ES2339782T3 - Protocolo hibrido de encaminamiento para una red con topologia de malla. - Google Patents
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Abstract
Un método para seleccionar una ruta mediante un nodo entre un nodo de origen y un nodo de destino en una red de malla inalámbrica, comprendiendo dicho método: a) recibir dicho nodo un mensaje de solicitud de ruta; b) verificar dicho nodo una dirección de creador e identificación de mensaje para determinar si el nodo ha visto previamente el mensaje de solicitud de ruta; c) si el nodo ha visto previamente el mensaje de solicitud de ruta, actualizar un campo de métricas añadiendo un coste de enlace entre el nodo de origen y él mismo; d) establecer dicho nodo una ruta inversa hacia el nodo de origen en su tabla de encaminamiento; e) si el nodo es el nodo de destino, o si el nodo tiene una ruta válida no expirada hacia el nodo de destino y el número de secuencia para ese nodo de destino es al menos tan grande como el indicado en el mensaje de solicitud de ruta, responder el nodo unidifundiendo un mensaje de contestación de ruta en retorno al nodo de origen; f) si una métrica del mensaje de solicitud de ruta es menor que la métrica grabada en su tabla de encaminamiento, actualizar el nodo el campo de métricas para el nodo de origen añadiendo el coste de enlace entre el nodo de origen y él mismo; y g) si la métrica del mensaje de solicitud de ruta es no menor que la métrica grabada en su tabla de encaminamiento, desechar el mensaje de solicitud de ruta.
Description
Protocolo híbrido de encaminamiento para una red
con topología de malla.
La presente invención se refiere a un mecanismo
de encaminamiento (routing) para aprendizaje automático de
topología y selección de trayectoria. En particular, la presente
invención se refiere a la determinación de rutas en una red de
malla de área local inalámbrica basada, en direcciones de control de
acceso a los medios.
Una red de malla de área local inalámbrica,
también denominada red ad hoc inalámbrica basada en LAN,
consiste en dos o más nodos interconectados a través de enlaces de
radio y que se comunican entre sí directa o indirectamente. Se
puede conectar a la Internet o a otra red a través de un portal. En
redes de malla de área local inalámbricas, los protocolos de
encaminamiento de capas de IP han sido utilizados para descubrir la
ruta desde un nodo de origen a un nodo de destino. Los protocolos
de encaminamiento ad hoc de capas de IP están basados en las
direcciones de IP. Sin embargo, algunos servicios, tales como
puntos de acceso de WLAN, envían paquetes de datos basados en la
dirección de control de acceso a los medios (MAC) IEEE 802.11 y sólo
operan en la capa de enlace (Capa 2). Además, el envío de datos en
la Capa 2 es generalmente más rápido que en la capa de IP (Capa 3)
debido a que los paquetes de datos no tienen que pasar a la capa de
IP.
El protocolo Vector de Distancia Ad Hoc
Bajo Demanda (AODV) es un protocolo de encaminamiento ad hoc
que opera en la capa de IP. Puede soportar descubrimiento de rutas
de unidifusión o multidifusión. Las rutas son descubiertas sobre
una base de bajo demanda. Cuando una fuente u origen desea enviar un
paquete a un nodo de destino, descubre la ruta hacia el destino
mediante emisión de un mensaje de solicitud de ruta por la red si no
tiene y necesita una ruta válida hacia el nodo de destino. El
mensaje contiene la dirección de IP del nodo de origen y del nodo
de destino, junto con otra información necesaria. El nodo de destino
o el nodo con una ruta válida hacia el nodo de destino contesta a
esta solicitud enviando una contestación de ruta al nodo de origen.
Los mensajes de solicitud de ruta y de réplica o contestación de
ruta establecen la tabla de encaminamiento en cada uno de los nodos
intermedios para trayectorias/rutas de ida y vuelta. Las rutas
establecidas expiran si no se utilizan dentro de un tiempo dado de
vida de la ruta. El encaminamiento bajo demanda reduce los efectos
de rutas obsoletas o viciadas debido a cambios de topología de la
red (por ejemplo, a movilidad y fallos del nodo) y a la necesidad
de mantener rutas no utilizadas. Sin embargo, ello introduce retardo
de descubrimiento de ruta debido a que el nodo de origen necesita
establecer la ruta antes de que pueda enviar los datos. El nodo de
origen necesita también almacenar temporalmente los datos durante el
periodo de
descubrimiento de ruta. Tal mecanismo de encaminamiento se describe también el documento US-A1-2005/041628.
descubrimiento de ruta. Tal mecanismo de encaminamiento se describe también el documento US-A1-2005/041628.
El Vector de Distancia de Destino Secuenciado
(DSDV) es un protocolo de encaminamiento proactivo para redes de
malla de área local inalámbricas. Los nodos en el control de
encaminamiento de central telefónica de red envían mensajes para
que la tabla de encaminamiento en cada nodo contenga la información
de encaminamiento para todos los nodos de destino en la red de
malla de área local inalámbrica. Los paquetes de datos son hechos
proseguir desde el nodo origen al nodo de destino por medio de los
nodos intermedios basándose en las tablas de encaminamiento a lo
largo de la trayectoria. Para mantener las rutas válidas y evitar
los bucles de encaminamiento debidos al fallo de enlace/nodo y a
cambios de topología de la red, cada nodo no sólo actualiza rutas de
tránsito periódicamente, sino que también emite las actualizaciones
inmediatamente cuando está disponible nueva información
significativa. Aunque el DSDV permite que los paquetes sean enviados
usando ya sea direcciones de MAC de capa-2 o
direcciones de IP de capa-3 y no existe retraso de
descubrimiento de ruta, incurre en gastos generales de
encaminamiento relativamente elevados debido a emisiones de mensajes
de encaminamiento en ancho de red. Especialmente cuando los nodos
de una red se mueven muy rápidamente y la topología de la red cambia
frecuentemente, se usa una gran parte de capacidad de la red para
mantener actual la información de encaminamiento. Además, algunos
nodos pueden no enviar los paquetes de datos originados desde otros
nodos debido a limitaciones de tratamiento y de batería o por otras
razones. Sin embargo, los anteriores protocolos suponen que cada
nodo está de acuerdo en transmitir paquetes de datos a otros nodos
tras la solicitud y no considera los nodos
no-remitentes.
En una red de malla de área local inalámbrica,
dos o más nodos se interconectan a través de enlaces de IEEE
802.11. Cada nodo tiene una única dirección de Control de Acceso a
Medios (MAC) de IEEE 802.11. Cuando un nodo de origen envía
paquetes de datos a un nodo de destino, necesita conocer la
trayectoria/ruta desde el nodo de origen al nodo de destino.
Lo que se necesita es un mecanismo de
encaminamiento para descubrir y establecer la trayectoria basándose
en la dirección de MAC de destino. El problema resuelto por la
presente invención consiste en cómo un nodo de origen descubre y
establece la trayectoria hacia el nodo de destino sobre la base de
la dirección de MAC IEEE802.11 de destino en una red de malla de
área local inalámbrica.
Una red de malla inalámbrica LAN (WLAN) consiste
en dos o más nodos interconectados a través de enlaces de IEEE
802.11. Cada nodo participaría en un protocolo de encaminamiento
para aprendizaje de topología automático y selección de
trayectoria. La presente invención proporciona un mecanismo para
descubrir la ruta basándose en la dirección de Control de Acceso a
Medios (MAC) de IEEE 802.11. El mismo soporta simultáneamente el
descubrimiento de la ruta bajo demanda y establecimiento de ruta
proactiva. El mecanismo puede descubrir y establecer la ruta para
satisfacer los requisitos de calidad y de servicio (QoS) para
aplicaciones de multimedia en tiempo real y mantener tal ruta.
Además el mecanismo soporta los nodos
no-remitentes.
Se describe un método para seleccionar una ruta,
mediante un nodo entre el nodo de origen y un nodo de destino en
una red de malla inalámbrica, estableciendo la ruta entre el nodo de
origen y el nodo de destino usando direcciones de control de acceso
a los medios. Se describe también un método para que un nodo
seleccione una ruta para unir un grupo de multidifusión en una red
de malla inalámbrica estableciendo la ruta entre el citado nodo y
el grupo de multidifusión usando direcciones de control de acceso a
los medios bajo demanda o encaminamiento proactivo. Aunque la
invención descrita en esta memoria se explica en términos de una red
de malla de área local inalámbrica, la red dentro de la cual se
establecen las rutas no está limitada a una red de malla de área
local inalámbrica, sino que puede ser cualquier forma de red de
malla inalámbrica. Un punto de acceso con apoderado (proxy) puede
unir la red de malla inalámbrica. Con el punto de acceso están
asociadas estaciones, pero las estaciones no son miembros de la red
de malla inalámbrica, de modo que las comunicaciones con las
estaciones tienen lugar a través del punto de acceso y son
transparentes para las estaciones asociadas.
La presente invención se comprenderá mejor a
partir de la siguiente descripción detallada cuando se lea en
relación con los dibujos que se acompañan. Los dibujos incluyen las
siguientes figuras, brevemente descritas a continuación:
La figura 1 representa una red de malla de área
local inalámbrica que muestra la inundación de la red de malla con
el mensaje Solicitud de Ruta (RREQ) y el establecimiento de la
trayectoria inversa.
La figura 2 representa una red de malla de área
local inalámbrica que muestra la unidifusión del mensaje
Contestación de Ruta (RREP) y establecimiento de trayectoria de
envío.
La figura 3A representa una red de malla de área
local inalámbrica que muestra la inundación del mensaje de Anuncio
de Ruta (RANN) para establecimiento proactivo de la ruta hacia el
creador del mensaje de RANN.
La figura 3B representa una red de malla de área
local inalámbrica que muestra que un nodo de origen envía un
mensaje gratuito de RREP para establecer una ruta inversa al
mismo.
La figura 4 es un diagrama que ilustra los
métodos en los que un nodo establece las rutas bajo demanda o
proactivamente, y trata los mensajes de control de encaminamiento
de acuerdo con los principios de la presente invención.
La figura 5 representa un punto de acceso de
malla de área local con múltiples estaciones asociadas.
La figura 6 es un diagrama esquemático que
ilustra un punto de acceso de malla de área local de acuerdo con
la presente invención.
La figura 7A ilustra un nuevo nodo que inunda la
red de malla con mensajes de solicitud de ruta (RREQ) que solicitan
que se una al grupo de multidifusión.
La figura 7B representa los mensajes de
contestación de ruta (RREP) que son enviados de vuelta al creador
del mensaje de solicitud de ruta (RREQ) mediante diferentes miembros
de árbol de multidifusión.
La figura 7C muestra el creador del mensaje de
solicitud de ruta (RREQ) transmitiendo un mensaje de activación de
ruta.
La figura 7D muestra el nodo nuevo que ha sido
añadido al grupo de multidifusión.
La figura 8A ilustra cómo un nodo de hoja de
multidifusión sale/se marcha de un grupo de multidifusión.
La figura 8B muestra el árbol de multidifusión
después del recorte o poda.
La figura 9A ilustra un árbol de multidifusión
dentro de un enlace roto o interrumpido.
La figura 9B representa el nodo de aguas abajo
intentando derivar el enlace roto.
La figura 9C muestra el nodo de aguas abajo
recibiendo mensajes de contestación de ruta (RREP) desde miembros
de árbol de multidifusión cualificados.
La figura 9D muestra el nodo de aguas abajo
activando los nuevos mensajes.
La figura 9E representa el nuevo árbol de
multidifusión derivando el enlace roto.
La presente invención realiza funciones de
encaminamiento en la capa 2 de manera que los paquetes pueden ser
transmitidos y hechos seguir desde el nodo de origen al nodo de
destino basándose en sus direcciones de MAC de IEEE 802.11. Soporta
simultáneamente encaminamiento bajo demanda y encaminamiento
proactivo. Además, algunos nodos pueden enviar o recibir sólo
datos, pero no reenviar datos originados de los otros nodos debido a
limitaciones de tratamiento y de batería o por otras razones. La
presente invención puede manejar estos nodos no remitentes o de
no-reenvío. El mecanismo de encaminamiento de la
presente invención puede ser usado para configuraciones/topologías
de aplicaciones de cliente-servidor y
configuraciones/topologías de aplicaciones híbridas.
El encaminamiento bajo demanda de malla híbrida
está basado en mensajes de Solicitud de Ruta y de Respuesta de
Ruta, que es similar al protocolo de encaminamiento AODV de capa IP.
Para encaminamiento bajo demanda de malla híbrida en la capa 2,
cuando un nodo de origen desea enviar un paquete a algún nodo de
destino, verifica su tabla de encaminamiento para una ruta. Si
existe una ruta válida, hace proseguir el paquete al siguiente
salto especificado en la tabla de encaminamiento para este nodo de
destino. Si no existe ruta válida, inicia un descubrimiento de ruta
emitiendo un mensaje de Solicitud de Ruta (RREQ). A diferencia del
AODV, el mensaje de RREQ contiene la dirección de MAC de IEEE
802.11 originaria (no la dirección de IP) con su número de secuencia
e información de capa 3 opcional, así como la dirección de MAC de
nodo de destino (no la dirección de IP) con el último número de
secuencia de destino conocido e información opcional de capa 3 para
este nodo de destino. También contiene el mensaje ID, la métrica de
ruta, el tiempo para vivir (TTL) y el tiempo de vida de ruta.
Inmediatamente antes de que un nodo inicie una solicitud de ruta,
incrementa su propio número de secuencia.
Emitiendo el mensaje de RREQ u otros mensajes de
control de encaminamiento de malla tal como el mensaje de RANN
descrito más adelante, se puede usar la dirección de MAC de emisión
IEEE 802.11 como la dirección de destino del mensaje de control de
encaminamiento de malla transmitido. Un planteamiento alternativo
consiste en asignar una dirección de MAC de multidifusión IEEE
802.11 dedicada para inundar los mensajes de control de
encaminamiento de malla (dirección de grupo de control de
encaminamiento de malla). Esta dirección especifica la totalidad de
los nodos de malla. Los nodos de malla reciben los mensajes
destinados a esta dirección de grupo de control de encaminamiento
de malla. Los nodos que no son de malla pueden no recibir los
mensajes destinados a esta dirección de grupo de control de
encaminamiento de malla.
Haciendo referencia a la figura 1, que
representa una red de malla de área local inalámbrica, el nodo 105
es un nodo de origen y el nodo 110 es un nodo de destino. Todos los
otros nodos 115 son nodos intermedios potenciales/posibles, los
cuales son nodos a través de los cuales pueden pasar
mensajes/paquetes/datos entre el nodo de origen 105 y l nodo de
destino 110. El conjunto de nodos intermedios 115 para transmitir
una unidad particular de contenido desde un nodo de origen a un
nodo de destino se determina sobre la base de la ruta/trayectoria
seleccionada. El nodo de origen 105 y el nodo de destino 110 están
rayados/sombreados para diferenciarlos de nodos intermedios 115
potenciales/posibles. Se ha de hacer observar que, en otro caso, los
que son actualmente (en la figura 1) nodos de origen y de destino
pueden ser nodos intermedios en el caso de que otros nodos se
conviertan en nodos de origen y de destino. En la figura 1, el nodo
de origen 105 inunda la red de malla de área local inalámbrica con
mensajes de Solicitud de Ruta (RREQ). Se establece una trayectoria
inversa basándose en mensajes de Solicitud de Ruta.
Una vez que un nodo recibe un mensaje de RREQ,
el mismo verifica la dirección originaria y el mensaje ID para ver
si se ha producido este mensaje de RREQ antes. Si este es el primer
mensaje de RREQ, el nodo actualiza el campo métrico añadiendo el
coste del enlace entre el nodo desde el cual recibió el mensaje de
RREQ y él mismo y después establece una ruta inversa hacia este
creador en su tabla de encaminamiento. Si el nodo es el nodo de
destino o el nodo tiene una ruta válida no expirada hacia el destino
y el número de secuencia para ese destino es al menos tan grande
como el indicado en el mensaje de RREQ, responde unidifundiendo un
mensaje de Contestación de Ruta (RREP) en retorno al creador. De
otro modo, el nodo propaga el mensaje de RREQ con la nueva métrica.
Si este no es el primer mensaje de RREQ, actualiza el campo métrico
hacia el creador añadiendo el coste del enlace entre el nodo desde
el cual recibe el mensaje de RREQ y él mismo. El nodo actualiza la
ruta inversa si la nueva métrica es menor que la métrica grabada en
su tabla de encaminamiento. De otro modo, desecha los mensajes de
RREQ. El nodo contesta con un mensaje de RREP al creador si cumple
los requisitos, como se ha descrito anteriormente. De otro modo,
propaga el mensaje de RREQ con la nueva métrica de ruta inversa. La
trayectoria/ruta inversa se utiliza para enviar el mensaje de RREP
en retorno al creador del mensaje de RREQ para establecer la
trayectoria de reenvío y también para comunicaciones bidireccionales
entre el nodo de origen y el nodo de destino.
El mensaje de RREP es enviado en retorno al
creador del mensaje de RREQ mediante unidifusión para establecer la
trayectoria de reenvío. Aquel contiene la dirección de MAC del
creador, la dirección de MAC de destino e información opcional de
capa 3 de destino, el número de secuencia para el destino, la
métrica, el tiempo de vida previsto y el tiempo de vida de la ruta.
Si responde el nodo de destino, este utiliza el máximo de su número
de secuencia actual y el número de secuencia de destino en el
mensaje de RREQ. El valor inicial de la métrica es cero. El destino
fija también el tiempo de vida de la ruta. Si responde el nodo
intermedio, este utiliza su registro del número de secuencia de
destino y la métrica, así como el tiempo de vida de ruta calculado
basado en la entrada de tabla de ruta.
Haciendo referencia a la figura 2, que
representa una red de malla de área local inalámbrica, el nodo 205
es un nodo de origen y el nodo 210 es un nodo de destino. Se ha
determinado un conjunto de nodos intermedios 220 para un nodo
particular de origen 205 y nodo de destino 210. Los nodos
intermedios 215 ya no son nodos intermedios para la
ruta/trayectoria entre el nodo de origen 205 y el nodo de destino
210. La trayectoria de reenvío es establecida por el mensaje de
RREP de unidifusión desde el nodo de destino 210 al nodo de origen
205.
El mensaje de RREP es unidifundido a través de
la ruta inversa establecida durante la emisión de solicitud de
ruta. Cuando un nodo intermedio recibe el mensaje de RREP, aquel
actualiza la métrica añadiendo el coste de enlace entre el nodo
desde el que recibe el mensaje de RREP y él mismo. Este establece
una trayectoria de reenvío en su tabla de encaminamiento y reenvía
el mensaje de RREP hacia el creador del mensaje de RREP. Si un nodo
recibe más de un mensaje de RREP, actualiza la tabla de
encaminamiento y hace seguir el nuevo mensaje de RREP sólo si el
nuevo mensaje de RREP contiene un número mayor de secuencia de
destino o el mismo número de destino con una mejor métrica. De
otro modo, desestima el nuevo mensaje de RREP. Las figuras 1 y 2
muestran los mensajes de RREQ que inundan la red de malla y el
establecimiento de la trayectoria de reenvío unidifundiendo
mensajes de RREP. El creador puede comenzar la transmisión de
datos/paquetes tan pronto como es recibido el primer mensaje de
RREP y puede actualizar su información de encaminamiento si se
descubre una ruta mejor.
Un nodo puede tener múltiples interfaces
inalámbricas de IEEE 802.11. El nodo tiene un único identificador
de nodo, es decir una dirección de MAC de IEEE 802.11 de nodo, y
cada interfaz tiene su propia dirección de MAC de IEEE 802.11. La
dirección de MAC de nodo se usa en los mensajes de RREQ y RREP, así
como en los otros mensajes de control de encaminamiento descritos
en lo que sigue. Cuando un nodo de múltiples interfaces emite el
mensaje de RREQ, el mismo puede emitir el mensaje de RREQ en todas
sus interfaces. Cuando un nodo de múltiples interfaces responde a
un menaje de RREQ unidifundiendo un mensaje de RREP, aquel envía el
mensaje de RREP a la interfaz en la que recibió el correspondiente
mensaje de RREQ.
La tabla de encaminamiento incluye una entrada
para un nodo de destino. Cada entrada contiene la dirección de MAC
de destino (protocolo y dirección soportados de capa 3, por ejemplo
la dirección de IP de nodo de destino), el número de secuencia de
destino, la siguiente dirección de MAC de salto y la interfaz para
alcanzar el siguiente salto, una lista de los nodos de aguas arriba
e interfaces que usan esta ruta, las banderas o indicadores de
estado y de encaminamiento (por ejemplo válido, inválido), la
métrica del destino, y el tiempo de vida de la ruta. El tiempo de
vida de la ruta es actualizado cada vez que es utilizado. La ruta
resulta inválida si no es utilizada dentro del tiempo de vida de
ruta. La ruta inválida será suprimida después de expirar su
regulación de tiempo de supresión. El creador puede iniciar la
transmisión tan pronto como es recibido el mensaje de RREP y puede
actualizar posteriormente su información de encaminamiento si se
descubre una ruta mejor. Cuando un nodo intermedio recibe un
paquete de datos, el mismo verifica su tabla de encaminamiento
basándose en la dirección de MAC de destino. Si existe una entrada
válida para este destino, reenvía el paquete al siguiente salto
especificado en esta entrada de encaminamiento. Este proceso
continúa hasta que se alcanza el nodo de destino.
En el encaminamiento bajo demanda, sólo se
mantienen las rutas actualmente usadas. Esto reduce los gastos
generales (overhead) de encaminamiento. Sin embargo, ello da lugar a
un retardo adicional, ya que el nodo de origen debe establecer la
ruta antes de que pueda enviar los datos. El nodo de origen también
necesita almacenar temporalmente los datos durante el periodo de
descubrimiento de ruta. Para reducir el retardo de descubrimiento
de ruta, se puede usar encaminamiento proactivo. Además, en el caso
de muchos nodos que comunican con un nodo especial, se puede
requerir tráfico de control significativo si cada uno de estos nodos
descubre individualmente la ruta para este nodo especial. Por
ejemplo, muchos nodos en una red de malla acceden a Internet o a
otras redes a través de uno o más nodos de portal que conectan la
red de malla a Internet o a otras redes. Es deseable que el nodo de
portal anuncie proactivamente las rutas al mismo en la red de malla.
La presente invención integra el descubrimiento de ruta bajo
demanda y el anuncio de ruta proactiva. Un nodo puede ser
explícitamente configurado por el administrador de la red o
determinarse implícitamente de acuerdo con ciertas políticas, para
realizar encaminamiento proactivo en la red de malla. Por ejemplo,
una política es que todos los nodos de portal de malla realicen el
anuncio de ruta proactiva. Haciendo referencia a la figura 3A, el
nodo se anuncia él mismo emitiendo periódicamente un mensaje de
Anuncio de Ruta no solicitado (RANN) de manera que otros nodos 315
de la red de malla pueden aprender la ruta al creador 310 del
mensaje de RANN. Es decir, el nodo que origina el mensaje de RANN
inunda la red de malla de área local inalámbrica con mensajes de
RANN no solicitados con el fin de establecer proactivamente rutas
para él mismo. Cuando un nodo de múltiples interfaces emite el
mensaje de RANN, aquel puede emitir el mensaje de RANN en todas sus
interfaces. El mensaje de RANN contiene la dirección de MAC de IEEE
8o2.11 del nodo del creador (no la dirección de IP) con su número de
secuencia de destino e información de capa 3 opcional. Aquel
también contiene la métrica de ruta, el tiempo para vivir y el
tiempo de vida de ruta. Obsérvese que, a diferencia del mensaje de
RREQ, la dirección de destino en el mensaje de RANN es la dirección
de MAC del creador del mensaje de RANN debido a que se usa para
establecer las rutas hacia el creador del mensaje de RANN
proactivamente en la red de malla.
Cuando el nodo 315 recibe un mensaje de RANN,
actualiza el campo de métrica para el creador del mensaje de RANN
añadiendo el coste del enlace entre el nodo desde el cual recibió el
mensaje de RANN y él mismo. Si el nodo no tiene una ruta válida
hacia su nodo de destino (es decir, el creador 3110 del mensaje de
RANN) en su tabla de encaminamiento, aquel crea la ruta hacia su
nodo de destino en su tabla de encaminamiento. El nodo emite el
mensaje de RANN con la nueva métrica hacia sus vecinos en una o más
de sus interfaces. Cuando tiene una ruta válida hacia su destino,
el nodo actualiza su tabla de encaminamiento y emite el mensaje de
RANN con la nueva métrica hacia sus vecinos sólo si el mensaje de
RANN contiene un número mayor de secuencia de destino o el mismo
número de secuencia de destino con una métrica mejor. De otro modo,
desecha el mensaje de RANN. De esta manera, las rutas hacia el
creador del mensaje de RANN se establecen en la red de malla.
Haciendo referencia a la figura 3B, cuando un
nodo de origine 305 desea enviar paquetes de datos a un nodo de
destino 310, aquel puede ya tener una trayectoria de reenvío hacia
su nodo de destino 310 obtenida del anuncio de ruta del nodo de
destino. En este caso, puede transmitir el paquete inmediatamente.
Sin embargo, es posible que no exista ruta inversa desde el nodo de
destino 310 al nodo de origen 305. Si son necesarias comunicaciones
bidireccionales, el nodo de origen 305 puede enviar un mensaje de
RREP gratuito en unidifusión al nodo de destino 310 a través de los
nodos intermedios 320 a lo largo de la trayectoria de reenvío
establecida por el mensaje de RANN del nodo de destino 310. El
mensaje de RREP establece una ruta inversa hacia el nodo de origen
305.
Algunos nodos desean unirse a la red de malla de
área local inalámbrica sólo como el nodo de origen o el nodo de
destino, es decir, no reenviando el tráfico originado desde los
otros nodos. Un nodo puede ser configurado como un nodo no
remitente por el administrador o se determina que sea un nodo no
remitente basándose en ciertas políticas. Por ejemplo, una tal
política es que si la energía de la batería del nodo es menor que un
cierto umbral, el nodo resulte ser un nodo no remitente. Un nodo de
malla no remitente envía el mensaje de RREQ cuando desea transmitir
paquetes. Aquel contesta al mensaje de solicitud de ruta sólo si es
el nodo de destino en el mensaje de RREQ recibido. El nodo no
remitente no contesta al mensaje de descubrimiento de ruta (RREQ)
si el mismo no es el nodo de destino en el mensaje de RREQ. Aquel
recibe el mensaje de RANN para aprender la ruta hacia el creador
del mensaje de RANN. El mismo envía el mensaje de RANN de manera que
la ruta destinada al mismo pueda ser establecida proactivamente.
Sin embargo, el nodo de malla no remitente no envía mensaje de
control de encaminamiento alguno, incluyendo mensajes de RREQ, RREP
y RANN, a sus vecinos. Al hacerlo así, no existe ruta que lo use
como un nodo intermedio.
Si se rompe o interrumpe un enlace, es enviado
el mensaje de Error de Ruta (RERR) a los nodos de origen afectados
de las trayectorias activas. El nodo de aguas arriba del enlace
interrumpido, es decir el nodo próximo al origen, inicia el mensaje
de RERR. Antes del envío del mensaje de RERR, aquel también marca
como inválidas las rutas dañadas, establece la métrica de las rutas
dañadas en infinito e incrementa los números de secuencia de
destino de los destinos no alcanzables debido a este fallo del
enlace en la tabla de encaminamiento. El mensaje de RERR contiene
una lista de todos los destinos no alcanzables debido a este fallo
del enlace y sus números de secuencia incrementados. Aquel emite el
mensaje de RERR a sus uno o más vecinos aguas arriba. Para un nodo
de múltiples interfaces, envía el mensaje de RERR en las interfaces
con las rutas que usan este enlace interrumpido o fallado. Cuando
un vecino recibe un mensaje de RERR desde su nodo de aguas abajo,
verifica si tiene una ruta para utilizar este vecino de aguas abajo
hacia los destinos de la lista. Si es así, marca estas rutas como
no válidas y establece la métrica de estas rutas en el infinito. El
mismo propaga entonces el mensaje de RERR hacia sus nodos de aguas
arriba. Cuando un nodo de origen recibe el mensaje de RERR, el
mismo inicia nuevamente el descubrimiento de ruta. Si un nodo recibe
un paquete de datos con una dirección MAC de destino que no tiene
una ruta activa/válida, el nodo crea un mensaje de RERR para el nodo
de destino y envía el mensaje de RERR a sus vecinos de aguas
arriba.
La gestión de conectividad local se realiza
enviando los nodos periódicamente balizas (mensajes de HELLO) a sus
vecinos. Un nodo que recibe una baliza de un vecino actualiza el
tiempo de vida de ruta asociado con ese vecino en su tabla de
encaminamiento. Si falla un nodo en recibir una baliza desde un
vecino para una vida de Hello dada, entonces el enlace hacia ese
vecino está roto y es actualizada la información de encaminamiento
para este vecino en su tabla de encaminamiento.
La figura 4 es un diagrama que ilustra el método
mediante el cual un nodo establece las rutas bajo demanda y
proactivamente, y trata los mensajes de control de encaminamiento de
acuerdo con los principios de la presente invención. En el paso
402, un nodo determina si se requiere el descubrimiento de ruta
proactiva. Esta información puede ser explícitamente configurada
por el administrador de la red o implícitamente obtenida a través de
ciertas políticas como se ha descrito anteriormente. Si es
necesario el descubrimiento de ruta proactiva, son enviados
mensajes de RANN periódicamente en el paso 404. Si no se requiere el
encaminamiento proactivo, el nodo regresa el estado inactivo. En el
paso 410, cuando un nodo recibe nuevos paquetes de datos desde su
aplicación de capa superior, aquel verifica si tiene una
trayectoria/ruta de reenvío hacia el destino (paso 412). Si no es
así, inicia el descubrimiento de ruta bajo demanda enviando el
mensaje de RREQ (paso 414). El mismo espera el correspondiente
mensaje de RREP. Una vez que es recibido el mensaje de RREP (paso
416), establece la ruta de reenvío (paso 422) y comienza la
transmisión de datos (paso 428). Al origen le puede ser permitido
retransmitir el mensaje de RREQ durante un número de veces
configurado si se pierde el mensaje de RREQ (paso 418). Si todavía
no recibió el mensaje de RREP después del número máximo de
retransmisiones del mensaje RREQ, aquel notifica a la aplicación
que el nodo de destino es inalcanzable (paso 420) a través de un
mensaje de error. Si el nodo de origen tiene una ruta de reenvío,
aquel verifica si tiene una ruta inversa para comunicaciones
bidireccionales (paso 424). Es posible que no exista ruta inversa si
la ruta de reenvío es establecida por anuncio de RANN del nodo de
destino. En caso de comunicaciones unidireccionales o comunicaciones
bidireccionales en las que está disponible ruta inversa, el nodo de
origen transmite los datos inmediatamente en el paso 428. En el
caso de comunicaciones bidireccionales sin ruta inversa, el nodo de
origen envía un mensaje de RREP gratuito (paso 426) para establecer
la ruta inversa. El nodo de origen puede transmitir los datos (paso
428) tan pronto como es enviado el mensaje de RREP gratuito.
En el paso 440, cuando un nodo de la red de
malla recibe un mensaje de RANN, el mismo establece/instala/renueva
la ruta hacia el creador del mensaje de RANN (paso 442). Si es un
nodo no remitente (paso 444), este no hace seguir el mensaje de
RANN (paso 448). Si es un nodo remitente, reenvía el mensaje de RANN
(paso 446). Cuando un nodo recibe un mensaje de RREQ en el paso
450, el mismo establece/crea/renueva la ruta inversa (paso 452). Un
nodo determina si es un nodo no remitente (paso 454). Un nodo no
remitente contesta al mensaje de RREQ enviando el mensaje de RREP
en unidifusión de vuelta al creador del mensaje de RREQ (paso 462)
sólo si el mismo es el nodo de destino (paso 460) especificado en
el mensaje de RREQ. Un nodo no remitente no reenvía el mensaje de
RREQ (paso 464) si no es el nodo de destino, sino que, en su lugar,
desecha el mensaje de RREQ. Para un nodo remitente, si el nodo es
el nodo de destino o si el nodo tiene una ruta válida hacia el
destino (paso 456), el mismo responde unidifundiendo un mensaje de
Contestación de Ruta (RREP) de vuelta hacia el creador del mensaje
de RREQ (paso 462). De otro modo, propaga el mensaje de RREQ (paso
458). Cuando un nodo recibe el mensaje de RREP en el paso 470, el
mismo establece/crea/renueva la ruta (paso 472). Si es un nodo no
remitente o es el nodo de destino de este mensaje de RREP (paso
474), el mismo no reenvía el mensaje de RREP (paso 478). De otro
modo, el mismo hace seguir el mensaje de RREP (paso 476). Cuando un
nodo detecta un fallo de enlace o cuando un nodo recibe un mensaje
de RERR en el paso 480, aquel inactiva la ruta dañada (paso 482).
Si es el nodo de origen (paso 484), el mismo descubre/aprende una
nueva ruta (paso 490). De otro modo, el mismo hace seguir el
mensaje de RERR (paso 488) si no es un nodo remitente (paso 486).
Aquel no reenvía el mensaje de RERR (paso 492) si es un nodo no
remitente.
Pueden asociarse múltiples estaciones con un
punto de acceso (AP) en una WLAN. Haciendo referencia a la figura
5, el nodo 505 es un AP, el cual se une a la red de malla. Sin
embargo, las estaciones 510 no forman parte de la red de malla de
área local inalámbrica 525. Las estaciones 510 forman una
red/sub-red basada en infraestructura con punto de
acceso 505. El AP de malla 505 actúa como un apoderado (proxy) de
estas estaciones 510 y el encaminamiento es transparente para las
estaciones 510 que no son de malla. El AP de malla 505 descubre la
ruta hacia el destino cuando remite paquetes de datos originados
por una estación asociada 510. El mismo también responde a un
mensaje de RREQ para sus estaciones asociadas mediante la
unidifusión de un mensaje de RREP al creador del mensaje de RREQ.
El AP de malla 505 anuncia la ruta a sus estaciones asociadas 510
emitiendo el mensaje de RANN. Pueden ser anunciadas múltiples
direcciones de destino, con sus números de secuencia individuales,
información de capa 3 opcional, tiempo para vivir (TTL), métrica y
tiempo de vida, usando un único mensaje de RANN. Cada dirección de
destino corresponde a una estación.
La figura 6 es un diagrama de bloques que
ilustra los detalles de un punto de acceso de malla con apoderado
600 (nodo/AP 505 en la figura 5). El AP de malla con apoderado 600
tiene dos interfaces lógicas. Un módulo 645 de interfaz de
transmisión/recepción (TX/RX) de estación, el cual comunica son las
estaciones asociadas y el módulo 655 de interfaz de
transmisión/recepción (TX/RX) de red de malla, el cual comunica con
la red de malla. Estas dos interfaces lógicas pueden ser ejecutadas
en la práctica con dos interfaces inalámbricas físicas de IEEE
802.11 que operan en diferentes canales (correspondiendo cada
interfaz física a una interfaz lógica) o con una única interfaz
inalámbrica física de IEEE 802.11. El módulo 650 de control de
asociación de estaciones realiza el control de asociación de
estaciones. El módulo 605 de encaminamiento de malla es responsable
del encaminamiento en la red de malla. El módulo 605 de
encaminamiento de malla incluye una unidad 610 de descubrimiento de
ruta de malla que envía la solicitud de ruta para descubrir la ruta
hacia un nodo de destino en la red de malla de área local
inalámbrica (realización de encaminamiento bajo demanda). También
incluye una unidad 615 de anuncio de ruta de malla que envía el
mensaje de RANN en la red de malla (realización de encaminamiento
proactivo). Una unidad 620 de tratamiento de mensaje de
encaminamiento trata los mensajes de control de encaminamiento
recibidos y contesta a/remite los mensajes de control de
encaminamiento. Una unidad 625 de mantenimiento de ruta conserva la
ruta y genera el mensaje de error de ruta si se detecta una
interrupción de enlace. El módulo 605 de encaminamiento de malla
también mantiene una tabla de encaminamiento 630 en su memoria de
alta velocidad (caché). Una unidad 635 de tratamiento de datos
envía/recibe/remite los paquetes de datos basándose en la tabla de
encaminamiento. El módulo 605 de encaminamiento de malla se acopla
con la red de malla a través del módulo 655 de interfaz de red de
malla (TX/RX). El apoderado 640 de estación puentea las estaciones
asociadas y la red de malla. Aquel pasa la información de estaciones
asociadas desde el módulo 650 de control de asociación al módulo
605 de encaminamiento. El mismo interactúa con el módulo 605 de
encaminamiento para realizar las funciones de encaminamiento y de
reenvío de datos para las estaciones asociadas (por ejemplo,
descubriendo la ruta hacia el destino cuando remite paquetes de
datos originados por una estación asociada, respondiendo a un
mensaje de RREQ para sus estaciones asociadas y anunciando la ruta
hacia sus estaciones asociadas iniciando el mensaje de RANN en la
red de malla).
La presente invención soporta encaminamiento
tanto de multidifusión como de unidifusión. Una tabla de
encaminamiento de multidifusión separada es mantenida por un nodo.
El descubrimiento de ruta de multidifusión bajo demanda está basado
en mensajes de Solicitud de Ruta y Contestación de ruta, de manera
similar al descubrimiento de ruta de unidifusión bajo demanda
descrito anteriormente, que es también similar al protocolo AODV de
encaminamiento de capa de IP. Un nodo puede unirse dinámicamente o
abandonar un grupo de multidifusión en cualquier momento. Cada
grupo de multidifusión tiene un líder de grupo de multidifusión. El
líder del grupo mantiene el número de secuencia del grupo de
multidifusión. Tras la detección del fallo del líder del grupo de
multidifusión, se crea un nuevo líder de grupo de manera que no
exista un punto central de fallo.
Cuando un nodo desea unirse a un grupo de
multidifusión, el nodo emite un mensaje de RREQ a todos los nodos
de malla. El mensaje de RREQ incluye la dirección de MAC del
creador, su número de secuencia actual, su información de capa 3
opcional (protocolo de capa 3 de soporte y dirección, por ejemplo
dirección de IP), la dirección de MAC de destino (es decir,
dirección de grupo de multidifusión al que se ha de unir), el último
número se secuencia conocido del grupo, la ID del mensaje, la
métrica, el parámetro de tiempo para vivir y una bandera de unión.
Cualquier miembro del árbol de multidifusión puede responder al
mensaje de RREQ, pero sólo pueden responder miembros del árbol de
multidifusión. Un nodo no-miembro (no un miembro del
árbol de multidifusión) no responde al mensaje de RREQ, sino que
crea una ruta/trayectoria inversa hacia el creador. El nodo
no-miembro reenvía entonces el mensaje de RREQ a
sus vecinos. Los detalles se describen en lo que sigue. El creador
espera al término del periodo de descubrimiento para recibir una o
más contestaciones. Si no existe réplica, entonces el creador
retransmite/vuelve a emitir el mensaje de RREQ con la ID del mensaje
incrementada en 1. El creador continúa de esta manera hasta que
recibe una contestación o ha sido excedido el límite de nuevo
intento. Si no se recibe contestación después del número máximo de
reintentos, entonces el creador puede convertirse en el líder del
grupo de multidifusión para el nuevo grupo de multidifusión.
Cuando un nodo recibe una solicitud para unirse
a un grupo de multidifusión desde otro nodo (no en el grupo), aquel
actualiza el campo de métrica y añade una entrada inactiva para el
creador en su tabla de encaminamiento de multidifusión. Cada
entrada de la tabla de encaminamiento de multidifusión tiene una
bandera que indica si un enlace está activo o inactivo. No serán
remitidos/transmitidos datos/paquetes sobre un enlace inactivo para
el grupo de multidifusión. El nodo crea también una entrada de
ruta/trayectoria inversa al creador en su tabla de encaminamiento
de unidifusión por reglas de establecimiento de ruta de
unidifusión.
Un árbol de multidifusión incluye nodos que son
miembros del grupo de multidifusión y reenvía nodos para el grupo
de multidifusión. Un nodo remitente es un nodo que es un miembro del
árbol de multidifusión, pero no un miembro del grupo de
multidifusión. Un nodo remitente actúa como un "paso" o
"conducto" para los datos/paquetes/contenido que recibe el
mismo. Aquel no usa los datos/paquetes/contenido que recibe y no
tiene interés en los datos/paquetes/contenido que recibe. Cualquier
miembro del árbol de multidifusión puede contestar a un mensaje de
RREQ para unirse al grupo de multidifusión si su número de
secuencia grabado es al menos tan grande como el que lleva el
mensaje de RREQ. El líder del grupo de multidifusión responde
siempre a un mensaje de RREQ para unirse al grupo de multidifusión.
El nodo que responde a un mensaje de RREQ para unirse al grupo de
multidifusión establece una ruta inversa de unidifusión hacia el
creador en su tabla de encaminamiento por las reglas de
establecimiento de ruta de unidifusión. El nodo que responde
establece también una ruta para el creador en la tabla de
encaminamiento de multidifusión. La ruta es señalada como inactiva.
El nodo que responde unidifunde entonces un mensaje de RREP en
retorno al creador del mensaje de RREQ. Cuando un nodo recibe, a lo
largo de la trayectoria inversa, el mensaje de RREP, el mismo
actualiza la métrica y establece una trayectoria/ruta de reenvío en
su tabla de encaminamiento de multidifusión. La trayectoria/ruta
establecida en la tabla de encaminamiento de multidifusión es
señalada como inactiva. Entonces el nodo remite el mensaje de RREP
al siguiente salto.
Cada nodo de un árbol de multidifusión tiene una
tabla de encaminamiento de multidifusión. Una tabla de
encaminamiento de multidifusión tiene entradas para cada grupo de
multidifusión. Una entrada de tabla de encaminamiento de
multidifusión incluye la dirección de MAC del grupo de
multidifusión, la siguiente dirección de MAC de salto, la interfaz
al siguiente salto, el número de secuencia del grupo de
multidifusión, la métrica para el líder del grupo de multidifusión,
banderas (banderas de activo/inactivo y de encaminamiento) y un
parámetro de tiempo de vida de ruta. El parámetro de tiempo de vida
de ruta es actualizado cada vez que es usada/recorrida una
ruta/trayectoria. La ruta/trayectoria resulta no válida si no es
usada dentro del tiempo de vida especificado de la ruta.
El creador de un mensaje de RREQ para unirse a
un grupo de multidifusión puede recibir múltiples mensajes de RREP
de diferentes miembros del árbol de multidifusión. Cada respuesta
representa una ruta/trayectoria potencial hacia el grupo de
multidifusión. El creador rastrea las respuestas recibidas y espera
a la expiración del periodo/intervalo de descubrimiento de la ruta.
El creador selecciona entonces una ruta que tenga el mayor número
de secuencia del grupo de multidifusión y la mejor métrica para el
grupo de multidifusión. El creador activa la ruta/trayectoria
seleccionada a la expiración del periodo/intervalo de descubrimiento
de ruta mediante la unidifusión de un mensaje de activación de
multidifusión (MACT) con la bandera de unión dispuesta para unirse
a su salto siguiente. El creador fija la bandera de activa/inactiva
para activar la ruta/trayectoria seleccionada en su tabla de
encaminamiento de multidifusión. Como cada salto a lo largo de la
trayectoria recibe el mensaje de MACT, el mismo activa la ruta en
su tabla de encaminamiento de multidifusión y hace que siga a su
siguiente salto si no es el creador del mensaje de RREP. Esto
continúa hasta que el creador del mensaje de RREP recibe el mensaje
de MACT. Se ha de observar que es posible que un nodo sea un miembro
de dos grupos/árboles de multidifusión simultáneamente.
Las figuras 7A-7D muestran cómo
se une un nuevo nodo "N" a un grupo de multidifusión. Los nodos
sombreados en negro son miembros del grupo de multidifusión y
miembros del árbol de multidifusión. Los nodos blancos son nodos
que no son miembros del árbol de multidifusión o del grupo de
multidifusión. El nodo "N" es el nuevo nodo que desea unirse
al grupo de multidifusión. Los nodos que están señalados con una
"F" son nodos remitentes. Haciendo referencia ahora a la
figura 7A, el nodo "N" es un nuevo nodo que desea unirse al
grupo de multidifusión. El nodo "N" inunda la red de malla con
los mensajes de RREQ en su intento de unirse al grupo de
multidifusión. Los mensajes de RREQ son transmitidos a través de
nodos que no son miembros del árbol de multidifusión hasta que los
mensajes de RREQ alcancen nodos que sean miembros del árbol de
multidifusión. La figura 7B representa los mensajes de RREP que son
devueltos al nuevo nodo que desea unirse al grupo de multidifusión.
Los mensajes de RREP son enviados de vuelta al creador del mensaje
de RREQ a lo largo de la trayectoria inversa por diferentes
miembros del árbol de multidifusión. La figura 7C muestra el creador
del mensaje de RREQ transmitiendo un mensaje de activación de ruta
(MACT). El creador del mensaje de RREQ unidifunde el mensaje de MACT
con la bandera o indicación de unión fijada para activar la
ruta/trayectoria al grupo de multidifusión. La figura 7D muestra el
nuevo nodo que ha sido añadido al grupo de multidifusión. Un nodo
que no era un miembro del grupo de multidifusión o el árbol de
multidifusión ha sido añadido como un nodo remitente y de ese modo
se ha convertido en un miembro del árbol de multidifusión.
Si un nodo que es un miembro del grupo de
multidifusión desea salirse/marcharse del grupo, entonces unidifunde
un mensaje de MACT a su siguiente salto con la bandera de recorte o
poda fijada en recorte y suprime la entrada al grupo de
multidifusión en su tabla de encaminamiento de multidifusión. Una
vez que el siguiente nodo recibe, a lo largo de la trayectoria, el
mensaje de MACT con la bandera de recorte fijada en recorte, el
mismo suprime la información de encaminamiento para el nodo que
transmitió el mensaje de MACT al mismo. Si el nodo que recibe el
mensaje de MACT con la bandera de recorte fijada en recorte no es un
miembro del grupo de multidifusión y con la supresión del nodo que
desea abandonar su carácter de miembro en el grupo de multidifusión
se convierte en un nodo de hoja, entonces se recorta o separa él
mismo del árbol de multidifusión. El nodo de hoja se recorta él
mismo del árbol de multidifusión mediante la unidifusión de un
mensaje de MACT con la bandera de recorte fijada en recorte para su
siguiente salto. Si el nodo que recibe el mensaje de MACT con la
bandera de recorte fijada en recorte es un miembro del grupo de
multidifusión o no es un nodo de hoja, entonces no se recorta él
mismo.
Las figuras 8A-8B muestran cómo
un nodo "A" abandona su calidad de miembro en un árbol y grupo
de multidifusión. Los nodos sombreados en negro son miembros del
grupo de multidifusión y miembros del árbol de multidifusión. Los
nodos blancos son nodos que no son miembros del árbol de
multidifusión o del grupo de multidifusión. Los nodos que están
marcados con una "F" son nodos remitentes. La figura 8A ilustra
cómo un nodo de hoja de multidifusión sale/se marcha de un grupo de
multidifusión. El nodo "A" unidifunde un mensaje de MACT con la
bandera de recorte fijada en recorte con el fin de abandonar su
calidad de miembro en el grupo y árbol de multidifusión. La figura
8B muestra el árbol de multidifusión después del recorte o poda.
Después de que el nodo "A" abandonó su calidad de miembro del
grupo y árbol de multidifusión, el nodo "B" que era un nodo
remitente fue dejado como un nodo de hoja de manera que se recortó
o separó él mismo del árbol de multidifusión.
Un nodo del árbol de multidifusión debe recibir
una transmisión desde cada uno de sus vecinos cada intervalo_Hello.
Una transmisión incluye un paquete de datos de multidifusión, un
mensaje de RREQ, un mensaje_Hello, un mensaje de baliza o un
mensaje hello de grupo (GRPH). Un mensaje GRPH es enviado
periódicamente por el líder del grupo a lo largo del árbol de
multidifusión. Si falla un nodo al recibir cualquier transmisión
desde un vecino en el árbol de multidifusión para Vida_Hello,
entonces se interrumpe el enlace hacia su vecino. Cuando se
interrumpe o rompe un enlace, el nodo de aguas abajo de la rotura
(es decir, el nodo más alejado del líder del grupo de
multidifusión) intenta repararlo. Realmente, es un intento para
derivar el enlace interrumpido y generar una trayectoria
alternativa de vuelta hacia el árbol de multidifusión. El nodo de
aguas abajo que es responsable del intento de reparar el enlace
interrumpido o derivar el enlace interrumpido mediante el
descubrimiento de una ruta alternativa envía un mensaje de RREQ
para unirse al grupo de multidifusión que incluye un campo de
extensión que indica la métrica del nodo de envío desde el líder del
grupo. Los nodos que responden al mensaje de RREQ deben ser
miembros del árbol de multidifusión con un número de secuencia
suficientemente renovado (un número de secuencia que es al menos
tan grande como el número de secuencia del grupo de multidifusión
que lleva el mensaje de RREQ) y la métrica para el líder del grupo
de multidifusión debe ser mejor que la métrica indicada en el
mensaje de RREQ. A la expiración del periodo/intervalo de
descubrimiento de ruta, el nodo que originó el mensaje de RREQ en
un intento para derivar el enlace interrumpido selecciona una
ruta/trayectoria y unidifunde un mensaje de MACT con la bandera de
unión fijada para unirse a su siguiente salto para activar la ruta
recién descubierta. Si no es posible reparar el árbol de
multidifusión volviendo a unir el árbol a través de cualquier
bifurcación, entonces el nodo de aguas abajo responsable de la
derivación del enlace interrumpido se convierte en el nuevo líder
del grupo de multidifusión para un nuevo árbol de multidifusión.
Las figuras 9A-9E ilustran la
derivación de un enlace de árbol de multidifusión interrumpido. La
figura 9A ilustra un árbol de multidifusión con un enlace
interrumpido. En este caso, el enlace entre el nodo "A" y el
nodo "B" está interrumpido o roto. La figura 9B representa el
nodo de aguas abajo (Nodo "A") intentando derivar el enlace
interrumpido enviando un mensaje de RREQ que requiere unirse al
grupo de multidifusión. La figura 9C muestra el nodo de aguas abajo
(nodo "A") recibiendo mensajes de RREP desde miembros de árbol
de multidifusión cualificados. La figura 9D muestra el nodo de aguas
abajo (nodo "A") activando los nuevos enlaces con un mensaje
de MACT con la bandera de unión fijada para unir. La figura 9E
representa el árbol de multidifusión reparado con el enlace roto
derivado. Como se ha hecho observar anteriormente, el enlace
interrumpido no está realmente reparado, sino que, en su lugar, es
derivado usando los mecanismos de descubrimiento de ruta
disponibles.
De manera similar a la unidifusión, para reducir
el retardo de descubrimiento de ruta, en la presente invención está
soportado encaminamiento proactivo. La presente invención integra el
descubrimiento de ruta bajo demanda y anuncio de ruta proactiva.
Para la multidifusión, puede ser explícitamente configurado un nodo
por el administrador de la red o implícitamente determinado de
acuerdo con ciertas políticas, para realizar encaminamiento
proactivo en la red de malla si es el líder del grupo de
multidifusión. El líder del grupo configurado anuncia al grupo de
multidifusión emitiendo periódicamente un mensaje de Anuncio de Ruta
no solicitado (RANN), de manera que otros nodos de la red de malla
puedan aprender la ruta hacia el grupo de multidifusión. El mensaje
de RANN contiene la dirección de MAC de IEEE 802.11 del grupo de
multidifusión (no la dirección de IP) con el número de secuencia
del grupo e información opcional de capa 3. Aquel contiene también
la métrica de ruta, el tiempo para vivir y el tiempo de vida de la
ruta.
Es necesario soportar la calidad del servicio
(QoS) en redes de malla de WLAN, por ejemplo para aplicaciones de
multimedia y vídeo. Para soportar la QoS, los requisitos de QoS, por
ejemplo requisitos de retardo máximo y anchura de banda mínima para
datos, pueden ser portados en los campos opcionales de un mensaje de
RREQ extendido. Para responder o remitir un mensaje de RREQ con
extensiones de QoS, un nodo debe ser capaz de satisfacer las
limitaciones de QoS. De otro modo, el mismo desecha este mensaje de
RREQ de QoS. Después de establecida la ruta de QoS, si cualquier
nodo a lo largo de la trayectoria detecta que ya no satisface un
parámetro de QoS requerido, aquel envía un mensaje de RERR hacia el
creador. El mensaje de RERR puede llevar también los parámetros de
QoS actualmente medidos, tales como parámetros disponibles de
anchura de banda y retardo para este enlace. El creador puede
decidir sobre continuar usando esta ruta con inferior QoS o
descubrir otra ruta. Por ejemplo, el mensaje de RERR indica que la
anchura de banda actual disponible en un enlace es igual a un valor
menor que el requerido por el creador antes. El creador puede
reducir su régimen de fuente para cumplir la anchura de banda
disponible actual o descubrir una nueva ruta con la anchura de banda
originalmente requerida.
Se ha de entender que la presente invención
puede ser ejecutada en la práctica de varias formas de hardware,
software, firmware, procesadores de finalidad especial, o
combinación de los mismos, por ejemplo dentro de un terminal móvil,
un punto de acceso o una red celular. Preferiblemente, la presente
invención es ejecutada en la práctica como una combinación de
hardware y software. Además, el software es preferiblemente
ejecutado como un programa de aplicación tangiblemente incorporado
en un dispositivo de almacenamiento de programa. El programa de
aplicación puede ser cargado en, o ejecutado por, una máquina que
comprenda cualquier estructura apropiada. Preferiblemente, la
máquina es ejecutada en la práctica en una plataforma de ordenador
que tiene hardware, tal como una o más unidades de tratamiento
central (CPU), una memoria de acceso aleatorio (RAM), e interfaz o
interfaces de entrada/salida (I/O). La plataforma de ordenador
también incluye un sistema operativo y un código de
microinstrucciones. Los diversos procesos y funciones descritos en
esta memoria pueden o bien formar parte del código de
microinstrucciones o parte del programa de aplicación (o una
combinación de los mismos), que es ejecutado por medio del sistema
operativo. Además, se pueden conectar varios otros dispositivos
periféricos a la plataforma de ordenador, tal como un dispositivo de
almacenamiento de datos adicional y un dispositivo de
impresión.
Se ha de entender además que, debido a que
algunos de los componentes que constituyen el sistema y los pasos
del método representados en las figuras que se acompañan son
ejecutados preferiblemente en software, las conexiones reales entre
los componentes del sistema (o los pasos del proceso) pueden diferir
con dependencia de la manera en que sea programada la presente
invención. Dadas las enseñanzas de esta memoria, un experto
ordinario en la técnica relacionada será capaz de apreciar estas y
otras ejecuciones similares o configuraciones de la presente
invención.
Claims (24)
1. Un método para seleccionar una ruta mediante
un nodo entre un nodo de origen y un nodo de destino en una red de
malla inalámbrica, comprendiendo dicho método:
- a)
- recibir dicho nodo un mensaje de solicitud de ruta;
- b)
- verificar dicho nodo una dirección de creador e identificación de mensaje para determinar si el nodo ha visto previamente el mensaje de solicitud de ruta;
- c)
- si el nodo ha visto previamente el mensaje de solicitud de ruta, actualizar un campo de métricas añadiendo un coste de enlace entre el nodo de origen y él mismo;
- d)
- establecer dicho nodo una ruta inversa hacia el nodo de origen en su tabla de encaminamiento;
- e)
- si el nodo es el nodo de destino, o si el nodo tiene una ruta válida no expirada hacia el nodo de destino y el número de secuencia para ese nodo de destino es al menos tan grande como el indicado en el mensaje de solicitud de ruta, responder el nodo unidifundiendo un mensaje de contestación de ruta en retorno al nodo de origen;
- f)
- si una métrica del mensaje de solicitud de ruta es menor que la métrica grabada en su tabla de encaminamiento, actualizar el nodo el campo de métricas para el nodo de origen añadiendo el coste de enlace entre el nodo de origen y él mismo; y
- g)
- si la métrica del mensaje de solicitud de ruta es no menor que la métrica grabada en su tabla de encaminamiento, desechar el mensaje de solicitud de ruta.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además mantener rutas actualmente usadas en la citada
red de malla inalámbrica.
3. El método se acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además mantener información sobre todas las rutas
entre el citado nodo de origen y dicho nodo de destino usando
información de ruta anunciada.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicha red de malla inalámbrica es dinámica y cualquier
nodo es capaz de unirse a o salirse dinámicamente de dicha red de
malla inalámbrica en cualquier momento.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el citado acto de establecer dicha ruta comprende
además:
- determinar al menos una ruta entre dicho nodo de origen y dicho nodo de destino en la citada red de malla inalámbrica; y
- seleccionar una ruta entre dicho nodo de origen y dicho nodo de destino si están identificadas una pluralidad de rutas entre dicho nodo de origen y dicho nodo de destino, en el que dicha selección está basada en un número de secuencia y una métrica.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicho acto de establecer la citada ruta comprende además
anunciar mediante un nodo configurado en dicha red de malla
inalámbrica rutas para alcanzarla.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además transmitir periódicamente mensajes de baliza
por cada nodo de dicha red de malla inalámbrica hacia sus vecinos
con el fin de mantener conectividad local.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además permitir un punto de acceso para unirse a
dicha red de malla inalámbrica, en el que al menos una estación está
asociada a dicho punto de acceso y en el que además la citada al
menos una estación asociada a dicho punto de acceso no es un miembro
de dicha red de malla inalámbrica y en el que además el citado
punto de acceso actúa como apoderado (proxy) para la citada al
menos una estación asociada a dicho punto de acceso y encaminamiento
entre cualquier estación de la citada al menos una estación
asociada al citado punto de acceso y cualquier miembro de dicha red
de malla inalámbrica es transparente para la citada al menos una
estación.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además soportar nodos de malla no remitentes, en el
que dichos nodos de malla no remitentes son o bien nodos de origen o
nodos de destino.
10. El método de acuerdo con la reivindicación
1, que comprende además soportar calidad de servicio realizando
establecimiento y mantenimiento de ruta sobre la base de calidad de
requisitos de servicio.
11. El método de acuerdo con la reivindicación
1, en el que dicho nodo de destino es un grupo de multidifusión en
la citada red de malla inalámbrica.
12. El método de acuerdo con la reivindicación
11, que comprende además mantener rutas actualmente usadas en dicha
red de malla inalámbrica.
13. El método de acuerdo con la reivindicación
11, que comprende además mantener información sobre todas las rutas
para dicho grupo de multidifusión usando información de ruta
anunciada.
14. El método de acuerdo con la reivindicación
11, en el que dicho grupo de multidifusión de la citada red de
malla inalámbrica es dinámico y cualquier nodo es capaz de unirse a
o salirse dinámicamente de dicho grupo de multidifusión de la
citada red de malla inalámbrica en cualquier momento.
15. El método de acuerdo con la reivindicación
11, en el que dicho acto de establecer la citada ruta comprende
además:
- determinar al menos una ruta entre dicho nodo y el citado grupo de multidifusión en dicha red de malla inalámbrica; y
- seleccionar una ruta entre dicho nodo y el citado grupo de multidifusión si se identifican una pluralidad de rutas entre dicho nodo y el citado grupo de multidifusión, en el que dicha selección está basada en un número de secuencia y una métrica.
\vskip1.000000\baselineskip
16. El método de acuerdo con la reivindicación
11, en el que dicho acto de establecer la citada ruta comprende
además anunciar, por parte de un líder de grupo configurado de dicho
grupo de multidifusión en la citada red de malla inalámbrica,
rutas para alcanzarlo.
17. El método de acuerdo con la reivindicación
11, que comprende además transmitir periódicamente mensajes baliza
por parte de cada nodo en dicha red de malla inalámbrica hacia sus
vecinos con el fin de mantener conectividad local.
18. El método de acuerdo con la reivindicación
11, que comprende además soportar nodos de malla no remitentes, en
el que dichos nodos de malla no remitentes son o bien nodos de
origen o nodos de destino.
19. El método de acuerdo con la reivindicación
11, que comprende además soportar calidad de servicio realizando
establecimiento y mantenimiento de ruta basándose en calidad de
requisitos de servicio.
20. El método de acuerdo con la reivindicación
15, que comprende además activar la citada ruta seleccionada.
21. El método de acuerdo con la reivindicación
11, que comprende además derivar un enlace de árbol de multidifusión
roto o interrumpido.
22. Un punto de acceso con apoderado (proxy) que
comprende:
- un apoderado de estación, que está destinado a controlar al menos una estación asociada con el citado punto de acceso con apoderado;
- un módulo de control de asociación de estaciones, que está en comunicación con dicho apoderado de estación;
- un módulo de interfaz de estación en comunicación con el citado módulo de control de asociación de estaciones, en el que dicho módulo de interfaz de estación está destinado a comunicar con al menos una estación asociada con dicho punto de acceso con apoderado;
- una unidad de encaminamiento de malla en comunicación con el citado apoderado de estación; y
- un módulo de interfaz de red de malla en comunicación con dicha unidad de encaminamiento de malla, en el que dicho módulo de interfaz de red de malla está adaptado para comunicar con una red de malla que utiliza direcciones que son exclusivamente direcciones de control de acceso a los medios, y en el que el citado punto de acceso con apoderado está adaptado para realizar descubrimiento de ruta;
- comprendiendo dicho punto de acceso medios para recibir un mensaje de solicitud de ruta;
- medios para verificar una identificación de dirección y mensaje de creador para determinar si el punto de acceso ha visto previamente el mensaje de solicitud de ruta;
\newpage
- medios para actualizar un campo de métricas del citado punto de acceso añadiendo un coste de enlace entre el nodo desde el cual se originó el mensaje de solicitud de ruta y él mismo, y establecer una ruta inversa hacia un creador del mensaje de solicitud de ruta;
- medios para unidifundir un mensaje de contestación de ruta en retorno al creador del mensaje de solicitud de ruta;
- medios para propagar el mensaje de solicitud de ruta con una nueva métrica;
- medios para actualizar el campo de métricas para el creador del mensaje de solicitud de ruta añadiendo el coste de enlace entre el creador del mensaje de solicitud de ruta y él mismo;
- medios para actualizar la ruta inversa; y
- medios para propagar el mensaje de solicitud de ruta con una nueva métrica de ruta inversa.
23. El punto de acceso con apoderado de acuerdo
con la reivindicación 22, en el que dicha unidad de encaminamiento
de malla comprende además:
- una unidad de descubrimiento de malla;
- una unidad de anuncio de ruta de malla;
- una unidad de tratamiento de mensaje de encaminamiento;
- una unidad de mantenimiento de ruta;
- una unidad de tratamiento de datos; y
- una tabla de encaminamiento.
24. El punto de acceso de acuerdo con la
reivindicación 22, en el que dicho módulo de interfaz de estación se
utiliza para transmisión y recepción.
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