СПОСОБ ВЫБОРА УЗЛОВ МНОГОТОЧЕЧНОЙ РЕТРАНСЛЯЦИИ Российский патент 2018 года по МПК H04W40/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области систем связи, содержащих узлы связи, образующие ячеистую сеть (сеть ячеистой топологии).

Более конкретно, изобретение относится к области ячеистой сети, использующей протокол маршрутизации, в соответствии с которым каждый из узлов сети периодически транслирует соседним узлам сообщение для обнаружения сетевого окружения, называемое сообщением приветствия («Hello»), с целью обнаружения соединений между ними, например, протокол OLSR (Optimized Link State Routing, оптимизированная маршрутизация состояния соединений).

Уровень техники

Системы связи, образующие ячеистые сети, в частности, иерархические ячеистые сети, например, в соответствии со стандартом DECT (Digital European Cordless Téléphone), используют механизм множественного доступа с разделением по времени (TDMA, Time Division Multiple Access).

Для улучшения реакции систем связи типа TDMA на изменения условий передачи, в частности, в случае возникновения помех или замирания сигнала, заявителем по настоящей заявке было предложено, в частности, в патентной заявке FR1154262, поданной 17 мая 2011 г., резервировать в каждом кадре TDMA общий ресурс передачи, доступный для всех узлов.

Такой общий ресурс позволяет всем узлам осуществлять широковещательную передачу в системе связи информации синхронизации, организации топологии, обнаружения сетевого окружения и/или обнаружения изменений условий передачи.

Каждый из узлов также использует такой общий ресурс, в частности, для периодической широковещательной передачи для соседних узлов, как правило, расположенных на расстоянии одного скачка, сообщения обнаружения сетевого окружения, называемого сообщением приветствия («Hello»), в рамках протокола OLSR для обнаружения связывающих их соединений.

Протокол OLSR отличается тем, что использует конкретные узлы, называемые узлами многоточечной ретрансляции (MultiPoint Relay, MPR), для минимизации переполнения широковещательными пакетами топологической информации (посредством сообщений, называемых ТС, Topology Control, «управление топологией») в сети, сокращая дублирующиеся повторные передачи в одни и те же узлы.

Протокол OLSR определяет следующий алгоритм выбора узлов MPR. Каждый из узлов выбирает для себя узлы многоточечной ретрансляции из числа соседних узлов, расположенных на расстоянии одного скачка (непосредственного соединения). Узлы многоточечной ретрансляции выбираются так, чтобы покрыть (с точки зрения дистанции установления радиосвязи) все узлы, расположенные на расстоянии двух узлов. Совокупность узлов многоточечной ретрансляции для узла N, обозначаемая MPR(N), представляет собой подмножество окружения узла N, находящегося от него на расстоянии в один скачок, удовлетворяющее следующему условию: каждый из узлов, расположенных на расстоянии двух скачков от узла N, должен иметь двунаправленное соединение с узлами многоточечной ретрансляции узла N

Эффективность работы протокола OLSR, очевидно, зависит от оптимизации числа выбранных узлов MPR (т.е. от его уменьшения до строго необходимого), требуемой для исключения любой бесполезной избыточности.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в усовершенствовании эффективности такого протокола OLSR и, в частности, в предложении более эффективного способа выбора узлов MPR.

Для решения поставленной задачи в соответствии с первым аспектом изобретения предлагается способ связи в системе, содержащей узлы связи, образующие ячеистую сеть, в которой каждый из узлов периодически передает через общий ресурс передачи, доступный для всех узлов, сообщение обнаружения сетевого окружения в соседние узлы для обнаружения соединений между ними, причем каждый из узлов прослушивает среду, используемую в качестве носителя общего ресурса передачи, для определения незанятости данной среды, а узлы подмножества узлов ячеистой сети используются в качестве эксклюзивных ретрансляторов для распространения широковещательных сообщений топологической информации,

отличающийся тем, что включает этапы, на которых

- каждый из узлов:

- обнаруживает коллизии в среде во время прослушивания;

- вычисляет метрику на основе числа обнаруженных коллизий;

- записывает метрику в первое поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом;

- принимает сообщения обнаружения сетевого окружения из соседних для него узлов;

- сравнивает свою метрику с метрикой соседних для него узлов;

- добавляют узел к указанному подмножеству в зависимости от результата сравнения.

Способ по изобретению обладает, в частности, следующими предпочтительными, но не накладывающими каких-либо ограничений аспектами:

- узел добавляют к подмножеству, если его метрика больше метрик соседних для него узлов;

- метрику, вычисленную узлом, нормализуют на коэффициент, зависящий от числа узлов, соседних для указанного узла;

- узел определяет число соседних для него узлов путем подсчета количества принятых сообщений обнаружения сетевого окружения, а метрика, вычисляемая узлом, соответствует отношению числа коллизий за единицу времени, обнаруженных указанным узлом, к числу узлов, соседних для указанного узла;

- в зависимости от результата сравнения узел назначает себя или выбирается как принадлежащий к указанному подмножеству;

- узел, назначивший себя или выбранный как принадлежащий к указанному подмножеству, задает информацию во втором поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом.

В соответствии с изобретением также предлагается система связи, узлы которой выполнены с возможностью осуществления способа по первому аспекту изобретения. В соответствии с изобретением также предлагается сообщение обнаружения сетевого окружения, предназначенное для передачи узлом, содержащее первое поле, в котором записана метрика, вычисленная узлом.

Другие особенности, задачи и преимущества настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления, приведенного исключительно в иллюстративных целях и не накладывающего каких-либо ограничений

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к области систем связи, содержащих узлы связи, образующие ячеистую сеть, в которой каждый из узлов периодически передает сообщение обнаружения сетевого окружения (сообщение приветствия «Hello» в соответствии с протоколом OLSR) в соседние для него узлы, в частности узлы, расположенные на расстоянии одного скачка от него, для обнаружения соединений между ними. Кроме того, узлы, принадлежащие к подмножеству узлов ячеистой сети (узлы MPR), используются как эксклюзивные ретрансляторы для распространения широковещательных сообщений топологической информации (сообщений ТС).

В случае сети DECT узлы образуют иерархическую сеть и осуществляют связь между собой посредством кадров множественного доступа с разделением по времени (TDMA) и с разделением по частоте (FDMA, Frequency Division Multiple Access).

Как указано выше, изобретение предполагает использование каждым из узлов сети общего ресурса передачи, доступного для всех узлов, для широковещательной передачи сообщений «Hello» протокола OLSR. Такой общий ресурс передачи соответствует ресурсу, зарезервированному в каждом из кадров.

Способ доступа, обеспечивающий возможность реализации доступа к этому ресурсу, называемый CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), состоит в следующем. Узел осуществляет прослушивание для определения того, свободна ли среда, используемая в качестве носителя общего ресурса передачи. Если среда занята, узел ждет. Если среда свободна, узел начинает передачу. Если во время передачи происходит коллизия, узел останавливает передачу и ждет в течение определенного времени перед повторным началом передачи.

В соответствии с изобретением предлагается выбирать узлы MPR с использованием физической, а не математической эвристики. Решение по изобретению основано на принципе, в соответствии с которым для использования в качестве узлов MPR наиболее пригодны узлы, встречающие наибольшее число коллизий при прослушивании среды, используемой в качестве носителя общего ресурса передачи. Коллизии пакетов происходят естественным образом как следствие проблемы скрытого узла и отсутствия арбитража при попытках занятия среды узлами для передачи своего сообщения «Hello» в соответствии с вышеописанным упрощенным режимом доступа «прослушивание перед передачей».

Способ выбора узлов MPR по изобретению использует один из негативных эффектов, который обычно пытаются минимизировать для повышения эффективности среды, а именно возникновение несвоевременных коллизий, когда узлы динамической сети пытаются занять среду. Таким образом, изобретение выгодно использует недостаток, присущий данному способу доступа к ресурсу.

В соответствии с данным способом выбора каждый из узлов выполнен с возможностью обнаружения коллизий во время прослушивания среды и вычисления метрики на основе числа обнаруженных коллизий.

Метрика, вычисленная узлом, как правило, нормализуется на коэффициент, зависящий от числа узлов, соседних для данного узла. В такой конфигурации узел может определить число соседних для него узлов путем подсчета принятых сообщений «Hello», служащих для обнаружения сетевого окружения.

Таким образом, метрика, вычисленная узлом, может соответствовать числу коллизий, обнаруженных данным узлом за единицу времени (т.е. отношению числа обнаруженных коллизий к длительности прослушивания среды).

Она также может соответствовать отношению числа коллизий, обнаруженных указанным узлом за единицу времени, к числу соседних узлов, или же отношению числа коллизий, обнаруженных указанным узлом за единицу времени, к площади, на которой развернута часть сети, образованная соседними узлами.

Кроме того, для сглаживания метрики может быть предусмотрена ее фильтрация. Если М(n) - метрика, вычисленная в момент n, а - соответствующее отфильтрованное значение, то фильтр может быть, например, задан выражением:

Также может быть использован авторегрессионный фильтр со скорректированным средним, заданный выражением:

где A - авторегрессионная часть (коэффициенты NA), а B - часть со скорректированным средним (коэффициенты NB).

Разумеется, могут быть использованы и фильтры других типов (например, фильтр Калмана).

Вычисленная и, возможно, отфильтрованная таким образом метрика записывается в первое поле сообщения «Hello», передаваемого узлом.

При приеме сообщений обнаружения сетевого окружения из своих соседних узлов узел узнает метрики каждого из соседних с ним узлов и сравнивает их со своей собственной метрикой.

В зависимости от результатов такого сравнения, например, если метрика определенного узла больше, чем метрики соседних для него узлов, такой узел может быть добавлен в список узлов MPR. В общем случае результат такого сравнения сопоставляется с пороговым значением, фиксированным (определенным заранее) или переменным (корректируемым в зависимости от изменения некоторого параметра во времени, например, числа соседних узлов). Также может быть использовано сравнение с двумя пороговыми значениями (гистерезис), причем то, какое пороговое значение используется для сравнения, может зависеть от возрастания или уменьшения метрики.

В частности, узел может назначить себя узлом MPR и изменить второе поле своего сообщения «Hello», состоящее из бита, который указывает, является ли передающий данное сообщение узел узлом MPR. Таким образом, соседние узлы узнают, что данный узел стал узлом MPR при приеме следующего сообщения «Hello», переданного узлом, назначившим себя узлом MPR.

В другом варианте осуществления узел может быть выбран узлом MPR (как это происходит в рамках протокола OLSR). Как правило, заданный узел выбирает узлом MPR тот из соседних для него узлов, который обладает наилучшей метрикой. В данном случае второе поле n сообщения «Hello» также позволяет сообщить соседним узлам о том, что узел был выбран в качестве узла MPR.

Способ выбора узлов MPR по изобретению обладает преимуществом значительной простоты осуществления, поскольку для определения статуса узлов в общем случае необходимо лишь обеспечить общее прослушивание ими среды. Кроме того, сообщения «Hello» легко могут быть изменены для включения в них двух дополнительных полей, одно из которых содержит вычисленную метрику, а другое состоит из бита, указывающего, является ли данный узел узлом MPR.

Изобретение не ограничено способом выбора узлов MPR, но охватывает также и систему связи в целом, узел, выполненный с возможностью осуществления данного способа, и сообщение типа «Hello», содержащее поле, содержащее метрику, вычисленную таким узлом.

Изобретение относится к области систем связи. Технический результат изобретения заключается в оптимизации выбора узлов многоточечной ретрансляции (MPR). Система связи содержит узлы связи, образующие ячеистую сеть, в которой каждый из узлов периодически передает через общий ресурс передачи, доступный для всех узлов, сообщение обнаружения сетевого окружения в соседние узлы для обнаружения соединений между ними. Каждый из узлов прослушивает среду, используемую в качестве носителя общего ресурса передачи, для определения незанятости данной среды, а узлы подмножества узлов ячеистой сети используются в качестве ретрансляторов для распространения широковещательных сообщений топологической информации. Способ связи включает этапы: каждый из узлов обнаруживает коллизии в среде во время прослушивания, вычисляет метрику на основе числа обнаруженных коллизий, записывает метрику в первое поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом, принимает сообщения обнаружения сетевого окружения из соседних для него узлов, сравнивает свою метрику с метрикой соседних для него узлов; узел добавляют к подмножеству в зависимости от результата сравнения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Способ связи в системе, содержащей узлы связи, образующие ячеистую сеть, в которой каждый из узлов периодически передает через общий ресурс передачи, доступный для всех узлов, сообщение обнаружения сетевого окружения в соседние узлы для обнаружения соединений между ними, причем каждый из узлов прослушивает среду, используемую в качестве носителя общего ресурса передачи, для определения незанятости данной среды, а узлы подмножества узлов ячеистой сети используются в качестве эксклюзивных ретрансляторов для распространения широковещательных сообщений топологической информации,

отличающийся тем, что включает этапы, на которых:

- каждый из узлов:

обнаруживает коллизии в среде во время прослушивания;

вычисляет метрику на основе числа обнаруженных коллизий;

записывает метрику в первое поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом;

принимает сообщения обнаружения сетевого окружения из соседних для него узлов;

сравнивает свою метрику с метрикой соседних для него узлов;

- добавляют узел к указанному подмножеству в зависимости от результата сравнения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что узел добавляют к подмножеству, если его метрика больше метрик соседних для него узлов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что метрику, вычисленную узлом, нормализуют на коэффициент, зависящий от числа узлов, соседних для указанного узла.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что узел определяет число соседних для него узлов путем подсчета количества принятых сообщений обнаружения сетевого окружения.

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что метрика, вычисляемая узлом, соответствует отношению числа коллизий за единицу времени, обнаруженных указанным узлом, к числу узлов, соседних для указанного узла.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зависимости от результата сравнения узел назначает себя или выбирается как принадлежащий к указанному подмножеству.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что узел, назначивший себя или выбранный как принадлежащий к указанному подмножеству, задает информацию во втором поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом.

8. Система связи, содержащая узлы связи, образующие ячеистую сеть, в которой каждый из узлов периодически передает через общий ресурс передачи, доступный для всех узлов, сообщение обнаружения сетевого окружения в соседние узлы для обнаружения соединений между ними, причем каждый из узлов прослушивает среду, используемую в качестве носителя общего ресурса передачи, для определения незанятости данной среды, а узлы подмножества узлов ячеистой сети используются в качестве эксклюзивных ретрансляторов для распространения широковещательных сообщений топологической информации,

отличающаяся тем, что каждый из узлов выполнен с возможностью:

обнаружения коллизий в среде во время прослушивания;

вычисления метрики на основе числа обнаруженных коллизий;

записи метрики в первое поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом;

приема сообщений обнаружения сетевого окружения из соседних для него узлов;

сравнения своей метрики с метрикой соседних для него узлов,

- причем узел добавляется к указанному подмножеству в зависимости от результата сравнения.

9. Система по предшествующему пункту, отличающаяся тем, что узлы образуют иерархическую сеть радиосвязи.

10. Система по предшествующему пункту, отличающаяся тем, что узлы осуществляют связь посредством кадров множественного доступа с разделением по времени и с разделением по частоте, причем общий ресурс передачи, доступный для всех узлов, представляет собой ресурс, зарезервированный в каждом из кадров.

11. Узел системы связи, содержащей узлы связи, образующие ячеистую сеть, в которой каждый из узлов периодически передает через общий ресурс передачи, доступный для всех узлов, сообщение обнаружения сетевого окружения в соседние узлы для обнаружения соединений между ними, причем каждый из узлов прослушивает среду, используемую в качестве носителя общего ресурса передачи, для определения незанятости данной среды, а узлы подмножества узлов ячеистой сети используются в качестве эксклюзивных ретрансляторов для распространения широковещательных сообщений топологической информации, отличающийся тем, что выполнен с возможностью:

обнаружения коллизий в среде во время прослушивания;

вычисления метрики на основе числа обнаруженных коллизий;

записи метрики в первое поле сообщения обнаружения сетевого окружения, передаваемого узлом;

приема сообщений обнаружения сетевого окружения из соседних для него узлов;

сравнения своей метрики с метрикой соседних для него узлов.