CN100521648C - 分布式无线局域网的多转发路由方法 - Google Patents

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Abstract

一种在无线网络中进行多转发分组传输的方法，所述方法包括通过无线网络建立多转发的路由。多转发路由建立之后，改变传输协议的参数，以便把通过多转发路由的传输延迟减到最小，并按照修改后的传输协议参数通过所述路由传输至少一个分组。在第一实施例中，改变传输协议参数包括在经由所述路由传输所述分组的持续时间内在多转发路由的每个节点上设置NAV值。在一个替代的实施例中，多转发分组被赋予较高的QoS值。

Description

分布式无线局域网的多转发路由方法
相关申请
本申请要求从2001年9月27日提交的、序列号为60/326,059的整个美国临时申请获得优先权，并将其包括在此作参考。
发明背景
发明领域
本发明涉及分布式无线局域网，更具体地说，涉及利用多转发机制的无线局域网内更有效的数据传输。
相关技术描述
IEEE(802.11)无线局域网(WLAN)系统使基础设施系统内或基础设施较少的系统(亦称独立BSS或特定网络方式)内站点(STA)与访问点(AP)之间的通信成为可能。IEEE 802.11无线局域网(WLAN)系统使IBSS(独立基本业务机组)方式下站点之间的通信成为可能。访问机制是被称为分布式协调功能(DCF)的分布式机制，并基于CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)。除物理上的CS(载波侦听)外，还采用虚拟CS机制，使持续时间值指示每个被传输的分组的传输时间长度。
应该指出，分组可以由一个或多个片段构成，以便减少，例如在有干扰的情况下分组重发的风险，其中分组的每个片段在接收方发来指示前一片段接收成功的确认之后，在一个SIFS(帧间短间隔)之后发送。一个片段内发送的持续时间值包括随后一个片段的发送时间，若有，加上它相应的ACK。接收到所述持续时间值的站点应该在等于存储在持续时间字段内的持续时间值的一段时间内不通过无线介质进行发送。为了处理所谓隐藏终端问题，采取RTS/CTS机制。
目前，对于802.11IBSS网络(特定网络)尚无多转发支持。多转发使越出彼此直接通信范围的站点通过中间站点中继分组进行通信成为可能。多转发支持的额外好处是通过把一段距离分成多转发，得益于功率规律传播模型，每次转发的信号接收质量明显改善。这可以通过提高链路速率加以利用，在某些情况下甚至还可以缩短端点到端点的延迟。
尽管802.11协议并不内在地支持多转发，但它并未排除把支持多转发的较高层协议放在现有的802.11协议顶上的可能性。目前，IETF的MANET WG正在为扩展TCP/IP协议以便适应具有多转发能力的移动特定网络而工作。诸如AODV和DSR等几个MANET协议都已经进行了IBSS方式下工作的802.11协议测试。
但是，当这些路由协议都用在8022.11协议之上，以便提供不必与无线访问协议作任何连接即可在特定网络上进行多转发路由选择时，出现了性能问题。例如，当一个分组已经在无线站点之间经过多转发达到目的地时，可能由于无线协议的性质而出现严重的延迟。在每个链路中也可能出现碰撞，而且每次转发的访问延迟会加起来。为了达到末端用户所感受的对TCP交易达到的高流通量，延迟会是致命的因素。
概述
本发明要克服无线网络中多转发分组传输方法所碰到的上述问题和其他问题，其中首先在无线网络中建立一个包括多转发的路由。为了把通过多转发路由进行的分组传输的延迟减到最小，改变与多转发路由相关的传输协议参数。分组通过按照修改后的传输协议参数的多转发路由进行传输。
在第一实施例中，改变传输协议参数的步骤包括针对通过多转发路由进行的分组传输的持续时间，在多转发路由的每个节点上设置NAV值，多转发分组按照较高的QoS值通过多转发路由进行传输。
附图的简单说明
包括在此以便加深对本发明的理解，并包括在本说明书中作为其一部分的附图，举例说明本发明的实施例，连同描述一起用来解释本发明的原理。附图中：
图1举例说明在独立的IBSS中第一单元和第二单元之间多转发连接的建立；
图2是流程图，举例说明按照本发明的反应式路由协议的实现方法；
图3举例说明本发明第一实施例的实现；
图4举例说明本发明一个替代的实施例；
图5举例说明本发明另一个实施例，其中采用何时要传输数据的预测；以及
图6举例说明利用高优先权访问配置的本发明的再一个实施例。
示范性实施例的详细描述
现参见附图，具体地说参见图1，其中举例说明在三个独立的IBSS15中的几个站点10。图1举例说明站点A和站点B之间的多转发连接。为了建立所述连接，利用两个其他站点10，所述连接最后包括站点A和站点B之间的三次转发。按照本发明，建议给IEEE802.11增加一个补充。在这个建议中，多转发路由内的站点节点上的NAV值被扩展包括多个站点之间的转发链，而不是只包括单一的链路。NAV值防止传输受到碰撞和干扰。这样，一旦在两个站点10之间建立多转发路由，传输有效负载的延迟将相对缩短。
把NAV值扩展到包括多个链接，将会由于在较长时段内把BSS较大部分带宽用于一个分组的传输而使系统总能力降低。但是，在大多数情况下，一次传输只要两次或三次转发，能力的降低并不会持续长的时段。
现再参见图2，其中举例说明描述本发明利用如上所述地修改后的NAV值的路由协议的实现方法。首先，在步骤30，站点A有一个分组要发送给站点B。在步骤35从站点A在多转发连接的第一转发中向下一个站点10发送路由请求消息。路由请求消息在步骤40发送到第二站点10，在步骤45确定从现站点10返回站点A的最短路径。最短路径的确定用预定的成本尺度，诸如转发次数、累积路径损失、所经历的干扰抵抗、无线介质忙而造成的延迟等来衡量。另外，在步骤50，链路延迟的倒数值沿着路径累加，因为链路速率可能在站点A和站点B之间的每一转发都不同。
在第三转发的链路上，路由请求消息在步骤55发送到站点B。所提供的路由请求消息包括关站点A和站点B之间中间节点数的累加信息(在这种情况下是2)、返回站点A的最短路径以及在站点A和站点B之间每一转发的可能的链路速率累加而得的总的端点到端点的链路速率。站点B利用路由请求消息中接收的累加信息，在步骤60计算代表从站点A到站点B一个分组的传输时间的持续时间值。所述持续时间值代表完成多转发传输所需的时间。在步骤65，站点B返回一个路由响应消息，在其持续时间字段中包括持续时间值。持续时间字段还可以包括重复时间间隔和路径决定时间。对于诸如语音这样具有重复结构的通信量，重复时间间隔和路径决定时间允许用重复的方式建立路径。为了让路由响应消息可以传递适当的持续时间和重复值，路由请求消息携带分组长度的信息、任何重复结构用的参数。另外，每一个站点确保如同包含例如重复使用介质的参数的路由请求消息中所要求那样所述介质将是可用的，就象相邻站点可以执行其他介质重复那样。
在步骤70路由响应消息从第一中间站点10向下一个站点10沿着以前使用的多转发路由发送。在步骤75多转发路由内的站点使用持续时间值来设置每一个站点10的NAV值。这使站点10避免在由持续时间值所指示的时段内发送。因为持续时间值代表完成所述分组从站点A的传输，NAV值防止多转发传输而不是仅仅一次转发。路由响应消息在步骤80发送，回到站点A，而站点A向站点B发回一个或几个由每一个站点10上的NAV值设置保护的分组。
现参见图3，其中还举例说明针对图2描述的方法，其中分组按照本发明从站点A向站点B利用3个中间站点10通过4次转发的链路传输。正如上面在步骤35、40和55所描述的，路由请求消息100通过多转发链路105向站点B传输。路由响应消息110通过多转发链路115从站点B送回站点A。为了减小路径建立时间，并把延迟时间的变化减到最小，在另一个实施例中，对于站点A和站点B之间的初始传输，可以使用优先级高的路由请求和路由响应消息协议。
在每个站点上，包括发出路由响应消息的站点B，使用持续时间字段中的持续时间值来把站点的NAV值设置为一段从站点A到站点B发送一个数据分组所需的时段。一旦路由响应110在站点A被接收，并且每个中间站点10都已经设置NAV值120，便可以从站点A向站点B发送一个或多个分组。传输从站点A到这点B按照数据传输和确认过程125进行。这样，最初一个或多个分组从站点A通过第一转发到第一站点10a，而站点A接收到所述一个或多个分组的确认。这个过程一直继续到最后站点B接收到所述分组并发出确认为止。最后，站点B向站点A发回ETE确认消息，指示在站点B接收到所述一个或多个分组。在站点A接收到确认消息130之后，NAV值的设置回到正常值，而站点A可以继续发送。
若由于某种原因从站点A到站点B的传输无法完成，或者若传输过早完成，则可以在一个补充步骤中沿着站点A和站点B之间的路径清除NAV值。在这种情况下，可以从站点A向站点B发送附加的清除消息，以便清除站点10内的每一个NAV值。
在图2所描述的方法的另一个替代方案中，不是在对消息100的路由请求响应的传输过程中决定从站点A到站点B的路由，而是可以在较早的路由确定过程中确定路由。在这种情况下，路由请求消息100的唯一任务是通过设置NAV值沿着站点A和站点B之间的多链路路径分配介质一段特定的时间，而不要求确定路径路由。
在另一个替代方案中，可以从较早的路由确定过程起利用对站点A和站点B之间端点到端点的延迟的整个认识，而路由请求消息可以包括覆盖站点A和站点B之间整个通信的持续时间的持续时间值，包括路由请求、路由响应、数据确认和确认消息的传输。
在示于图4的另一个实施例中，第一个路由请求消息100可以利用根据从站点A到站点B持续时间值的较早的测量值或根据从站点A到站点B往返时间估计值求出的持续时间值。在路由请求消息的传输过程中，利用这个信息来设置中间站点的NAV值，以便能够更迅速地从站点B向站点A回传路由响应消息115。其余的过程用与参照图3描述的相同的方法进行。路由请求消息100在前往站点B的途中由于链路上的无线介质繁忙，总是会感受到延迟的。沿着链路路径105到站点B，采用持续时间值来设置NAV值，以便防止在当前的IBSS内传输。若持续时间值足够长，则路由响应消息115将不会感受到回程的介质繁忙，并减小数据从站点A到站点B发送的延迟。
在图5举例说明的再一个实施例中，路由请求消息100沿着参照图3描述的多转发链路105从站点A向站点B发送。但是，通过多转发链路105的路由响应消息110内的持续时间值的用法略有不同。不是设置NAV值来防止从一个站点发出的传输出现这样的情况，即直至数据从站点A的发送完成和接收到ETE确认消息130，在一个站点10上才接收到路由响应消息110，而是把持续时间值内的信息用来估计通过多转发链路在特定的站点10接收到一个或多个数据分组的时刻，而NAV值只在此时刻设置直至传输完成为止。这使IBSS能够在一个站点10实际接收到站点A发出的数据之前，用于其他数据的传输。这样，对于站点10b和站点B之间的传输链路，在时刻170设置NAV值之前的整个时段165，都可以进行数据传输。一旦在两个特定的站点之间开始数据和确认过程125，所述过程便和参照图3描述的相同。
于是所述想法便是要利用多转发流中的分组达到例如站点10b和站点B之间的转发之前的时间。
RREQ(路由请求)消息的总延迟包括沿着多转发流为取得空中链路访问权的争用时间、传输时间(包括可能的重发时间)、每个站点10中准备好开始争用的“中继时间”等。为了预测分组何时到达站点10b，必须把来自每一次转发的详细信息包括在RREQ和RRESP(路由响应)中。于是，出现一个问题：一次转发是否有争用延迟，以及“中继”延迟是不是由站点10上处理部分的临时负载引起的。或许每个站点都可能在RREQ中插入它自己的“中继”延迟。这样，至少可以估计出最短时间。因此，来自每次转发的包括空中链路延迟和站点延迟处理时间的细节都包括在RREQ和RRESP消息中。于是，在每一个站点10估计数据最早到达的时间。
在针对图6的流程图举例说明的另一个实施例中，所述协议最初通过在步骤180从站点A向站点B发送路由请求消息并且在步骤185在站点A接收到从站点B发来的路由响应消息110，在站点A和站点B之间建立路由。所述协议接着在步骤190确定从站点A向站点B准备发送的分组是不是要求使用高优先权访问机制的多转发传输。可以用若干种方式来确定是不是要利用多次无线转发来发送分组，所述若干种方式包括但不限于分析分组的MAC头4个地址字段，以确定源和目的地地址是否同一IBSS的成员。不同IBSS基站的成员会利用高优先权访问机制。或者，可以在MAC头插入新的信息字段，表示所述分组是需要较高QoS级的多转发传输。
但是，进行判断，一旦判定需要对所述分组进行多转发传输，则在步骤200给予所述分组一个比一般非多转发分组的情况高的QoS级。否则，QoS维持不变，所述分组在步骤205用一般的方法传输。
相信从以上的描述可以看出本发明的操作和结构，尽管作为具体的实施例已经说明了这里示出和描述的本发明的特征，但是在不脱离下列的权利要求书中定义的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变和修改。

Claims (14)

1.一种在无线网络中进行多转发分组传输的传输方法，所述方法包括以下步骤：
通过无线网络建立一个多转发路由；
改变传输协议的参数，以便把通过所述多转发路由进行的分组传输的延迟减到最小；以及
按照修改后的传输协议参数通过所述路由传输至少一个分组，
其中所述改变步骤还包括在经由所述路由传输所述分组的持续时间内在所述路由的每个节点设置NAV值的步骤，
其中所述建立步骤还包括以下步骤：
发送请求从第一节点到第二节点路的多转发路由的路由请求消息；
当第一个消息从所述第一节点向所述第二节点输送时，收集与所述路由相关的数据；以及
把路由响应消息从所述第二节点发送回到所述第一节点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述改变步骤还包括以下步骤：
响应所收集的路由数据计算表示完成所述多转发分组传输所需的时间量的持续时间值；
把所述持续时间值包括在所述路由响应消息中；以及
其中，响应所述持续时间值在所述多转发路由的每个节点上设置NAV值，并在由所述持续时间值表示的时段内保持设置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括在所述传输完成之后使NAV值复位的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述传输步骤还包括在设置了NAV值的情况下通过所述路由从所述第一节点向所述第二节点发送至少一个分组的步骤。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括若所述传输在由所述持续时间值表示的时间之前结束，则将所述NAV值复位的步骤。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述建立步骤还包括根据以前的路由确定来确定所述多转发路由的步骤。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述持续时间值是根据以前的传输确定的并且被包括在所述路由请求消息中。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发送步骤是根据高优先级进行发送的。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
确定第二持续时间值，所述第二持续时间值等于所测定的从所述第一节点到所述第二节点的传输时间；以及
在完成所述路由响应消息之前响应所述持续时间值而设置所述NAV值。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：仅仅在节点开始接收分组传输的情况下才设置所述NAV值。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述改变步骤还包括为所述多转发分组建立较高QoS级的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括确定所述分组是不是多转发分组的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述确定步骤还包括分析所述分组的MAC头的各地址字段，以便确定源和目的地地址是不是在同一IBSS的步骤。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述确定步骤还包括识别所述分组的所述MAC头的表示多转发分组的数据字段的步骤。
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