(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 219860 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. H04W 40/04 (09.01) H04L 12/6 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 12.01.23 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet: 11.11.09 (86) Europeisk søknadsnr: 08807677.3 (86) Europeisk innleveringsdag 08.09.16 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato.06.23 () Prioritet 07.09.21 IT TO070661 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver SELEX ELSAG S.P.A., Via Giacomo Puccini 21614 Genova, Italia (72) Oppfinner BRUNO, Vittorio, Largo Saluzzo 4I-00182 Roma, Italia TITTONI, Patrizia, Via Valentino Mazzola 38I-00142 Roma, Italia POGGI, Maurizio, Via Valentino Mazzola 38I-00142 Roma, Italia DE DOMENICO, Maurizio, Corso Italia I-00042 Anzio (Roma), Italia CARRIERO, Michele, Via Copernico 28/CI-00040 Pomezia (Roma), Italia (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Ruting av en trådløs kommunikasjon i et trådløst kommunikasjonsnettverk (6) Anførte publikasjoner EP-A- 1 21 40 B1, US-A1-07 136 473 B1, US-A1-0 141 706 B1, US-A1-0 099 943 B1
1 1 2 3 Beskrivelse [0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører rutingsprotokoller for trådløse nettverk. [0002] Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon i et masket trådløst telekommunikasjonsnett. [0003] Dokumentet US 0/0099943 beskriver en trafikk- og radioressursstyring i en trådløs anordning der et første sett av radiooverføringsressurser blir valgt. Det søkes da etter en overføringsbane med hensyn til hver destinasjonsnode i strømmen, der hver overføringsbane går fra den trådløse kommunikasjonsanordningen til den aktuelle destinasjonsnoden og oppfyller kravet til tjenestekvalitet svarende til denne destinasjonsnoden. [0004] Rutingsprotokollen AODV (Ad Hoc On Demand Distance Vector) er en rutingsalgoritme for mobile ad-hoc nettverk, dvs. nettverk dannet av en gruppe av mobile noder koblet sammen ved hjelp av trådløse forbindelser. I denne typen nettverk samarbeider alle nodene i systemet om å identifisere den optimale ruten å sende datapakker langs, dvs. den ruten som gjør at mottakeren nås så raskt som mulig. [000] AODV-protokollen gjør det mulig å utføre en dynamisk ruting som tar hensyn til beskaffenheten til og lasten i nettverket. Denne algoritmen gjør det mulig, på forespørsel, dvs. når det er nødvendig å sende data, å identifisere en optimal rute fra en kildenode til en mottaker, om nødvendig ved "hopping" på én eller flere mellomliggende noder, ved anvendelse av en overføringsvektor tilknyttet hver node. Slike overføringsvektorer konfigureres til å muliggjøre kommunikasjon mellom nettverksnoder, for eksempel settes overføringseffekt, -måte og -frekvens. [0006] Kommunikasjonsnettverkene som er vanlige hos politimyndighetene og som blir anvendt i militære sammenhenger er basert enten på radiosystemer (HF, VHF, trådløse telefoner med lang rekkevidde) eller på satellittsystemer. Nodene i slike nettverk er mobile terminaler som alle har en sender/mottaker-enhet for å muliggjøre datakommunikasjon. Sender/mottaker-enhetene er de overnevnte overføringsvektorer. [0007] Senderenhetene er utstyrt med et grensesnitt, fortrinnsvis et LAN-grensesnitt (disse blir anvendt i trådløse nettverk) eller et serielt grensesnitt (synkront eller asynkront). [0008] I tradisjonelle systemer blir AODV-algoritmen anvendt på mobile terminaler som kun har én senderenhet. Dette er fordi den standard AODV-algoritmen er i stand til å [0009] velge den optimale ruten basert på kun én overføringsvektor for hver terminal. Denne begrensningen vanskeliggjør noen ganger overføring mellom
2 1 2 terminalene, spesielt dersom én eller flere terminaler i nettverket ikke fungerer som de skal. [00] I tilfellet der de bærbare terminalene er kjøretøy som anvendes i felten i militære operasjoner er det videre ikke mulig å raskt lokalisere den enkelte enhet og kommunisere med den fra en stasjonær basestasjon. [0011] Et mål med foreliggende oppfinnelse er derfor å foreslå en fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon som er i stand til å forbedre kommunikasjonen dersom det er terminaler i nettverket som ikke fungerer som de skal. [0012] Dette og andre mål oppnås av en fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon hvis hovedtrekk er definert i krav 1. [0013] Konkrete utførelsesformer danner gjenstand for de uselvstendige kravene. [0014] Ytterligere formål med oppfinnelsen er: et kommunikasjonsnettverk, en nettverksnode og et program for en prosessor, som angitt i kravene. [001] Som en oppsummering er et mål for oppfinnelsen en fremgangsmåte for ruting som er i stand til å anvende mobile terminaler med flere sender/mottakerenheter, til å identifisere den optimale ruten å sende datapakker langs, og til å velge den rette senderenheten, for hver mobile terminal, for å sende ut data. Denne fremgangsmåten lar terminaler automatisk utføre operasjoner for utveksling av meldinger eller alarmer, og muliggjør også sporing av bevegelsen i feltet av disse terminalene fra en stasjonær basestasjon. [0016] Fremgangsmåten for ruting ifølge oppfinnelsen er i stand til å velge, basert på statiske og dynamiske kriterier beskrevet nedenfor, ruten som skal anvendes for å gjennomføre en overføring i et trådløst maskenettverk. Fremgangsmåten er også i stand til å velge den best egnede senderenheten, i hver node, for overføring av dataene. [0017] Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utviser en høy grad av pålitelighet og er i overensstemmelse med sikkerhetsertifiseringene i Level E2 ITSEC. [0018] Ytterligere trekk og fordeler med oppfinnelsen vil tydeliggjøres av den følgende detaljerte beskrivelsen, gitt kun som et ikke-begrensende eksempel med støtte i de vedlagte tegningene, der: Figur 1 er en skjematisk representasjon av en node ifølge oppfinnelsen, og Figur 2 er en skjematisk representasjon av et trådløst telekommunikasjonsnettverk som opererer i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. 3 [0019] I figur 1 er en node 2 i et masket trådløst telekommunikasjonsnettverk representert skjematisk, for eksempel en mobil terminal i nettverket, omfattende fire
3 1 2 3 sender/mottaker-enheter 4, 6, 8, innrettet for å sende ut og motta datapakker, der hver av sender/mottaker-enhetene 4, 6, 8, anvender en forbestemt overføringskanal. Denne overføringskanalen er fortrinnsvis basert på VHF, UHF, HF, en satellitterminal eller en trådløs telefon med lang rekkevidde, og er koblet til noden 2 via et LAN eller via en serieforbindelse. Antallet senderenheter 4, 6, 8, innlemmet i noden 2 er ikke avgjørende for formålet med oppfinnelsen, og en kan tenke seg noder med et hvilket som helst antall senderenheter, som anvender de samme eller forskjellige overføringskanaler. [00] Figur 2 viser et diagram av et kommunikasjonsnettverk som omfatter et flertall noder 2 av typen illustrert i figur 1. [0021] La oss anta at en sendernode skal sende data til en mottakernode 22 (unicast-kommunikasjon). Alternativt kan det være ikke bare én mottakernode 22, men flere noder (multicast-kommunikasjon). [0022] Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter en sekvens av trinn beskrevet nedenfor som, basert på statiske og dynamiske kriterier, gjør det mulig å identifisere en optimal rute 24 for å komme frem til mottakernoden 22 gjennom noen av nodene 2 i nettverket. [0023] De statiske kriteriene er kriterier som vedrører nominelle konfigurasjonsparametere for nodene 2. Slike statiske kriterier er, fortrinnsvis: tilgjengelighet av senderenheter 4, 6, 8, (for eksempel blir bare HF-radiobaserte senderenheter anvendt fordi de VHF-radiobaserte er reservert for kommunikasjon av tale), bruksprioritet for senderenhetene (for eksempel er den HF-radiobaserte senderenheten foretrukket fordi den er billigere enn en sivil satellitterminal) eller antallet forhåndsdefinerte forsøk på kommunikasjon (for eksempel blir et på forhånd fastsatt antall forsøk på å anvende en forhåndsdefinert senderenhet utført og deretter går en over til å søke etter den optimale ruten). [0024] De dynamiske kriteriene er kriterier som vedrører gjeldende driftsforhold for nodene 2. Slike dynamiske kriterier er, fortrinnsvis: meldingens prioritet (for eksempel blir viktige meldinger sendt ved anvendelse av de senderenhetene som anses som mest pålitelige), meldingens størrelse (for eksempel kan det bli besluttet å sende lange meldinger med bruk av en satellittbasert senderenhet og korte meldinger med bruk av en HF-radiobasert senderenhet) eller avstanden mellom nodene 2 som skal kommunisere (dersom for eksempel to noder 2 befinner seg veldig langt fra hverandre, er bruk av en HF-radiobasert senderenhet foretrukket fremfor en VHFradiobasert senderenhet). Andre dynamiske kriterier er, fortrinnsvis, tilstanden til senderenheten 4, 6, 8, (for eksempel blir en dårlig fungerende senderenhet anvendt mindre enn en korrekt fungerende senderenhet 4, 6, 8, ), prioriteten til
4 1 2 3 og/eller hvor viktig noden 2 er (for eksempel gis høyere prioritet til de viktigste nodene, så som for eksempel styrestasjonen), historien av tidligere kommunikasjon (dersom for eksempel en forbestemt rute ble forsøkt med bruk av den VHFradiobaserte senderenheten i et på forhånd fastsatt antall forsøk og mottakernoden 22 ikke ble nådd, vil ved neste anledning en annen senderenhet bli anvendt, for eksempel en HF-radiosender). [002] Fremgangsmåten gjør det også mulig å identifisere, for hver node 2 som tilhører den optimale ruten 24, hvilken senderenhet som er best egnet for overføringen. [0026] Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å utføre alle trinnene på en måte som er usynlig for programvareapplikasjonene på høyere lag (kommando og styring), og gjør det også mulig å styre tillegging, om nødvendig, av nye senderenheter i den enkelte node 2 og således øke muligheten til å benytte nye ruter for å komme til mottakernoden 22. Slike høyere lags applikasjoner (kommando og styring) er programmer innrettet for å bli kjørt av en prosessor tilveiebrakt i hver node 2 i nettverket, og er innrettet for å tilveiebringe et grafisk brukergrensesnitt for å sende ut kommandoer og vise nodene 2. [0027] Fremgangsmåten gjør det også mulig i hver node 2 å kommunisere via tale med en annen node 2 samtidig med utsending av data, fremgangsmåten er videre innrettet for å bli utført av forskjellige operativsystemer installert i nodene 2. Under trinnene med å sende data fra kildenoden til mottakernoden 22 kan brukeren bestemme seg for å anvende én av senderenhetene 4, 6, 8, for å kommunisere med tale. I et slikt tilfelle, dersom en optimal rute 24 har blitt identifisert som anvender senderenheten 4, 6, 8, reservert av brukeren for talekommunikasjonen, søker fremgangsmåten etter en ny rute for å komme til mottakernoden 22 ved hjelp av de andre tilgjengelige senderenhetene 4, 6, 8,. Når senderenheten 4, 6, 8, reservert for talekommunikasjon blir ledig, går den tilbake til å være en del av de tilgjengelige senderenhetene 4, 6, 8,. [0028] Meldingene som blir sendt ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis i XML-format og omfatter en innledende etikett som inneholder følgende attributter: Id_msg: et sekvensnummer som identifiserer meldingen. Ip: IP-adressen til sendernoden. Ip_dest: IP-adressen til mottakeren, for en unicast-kommunikasjon er den IPadressen til mottakernoden 22, for en multicast-kommunikasjon er den området av IP-adresser til mottakernodene 22, for en kringkastingskommunikasjon er den et forhåndsdefinert tall, for eksempel 2.
1 Priority: et tall mellom 0 og 9 som angir meldingens prioritet. Equipment: et tall som identifiserer koden til overføringsvektoren dersom en bestemt senderenhet 4, 6, 8, ønskes for overføring av meldingen. Cipher: et tall som identifiserer en meldingskrypteringsforespørsel. Receipt: et tall som identifiserer en anmodning om bekreftelse i retur fra mottakernoden 22. Delivery_mode: et tall som angir om sendernoden og mottakernoden 22 må lagre meldingen før den blir sendt. Dette tallet angir hvorvidt dataposten er persistent eller ikke persistent. En ikke-persistent melding er en melding som blir overskrevet dersom den befinner seg i halen av prosessen når en annen melding av samme type ankommer og har samme mottaker. En persistent melding, derimot, er en melding som ikke blir overskrevet. Timestamp: tidsrelatert post, UTC-tid betraktes i formatet "yyyy-mmddthh:mm: ss". Correlation_id: et tall som identifiserer en melding korrelert med den gjeldende. Type: et tall som angir meldingstypen, for eksempel en generisk melding, stedsmelding, alarmmelding, steds- og alarmmelding, nødmelding eller en returnert kvitteringsmelding, Expiration: tidsperiode for gyldighet av meldingen, den representerer dato og tidspunkt for utløp av meldingen. Den har samme format som Timestampattributten. 2 3 [0029] Trinnene i fremgangsmåten er følgende: motta meldingene som skal sendes fra applikasjonene i høyere lag (for eksempel meldingene matet inn av brukeren via det grafiske grensesnittet), analysere attributtene inneholdt i XML-etikettene beskrevet over, identifisere mottakernoden eller -nodene 22, sende til de forskjellige senderenhetene 4, 6, 8, for de forskjellige nodene 2 en RREQ-datapakke i kringkastingsmodus for å søke etter den optimale ruten 24, motta en RREP-responsdatapakke fra mottakernoden(e) 22, kryptere dataene som skal sendes, på en symmetrisk eller asymmetrisk måte (dette trinnet er valgfritt), beregne og knytte en digital signatur til dataene som skal sendes til mottakernoden 22 (dette trinnet er valgfritt), sende dataene til mottakernoden 22,
6 vente på en kvittering i retur. Dette trinnet er valgfritt, applikasjonene i høyere lag (kommando og styring) vet om en slik kvittering må forventes og muliggjør mottak av den. Dersom en kvittering ikke mottas, blir dataene fortrinnsvis sendt på nytt. 1 2 3 [00] Kildenoden som skal sende data til mottakernoden 22 må innledningsvis søke etter ruten for å komme til denne mottakernoden 22. [0031] Søket etter den optimale ruten 24 gjennomføres, på en tilsvarende måte som i den standard AODV-algoritmen, ved å sende ut RREQ-pakken. Denne RREQ-pakken, til forskjell fra i den standard AODV-metoden, blir sendt til alle senderenhetene 4, 6, 8, som finnes i hver node 2 basert på de statiske og dynamiske kriteriene beskrevet over. Dersom for eksempel væpnede styrker foretrekker å kommunisere med bruk av HF-radio heller enn overføring via satellitt (som kan innebære høyere kostnader), vil RREQ-pakken bli sendt først til de HF-radiobaserte senderenhetene, og bare dersom søket etter den optimale ruten 24 ikke har resultert i et positivt utfall vil satellittbaserte senderenheter bli anvendt. Tilsvarende, dersom det i fravær av forhåndsdefinerte valg har blitt registrert at det er umulig å kommunisere med bruk av VHF-radiobaserte senderenheter (som følge for eksempel av hindre for forplantning av elektromagnetiske bølger, for eksempel et fjell mellom kildenoden og mottakernoden 22) i et bestemt antall kommunikasjoner, vil ved neste kommunikasjonsforespørsel RREQ-pakken bli sendt til de forskjellige andre tilgjengelige senderenhetene, noe som optimaliserer luftbølgetrafikken. Viktige meldinger som en må være sikker på at kommer frem til mottakernoden 22 (for eksempel en alarm), må ha mulighet til å anvende de mest pålitelige og raskeste senderenhetene for å sikre at meldingen blir levert på kortest mulig tid, uten hopping på mellomliggende noder 2. [0032] Mottak av RREP-pakken informerer kildenoden om at ruten er funnet og at nyttedata derfor kan bli sendt. [0033] Kjente prosedyrer kan også bli anvendt for å rekonstruere en rute dersom ruten ikke lenger kan anvendes (for eksempel som følge av feil på en mellomliggende node 2). [0034] Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er innrettet for å bli utført av et system anordnet for å prosessere grupper eller moduler av programmer lagret på en lagringsanordning eller er tilgjengelig i et nettverk. [003] Slike moduler omfatter: en krypteringsmodul, en beregningsmodul,
7 en XML-grensesnittsmodul med grensesnitt mot applikasjonen på høyere lag, en grensesnittsmodul med grensesnitt mot en database som inneholder parametere for å konfigurere senderenhetene 4, 6, 8,, fortrinnsvis serieporthastigheten, antallet slike serieporter eller overføringsfrekvensene, antallet senderenheter 4, 6, 8, for hver node 2, listen av statiske og dynamiske kriterier, en drivermodul for VHF-båndet, en drivermodul for HF-bandet, en drivermodul for den trådløse langdistansetelefonen, en drivermodul for sivilt L-bånd satellittutstyr, en drivermodul for militært satellittutstyr. 1 [0036] Disse modulene er innrettet for å kommunisere med senderenhetene 4, 6, 8, for å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. [0037] Så lenge prinsippet i oppfinnelsen forblir det samme kan naturligvis utførelsesformene og de oppbygningsmessige detaljene varieres sterkt i forhold til det som er beskrevet og illustrert utelukkende som et ikke-begrensende eksempel, uten med det å fjerne seg fra foreliggende oppfinnelses beskyttelsesomfang, i det beskyttelsesomfanget defineres av de vedføyde kravene. 2 3 Krav 1. Fremgangsmåte for ruting av en kommunikasjon omfattende datapakker i et masket trådløst telekommunikasjonsnettverk som innbefatter flere kommunikasjonsnoder (2), der fremgangsmåten omfatter, i kombinasjon, de trinn å: a) anordne i hver node (2) et flertall sender/mottaker-enheter (4, 6, 8, ) innrettet for å sende ut og motta datapakkene ved anvendelse av en forhåndsopprettet overføringskanal, b) anordne prosesseringsanordninger, tilknyttet hver node (2) og i stand til å prosessere meldingsdata omfattende attributter for å identifisere minst én sendernode () og minst én mottakernode (22) for meldingen, c) definere for hver node (2) et flertall statiske kriterier som angir nominelle konfigurasjonsparametere for nodene (2) og dynamiske kriterier som angir gjeldende driftsforhold for nodene (2), d) sende, fra sendernoden () til sender/mottaker-enhetene (4, 6,8,) i et flertall mellomliggende mottakernoder (2), der nevnte sender/mottaker-enheter (4, 6, 8, ) velges i henhold til de statiske og dynamiske kriteriene, data som spør nodene
8 1 (2) om å søke etter minst én overføringsrute for meldingsdataene til den minst ene mottakernoden (22), e) gjenta utsendingen av forespørselsdataene fra minst én av de mellomliggende mottakernodene (2), valgt i henhold til de statiske og dynamiske kriteriene, til suksessive noder for å komme til den minst ene mottakernoden (22) og således definere en optimal rute (24), f) motta ved sendernoden (), via sender/mottaker-enhetene (4, 6, 8, ) i nodene (2) langs den optimale ruten (24), responsdata som kommer fra den minst ene mottakernoden (22), g) sende meldingsdataene langs den optimale ruten (24), fra sendernoden () til mottakernoden (22), der fremgangsmåten er k a r a k t e r i s e r t v e d at når en sender/mottakerenhet (4, 6, 8, ) i en node (2) som tilhører den optimale ruten (24) som anvendes for å sende data er reservert for talekommunikasjon, et ytterligere trinn med å søke etter en ny rute for å komme til mottakernoden (22) ved anvendelse av de andre tilgjengelige sender/mottaker-enhetene (4, 6, 8, ) i nevnte node (2) utføres, og når sender/mottaker-enheten (4, 6, 8, ) reservert for kommunikasjon av tale blir ledig, går den tilbake til å være en del av de tilgjengelige sender/mottaker-enhetene (4, 6, 8, ) i nevnte node (2). 2. Fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon ifølge krav 1, videre omfattende det trinn å: - kryptere meldingsdataene på en symmetrisk måte. 2 3. Fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon ifølge krav 1, videre omfattende det trinn å: - kryptere meldingsdataene på en asymmetrisk måte. 4. Fremgangsmåten for ruting av kommunikasjon ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, videre omfattende de trinn å: - beregne og knytte en digital signatur til meldingsdataene. 3. Fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der nevnte statiske kriterier er minst ett blant: tilgjengelighet av sender/mottaker-enhetene (4, 6, 8, ), bruksprioritet for sender/mottaker-enhetene (4, 6, 8, ) og antall forhåndsdefinerte forsøk for kommunikasjonen.
9 6. Fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der de dynamiske kriteriene er minst ett blant: prioriteten til meldingsdataene, størrelsen til meldingsdataene, avstanden mellom nodene (2), tilstanden til sender/mottaker-enhetene (4, 6, 8, ), prioriteten til nodene (2), historie av tidligere kommunikasjon. 7. Fremgangsmåte for ruting av kommunikasjon ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der nodene omfatter sender/mottaker-enheter (4,6,8,) innrettet for å sende ut og motta datapakkene ved anvendelse av forskjellige forhåndsopprettede overføringskanaler, inkludert HF, VHF, UHF, satellitterminal og trådløs telefon. 1 8. Nettverksnode omfattende en radiobasestasjon og en mobil terminalstasjon innrettet for å operere i samsvar med fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7. 9. Kommunikasjonsnettverk omfattende en nettverksnode ifølge krav 8.. Prosesseringsprogram eller gruppe av programmer tilpasset for å utføre en fremgangsmåte for ruting av datapakker i henhold til alle trinnene i ethvert av kravene 1 til 7 når det eller de blir kjørt av et prosesseringssystem.