ES2369444B1 - Sistema de distribución de señales de banda ancha inalámbricas en interiores. - Google Patents

Sistema de distribución de señales de banda ancha inalámbricas en interiores. Download PDF

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Abstract

Sistema de distribución de señales inalámbricas de banda ancha en interiores (100) que comprende: un nodo de acceso radio, conectado a una red de acceso de telecomunicaciones (170) a través de una interfaz de acceso, donde dicho nodo de acceso radio comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha a través de una interfaz radio de banda ancha; al menos un equipo cliente que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de dicho nodo de acceso radio a través de dicha interfaz radio de banda ancha. También comprende un canal de control configurado para intercambiar señales de control entre dicho nodo de acceso radio y dicho al menos un equipo cliente sobre una interfaz radio de control (161, 261, 361; 460, 560, 660), comprendiendo cada uno de dichos nodo de acceso radio y al menos un equipo cliente un módulo de transmisor/receptor de señales de control configurado para establecer dicho canal de control para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz radio de control. Método de configuración de una red inalámbrica formada por una pluralidad de nodos.

Description

Sistema de distribución de señales de banda ancha inalámbricas en interiores. Campo de la invención
La presente invención se aplica al campo de las telecomunicaciones y, más concretamente, a la construcción y despliegue de las redes de comunicaciones en el interior de edificios y su conexión con otras redes de telecomunicaciones. Antecedentes de la invención
La técnica utilizada convencionalmente para la provisión de interfaces de comunicaciones radio en el interior de edificios consiste en la instalación de tantos equipos como interfaces sean necesarias. Estos equipos deben ser configurados por el propio usuario y no pueden ser actualizados a cambios en el estándar de comunicaciones que emplean. Estos equipos, además, no aseguran la cobertura en cualquier recinto y no pueden ser supervisados y controlados remotamente desde la red del operador, de modo que precisan de la configuración local de los mismos por parte del usuario.
Algunos ejemplos de equipos que presentan los citados inconvenientes son:
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Un equipo que permite el acceso a la red de telecomunicaciones mediante el par de cobre y la interfaz ADSL, y que en el interior del hogar da soporte a una red inalámbrica de tipo IEEE 802.11x (WiFi), red inalámbrica que debe ser configurada por el propio usuario y que no es supervisable por el operador de telecomunicaciones.
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Un codificador/decodificador (también conocido como set-top-box) de televisión sobre protocolo IP (IPTV) que ofrece señales de tipo DVB-IP a un televisor y que se conecta mediante cable a un router ADSL que le permita comunicarse con la red de telecomunicaciones.
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Un sistema de distribución de señales inalámbricas en el hogar basada en reencaminadores IEEE 802.11x (WiFi), que deben ser configurados localmente por el propio usuario y que no pueden ser supervisados remotamente desde la red del operador de telecomunicaciones.
Con la tecnología actual, estos equipos y estas técnicas de despliegue adolecen de limitaciones que a continuación se describen:
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No es posible asegurar la cobertura radio en todos los recintos.
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Es necesario que el usuario configure manualmente los equipos.
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No es posible asegurar la supervisión remota de todos los equipos desde la red del operador de telecomunicaciones.
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No es posible asegurar la calidad del servicio ofrecido.
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Es necesaria la existencia de al menos tantos equipos como interfaces de comunicaciones se desee disponer, con la consiguiente acumulación de equipos e incremento de costes.
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Los equipos son específicos para cada estándar radio y no son actualizables, de modo que ante mejoras del estándar o la aparición de nuevos estándares es necesario prescindir de los equipos y adquirir unos nuevos.
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En algunos casos, la provisión del servicio requiere el uso de una conexión cableada.
Por otra parte, en otros ámbitos de las comunicaciones inalámbricas, tales como las comunicaciones móviles basadas en GSM/GPRS/UMTS, se utiliza un canal de control incluido en la misma interfaz radio para realizar ciertas operaciones de control y supervisión. Debido a que el espectro es limitado, no hay una interfaz aire dedicada, sino que se usa un canal de control incluido en la misma interfaz radio que se controla o supervisa. La toma de datos de mantenimiento relacionados, por ejemplo, con la calidad de los enlaces radio (localización, nivel de señal recibido, tasa de transmisión de errores, etc.) se regula por protocolos específicos dentro de los estándares concretos de GSM/GPRS/UMTS, etc. Por ejemplo, la solicitud de patente europea EP1619911 describe un método de recopilación y transmisión de información de mantenimiento en redes de comunicaciones móviles en el que, una vez tomada dicha información de modo local en un terminal móvil, esta información es transmitida a un servidor remoto que se encargará de su procesamiento, análisis y, si es necesario, corrección de algún parámetro de transmisión, en función de esos datos procesados.
Sin embargo, este intercambio de información de control entre un terminal móvil y un servidor remoto se realiza a través de un canal lógico de control incluido en la misma interfaz radio. Esto implica que, en caso de que dicho enlace radio se caiga por cualquier motivo (falta de cobertura, sobrecarga, etc.), el intercambio de información de supervisión también se interrumpe. Resumen de la invención
La presente invención tiene por objeto resolver los problemas mencionados anteriormente mediante un sistema de distribución de señales radio en interiores, asegurando la cobertura, supervisión y configuración remota de todo el equipamiento empleado y asegurando la calidad del servicio, permitiendo además actualizaciones a nuevos estándares sin necesidad de cambios en el equipamiento.
Uno de los aspectos de la presente invención se refiere a un sistema de distribución de señales inalámbricas de banda ancha en interiores que comprende: un nodo de acceso radio, conectado a una red de acceso de telecomunicaciones a través de una interfaz de acceso, donde este nodo de acceso radio comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha a través de una interfaz radio de banda ancha; y al menos un equipo cliente que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de dicho nodo de acceso radio a través de dicha interfaz radio de banda ancha. El sistema comprende también un canal de control configurado para intercambiar señales de control entre dicho nodo de acceso radio y dicho al menos un equipo cliente sobre una interfaz radio de control, comprendiendo cada uno de dichos nodo de acceso radio y al menos un equipo cliente un módulo de transmisión/recepción de señales de control configurado para establecer dicho canal de control para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz radio de control.
En una posible realización, el sistema comprende además: al menos un equipo reencaminador radio que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha configurado para la transmisión/recepción de señales inalámbricas de banda ancha y un módulo de transmisión/recepción de señales de control configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de una interfaz radio de control; y al menos un segundo equipo cliente que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha y un módulo de transmisión/recepción de señales de control; donde el equipo reencaminador radio está configurado para recibir señales de radiofrecuencia procedentes del nodo de acceso radio a través de una interfaz radio de banda ancha, para regenerar dichas señales y para reemitirlas hacia dicho segundo equipo cliente a través de una interfaz radio de banda ancha, y viceversa y donde el canal de control está configurado para intercambiar señales de control entre el equipo reencaminador radio y el nodo de acceso radio y entre el equipo reencaminador radio y dicho segundo equipo cliente sobre dicha interfaz radio de control.
Preferentemente, al menos un equipo cliente está conectado a un equipo final a través de una interfaz de equipo final, estando ese equipo cliente configurado para proveer al equipo final al menos un servicio de comunicaciones a través de la interfaz de equipo final. Alternativamente, al menos un equipo cliente comprende un módulo configurado para realizar funciones de equipo final, donde ese equipo cliente está configurado para proveer al módulo al menos un servicio de comunicaciones a través de una interfaz interna de equipo final.
Preferentemente, el canal de control está configurado para que un operador de telecomunicaciones pueda comunicarse con cualquiera de los equipos del sistema y con cualquier equipo final o sensor o actuador conectado a esos equipos del sistema, a través de una interfaz de acceso conectada a una terminación de red de acceso de telecomunicaciones para realizar tareas remotas de configuración, operación, mantenimiento, supervisión y gestión de dichos equipos, independientemente del estado en que se encuentren las interfaces radio de banda ancha correspondientes. Más preferentemente, al menos uno de esos nodo de acceso radio, equipos cliente, equipos reencaminadores radio y de dichos equipos sensores o actuadores ajenos a dicho sistema, está configurado para implementar funcionalidades de radio actualizable mediante software de forma distribuida, siendo capaz de actualizar de forma individual sus funcionalidades mediante cambios en su software que permiten dar soporte a nuevos estándares o variaciones de los mismos, y dicho canal de control está configurado para soportar dichas cargas de software para actualizar los equipos.
En una realización particular, la interfaz radio de control es más robusta que la interfaz radio de banda ancha, empleando técnicas de codificación para aumentar la redundancia de la señal y la resistencia a errores, implementa técnicas de gestión de espectro, implementa técnicas de retransmisión de señales y emplea técnicas de entrelazo de información en el tiempo.
En una realización particular, la implementación de la interfaz radio de control se basa en la capa física del estándar IEEE 802.15.4. Esta capa física del estándar IEEE 802.15.4 se modifica mediante la aplicación de las siguientes técnicas: codificación, gestión de espectro, retransmisión de señales y entrelazo de información en el tiempo.
Preferentemente, al menos uno de los equipos que forman el sistema está configurado para realizar funciones de radio cognitiva para analizar el grado de ocupación del espectro y determinar la banda de frecuencia y estándar de comunicaciones más adecuado para soportar dicha interfaz radio de banda ancha.
También preferentemente, al menos uno de los nodo de acceso radio, equipos cliente y/o equipos reencaminadores radio comprende una unidad base y una pluralidad de módulos insertables insertados en la unidad base.
En otro aspecto de la presente invención, se ofrece un método de configuración de una red inalámbrica formada por una pluralidad de nodos localizados en el interior de un edificio, donde un nuevo nodo va a conectarse a dicha red inalámbrica, que comprende las etapas de: enviar desde el nodo entrante un mensaje en difusión hacia los nodos que forman la red inalámbrica; enviar un mensaje de respuesta hacia el nodo entrante desde todos los nodos de la red inalámbrica que han recibido dicho mensaje en difusión; realizar, por parte del nodo entrante, un análisis de las respuestas recibidas procedentes de los nodos que han recibido el mensaje en difusión y calcular, a partir de al menos un parámetro, a cuál de estos nodos conectarse el nodo entrante; enviar desde ese nodo entrante una petición de conexión al nodo elegido; enviar, desde ese nodo elegido, un mensaje de respuesta hacia el nodo entrante, aceptando la conexión del nodo entrante; notificar, por parte del nodo elegido al cual se ha conectado el nodo entrante, al nodo de jerarquía superior al cual está conectado dicho nodo elegido, si lo hubiera, la nueva topología de la red inalámbrica.
Preferentemente, el nodo entrante es un equipo cliente o un equipo reencaminador radio. Si el nodo entrante (1112) es un equipo cliente (110, 111, 410, dicho nodo elegido es o un equipo reencaminador radio o un nodo de acceso radio, y si dicho nodo entrante es un equipo reencaminador radio, dicho nodo elegido es u otro equipo reencaminador radio o un nodo de acceso radio.
Preferentemente, el análisis y cálculo del nodo al que conectar el nodo entrante se realiza a partir de una función ponderada que calcula un canal óptimo. A su vez, esta función ponderada tiene en cuenta la calidad del enlace radio y la distancia en niveles al nodo de acceso radio. Breve descripción de las figuras
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:
La figura 1 muestra un esquema del sistema de distribución de señales según una realización de la presente invención.
La figura 2 muestra un esquema del nodo o punto de acceso radio según una realización de la presente invención.
La figura 3 muestra un esquema alternativo del nodo o punto de acceso radio según una realización de la presente invención.
La figura 4 muestra un esquema del equipo cliente o intermedio según una realización de la presente invención.
La figura 5 muestra un esquema alternativo del equipo cliente o intermedio según una realización de la presente invención.
La figura 6 muestra un esquema alternativo del equipo cliente o intermedio según una realización de la presente invención.
La figura 7 muestra un esquema del equipo reencaminador radio según una realización de la presente invención.
La figura 8 muestra un esquema alternativo del equipo reencaminador radio según una realización de la presente invención.
La figura 9 muestra un esquema de la implementación de la interfaz radio de control según la invención.
La figura 10 muestra el establecimiento de un canal de control según una realización de la invención. Descripción detallada de la invención
A lo largo de esta especificación, el término “comprende” y sus derivados no debe interpretarse en un sentido excluyente o limitativo, es decir, no debe interpretarse en el sentido de excluir la posibilidad de que el elemento o concepto al que se refiere incluya elementos o etapas adicionales.
La figura 1 ilustra un esquema de una posible realización del sistema de distribución de señales inalámbricas de banda ancha 100 de la invención. El sistema 100 está especialmente diseñado para usarse en el interior de edificios y para soportar múltiples interfaces de comunicaciones radio en el interior de un edificio. El sistema 100 comprende los siguientes elementos:
Un punto o nodo de acceso radio, también llamado pasarela radio 101. En este nodo de acceso radio 101 residen las funciones de reencaminamiento entre las interfaces radio dentro de un edificio y de pasarela entre la red inalámbrica en el interior del edificio y una red de acceso (generalmente una red fija, por ejemplo par de cobre o fibra óptica hasta el hogar), además de las funciones de gestión de la red inalámbrica en el edificio. El nodo de acceso radio 101 comprende un módulo de transmisión/recepción radio de banda ancha 103 y un módulo de transmisión/recepción radio de control 104.
El sistema 100 comprende también uno o varios equipos cliente o intermedios 110 111. Cada equipo cliente o intermedio 111 110 comprende un módulo de transmisión/recepción radio de banda ancha 113 113’ y un módulo de transmisión/recepción radio de control 114 114’.
Los equipos cliente o intermedios 110 111 están diseñados para proveer a un equipo final 120 121 respectivo una interfaz de equipo final 130 131, con objeto de que este equipo final 120 121 pueda soportar la provisión de un determinado servicio. Estos equipos finales 120 121 son, por ejemplo, los equipos de electrónica de consumo del usuario. A modo de ejemplo, en ningún caso de forma limitativa, estos equipos finales 120 121 pueden ser un televisor, un descodificador de televisión digital, un disco duro multimedia
o un reproductor de tipo DVD.
También a modo de ejemplo, y sin excluir otras realizaciones, la interfaz de equipo final 130 131 puede ser una interfaz Ethernet, una interfaz HDMI, una interfaz USB, etcétera.
Opcionalmente, en caso de ser. necesario para asegurar la cobertura radio, el sistema 100 comprende también uno o varios equipos reencaminadores radio 180, que se emplean para extender la cobertura radio ofrecida por un punto o nodo de acceso radio 101. Estos equipos reencaminadores radio 180 son capaces de captar las señales radio, regenerarlas y reemitirlas en la banda de frecuencia y estándar radio más adecuados. Para ello, cada equipo reencaminador radio 180 comprende un módulo de transmisión/recepción radio de banda ancha 183 y un módulo de transmisión/recepción radio de control 184. Los equipos reencaminadores radio 180 se describen más adelante.
El punto o nodo de acceso radio o pasarela radio 101 se comunica con los equipos cliente o intermedios 110 111 y, opcionalmente, con el o los equipos reencaminadores radio 180, por medio de una o varias interfaces radio de banda ancha 140 141. Algunos ejemplos de estas interfaces, aunque sin excluir la posibilidad del empleo de otros tipos, son: interfaces de tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi), en las bandas de 2,4 y 5 GHz; interfaces de tipo IEEE 802.16 (WiMax); interfaces de telefonía móvil como las estandarizadas por 3GPP (UMTS); interfaces radio de tipo Ultra Wide Band; e interfaces no estandarizadas en otras bandas de frecuencia, como por ejemplo 60 GHz.
Estas interfaces radio de banda ancha 140 141 se emplean para la distribución de señales y sus servicios asociados por el interior del edificio.
Por otra parte, el punto o nodo de acceso radio, pasarela o nodo de reencaminamiento 101 se comunica con la red del operador de telecomunicaciones por medio de una interfaz de acceso 150, que puede estar soportada por medios cableados o inalámbricos, tales como cable de par trenzado, cable de fibra óptica o conexión radio. Este nodo de acceso radio 101 se coloca en el lugar del interior del edificio donde está disponible la terminación de la red de acceso de telecomunicaciones 170, por ejemplo el punto donde está disponible el par de cobre o la fibra óptica.
El nodo o punto de acceso radio 101 se comunica inalámbricamente con los equipos cliente o intermedios 110 111 y con equipos reencaminadores radio 180 por medio de interfaces radio de banda ancha 140 141 que soportan servicios de telecomunicaciones.
El sistema 100 cuenta con una interfaz radio específica dedicada a la supervisión y configuración de todos los equipos del sistema. Esta interfaz específica se diseña de modo que tenga mayor cobertura radio y sea más resistente a interferencias y errores de transmisión que cualquiera del resto de las interfaces que se emplean en el sistema. Esta interfaz radio específica asegura la supervisión y configuración remota del sistema desde la red del operador de telecomunicaciones 170 en cualquier situación razonable.
Esta interfaz radio específica, llamada interfaz radio de control 160 161, permite implementar un canal de comunicaciones específico independiente de las interfaces radio empleadas para soportar servicios. Este canal de comunicaciones específico es llamado canal de control y se emplea para el control, configuración y supervisión de todos los equipos instalados en el edificio. El canal de control es gestionado desde el punto
o nodo de acceso radio 101, de modo que desde este último es posible controlar los equipos cliente o intermedios 110 111 y los equipos reencaminadores radio 180, si los hubiera.
Gracias a la existencia del canal de control y a que el nodo o punto de acceso radio 101 está conectado a la interfaz de acceso 150, el operador de telecomunicaciones puede controlar y supervisar remotamente el funcionamiento de la red inalámbrica en las instalaciones del cliente, soportada por los equipos cliente
o intermedios 110 111 y los equipos reencaminado
res radio 180, independientemente del estado en que se encuentren las interfaces radio de banda ancha 140 141 empleadas para soportar los servicios.
El punto o nodo de acceso radio o pasarela radio 101 realiza las siguientes funciones: funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx) asociadas a las interfaces radio de banda ancha 140 141, tales como funciones de detección y regeneración de las señales radio procedentes de la interfaz radio de banda ancha 140 141 y funciones de transmisión de señales a la interfaz radio de banda ancha 140 141, empleando en cada momento la banda de frecuencia y el estándar más adecuado; funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx) asociadas a una interfaz radio de control 160 161, que se describe en detalle más adelante; funciones de encaminamiento de señales entre las diferentes interfaces radio de banda ancha 140 141 disponibles en el equipo; funciones de pasarela entre la interfaz de acceso 150 con la red del operador (red de acceso 170) y las diferentes interfaces radio de banda ancha 140 141 disponibles en el equipo; funciones de radio cognitiva, mediante la medida del grado de ocupación de diferentes bandas del espectro; funciones de configuración de los equipos que componen el sistema 100, soportadas por un canal de control que se describe más adelante; y funciones de identificación, mediante las cuales el punto o nodo de acceso radio o pasarela radio 101 informa al operador de telecomunicaciones, a través de la red de acceso 170, sobre sus características, equipos del sistema que están conectados a él, tecnologías radio y las bandas de frecuencia empleadas y el grado de ocupación del espectro.
Las figuras2y3 ilustran sendas posibles implementaciones del punto o nodo de acceso radio o pasarela radio 201 301. Como muestran las figuras2y3, el nodo de acceso radio 201 301 comprende: un bloque de configuración 2011 3011, encargado de configurar la funcionalidad del nodo de acceso radio 201 301, como por ejemplo su dirección IP, los equipos del sistema que se pueden conectar a él o los servicios que pueden ser ofrecidos; un bloque de identificación 2012 3012, encargado de almacenar información que permite identificar a todos los equipos que componen el sistema; y un bloque de radio cognitiva 2013 3013, encargado de analizar el espectro electromagnético y determinar su grado de ocupación, por medio de medidas de potencia radio detectada en cada banda. A estos módulos se accede a través de una pasarela 2014 3014 con la red acceso y encaminamiento 170. Las figuras 2 y 3 muestran también los módulos de transmisión/recepción radio de banda ancha 203 303 que dan acceso a una interfaz radio de banda ancha 240 241 340 341 y los módulos de transmisión/recepción radio de control 204 304 que dan acceso a una interfaz radio de control 260 261 360 361. Como ilustra la figura 3, en sus aspectos hardware, el nodo de acceso radio puede estar basado en una unidad base 302 donde se realizan las funciones propias asociadas al equipo y varios módulos insertables radio 303 304, que se insertan en la unidad base 302 e implementan las interfaces de radio necesarias para comunicar el nodo de acceso radio 301 con el resto de equipos que componen el sistema.
Volviendo a la figura 1, cada equipo cliente o intermedio 110 111 puede incorporar algunas o todas las funcionalidades del equipo final 120 121 que lleva conectado, integrando a ambos en un solo equipo. Un ejemplo no limitativo de esta integración puede ser un televisor (equipo final 120 121) que integre todas las funciones propias del equipo cliente o intermedio que se describen en este documento.
Los equipos cliente o intermedios 110 111 se comunican con el nodo de acceso radio 101 por medio de una o varias interfaces radio de banda ancha 140
141. Algunos ejemplos de estas interfaces, aunque sin excluir la posibilidad del empleo de otros tipos, son: interfaces de tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi), en las bandas de 2,4 y 5 GHz; interfaces de tipo IEEE 802.16 (WiMax); interfaces de telefonía móvil como las estandarizadas por 3GPP (UMTS); interfaces radio de tipo Ultra Wide Band; e interfaces no estandarizadas en otras bandas de frecuencia, como por ejemplo 60 GHz.
El equipo cliente o intermedio 110 111 realiza las siguientes funciones:
-
Funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx) asociadas a las interfaces radio de banda ancha 140 141, tales como:
-
funciones de detección y regeneración de las señales radio procedentes de la interfaz radio de banda ancha y su entrega una vez procesadas al equipo final 120 121 a través de la interfaz de equipo final 130 131;
-
funciones de transmisión a la interfaz radio de banda ancha de las señales procedentes del equipo final 130 131 y recibidas a través de la interfaz de equipo final 130 131, empleando para ello la banda de frecuencia y la tecnología radio más adecuada en función del grado de ocupación del espectro radio y del ancho de banda necesario. A modo de ejemplo, el equipo puede transmitir la señal por medio de cualquier tecnología radio de banda ancha estandarizada por 3GPP (por ejemplo 3GPP release 8 LTE) o IEEE (por ejemplo IEEE 802.11N), o por medio de cualquier tecnología radio de banda ancha propietaria. En cuanto a las bandas de frecuencia y a los canales radio dentro de dichas bandas que pueden usarse, se contempla la posibilidad de emplear cualquier banda licenciada o de uso público.
-
Funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx) asociadas a una interfaz radio de control 160 161;
-
Funciones de comunicación con el equipo final 120 121 a través de la interfaz de equipo final 130 131;
-
Eventualmente, el equipo o nodo cliente 110 111 puede realizar funciones específicas de un equipo final 120 121. A modo de ejemplo, el equipo o nodo cliente 110 111 puede englobar funciones de descodificación de señales de televisión digital, de tipo DVB-T o DVB-IP, entregando las señales ya descodificadas al televisor (equipo final 120 121) a través de la interfaz de equipo final 130 131; opcionalmente, el equipo cliente 110 111 puede incluso realizar todas las funciones específicas de un equipo final, integrando a ambos en un solo equipo;
-
Funciones de radio cognitiva, mediante la medida del grado de ocupación de diferentes bandas del espectro;
-
Funciones de configuración del equipo, soportadas por un canal de control que se detalla más adelante;
-
Funciones de identificación, mediante las cuales el equipo cliente informa al nodo de acceso radio 101
o al equipo reencaminador radio 180 sobre sus características, equipos finales 120 121 que están conectados a él, tecnologías radio y bandas de frecuencia empleadas, y grado de ocupación del espectro.
Las figuras4y5 ilustran sendas posibles implementaciones del equipo o nodo cliente 410 510. Como muestran las figuras4y5,el equipo o nodo 410 510 comprende: un bloque de configuración 4101 5101, encargado de configurar la funcionalidad del equipo cliente 410 510, como por ejemplo su dirección IP, los equipos del sistema que se pueden conectar a él
o los servicios que pueden ser ofrecidos; un bloque de identificación 4102 5102, encargado de almacenar información que permite al equipo identificarse a sí mismo y a los equipos finales 120 121 que se conectan a él; y un bloque de radio cognitiva 4103 5103, encargado de analizar el espectro electromagnético y determinar su grado de ocupación, por medio de medidas de potencia radio detectada en cada banda. A estos módulos se accede a través de un módulo 4104 5104 que tiene la función proveer una interfaz 430 530 con el equipo final 420 520 y, opcionalmente, funciones de equipo final. Las figuras 4 y 5 muestran también los módulos de transmisión/recepción radio de banda ancha 413 513 que dan acceso a una interfaz radio de banda ancha 440 540 y los módulos de transmisión/recepción radio de control 414 514 que dan acceso a una interfaz radio de control 460 560. Como ilustra la figura 5, en sus aspectos hardware, el nodo o equipo cliente 510 puede estar basado en una unidad base 512 donde se realizan las funciones propias asociadas al equipo y varios módulos insertables radio 513 514, que se insertan en la unidad base 512 e implementan las interfaces de radio necesarias (interfaces radio de banda ancha 540 e interfaces radio de control 560) para comunicar el nodo o equipo cliente con el nodo de acceso radio 101 o con un equipo reencaminador radio 180.
La figura 6 ilustra una posible implementación de un equipo o nodo cliente 610 basado en una unidad base 612, que comprende varios módulos insertables radio 613 614 (módulo de transmisión/recepción radio de banda ancha 613 que da acceso a una interfaz radio de banda ancha 640 y módulo de transmisión/recepción radio de control 614 que da acceso a una interfaz radio de control 660). Como puede observarse, comprende unos módulos similares a los descritos en relación con las figuras 4 y 5. Además, el nodo cliente 610 integra funciones de equipo final a través de un módulo 620 que puede consistir, a modo de ejemplo, en un televisor o un disco duro multimedia. En cuanto a la interfaz de equipo final 625, es a todos los efectos idéntica a la interfaz 430 530 de las respectivas figuras 4 y 5. Esta interfaz de equipo final 430 530 625 puede ser, de forma ilustrativa y no limitativa, una interfaz de tipo HDMI, Ethernet, USB o cualquier otro tipo.
Las figuras7y8 ilustran sendas posibles implementaciones del equipo reencaminador radio 780 880, que se emplea para extender la cobertura radio ofrecida por un punto o nodo de acceso radio 101. Como muestran las figuras, los equipos reencaminadores radio 780 880 reciben interfaces radio de banda ancha 740 745 840 845 procedentes del punto o nodo de acceso radio 101 201 301, de uno o varios equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 y/o de otros equipos reencaminadores radio 180 780 880. Estos equipos reencaminadores radio 780 880 reciben también interfaces radio de control 760 765 860 8 65 procedentes de los mismos equipos. Las figuras 7 y 8 muestran también los módulos de transmisión/recepción radio de banda ancha 783 883 que dan acceso a las interfaces correspondientes y los módulos de transmisión/recepción radio de control 784 884 que dan acceso a las interfaces de control.
El equipo reencaminador radio 780 880 toma las señales recibidas de las interfaces radio de banda ancha 740 745 840 845, las reacondiciona y reemite, empleando la banda de frecuencia y el estándar radio más adecuado, dependiendo de las interfaces radio disponibles en el punto o nodo de acceso radio 101 201 301 y en los equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 y del grado de uso e interferencia del espectro radioeléctrico.
El equipo reencaminador radio 780 880 realiza las siguientes funciones:
-
Funciones de recepción y transmisión (Tx/Rx) asociadas a las interfaces radio de banda ancha 740 745 840 845:
-
funciones de detección y regeneración de las señales radio procedentes de la interfaz radio de banda ancha 740 745 840 845;
-
funciones de retransmisión a la interfaz radio de banda ancha 740 745 840 845 de las señales radio procedentes de las interfaz radio de banda ancha detectadas, una vez regeneradas, empleando para ello la banda de frecuencia y la tecnología radio más adecuada en función del grado de ocupación del espectro radio y del ancho de banda necesario.
-
Funciones de transmisión y recepción (Tx/Rx) asociadas a las interfaces radio de control 760 765 860
865.
-
Funciones de encaminamiento, de modo que una señal radio recibida por una interfaz radio de banda ancha 740 840 puede ser retransmitida de nuevo a otra interfaz radio de banda ancha 745 845 empleando una nueva tecnología radio y una nueva banda de frecuencia.
-
Funciones de radio cognitiva, mediante la medida del grado de ocupación de diferentes bandas del espectro.
-
Funciones de configuración del equipo, soportadas por un canal de control que se detalla más adelante.
-
Funciones de identificación, mediante las cuales el equipo reencaminador radio 780 880 informa al punto o nodo de acceso radio 101 201 301 sobre sus características, equipos del sistema que están conectados a él, tecnologías radio y bandas de frecuencia empleadas y grado de ocupación del espectro.
El equipo reencaminador radio 180 780 880 se comunica con el punto o nodo de acceso radio 101 201 301 y con los equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 por medio de una o varias interfaces radio de banda ancha. Algunos ejemplos de estas interfaces, aunque sin excluir la posibilidad del empleo de otros tipos, son: interfaces de tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi), en las bandas de 2,4y5GHz; interfaces de tipo IEEE 802.16 (WiMax); interfaces de telefonía móvil como las estandarizadas por 3GPP (UMTS); interfaces radio de tipo Ultra Wide Band; interfaces no estandarizadas en otras bandas de frecuencia, como por ejemplo 60 GHz.
Como ilustran las figuras7y8,ensus aspectos hardware, el equipo reencaminador radio 780 comprende: un bloque de configuración 7801 8801, encargado de configurar la funcionalidad del equipo reencaminador 780 880, como por ejemplo su dirección IP, los equipos del sistema que se pueden conectar a él o los servicios que pueden ser ofrecidos; un bloque de identificación 7802 8802, encargado de almacenar información que permite al equipo reencaminador radio 780 880 identificarse a sí mismo y a los equipos finales 120 121 y/o otro u otros equipos reencaminadores 180 780 880 que se conectan a él; y un bloque de radio cognitiva 7803 8803, encargado de analizar el espectro electromagnético y determinar su grado de ocupación, por medio de medidas de potencia radio detectada en cada banda. Además, los equipos reencaminadores radio 780 880 comprenden módulos de encaminamiento 7804 8804 que dan acceso a los módulos anteriores.
Alternativamente, como muestra la figura 8, el equipo reencaminador radio 880 puede estar basado en una unidad base 882 donde se realizan las funciones propias asociadas al equipo reencaminador y varios módulos insertables radio 883 884, que se insertan en la unidad base 882 e implementan las interfaces de radio necesarias 840 845 860 865 para comunicar el equipo reencaminador radio 780 con el punto o nodo de acceso radio 101 201 301, con un equipo cliente
o intermedio 110 111 410 510 610 o con otro equipo reencaminador radio 780 880. Los módulos insertables implementan interfaces de comunicaciones de tipo inalámbrico.
Como se ha descrito, tanto el punto o nodo de acceso radio 101 201 301, como los equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 o los equipos reencaminadores radio 180 780 880 puedan incorporar módulos insertables, preferentemente de pequeño tamaño, que implementan interfaces radio, de forma que son fácilmente actualizables de forma modular.
Además, tanto el punto o nodo de acceso radio 101 201 301, como los equipos cliente o intermedios 110 111 410 510 610 o los equipos reencaminadores radio 180 780 880 pueden actualizarse mediante actualizaciones del software residente en cualquiera de los módulos que lo componen, de modo que puedan trabajar con nuevas versiones de un interfaz de comunicaciones radio o con nuevos estándares. Es decir, los equipos implementan la radio actualizable mediante software (del inglés Software Defined Radio, SDR). Además, este concepto de radio actualizable mediante software se amplía de forma distribuida, donde cada uno de los módulos insertables 303 304 513 514 613 614 883 884 o las unidades base 301 510 610 880 tienen la capacidad de actualizar sus funcionalidades mediante cambios en su software que permiten dar soporte a nuevos estándares o variaciones de los mismos.
Además, todos los equipos del sistema 100 implementan la radio cognitiva, de forma que se analiza el estado en que se encuentra el espectro radio y se selecciona en cada momento la banda de frecuencia y estándar más adecuado. De forma ilustrativa, aunque sin restringirse a otras realizaciones, la función de radio cognitiva consiste en un análisis espectral del espectro radio (conocida como Spectrum Sensing Cognitive Radio) y la medida de la potencia radio detectada en cada banda de frecuencia del espectro no licenciado, lo que permite seleccionar para su uso las bandas del espectro menos congestionadas. En una posible realización, la implementación se basa, sin excluir otras formas de realización alternativas, en uno o varios amplificadores de bajo ruido que detectan las señales radio, que son convertidas a frecuencia intermedia mediante mezcladores y un oscilador local sintonizable, de modo que sintonizando la frecuencia del oscilador local es posible seleccionar diferentes secciones del espectro de radiofrecuencia detectado por los amplificadores de bajo ruido. Posteriormente las señales en frecuencia intermedia son filtradas mediante filtros paso banda de canal. Una vez filtradas las señales en frecuencia intermedia, se detecta su potencia mediante técnicas convencionales.
En función de cada interfaz radio y de cada banda de frecuencia, se establecen de forma heurística niveles de ocupación del canal radio en función del nivel de potencia detectado, lo que permite que cada uno de los equipos que componen el sistema puedan seleccionar la interfaz radio y la banda de frecuencia más adecuados.
Como se ha introducido anteriormente, el sistema 100 implementa una interfaz radio específica llamada interfaz radio de control 160 161, que da soporte a un canal de control empleado para las labores de gestión de todo el sistema 100. La interfaz radio de control 160 161 se diseña de forma que se maximice la cobertura y la resistencia frente a errores y problemas de propagación. Esto se consigue mediante una baja tasa neta de transmisión de datos, empleándose técnicas de codificación para aumentar la redundancia de la señal y con ello la resistencia a errores. Además, implementa técnicas de gestión del espectro, empleando en cada momento el canal radio con menos ocupación radioeléctrica y menos interferido. También implementa técnicas de retransmisión de señales, incluyendo del tipo HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request), para el caso de que los errores en recepción sean irrecuperables a pesar del empleo de técnicas de codificación. Además, implementa técnicas de entrelazo de información en el tiempo, para poder soportar la recuperación de información en caso de ráfagas de señales con errores.
Por interfaz radio de control se entiende a la interfaz radio que sirve para comunicar parejas de equipos del sistema y que implementan las capas 1 y 2 del modelo de capas OSI, mientras que por canal de control se entiende un canal de comunicaciones soportado por la interfaz radio de control que implementa la capa 3 y en su caso capas superiores del modelo OSI.
Como ilustra la figura 1, esta interfaz radio de control se implementa entre todos los equipos que forman el sistema 100: entre el punto o nodo de acceso radio 101 y los equipos clientes o intermedios 111 (interfaz radio de control 161), entre el punto o nodo de acceso radio 101 y los equipos reencaminadores radio 180 (interfaz radio de control 160) y entre los equipos reencaminadores radio 180 y los equipos clientes
o intermedios 111 (interfaz radio de control 165). Preferentemente, pero no de forma limitativa, esta interfaz radio se basa en un estándar de baja velocidad de transmisión, de tipo IEEE 802.15.4.
Esta interfaz radio de control se basa en la capa física (PHY) y la capa de control de acceso al medio (MAC) de la interfaz radio definida por IEEE
802.15.4 versión 2006. Otras implementaciones alternativas también son posibles. La invención proporciona las siguientes modificaciones para dar al enlace la robustez deseada con vistas a mejorar la cobertura y la resistencia a interferencias:
• Empleo exclusivo de modulaciones bipolares de fase (BPSK), más robustas que las QPSK, tanto para la emisión en la banda de 868 MHz como en la de 2450 MHz (este último caso no contemplado en el estándar).
•
Empleo de códigos de corrección de errores (FEC) de tipo bloque o convoluciones de tasa 1/3, no incluidos en el estándar. Como indica la figura 9, la invención aplica el código de corrección de errores 910 a los paquetes PPDU (PHY protocol data unit) después de un bloque de conversión de bit a chip 914 (especificado en la cláusula “6.6.2.1 Reference modulator diagram” del documento IEEE 8 02.15.4 Part
15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)).
•
Implementación de la técnica de entrelazado de bits. Como indica la figura 9, esta técnica se implementa 911 después de la aplicación del código de corrección de errores 910, para evitar que ráfagas de errores debidos a desvanecimientos de la señal no puedan ser corregidos por el código FEC. Los bits se introducen por filas en una matriz de n columnas, y una vez completada la matriz se permuta el orden de las columnas y se extraen los bits por columnas.
•
Creación un nuevo paquete de nivel superior al PPDU original, a partir de los bits obtenidos tras la aplicación del código FEC 910 y el entrelazado 911 al PPDU original, mediante la adición de un campo de preámbulo 912 que le permita al receptor reconocer el comienzo de cada paquete. Esto se ilustra también en la figura 9.
•
Incluir, dentro del parámetro relativo a la información soportada por el indicador de calidad del canal (LQI, clausula 6.9.8 Link quality indicator del documento de especificación ya mencionado), el número de bits que han sido corregidos en recepción por el decodificador FEC, no contemplado en el estándar.
•
Implementación de la técnica Repetición de petición automática híbrida (Hybrid automatic repeat-request (HARQ)), no contemplada en el estándar de la interfaz radio IEEE 802.15.4, mediante la realización de retransmisiones idénticas en caso de no recibirse un reconocimiento de paquete recibido (ACK), y la combinación en recepción de varios paquetes mediante la técnica de combinación de paquetes idénticos o “chase combining”, donde en el buffer de memoria del receptor se almacenan los llamados valores suaves o “soft values” (bits o símbolos recibidos junto con una indicación de su calidad basada en su cercanía al punto de decisión ideal), y se combinan los “soft values” para obtener el valor lógico más probable del símbolo o del bit.
Gracias a esta implementación proporcionada por la invención, esta interfaz permite la supervisión y configuración remota de todos los equipos que componen el sistema 100 desde la red del operador de telecomunicaciones 170, independientemente de la disponibilidad del resto de las interfaces radio de banda ancha implementadas en el sistema 100, por medio de la transmisión de información sobre la calidad de los servicios soportados, la topología y configuración del sistema 100, y las interfaces radio de banda ancha 140 145 141 empleadas y las bandas de frecuencia en uso. Es decir, esta interfaz radio específica se diseña para que esté disponible incluso cuando las interfaces radio de banda ancha no puedan soportar la comunicación entre los equipos que componen el sistema, de modo que se pueda asegurar la supervisión remota del sistema desde la red del operador de telecomunicaciones.
Además de para dar soporte al canal de control, la interfaz radio de control puede emplearse para comunicar cualquiera de los equipos que componen el sistema 100 (puntos o nodos de acceso radio 101, equipos reencaminadores radio 180 y equipos cliente o intermedios 110 111) con equipos que no forman parte de dicho sistema 100. Concretamente, la interfaz radio de control se emplea también para comunicarse con equipos sensores y actuadores 290 390 490 590 690 790 890 que implementen aplicaciones de control domótico o inteligencia ambiental en el edificio. Estos equipos sensores y actuadores se ilustran en las figuras2a8,así como las interfaces radio de control correspondientes 262 363 462 562 662 762 862.
El canal de control empleado en el sistema 100 tiene las siguientes funciones:
-
Permitir que el operador de telecomunicaciones pueda comunicárse con cualquiera de los equipos que componen el sistema 100 a través de la red de acceso 170 que llega hasta el punto o nodo de acceso radio 101 y, a partir de este nodo, comunicarse con los equipos reencaminadores radio 180, si los hubiera, y con los equipos cliente o intermedios 110 111 a través de la interfaz radio de control 160 161 165.
-
Comunicar al punto o nodo de acceso radio 101 la topología del sistema 100 implementado en cada edificio:
-
Número de equipos reencaminadores radio 180 existentes, si los hubiera, y sus características.
-
Número de equipos cliente o intermedios 110 111 existentes y sus características.
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Frecuencias e interfaces radio de banda ancha 140 141 145 empleadas en el sistema 100.
-
Configurar remotamente todos los equipos que componen el sistema 100 desde la red del operador de telecomunicaciones, sin necesidad de que el usuario tenga que configurar nada localmente (por ejemplo, en su domicilio), por medio de la interacción de los módulos de configuración que forman parte de los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
-
Comunicar al punto o nodo de acceso radio 101 informes de medidas de ocupación del espectro radio realizadas por los equipos del sistema e informes sobre interfaces radio seleccionadas en cada momento, por medio de la interacción de los módulos de radio cognitiva y de configuración que forman parte de los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
-
Comunicar al punto o nodo de acceso radio 101 informes de calidad de los servicios prestados a cada equipo final 120 121, por medio de los equipos cliente
o intermedios 110 111), por medio de la interacción de los módulos de configuración que forman parte de los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
-
Soportar las cargas de software que permitan actualizar las prestaciones de los equipos reencaminadores radio 180 y los equipos cliente o intermedios 110 111), por medio de la interacción de los módulos de configuración que forman parte de los equipos 101 180 110 111 con las aplicaciones de configuración residentes en la red del operador de telecomunicaciones.
-
Comunicarse con equipos que no forman parte del sistema 100. Concretamente, la interfaz radio de control se emplea también para comunicarse con equipos sensores y actuadores, preferentemente inalámbricos, también preferentemente de baja tasa de transmisión, que implementen aplicaciones de control domótico o inteligencia ambiental en el edificio.
Las características específicas de la interfaz radio de control son: rango de cobertura igual o superior a cualquiera de la interfaces radio de banda ancha, empleando para ello la banda de frecuencia más baja posible, partiendo de la banda libre de 2,4 GHz; baja tasa neta de transmisión de datos, empleándose técnicas de codificación para aumentar la redundancia de la señal y con ello la resistencia a errores, como se ha explicado anteriormente; selecciona, mediante formas convencionales, en cada momento el canal radio con menos ocupación radioeléctrica y menos interferido; como se ha explicado ya, implementa técnicas de retransmisión de señales, preferentemente del tipo HARQ (del inglés, Hybrid Automatic Repeat-Request), para el caso de que los errores en recepción sean irrecuperables a pesar del empleo de técnicas de codificación; implementa técnicas anteriormente mencionadas de entrelazo de información en el tiempo, para poder soportar la recuperación de información en caso de ráfagas de señales con errores.
Aunque algunas de estas técnicas se han usado en sistemas radio de banda ancha, la invención las emplea en un canal de baja velocidad (canal de control) basado en la interfaz radio IEEE802.15.4.
A continuación se explican las características y operación del canal de control:
El canal de control, soportado a lo largo de la secuencia de punto o nodo de acceso radio 101, equipos reencaminadores radio 180 y equipos cliente 110 111 presenta una topología en árbol dinámica y configurable sin intervención del usuario. En esta topología en árbol, el nodo o equipo de acceso radio 101 es el nodo raíz al que se encuentran conectados el resto de dispositivos. Los equipos reencaminadores 180, si los hubiera, se conectan en sucesivos niveles (es decir, puede haber varias jerarquías de equipos reencaminadores 180), estando conectados en última instancia los equipos de cliente 110 111 en cualquier nivel. Esta topología tiene como carácter específico el ser automáticamente reconfigurable.
La figura 10 muestra el establecimiento del canal de control cuando un nuevo dispositivo forma parte, por primera vez, del sistema 100. En el ejemplo ilustrado en la figura 10, se denomina nodo entrante 1112 al dispositivo introducido en el sistema por primera vez. Esto nodo entrante 1112 puede ser tanto un equipo cliente o intermedio 110 111 como un equipo reencaminador 180. En este ejemplo, se denomina nodo raíz 1101 al punto o nodo de acceso radio 101. Además, este ejemplo muestra, de forma ilustrativa, dos equipos reencaminadores 1180 1280, pero el sistema puede tener un número mayor o menor de los mismos. En cuanto a la jerarquía, el equipo de mayor nivel es el punto o nodo de acceso radio 101, seguido del o de los equipos reencaminadores radio 180, si los hubiera, y seguido del o de los equipos cliente o intermedios 110 111, que son los de menor nivel cuando el canal de control no se emplea para controlar un equipo final 120 121. El canal de control también se puede emplear para controlar a los equipos finales 120 121, que dependen de un equipo cliente o intermedio 110 111 y que constituyen el nivel jerárquico inferior.
El nodo de acceso radio 101 201 301 tiene un comportamiento pasivo. En caso de caída y recuperación, simplemente queda a la espera de peticiones de dispositivos entrantes. Tras un evento de caída del nodo raíz o nodo de acceso radio 101 201 301, los nodos conectados en primer nivel mantienen la estructura durante un tiempo pre-establecido, transcurrido el cual envían un mensaje de “reset” a sus nodos conectados en sucesivos niveles. Como consecuencia de este mensaje de “reset”, el resto de nodos conectados reinician el proceso de descubrimiento, que se lanza cuando el nodo raíz o nodo de acceso radio 101 201 301 vuelva a estar operativo por el canal radio. Si el nodo raíz o nodo de acceso radio 101 201 301 se recupera antes de este tiempo pre-establecido, al recibir los mensajes de latido “keep alive” de los nodos en primer nivel, realiza un proceso de consulta sobre todos los nodos para recuperar la información de la topología conectada.
El proceso de configuración del canal de control no necesita la intervención del usuario, pues éste se limita a alimentar y encender los dispositivos partiendo del punto o nodo de acceso radio 101, siguiendo con los equipos reencaminadores radio 180 y terminando con los equipos cliente o intermedios 110 111.
Una vez introducido el nuevo equipo 1112 (nodo entrante), se inicia una etapa de descubrimiento y conexión hasta encontrar la respuesta de uno o varios equipos de nivel superior. Esta etapa de descubrimiento, aludida en la figura 10 mediante la referencia 10-1, comprende el envío de una trama inicial en difusión (broadcast) por parte del dispositivo que se anuncia (dispositivo entrante 1112, es decir, dispositivo que quiere conectarse a la red doméstica por primera vez). Esta trama en difusión (broadcast) se envía por cada uno de los canales de control. Como nuevo equipo o nodo entrante 1112 puede considerarse tanto un punto
o nodo de acceso radio 101 201 301 como un equipo reencaminador radio 180 o un equipo cliente 110. Cada trama de broadcast emitida por un dispositivo entrante incorpora un identificador único, de forma que el o los equipos reencaminadores 180 780 880 o el punto o nodo de acceso radio 101 201 301 pueden dirigir la respuesta a un elemento entrante concreto.
A continuación, todos los equipos raíz (punto o nodo de acceso radio 101) y reencaminadores 180 que han recibido el mensaje broadcast responden al nodo entrante 1112. Los equipos cliente o intermedios 111 110 no responden al mensaje de broadcast. Nótese que es posible que, debido principalmente a la lejanía geográfica entre los equipos de la red doméstica, no todos los equipos reciban el mensaje de broadcast 10-1. Como ilustra la figura 10, el nodo raíz 1101 y dos nodos reencaminadores 1180 1280 responden al nodo entrante 1112 acusando recibo de su mensaje broadcast 10-1. Puede darse el caso de que, por ejemplo el nodo raíz 1101, debido a la lejanía con respecto al nodo entrante 1112, no reciba el mensaje 10-1.
Seguidamente, en caso de que, durante la etapa de descubrimiento, el nodo entrante obtenga respuesta de varios equipos, el nodo entrante 1112 analiza el contenido de las respuestas recibidas 10-2 y realiza un cálculo de cuál es el nodo (raíz o encaminador) más favorable para conectarse. Se entiende por nodo más favorable aquel equipo de nivel superior que le ofrezca unas mejores condiciones de un determinado parámetro o conjunto de parámetros. Ejemplos de posibles parámetros que se pueden evaluar son: el enlace radio de la interfaz radio de control, un valor de una función ponderada que tenga en cuenta la calidad del enlace radio y la distancia en niveles al punto o nodo de acceso radio 101, etc. Esto se representa en la figura 10 por la referencia 10-3. Esta etapa de cálculo y selección se basa preferentemente en una función ponderada que proporcione el canal óptimo. Esta etapa de cálculo y elección de la función ponderada está fuera del alcance de la presente invención. Para ello, en las respuestas a los mensajes de broadcast los nodos reencaminadores incluyen la distancia en niveles con el nodo raíz y medidas de latencias. La información de estado de ocupación de los canales la obtiene directamente el nodo entrante.
Una vez seleccionado el nodo más favorable (que de forma ilustrativa, en la figura 10 es el nodo reencaminador 1180), el nodo entrante 1112 le envía una petición de conexión 10-4, el cual responde al nodo entrante 1112 con un mensaje de aceptación.
Finalmente, el nodo 1180 al cuál se ha conectado el nodo entrante 1112, notifica al nodo de jerarquía superior del cambio de topología, es decir, de la incorporación de un nuevo nodo 1180 al sistema 100. En la figura 100 se muestra, de forma ilustrativa, que el nodo de jerarquía superior al cuál informa el equipo reencaminador 1180 es el nodo raíz 1101 (punto o nodo de acceso radio), pero en el caso de un sistema más jerarquizado, podría ser otro nodo o equipo reencaminador. Nótese que el sistema 100 puede tener varias jerarquías de equipos reencaminadores 180. Nótese que los canales físicos existen previamente, estableciéndose mediante este método el enlace entre el nodo entrante y el nodo al que se conecta (nodo reencaminador o nodo de acceso radio.
El canal de control puede responder de forma dinámica ante eventos que afecten a la topología del sistema 100, como la degradación o mejora de la calidad de los enlaces de la interfaz radio de control 160 161 165 y la aparición o desaparición de equipos. Para ello, se sondea periódicamente la calidad de los diferentes canales para decidir si se reinicia el proceso de descubrimiento. Por ejemplo, cuando un nuevo equipo aparece (nótese que los nuevos equipos son inalámbricos en cuanto a su conexión al sistema 100) en la red, realiza el proceso de descubrimiento antes descrito y se suscribe a un equipo de nivel superior. Cuando un equipo se desconecta, la desconexión es descubierta por los equipos subordinados si los tuviera, que realizan un nuevo proceso de descubrimiento hasta suscribirse a un nuevo equipo de nivel superior. Nótese que se entiende por desconexión la ausencia de respuesta a los mensajes de latido “keep alive”. Los equipos subordinados detectan la ausencia de respuesta a los latidos, detectando así la desconexión. La desconexión de un equipo también es descubierta por los equipos de nivel superior: Periódicamente, el nodo raíz puede enviar, a su vez, mensajes de eco que son respondidos por sus nodos directamente conectados y por los indirectamente conectados (los mensajes de eco son retransmitidos hacia los niveles inferiores).
Todas estas variaciones de la topología son notificadas y almacenadas por el punto o nodo de acceso radio 101, que en todo momento dispone de un modelo actualizado de tal topología.
Por otra parte, en cualquier momento, el punto o nodo de acceso radio 101 puede emitir una orden a todos los equipos para que inicien de nuevo el proceso de conexión, para conformar la topología óptima en ese momento. Las modificaciones en la topología son notificadas a todos los equipos con el fin de que estos puedan reevaluar el equipo al que conectarse. Si un equipo no responde a un mensaje de nivel superior, el equipo al que está conectado deja de responder a potenciales mensajes de latidos, lo que acaba redundando en un reinicio del proceso de descubrimiento.
A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de distribución de señales inalámbricas de banda ancha en interiores (100) que comprende:
    -
    un nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101), conectado a una red de acceso de telecomunicaciones
    (170) a través de una interfaz de acceso (150, 250, 350), donde dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301) comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha (103, 203, 303) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha a través de una interfaz radio de banda ancha (140, 240, 340; 141, 241, 341)
    -
    al menos un equipo cliente (111, 410, 510, 610) que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha (113, 413, 513, 613) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301) a través de dicha interfaz radio de banda ancha (141, 240, 340);
    caracterizado por que dicho sistema (100) comprende un canal de control configurado para intercambiar señales de control entre dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301) y dicho al menos un equipo cliente (111, 410, 510, 610) sobre una interfaz radio de control (161, 261, 361; 460, 560, 660), comprendiendo cada uno de dichos nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101) y al menos un equipo cliente (111, 410, 510, 610) un módulo de transmisión/recepción de señales de control (104, 204, 304; 114, 414, 514, 614) configurado para establecer dicho canal de control para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz radio de control (161, 261, 361; 460, 560, 660).
  2. 2. El sistema (100) según la reivindicación 1, que comprende además:
    -
    al menos un equipo reencaminador radio (180, 780, 880) que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha (183, 783, 883) configurado para la transmisión/recepción de señales inalámbricas de banda ancha y un módulo de transmisión/recepción de señales de control (184, 784, 884) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de una interfaz radio de control (160, 165, 760, 765, 860, 865);
    -
    al menos un segundo equipo cliente (110, 410, 510, 610) que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha (113’, 413, 513, 613) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha y un módulo de transmisión/recepción de señales de control (114’, 414, 514, 614) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz radio de control (160, 165, 760, 765, 860, 865);
    donde dicho equipo reencaminador radio (180, 780, 880) está configurado para recibir señales de radiofrecuencia procedentes de dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101) a través de una interfaz radio de banda ancha (140, 240, 340), para regenerar dichas señales y para reemitirlas hacia dicho segundo equipo cliente (110, 410, 510, 610) a través de una interfaz radio de banda ancha (145, 745, 845), y viceversa y donde dicho canal de control está configurado para intercambiar señales de control entre dicho equipo reencaminador radio (180, 780, 880) y dicho nodo de acceso radio (101, 201, 301) y entre dicho equipo reencaminador radio (180, 780, 880) y dicho segundo equipo cliente (110, 410, 510, 610) sobre dicha interfaz radio de control.
  3. 3.
    El sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos un equipo cliente (110, 111, 410, 510, 610) está conectado a un equipo final (120, 121, 420, 520, 620) a través de una interfaz de equipo final (130, 131, 430, 530), estando dicho equipo cliente (110, 111, 410, 510, 610) configurado para proveer a dicho equipo final (120, 121, 420, 520, 620) al menos un servicio de comunicaciones a través de dicha interfaz de equipo final (130, 131, 430, 530).
  4. 4.
    El sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones1ó2, donde al menos un equipo cliente
    (610) comprende un módulo (620) configurado para realizar funciones de equipo final, donde dicho equipo cliente (610) está configurado para proveer a dicho módulo (620) al menos un servicio de comunicaciones a través de una interfaz interna de equipo final (625).
  5. 5. El sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho canal de control está configurado para que un operador de telecomunicaciones pueda comunicarse con cualquiera de los equipos del sistema (100) y con cualquier equipo final o sensor o actuador conectado a dichos equipos del sistema (100), a través de una interfaz de acceso
    (150) conectada a una terminación de red de acceso de telecomunicaciones (170).
  6. 6.
    El sistema (100) según la reivindicación 5, donde al menos uno de dichos nodo de acceso radio (101, 202, 301), equipos cliente (110, 111, 410, 510, 610), equipos reencaminadores radio (180, 780, 880) y de dichos equipos sensores o actuadores ajenos a dicho sistema (100), está configurado para implementar funcionalidades de radio actualizable mediante software de forma distribuida, y dicho canal de control está configurado para soportar dichas cargas de software.
  7. 7.
    El sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la implementación de dicha interfaz radio de control (160, 161, 165, 261, 361; 460, 560, 660, 760, 765, 860, 865) se basa en la capa física del estándar IEEE 802.15.4.
  8. 8.
    Sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de los equipos que forman el sistema (100) está configurado para realizar funciones de radio cognitiva.
  9. 9.
    El sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos uno de dichos nodo de acceso radio (301), equipos cliente (510) y/o equipos reencaminadores radio (880) comprende una unidad base (302, 512, 882) y una pluralidad de módulos insertables (303, 304; 513, 514; 883, 884) insertados en dicha unidad base.
  10. 10.
    Un método de establecimiento de un canal de control en una red inalámbrica (100) formada por una pluralidad de nodos (101, 110, 111, 180; 1101, 1180, 1280) localizados en el interior de un edificio, cuando un nuevo nodo (1112) entra a formar parte por primera vez de dicha red inalámbrica, que comprende las etapas de:
    -
    enviar (10-1) desde dicho nodo entrante (1112) un mensaje en difusión hacia los nodos que forman dicha red inalámbrica (100);
    -
    enviar (10-2) un mensaje de respuesta hacia dicho nodo entrante (1112) desde todos los nodos (1101, 1180, 1280) de la red inalámbrica (100) que han recibido dicho mensaje en difusión;
    -
    realizar (10-3), por parte del nodo entrante (1112), un análisis de las respuestas recibidas procedentes de los nodos (1101, 1180, 1280) que han recibido el mensaje en difusión y calcular, a partir de al menos un parámetro, a cuál de estos nodos (1180) debe conectarse el nodo entrante (1112);
    -
    enviar (10-4) desde dicho nodo entrante (1112) una petición de conexión al nodo elegido (1180);
    -
    enviar, desde dicho nodo elegido (1180), un mensaje de respuesta (OK) hacia dicho nodo entrante (1112), aceptando la conexión del nodo entrante (1112);
    -
    notificar (10-5), por parte del nodo elegido (1180) al cual se ha conectado el nodo entrante (1112), al nodo de jerarquía superior (1101) al cual está conectado dicho nodo elegido (1180), si lo hubiera, la nueva topología de la red inalámbrica (100).
  11. 11. El método según la reivindicación 10, donde dicho nodo entrante (1112) es un equipo cliente (110, 111, 410, 510, 610) o un equipo reencaminador radio (180, 780, 880).
  12. 12.
    El método según la reivindicación 11, donde si dicho nodo entrante (1112) es un equipo cliente (110, 111, 410),
    dicho nodo elegido (1180) es o un equipo reencaminador radio (180, 780, 880) o un nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101), y si dicho nodo entrante (1112) es un equipo reencaminador radio (180, 780, 880), dicho nodo elegido (1180) es u otro equipo reencaminador radio (180, 780, 880) o un nodo de acceso radio (101, 201, 301, 1101).
  13. 13.
    El método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, donde dicho análisis (10-3) y cálculo del nodo (1180) al que conectar el nodo entrante (1112) se realiza a partir de una función ponderada que calcula un canal óptimo, donde dicha función ponderada depende de la calidad del enlace radio y de la distancia en niveles al nodo de acceso radio (101).
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200802049
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 09.07.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    US 6665536 B1 (BROADCOM CORP) 16.12.2003, columna 2, línea 15 – columna 3, línea 20; columna 4, línea 50 – columna 5, línea 4; columna 6, líneas 4-62; columna 7, líneas 7-50; columna 10, líneas 12-54; columna 16, líneas 5-67; figuras 1,3,5,6,7a,9,11. 1-9
    X
    EP 0582373 A2 (SUN MICROSYSTEMS INC ) 09.02.1994, columna 4, línea 54 – columna 5, línea 1; columna 5, línea 36 – columna 7, línea 8; reivindicaciones 1-3,7-9; figuras 1,2,4. 10-13
    X
    EP 1357704 A2 (MICROSOFT CORP) 29.10.2003, reivindicaciones 1-28; figuras 4,6-8b. 1-7,9
    X
    EP 1465375 A2 (SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD) 06.10.2004, párrafos [1-16],[21-24]; figuras 1-2. 1,3,4,7
    X
    "IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications," IEEE Std 802.11-2007 (Revisión de IEEE Std 802.11-1999), 12.6.2007. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4248378&isnumber=4248377 Capítulo 11.3; Anexo N, Apartado N. 4. 10-13
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 07.11.2011
    Examinador J. Cotillas Castellano Página 1/5
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200802049
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD
    H04W4/20 (2009.01) H04W76/02 (2009.01) H04L12/24 (2006.01) H04W24/02 (2009.01)
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    H04W, H04L
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)
    INVENES, EPODOC, XPI3E, XPES, NPL,
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/5
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200802049
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 07.11.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones 2,3,5-7,10-13 Reivindicaciones 1,4,8,9 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-13 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/5
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200802049
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 6665536 B1 (BROADCOM CORP) 16.12.2003
    D02
    EP 0582373 A2 (SUN MICROSYSTEMS INC) 09.02.1994
    D03
    "IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications," IEEE Std 802.11-2007 (Revisión de IEEE Std 802.11-1999), 12.6.2007 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4248378&isnumber= 4248377 Capítulo 11.3; Anexo N. Apartado N. 4. 12.06.2007
  14. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 se considera el más próximo del estado de la técnica al objeto de las reivindicaciones 1 a 9, y en lo que respecta a estas reivindicaciones este documento parece afectar a la novedad y/o la actividad inventiva de dichas reivindicaciones, tal y como se explica a continuación (las referencias entre paréntesis corresponden a D01):
    Reivindicación independiente 1:
    Siguiendo la redacción de la reivindicación 1, el documento D01 describe un sistema de distribución de señales inalámbricas de banda ancha en interiores, que comprende un nodo de acceso radio (10) conectado a una red de acceso de telecomunicaciones (26) a través de una interfaz de acceso (25) donde dicho nodo de acceso radio comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha (15), al menos un equipo cliente (720) que comprende un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha (735) configurado para transmitir y recibir señales inalámbricas de banda ancha hacia/procedentes de dicho nodo de acceso radio. Por otro lado, el sistema divulgado en D01 comprende además un canal de control configurado para intercambiar señales de control entre dicho nodo de acceso radio y dicho equipo cliente sobre una interfaz radio de control, comprendiendo cada uno de dichos nodos de acceso radio y equipo cliente un módulo de transmisión/recepción de señales de control (16 y 734, respectivamente) configurado para establecer dicho canal de control para transmitir y recibir señales inalámbricas sobre dicha interfaz radio de control.
    Así, el objeto reivindicado ha sido divulgado idénticamente en D01, y por tanto la reivindicación 1 carecería del requisito de novedad (Art. 6.1 LP).
    Reivindicaciones dependientes 4, 8 y 9:
    Por otro lado, el documento D01 describe un sistema según lo anteriormente comentado, en el que al menos un equipo cliente (922) comprende un módulo (722) para realizar funciones de equipo final, donde dicho equipo cliente está configurado para proveer a dicho módulo al menos un servicio de comunicaciones a través de una interfaz interna (744 y 730) de equipo final.
    Se describe asimismo un equipo configurado para realizar funciones de radio cognitiva (véase la columna 16, líneas 5 a 67).
    Finalmente, el documento D01 describe que alguno de los nodos de acceso radio o equipo cliente comprende una unidad base y una pluralidad de módulos insertables (724) insertados en dicha unidad base (véase la columna 10, líneas 12 a 54).
    Por tanto, el objeto reivindicado en estas reivindicaciones ha sido idénticamente divulgado en el documento D01, por lo que estas reivindicaciones también carecerían del requisito de novedad (Art. 6.1 LP).
    Reivindicaciones dependientes 2, 3, 5-7:
    Estas reivindicaciones no parecen presentar características técnicas que confieran al objeto reivindicado actividad inventiva, puesto que se trata de técnicas comúnmente utilizadas en el campo de las redes de comunicaciones inalámbricas. En concreto, la utilización de un equipo reencaminador radio como el reivindicado en la reivindicación 2, provisto de un módulo de transmisión/recepción de señales de banda ancha para retransmitir las señales desde un nodo de acceso hasta un segundo equipo cliente, se encuentra divulgada en el documento D01 (véase la columna 7, líneas 7 a 50). A la vista de este
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/5
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200802049
    documento, para un experto en la materia sería evidente la utilización de dicho canal de control para intercambiar señales de control entre el equipo reencaminador radio y el nodo de acceso y entre el equipo reencaminador radio y el segundo equipo cliente.
    Del mismo modo, la utilización conjunta de varias técnicas conocidas (como son la conexión de un equipo final al equipo cliente, la posibilidad de que un operador de telecomunicaciones se conecte con los diferentes equipos a través del canal de control, la actualización de funcionalidades mediante software de forma distribuida o la implementación de una interfaz de radio basándose en un estándar de radio) sin que se obtengan ventajas técnicas que no sean las esperadas, se podría considerar obvio para un experto en la materia y por tanto no se consideraría que aporten actividad inventiva a estas reivindicaciones (Art. 8.1 LP).
    Reivindicación independiente 10:
    El documento D02 se considera el más próximo del estado de la técnica en cuanto a las reivindicaciones 10 a 13.
    Este documento describe un método de establecimiento de un canal radio en una red inalámbrica formada por una pluralidad de nodos localizados en el interior de un edificio, donde un nuevo nodo (10) entra a formar parte de dicha red inalámbrica, que comprende las etapas de (ver reivindicación 1 en D02):
    -enviar un mensaje de difusión hacia los nodos que forman la red inalámbrica; -enviar un mensaje de respuesta hacia dicho nodo entrante desde todos los nodos que han recibido dicho mensaje de difusión (véase la columna 5, líneas 50 a 53); -realizar un análisis de las respuestas recibidas procedentes de los nodos que han recibido el mensaje en difusión y calcular, a partir de al menos un parámetro (en el caso divulgado en D02 - ver reivindicaciones 7 y 8 -atendiendo a criterios de rendimiento o de administración), a cuál de estos nodos conectarse el nodo entrante; -enviar desde dicho nodo entrante una petición de conexión al nodo elegido; -enviar, desde dicho nodo elegido, un mensaje de respuesta hacia dicho nodo entrante, aceptando la conexión del nodo entrante;
    La diferencia entre el método reivindicado en la solicitud y el descrito en el documento D02, está en que este documento no especifica la etapa de notificar por parte del nodo elegido al cual se ha conectado el nodo entrante, al nodo de jerarquía superior al cual está conectado dicho nodo elegido, si lo hubiera, la nueva topología de la red inalámbrica. Sin embargo, esta notificación a un nodo de jerarquía superior se puede considerar una práctica común y conocida dentro del estado de la técnica anterior (ver, por ejemplo, el apartado N.4 del anexo N en el documento D03) y sería una opción que un experto en la materia consideraría sin el ejercicio de actividad inventiva.
    Por tanto, la reivindicación 10 carecería de actividad inventiva a la luz de lo divulgado en D02 (Art. 8.1 LP).
    Reivindicaciones dependientes 11-13:
    Estas reivindicaciones no parecen presentar características técnicas específicas adicionales o alternativas diferentes que les confieran novedad o actividad inventiva frente a lo descrito en D02.
    Por tanto, a la vista del estado de la técnica conocido, la solicitud no satisfaría los requisitos de novedad y actividad inventiva establecidos en el Art. 4.1 LP.
    Informe del Estado de la Técnica Página 5/5
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