MX2013013953A - Metodo para establecer canales de frecuencia en una red inalambrica en malla de multiples saltos. - Google Patents

Abstract

Un método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos que comprende una pluralidad de nodos. Cada nodo salta en los canales de frecuencia, con un periodo de salto, de acuerdo con una secuencia de salto en los canales de frecuencia. Todos los paquetes de datos transmitidos por los nodos tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto. Cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un primer modo de transmisión para transmitir un paquete de datos, éste lleva a cabo las etapas de: seleccionar un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; y transmitir el paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración del paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

Description

MÉTODO PARA ESTABLECER CANALES DE FRECUENCIA EN UNA RED INALÁMBRICA EN MALLA DE MÚLTIPLES SALTOS CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de la invención es el de un control de acceso al medio (MAC) en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos (también referida como red inalámbrica en malla ad hoc) que comprende una pluralidad de nodos.

Más específicamente, la invención se relaciona con una técnica para establecer (también referido como asignar o distribuir) canales de frecuencia en la red.

La presente invención puede aplicarse, particular pero no exclusivamente, en el caso en el que cada uno de los nodos comprende o se conecta a por lo menos un sensor (por ejemplo, un sensor sísmico).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una primera solución conocida, para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos, se describe en la Patente Estadounidense 7,773,457 (Crice et al.), la cual describe un método para adquirir datos sísmicos mediante el uso de una red inalámbrica que comprende una serie de módulos individuales de adquisición de datos (que se configuran para recopilar datos sísmicos y enviar estos datos a un sistema central de registro y control). Se propone asignar diferentes frecuencias a los módulos de adquisición, de tal manera que no interfieran unos con otros. En otras palabras, se propone un Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA), es decir, un método de acceso al canal que distribuye a cada módulo de adquisición uno o varios canales (también referidos como bandas de frecuencia). Por lo tanto, diferentes módulos de adquisición pueden transmitir al mismo tiempo, aumentando así la velocidad de lectura de datos sísmicos.

El principal inconveniente de esta primera solución conocida es que un tercero debe asignar las frecuencias a los módulos de adquisición (distribución centralizada). Los módulos de adquisición no pueden establecer su frecuencia en forma autónoma e independiente.

Una segunda solución conocida, para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos, se describe en el siguiente artículo: "A New Multi-Channel MAC protocol with On-Demand Channel Assignment for Multi-Hop Mobile Ad Hoc Networks" by Shih-Lin Wu, Chih-Yu Lin, Yu-Chee Tseng and Jang-Ping Sheu. Los autores dividen el ancho de banda en un canal de control y en varios canales de datos. El objetivo del canal de control es resolver la contención/conflicto en los canales de datos (problema de acceso al medio) y decidir qué canales de datos se deben utilizar por cuáles anfitriones (problema de asignación de canales de datos). Se propone un nuevo protocolo de MAC de múltiples canales que puede aplicarse a tecnologías tanto de FDMA como de CDMA. La idea principal de este protocolo es la siguiente. Para que un anfitrión móvil A se comunique con un anfitrión móvil B, A enviará en el canal de control una RTS (Petición de Envío) a B, la cual portará su FCL (Lista de Canales Libres). Después, B hará coincidir su FCL con su CUL (Lista de Ocupación de Canales) para identificar un canal de datos (si lo hubiere) que se utilizará en su posterior comunicación y respuesta a CTS (Preparado para Enviar) a A en el canal de control. Una vez recibido el CTS de B, A enviará un paquete RES (reservación) en el canal de control para evitar que su entorno utilice el mismo canal de datos. De igual manera, el CTS evitará que el entorno de B utilice ese canal de datos. Finalmente, un paquete de datos se transmitirá de A a B en ese canal de datos.

Esta segunda solución conocida elimina el principal inconveniente de la primera solución conocida, ya que no es necesario que un tercero realice una asignación de canales de datos (distribución no centralizada).

Sin embargo, esta segunda solución conocida requiere el uso de señales de banda ancha en lugar de señales de banda estrecha (debido a los reglamentos de radiocomunicaciones que se detallarán más adelante), lo cual da lugar a una peor sensibilidad y, por consiguiente, a un menor balance de radioenlace para cada anfitrión móvil y, por lo tanto, a una menor vida útil de la batería (ya que se requiere una mayor potencia de transmisión).

De hecho, para aumentar la vida útil de la batería comprendida en un nodo de la red inalámbrica en malla de múltiples saltos, se tiene que disminuir la potencia de transmisión de este nodo. Para mantener el alcance del sistema (es decir, para mantener el balance de radioenlace), se debe, por lo tanto, mejorar la sensibilidad del sistema (el balance de radioenlace, referido como RLB, está dado por: RLB=G+P-S, donde G es la ganancia de antena, P es la potencia de transmisión y S es la sensibilidad). La sensibilidad puede mejorarse con el uso de señales de banda estrecha (ya que la sensibilidad depende de la potencia de salida de ruido, el cual depende en sí del ancho de banda de la señal). Sin embargo, debido a los reglamentos de radiocomunicaciones (FCC, CE-ETSI ...), el FHSS ("espectro expandido por salto de frecuencia") debe utilizarse cuando se utilicen señales de ancho de banda estrecha (ancho de banda menor que 500 kHz), por ejemplo, en la banda no comercial ISM de 2.4 GHz ("banda de radio industrial, científica y médica"). Conforme a estos reglamentos de radiocomunicaciones, el FHSS podría no ser obligatorio, pero en ese caso la potencia de transmisión permitida sería demasiado baja como para mantener el alcance. Por lo tanto, se debe utilizar el FHSS para obtener un nivel suficiente de potencia.

Sin embargo, debido a que la segunda solución requiere un canal de control y varios canales de datos, así como un mecanismo de RTS/CTS en el canal de control, esta segunda solución conocida no puede utilizar señales de banda estrecha, ya que el FHSS requiere un uso equivalente de las frecuencias. Por lo tanto, esta segunda solución conocida no puede utilizar señales de banda estrecha para mejorar la sensibilidad y, por consiguiente, la vida útil de la batería (ya que se necesita una mayor potencia de transmisión en ese caso).

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN La invención, por lo menos en una modalidad, está dirigida especialmente a superar los distintos inconvenientes de la técnica anterior.

Más específicamente, es un objetivo de por lo menos una modalidad de la invención ofrecer una técnica para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos, esta técnica permite: • facilitar la instalación de la red gracias a un establecimiento de frecuencia autónomo e independiente, sin la intervención de un tercero (cada nodo puede establecer su frecuencia en forma autónoma e independiente); y • utilizar señales de banda estrecha al mismo tiempo que se cumple con los reglamentos de radiocomunicaciones, lo cual da lugar a una mejor sensibilidad y, por consiguiente, a un mayor balance de radioenlace y, por lo tanto, a una mayor vida útil de la batería (ya que se requiere una menor potencia de transmisión).

También es un objetivo de por lo menos una modalidad de la invención ofrecer una técnica de este tipo, que permita reducir al mínimo el efecto del desvanecimiento de la frecuencia y, por lo tanto, fortalecer el radioenlace en ambientes obstruidos.

Es otro objetivo de por lo menos una modalidad de la invención ofrecer una técnica de este tipo que sea sencilla de implementar y de bajo costo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Una modalidad particular de la invención propone un método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos que comprende una pluralidad de nodos. Cada uno de los nodos salta en los canales de frecuencia, con un periodo de salto, de acuerdo con una secuencia de salto en los canales de frecuencia. Todos los paquetes de datos transmitidos por los nodos tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto. Cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un primer modo de transmisión para transmitir un paquete de datos, éste lleva a cabo las etapas de: seleccionar un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; - transmitir el paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración del paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

El principio general es el uso de una secuencia de salto de los canales de secuencia (es decir, una técnica de FHSS) para permitir que cualquier nodo seleccione un canal de frecuencia de transmisión. Dado que los paquetes tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto, y gracias al comportamiento aleatorio del evento de transmisión, varias transmisiones pueden tener lugar al mismo tiempo en diferentes canales de frecuencia. Por lo tanto, no es necesario que un tercero realice una asignación de canales de frecuencia (distribución no centralizada). Cada nodo puede establecer su canal de frecuencia en forma autónoma e independiente, con un aumento en la probabilidad de conseguir enlaces simultáneos en diferentes canales de frecuencia.

Esta invención utiliza la técnica de FHSS en una forma inusual, lo cual da lugar a una implementación intrínseca del FDMA con un establecimiento autónomo de canales de frecuencia por cada nodo de transmisor. Gracias al FDMA, el rendimiento total de la red no se degrada por los conflictos, y gracias al FHSS, la solución propuesta cumple con el reglamento de radiocomunicaciones y permite el uso de señales de banda estrecha que dan lugar a una mejor sensibilidad y, por consiguiente, a un mayor balance de radioenlace y, por lo tanto, a una mayor vida útil de la batería (ya que se requiere una menor potencia de transmisión).

Además, el FHSS reduce al mínimo el efecto del desvanecimiento de la frecuencia y, por lo tanto, fortalece el radioenlace en ambientes obstruidos. Por lo tanto, esto permite implementar redes inalámbricas en malla de múltiples saltos en ambientes obstruidos, sin planeaciones de canales de frecuencia, para facilitar la instalación de estas topologías de red, especialmente en el caso de redes inalámbricas sísmicas. Además, permite aumentar la vida útil de la batería de los nodos mediante el uso de señales de banda estrecha.

De acuerdo con una característica particular, cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un modo de recepción, éste lleva a cabo las etapas de: detectar un paquete de datos en un determinado canal de frecuencia de recepción de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; permanecer en un determinado canal de frecuencia de recepción, hasta el final del paquete de datos detectado, si el determinado nodo es el destino del paquete de datos detectado; saltar en el siguiente canal de frecuencia de la secuencia de salto en los canales de frecuencia, al final de un periodo de salto actual, si el determinado nodo no es el destino del paquete de datos detectado.

Por lo tanto, la secuencia de salto en los canales de frecuencia antes mencionada también se utiliza para permitir que cualquier nodo seleccione un canal de frecuencia de recepción.

De acuerdo con una característica particular, cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un segundo modo de transmisión para transmitir un paquete de confirmación de un paquete de datos previamente recibido por el determinado nodo en un determinado canal de frecuencia de recepción, éste lleva a cabo la etapa de: transmitir el paquete de confirmación, utilizando como canal de frecuencia de transmisión el determinado canal de frecuencia de recepción.

La transmisión del paquete de confirmación (paquete ACK) en la misma frecuencia que la frecuencia de recepción permite: * ahorrar tiempo para el nodo que recibe el paquete ACK. De hecho, en este caso no es necesario realizar un cambio de la frecuencia de recepción (no se requiere la reconfiguración de la frecuencia de recepción); * reducir al mínimo el riesgo de seleccionar una frecuencia que presente desvanecimiento. De hecho, si todo sale bien durante la transmisión del paquete de datos, de un primer nodo a un segundo nodo (por ejemplo, la transmisión en la frecuencia F1 , sin desvanecimiento), existe la posibilidad de que la transmisión del paquete ACK, del segundo nodo al primer nodo, también sea buena en la frecuencia F1 (debido a que no se presentó un desvanecimiento previo en F1 ). La transmisión del paquete ACK en una frecuencia distinta a F1 es posible; sin embargo, no se garantiza que esta frecuencia (F2, por ejemplo) no presente desvanecimiento.

De acuerdo con una característica particular, cuando un determinado nodo se encuentra en el primer modo de transmisión, éste lleva a cabo una etapa complementaria de: introducir un retardo aleatorio antes de llevar a cabo la etapa de transmisión.

Lo anterior permite aumentar aún más la probabilidad de conseguir enlaces simultáneos en diferentes canales de frecuencia.

De acuerdo con una característica particular, la etapa complementaria de introducir un retardo aleatorio se lleva a cabo antes de un segundo intento de ejecutar la etapa de transmisión, si un primer intento de ejecutar la etapa de transmisión no es satisfactorio debido a una falla de transmisión o a una detección de conflicto.

De acuerdo con una característica particular, el retardo aleatorio se define por: Trand = Random() x Th0p. donde: rand es el retardo aleatorio, Thop es el periodo de salto, y RandomQ es un número entero seudoaleatorio.

Por lo tanto, el retardo aleatorio se calcula fácilmente.

De acuerdo con una característica particular, el número entero seudoaleatorio Random() se obtiene de una distribución uniforme en un intervalo [O, CW], donde CW es una ventana de contención que tiene un valor entero.

De acuerdo con una característica particular, la ventana de contención CW aumenta siguiendo una forma exponencial binaria cuando la etapa de transmisión no puede ejecutarse normalmente.

De acuerdo con una característica particular, cuando un determinado nodo se encuentra en el primer modo de transmisión, la etapa de selección comprende: obtener un valor actual de un reloj CLK cuando inicia la etapa de selección, el reloj CLK aumenta en uno cada periodo de salto; calcular una frecuencia de referencia F(CLK) del canal de frecuencia de transmisión, de la siguiente manera: F(CLK) = FO + AF * Sequence(CLK módulo L), en donde: * FO es una frecuencia base, * AF es una separación entre canales, * L es el número de canales de frecuencia en la secuencia de salto en los canales de frecuencia, * Sequence(x) es una función que genera un número entero que tiene una clasificación x en una secuencia de números enteros que definen la secuencia de salto en los canales de frecuencia.

Por lo tanto, la etapa de selección es sencilla de implementar.

De acuerdo con una característica particular, L es un número primo.

Por lo tanto, todos los canales de frecuencia se utilizan del mismo modo.

De acuerdo con una característica particular, en la etapa de transmisión, el paquete de datos se transmite con una señal que tiene un ancho de banda menor que 500 kHz.

Tal como se mencionó anteriormente, el uso de señales de banda estrecha da lugar a una mejor sensibilidad y, por consiguiente, a un mayor balance de radioenlace y, por lo tanto, a una mayor vida útil de la batería (ya qué se requiere una menor potencia de transmisión).

En una aplicación particular, cada uno de los nodos comprende o se conecta a por lo menos un sensor sísmico que pertenece al grupo que comprende: sensores sísmicos, analógicos o digitales, que tienen un solo componente vertical; y sensores sísmicos, analógicos o digitales, que tienen tres componentes ortogonales.

De acuerdo con una característica particular, los nodos transmiten paquetes de datos que comprenden datos de control de calidad.

En otra modalidad, la invención se relaciona con un producto de programa de computadora que comprende instrucciones de códigos de programa para implementar el método antes mencionado (en cualquiera de sus diferentes modalidades) cuando el programa se ejecuta en una computadora o en un procesador.

En otra modalidad, la invención se relaciona con un medio portador legible por computadora, no transitorio, que almacena un programa que, cuando se ejecuta por una computadora o un procesador, ocasiona que la computadora o el procesador lleven a cabo el método antes mencionado (en cualquiera de sus diferentes modalidades).

Otra modalidad particular de la invención propone un nodo que pertenece a una pluralidad de nodos comprendidos en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos. El nodo comprende: - medios para saltar en los canales de frecuencia, con un periodo de salto, de acuerdo con una secuencia de salto en los canales de frecuencia, medios para transmitir paquetes de datos que tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto, y los siguientes medios, los cuales se activan cuando el nodo se encuentra en un primer modo de transmisión para transmitir un paquete de datos: medios para seleccionar un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; medios para transmitir el paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración del paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

De acuerdo con una característica particular, el nodo comprende los siguientes medios, los cuales se activan cuando el nodo se encuentra en un modo de recepción: medios para detectar un paquete de datos en un determinado canal de frecuencia de recepción de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; medios para permanecer en el determinado canal de frecuencia de recepción, hasta el final del paquete de datos detectado, si el nodo es el destino del paquete de datos detectado; medios para saltar en el siguiente canal de frecuencia de la secuencia de salto en los canales de frecuencia, al final de un periodo de salto actual, si el nodo no es el destino del paquete de datos detectado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otras características y ventajas de las modalidades de la invención se volverán evidentes a partir de la siguiente descripción proporcionada por medio de ejemplos representativos y no exhaustivos y a partir de los dibujos anexos, de los cuales: La Figura 1 presenta una ilustración esquemática de una misma secuencia de salto en los canales de frecuencia, compartida por dos nodos; La Figura 2 presenta una ilustración esquemática de la transmisión de paquetes de datos por un nodo, cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención; La Figura 3 es una ilustración esquemática de la transmisión de paquetes de datos y paquetes de confirmación correspondientes, entre dos nodos, cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención.

La Figura 4A es una ilustración esquemática de dos enlaces simultáneos; La Figura 4B es una ilustración esquemática de la transmisión de paquetes de datos en los dos enlaces de la Figura 4A, cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención; La Figura 5 presenta una ilustración esquemática de un nodo de conformidad con una modalidad particular de la invención; La Figura 6 es un diagrama de flujo que detalla las etapas llevadas a cabo por un nodo en el modo de transmisión cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención; La Figura 7 es un diagrama de flujo que detalla las etapas llevadas a cabo por un nodo en el modo de recepción cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En primer lugar presentamos el principio general de la invención, el cual se refiere a un método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos que comprende una pluralidad de nodos. Por ejemplo (ver la Figura 5 que se describe más adelante), esta red es una red de nodos (también referidos como "unidades de sensores sísmicos), cada nodo comprende o se conecta a por lo menos un sensor sísmico, y cada uno de estos nodos transmite paquetes de datos que comprenden datos de control de calidad.

Tal como se ilustra en la Figura 1. todos los nodos ("nodo A", "nodo B", etc.) conocen y comparten una misma secuencia de salto en los canales de frecuencia S. En el ejemplo de la Figura 1 , esta secuencia S comprende 17 canales de frecuencia FO a F16, con un periodo de salto Thop- Cada nodo salta en los canales de frecuencia FO a F16, con el periodo de salto Th0p, de acuerdo con la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. En otras palabras, un FHSS se implementa y cada nodo cambia su canal de frecuencia de recepción de acuerdo con la secuencia de salto en los canales de frecuencia S.

Tal como se ilustra en la Figura 2. cuando un nodo (por ejemplo, "nodo X") transmite un paquete de datos, el canal de frecuencia de transmisión está dado por (es decir, seleccionado por el nodo de acuerdo con) la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. El canal de frecuencia de transmisión seleccionado permanece fijo a lo largo de toda la duración del paquete de datos. Por ejemplo, el paquete de datos con número de referencia 21 (22, 23 y 24, respectivamente) se transmite con el canal de frecuencia de transmisión F2 (F8, F14 y F3, respectivamente), el cual es el actual canal de frecuencia dado por la secuencia de salto en los canales de frecuencia S cuando inicia la etapa de transmisión para este paquete de datos 21 (22, 23 y 24, respectivamente).

Todos los paquetes de datos 21-24 transmitidos por los nodos tienen una duración que puede variar de un paquete de datos a otro, pero que siempre es estrictamente más larga que el periodo de salto T 0p. En otras palabras, el FHSS se implementa con intervalos de tiempo estrictamente más cortos que la duración de los paquetes de datos transmitidos. Esta característica (intervalos de tiempo estrictamente más cortos que la duración mínima de los paquetes de datos) permite aumentar la probabilidad de conseguir enlaces simultáneos en diferentes canales de frecuencia.

En la modalidad de la Figura 2, un retardo aleatorio Trand se introduce antes de cada transmisión de paquetes de datos para aumentar aún más la probabilidad de conseguir enlaces simultáneos en diferentes canales de frecuencia. Por ejemplo, Trand es igual a 2* Th0p antes del paquete de datos 21 , a Th0p antes del paquete de datos 22, a 3* Thop antes del paquete de datos 23 y a 4* Th0p antes del paquete de datos 24.

La Figura 3 es una ilustración esquemática de la transmisión de paquetes de datos (DATA) 31a y 32a y paquetes de confirmación correspondientes (ACK) 31b y 32b, entre dos nodos ("nodo A" y "nodo B"), cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención.

En este ejemplo, cuando se encuentra en el modo de transmisión TX, el nodo A transmite el paquete de datos 31a, utilizando el canal de frecuencia de transmisión F1 , el cual está dado por la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. El canal de frecuencia de transmisión F1 seleccionado permanece fijo a lo largo de toda la duración del paquete de datos 31a. El nodo B, el cual se encuentra en el modo de recepción RX, detecta el paquete de datos 31a cuando se encuentra en el canal de frecuencia F1 y, después, permanece en este canal de frecuencia hasta el final del paquete de datos 31a. Después de que el paquete de datos 31a se recibe por completo, el nodo B cambia al modo de transmisión TX para transmitir el paquete de confirmación 31b correspondiente, utilizando el mismo canal de frecuencia de transmisión F1 (a lo largo de toda la duración del paquete de confirmación 31 b). El nodo A, el cual se encuentra en el modo de recepción RX, recibe el paquete de confirmación 3 b, en el canal de frecuencia F1.

El mismo razonamiento aplica a la transmisión, en el canal de frecuencia F9, tanto del paquete de datos 32a (del nodo A al nodo B) como al paquete de confirmación 32b correspondiente (del nodo B al nodo A).

Tal como se ilustra en la Figura 4B. gracias al comportamiento aleatorio del evento de transmisión, varias transmisiones pueden tener lugar al mismo tiempo en diferentes canales de frecuencia. Más precisamente, la Figura 4B es una ilustración esquemática de la transmisión simultánea de los paquetes de datos 41-44 en los dos enlaces de la Figura 4A ("enlace 1" entre los nodos A y B, y "enlace 2" entre los nodos C y D), cuando se implementa una modalidad particular del método de conformidad con la invención.

El nodo A transmite los paquetes de datos 41 y 42, utilizando los canales de frecuencia de transmisión F1 y F9, respectivamente, cada uno de los cuales está dado por la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. Cada uno de los canales de frecuencia de transmisión F1 y F9 seleccionados permanece fijo a lo largo de toda la duración del paquete de datos 41 o 42.

El nodo C transmite los paquetes de datos 43 y 44, utilizando los canales de frecuencia de transmisión F2 y F7, respectivamente, cada uno de los cuales está dado por la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. Cada uno de los canales de frecuencia F2 y F7 seleccionados permanece fijo a lo largo de toda la duración del paquete de datos 43 o 44.

La Figura 5 presenta una ilustración esquemática de un nodo 50 de conformidad con una modalidad particular de la invención.

En este ejemplo, el nodo 50 es una "unidad de sensor sísmico" que comprende: • un transceptor de RF de 2.4GHz 51 ; • dos antenas internas 52a, 52b, conectadas al transceptor de RF a través de un conmutador 53; • un microcontrolador (o un procesador) 54 conectado al transceptor de RF 51 ; • una memoria de acceso aleatorio (RAM) 55, por ejemplo una memoria de destello, conectada al microcontrolador 54; y • una memoria de sólo lectura (ROM) 56 conectada al microcontrolador 54.

El nodo 50 se conecta (o, en una modalidad alternativa, integra) a una interfaz de sincronización 58, hacia una fuente de sincronización (por ejemplo, GPS, radio o IEEE1588), generando un reloj de referencia. Tal como se describe más adelante, el microcontrolador 54 utiliza un reloj interno (CLK) que se sincroniza con el reloj de referencia, utilizando una señal externa que recibe la interfaz de sincronización 58.

El nodo 50 se conecta (por ejemplo, a través de una cadena) a por lo menos un sensor sísmico 57. En una modalidad alternativa, el por lo menos un sensor sísmico 57 se integra en el nodo 50.

Por ejemplo, cada sensor sísmico 57 es: • un sensor sísmico analógico que tiene un solo componente vertical; • un sensor sísmico digital que tiene un solo componente vertical; • un sensor sísmico analógico que tiene tres componentes ortogonales (por ejemplo, "trípode", tres geófonos dispuestos a lo largo de tres ejes ortonormales); o • un sensor sísmico digital que tiene tres componentes ortogonales (por ejemplo, tres acelerómetros (MEMS) dispuestos a lo largo de tres ejes ortonormales).

La memoria de sólo lectura 56 es un medio portador legible por computadora, no transitorio. La memoria almacena instrucciones ejecutables de códigos de programa que el microcontrolador 54 ejecuta para permitir la implementación del presente método (método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos), como se describe anteriormente (en relación con las figuras 1 , 2, 3, 4A y 4B) y más adelante (en relación con las figuras 6 y 7).

Con la inicialización, las instrucciones de códigos de programa antes mencionadas se transfieren de la memoria de sólo lectura 56 a la memoria de acceso aleatorio 55 para que se ejecuten mediante el microcontrolador 54. De la misma manera, la memoria de acceso aleatorio 55 incluye registros para almacenar las variables y los parámetros requeridos para esta ejecución.

Todas las etapas del presente método (método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos) pueden implementarse igualmente bien: • mediante la ejecución de un conjunto de instrucciones de códigos de programa ejecutadas mediante una computadora reprogramable, tal como un aparato tipo PC, un DSP (procesador de señales digitales) o un microcontrolador. Las instrucciones de códigos de programa pueden almacenarse en un medio portador legible por computadora, no transitorio, que puede desmontarse (por ejemplo un disco flexible, un CD-ROM o un DVD-ROM) o que no puede desmontarse; o • mediante una máquina o componente dedicado, tal como una FPGA (Matriz de Puertas de Campo Programable), un ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica) o cualquier componente de hardware dedicado.

Características del nodo En una modalidad particular, el nodo 50 tiene las siguientes características: a) Margen de frecuencia de servicio: 2405 - 2475 MHz; b) Número de canales de salto: L=17 (F0 a F16) (más generalmente, L es, por ejemplo, el número primo más chico permitido por el reglamento de radiocomunicaciones (norma) para implementar); c) Separación entre canales: 1 MHz (esto permite disminuir la interferencia entre dos canales, ya que el ancho de banda de la señal es menor que 500 kHz); d) Antena interna: ganancia máxima de 5 dBi; e) Máxima potencia de salida: 26 dBm de eirp (en cumplimiento con la parte 15 de la Comisión Federal de Comunicaciones). El usuario tiene que establecer la máxima potencia de salida en 20 dBm de eirp para garantizar el cumplimiento con ETSI EN 300 328; f) Velocidades de transmisión inalámbrica de datos: 1.2 kbps, 100 kbps, 500 kbps; g) Formato de modulación: FSK para 1.2 kbps, MSK para 100 kbps y 500 kbps.

Secuencia de salto en los canales de frecuencia y conjunto de saltos El transceptor de RF 51 salta en los canales con 1 MHz de separación, con un periodo de salto Thop que depende de la velocidad de transmisión de datos (ver Tabla 1 ).

Tabla 1 La frecuencia portadora (también referida como la frecuencia de referencia) F del canal de frecuencia de transmisión se deriva de: • una frecuencia base F0; • una canalización: AF=1 MHz; • una secuencia seudoaleatoria de números enteros, que comprende L=17 elementos.

La secuencia de números enteros se sincroniza en un reloj interno (CLK) que aumenta en uno cada T 0p- El reloj interno puede sincronizarse mediante una señal externa (GPS, etc.).

La frecuencia portadora F se calcula de la siguiente manera: F(CLK) = FO + AF*Sequence(CLK módulo L) (1 ) en donde Sequence(x) es una función que genera un número entero que tiene una clasificación x en la secuencia de números enteros (que define en sí la secuencia de salto en los canales de frecuencia).

Diferentes conjuntos de saltos pueden configurarse al modificar la frecuencia base FO. En la Tabla 2 se muestran ejemplos de secuencias de números enteros.

Tabla 2 Por defecto, el número de secuencia se establece en Secuencia S1. El usuario también puede configurar el número de secuencia.

Por ejemplo, con: FO = 2430 MHz, AF = 1 MHz, L = 17 y Secuencia S1 , tenemos: Los valores F(0) a F(16) forman la secuencia de salto en los canales de frecuencia S que se muestra en las figuras 1 , 2, 3 y 4A (no debe confundirse con las "secuencias de números enteros" antes mencionadas).

Retardo aleatorio Tal como se mencionó anteriormente, en una modalidad particular, un retardo aleatorio Trand se introduce antes de cada transmisión de paquete de datos (no antes de los paquetes de confirmación, si los hubiere).

Este retardo aleatorio Trand se define de la siguiente manera: rand = Random() x ??0?, donde: • Random() es un número entero seudoaleatorio que se obtiene de una distribución uniforme en el intervalo [0, CW]; y • CW es una Ventana de Contención entre CWmín<=CW<=CWmax.

Los valores CWm¡n y CWmax son específicos del sistema.

Por ejemplo, con CW=7 en 1.2 kbps, Trand está comprendido entre 0 y 910 ms (7 x Thop_1.2 kbps).

La Ventana de Contención (CW) aumenta siguiendo una forma exponencial binaria cuando el nodo de transmisor no puede ejecutar normalmente la etapa de transmisión (debido a que el nodo de transmisor encuentra el medio ocupado después de un mecanismo de detección de portador o cuando la transmisión falla por alguna razón, como se establece en la norma IEEE 802.11 ).

Canal de frecuencia de transmisión y máxima duración de paquetes Los paquetes de datos se transmiten en varios periodos de salto y se solapan en por lo menos dos periodos de salto.

El canal de frecuencia de transmisión del paquete de datos permanece fijo a lo largo de toda la duración del paquete de datos (ver Figuras 2, 3 y 4B).

El canal de frecuencia de transmisión del paquete de datos se deriva del valor del reloj interno (CLK) al inicio del paquete de datos, de acuerdo con la ecuación (1 ) anterior.

En la Tabla 3 se muestra la máxima duración de los paquetes de datos de acuerdo con la velocidad de transmisión de datos.

Tabla 3 La Figura 6 es un diagrama de flujo que detalla las etapas llevadas a cabo por un nodo en el modo de transmisión, de conformidad con una modalidad particular de la invención.

En una etapa 61 , el nodo selecciona un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. En otras palabras, el nodo selecciona un tiempo de transmisión al que se asocia un canal de frecuencia de transmisión de la secuencia de salto en los canales de frecuencia S. En una modalidad particular anteriormente descrita, la etapa de selección 61 comprende: obtener un valor actual del reloj CLK cuando inicia la etapa de selección 61 ; y calcular una frecuencia de referencia F(CLK) del canal de frecuencia de transmisión de acuerdo con la ecuación (1 ) anterior.

En una etapa 62, el nodo introduce un retardo aleatorio Trand antes de llevar a cabo la etapa de transmisión 63.

En la etapa de transmisión 63, el nodo transmite un paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración de este paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

La Figura 7 es un diagrama de flujo que detalla las etapas llevadas a cabo por un nodo en el modo de recepción, de conformidad con una modalidad particular de la invención.

En una etapa 71 , el nodo detecta un paquete de datos de un determinado canal de frecuencia de recepción de la secuencia de salto en los canales de frecuencia S.

En una etapa 72, el nodo verifica si es el destino del paquete de datos detectado.

Si el nodo es el destino del paquete de datos detectado, éste pasa a la etapa 73, en la que el nodo permanece en el determinado canal de frecuencia de recepción hasta el final del paquete de datos detectado.

Si el nodo no es el destino del paquete de datos detectado, éste pasa a la etapa 74, en la que el nodo salta en el siguiente canal de frecuencia de la secuencia de salto en los canales de frecuencia S, al final del periodo de salto actual Th0p.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos que comprende una pluralidad de nodos, en donde cada uno de los nodos salta en los canales de frecuencia, con un periodo de salto, de acuerdo con una secuencia de salto en los canales de frecuencia, en donde todos los paquetes de datos transmitidos por los nodos tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto, y en donde, cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un primer modo de transmisión para transmitir un paquete de datos, éste lleva a cabo las etapas de: seleccionar un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; transmitir el paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración del paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde, cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un modo de recepción, éste lleva a cabo las etapas de: detectar un paquete de datos en un determinado canal de frecuencia de recepción de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; permanecer en el determinado canal de frecuencia de recepción, hasta el final del paquete de datos detectado, si el determinado nodo es el destino del paquete de datos detectado; saltar en el siguiente canal de frecuencia de la secuencia de salto en los canales de frecuencia, al final de un periodo de salto actual, si el determinado nodo no s el destino del paquete de datos detectado.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde, cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un segundo modo de transmisión para transmitir un paquete de confirmación de un paquete de datos previamente recibido por el determinado nodo en un determinado canal de frecuencia de recepción, éste lleva a cabo la etapa de: transmitir el paquete de confirmación, utilizando como canal de frecuencia de transmisión el determinado canal de frecuencia de recepción.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde, cuando un determinado nodo se encuentra en el primer modo de transmisión, éste lleva a cabo una etapa complementaria de: introducir un retardo aleatorio antes de llevar a cabo la etapa de transmisión.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, en donde la etapa complementaria de introducir un retardo aleatorio se lleva a cabo antes de un segundo intento de ejecutar la etapa de transmisión, si un primer intento de ejecutar la etapa de transmisión no es satisfactorio debido a una falla de transmisión o a una detección de conflicto.

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, en donde el retardo aleatorio se define por: Trand = Random() x Th0p, donde: Trand es el retardo aleatorio, Thop es el periodo de salto, y Random() es un número entero seudoaleatorio.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, en donde el número entero seudoaleatorio RandomQ se obtiene de una distribución uniforme en un intervalo [O, CW], donde CW es una ventana de contención que tiene un valor entero.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, en donde la ventana de contención CW aumenta siguiendo una forma exponencial binaria cuando la etapa de transmisión no puede ejecutarse normalmente.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde, cuando un determinado nodo se encuentra en el primer modo de transmisión, la etapa de selección comprende: obtener un valor actual de un reloj CLK cuando inicia la etapa de selección, el reloj CLK aumenta en uno cada periodo de salto; calcular una frecuencia de referencia F(CLK) del canal de frecuencia de transmisión, de la siguiente manera: F(CLK) = FO + AF * Sequence(CLK módulo L), donde: * FO es una frecuencia base, * AF es una separación entre canales, * L es el número de canales de frecuencia en la secuencia de salto en los canales de frecuencia, * Sequence(x) es una función que genera un número entero que tiene una posición x en una secuencia de números enteros que define la secuencia de salto en los canales de frecuencia.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde L es un número primo.

11. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde, en la etapa de transmisión, el paquete de datos se transmite con una señal que tiene un ancho de banda menor que 500 kHz.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde cada uno de los nodos comprende o se conecta a por lo menos un sensor sísmico que pertenece al grupo que comprende: sensores sísmicos, analógicos o digitales, que tienen .un solo componente vertical; y sensores sísmicos, analógicos o digitales, que tienen tres componentes ortogonales.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde los nodos transmiten paquetes de datos que comprenden datos de control de calidad.

14. Un medio portador legible por computadora, no transitorio, que almacena un programa que, cuando se ejecuta por una computadora o un procesador, ocasiona que la computadora o el procesador lleve a cabo un método para establecer canales de frecuencia en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos que comprende una pluralidad de nodos, en donde cada uno de los nodos salta en canales de frecuencia, con un periodo de salto, de acuerdo con una secuencia de salto en los canales de frecuencia, en donde todos los paquetes de datos transmitidos por los nodos tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto, y en donde, cuando un determinado nodo de la pluralidad de nodos se encuentra en un primer modo de transmisión para transmitir un paquete de datos, éste lleva a cabo las etapas de: seleccionar un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; transmitir el paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración del paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

15. Un nodo que pertenece a una pluralidad de nodos comprendidos en una red inalámbrica en malla de múltiples saltos, en donde el nodo comprende: medios para saltar en los canales de frecuencia, con un periodo de salto, de acuerdo con una secuencia de salto en los canales de frecuencia, medios para transmitir paquetes de datos que tienen una duración estrictamente más larga que el periodo de salto, y los siguientes medios, los cuales se activan cuando el nodo se encuentra en un primer modo de transmisión para transmitir un paquete de datos: medios para seleccionar un canal de frecuencia de transmisión como una función de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; medios para transmitir el paquete de datos mediante el uso, a lo largo de toda la duración del paquete de datos, del canal de frecuencia de transmisión seleccionado.

16. El nodo de conformidad con la reivindicación 15, que comprende los siguientes medios, los cuales se activan cuando el nodo se encuentra en un modo de recepción: medios para detectar un paquete de datos en un determinado canal de frecuencia de recepción de la secuencia de salto en los canales de frecuencia; medios para permanecer en el determinado canal de frecuencia de recepción, hasta el final del paquete de datos detectado, si el nodo es el destino del paquete de datos detectado; medios para saltar en el siguiente canal de frecuencia de la secuencia de salto en los canales de frecuencia, al final de un periodo de salto actual, si el nodo no es el destino del paquete de datos detectado.