專利名稱：用于多跳網(wǎng)絡(luò)中建立的連接的快速/機(jī)會(huì)性分布式資源重新分配的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及一種實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)使用該協(xié)議來響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)涓淖兂掷m(xù)調(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)的資源，以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能。
相關(guān)技術(shù)說明多跳網(wǎng)絡(luò)(無線自組織網(wǎng)絡(luò))固有的一個(gè)問題是它們具有隨時(shí)間改變的拓?fù)?，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)是移動(dòng)的，這可能導(dǎo)致為特定連接中繼業(yè)務(wù)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接中斷。除了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)外還有若干其他導(dǎo)致拓?fù)潆S時(shí)間改變的原因。例如，拓?fù)涓淖兛赡馨l(fā)生在甚至沒有節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的情況下，例如由無線電波在其上反射的移動(dòng)物體所導(dǎo)致的變化或通信媒體的改變。這些拓?fù)涓淖儼ɡ纾?本身和/或干擾信道的)信道變化、業(yè)務(wù)模式改變、發(fā)射模式改變和資源分配改變。為了適應(yīng)這些拓?fù)涓淖儯嗵W(wǎng)絡(luò)可以采用主動(dòng)式路由選擇協(xié)議或反應(yīng)式路由選擇協(xié)議。在采用主動(dòng)式路由選擇協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)中，通常通過持續(xù)地更新節(jié)點(diǎn)之間的路由選擇路徑來調(diào)整拓?fù)涓淖?。以及，在采用反?yīng)式路由選擇協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)中，首先在通常稱為路由發(fā)現(xiàn)階段的過程中建立節(jié)點(diǎn)之間的路由選擇路徑。一旦路徑建立完成，則轉(zhuǎn)到路由維持階段。面對(duì)拓?fù)涓淖儠r(shí)，該階段負(fù)責(zé)維持活動(dòng)源/目的地對(duì)之間的路徑，例如當(dāng)在朝目的節(jié)點(diǎn)的路徑上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)移開太遠(yuǎn)而導(dǎo)致連接中斷時(shí)，則調(diào)用路由修復(fù)過程(路由維持階段的部分)作為恢復(fù)操作來嘗試并修復(fù)節(jié)點(diǎn)之間的連接。如果該恢復(fù)操作未成功，則需要執(zhí)行新一輪的路徑發(fā)現(xiàn)。反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的例子包括在IETF MANET工作組內(nèi)開發(fā)的AODV(自組織按需距離矢量)和DSR(動(dòng)態(tài)源路由選擇)，如下的文獻(xiàn)中對(duì)它們有描述·“自組織按需距離矢量路由選擇”(C.Perkins、E.M.Royer和S.R.Das，″Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing″，RFC 3561，2003年7月)。
·“自組織無線網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)源路由選擇”(D.Johnson和D.Maltz，″Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks″，draft-ietf-manet-dsr-09.txt，2003年4月)。
這些文獻(xiàn)的內(nèi)容由此通過引用結(jié)合于本文。
雖然這些路由選擇協(xié)議一般表現(xiàn)不錯(cuò)，但是它們?nèi)杂腥秉c(diǎn)，它們無法做到足以優(yōu)化兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能。因此，需要一種實(shí)施優(yōu)化兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能的新反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)。通過本發(fā)明的多跳網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)和方法滿足該需求以及其他需求。
發(fā)明概述本發(fā)明包括一種實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)，該協(xié)議使節(jié)點(diǎn)能夠響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的拓?fù)涓淖円苑植际?機(jī)會(huì)性方式持續(xù)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能?？梢哉{(diào)整的資源的類型包括例如(1)路由；(2)信道；和/或(3)物理層參數(shù)。以及，可能發(fā)生的不同類型的拓?fù)涓淖儼ɡ?1)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)；(2)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的信道的質(zhì)量變化；(3)多跳網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)模式的改變；(4)多跳網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射模式(例如功率、波束賦形方向)的改變；以及(5)多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)中資源分配的改變。
附圖簡要說明可以參考以下詳細(xì)說明同時(shí)結(jié)合附圖來獲得對(duì)本發(fā)明的更全面的理解，圖中


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明具有實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的節(jié)點(diǎn)的示范多跳網(wǎng)絡(luò)的框圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明用于在圖1的多跳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的優(yōu)選方法的步驟的流程圖；圖3是根據(jù)圖2的方法中的步驟202可以從圖1的多跳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的示范信標(biāo)的框圖；以及圖4A-4D是說明可以使用反應(yīng)式路由選擇協(xié)議來調(diào)整圖1的多跳網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的路由的不同方式的框圖。
附圖的詳細(xì)說明參考圖1，公開一種示范多跳網(wǎng)絡(luò)100的框圖，它具有實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法200的反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q(示出17個(gè))。如圖所示，多跳網(wǎng)絡(luò)100具有多個(gè)在無線媒體中操作的節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q，其中在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如)102a與102m之間發(fā)送的業(yè)務(wù)稱為流104(示出1個(gè))。始發(fā)傳輸在流104中的數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)稱為源節(jié)點(diǎn)102a，以及終接數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)稱為目的節(jié)點(diǎn)102m。在每個(gè)瞬時(shí)，多跳網(wǎng)絡(luò)100可以在任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q之間具有零個(gè)、一個(gè)或多個(gè)流104。每個(gè)流104在連接106中承載，其中示出節(jié)點(diǎn)102a與102m之間的僅一個(gè)連接106。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到多個(gè)流104可以復(fù)用到連接106中，以及可以為每個(gè)源節(jié)點(diǎn)102a以及為每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)102m建立多個(gè)連接106。此外，相同的源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m可以具有多個(gè)連接106以及多個(gè)流104。限定每個(gè)連接106通過路徑108(路由)并由如下項(xiàng)表征(1)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102a、102f、102h、102k、102l和102m的身份；(2)信道；以及(3)沿路徑108的鏈路參數(shù)。在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，連接106由如下項(xiàng)表征(1)路徑108；(2)鏈路參數(shù)；以及(3)發(fā)射實(shí)例。后一種類型的連接106在時(shí)域中與非時(shí)隙發(fā)射相關(guān)聯(lián)，而前一種類型的連接106更面向TDMA(時(shí)分多址)、FDMA(頻分多址)以及OFDMA(正交頻分多址)。
如圖所示，路徑108由構(gòu)成連接106的相鄰活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l和102m之間的較短鏈路組成。與沿路徑108的流104的發(fā)射相關(guān)聯(lián)的鏈路的參數(shù)由例如如下項(xiàng)表征(1)發(fā)射功率；(2)調(diào)制；(3)方向；以及(4)MIMO(多輸入多輸出)參數(shù)。以及，與沿路徑108的流104的接收相關(guān)聯(lián)的鏈路的參數(shù)可以包括例如有關(guān)天線陣列的調(diào)諧的信息，前提是這些參數(shù)被使用。每個(gè)連接106通常具有數(shù)據(jù)速率上限，以及流104可以使用可用的數(shù)據(jù)速率的一部分或全部帶寬。在彼此達(dá)到范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q稱為鄰節(jié)點(diǎn)。術(shù)語“在達(dá)到范圍內(nèi)”有若干定義。例如，無論何時(shí)只要當(dāng)在發(fā)送節(jié)點(diǎn)使用最大允許發(fā)射功率且不存在干擾節(jié)點(diǎn)時(shí)一個(gè)節(jié)點(diǎn)在接收時(shí)具有超過預(yù)定電平的平均SNR(信號(hào)噪聲比)，這些節(jié)點(diǎn)可以在彼此的“達(dá)到范圍內(nèi)”。最后，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到多跳網(wǎng)絡(luò)100內(nèi)的通信是在通常為正交的分離信道上，因此應(yīng)該不會(huì)彼此干擾。以及，節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q中從一個(gè)信道改變到另一個(gè)信道稱為信道切換。
根據(jù)本發(fā)明，多跳網(wǎng)絡(luò)100內(nèi)的節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)施在前述常規(guī)反應(yīng)式路由選擇協(xié)議之上顯著改進(jìn)的反應(yīng)式路由選擇協(xié)議(方法200)。同樣，像AODV和DSR的常規(guī)反應(yīng)式路由選擇協(xié)議有無法做到足以優(yōu)化兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能的缺點(diǎn)。本發(fā)明的多跳網(wǎng)絡(luò)100通過實(shí)施一種新的反應(yīng)式路由選擇協(xié)議(方法200)來解決該需要，該新反應(yīng)式路由選擇協(xié)議響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)100中的拓?fù)涓淖冋{(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)100中的一個(gè)或更多個(gè)資源，以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間的連接106的性能。可以調(diào)整的資源的類型包括例如(1)路由；(2)信道；和/或(3)物理層參數(shù)。以及，可能發(fā)生的不同類型的拓?fù)涓淖儼ɡ?1)節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q的移動(dòng)；(2)源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間的信道的質(zhì)量變化(不一定僅限于正在為考慮的連接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的鏈路，而且還有可以替代使用的鏈路)；(3)多跳網(wǎng)絡(luò)100中業(yè)務(wù)模式的改變；(4)多跳網(wǎng)絡(luò)100中發(fā)射模式(例如功率、波束賦形方向)的改變；以及(5)多跳網(wǎng)絡(luò)100中資源分配的改變。以下參考圖2-4提供有關(guān)反應(yīng)式路由選擇協(xié)議(方法200)的不同方面和特征的更詳細(xì)說明。
參考圖2，有說明用于在多跳網(wǎng)絡(luò)100內(nèi)實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的優(yōu)選方法200的步驟的流程圖。開始于步驟202，位于連接106內(nèi)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102a、102f、102h、102i、102l和102m發(fā)射含有連接106的一個(gè)或更多個(gè)性能測量的信標(biāo)302(參見圖3)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以一個(gè)幀304一次地生成信標(biāo)302，信標(biāo)包括控制部分306和TDMA數(shù)據(jù)承載部分308?？梢詫?duì)信標(biāo)302指定小型時(shí)隙310，以便它將不會(huì)與從相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信標(biāo)302(未示出)沖突?？梢砸阅硞€(gè)功率電平和數(shù)據(jù)速率來發(fā)射信標(biāo)302，以使在選擇該功率電平和數(shù)據(jù)速率的情況下信標(biāo)302具有與由節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l和102m發(fā)送的其他消息一樣遠(yuǎn)或比之更遠(yuǎn)的達(dá)到。
信標(biāo)302還包括普通廣播部分312和連接特定部分314。在普通廣播部分312中，指示信標(biāo)302的功率。這使“在達(dá)到范圍內(nèi)”的任何節(jié)點(diǎn)102a、102b、…、102q可以確定開環(huán)路徑損耗。還指示發(fā)射節(jié)點(diǎn)(例如)102a、102f、102h、102i、102l或102m的ID。在連接特定部分314中，可以指示連接ID、連接速率、發(fā)射/接收ID和/或發(fā)射功率/CIR(載波干擾比)。此外，連接特定部分314指示每個(gè)連接106的性能測量。性能測量可以是整個(gè)連接106的累積成本。每個(gè)時(shí)隙或等效連接的最大允許功率Pmax是另一性能測量。Pmax反映發(fā)射節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l或102m的功率能力或可以使用的而不會(huì)與其他正在進(jìn)行的連接106相干擾的最大功率。
在步驟204，相鄰節(jié)點(diǎn)(例如)102b、102d、102e、102g、102i、102j、102q、102p和/或102o接收從活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l和102m發(fā)射的信標(biāo)302中的一個(gè)或更多個(gè)。活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l或102m還接收從其他活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l或102m發(fā)射的信標(biāo)302。例如，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102f和102k從活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102h接收信標(biāo)302。
在步驟206，每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)102b、102d、102e、102g、102i、102j、102q、102p和/或102o基于每個(gè)接收的信標(biāo)302中的性能測量和其他信息(任選)計(jì)算成本函數(shù)。相似地，每個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l和/或102m基于每個(gè)接收的信標(biāo)302中的性能測量和其他信息(任選)計(jì)算成本函數(shù)。
在步驟208，每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)102b、102d、102e、102g、102i、102j、102q、102p和/或102o以及活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l或102m確定是否可以通過調(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)100中的至少一個(gè)資源(例如路由、信道和/或物理層參數(shù))來改進(jìn)源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間的連接106的成本函數(shù)。如果在步驟208的答案是“是”，則由相關(guān)的相鄰節(jié)點(diǎn)(例如)102g或活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102f來執(zhí)行步驟210，調(diào)整至少一個(gè)資源來改進(jìn)源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間的連接106的成本函數(shù)。通常，相鄰節(jié)點(diǎn)(例如)102g會(huì)如以下參考圖4A、4B和4D更詳細(xì)描述的來調(diào)整路由資源。以及，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102f會(huì)如參考圖4C更詳細(xì)描述的來調(diào)整路由資源、信道資源或物理層參數(shù)資源。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使用拓?fù)涓淖兊娜缙骄窂綋p耗的平均性能來確定是否可以在源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間改進(jìn)連接106的成本函數(shù)時(shí)，相關(guān)的相鄰節(jié)點(diǎn)(例如)102g或活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102f可以較快地以分布式方式調(diào)整或重新分配資源。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使用如瞬時(shí)CIR的瞬時(shí)或?qū)崟r(shí)拓?fù)涓淖兊男阅軠y量來確定是否可以在源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間改進(jìn)連接106的成本函數(shù)時(shí)，相關(guān)的相鄰節(jié)點(diǎn)(例如)102g或活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102f可以以機(jī)會(huì)性方式調(diào)整或重新分配資源。在任何一個(gè)實(shí)施例中，相關(guān)的相鄰節(jié)點(diǎn)(例如)102g或活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)102f被允許在調(diào)整不會(huì)負(fù)面影響多跳網(wǎng)絡(luò)100中另一連接的性能的情況下調(diào)整資源。如果在步驟208的答案是“否”，則執(zhí)行步驟212，其中相鄰節(jié)點(diǎn)102b、102d、102e、102g、102i、102j、102q、102p和/或102o或活動(dòng)節(jié)點(diǎn)102a、102f、102h、102k、102l或102m只是維持源節(jié)點(diǎn)102a與目的節(jié)點(diǎn)102m之間的連接106中的資源。
以下參考圖4A-4D提供有關(guān)可以使用方法200和反應(yīng)式路由選擇協(xié)議來調(diào)整源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的路由的一些不同方式的更詳細(xì)說明。為了更好地描述本發(fā)明的一些特征，以下使用的多跳網(wǎng)絡(luò)400具有比多跳網(wǎng)絡(luò)100更簡單的配置。當(dāng)然，應(yīng)該注意，多跳網(wǎng)絡(luò)100和400內(nèi)示出的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是為簡化說明而選擇的，以及節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和它們的配置不應(yīng)該是對(duì)本發(fā)明的限制。
參考圖4A-4D，關(guān)于可以如何根據(jù)方法200的步驟210調(diào)整源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接的路由，示出四種基本情況。在圖4A所示的第一種情況中，節(jié)點(diǎn)F在時(shí)間t0監(jiān)聽由活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)B和D發(fā)送的信標(biāo)302(未示出)。然后在時(shí)間t1，節(jié)點(diǎn)F將自己插入該連接，并將節(jié)點(diǎn)C從源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接中排除，前提是根據(jù)方法200的步驟206、208和210優(yōu)化目標(biāo)成本函數(shù)。應(yīng)該注意，在該情況以及反應(yīng)式路由選擇協(xié)議以分布式方式調(diào)整資源的以下所述的其他例子中，則優(yōu)選地一次發(fā)生一個(gè)事件以避免并發(fā)調(diào)整。
在圖4B所示的第二種情況中，節(jié)點(diǎn)F在時(shí)間t0監(jiān)聽由活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)A、B、C、D和E發(fā)送的信標(biāo)302(未示出)。然后在時(shí)間t1，節(jié)點(diǎn)F將自己插入該連接，并將多個(gè)節(jié)點(diǎn)B、C和D從源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接中排除，前提是根據(jù)方法200的步驟206、208和210優(yōu)化目標(biāo)成本函數(shù)。
在圖4C所示的第三種情況中，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)C在時(shí)間t0監(jiān)聽由活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)B和D發(fā)送的信標(biāo)302(未示出)。然后在時(shí)間t1，節(jié)點(diǎn)C注意到它提供次優(yōu)路徑并啟動(dòng)路徑改變，其中它將自己從源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接中排除，前提是根據(jù)方法200的步驟206、208和210優(yōu)化目標(biāo)成本函數(shù)。正如可以看到的，在該情況中活動(dòng)節(jié)點(diǎn)C能夠執(zhí)行方法200中的步驟204、206、208和210。
有關(guān)可以如何根據(jù)方法200來實(shí)施這三種情況，存在若干方式。在一個(gè)例子中，一個(gè)好的選擇是利用沿路徑分布且在信標(biāo)302中聲明的累積成本(性能測量)。然后可以將沿路徑的成本與由偵聽信標(biāo)302并檢查它是否應(yīng)該在源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接中插入/排除自己的節(jié)點(diǎn)所確定的成本比較。
在另一個(gè)例子中，可以使用發(fā)射功率(性能測量)作為成本度量。例如，考慮基于來自節(jié)點(diǎn)j-1的實(shí)際成本估計(jì)節(jié)點(diǎn)j+1的成本的節(jié)點(diǎn)j。從節(jié)點(diǎn)j-1到j(luò)以及從節(jié)點(diǎn)j到j(luò)+1產(chǎn)生的成本以ΔC和相關(guān)的指標(biāo)來表示。在節(jié)點(diǎn)j+1的總估計(jì)成本則為C^j+1=ΔCj,j+1+ΔCj-1,j+Cj-1]]>如果估計(jì)的成本低于舊的現(xiàn)有成本，則考慮新路徑，如下所示 德爾塔成本ΔC與滿足SNR目標(biāo)Г0(對(duì)于考慮的所需速率)所需的最小功率有關(guān)。以節(jié)點(diǎn)j-1到j(luò)為例，可以按如下公式計(jì)算最小功率PPj-1=Γ0·σj2Gj-1,j]]>其中Gj-l，j是從節(jié)點(diǎn)j-1到j(luò)的路徑增益，以及σj2是節(jié)點(diǎn)j的接收器噪聲和干擾功率。除此之外，還可以確保任何節(jié)點(diǎn)(在本例子中為節(jié)點(diǎn)j-2)不被允許以足夠強(qiáng)到將其他現(xiàn)有連接的CIR降低到它們各自的目標(biāo)CIR以下的功率發(fā)射，如下所示 可以為每個(gè)時(shí)隙(并由此為每個(gè)連接)確定節(jié)點(diǎn)的Pmax，并以信標(biāo)302分配Pmax。為每個(gè)信道優(yōu)選地執(zhí)行該過程，從而使節(jié)點(diǎn)j還可以確定最優(yōu)信道。除了上述功率最小化準(zhǔn)則以及CIR保證準(zhǔn)則外，還可以包括其他準(zhǔn)則。此類準(zhǔn)則的例子可以包括成本的濾波(例如時(shí)間平均)、滯后(以避免乒乓(ping-pong)效應(yīng))以及時(shí)間相關(guān)的條件。
在圖4A-4B中示出的是僅一個(gè)節(jié)點(diǎn)F將自己插入源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接406。但是，還可以以相似的方式通過提供將成本函數(shù)最小化的路徑來將節(jié)點(diǎn)F和G的鏈插入源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接(參見圖4D)。具體來說，節(jié)點(diǎn)F和G在時(shí)間t0監(jiān)聽由活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(例如)A、B、C、D和E發(fā)送的信標(biāo)302(未示出)。然后在時(shí)間t1，節(jié)點(diǎn)F和G將它們自己插入該連接，并將多個(gè)節(jié)點(diǎn)C和D從源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)E之間的連接中排除，前提是根據(jù)方法200的步驟206、208和210優(yōu)化目標(biāo)成本函數(shù)。
使節(jié)點(diǎn)F和G能夠插入連接的一種方式，如圖4D中所示的一種方式是沿著連接構(gòu)建從每個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C、D和E引出的(合理地長的)最短路徑樹。當(dāng)與現(xiàn)有連接路徑比較時(shí)，經(jīng)過節(jié)點(diǎn)F和G進(jìn)而經(jīng)過現(xiàn)有連接的下游的最短路徑評(píng)估是否改進(jìn)由任何最短路徑樹提供的成本。與圖4A和4B中所示的第一和第二種情況相似，節(jié)點(diǎn)F和G不是現(xiàn)有連接的一部分，但是屬于扎根于沿該連接的一個(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或更多個(gè)最短路徑樹，它們可以在發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的路徑的前提下主動(dòng)插入它們自己。為了限制本實(shí)施例的復(fù)雜性，對(duì)于最短路徑樹可以允許有限數(shù)量的跳躍。
為了實(shí)施圖4D中所示的情況，目標(biāo)成本函數(shù)還可以結(jié)合附加成本因子Cextr，它確保通過步驟210的任何調(diào)整向使用最短路徑連接源節(jié)點(diǎn)A和目的節(jié)點(diǎn)E的方向趨近?？梢砸匀缦路绞酱_定該額外成本因子，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用(例如)貝爾曼-福特(Bellman Ford)算法通過慢的主動(dòng)路由選擇生成最短路徑樹(性能測量)。然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)i具有從它自己到每個(gè)其他節(jié)點(diǎn)j的成本。該成本表示為Cij。節(jié)點(diǎn)i然后可以如下所示根據(jù)它到任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)S和D(未示出)的成本來確定該額外成本Cextra＝f(CiS，CiD)其中該函數(shù)可以是加法或乘法。這確保該額外成本隨節(jié)點(diǎn)i更遠(yuǎn)離源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)而增加。然后還通過簡單的加法或其他運(yùn)算將該成本與步驟208中的基本成本確定結(jié)果包括在一起。
再次參考方法200中的調(diào)整步驟210，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到反應(yīng)式路由選擇協(xié)議可以使多跳網(wǎng)絡(luò)100和400的資源能夠響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)100和400內(nèi)的拓?fù)涓淖円浴胺植际椒绞健眮碚{(diào)整，以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能。對(duì)于表現(xiàn)好的分布式操作，即避免控制信號(hào)之間的時(shí)間競賽潛在地導(dǎo)致低效優(yōu)化(或潛在的死鎖)，可能需要對(duì)控制信令實(shí)施特殊的調(diào)度。該調(diào)度以如下方式布置優(yōu)選地一次僅發(fā)生本地區(qū)中的一個(gè)事件即資源優(yōu)化。這種特征，我們表示為本地原子性(locally atomic)。為了確保多跳網(wǎng)絡(luò)100和400對(duì)于控制業(yè)務(wù)的本地原子性，其中一次僅發(fā)生一個(gè)事件，多跳網(wǎng)絡(luò)100和400可以使用具有所需特征的任何分布式多址協(xié)議，如R.Rozovsky等人的文獻(xiàn)“SEEDEX自組織網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議”(″SEEDEXA MAC protocolfor ad hoc networks″Mobilhoc 2001 proceedings)中所述的協(xié)議，其內(nèi)容結(jié)合于本文。除了當(dāng)重新分配資源時(shí)使用多址協(xié)議外，還可以在指定信標(biāo)302的發(fā)射時(shí)間時(shí)使用。
根據(jù)上文，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明提供一種幫助優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能或質(zhì)量的多跳網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)和反應(yīng)式路由選擇協(xié)議。如所公開的，本發(fā)明操作以響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涓淖兂掷m(xù)調(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)的資源，以優(yōu)化源與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能。當(dāng)響應(yīng)拓?fù)涓淖冋{(diào)整連接時(shí)，可以聯(lián)合地且持續(xù)地調(diào)整路由、信道和物理(例如功率)層參數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，資源調(diào)整可以在足夠快以跟隨例如由信道衰落導(dǎo)致的瞬時(shí)信道波動(dòng)的瞬時(shí)信道波動(dòng)以及業(yè)務(wù)波動(dòng)的時(shí)間標(biāo)度(timescale)上來發(fā)生，因此這種類型的資源調(diào)整會(huì)具有利用信道機(jī)會(huì)的峰值的機(jī)會(huì)性特征。
如下是本發(fā)明的多跳網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)和反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的一些附加特征、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用·可以將多跳網(wǎng)絡(luò)與自組織網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，其中節(jié)點(diǎn)大多數(shù)是移動(dòng)的且不存在中央?yún)f(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施。這種網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以是膝上型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和/或個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。但是，當(dāng)節(jié)點(diǎn)是固定的時(shí)，可以應(yīng)用多跳網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)這種場合以鄉(xiāng)村地區(qū)因特網(wǎng)接入為目標(biāo)并使用連接到屋頂、燈柱等的固定節(jié)點(diǎn)。
·本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)以大約是或大于資源指配響應(yīng)時(shí)間的相干時(shí)間發(fā)生信道波動(dòng)時(shí)，則多跳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信道指配將是機(jī)會(huì)性的。
·本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，聯(lián)合地且持續(xù)地優(yōu)化多層功能，這保證多跳網(wǎng)絡(luò)中改進(jìn)的性能。
雖然在附圖中示出了以及在前述的詳細(xì)說明中描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，而是可以在不背離由以下權(quán)利要求書闡述和限定的本發(fā)明精神的前提下進(jìn)行多種重新布置、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)，包括源節(jié)點(diǎn)(102a、A)；以及目的節(jié)點(diǎn)(102m、E)，其特征在于實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議，其中響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)涓淖兂掷m(xù)地調(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)的資源，以優(yōu)化所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間的連接(106)的性能。
2.如權(quán)利要求1所述的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中所述資源包括如下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)路由(108)；信道；或物理層參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中所述拓?fù)涓淖儼ㄈ缦马?xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)；所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間的信道的質(zhì)量變化；多跳網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)模式的改變；多跳網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射模式的改變；或多跳網(wǎng)絡(luò)中資源分配的改變。
4.如權(quán)利要求1所述的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)中的瞬時(shí)拓?fù)涓淖?，以機(jī)會(huì)性方式調(diào)整所述資源。
5.如權(quán)利要求1所述的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中以分布式方式調(diào)整所述資源，在所述分布式方式中，將至少一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)(F、G)插入所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間的連接以及將至少一個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(C、D)從所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中移除。
6.如權(quán)利要求1所述的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中以分布式方式調(diào)整所述資源，在所述分布式方式中，將至少一個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(C、D)從所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中移除。
7.如權(quán)利要求1所述的多跳網(wǎng)絡(luò)，其中以分布式方式調(diào)整所述資源，以滿足如下條件中的一個(gè)或更多個(gè)滿足載波干擾比；確保現(xiàn)有連接滿足它們的載波干擾比；最小化多跳網(wǎng)絡(luò)中的集合功率；以及使用最低成本連接所述源節(jié)點(diǎn)和所述目的節(jié)點(diǎn)。
8.一種用于優(yōu)化多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)中源節(jié)點(diǎn)(102a、A)與目的節(jié)點(diǎn)(102m、E)之間的連接(106)的性能的方法(200)，所述方法的特征在于如下步驟從與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的連接相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(102f、102h、102k、102l、B、C和D)發(fā)射(202)含有連接(106)的性能測量的信標(biāo)(302)；在與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的連接相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)(102b、102d、102e、102g、102i、102j、102p、102o、F和G)接收(204)發(fā)射的信標(biāo)中的至少一個(gè)；在每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)基于每個(gè)接收的信標(biāo)中的性能測量計(jì)算(206)成本函數(shù)；在每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)確定(208)是否可以通過調(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)資源來改進(jìn)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的成本函數(shù)；以及如果是的話，調(diào)整(210)至少一個(gè)資源以改進(jìn)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的成本函數(shù)；或如果否的話，維持(212)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中的至少一個(gè)資源。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行接收步驟、計(jì)算步驟、確定步驟、調(diào)整步驟和維持步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述調(diào)整步驟期間調(diào)整的所述至少一個(gè)資源包括路由(108)；信道；或物理層參數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述調(diào)整步驟包括將相鄰節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)插入源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接以及從源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中移除活動(dòng)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述調(diào)整步驟包括從源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中移除活動(dòng)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中當(dāng)多跳網(wǎng)絡(luò)中有拓?fù)涓淖儠r(shí)，執(zhí)行所述調(diào)整步驟，所述拓?fù)涓淖儼ü?jié)點(diǎn)的移動(dòng)；源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的信道的質(zhì)量變化；多跳網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)模式的改變；多跳網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射模式的改變；或多跳網(wǎng)絡(luò)中資源分配的改變。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)中的瞬時(shí)拓?fù)涓淖儯詸C(jī)會(huì)性方式調(diào)整多跳網(wǎng)絡(luò)的所述至少一個(gè)資源。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每個(gè)信標(biāo)包括普通廣播部分(312)和含有性能測量的連接相關(guān)部分(314)，所述性能測量包括如下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的累積成本；或發(fā)射活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最大允許功率。
16.一種實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)(102a、A)與目的節(jié)點(diǎn)(102m、E)之間的連接(106)的性能的無線多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)，所述無線多跳網(wǎng)絡(luò)的特征在于位于源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中的至少一個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(102f、102h、102k、102l、B、C和D)，其中每個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)射(202)含有源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能測量的信標(biāo)(302)；與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的連接相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)(102b、102d、102e、102g、102i、102j、102p、102o、F和G)，其中每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)能夠接收(204)發(fā)射的信標(biāo)中的至少一個(gè)；基于每個(gè)接收的信標(biāo)中的性能測量計(jì)算(206)成本函數(shù)；如果改進(jìn)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的成本函數(shù)是可能的，則調(diào)整(210)無線多跳網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)資源。
17.如權(quán)利要求16所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行接收步驟、計(jì)算步驟和調(diào)整步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)通過重新分配包括如下項(xiàng)的至少一個(gè)資源來執(zhí)行調(diào)整步驟路由(108)；信道；或物理層參數(shù)。
19.如權(quán)利要求17所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中所述調(diào)整步驟包括將相鄰節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)插入源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接以及從源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中移除活動(dòng)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。
20.如權(quán)利要求17所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中所述調(diào)整步驟包括從源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接中移除活動(dòng)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。
21.如權(quán)利要求16所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中當(dāng)無線多跳網(wǎng)絡(luò)中有拓?fù)涓淖儠r(shí)，每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)執(zhí)行調(diào)整步驟，所述拓?fù)涓淖儼ü?jié)點(diǎn)的移動(dòng)；所述源節(jié)點(diǎn)與所述目的節(jié)點(diǎn)之間的信道的質(zhì)量變化；無線多跳網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)模式的改變；無線多跳網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射模式的改變；或多跳網(wǎng)絡(luò)中資源分配的改變。
22.如權(quán)利要求16所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)響應(yīng)無線多跳網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)拓?fù)涓淖?，以機(jī)會(huì)性方式執(zhí)行調(diào)整步驟。
23.如權(quán)利要求16所述的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)信標(biāo)包括普通廣播部分和含有性能測量的連接相關(guān)部分，所述性能測量包括如下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的累積成本；或發(fā)射活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最大允許功率。
24.一種實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議(200)以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)(102a、A)與目的節(jié)點(diǎn)(102m、E)之間的連接(106)的性能的無線多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)(102a-102q和A-G)，所述節(jié)點(diǎn)可以是活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(102f、102h、102k、102l、B、C和D)或相鄰節(jié)點(diǎn)(102b、102d、102e、102g、102i、102j、102p、102o、F和G)，其中所述活動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接上，其中所述活動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)射(202)含有源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的性能測量的信標(biāo)(302)；所述相鄰節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的連接相關(guān)聯(lián)，其中所述相鄰節(jié)點(diǎn)能夠接收(204)發(fā)射的信標(biāo)中的至少一個(gè)；基于每個(gè)接收的信標(biāo)中的性能測量計(jì)算(206)成本函數(shù)；如果改進(jìn)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的連接的成本函數(shù)是可能的，則調(diào)整(210)無線多跳網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)資源。
全文摘要
本文描述實(shí)施反應(yīng)式路由選擇協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)和節(jié)點(diǎn)(102a－102q和A－G)，該協(xié)議使多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)的資源能夠響應(yīng)多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)內(nèi)的拓?fù)涓淖円苑植际?機(jī)會(huì)性方式來持續(xù)地調(diào)整，以優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)(102a、A)與目的節(jié)點(diǎn)(102m、E)之間的連接的性能?？梢哉{(diào)整的資源的類型包括例如(1)路由；(2)信道；和/或(3)物理層參數(shù)。以及，可能發(fā)生的不同類型的拓?fù)涓淖儼ɡ?1)節(jié)點(diǎn)(102a－102q和A－G)的移動(dòng)；(2)源節(jié)點(diǎn)(102a、A)與目的節(jié)點(diǎn)(102m、E)之間的信道的質(zhì)量變化；(3)多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)中業(yè)務(wù)模式的改變；(4)多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)中發(fā)射模式(例如功率、波束賦形方向)的改變；以及(5)多跳網(wǎng)絡(luò)(100、400)中資源分配的改變。
文檔編號(hào)H04L12/54GK1886937SQ200380110869
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者P·拉森, N·約翰森 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司