce, mediante la propria stazione radio base BS, connessioni di trasmissione durante la sottotrama di downlink e connessioni di ricezione durante la sottotrama di uplink con le stazioni mobili MS dei nodi (interni o foglia) ad esso affiliati. Infine, ciascun nodo foglia stabilisce, mediante la propria stazione mobile MS, una connessione di ricezione durante la sottotrama di downlink e una connessione di trasmissione durante la sottotrama di uplink con la stazione radio base BS del nodo interno cui à ̈ affiliato.

A titolo esemplificativo, nello schema di figura 1, la stazione mobile MS1 del nodo radice N1, che qui non à ̈ affiliato ad altri nodi, à ̈ utilizzata solo per misure, mentre la stazione radio base BS1 à ̈ collegata alle stazioni mobili MS2, MS3 e MS6 dei nodi interni N2, N3, nonché del nodo foglia N6. Le stazioni radio base BS2 e BS3 dei nodi interni N2, N3 sono collegate, rispettivamente, alla stazione mobile MS4 del nodo interno N4, e alle stazioni mobili MS7 e MS5 del nodo foglia N7 e del nodo interno N5. Le stazioni radio base BS4 e BS5 dei nodi interni N4 e N5 sono quindi collegate, rispettivamente, alle stazioni mobili MS8, MS9 dei nodi foglia N8, N9 e alle stazioni mobili MS10, MS11 e MS12 dei nodi foglia N10, N11 e N12. Le stazioni radio base BS6-BS12 dei nodi foglia N6-N12 non sono collegate ad altre stazioni mobili MS e sono usate solo in procedure di gestione straordinaria.

La gestione della rete illustrata in figura 1 à ̈ demandata al nodo radice N1, avente una struttura analoga a quella dei nodi interni ma ospitante un organo centrale, chiamato radice topologica (“topology root†), che espleta funzioni di gestione della rete. In dettaglio, tra le funzioni assolte dal nodo radice vi sono: la costruzione e la gestione della struttura (″backbone″) della rete stessa, stabilendo e gestendo il ruolo assunto da ciascun nodo nella trama temporale di comunicazione utilizzata nella rete; la gestione dell’ingresso e dell’uscita di nodi dalla rete nodi; la ricerca di nuovi nodi/reti prossimi ai nodi della rete considerata; la gestione di guasti e di perdite di connettività; la creazione di una matrice di visibilità dei nodi e la distribuzione di tale matrice di visibilità a tutti i nodi della rete.

Reti del tipo descritto trovano largo impiego in scenari a rapida evoluzione temporale, in cui i nodi sono tipicamente mobili nello spazio, con conseguenti continue variazioni delle posizioni relative dei nodi stessi. Inoltre, il traffico generato dai nodi, inteso come tipo e quantità di dati scambiati da un nodo con altri nodi nell’unità di tempo, può variare nel tempo. Ancora, alcuni nodi possono allontanarsi dagli altri nodi, fuoriuscendo dalla rete, oppure nuovi nodi possono aggiungersi ai nodi presenti, con conseguente ampliamento della rete stessa.

In seguito al mutare delle condizioni della rete (traffico, aggiunta/allontanamento di nodi, modifica dell’importanza dei, ecc.), à ̈ auspicabile avere la possibilità di modificare i ruoli topologici di uno o più nodi, ed eventualmente anche di cambiare il nodo radice, in modo da ottimizzare le prestazioni complessive della rete, ed in particolare l’allocazione degli slot ai nodi della rete, la copertura geografica della rete, la quantità di dati scambiati complessivamente nella rete nell’unità di tempo (throughput), i ritardi di trasmissione, ecc.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un metodo di gestione dei ruoli dei nodi di una rete che consenta di effettuare cambiamenti di ruoli dei nodi della rete.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un metodo di gestione dei ruoli dei nodi di una rete senza fili, un nodo per rete di comunicazione senza fili, una rete di comunicazione senza fili ed un prodotto software, come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1, 13, 14 e 15.

Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne viene ora descritta una forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra un esempio di rete a topologia magliata a cui si applica l'invenzione;

- la figura 2 mostra un diagramma di flusso relativo alla procedura di cambiamento di ruolo da nodo interno a nodo foglia;

- la figura 3 mostra un diagramma di flusso relativo alla procedura di cambiamento di ruolo da nodo foglia a nodo interno; e

- la figura 4 mostra un diagramma di flusso relativo alla procedura di cambiamento del nodo radice.

La descrizione che segue fa riferimento alla rete illustrata in figura 1. Tale rete ha una struttura ad albero, dal momento che il nodo radice (nodo N1) si trova al vertice dell’albero e non si affilia ad altri nodi. Esso gestisce quindi la procedura di cambio ruolo. Tuttavia, la presente invenzione si applica anche a reti aventi struttura magliata.

In particolare, quando il nodo radice (N1 in figura 1) evidenzia la necessità o l'opportunità di ridefinire la struttura della rete 1 o di alcuni nodi 2 della rete 1 stessa, esso verifica il ruolo topologico dei nodi interessati e gestisce le operazioni necessarie per la modifica dei ruoli, per consentire alla rete 1 di adattarsi alle condizioni esterne e/o ottimizzare il proprio funzionamento. Dato che ciascun nodo ha tutte le risorse per operare nei differenti ruoli, ma opera in modo differente ed i suoi componenti vengono attivati e/o disattivati diversamente a seconda del ruolo assunto nella rete, il cambiamento di ruolo avviene in modi diversi.

Da un punto di vista pratico, la modifica di un ruolo topologico di un nodo risulta di notevole complessità. Ad esempio, nel caso di cambiamento di ruolo di un nodo da interno a foglia, occorre minimizzare, e possibilmente annullare, il numero dei nodi ad esso affiliati che, in seguito a detto cambiamento di ruolo, perdono la connettività con la rete. Nel caso di cambiamento di ruolo da foglia a interno, essendo generalmente limitato il numero massimo di nodi interni che possono essere presenti in una rete, tale cambiamento deve avvenire in modo da rispettare tale limite. Analogamente, il cambiamento del nodo radice deve avvenire con il minimo numero di perdite di connettività all’interno della rete, possibilmente senza alcuna perdita.

Quando si rende opportuno cambiare il ruolo di un nodo (in seguito, per semplicità, identificato come nodo Nx) da nodo interno a nodo foglia, si attua la procedura schematicamente illustrata in figura 2, in cui si suppone che il nodo interno Nx in questione sia affiliato ad un altro nodo interno o al nodo radice.

Data la possibilità, per il nodo interno Nx, di avere nodi affiliati, il nodo radice verifica la presenza di nodi affiliati al nodo Nx (blocco 10). In caso di assenza di nodi affiliati (ad esempio quando i nodi affiliati al nodo Nx si sono appena disconnessi perché usciti dalla rete o perché c'à ̈ stato un precedente cambiamento della topologia della rete), uscita NO del blocco 10, il nodo Nx spegne la propria stazione radio base BS (blocco 12) e notifica al nodo radice l’avvenuto cambiamento (blocco 14). Viceversa, se il nodo Nx presenta nodi affiliati, uscita SI del blocco 10, esso comanda loro di migrare la comunicazione e di affiliarsi (“handover†) ad altri nodi della rete (blocco 16) e successivamente verifica la riuscita di tali migrazioni (blocco 18). Nel caso in cui tutti i nodi affiliati siano riusciti ad effettuare l’handover verso altri nodi, uscita SI del blocco 18, il nodo Nx spegne la propria stazione BS (blocco 12) e notifica al nodo radice l’avvenuto cambiamento (blocco 14). Viceversa, nel caso in cui non tutti i nodi affiliati siano riusciti ad effettuare l’handover verso altri nodi, uscita NO del blocco 18, il nodo Nx informa il nodo radice dell’impossibilità di effettuare l’handover da parte dei propri nodi affiliati (blocco 20).

Successivamente, il nodo radice decide (blocco 22) se il nodo Nx deve comunque eseguire il cambiamento di ruolo. Nel caso in cui il nodo radice decida di forzare comunque il cambiamento di ruolo del nodo Nx, uscita SI del blocco 22, il nodo Nx esegue le relative operazioni, portandosi al blocco 12, con conseguente perdita di connettività da parte dei nodi affiliati che non sono riusciti ad effettuare l’handover; in alternativa, uscita NO del blocco 22, il nodo Nx sospende il cambiamento di ruolo (blocco 24).

Quando si vuole cambiare il ruolo di un nodo (in seguito chiamato per semplicità nodo Ny) da nodo foglia a nodo interno, si attua la procedura 94 schematicamente illustrata in figura 3.

In dettaglio, il nodo radice verifica inizialmente la disponibilità di uno slot della trama per il nodo Ny (blocco 50), cioà ̈ di uno slot non assegnato ad alcun nodo interno, né al nodo radice, né ad operazioni di gestione.

In caso di slot disponibile, uscita SI del blocco 50, il nodo radice informa il nodo Ny circa tale slot (blocco 52) e lo invita ad effettuare il cambiamento di ruolo (blocco 54).

Successivamente, il nodo Ny attiva la propria stazione radio base BS (blocco 56) ed inizia ad operare come nodo interno, e diventa quindi disponibile ad affiliare altri nodi, ad esempio nodi che si sono avvicinati alla rete e che devono essere affiliati.

In caso di slot non disponibile, uscita NO del blocco 50, il nodo radice ricerca un nodo interno Ncmin trasformabile in nodo foglia con minimo costo di trasformazione ctr, tale nodo essendo in seguito definito come nodo interno a costo minimo Ncmin.

Per individuare il nodo interno a costo minimo Ncmin, il nodo radice calcola per tutti i nodi interni della rete il corrispondente costo di trasformazione ctr(blocco 60) e, successivamente, seleziona il nodo interno avente il minor costo di trasformazione ctr(blocco 62).

Dato un nodo interno, il summenzionato costo di trasformazione ctrviene calcolato come somma pesata di costi parziali relativi al medesimo nodo interno, i quali sono a loro volta calcolati secondo rispettivi criteri di calcolo preimpostabili da un gestore di rete. A titolo puramente esemplificativo, tali criteri di calcolo comprendono:

- importanza strategica del nodo all’interno della rete;

- numero, ed eventualmente anche ruolo, dei nodi affiliati al nodo;

- missione assegnata al nodo e/o direzione/velocità del nodo, ad esempio costi parziali bassi (al limite, addirittura negativi) vengono assegnati a nodi destinati ad allontanarsi dalla rete, quindi inadatti ad avere il ruolo di nodi interni;

- qualità delle trasmissioni del nodo, in particolare presenza di disturbi elettromagnetici e/o probabilità di subire intercettazioni, ad esempio costi parziali bassi vengono assegnati a nodi affetti da elevati disturbi elettromagnetici o a rischio di intercettazione, quindi meno adatti ad operare come nodi interni.

La somma pesata (a discrezione del gestore di rete) dei costi parziali relativi ad un nodo determina il costo trasformazione ctrdi tale nodo.

Successivamente, il nodo radice comanda al nodo interno a costo minimo Ncmin di cambiare il proprio ruolo in nodo foglia (blocco 64), tale cambiamento avvenendo secondo i passi descritti in precedenza e schematicamente illustrati in figura 2.

Il nodo radice verifica la riuscita del cambiamento di ruolo del nodo interno a costo minimo Ncmin (blocco 66).

Nel caso in cui il cambiamento di ruolo riesca, uscita SI del blocco 66, ad esempio perché il nodo interno a costo minimo Ncmin à ̈ privo di nodi affiliati, oppure perché i nodi ad esso affiliati riescono ad effettuare l’handover su altri nodi, lo slot precedentemente assegnato al nodo interno a costo minimo Ncmin viene assegnato al nodo Ny, riportandosi al blocco 52.

Nel caso in cui il cambiamento di ruolo del nodo interno a costo minimo Ncmin fallisca, ad esempio perché esso presenta nodi affiliati che non riescono ad effettuare l’handover su altri nodi, uscita NO del blocco 66, il nodo radice determina un costo cno_trassociato alla mancata trasformazione del nodo Ny in interno (blocco 68).

I criteri per determinare tale costo cno_trassociato alla mancata trasformazione sono preimpostabili dal gestore di rete e sono analoghi a quelli descritti in precedenza relativamente al costo di trasformazione ctr(somma pesata di costi parziali), con le seguenti avvertenze:

- il costo parziale del numero di nodi affiliati à ̈ chiaramente nullo, ed à ̈ sostituito da un costo parziale indicativo del numero di nodi che potenzialmente il nodo Ny può affiliare, ovvero dei nodi che sono in condizioni da poter stabilire comunicazioni con il nodo Ny.

Successivamente, il nodo radice confronta tale costo cno_trassociato alla mancata trasformazione del nodo Ny in interno con il costo di trasformazione ctrdeterminato per il nodo interno a costo minimo Ncmin (blocco 70).

Nel caso in cui il costo di trasformazione ctrdel nodo interno a costo minimo Ncmin sia minore del costo cno_trassociato alla mancata trasformazione del nodo Ny, uscita SI del blocco 70, il nodo radice comanda la trasformazione forzata del nodo interno a costo minimo Ncmin (blocco 72), e si riporta al blocco 52.

Nel caso in cui il costo di trasformazione ctrdel nodo interno a costo minimo Ncmin sia maggiore del costo cno_trassociato alla mancata trasformazione del nodo Ny (uscita NO del blocco 70), il nodo radice lascia la topologia inalterata (blocco 74). Successivamente, il nodo radice verifica (blocco 76) se à ̈ intercorso un intervallo di tempo T0dall’inizio della procedura di cambiamento di ruolo del nodo Ny, ed in particolare dalla verifica della disponibilità di uno slot (blocco 50). Tale intervallo di tempo T0può essere prefissato dall’operatore di rete, ad esempio in funzione del numero totale di nodi, della velocità di spostamento dei nodi, ecc., e rappresenta, come descritto in dettaglio in seguito, il tempo massimo in cui à ̈ possibile effettuare la ricerca di un nodo interno da cambiare in nodo foglia, così da liberare il corrispondente slot per assegnarlo al nodo Ny.

Nel caso in cui l’intervallo di tempo T0non sia ancora trascorso, uscita NO del blocco 76, il nodo radice determina (blocco 78) un sottoinsieme dei nodi interni, comprendente nodi interni della rete selezionati secondo una regola di selezione descritta in dettaglio in seguito.

Su tale sottoinsieme sono quindi iterate le operazioni svolte nei blocchi 60-76. In tale iterazione, nel blocco 68 viene ricalcolato il costo il cno_trassociato alla mancata trasformazione del nodo Ny in interno, dato che tale costo può differire dal costo cno_trcalcolato in precedenza, ad esempio perché intercorsi cambiamenti della topologia di rete.

Operativamente, ad ogni iterazione, la regola di selezione prevista nel blocco 78 prevede di determinare il sottoinsieme di nodi interni a partire da un insieme comprendente tutti i nodi interni, escludendo ad ogni iterazione i nodi interni a costo minimo Ncmin selezionati in precedenza, così da restringere le ricerca di ulteriori nodi interni a costo minimo Ncmin ai soli nodi interni non ancora selezionati. Nel caso in cui, prima che sia trascorso l’intervallo di tempo T0, vengano selezionati almeno una volta tutti i nodi interni della rete, la regola di selezione prevede che il sottoinsieme di nodi interni in cui ricercare il nodo interno a costo minimo Ncmin sia formato dagli N nodi interni selezionati meno recentemente, con N scelto a discrezione del gestore di rete. Ovviamente, N deve essere non nullo e minore del numero totale di nodi interni della rete. Ad esempio, con N pari a uno, i nodi interni vengono selezionati nello stesso ordine con cui sono stati selezionati in precedenza, viceversa, con N pari al numero totale di nodi interni meno uno, dal sottoinsieme di nodi interni viene escluso, ad ogni iterazione, solamente il nodo interno a costo minimo Ncmin selezionato all’iterazione precedente. Nel caso particolare di rete comprendente un solo nodo interno, il sottoinsieme di nodi interni comprende, ad ogni iterazione, tale nodo interno.

Nel caso in cui l’intervallo di tempo T0sia trascorso, uscita SI del blocco 76, si esce dal ciclo definito dai blocchi 60-70, 74-78, senza che sia stato possibile selezionare un nodo interno in grado di cambiare il proprio ruolo in foglia, cioà ̈ senza che sia stato possibile identificare un nodo interno a costo di trasformazione da nodo interno a nodo foglia minore del costo cno_trassociato alla mancata trasformazione del nodo Ny in interno (blocco 68).

In tal caso, il nodo radice verifica (blocco 80) se permangono condizioni tali per cui à ̈ ancora necessario effettuare il cambiamento di ruolo del nodo Ny. Nel caso in cui tali condizioni siano mutate, così che il cambiamento di ruolo del nodo Ny non à ̈ più necessario, uscita NO del blocco 80, la procedura termina; viceversa, se permangono tali condizioni, il nodo radice attende un ulteriore intervallo di tempo d’attesa Ta(blocco 82), e successivamente riprende la procedura descritta, a partire dalla verifica della presenza di uno slot disponibile (blocco 50).

Quando si rende opportuno cambiare il nodo radice, cioà ̈ trasferire la radice topologica ad altro nodo, si esegue la procedura schematicamente illustrata in figura 4. A titolo esemplificativo, il cambiamento del nodo radice può risultare opportuno quando il nodo radice à ̈ in procinto di disconnettersi dalla rete, ad esempio perché prossimo alla disattivazione, oppure quando nella rete entra un nodo cui si vuole assegnare il ruolo di nodo radice.

Nel seguito, per ragioni di chiarezza, ci si riferisce al nodo radice che trasferisce la radice topologica come radice originale, mentre ci si riferisce al nodo che à ̈ destinato ad accogliere la radice topologica come nuova radice.

Come illustrato in figura 4, la radice originale seleziona la nuova radice (blocco 90), quindi verifica (blocco 92) il ruolo topologico della nuova radice selezionata. Nel caso in cui la nuova radice sia un nodo foglia (uscita NO del blocco 92), prima di proseguire la procedura, la radice originale forza tale nuova radice a cambiare il proprio ruolo da foglia a interno (blocco 94). Nel caso in cui la nuova radice sia già un nodo interno (uscita SI del blocco 92), oppure dopo aver cambiato il ruolo della nuova radice (blocco 94), la radice originale invia in broadcast a tutti i nodi della rete un messaggio di blocco (“freeze†), mediante il quale vieta ai nodi stessi di effettuare handover fino a comunicazione successiva (blocco 96).

Successivamente, la radice originale verifica se la nuova radice à ̈ direttamente connessa ad essa (blocco 98).

In caso di connessione diretta (uscita SI del blocco 98), la radice topologica migra direttamente dalla radice originale alla nuova radice (blocco 100) e successivamente invia (blocco 102) in broadcast a tutti i nodi della rete un messaggio di sblocco, mediante il quale informa dell’avvenuta migrazione e della possibilità di effettuare nuovamente handover.

Viceversa, cioà ̈ nel caso in cui la nuova radice à ̈ connessa indirettamente con la radice originale (uscita NO del blocco 98), cioà ̈ nel caso in cui la nuova radice e la radice originale siano collegate mediante una catena di nodi interni intermedi, la radice topologica à ̈ trasferita in modo iterativo (blocco 104). In dettaglio, la radice topologica à ̈ trasferita dalla radice originale al primo nodo interno della catena, poi dal primo nodo interno della catena al successivo nodo interno della catena, e così di seguito, fino al raggiungimento della nuova radice. Durante tale trasferimento iterativo, i nodi interni della catena, quando ospitano la radice topologica, assumono il ruolo di radice temporanea. Nel caso in cui il trasferimento iterativo fino al raggiungimento della nuova radice avvenga senza interruzioni, viene inviato un solo messaggio di freeze prima dell’inizio del trasferimento iterativo, e un solo messaggio di sblocco alla fine. Nel caso in cui la procedura subisca interruzioni (caso non illustrato in figura 4), la radice temporanea che ospita la radice topologica al momento dell’interruzione diviene la nuova radice della rete e invia in broadcast a tutti nodi della rete un messaggio di sblocco per consentire nuovamente l’effettuazione di handover. Viceversa, il messaggio di sblocco viene inviato quando la radice topologica raggiunge la nuova radice (blocco 102), al termine del trasferimento iterativo.

Il trasferimento del ruolo di radice ad un nodo interno, o trasformato in nodo interno per l’occasione (blocco 94), comporta il trasferimento di funzionalità tipiche del nodo radice (ad esempio, la generazione di sincronismi di rete), ma non richiede il trasferimento né di software né di dati, poiché i nodi della rete hanno tutti lo stesso software ed i nodi interni hanno a disposizione gli stessi dati a disposizione del nodo radice.

Risulta infine evidente che al presente metodo di gestione dei ruoli dei nodi di una rete possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, definito dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, durante la procedura di cambiamento di ruolo di un nodo Ny da foglia ad interno, ad ogni iterazione delle operazioni di calcolo dei costi di trasformazione ctrdei nodi del sottoinsieme di nodi interni, il nodo radice può memorizzare i costi ctrcalcolati all’iterazione precedente, determinando i nuovi costi ctrsulla base di tali costi e dei cambiamenti topologici intervenuti tra l’attuale iterazione e l’iterazione precedente.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di gestione di ruoli in una rete (1) di comunicazione senza fili comprendente una pluralità di nodi (2), comprendente la fase di assegnare a detti nodi selettivamente ruoli di nodo radice (N1), nodo interno (N2-N5) o nodo foglia (N6-N12), ciascun nodo foglia essendo affiliato a un nodo interno o a un nodo radice, ciascun nodo interno essendo affiliato a un altro nodo interno o al nodo radice, e comprendente inoltre la fase di associare al nodo radice e a ciascun nodo interno un rispettivo intervallo temporale all’interno di una trama di comunicazione, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre la fase di modificare dinamicamente il ruolo di detti nodi includente selezionare un nodo fra detta pluralità di nodi, verificare il ruolo di detto nodo selezionato ed eseguire una procedura di cambiamento ruolo scelta fra una pluralità di procedure sulla base di detto ruolo di detto nodo selezionato.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta pluralità di procedure comprende una procedura di cambiamento di ruolo da nodo interno a nodo foglia includente le fasi di: - verificare (10) la presenza di nodi affiliati ad un nodo selezionato (Nx); - in caso di assenza di nodi affiliati, cambiare (12) il ruolo di detto nodo selezionato (Nx) da nodo interno a nodo foglia; - viceversa, affiliare (16) detti nodi affiliati ad altri nodi della rete; e - successivamente, cambiare (12) il ruolo di detto nodo selezionato (Nx) da nodo interno a nodo foglia.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta pluralità di procedure comprende inoltre una procedura di cambiamento del ruolo da foglia a interno includente le fasi di: a) verificare (50) la presenza di un intervallo temporale libero non associato ad alcun nodo interno o radice; b) in caso di presenza di detto intervallo temporale libero, cambiare (52-56) il ruolo di detto nodo selezionato (Ny) da nodo foglia a nodo interno, associando a detto nodo selezionato (Ny) detto intervallo temporale; c) in caso di assenza di detto intervallo temporale libero, calcolare (60) un costo di trasformazione (ctr) in nodo foglia per ciascuno di detti nodi interni di detta rete e selezionare (62) un nodo interno a costo minimo (Ncmin) avente minimo costo di trasformazione (ctr); d) comandare (64) un cambiamento di ruolo di detto nodo interno a costo minimo (Ncmin) da nodo interno a nodo foglia (blocco); e) verificare (66) l'avvenuto cambiamento di ruolo da nodo interno a nodo foglia; f) in caso di esito negativo di detta fase e) di verificare, calcolare (68) un costo (cno_tr) associato al mancato cambiamento di ruolo di detto nodo selezionato (Ny) e confrontare (70) detto costo (cno_tr) associato al mancato cambiamento di ruolo con detto costo di trasformazione (ctr) di detto nodo interno a costo minimo (Ncmin); g) se detto costo di trasformazione (ctr) di detto nodo interno a costo minimo (Ncmin) à ̈ minore di detto costo (cno_tr) associato al mancato cambiamento di ruolo di detto nodo selezionato (Ny), forzare (72) detto cambiamento di ruolo di detto nodo interno a costo minimo (Ncmin) a nodo foglia e liberare l’intervallo temporale associato a detto nodo interno a costo minimo (Ncmin); h) viceversa, lasciare (74) inalterati i ruoli dei nodi della rete.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detta procedura di cambiamento del ruolo da foglia a interno comprende inoltre le fasi di: i) se detto costo di trasformazione (ctr) di detto nodo interno a costo minimo (Ncmin) Ã ̈ maggiore di detto costo (cno_tr) associato al mancato cambiamento di ruolo di detto nodo selezionato (Ny), selezionare (78) un sottoinsieme di nodi interni della rete; j) su detto sottoinsieme di nodi interni, iterare le fasi da c) a h).
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui detta fase di selezionare (78) un sottoinsieme di nodi interni della rete comprende selezionare nodi interni non selezionati in iterazioni precedenti.
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, comprendente, in caso di esito positivo di detta fase e), cambiare (52-56) il ruolo di detto nodo selezionato (Ny) da nodo foglia a nodo interno, associando a detto nodo selezionato (Ny) l’intervallo temporale precedentemente associato a detto nodo interno a costo minimo (Ncmin).
7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, comprendente, prima di detta fase j) di iterare, le fasi di: - calcolare un tempo di ricerca di nodo a costo minimo; - confrontare (76) detto tempo di ricerca di nodo a costo minimo con un tempo di ricerca massimo (T0); - qualora detto tempo di ricerca di nodo a costo minimo sia inferiore a detto tempo di ricerca massimo (T0), eseguire detta fase j) di iterare.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre le fasi di: - qualora detto tempo di ricerca di nodo a costo minimo sia maggiore di detto tempo di ricerca massimo (T0), verificare (80) se permangono condizioni di opportunità di cambiamento di ruolo di detto nodo selezionato (Ny); - in caso positivo, attendere (82) un intervallo di tempo di attesa (Ta) e tornare a detta fase a) verificare la presenza di un intervallo temporale libero.
9. 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 8, in cui detta fase di calcolare (60) un costo di trasformazione (ctr) comprende, per ciascun nodo interno considerato, calcolare una somma pesata di uno o più dei seguenti costi parziali: - un costo parziale indicativo di importanza strategica di detto nodo interno considerato all’interno della rete; - un costo parziale indicativo del numero e del ruolo dei nodi affiliati a detto nodo interno considerato; - un costo parziale indicativo di una missione assegnata a detto nodo interno considerato; - un costo parziale indicativo di direzione/velocità detto nodo interno considerato; - un costo parziale indicativo della presenza di disturbi elettromagnetici e/o della probabilità di subire intercettazioni da parte di detto nodo interno considerato.
10. 10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 9, in cui detta fase di calcolare (68) un costo (cno_tr) associato al mancato cambiamento di ruolo di detto nodo selezionato (Ny) comprende calcolare una somma pesata di uno o più dei seguenti costi parziali: - un costo parziale indicativo di importanza strategica di detto nodo selezionato (Ny) all’interno della rete; - un costo parziale indicativo del numero e del ruolo dei nodi della rete potenzialmente affiliabili a detto nodo selezionato (Ny); - un costo parziale indicativo di una missione assegnata a detto nodo selezionato; - un costo parziale indicativo di direzione/velocità di detto nodo selezionato; - un costo parziale indicativo della presenza di disturbi elettromagnetici e/o della probabilità di subire intercettazioni da parte di detto nodo selezionato.
11. 11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-10, in cui detta pluralità di procedure comprende una procedura di cambiamento del nodo radice atta a consentire una migrazione di una radice topologica da una radice originale a una nuova radice e includente le fasi di: - verificare (92) un ruolo precedentemente associato a detta nuova radice; - se detta nuova radice à ̈ un nodo foglia, effettuare detta procedura (94) di cambiamento di ruolo da nodo foglia a nodo interno; - inviare (96) un messaggio di blocco di cambiamento di ruolo ai nodi della rete; - se detta nuova radice e detta radice originale sono direttamente connesse, migrare (100) detta radice topologica da detta radice originale a detta nuova radice, viceversa migrare (104) detta radice topologica da detta radice originale a detta nuova radice lungo una catena di nodi interni intermedi, ciascuno di detti nodi interni intermedi agendo da radice temporanea; - inviare (102) ai nodi della rete un messaggio di sblocco, in modo da abilitare nuovamente cambiamenti di ruolo da parte di detti nodi.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detta procedura di cambiamento del nodo radice comprende inoltre la fase di: - nel caso in cui si verifichi un’interruzione di detta procedura di cambiamento del nodo radice durante la fase di migrare detta radice topologica, detta interruzione avvenendo mentre detta radice topologica à ̈ ospitata da un nodo interno intermedio, assegnare a detto nodo interno intermedio il ruolo di nuova radice.
13. 13. Nodo per rete di comunicazione senza fili, configurato per implementare il metodo di gestione dei ruoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
14. 14. Rete di comunicazione senza fili comprendente una pluralità di nodi (2), in cui detti nodi sono configurati per implementare il metodo di gestione dei ruoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-12.
15. 15. Prodotto software caricabile in una memoria di un nodo di una rete di comunicazione senza fili e configurato per implementare, quando eseguito, il metodo di gestione dei ruoli dei nodi (2) di una rete (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.