PT1994685E - Processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A TRANSMISSÃO DE DADOS EM MÚLTIPLOS SALTOS ΝΌΜΑ REDE AD-HOC COM NÓS ESCONDIDOS" A presente invenção refere-se a um processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos.
Uma rede ad-hoc móvel (MANET) é constituída por uma quantidade de equipamentos de rádio que formam dinamicamente uma rede temporária, na qual cada equipamento de rádio serve como encaminhador para os respectivos outros equipamentos de rádio e, por conseguinte, não é necessária nenhuma infra-estrutura central.
Um ponto importante no caso de MANETs é a coordenação do acesso ao recurso de transmissão utilizado em comum. Apenas um equipamento deve respectivamente emitir, porque ao contrário verificam-se colisões que provocam a perda das informações emitidas.
Um protocolo Medium-Access-Control (MAC) coordena o acesso e define como é que os equipamentos de rádio podem distribuir de forma eficiente e justa o recurso de transmissão limitado. Precisamente na área de ad-hoc, os processos MAC que coordenam o acesso ao canal com base nas informações sobre a ocupação do canal são muito disseminados. Os processos deste género são reunidos sob o conceito de Carrier-Sensing-Multiple-Access 1 (CSMA). Um processo WLAN muito disseminado, IEEE 802.11, baseia-se em CSMA.
No caso de processos CSMA, todas as estações com intenção de emissão monitorizam o meio. Quando o meio já se encontra ocupado, as estações com intenção de emissão esperam. Quando o meio não se encontra ocupado, as estações com intenção de emissão podem ocupar o meio e emitir. Para evitar colisões no final de uma transmissão, o acesso ao canal pode ser controlado através de um tempo de espera aleatório. As diferentes estações têm diferentes tempos de espera no final de uma transmissão, de modo a que uma estação ocupe primeiro o meio. As outras estações detectam isto através da monitorização do canal e renunciam à intenção de emissão até ao final da transmissão actual. O meio é considerado como ocupado, quando a intensidade do sinal recebida é superior a um determinado valor limiar.
As MANETs têm uma topologia aleatória dinâmica, que às vezes se altera muito rapidamente. Os equipamentos de rádio comunicam directamente com os seus equipamentos de rádio adjacentes (nós adjacentes), quando estes se encontram dentro do alcance, ou através de vários equipamentos de rádio servindo como nós intermédios (múltiplos saltos), que encaminham as informações para o equipamento de rádio de destino (nó de destino) . Devido à estrutura descentralizada, as redes deste género são muito estáveis, exigindo no entanto um controlo e coordenação autónomos através dos nós individuais da rede.
Para um funcionamento em múltiplos saltos, cada nó de rádio tem à disposição uma tabela de encaminhamento com a topologia de todos os nós de rádio participantes. Esta tabela de encaminhamento é actualizada por meio de troca de dados com os 2 nós de rádio adjacentes, no caso do encaminhamento proactivo numa determinada trama de tempo e no caso do encaminhamento reactivo, apenas nos momentos da troca de dados úteis com os nós de rádio adjacentes. Quando o nó de origem detecta o nó de destino na tabela de encaminhamento, o pacote de dados a transmitir é transmitido pelo nó de rádio com intenção de emissão, através do percurso de encaminhamento de todos os nós intermédios conhecidos, para o nó de destino.
Pode ocorrer um bloqueio da rede quando, de acordo com a figura 1, dois nós, em cujo alcance não se encontra contido o respectivo outro nó, apresentam um nó idêntico que se situa dentro do seu alcance. Quando os dois nós pretendem de comunicar simultaneamente com o seu nó idêntico, os seus respectivos sinais colidem, o que não pode ser evitado através do processo CSMA, devido à falta de coordenação dos dois nós. 0 desempenho da rede ad-hoc móvel é reduzido por um bloqueio da rede deste género. Devido ao facto de os dois nós que emitem se situarem respectivamente fora do alcance do outro nó, representam, em cada caso, nós escondidos para o respectivo outro nó. A identificação de nós escondidos deste género numa MANET representa por este motivo uma medida importante para o aumento do desempenho da rede ad-hoc móvel.
Para evitar colisões dos nós escondidos, é frequentemente utilizado o processo RTS-CTS de acordo com a figura 2. Neste caso, um emissor transmite em primeiro lugar uma mensagem curta (RTS), com a qual é anunciada a transmissão. 0 receptor responde igualmente com uma mensagem curta (CTS). Depois realiza-se a transmissão de dados úteis, propriamente dita. Através das mensagens RTS e CTS, todas as estações no alcance do emissor e 3 do receptor são informadas sobre a transmissão. As outras estações não devem, elas próprias, emitir durante a transmissão, de modo a evitar colisões. A transmissão das mensagens RTS e CTS consome capacidade de transmissão que não está à disposição para a transmissão de pacotes de dados úteis. Em particular, no caso da transmissão de pequenos pacotes de dados úteis, a transmissão de mensagens RTS e CTS tem uma influência significativamente negativa. Nesta medida, o processo RTS-CTS é apenas utilizado a partir de um determinado tamanho de pacotes de dados úteis.
Do documento WO 03/079708 Al consta um processo para a identificação de um nó escondido. Neste caso, uma mensagem de controlo é emitida por um nó com intenção de emissão, para um nó adjacente, em cuja zona envolvente se encontra um nó escondido para o nó com intenção de emissão e, por fim, encaminhada pelo nó adjacente para o nó escondido que emite de retorno uma mensagem de confirmação para o nó com intenção de emissão, através do nó adjacente. Esta mensagem de confirmação serve ao nó com intenção de emissão, como indicador para a existência de um nó escondido, que se encontra na zona envolvente do nó adjacente. O objectivo da invenção é o de conceber um processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos, que evite colisões com pacotes de dados úteis de nós escondidos e, em simultâneo, melhore a eficiência do canal de transmissão. O objectivo é solucionado através do objecto do processo de acordo com a invenção, para a transmissão de dados em múltiplos 4 saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos, com as características da reivindicação 1. Aperfeiçoamentos vantajosos encontram-se indicados nas reivindicações dependentes.
De acordo com a invenção, no caso de uma intenção de transmissão de dados de um nó na rede ad-hoc, o mesmo apura a probabilidade de uma transmissão de dados sem colisões e no caso de uma probabilidade elevada de uma transmissão sem colisões, executa a transmissão de dados, sem executar um processo de sintonização sobre a atribuição do canal de transmissão, com os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte.
Apenas no caso de uma probabilidade reduzida de uma transmissão sem colisões é executado um processo de sintonização sobre a atribuição do canal de transmissão, com os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, por exemplo através de um processo RTS-CTS.
Deste modo, o canal de transmissão é ocupado com um número minimo de processos de sintonização entre os nós com intenção de emissão e os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, em comparação com processos do estado da técnica, facto do qual resulta uma eficiência mais elevada do canal de transmissão.
No documento EP 1509006 AI encontra-se revelado um processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos com nós escondidos, que evita colisões com pacotes de dados úteis de nós escondidos, e que determina a probabilidade para uma transmissão de dados sem colisões, através do apuramento de um parâmetro de taxas de colisões. Quando o valor do parâmetro de taxas de 5 colisões apurado é inferior a um determinado valor limiar, um processo de sintonização relativo às colisões, que de outro modo tem que ser realizado, é desactivado através de um mecanismo Request-To-Send/Clear-To-Send (RTS/CTS) com o nó seguinte. visando o apuramento da probabilidade de uma transmissão sem colisões, o nó com intenção de emissão apura o número de nós escondidos, que se situam na zona envolvente do nó que se encontra mais próximo, no percurso de encaminhamento da sua transmissão de dados. Para este efeito, de modo correspondente ao documento WO 03/088587 Al, este pode avaliar antecipadamente as informações de encaminhamento, trocadas com os seus nós adjacentes visando o encaminhamento, sem desperdiçar capacidade de transmissão adicional, para a identificação de nós escondidos.
Quanto maior é o número de nós escondidos identificados na zona envolvente do nó seguinte, no percurso de encaminhamento, tanto maior é a probabilidade de colisões que se verificam. Visando o apuramento da probabilidade de uma transmissão sem colisões, o nó com intenção de emissão pode adicionalmente determinar o volume de transmissão médio entre o nó seguinte e cada nó escondido, que se encontra na sua zona envolvente. Para este efeito, o tamanho de pacote, o tipo de dados e/ou a classe de serviço de cada pacote de dados úteis transmitido entre o nó seguinte e os nós escondidos, que se encontram na sua zona envolvente, são registados e estatisticamente avaliados.
Uma avaliação ao longo do tempo, do volume de transmissão médio entre o nó seguinte e cada nó escondido, que se encontra na sua zona envolvente, possibilita, em particular no caso de um comportamento de transmissão de dados periódico, a identificação 6 de tempos com uma probabilidade elevada para uma transmissão de dados sem colisões.
No que se segue, o processo de acordo com a invenção para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos é explicado ao pormenor com base no desenho. As figuras do desenho mostram:
Figura 1 uma representação da distribuição espacial de nós emissores, adjacentes e escondidos,
Figura 2 uma representação da troca de dados num processo RTS-CTS,
Figura 3 um fluxograma do processo de acordo com a invenção para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos,
Figura 4 um diagrama de tempos de uma ocupação típica do canal de transmissão numa rede ad-hoc e
Figura 5 um diagrama de blocos do sistema de acordo com a invenção para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos.
No que se segue, o processo de acordo com a invenção para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos é explicado ao pormenor com base na figura 3.
No primeiro passo S10 do processo, um nó na rede ad-hoc que tem que emitir um pacote de dados úteis a transmitir, para um nó de destino, apura o nó seguinte na rede ad-hoc, no âmbito de um 7 processo de encaminhamento a partir de tabelas de encaminhamento existentes. Para este efeito são utilizados processos de encaminhamento de acordo com o estado da técnica.
No que se segue, por nó de origem é entendido o nó no qual existe actualmente o pacote de dados, enquanto que por nó de destino é entendido o nó para o qual o nó de origem emite o pacote de dados.
No seguinte passo S20 do processo, o nó com intenção de emissão apura nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, com base num processo para a identificação de nós escondidos numa rede ad-hoc, de acordo com o estado da técnica, por exemplo de acordo com o processo descrito no documento WO 03/088578 Al. Quando não se identifica através deste processo nenhum nó escondido na zona envolvente do nó seguinte, não é de esperar nenhuma colisão no caso de uma transmissão do pacote de dados úteis a emitir, pelo nó com intenção de emissão, e, de acordo com o passo S100 do processo, o nó com intenção de emissão pode transmitir o pacote de dados úteis para o nó seguinte, sem se verificarem problemas.
Pelo contrário, quando se identifica através deste processo pelo menos um nó escondido na zona envolvente do nó seguinte, apura-se, no seguinte passo S30 do processo, se o número dos nós escondidos identificados ultrapassa um valor limiar predefinido. Quando o número dos nós escondidos identificados é inferior ao valor limiar, pode supor-se uma probabilidade elevada para uma transmissão de dados sem colisões, no caso de uma transmissão do pacote de dados úteis a emitir através do nó com intenção de emissão e, de acordo com o passo S100 do processo, o nó com intenção de emissão transmite o pacote de dados úteis para o nó 8 seguinte, com um risco comparativamente reduzido de se verificarem problemas.
Pelo contrário, quando o número dos nós escondidos identificados é superior ao valor limiar, no subsequente passo S40 do processo, o volume de transmissão de dados médio entre o nó seguinte e os nós escondidos, que se encontram na sua zona envolvente pode ser opcionalmente apurado durante um período de tempo mais prolongado, através de registo e avaliação estatística dos pacotes de dados úteis transmitidos entre o nó seguinte e cada nó escondido, que se encontra na zona envolvente do nó seguinte. Para a determinação do volume de transmissão de dados médio podem ser utilizados, enquanto parâmetros, por exemplo o tamanho de pacote, o tipo de dados e/ou a classe de serviço dos pacotes de dados úteis respectivamente transmitidos entre o nó seguinte e os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte.
Quando este volume de transmissão de dados médio é inferior a um valor limiar predefinido, pode supor-se uma probabilidade elevada para uma transmissão de dados sem colisões, apesar da existência de um número mínimo de nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte. Neste caso, no passo S100 do processo, o nó com intenção de emissão pode emitir o pacote de dados úteis a transmitir, para o nó seguinte, com um risco comparativamente reduzido de se verificarem problemas.
Quando o número dos nós escondidos identificados, de acordo com o passo S30 do processo, é superior a um valor limiar predefinido e/ou o volume de transmissão de dados médio no passo S40 do processo ultrapassa um valor limiar, pode ser opcionalmente registado no passo S50 do processo, o decurso 9 temporal do volume de transmissão de dados médio entre o nó seguinte e cada nó escondido, que se encontra na zona envolvente do nó seguinte. No caso de um fluxo de transmissão de dados que se verifica periodicamente, entre o nó seguinte e os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, podem existir, a saber, tempos com volumes de transmissão de dados médios mais reduzidos e, deste modo, uma probabilidade elevada para uma transmissão de dados sem colisões, e tempos com volumes de transmissão de dados médios mais elevados e, deste modo, uma probabilidade reduzida para uma transmissão de dados sem colisões.
Por este motivo, num subsequente passo S60 do processo, igualmente a executar opcionalmente, apuram-se, a partir deste decurso temporal opcionalmente apurado do volume de transmissão de dados médio, os períodos de tempo, nos quais existe um volume de transmissão de dados médio elevado, e os períodos de tempo, nos quais existe um volume de transmissão de dados médio reduzido.
Por fim, num seguinte passo S70 do processo, igualmente a executar opcionalmente, é verificado se no momento actual existe um período de tempo com um volume de transmissão de dados médio elevado. Quando actualmente não existe nenhum período de tempo com um volume de transmissão de dados médio elevado, a probabilidade para uma transmissão de dados sem colisões é actualmente comparativamente elevada e o nó com intenção de emissão transmitirá o pacote de dados úteis para o nó seguinte, no passo S100 do processo.
Pelo contrário, quando actualmente existe um período de tempo com uma taxa de transmissão de dados média elevada, a 10 probabilidade para uma transmissão de dados sem colisões é actualmente reduzida, e tal como também no caso de um número de nós escondidos identificados superior ao valor limiar predefinido, de acordo com o passo S30 do processo, e/ou no caso de um volume de transmissão de dados médio superior a um valor limiar predefinido, de acordo com o passo S40 do processo, o nó com intenção de emissão, no seguinte passo S80 do processo, sintonizará com o nó escondido, que se encontra na zona envolvente do nó seguinte, no que diz respeito ao próximo acesso ao canal, sem execução dos passos S50 a S70 do processo opcionais. Neste caso pode ser utilizado o processo RTS-CTS acima referido, com intercalação do nó seguinte, mas também impreterivelmente outros processos da atribuição do canal de transmissão num sistema CSMA.
Quando por fim o canal de transmissão é atribuído ao nó com intenção de emissão, o nó com intenção de emissão procede à transmissão do pacote de dados úteis a emitir, para o nó seguinte, no passo S100 do processo.
No diagrama de tempos da figura 4 encontra-se representada a ocupação do canal de transmissão numa rede ad-hoc no caso de volumes de transmissão de dados que se verificam periodicamente, entre o nó seguinte e um nó escondido, que se encontra na sua zona envolvente. Podem ser reconhecidos os períodos de tempo com um volume de transmissão de dados médio elevado que se verificam periodicamente (com tracejado) e os períodos de tempo daí resultantes com um volume de transmissão de dados médio reduzido, nos quais o nó com intenção de emissão pode emitir os pacotes de dados úteis a transmitir, para o nó seguinte (sem tracejado). 11
Na figura 5 encontra-se representado um diagrama de blocos do sistema de acordo com a invenção, para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos, que se encontra implementado em cada nó da rede ad-hoc. 0 sistema de acordo com a invenção é constituído por uma entidade 1 de controlo que analisa e extraí todos os pacotes de dados úteis recebidos relativamente às informações relevantes para o processo de acordo com a invenção - endereço de destino MAC, endereço de origem MAC, tamanho de pacote, tipo de dados, classe de serviço, hora do envio, etc. A entidade 1 de controlo que, de um modo preferido, é realizada na camada da rede, pode executar a extracção dos dados relevantes do pacote de dados úteis recebido, ou de forma separada para uma única camada, de um modo preferido a camada da rede, e os dados relevantes a extrair do pacote de dados úteis nesta camada, ou em alternativa de forma integrada para todas as camadas do nó e os dados relevantes a extrair do pacote de dados úteis em todas as camadas do nó.
As informações extraídas do pacote de dados úteis recebido são analisadas e avaliadas (comparação do número de nós escondidos identificados com um valor limiar, determinação do volume de transmissão de dados médio a partir do tamanho de pacote, tipo de dados e/ou classe de serviço, comparação do volume de transmissão de dados médio com um valor limiar, identificação da periodicidade da evolução do volume de transmissão de dados médio) por uma entidade 2 de avaliação disposta a jusante da entidade 1 de controlo, e que, de um modo preferido, se encontra igualmente implementada na camada da rede. As informações avaliadas são arquivadas numa base 3 de dados, na vizinhança das tabelas de encaminhamento e dos nós 12 escondidos, respectivamente identificados na zona envolvente dos nós seguintes individuais. A invenção não se encontra limitada ao exemplo de realização representado. No âmbito da invenção, todas as medidas acima descritas podem ser combinadas facultativamente umas com as outras.
Lisboa, 17 de Fevereiro de 2011 13
Claims (5)
- REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos numa rede ad-hoc com nós escondidos, no qual um nó com intenção de emissão apura a probabilidade para uma transmissão de dados sem colisões, para o nó seguinte e, no caso de uma probabilidade elevada para uma transmissão de dados sem colisões, transmite um pacote de dados úteis para o nó seguinte (S100), sem se sintonizar, através do nó seguinte, com nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, relativamente à transmissão de dados para o nó seguinte, sendo que a probabilidade para uma transmissão de dados sem colisões para o nó seguinte é considerada como elevada, no caso de um número inferior a um valor limiar, de nós escondidos identificados na zona envolvente do nó seguinte (S30), ou no caso de um volume de transmissão de dados médio inferior a um valor limiar, entre o nó seguinte e cada nó escondido identificado na zona envolvente do nó seguinte (S40).
- 2. Processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tempos com uma probabilidade reduzida para uma transmissão de dados sem colisões para o nó seguinte, serem apurados enquanto tempos com um volume de transmissão de dados médio reduzido entre o nó seguinte e cada nó escondido identificado na zona envolvente do nó seguinte (S60) .
- 3. Processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o tamanho de pacote, o tipo de dados e/ou a classe de serviço 1 de cada pacote de dados úteis, transmitido entre o nó seguinte e cada um dos nós escondidos identificados na zona envolvente do nó seguinte serem registados e estatisticamente avaliados, para o apuramento do volume de transmissão de dados médio entre o nó seguinte e cada nó individual dos nós escondidos identificados na zona envolvente do nó seguinte.
- 4. Processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por, no caso de um volume de transmissão de dados médio elevado, em tempos com volumes de transmissão de dados médios elevados e/ou no caso de um número elevado de nós escondidos identificados na zona envolvente do nó seguinte, o nó com intenção de emissão se sintonizar, através do nó seguinte, com os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, relativamente à transmissão de dados para o nó seguinte (S80) .
- 5. Processo para a transmissão de dados em múltiplos saltos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a sintonização entre o nó com intenção de emissão e os nós escondidos, que se encontram na zona envolvente do nó seguinte, ser realizada através do processo RTS/CTS. Lisboa, 17 de Fevereiro de 2011 2 1/3Fig. 1 RTS Nód?"----- Nò oiigem CTS destino escondido Fig. 2 2/3 ( Inicio ) S10 Apuramento do nó seguinte para o pacote de dados úteis a transmitir, com base em tabelas de encaminhamento<> O (> Q0 S80— Sintonização com nó escondido relativamente ao acesso ao canal_♦ Transmissão do pacote de dados úteis para o nó seguinte Fig.3 3/3 seguinte •O i_______ _ escondido Nós com |-1 _C=L_ _dl_ —► de emissão Período de actividadeFig.4Fluxo de dados Fig.5
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