專利名稱：用于提供選擇多跳躍通信系統(tǒng)中節(jié)點之間路由的擁塞感知路由選擇度量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信網(wǎng)絡，并且更具體地，涉及一種用于計算用于選擇路由的路由選擇度量的系統(tǒng)和方法，在多跳躍網(wǎng)絡中提供最佳吞吐量。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)發(fā)展了已知為自組織網(wǎng)絡的移動通信網(wǎng)絡類型。在這種類型的網(wǎng)絡中，每個移動節(jié)點能夠操作為用于其他移動節(jié)點的基站或路由器，由此消除了對固定的基站基礎(chǔ)設(shè)施的需求。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，網(wǎng)絡節(jié)點以多路復用的格式發(fā)射和接收數(shù)據(jù)分組通信，所述多路復用的模式諸如時分多址(TDMA)格式、碼分多址(CDMA)、或頻分多址(FDMA)格式。
還發(fā)展了較為復雜的自組織網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡除了如傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡那樣允許移動節(jié)點相互通信之外，還允許移動節(jié)點接入到固定網(wǎng)絡，并且因此與其他移動節(jié)點(諸如公共交換電話網(wǎng)絡(PSTN))通信，或者在諸如互聯(lián)網(wǎng)的其他網(wǎng)絡上通信。在以下文獻中描述了這些先進類型的自組織網(wǎng)絡細節(jié)2001年6月29日提交的名稱為“Ad HocPeer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN andCellular Networks”的美國專利申請Serial No.09/897,790；2001年3月22日提交的名稱為“Time Division Protocol for an Ad-Hoc，Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access toShared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel”的美國專利申請Serial No.09/815,157(現(xiàn)在的美國專利No.6,807,165)；以及，2001年3月22日提交的名稱為“Prioritized-Routing for an Ad-Hoc，Peer-to-Peer，Mobile Radio Access System”的美國專利申請Serial No.09/815,164(現(xiàn)在的美國專利No.6,873,839)，通過引用的方式將它們中每一個的全部內(nèi)容合并在此。
自組織網(wǎng)絡典型地包括多個節(jié)點，這些節(jié)點共同定義了從移動客戶端到目的地節(jié)點、或者經(jīng)由一個或多個無線網(wǎng)絡節(jié)點到其他網(wǎng)絡節(jié)點之間的路徑。通常，從每個節(jié)點到另一個節(jié)點之間建立的“信道”定義了至網(wǎng)絡接入節(jié)點的路徑，其接下來提供了對外部網(wǎng)絡(諸如互聯(lián)網(wǎng)絡)的接入。當目的地是與節(jié)點相關(guān)聯(lián)的用戶時，信道還可以是從一個節(jié)點到相同網(wǎng)絡中的另一節(jié)點。
從諸如以上討論的無線自組織網(wǎng)絡的性質(zhì)可以理解，謹慎的頻率和信道指配對于使網(wǎng)絡中使用相同頻率或信道的節(jié)點之間干擾最小化來說是重要的，并且對于使網(wǎng)絡性能和效率最大化來說是重要的。在這方面，例如，當僅有小的信道數(shù)目是可用時，傳統(tǒng)的頻率信道指配方法變得困難。而且，當節(jié)點數(shù)目超過可用信道的數(shù)目時，頻率信道指配變得困難。
在無線自組織網(wǎng)絡的環(huán)境中，存在解決頻率信道指配的若干技術(shù)。例如，美國專利申請2004/0157613公開了一種方法，用于經(jīng)由射頻信道的自選擇來減小同信道和近鄰信道干擾。而且，DeCouto等人的名稱為“A High-Throughput Path Metric for Multihop Wireless Routing，”M.I.T.Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory，2003的出版物公開了一種的轉(zhuǎn)移計數(shù)(ETX)度量，其確認了與分組完成速率成反比的關(guān)系，但是它未考慮可變數(shù)據(jù)速率或信令開銷。
附圖簡述附圖連同以下的詳細描述并入到申請文件中，并構(gòu)成本申請文件的一部分，并且用于進一步說明根據(jù)本發(fā)明的多種實施例和用于解釋多種原理和優(yōu)點，在附圖中的各不同圖中，相同的參考數(shù)字指明相同或功能類似的元件。


圖1是使用根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)和方法的示例性自組織無線通信網(wǎng)絡的方框圖，該通信網(wǎng)絡包括多個節(jié)點；圖2是方框圖，說明了在如圖1所示的網(wǎng)絡中使用的移動節(jié)點的示例。
圖3是說明了擁塞的多跳躍無線網(wǎng)絡的圖，其中多種路由具有全異的帶寬可用性；圖4是說明了多跳躍無線網(wǎng)絡的圖，其中同時使用第一和第三跳躍；圖5是說明了多跳躍無線網(wǎng)絡的圖，其中沒有同時使用第一和第三跳躍，并且其中吞吐量減??；圖6是說明了包括線性系列的雙收發(fā)信機路由器的網(wǎng)絡的圖，其中每個路由器沒有與其他任何路由器爭用，并且沒有沿路由始發(fā)的其他業(yè)務流動；圖7是說明了擁塞的多收發(fā)信機網(wǎng)絡的圖，其中存在路由器和業(yè)務源之間的爭用。
圖8是說明了根據(jù)本發(fā)明實施例路由選擇度量的示例的圖，該路由選擇度量是基于特定鏈路上的數(shù)據(jù)速率、開銷和重新嘗試，為該特定鏈路而計算的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，為了說明的簡單和清楚的目的，圖中示出的元件不必要按照尺寸繪制。例如，圖中某些元件的尺寸相對于其他元件可以是放大的，以幫助提高對本發(fā)明實施例的理解。
具體實施例方式
在描述根據(jù)本發(fā)明的實施例之前，應當注意到，主要存在于方法步驟和裝置組件的組合中實施例，涉及計算路由選擇度量，其可以選擇在多跳躍網(wǎng)絡中提供最佳吞吐量的路由。因此，通過附圖中傳統(tǒng)的符號，適當?shù)乇硎具@些裝置組件和方法步驟，在附圖中，僅示出了與理解本發(fā)明實施例有關(guān)的那些特定細節(jié)，從而不會因為這些細節(jié)而使本公開內(nèi)容含糊不清，這些細節(jié)對于受益于此處描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易理解的。
在本文件中，使用的關(guān)系性術(shù)語，諸如第一和第二、頂部和底部等等可以唯一地用于區(qū)分一個實體或動作與另一個實體或動作，而未必要求或暗示該實體或動作之間的實際的這種關(guān)系或排序。術(shù)語“包括”、“包括的”或其任何其他變化，均預期涵蓋非排他性的包含，諸如過程、方法、物品或裝置，其包括未在該過程、方法、物品或裝置中列出中固有其他元素。前面有“包括...”的元素在不具有更多約束的情況下，沒有排除在包括該元素的過程、方法、物品或裝置中存在額外的相同元素。
應當理解，此處描述的本發(fā)明實施例可以包括一個或多個傳統(tǒng)的處理器或獨特存儲程序指令組成，其與某些非處理器電路結(jié)合，實現(xiàn)此處描述的系統(tǒng)和方法的某些、大部分或全部功能，所述方法和系統(tǒng)用于計算路由選擇度量，該路由選擇度量可以選擇多跳躍網(wǎng)絡中提供最佳吞吐量的路由。該非處理器電路可以包括但不限于，無線電接收機、無線電發(fā)射機、信號驅(qū)動器、時鐘電路、電源電路和用戶輸入設(shè)備。因此，這些功能可以解釋為用于計算路由選擇度量的方法的步驟，該路由選擇度量可以選擇在多跳躍網(wǎng)絡中提供最佳吞吐量的路由?？商鎿Q地，可以通過無存儲程序指令狀態(tài)機或者在一個或多個專用集成電路(ASIC)中實現(xiàn)某些或全部功能，其中每個功能或某些特定功能的組合可以實現(xiàn)為定制邏輯電路。當然，可以使用這兩種方式的組合因此，此處已描述了用于這些功能的手段與方法。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員期望，盡管可能需要由可用時間、當前技術(shù)和經(jīng)濟考慮而產(chǎn)生的顯著努力和很多設(shè)計選擇，但是當由此處公開的概念和原理指引時，將能夠容易地通過最少的實驗生成該軟件指令和程序，以及IC。
如以下更加詳細地討論的，此處描述的本發(fā)明實施例提供了一種系統(tǒng)和方法，用于基于一個或多個參數(shù)計算路由選擇度量，該路由選擇度量可以選擇在多跳躍網(wǎng)絡中提供最佳吞吐量的路由，該參數(shù)包括完成速率、數(shù)據(jù)速率、媒體接入控制(MAC)開銷、和擁塞。所述系統(tǒng)和方法能夠在具有高吞吐量的多跳躍網(wǎng)絡中選擇路由，包括在一個或多個節(jié)點處計算路由選擇度量，其中，所述路由選擇度量允許一個或多個節(jié)點選擇網(wǎng)絡中的路由。所述路由選擇度量可以包括網(wǎng)絡信息，諸如原始數(shù)據(jù)速率、完成速率、和媒體接入控制(MAC)開銷、和擁塞。
圖1是方框圖，說明了利用本發(fā)明實施例的示例自組織分組無線通信網(wǎng)絡100。具體地，網(wǎng)絡100包括多個移動無線用戶終端102-1～102-n(一般地被稱為節(jié)點102或移動節(jié)點102)，并且可以但不必需地包括固定網(wǎng)絡104，其具有多個接入點106-1、106-2～106-n(一般地被稱為節(jié)點106或接入點(AP)106、或智能接入點(IAP)106)用于向節(jié)點102提供對固定網(wǎng)絡104的接入。固定網(wǎng)絡104可以包括，例如，核心本地接入網(wǎng)絡(LAN)以及多個服務器和網(wǎng)關(guān)路由器，以向網(wǎng)絡節(jié)點提供對其他網(wǎng)絡的接入，諸如其他自組織網(wǎng)絡、公共交換電話網(wǎng)絡(PSTN)和互聯(lián)網(wǎng)絡。網(wǎng)絡100進一步可以包括多個固定路由器107-1～107-n(一般地被稱為節(jié)點107或無線路由器(WR)107、或固定路由器107)，用于在其他節(jié)點102、106或107之間路由數(shù)據(jù)分組。應當注意本討論的目的，以上討論的節(jié)點可以共同地稱為“節(jié)點102、106和107”，或者簡單地被稱為“節(jié)點”。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，節(jié)點102、106和107能夠相互直接通信，或者經(jīng)由一個或多個其他節(jié)點102、106或107通信，該一個或多個其他節(jié)點102、106或107操作為用于被在節(jié)點之間發(fā)送的分組的一個路由器或多個路由器，如上文引用的美國專利申請SerialNo.09/897,790和美國專利Nos.6,807,165和6,873,839中所描述的。
如圖2所示，每個節(jié)點102、106和107包括至少一個收發(fā)信機或調(diào)制調(diào)制器108，其耦合到天線110，并且能夠在控制器112的控制下，向和從節(jié)點102、106或107接收和發(fā)射信號，諸如分組的信號。分組的數(shù)據(jù)信號可以包括例如，語音、數(shù)據(jù)、或多媒體信息，和包括節(jié)點更新信息的分組的控制信號。
每個節(jié)點102、106和107進一步包括存儲器114，諸如隨機服務存儲器(RAM)，其能夠存儲并且路由與其自身或網(wǎng)絡100中其他節(jié)點有關(guān)的信息。如圖2所進一步示出的，某些節(jié)點，特別是移動節(jié)點102，可以包括主機116，其由任何數(shù)目的地設(shè)備組成，諸如筆記本計算機終端、移動電話單位、移動數(shù)據(jù)單位、或者任何其他適當?shù)脑O(shè)備。每個節(jié)點102、106和107還包括合適的硬件和軟件，用于執(zhí)行互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)和地址解析協(xié)議(ARP)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解其目的。還可以包括合適的硬件和軟件，用于執(zhí)行傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)。
如上文所討論的，希望網(wǎng)絡100的節(jié)點102、106和107能夠在多跳躍網(wǎng)絡中選擇路由，其考慮了網(wǎng)絡擁塞并且確保了最優(yōu)吞吐量。如現(xiàn)在將要討論的，本發(fā)明的實施例允許一個或多個節(jié)點基于一個或多個參數(shù)，計算路由選擇度量，該路由選擇度量可以選擇提供最佳吞吐量的路由，該參數(shù)包括完成速率、數(shù)據(jù)速率、MAC開銷和擁塞。應當注意，可以通過節(jié)點102、106和107中的控制器112和其相關(guān)硬件和軟件，計算路由選擇度量。
擁塞/爭用對于單一信道媒體接入控制(MAC)，可以由節(jié)點102、106或107，經(jīng)由計數(shù)器(諸如網(wǎng)絡指配向量(NAV)或清除信道評估(CCA))或經(jīng)由時間戳，測量爭用時間。對于多信道MAC，節(jié)點102、106或107可以使其測量基于其在監(jiān)聽預留信道時所能夠監(jiān)視的內(nèi)容。擁塞/爭用測量的前提是允許節(jié)點102、106或107評估可用于在給定時間進行傳輸?shù)男诺赖陌俜直?。例如，如果帶寬部分中沒有正在被節(jié)點102、106或107，或其他節(jié)點102、106或107使用，則帶寬可用性是100％(百分之百)。如果其他節(jié)點102、106或107正在使用該帶寬，則可用性可以是50％(百分之五十)與接近100％(百分之百)之間的任何值。在這方面，可用性不低于1/N，其中N是接入信道的節(jié)點102、106和107的數(shù)目。這確保了如果當前帶寬全部正在被使用，則該帶寬仍然可以在稍后的時間被多個用戶所共享。帶寬不必需在節(jié)點102、106或107之間均等地分配(盡管在先前的示例是這樣分配的)。例如，可以給特定節(jié)點102、106或107指配較高的優(yōu)先級狀態(tài)，或者可以給某些業(yè)務流指配較高的帶寬要求。
假設(shè)全部數(shù)據(jù)速率是相等的，則全部的完成速率是100％(百分之百)，并且忽略信令開銷，圖3說明了使用擁塞作為路由選擇度量一部分的路由選擇判定。應當注意，所示出的源、目的地和路由器對應于網(wǎng)絡100的任何節(jié)點，即例如，如圖1所示的移動節(jié)點102、固定路由器107、或接入點106。為了討論的目的，我們將假設(shè)源和目的地分別是節(jié)點102-1和102-2，并且路由器是路由器107-1、107-2和107-3。在該示例中，參考300、304和308指出可用帶寬，并且參考302、306和310指出不可用帶寬。如所指出的，指出107-1是擁塞的并且僅有25％(百分之二十五)帶寬是可用的，而節(jié)點107-2和107-3是較不擁塞的，并且每個有60％(百分之六十)可用帶寬。
用于確定路由選擇的路由選擇度量通常被定義為“所需用于發(fā)送單位信息的時間量”。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，該路由選擇度量與有效吞吐量的倒數(shù)成比例。在以下示例中，時間單位是秒，并且信息的參考位是吉比特。應當理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用其他的信息參考單位和其他的時間單位。如果沒有爭用的鏈路(即可用性是百分之百(100％))具有十(10)兆比特每秒(Mbps)的吞吐量，則1吉比特信息占用一百(100)秒來發(fā)送。因此，一百(100)是用于示例性系統(tǒng)的該特定參考鏈路的路由選擇度量。如果信道是百分之六十(60％)可用的，則最大吞吐量是六(6)Mbps，而信道百分之二十五(25％)可用將產(chǎn)生二點五(2.5)Mbps的吞吐量。在六(6)Mbps時，需要占用一百六十六(166)秒來發(fā)送1吉比特信息。在二點五(2.5)Mbps時，需要占用四百(400)秒來發(fā)送1吉比特信息。參考圖3中的示例，由節(jié)點102-1、107-1和102-2組成的路由具有八百(800)的累積路由選擇度量(這是因為源節(jié)點102-1和路由器107-1共享相同的媒體，其占用了八百(800)秒來發(fā)送1吉比特信息)。由節(jié)點102-1、107-2、107-3和102-2組成的路由具有五百(500)的累積路由選擇度量。
流水線技術(shù)在圖3中所示的先前示例中，還未確定節(jié)點102-1和107-2之間第一跳躍中的通信是否與節(jié)點107-2和102-2之間的第三跳躍中的通信可以同時發(fā)生。在它們可以同時發(fā)生的情況下，路由選擇度量可以通過分配更多帶寬給該通信，自動考慮這一事實，如圖4所示。在該情況下，節(jié)點102-1、107-1和107-2共同被分配了百分之五十(50％)的可用帶寬，如400、404和408所指出的，而百分之五十(50％)的帶寬保持為不可用，如402、406和410所指出的。如果它們不能同時通信，則路由選擇度量可以反映這一點，并且所發(fā)射的數(shù)據(jù)量減小，和因此導致吞吐量將減小，如圖5所示。即，節(jié)點102-1和107-2每個均被分配百分之三十四(34％)的可用帶寬，如500和508所指出的，而它們帶寬的百分之六十六(66％)保持為不可用，如502和510所指出的，并且節(jié)點107-1被分配了百分之五十(50％)的帶寬，如504所指出的，而百分之五十(50％)的帶寬保持不可用，如506所指出的。
多收發(fā)信機如圖6所示，每個路由器107-1、107-2和107-3可以包括雙收發(fā)信機回程600，該雙收發(fā)信機回程600包括圖2所示的兩個收發(fā)信機108，例如，允許每個路由器(例如圖6中所示的路由器107-1、107-2和107-3)同時用作發(fā)射機和接收機，使通信鏈路的帶寬加倍。然而，如果每個路由器沒有處于同任何其他路由器的爭用之中并且如果沒有沿該路由始發(fā)的其他業(yè)務流，如圖6中進一步示出的，由602和604指定的百分之百(100％)容量，則可以發(fā)生這種情況。盡管如此，路由選擇度量可以用于成功地尋址這兩種情形。實際上，如果拓撲結(jié)構(gòu)是雙收發(fā)信機路由器107-1、107-2和107-3的線性序列，則每個路由器處具有最小爭用的鏈路可以是沒有用于先前跳躍的鏈路。因此，可替換地，路由可以使用一個收發(fā)信機并且再使用另一個。如圖7所示，如果存在同其他路由器或業(yè)務源(例如其他路由器107-4)的爭用，則系統(tǒng)可以確保每個收發(fā)信機被均等地使用，即被使用的帶寬量(其確定最終路由選擇度量)對于每個收發(fā)信機是相同的或基本上相同的。在圖7的示例中，每個路由器的收發(fā)信機107-1和107-4使用百分之五十(50％)容量，如700和702指出的，并且路由器107-2的每個收發(fā)信機使用百分之五十(50％)容量，如704和706指出的。
TDMA在TDMA MAC中，基于所分配時隙大小與在特定鏈路上發(fā)射的總計幀大小之比，確定可用于該特定鏈路的帶寬的百分比。
單位信息的發(fā)射時間在上文描述的可用時間期間，時間可以僅能發(fā)射有限的信息量。路由選擇度量被定義為“所需用于發(fā)送單位信息的時間量”，因此，該時間是基于數(shù)據(jù)速率。其他參數(shù)也可以參與其中，諸如MAC開銷和重新嘗試的數(shù)目。實際上，這些其他參數(shù)可以增加所需用于發(fā)送單位信息的實際時間，如圖8中的800所示，其說明了由請求發(fā)送(RTS)和清除發(fā)送(CTS)消息、報頭、數(shù)據(jù)消息(DATA)和肯定(ACK)和非肯定(NACK)消息所占用時間量的示例。
在該示例中，信道可用性是百分之百(100％)，其意味著沒有其他節(jié)點102、106或107嘗試使用該信道。已知原始數(shù)據(jù)速率、MAC開銷和完成速率，可以確定實際吞吐量，并且因此確定特定鏈路的路由選擇度量?？梢愿鶕?jù)2005年6月24日提交的、名稱為“System andMethod for Adaptive Rate Selection for Wireless Networks”的美國專利申請No.11/166,578中的描述，計算數(shù)據(jù)速率?？梢愿鶕?jù)2005年8月10日提交的、名稱為“Software Architecture and Hardware AbstractionLayer for Multi-Radio Routing and Method for Providing the Same”的美國專利申請No.11/200,658中所描述的，提供MAC開銷?？梢愿鶕?jù)2004年6月7日提交的、名稱為“A Method to Provide a Measure of LinkReliability to a Routing Protocol in an Ad Hoc Wireless Network”的美國專利申請No.10/863,069中所描述的，計算完成速率。通過引用的方式，將以上所述三個專利申請的全部內(nèi)容合并在此。
路由選擇度量示例以下的章節(jié)呈現(xiàn)了示例路由選擇度量，其取決于每鏈路上的有效吞吐量。特別的，可以根據(jù)以下等式近似每跳的分組延遲Td=tw+Σi=1∞(1-pcr(L,R))i-1pcr(L,R)(its(L,R)+(i-1)te)=tw+ts(L,R)+(1-pcr(L,R))tepcr(L,R)]]>L＝分組長度R＝數(shù)據(jù)速率pcr＝分組完成速率ts＝分組傳輸時間(其包括開銷、傳播時間和處理時間等等)te＝所需用于重新傳輸失敗分組的額外時間(其包括信道接入時間)tw＝在分組到達節(jié)點隊列和該分組首次傳輸嘗試之間流逝的時間。
例如，對于基于爭用的MAC協(xié)議，信道接入時間可以取決于近鄰擁塞和信道繁忙度。對于無爭用系統(tǒng)(例如TDMA系統(tǒng))，其可以取決于分配給節(jié)點/鏈路的時隙。te取決于由于傳輸失敗和近鄰擁塞所引起的平均退避時間(backoff)(假設(shè)如果分組失敗，則其可以是當信道可用時的下次發(fā)射的第一分組)。tw取決于節(jié)點的擁塞程度(例如已經(jīng)在節(jié)點中排隊的分組)和近鄰擁塞。
有效吞吐量可以近似為G=L/Td=L pcr(L,R)ts(L,R)+(1-pcr(L,R)te+pcr(L,R)tw]]>可以測量用于計算G的值，作為移動平均，其中可以優(yōu)化窗大小，以提供穩(wěn)定性。通過使用在Institute of Electrical and ElectronicEngineers(IEEE)802.11標準中定義的測量動作，可以評價某些值。例如，對于IEEE 802.11標準網(wǎng)絡，可以通過使用IEEE 802.11h標準和IEEE 802.11k標準中描述的清除信道評估(CCA)和網(wǎng)絡分配向量(NAV)繁忙時間，來估計te。
每個跳躍的路由選擇度量為M＝α/G其中α是歸一化因子。選擇變量α，以獲得參考高速鏈路(諸如1Gbps)的為“1”的路由選擇度量。這確保了可以使用具有約束(例如16比特)分辨度的整數(shù)值來表示網(wǎng)絡中的全部路由選擇度量。
數(shù)據(jù)速率依賴性和異類收發(fā)信機使路由選擇度量基于用于發(fā)送單位信息的時間量的能力允許路由選擇協(xié)議操作于具有大的數(shù)據(jù)速率跨度的收發(fā)信機，諸如根據(jù)IEEE標準802.11a和802.11g那些收發(fā)信機，或者具有獲取不同數(shù)據(jù)速率的多個物理層(諸如乙太網(wǎng)相對于藍牙)的那些收發(fā)信機。由參考路由選擇度量(其在本示例中被設(shè)定為一(1)吉比特每秒)和度量分辨度(28對應于三點九(3.9)Mbps鏈路并且1/216對應于十五(15)千比特每秒(Kbps))，設(shè)定唯一的限制。利用一(1)吉比特每秒的參考路由選擇度量和十六(16)比特分辨度的路由選擇度量，可以比較鏈路上多跳躍吞吐量，就如同拔號調(diào)制解調(diào)器和吉比特乙太網(wǎng)的多樣性那樣。
要求網(wǎng)絡擴散(flooding)的協(xié)議的路由請求期滿如果路由選擇協(xié)議要求網(wǎng)絡是擴散式的(諸如自組織按需距離向量(AODV)的路由請求)，則典型地通過使用TTL(生存時間)限制來限制該擴散。這嚴重地限制了路由請求可以到達的節(jié)點102、106或107的數(shù)目，而不能確保高速骨干鏈路被完全使用。典型地，如果節(jié)點不能查找到它的具有小TLL的目的地，則該節(jié)點將執(zhí)行擴展環(huán)搜索。如果該限制是基于累積路由選擇度量(而不是TTL)，則當路由請求經(jīng)歷較慢的鏈路和擁塞的節(jié)點102、106或107時，擴散將被中斷；當通過較快鏈路和具有較小擁塞的節(jié)點102、106和107時，擴散將維持活動的。這通過允許路由選擇協(xié)議基于正在被穿越的節(jié)點102、106或107的性能來執(zhí)行其路由搜索，從而允許路由選擇協(xié)議更加有效率地搜索網(wǎng)絡中的路由。
迅速的傳感器網(wǎng)絡布署的連接性/性能指示器傳感器網(wǎng)絡的部署要求盡可能少的手動干預(無建立接口)，并且典型地不存在射頻(RF)覆蓋范圍調(diào)查。典型網(wǎng)絡連接性指示器顯示了與節(jié)點102、106或107相關(guān)聯(lián)的接入點的信號強度。這可能沒有考慮到實際的鏈路性能(最大數(shù)據(jù)速率可能是低的)或者跳躍數(shù)目(即接入點可能是離開實際目的地若干跳躍)。此處描述的路由選擇度量可以允許進行性能比較，而與跳躍數(shù)目無關(guān)?？梢曋甘酒骺梢杂糜谘杆俨渴?，所述可視指示器例如，使用發(fā)光二極管(LED)屏幕的數(shù)字指示器，或使用多個LED的電平指示器。即，節(jié)點102、106或107可以實時告訴運營商特定位置處的網(wǎng)絡性能是否可接受。如本領(lǐng)域所理解的，網(wǎng)絡100通常是可自配置的，并且應當僅要求最小的用戶干預，諸如部署節(jié)點(例如，接入點106和無線路由器107)，并且確保所部署的節(jié)點106和107具有電源，諸如線電流、電池、太陽能電池等等。
QoS擴充如果路由請求包括為其請求路由的流的優(yōu)先級級別，則可以區(qū)分示例路由選擇度量。為了此目的，一個或多個節(jié)點優(yōu)選地了解兩個類型的優(yōu)先級信息1.對于給定時間周期的節(jié)點隊列中分組的平均優(yōu)先級級別取決于調(diào)度器(例如，基于調(diào)度器的循環(huán)或分組標簽)，可以將每個優(yōu)先級映射到隊列級別，該隊列級別具有用于傳輸嘗試的分配百分比。例如，在該情況中，tw可以取決于優(yōu)先級級別。對于較高優(yōu)先級的流，tw將是較小的。
2.對于給定時間周期的節(jié)點近鄰中分組的平均優(yōu)先級級別例如，IEEE標準802.11e使用了不同信道接入概率，用于不同優(yōu)先級級別。如果節(jié)點具有關(guān)于在近鄰中發(fā)射的分組的優(yōu)先級級別的信息，則可以根據(jù)該流和近鄰業(yè)務的相對優(yōu)先級級別，進行對tw和te的估計，如果流的優(yōu)先級級別遠高于近鄰業(yè)務，則tw和te將是較小的。
具有沖突回避(CSMA/CA)擴充的載波監(jiān)聽多路訪問分組跳躍延遲等式中定義的分組完成速率對應于數(shù)據(jù)分組完成速率。在使用CSMA/CA媒體接入控制器的系統(tǒng)中，某些爭用幀(即，RTS和CTS)也可能不能夠成功地被發(fā)射。這些失敗通過增加te，影響了鏈路吞吐量。使用RTS分組完成速率并且使te依賴于該完成速率，將改進路由選擇度量的精確度。
在以上的申請文件中，已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施例。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，可以進行多種修改和變化，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被視為是說明性的而不是限制性的，而且全部這些修改都預期包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。益處、優(yōu)點、問題的解決方案及可以引起這些益處、優(yōu)點或出現(xiàn)或變?yōu)轱@著的解決方案的任何元素不應被解釋為對于任何或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵性的、必需的、必要的特征或元素。本發(fā)明唯一地由所附權(quán)利要求定義，包括在本申請審查過程中進行的修改，以及授權(quán)權(quán)利要求中包含的全部等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于在無線網(wǎng)絡中路由數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括確定與通過所述無線網(wǎng)絡中至少一個節(jié)點進行的分組傳輸有關(guān)的信息，所述信息包括選自包括以下各項的組中的一個或多個信息分組的傳輸時間、用于重新傳輸失敗分組的附加時間、以及在所接收分組到達所述節(jié)點與所述節(jié)點響應于所述所接收分組而進行分組傳輸?shù)牡谝淮螄L試之間流逝的時間；以及基于所述確定的信息，計算路由選擇度量，用于由進行至少一個后繼分組傳輸?shù)墓?jié)點使用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點，以基于所述路由選擇度量，分配用于傳輸所述后繼分組的帶寬量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點，以發(fā)射多個所述后繼分組，從而基于分配給傳輸?shù)乃鰩捔?，實現(xiàn)吞吐量級別。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點，以基于所述路由選擇度量，確定將所述后繼分組發(fā)射到的其他節(jié)點。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括對于所述網(wǎng)絡中的多個節(jié)點，執(zhí)行所述確定步驟；以及基于在所述多個節(jié)點中的每個節(jié)點處確定的相應信息，計算所述路由選擇度量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信息包括與以下內(nèi)容有關(guān)的信息分組的傳輸時間、重新傳輸失敗分組附加時間、以及在所接收分組到達所述節(jié)點與所述節(jié)點響應于所述所接收分組而進行分組傳輸?shù)牡谝淮螄L試之間流逝的時間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點，以提供與所述路由選擇度量有關(guān)的信息。
8.一種適于在無線通信網(wǎng)中絡使用的節(jié)點，所述節(jié)點包括收發(fā)信機，適于發(fā)射和接收分組；以及控制器，適于確定與分組傳輸有關(guān)的信息，所述信息包括選自包括以下各項的組中的一個或多個信息分組的傳輸時間、用于重新傳輸失敗分組的附加時間、以及在所接收分組到達所述收發(fā)信機與所述收發(fā)信機響應于所述所接收分組而進行分組傳輸?shù)牡谝淮螄L試之間流逝的時間；以及所述接收機進一步適于，基于所述確定的信息，計算路由選擇度量，用于至少一個后繼分組的傳輸。
9.如權(quán)利要求8所述的節(jié)點，其中所述控制器進一步適于，基于所述路由選擇度量，分配用于傳輸所述后繼分組的帶寬量。
10.如權(quán)利要求9所述的節(jié)點，其中所述控制器進一步適于，控制所述收發(fā)信機，以發(fā)射多個所述后繼分組，從而基于分配給傳輸?shù)乃鰩捔浚瑢崿F(xiàn)吞吐量級別。
11.如權(quán)利要求8所述的節(jié)點，其中所述控制器進一步適于，基于所述路由選擇度量，確定控制所述收發(fā)信機將所述后繼分組發(fā)射到的其他節(jié)點。
12.如權(quán)利要求8所述的節(jié)點，其中所述控制器進一步適于，基于所述所確定的信息和與自所述網(wǎng)絡中多個其他節(jié)點接收的所述路由選擇度量有關(guān)的信息，計算所述路由選擇度量。
13.如權(quán)利要求8所述的節(jié)點，其中所述信息包括與以下內(nèi)容有關(guān)的信息分組的傳輸時間、重新傳輸失敗分組附加時間、以及在所接收分組到達所述收發(fā)信機與所述收發(fā)信機響應于所述所接收分組而進行分組傳輸?shù)牡谝淮螄L試之間流逝的時間。
14.如權(quán)利要求8所述的節(jié)點，其中所述控制器進一步適于，控制所述節(jié)點，以提供與所述路由選擇度量有關(guān)的信息。
15.如權(quán)利要求8所述的節(jié)點，其中所述控制器進一步適于，控制所述收發(fā)信機，以發(fā)射與所述路由選擇度量有關(guān)的信息，用于由所述網(wǎng)絡中的至少一個其他節(jié)點接收。
16.一種用于在無線通信網(wǎng)絡中通信的方法，所述方法包括操作多個節(jié)點，該節(jié)點中的每一個適于在所述無線網(wǎng)絡中通信，以確定相應信息，所述信息包括選自包括以下各項的組中的一個或多個信息分組的傳輸時間、用于重新傳輸失敗分組的附加時間、以及在所接收分組到達與響應于所述所接收分組而進行分組傳輸?shù)牡谝淮螄L試之間流逝的時間；以及操作所述多個節(jié)點，以發(fā)射其相應的信息，用于由其他節(jié)點接收；以及操作所述多個節(jié)點中的每個節(jié)點，以基于其相應信息和接收自所述其他節(jié)點的信息，計算相應路由選擇度量。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點中的每個節(jié)點，以基于其相應計算出的路由選擇度量，分配用于傳輸所述后繼分組的相應帶寬量。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點中的每個節(jié)點，以發(fā)射相應的多個所述后繼分組，從而基于分配給傳輸?shù)钠湎鄳獛捔?，實現(xiàn)相應吞吐量級別。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括操作所述節(jié)點中的每個節(jié)點，以基于其相應所述路由選擇度量，確定其他節(jié)點將其相應后繼分組發(fā)射到的其他節(jié)點。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述相應信息包括與以下內(nèi)容有關(guān)的信息分組的傳輸時間、重新傳輸失敗分組附加時間、以及在所接收分組到達所述節(jié)點與所述節(jié)點響應于所述所接收分組而進行分組傳輸?shù)牡谝淮螄L試之間流逝的時間。
全文摘要
提供了一種系統(tǒng)和方法，用于基于一個或多個參數(shù)計算路由選擇度量，該路由選擇度量可以選擇在多跳躍網(wǎng)絡(100)中提供最佳吞吐量的路由，該參數(shù)包括完成速率、數(shù)據(jù)速率、MAC開銷、和擁塞。所述系統(tǒng)和方法能夠在具有高吞吐量的多跳躍網(wǎng)絡(100)中選擇路由，包括在一個或多個節(jié)點(102、106、107)處計算路由選擇度量，其中，所述路由選擇度量允許一個或多個節(jié)點(102、106、107)選擇網(wǎng)絡中的路由。所述路由選擇度量可以包括網(wǎng)絡信息，諸如原始數(shù)據(jù)速率、完成速率、和媒體接入控制開銷、和擁塞。
文檔編號H04L12/26GK101057511SQ200580038176
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者蓋納埃爾·T·施特魯特, 曾蘇蓉, 謝布內(nèi)姆·佐爾盧·厄澤爾, 阿維那希·喬希 申請人:網(wǎng)狀網(wǎng)絡公司