AT500118B1 - Mehrfach-funkgerät-vereinheitlichungsprotokoll - Google Patents

Abstract

Es wird eine Erfindung offenbart, wobei ein drahtloser Netzwerkknoten, der mit zwei oder mehr Sende- und Empfangseinrichtungen ausgestattet ist, die statisch auf nicht interferierende Frequenzkanäle eingestellt sind, Entscheidungen treffen kann, welcher Kanal zu benutzen ist, wenn er mit einem benachbarten, drahtlosen Knoten kommuniziert. Ein Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll, das in einem drahtlosen Knoten implementiert ist, koordiniert die Benutzung mehrerer drahtloser Netzwerkschnittstellenkarten und stellt eine virtuelle Schicht bereit, die die mehreren physikalischen Netzwerkschnittstellen vor höheren Schichten einer Netzwerkprotokollstapelung eines Knotens verbirgt. Die Erfindung ist auf drahtlose Netzwerke im Allgemeinen anwendbar, einschließlich derjenigen, in welchen manche Knoten nicht über mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen verfügen, oder das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll nicht erkennen. Die Erfindung ermöglicht simultane Übertragungen über verfügbare Kanäle, wobei sie Interferenz und Verzögerung reduziert, während sie die Gesamtkapazität des Netzwerks erhöht.

Description

österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15

Beschreibung

MEHRFACH-FUNKGERÄT-VEREINHEITLICHUNGSPROTOKOLL QUERVERWEIS AUF AN-VERWANDTE ANMELDUNGEN

[0001] Diese Erfindung beansprucht Priorität basierend auf US Provisional-Patentanmeldung Nr. 60/456,128, angemeldet am 20. März 2003, welche hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen wird.

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

[0002] Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf drahtlose Netzwerke und spezieller auf drahtlose Netzwerke, in welchen ein oder mehrere Netzwerkknoten mit mehr als einer Sende- und Empfangseinrichtung ausgestattet sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0003] Drahtlose Datenkommunikationsnetzwerke wie diejenigen, die mit IEEE 802.11-Standards konforme Bauteile umfassen, haben im Allgemeinen Knoten, die mit einer einzigen drahtlosen LAN- (WLAN-) Karte ausgestattet sind, die eine einzige Sende- und Empfangseinrichtung enthält. Die Performanzskalierbarkeit von Multietappen-(„multi-hop"-) IEEE 802.11-WLANs war durch niedrige Netzwerkkapazität limitiert. Der End-zu-End-Durchsatz sinkt, wenn die Knotendichte und die Anzahl von Netzwerketappen steigt. Die geringe Kapazität war ein Hindernis im Einsatz solcher Netzwerke trotz ihrer vielen vorteilhaften Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise erlauben drahtlose Kommunikationsmaschennetzwerke Nachbarn, einen schnellen und kostengünstigen Internet-Gateway gemeinsam zu benutzen und Vorteil aus lokal vertriebenen Anwendungen, Daten und Speichern zu ziehen.

[0004] Es gibt viele Faktoren, die zu der geringen Skalierbarkeit von drahtlosen Multietappen-IEEE 802.11-LANs beitragen. Ein Grund für die geringe Skalierbarkeit von drahtlosen 802.11-Mehrfachetappennetzwerken ist, dass ein konventionelles WLAN-Funkgerät nicht zur selben Zeit Daten senden und empfangen kann. Das limitiert insbesondere die Skalierbarkeit in Mehrfachetappennetzwerken, in welchen ein Knoten agieren kann, um Daten von einem Quellknoten an einen Zielknoten weiterzuleiten. In einem solchen Netzwerk ist die Kapazität von Knoten, die Daten weiterleiten, die Hälfte dessen, was sie wäre, wenn simultanes Empfangen und Senden möglich wären.

[0005] In 802.11-konformen drahtlosen Netzwerken ist die Skalierbarkeit weiterhin limitiert durch die Benutzung von suboptimalen Back-Off-Algorithmen sowohl in Medienzugangs-(MAC-, „Medium Excess Control"-) als auch in Transportschichtprotokollen. Zusätzlich benutzen 802.11-konforme WLAN-Funkgeräte nicht das gesamte verfügbare Frequenzspektrum, indem sie stattdessen auf einem kleinen Teil des Spektrums (einem „Kanal") arbeiten. Obwohl mehrere, nicht interferierende („orthogonale") Kanäle verfügbar sind, ist die 802.11-Bitübertragungsschicht (PHY, „physical layer") so konzipiert, dass sie zu jeder gegebenen Zeit nur einen einzigen Kanal benutzt. Darüber hinaus ist in 802.11-Ad-Hoc-Netzwerken die Skalierbarkeit limitiert, weil alle Knoten in einem gegebenen LAN auf demselben Kanal arbeiten.

[0006] Eine weitere Limitierung der Skalierbarkeit wird durch die Art und Weise verursacht, auf welche das 802.11-MAC das Hidden-Terminal-Problem handhabt. Unter der 802.11-MAC-Spezifikation geht einer Datenübertragung ein Austausch von Sendeanfrage- (RTS-, „Request To Send"-) und Sendefreigabe- (CTS-, „Clear To Send"-) Rahmen voraus. Alle Knoten, die innerhalb eines Bereichs entweder des Senders oder des Empfängers sind, müssen während der Datenübertragung still sein. Ähnliche Bedingungen bestehen unter den meisten anderen vorgeschlagenen und implementierten drahtlosen Netzwerk-MAC-Protokollen, um das Hidden-Terminal-Problem zu bekämpfen.

[0007] In infrastrukturbasierten WLANs kann zusätzliche Netzwerkkapazität erreicht werden, 1/22 österreichisches Patentamt AT500118B1 2011-02-15 indem der physikalische Raum in „Zellen" unterteilt wird und arbeitende Nachbarzellen auf orthogonalen Kanälen bedient werden. Solch eine Lösung ist jedoch auf drahtlose Multietappennetzwerke nicht anwendbar. Wenn ein erster drahtloser Knoten einen Kanal wählt, der orthogonal zu dem Kanal ist, der von einem seiner Nachbarn gewählt wurde, dann werden diese benachbarten Knoten nicht in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren. (In dieser Spezifikation und in den beigefügten Ansprüchen, außer der Kontext gibt anderes an, ist ein erster Knoten ein Nachbarknoten oder ein benachbarter Knoten bezüglich eines zweiten Knotens, wenn der erste Knoten innerhalb des Kommunikationsbereichs eines oder mehrerer Sendeempfänger ist, die auf dem zweiten Knoten lokalisiert sind.) [0008] Dynamisches Kanalwechseln durch Ein-Funkgerät-Knoten ist noch keine geeignete Lösung für das Kapazitätsproblem. Unter dem derzeitigen Stand der Technik könnte dynamisches Kanalwechseln das Hidden-Terminal-Problem wieder einführen: Ein Knoten könnte einen RTS/CTS-Austausch auf einem Kanal versäumen, während er auf einem anderen Kanal hört. Die Einführung von dynamischem Wechseln macht Maßnahmen erforderlich, Kommunikationsknoten mit Bezug auf einen gemeinsamen Kanal zu koordinieren. Solch eine Koordination ist ohne einem weiteren Kommunikationskanal, oder über restriktive, vorverhandelte Zeitpläne schwer zu erreichen. Überdies neigt die mit Kanalwechseln verbundene Verzögerung dazu, in der Größenordnung von hunderten Millisekunden zu liegen, welche selbst zu einer substanziellen Verringerung der Leistungsfähigkeit führen würde. Eine andere relativ ungeeignete Lösung ist es, ein neues MAC-Protokoll zu konzipieren. Dies würde extensive Veränderungen an existierenden WLAN-Standards und die Entwicklung neuer Hardware erfordern. Drahtlose Mehrfachetappennetzwerke arbeiteten deshalb im Allgemeinen auf der Basis einer Sende- und Empfangseinrichtung pro Knoten und eines Kanals pro Knoten, und limitierten die erreichbare Bandbreite für solche Netzwerke.

[0009] Die US 2002/085516 A1 beschreibt ein Mobilgerät, das sich zwischen zwei Netzwerken bewegen kann, und zwar zwischen einem WWAN und einem WLAN. Das Mobilgerät ist mit einem Dualmodusfunk für WWAN- und WLAN-Datenübertragungen ausgestattet. Ein ausgehender Anruf von dem WLAN-Funk zu einem entfernt liegenden Teilnehmer im WWAN geht zu einer WWAN-Verbindung über, bzw. wechselt übergangslos, wenn das Mobilgerät Paketfehlerraten, häufige Reduzierungen („frequent scale back") oder gleich bleibende Verschlechterung des Signals feststellt.

[0010] Das Dokument ,,'Wireless LAN for Enterprises: There are a myriad of wireless LAN Standards, each with limitations when it comes to creating a network free from cable." ( In: Alcatel Telecommunications Review. Journalbeitrag, Oktober 2002. Alcatel, Paris Cedex, Frankreich. ISSN 1267-7167) stellt eine Kurzfassung von kabellosen Local-Area-Networks und -Standards bereit.

[0011] Das Dokument "The effect of exerting adequate persistence in collision avoidance proto-cols.", Garcia-Luna-Aceves, J.J.; Tzamaloukas, A (In: IEEE International Workshop on Mobile Multimedia Communications, 1999. (MoMuC'99). San Diego, CA, 15.-17. November 1999. Seiten: 328-337) beschreibt den Effekt einer begrenzten Fortdauer („persistence") in Kollisionsvermeidungsprotokollen.

[0012] Die hierin beschriebene Erfindung befähigt einen drahtlosen Netzwerkknoten, vollen Nutzen aus dem verfügbaren Frequenzspektrum zu ziehen, indem er zwei oder mehr Sende-und Empfangseinrichtungen hat, die auf orthogonale Kanäle eingestellt sind. Die Aufteilung von Daten auf ausgewählte Kanäle („Striping") ist ein möglicher Ansatz, um mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen pro Netzwerkknoten auszunutzen. Allerdings liefern Vorschläge für das Striping von Netzwerkverkehr über mehrere Netzwerkschnittstellen pro Netzwerkknoten keine zufriedenstellende Lösung für die Kapazitätsprobleme drahtloser Netzwerke. Die meisten Stri-pingvorschläge sind für Netzwerke konzipiert, die als drahtgebunden und ein-etappig angenommen werden können. Stripingvorschläge erfordern typischerweise Veränderungen an existierenden Anwendungs-, Transport- und Routing-Protokollen. Manche Stripingvorschläge sind mit verschlechterter Leistungsfähigkeit und reduzierter Aggregatbandbreite verknüpft. Wenn 2/22 österreichisches Patentamt AT500118B1 2011-02-15

Striping mit dem TCP-Transportprotokoll benutzt wird, erhöht das Senden mehrerer Pakete desselben Datenstroms über verschiedene Kanäle die Wahrscheinlichkeit einer Ankunft von Paketen in gestörter Reihenfolge, welche durch TCP als Anzeichen von Paketverlust interpretiert und in einer Anpassung des TCP-Kongestionsfensters resultieren kann. Stripingvorschläge funktionieren im Allgemeinen nicht in Netzwerken, die heterogene Knoten (manche mit mehreren Netzwerkschnittstellen und manche mit einer einzigen Netzwerkschnittstellenkarte), ein praktisches Hindernis für inkrementeilen Einsatz, enthalten.

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG

[0013] Das Folgende stellt eine vereinfachte Übersicht über einige Ausführungsformen der Erfindung dar, um ein grundlegendes Verständnis der Erfindung bereitzustellen. Diese Übersicht ist kein extensiver Überblick über die Erfindung. Sie ist nicht dazu gedacht, Schlüsseloder kritische Elemente der Erfindung zu identifizieren oder den Schutzbereich der Erfindung abzugrenzen. Ihr alleiniger Zweck ist es, manche Ausführungsformen der Erfindung in einer vereinfachten Form als Auftakt zu der detaillierteren Beschreibung darzustellen, die unten bereitgestellt wird.

[0014] Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, wobei ein erster drahtloser Knoten, der mit mehreren, auf orthogonale Kanäle eingestellten Sende- und Empfangseinrichtungen ausgestattet ist, einen der Sendeempfänger, und somit einen der Kanäle, für eine Kommunikation mit einem benachbarten, zweiten drahtlosen Knoten auswählt. Der erste Knoten sucht einen Nachbarn, und erhält Informationen bezüglich seiner verfügbaren Netzwerkschnittstellen. Erfindungsgemäß kann der erste Knoten zusätzlich bestimmen, ob der Nachbar selbst fähig ist, dasselbe Verfahren einer Kanalauswahl für eine Kommunikation mit dem ersten Knoten durchzuführen. Der erste Knoten nimmt dazu periodisch eine Abschätzung der Qualität jedes für eine Kommunikation mit dem Nachbarn verfügbaren Kanals vor. Basierend auf den Abschätzungen der Kanalqualität wählt der erste Knoten einen der Kanäle aus, und benutzt diesen Kanal für einige Zeit für eine Kommunikation mit dem Nachbarn. Der erste Knoten kann das Verfahren bezüglich jedes seiner benachbarten Knoten durchführen. Erfindungsgemäß nimmt der erste Knoten Abschätzungen der Kanalqualität basierend auf der Berechnung einer geglätteten Umlauf-Verzögerungszeit vor.

[0015] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein drahtloses Netzwerkgerät, das mit mehreren, auf wechselseitig orthogonale Kanäle eingestellten Sende- und Empfangseinrichtungen ausgestattet ist, einen Treiber auf, wobei das Gerät einen der Sende- und Empfangseinrichtungen, und damit einen der Kanäle, für eine Kommunikation mit einem benachbarten, drahtlosen Gerät auswählt.

[0016] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung speichert ein drahtloser Netzwerkknoten, der mit mehreren, auf orthogonale Kanäle eingestellten Sende- und Empfangseinrichtungen ausgestattet ist, tabellarische Information über die Auswahl eines Kanals für eine Kommunikation mit einem benachbarten, drahtlosen Netzwerkknoten basierend auf Abschätzungen der Qualität jedes für eine Kommunikation mit dem benachbarten Knoten verfügbaren Kanals. Für jeden benachbarten Knoten gibt es einen separaten Eintrag in der Tabelle.

[0017] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein erstes Gerät, das zwei oder mehr drahtlose Netzwerkschnittstellenkarten hat und fähig ist, sich auf drahtlose Netzwerkdatenkommunikation mit einem anderen Gerät durch eine mehrschichtige Netzwerkprotokollstapelung, die im ersten Gerät implementiert ist, einzulassen, innerhalb der Protokollstapelung eine virtuelle Schicht auf, die die Existenz mehrerer Netzwerkschnittstellen verbirgt, und höheren Schichten der Protokollstapelung nur eine einzige Netzwerkschnittstelle darstellt.

[0018] Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gebracht wird, in welchen: 3/22 österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0019] FIG. 1 ein Diagramm ist, das beispielhaft ein einfaches, drahtloses Netzwerk darstellt, in dem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwirklicht sein kann; [0020] FIG. 2 ein Diagramm einer beispielhaften Netzwerkprotokollstapelung in einem drahtlo sen Netzwerkknoten ist, in dem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwirklicht sein kann; [0021] FIG. 3 ein Diagramm der Architektur einer Ausführungsform der Erfindung ist, die inner halb eines drahtlosen Netzwerkknotens untergebracht ist; [0022] FIG. 4 ein Blockdiagramm ist, das die Felder eines Nachbartabelleneintrags in einer

Ausgestaltung der Erfindung darstellt, [0023] FIG. 5 ein Flussdiagramm ist, das allgemein Schritte veranschaulicht, die durch einen drahtlosen Knoten mit Bezug auf eine Anfangskommunikation mit einem Nachbarn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden; [0024] FIG. 6 ein Flussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einen drahtlosen

Knoten mit Bezug auf eine Klassifikation eines Nachbarn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden; [0025] FIG. 7 ein Flussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einen drahtlosen

Knoten mit Bezug auf ein Senden von Testnachrichten an einen Nachbarn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden; [0026] FIG. 8 ein Flussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einen drahtlosen

Knoten mit Bezug auf ein Empfangen von Testantworten und ein Aktualisieren von Abschätzungen der Kanalqualität gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden; und [0027] FIG. 9 ein Flussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einen drahtlosen

Knoten mit Bezug auf eine Kanalauswahl gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0028] In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Für Zwecke der Erläuterung werden für ein adäquates Verständnis dieser Ausführungsformen bestimmte spezielle Konfigurationen und Details dargelegt. Jedoch wird dem Fachmann auch ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese speziellen Konfigurationen und Details angewendet werden kann. Darüber hinaus können bekannte Merkmale und insbesondere Merkmale, die Computerfachleuten und Fachleuten für Computernetzwerke bekannt sind, im Interesse einer klareren Beschreibung der Ausführungsform ausgelassen oder vereinfacht sein.

[0029] Die hierin beschriebene und beanspruchte Erfindung ist nicht darauf beschränkt, auf eine spezielle Art von drahtlosen Netzwerken angewendet zu werden. Sie ist anwendbar auf drahtlose Mehrfachetappennetzwerke, drahtlose Ad-Hoc-Netzwerke, drahtlose Infrastrukturnetzwerke, drahtlose Maschennetzwerke und andere drahtlose Netzwerke. Ein oder mehrere Knoten im Netzwerk können zusätzlich mit anderen Netzwerken verbunden sein, einschließlich einem drahtgebundenen Netzwerk und einschließlich einem Weitverkehrsnetzwerk, in welchem Fall ein Knoten innerhalb des drahtlosen Netzwerks auch als Gateway zu dem anderen Netzwerk fungieren kann. Während die hierin dargelegte detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichenden Bezug auf drahtlose Netzwerkgeräte nehmen kann, die mit IEEE 802.11-Standards konform sind, ist die Erfindung nicht auf drahtlose Netzwerkknoten limitiert, die spezielle Arten von drahtloser Netzwerkschnittstellenhardware und von Unter-schichten-Netzwerkprotokollen und -Spezifikationen benutzen, und die Erfindung ist nicht auf Hardware limitiert, die mit einem oder mehreren existierenden drahtlosen Netzwerkstandards 4/22 österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15 konform ist.

[0030] Der Begriff „computerlesbares Medium", wie er in dieser Beschreibung und ihren beigefügten Ansprüchen benutzt wird, schließt jedes Medium für ein Speichern von Daten ein, das fähig ist, von einem Computergerät gelesen zu werden, einschließlich einem Computergerät, das als drahtloser Netzwerkknoten fungiert. Beispiele solcher computerlesbaren Medien schließen, ohne Einschränkung, volatile und non-volatile Primärspeicher, herausnehmbare und nicht herausnehmbare magnetische Speicherplatten, optische Speicherplatten und Netzwerkkommunikationsmedien ein.

[0031] Ausführungsformen der Erfindung sind anwendbar auf ein drahtloses Datenkommunikationsnetzwerk, das eine Vielzahl von Netzwerkknoten umfasst. Ein Knoten in einem beispielhaften drahtlosen Netzwerk kann ein stationäres, mobiles oder tragbares Computergerät umfassen, das mit einer oder mehreren drahtlosen Netzwerkschnittstellenkarten (NICs, „Network Interface Cards") wie einer 802.11-konformen WLAN-Karte, verbunden ist oder solche darauf enthält. Eine drahtlose NIC hat konventionellerweise eine eindeutige physikalische Adresse, wie eine 48-Bit-802.11-MAC-Adresse, und enthält eine Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden von Daten an andere drahtlose Knoten, und zum Empfangen von Daten von anderen drahtlosen Knoten. Die Erfindung ist dazu gedacht, innerhalb eines drahtlosen Netzwerks angewandt zu werden, in welchem ein oder mehrere Knoten mit mehr als einer drahtlosen NIC ausgestattet sind. (Zur Einfachheit der Erläuterung in der gesamten Beschreibung einschließlich der beigefügten Ansprüche, außer der Kontext gibt anderes an, werden „NIC", „Netzwerkschnittstelle", „Funkgerät" und „Sende- und Empfangseinrichtung" als austauschbare Begriffe behandelt.) [0032] Gemäß der Erfindung ist ein Knoten in einem drahtlosen Netzwerk mit zwei oder mehr drahtlosen NICs ausgestattet, die bei Inbetriebnahme auf feste zugeordnete orthogonale Kanäle eingestellt sind. Die folgende Tabelle zeigt das Spektrum und die Kanalstruktur der 802.11a-, 802.11b- und 802.11g-Standards in den Vereinigten Staaten, zusammen mit der Anzahl von Kanälen, die nominal orthogonal sind.

Standard Frequenzbereich (GHz) Orthogonale Kanäle Kanalbreite (MHz) IEEE 802.11a 5.15-5.35, 5.725-5.850 13 20 IEEE 802.11b, g 2.400 - 2.4835 3 22 [0033] Theoretisch sollten Funkgeräte, die auf nicht überlappenden Kanälen arbeiten, nicht miteinander interferieren. Praktisch, aufgrund von Signalleistungsstreuverlust, können Funkgeräte, die physikalisch nah beieinander sind, wie im Falle eines weiterleitenden Knotens mit mehreren Funkgeräten in einem Mehrfachetappennetzwerk, miteinander interferieren, selbst wenn sie auf nicht überlappenden Kanälen arbeiten.

[0034] Gemäß der Erfindung benutzt ein Mehrfach-NIC-Knoten ein Protokoll und damit verbundene Verfahren und Mechanismen, wobei der Knoten zu verschiedenen Zeitpunkten einen Kanal auswählt, für eine Kommunikation von Daten an einen speziellen Nachbarknoten, wobei der Kanal derjenige ist, auf den eine seiner NICs eingestellt worden ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung versucht die Auswahl jenen Kanal mit der leichtesten Last aus einem Set von Kanälen zu identifizieren, die für eine Kommunikation an den Nachbarn verfügbar sind, aber die Erfindung ist auch auf andere Arten von Kanalqualitätsmetriken anwendbar.

[0035] FIG. 1 stellt ein einfaches Beispiel eines drahtlosen Netzwerks dar, in dem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden können. In solch einem drahtlosen Netzwerk, wie auch in drahtlosen Netzwerken mit komplexeren Topologien, kann die Verfügbarkeit mehrerer Sende- und Empfangseinrichtungen, gekoppelt mit der Möglichkeit simultanen Sendens und Empfangene von Daten auf nicht interferierenden orthogonalen Kanälen gemäß der Erfindung, die Netzwerkkapazität erhöhen. Eine Kette von drei Knoten 101, 103, 105 ist 5/22 österreichisches Patentamt AT500118B1 2011-02-15 gezeigt. Es kann von jedem Knoten angenommen werden, dass er zwei NICs (nicht explizit gezeigt) hat, wobei jede NIC eine Sende- und Empfangseinrichtung enthält. An jedem Knoten ist eine Sende- und Empfangseinrichtung auf Kanal 1 eingestellt, und die andere Sende- und Empfangseinrichtung in jedem Knoten ist auf Kanal 11 eingestellt. Es wird in diesem Beispiel angenommen, dass Kanäle 1 und 11 orthogonal und nicht interferierend sind. Die überlappenden gestrichelten Kreise 107, 109,111, die jeden Knoten umgeben, stellen die drahtlosen Übertragungsbereiche jedes Knotens dar. (Zur Vereinfachung wird in dieser Veranschaulichung angenommen, dass ein Knoten einen einzigen Bereich hat, der auf alle seine Sende- und Empfangseinrichtungen anwendbar ist.) In dem veranschaulichten Netzwerk wird angenommen, dass jeder Knoten nur mit seinem angrenzenden Nachbarn kommunizieren kann. Somit ist Knoten 103 der einzige Nachbar des Knotens 101, Knoten 103 ist der einzige Nachbar des Knotens 105, und Knoten 103 hat zwei Nachbarn, Knoten 101 und 105.

[0036] Das Netzwerk aus FIG. 1 kann als ein einfacher Fall eines drahtlosen Mehrfachetappen-Ad-Hoc-Netzwerkes gesehen werden. Hier kann der Mittelknoten 103 als Weiterleitungsknoten dienen, der Pakete zwischen den zwei Endknoten 101, 105 weitergibt. Zwei aktive drahtlose Datenübertragungen werden durch die gezackten Linien 113,115 dargestellt. Eine Übertragung erfolgt zwischen den NICs auf Knoten 101 und Knoten 103, die auf Kanal 1 eingestellt sind, und die andere Übertragung erfolgt zwischen den NICs auf Knoten 103 und Knoten 105, die auf Kanal 11 eingestellt sind. Die Verfügbarkeit von mehreren Sende- und Empfangseinrichtungen erlaubt es zusammen mit der vorliegenden Erfindung, dass die Übertragungen simultan sind.

[0037] FIG. 2 stellt eine Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung bereit, wie sie in einem drahtlosen Netzwerkknoten untergebracht ist, der eine Netzwerkprotokollstapelung hat. Für veranschaulichende Zwecke ist die hier dargestellte Protokollstapelung konform mit dem bekannten OSI-Referenzmodell. Der Fachmann wird erkennen, dass das OSI-Modell in seiner Natur konzeptuell ist, und dass aktuelle Netzwerkknoten Netzwerkprotokollstapelungen implementieren, die auf verschiedene Weise von dem Modell abweichen. Im OSI-Modell sind Netzwerkprotokolle innerhalb einer Hierarchie von 7 logischen Schichten untergebracht: Anwendung 201, Darstellung 203, Kommunikationssteuerung 205, Transport 207, Netzwerk 209, Sicherung 211 und Bitübertragung 213. Einheiten von Daten werden über Schnittstellen zwischen den Schichten übergeben. Wenn eine Dateneinheit von höheren zu tieferen Schichten einen Quellknoten hinunter übergeben wird, wird sie in jeder Schicht sukzessive gemäß mit dieser Schicht verbundenen Protokollen verkapselt, und sie wird tatsächlich in der tiefsten Schicht übertragen. Am Zielknoten wird sie die Schichten hinauf übergeben und sukzessive werden ihre einkapselnden Kopfeinheiten abgestreift.

[0038] Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 215 (im folgenden auch als „MUP", „multi-radio unification protocol", bezeichnet) in der Sicherungsschicht 211 der Protokollstapelung untergebracht. Das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 215 stellt höheren Schichten der Protokollstapelung eine virtuelle Schicht 217 dar, wie unten erklärt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 215 als eine Zwischenschicht zwischen der Sicherungsschicht 211 und der Netzwerkschicht 209 implementiert sein.

[0039] FIG. 3 stellt eine detailliertere Architektursicht einer Ausgestaltung der Erfindung dar, die innerhalb eines drahtlosen Netzwerkknotens untergebracht ist. Als Beispiel wird hier angenommen, dass der Knoten 802.11, oder ähnliche drahtlose Unterschichtnetzwerkprotokolle implementiert, und ein oder mehrere Oberschichtennetzwerkkommunikationsprotokolle 309 unterstützt, wie TCP/IP, NetBEUI oder IPX/SPX. Der Knoten ist mit mehreren drahtlosen NICs 301, 303, 305 ausgestattet. Über den verschiedenen NICs befindet sich das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 307, dessen Hauptfunktionalität die Kanalauswahl ist. Gemäß der Erfindung verbirgt dieses Protokoll die Komplexität der mehreren NICs vor höheren Schichten der Protokollstapelung 309, indem es diesen höheren Schichten eine einzige virtuelle MAC Schnittstelle 311 darstellt. Bezüglich TCP/IP beispielsweise enthalten die höheren Schichten IP, das in FIG. 2 an der OSI-Netzwerkschicht 209 untergebracht ist, und Schichten oberhalb von IP. 6/22 österreichisches Patentamt AT500118B1 2011-02-15 [0040] Das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 307 vereinheitlicht somit mehrere physikalische Sende- und Empfangseinrichtungen, und stellt dabei Frequenzdiversität bereit, während es sicherstellt, dass alle Knoten Teil desselben logischen Netzwerks sind. Eine einzige virtuelle MAC-Adresse 311 verbirgt die MAC-Adressen der verschiedenen NICs 301, 303, 305. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die virtuelle MAC-Adresse eine mit 802.11-MAC-Spezifikationen konforme 48-Bit-Adresse. Das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll führt ein Multiplexen von Paketen durch, die die Netzwerkprotokollstapelung hinunter übergeben werden, so dass sie entlang einer geeigneten Netzwerkschnittstelle übertragen werden können, und es vereinigt empfangene Pakete, bevor es sie die Protokollstapelung hinauf übergibt. Aus der Anwendungsperspektive arbeitet der Knoten, als ob es nur eine drahtlose Netzwerkschnittstelle gäbe. Dieses Design erlaubt es dem Netzwerkverkehr, mehrere Netzwerkschnittstellen zu benutzen, ohne irgendwelche Modifikationen an Netzwerkanwendungen oder Oberschichtenanwendungs-, Transport- und Routingprotokollen zu erfordern.

[0041] Ein drahtloser Knoten, der das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll benutzt, führt eine Nachbartabelle 317 mit einem Eintrag für jeden benachbarten Knoten. Die Tabelle speichert Informationen über Nachbarn, mit denen der Knoten kommuniziert hat, einschließlich jener, ob der Nachbar selbst MUP-befähigt ist. Die Tabelle speichert auch die eindeutige Adresse, die mit jeder Netzwerkschnittstelle eines Nachbarn verbunden ist, sowie die entsprechende Kanalqualität und Kanalauswahlinformation.

[0042] FIG. 4 zeigt ein Beispiel der Datenfelder, die ein Nachbartabelleneintrag in einer Ausgestaltung der Erfindung enthalten kann. Die dargestellte Reihenfolge dieser Felder dient nur beispielhaften Zwecken, und Fachleute werden leicht erkennen, dass die Nachbartabelle wechselnde Formate haben kann, einschließlich anderer Reihenfolgen der Komponentendatenfelder. Ein erstes Feld 321 enthält die IP-Adresse des Nachbarn. In einer anderen Ausgestaltung kann dieses Feld einen anderen eindeutigen Identifikator enthalten, der mit dem Nachbarknoten verbunden ist, wie einen Domain-Name-Service- (DNS-) Namen.

[0043] Ein zweites Feld 323 wird benutzt, um anzugeben, ob der Nachbar das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll versteht. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, in einem drahtlosen Netzwerk angewandt zu werden, in dem alle Knoten mit mehreren Sende-und Empfangseinrichtungen ausgestattet sind, und in dem alle Knoten fähig sind, gemäß MUP zu kommunizieren. Die Erfindung kann in einem drahtlosen Netzwerk angewandt werden, in dem manche Knoten Legacy-Knoten (Knoten mit nur einer einzigen drahtlosen NIC, oder die andernfalls nicht gemäß dem Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll arbeiten) sind. Dieses Merkmal der Erfindung erlaubt inkrementeilen Einsatz in einem drahtlosen Netzwerk.

[0044] Ein drittes Feld 325 im Nachbartabelleneintrag enthält das Set individueller MAC-Adressen, die mit jeder der Netzwerkschnittstellen des Nachbarknoten verbunden sind. Ein viertes Feld 327 enthält das Set von Kanalqualitätswerten, die unten detaillierter erklärt werden. Ein fünftes Feld 329 enthält den aktuellen Kanal, der derzeitig für eine Kommunikation mit dem Nachbarn ausgewählt ist. Ein sechstes Feld 331 enthält den letzten Zeitpunkt, zu dem eine Kanalauswahl getroffen worden ist. Ein siebtes Feld 333 enthält den letzten Zeitpunkt, zu der ein Paket an diesen Nachbarn gesendet, oder von diesem Nachbarn empfangen wurde. Ein achtes Feld 335 enthält für jede der Netzwerkschnittstellen des Nachbarn den letzten Zeitpunkt zu dem eine unbestätigte Testnachricht übertragen worden ist. Die Benutzung von Testnachrichten gemäß der Erfindung wird unten detaillierter beschrieben. Wenn später eine Antwort auf die unbestätigte Testnachricht empfangen wird, kann basierend auf der Information im achten Feld 335 die Umlauf-Verzögerungszeit berechnet werden; die Umlauf-Verzögerungszeit kann auch zusammen mit einer Zeitüberschreitungsschwelle benutzt werden, um zu bestimmen, ob eine Testnachricht verloren gegangen ist.

[0045] Wenn ein MUP-befähigter Knoten zuerst eine Kommunikation mit einem benachbarten Knoten initiiert, nimmt er nicht an, dass der Nachbar MUP-fähig ist. Daher wird eine Kommunikation mit einem speziellen Nachbarn durch ein Element 319 der Erfindung initiiert, das im Blockdiagramm der FIG. 3 dargestellt ist, und das bekannte Adresslösungsprotokoll (ARP, 7/22 österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15 „Adress Resolution Protokoll") benutzt. Dies stellt sicher, dass sich MUP-befähigte Knoten richtig verhalten, wenn sie mit Legacy-Knoten kommunizieren, die MUP nicht unterstützen, und es erlaubt, dass die verfügbaren Netzwerkschnittstellen des Nachbarn entdeckt werden. Die mit einer Ausgestaltung dieser Erfindung verbundenen Auffindungsschritte sind in FIG. 5 veranschaulicht. Eine ARP-Anfrage wird über alle drahtlosen Schnittstellen ausgestrahlt (Schritt 337). Wenn der Zielnachbarknoten eine ARP-Anfrage an einer Schnittstelle empfängt (Schritt 339), sendet er entlang dieser Schnittstelle eine ARP-Antwort aus (Schritt 341). Die ARP-Antwort enthält die MAC-Adresse, die der Netzwerkschnittstelle entspricht, an der der Nachbar die ARP-Anfrage empfangen hat. Eine ankommende ARP-Antwort, die durch den erzeugenden Knoten empfangen wird (Schritt 343), passiert die MUP-Schicht des Knotens. MAC-Adressinformation in einer ankommenden ARP-Antwort wird in der Nachbartabelle aufgezeichnet (Schritt 345). Wenn der erzeugende Knoten eine ARP-Antwort einmal vom Zielnachbarknoten empfangen hat, kann er beginnen, mit dem Nachbarn entlang der Schnittstelle zu kommunizieren, an der die Antwort empfangen worden ist (Schritt 347). Wenn anschließend irgendwelche zusätzlichen ARP-Antworten empfangen werden, werden die zusätzlichen MAC-Adressen, die in diesen Antworten enthalten sind, in der Nachbartabelle aufgezeichnet (Schritt 349).

[0046] In einer Ausgestaltung der Erfindung initiiert ein MUP-befähigter Knoten, der mit einem gegebenen Nachbarn zu kommunizieren begehrt, nach der Anfangs-ARP-Phase auch einen Klassifikationsprozess, um zu bestimmen, ob der Nachbar MUP-befähigt ist. Der Prozess ist im Flussdiagramm der FIG. 6 veranschaulicht. Eine CS- („Channel Select"-.Kanalauswahl'-) Nachricht wird über alle gelösten Schnittstellen gesendet (Schritt 351). Wenn der Nachbar MUP-befähigt ist, wird er mit einer CS-ACK- („Channel Select Acknowledgement"-, Kanalauswahl-bestätigungs-) Nachricht anworten und wird somit klassifiziert, wenn die CS-ACK empfangen wird (Schritt 355). Ein Zeitüberschreitungsmechanismus wird benutzt, um, wenn nötig, CS-Nachrichten wiederzuübertragen (Schritt 353). Nach einer bestimmten Anzahl von fehlgeschlagenen Wiederübertragungen (Schritt 359) wird der benachbarte Knoten als ein Legacy-Knoten klassifiziert (Schritt 361).

[0047] Ein Eintrag für einen speziellen Nachbarknoten in der Nachbartabelle wird gelöscht, wenn für eine bestimmte Zeitperiode kein Verkehr mit dem Nachbarn ausgetauscht wird. Wenn die nächste Kommunikation mit dem Nachbarn initiiert wird, beginnt der Auffindungs- und Klassifikationsprozess von neuem.

[0048] Wenn ein Nachbar als nicht MUP-befähigt bestimmt wird, aber nicht alle MAC-Adressen des Nachbarn entdeckt worden sind (Schritt 357), gibt es einen expliziten Versuch, um die MAC-Adressen auf den verbleibenden Kanälen des Nachbarn zu lösen. Der erzeugende Knoten sendet ARP-Anfragen entlang jedes seiner verfügbaren Kanäle, bezüglich welcher die entsprechenden MAC-Adressen des Nachbarknotens noch nicht bekannt sind (Schritt 363). Ein Zeitüberschreitungsmechanismus wird für eine Wiederübertragung von ARP-Anfragen benutzt (Schritt 365). Nach einer festen Anzahl von fehlgeschlagenen Wiederübertragungen (Schritt 367) wird die spezielle Sende- und Empfangseinrichtung, mit Bezug auf welcher die Zeitüberschreitung erfolgt ist, als für Zwecke der Kommunikation mit diesem Nachbarn deaktiviert betrachtet (Schritt 369).

[0049] Gemäß der Erfindung versucht ein drahtloser Netzwerkknoten, der mit mehreren Funkgeräten ausgestattet ist und das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll unterstützt, lokal optimale Entscheidungen zu treffen, welcher Kanal für eine Kommunikation mit einem seiner Nachbarknoten zu benutzen ist. Die Entscheidungen basieren auf aktuellen Bedingungen, die dem Knoten bekannt sind, und jeden der Kanäle betreffen, die potenziell benutzt werden können, um ein Paket an einen speziellen Nachbarn zu senden. Es wurde gezeigt, dass das Auffinden einer global optimalen Lösung für das Problem der Kanalauswahl wahrscheinlich NP-vollständig ist. Überdies gibt es keine bekannten geeigneten Approximationsalgorithmen für das global optimale Kanalauswahlproblem.

[0050] In bestimmten Ausgestaltungen der Erfindung basiert lokal optimale Kanalauswahl für eine Kommunikation mit einem speziellen Nachbarn auf Abschätzungen der derzeitigen Netz- 8/22 österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15 werklast auf jedem verfügbaren und potenziell für eine Kommunikation mit diesem Nachbarn benutzbaren Kanal. In einer Ausgestaltung wird die Kanallast abgeschätzt, wobei eine Umlaufzeit-Metrik benutzt wird. Ein Knoten sendet periodisch Testnachrichten an jeden Nachbarn, mit dem er zu kommunizieren wünscht, wenn von diesem Nachbarn bekannt ist, dass er gemäß dem Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll arbeitet. Testnachrichten werden entlang jeder Netzwerkschnittstelle gesendet, die für eine Kommunikation mit dem Nachbarn verfügbar ist, um die aktuelle Umlaufzeit zu messen. Der Sende- und empfangsprozess der Testnachricht kann durch eine ausgeprägte Kanalqualitätskomponente der Erfindung durchgeführt werden, wie im Block 313 in der FIG. 3 dargestellt. Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung auf andere Verfahren, eine Angabe des Kanals mit der leichtesten Last zu erhalten, anwendbar ist. Überdies ist die Erfindung auf andere, nicht lastbasierte Kanalqualitätsmetriken anwendbar. Beispielsweise könnte es wünschenswert sein, die Verbindung mit der niedrigsten Paketverlustrate auszuwählen, welche wahrscheinlich unabhängig von der Last auf dem Kanal ist.

[0051] Das Flussdiagramm der FIG. 7 zeigt die Schritte, die beim Aussenden von Testnachrichten mit Bezug auf einen Nachbarn und eine Netzwerkschnittstelle, die für eine Kommunikation mit diesem Nachbarn verfügbar ist, unternommen werden. Bei Schritt 401 wartet der Knoten für eine feste Zeitperiode (eine halbe Sekunde in der Ausführungsform gemäß FIG. 7) und sendet dann bei Schritt 403 eine Testnachricht entlang eines speziellen verfügbaren Kanals an den Nachbarn. Nachdem die Testnachricht gesendet worden ist, kehrt der Knoten zu Schritt 401 zurück, um auf eine Testantwort zu warten, und der Prozess beginnt von neuem. Dieser Prozess wird für jeden Kanal, der für eine Kommunikation mit einem Nachbarn verfügbar ist, und für jeden Nachbarn durchgeführt. In einer Ausgestaltung werden die Testnachrichten, die an einen speziellen Nachbarn adressiert sind, nicht zur selben Zeit ausgesandt. Stattdessen wird in der Bestimmung, wann eine Testnachricht für einen speziellen Nachbarn und Kanal zu senden ist, eine Randomisierungsverzögerung benutzt.

[0052] Die Wahl eines Testwartezeitparameters basiert auf einer Anzahl von Überlegungen. Je häufiger der Quellknoten Testpakete auf einem speziellen Kanal aussendet, desto mehr Last generiert der Knoten auf diesen Kanal rein dadurch, dass er sich mit der Messung von Lastbedingungen beschäftigt. Andererseits, je häufiger Testpakete ausgesandt werden, desto besser kann eine Anpassung an Kurzzeitveränderungen in bestehenden Bedingungen auf dem Kanal vorgenommen werden.

[0053] In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Prioritätsmechanismus verwendet, um sicherzustellen, dass Testpakete auf dem gegebenen Kanal vor allen anderen Paketen übertragen werden, die in der Übertragungsschlange des sendenden Knotens warten. Solch ein Prioritätsmechanismus kann z.B. bereitgestellt werden, indem NICs benutzt werden, die mit dem IEEE 802.11e-Standard kompatibel sind.

[0054] Eine Messung der Umlauf-Verzögerungszeit schließt ein Bestimmen der Zeitdauer ein, die ein Nachbarknoten braucht, um eine Testnachricht zu empfangen und eine Antwort zurückzugeben. Testnachrichten, die entlang eines stark belasteten Kanals gesendet werden, brauchen wahrscheinlich länger, um Zugang zum Medium des Nachbarn zu erhalten, als Testnachrichten, die auf einem wenig benutzten Kanal gesendet werden.

[0055] Das Flussdiagramm der FIG. 8 veranschaulicht die Schritte, die im Empfang von Testantworten von einem Nachbarn unternommen werden. Der Knoten wartet, bis er eine Testantwort empfängt (Schritt 501). Er konsultiert seine Nachbartabelle, um die entsprechende Testanfrage zu finden (Schritt 503), die in einer Ausgestaltung durch übereinstimmende Sequenznummern angegeben ist. Der Knoten benutzt diese Information, um die Umlaufzeit für die Testnachricht zu bestimmen (Schritt 505). Bei Schritt 507 berechnet der Knoten ein exponentiell gewichtetes Mittel, das eine geglättete Umlauf-Verzögerungszeit (SRTT, „smoothed round-trip time") genannt wird, gemäß der folgenden Formel: [0056] SRTTneu = α RTT neu + (1 - a) SRTT alt [0057] In dieser Formel ist RTTneu die letzte Umlauf-Verzögerungszeit für den gegebenen 9/22 österreichisches Patentamt AT500118B1 2011-02-15

Nachbarn und Kanal, und α ist ein konstanter Parameter, der die Form des exponenziell gewichteten Mittels bestimmt. Ein großer α-Wert wird zur letzten Messung mehr Gewicht addieren. Ein kleinerer α-Wert wird zur vorigen Abschätzung der gewichteten Umlauf-Verzögerungszeit (in der Formel bezeichnet als SRTTa|t) mehr Gewicht addieren. Die SRTT wird benutzt, um die Stabilität von Kanalauswahlentscheidungen über die Zeit zu erhöhen. Bei Schritt 509 aktualisiert der Knoten die Nachbartabelle, wobei er die neue SRTT als neue Abschätzung der Kanalqualität für den gegebenen Kanal benutzt. Der Knoten geht dann in der Schleife zurück zu Schritt 501, und nimmt sein Warten auf Testantworten wiederauf.

[0058] Das Flussdiagramm der FIG. 9 veranschaulicht, wie die Kanalauswahl in einer Ausgestaltung der Erfindung gehandhabt wird. Jedes ausgehende Paket wird entlang des Kanals gesendet, der derzeit für eine Kommunikation mit dem Zielknoten ausgewählt ist. In randomi-sierten Intervallen wird eine Entscheidung getroffen, welcher Kanal zu benutzen ist, wenn mit dem Nachbarn kommuniziert wird.

[0059] Wenn die Kanalauswahl einmal getroffen ist, wird sie für eine bestimmte Zeitperiode aufrecht erhalten. Verschiedene Dämpfungsmechanismen (zusätzlich zur Benutzung der SRTT anstelle einer tatsächlichen aktuellen Umlauf-Verzögerungszeit) werden in einer Ausgestaltung der Erfindung benutzt, um Kanalwechsel zu kontrollieren, teilweise um oszillierendes Kanalwechselverhalten in einem Set von Nachbarknoten zu vermeiden.

[0060] In FIG. 9 wartet der Knoten bei Schritt 601 für eine Zeitperiode, die eine feste minimale Verweilzeit und ein zusätzliches Randomisierungsintervall umfasst. Das Randomisierungsintervall stellt sicher, dass mehrere Knoten innerhalb des gegenseitigen Bereichs die Wechselentscheidung nicht zur selben Zeit durchführen. Bei Schritt 603 wird die Nachbartabelle konsultiert, und der Kanal mit der besten Qualität (in einer Ausgestaltung der Kanal mit der niedrigsten SRTT-Abschätzung) wird bestimmt.

[0061] Bei Schritt 605 wird in der Bestimmung, ob auf den Kanal mit der besten Qualität zu wechseln ist, eine verbesserte Schwelle benutzt. Die Schwelle wird hier mit dem Parameter p bezeichnet. Es könnte z. B. erforderlich sein, dass die SRTT des Kanals mit der besten Qualität um 20 % kürzer ist als die SRTT des Kanals, der derzeit benutzt wird, um mit dem gegebenen Nachbarknoten zu kommunizieren. Wenn die Verbesserung nicht über der Schwelle liegt, wird der derzeitige Kanal aufrechterhalten, und der Ablauf kehrt zu Schritt 601 zurück. Wenn die Verbesserung oberhalb der Schwelle liegt, wechselt der Knoten in Schritt 607 auf den Kanal mit der besten Qualität, und der Ablauf kehrt zu Schritt 601 zurück.

[0062] In einer Ausgestaltung der Erfindung können das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheit-lichungsprotokoll und seine mit ihm verbundenen Mechanismen und Abläufe gut mit einem Striping des Netzwerkverkehrs über mehrere Netzwerkschnittstellen pro Knoten kombiniert werden. In dieser Ausgestaltung berücksichtigen Striping-Algorithmen die unterschiedlichen Qualitäten verfügbarer Kanäle.

[0063] Die Benutzung der Begriffe „ein/eine" und „der/die/das" und ähnliche Ausdrücke im Kontext der Beschreibung der Erfindung (speziell im Kontext der folgenden Ansprüche) soll so ausgelegt werden, dass sie sowohl den Singular als auch den Plural abdecken, außer es ist hierin anders angegeben oder klar durch den Kontext widersprochen. Die Begriffe „umfassend", „habend", „einschließend" und „enthaltend" sollen als offene Begriffe (d.h. als bedeutend „einschließend aber nicht limitiert auf“) ausgelegt werden, außer anderes ist angemerkt. Aufzählungen von Wertebereichen hierin sind nur dazu gedacht, als Abkürzungsverfahren zu dienen, um individuell auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, Bezug zu nehmen, außer anderes ist hierin angegeben, und jeder einzelne Wert ist in die Beschreibung eingegliedert, als ob er individuell hierin aufgezählt worden wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, außer hierin ist anderes angegeben, oder es ist ansonsten klar durch den Kontext widersprochen. Die Benutzung eines oder aller Beispiele oder des beispielhaften Sprachgebrauchs (z.B. „wie"), die hierin bereitgestellt wurde, ist nur dazu gedacht, Ausgestaltungen der Erfindung besser zu beleuchten, und ist keine Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung, außer anderes ist beansprucht. Kein Sprachgebrauch 10/22

Claims (21)

1. österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15 in der Beschreibung sollte so ausgelegt werden, dass er irgendein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Anwendung der Erfindung angibt. [0064] Bevorzugte Ausgestaltungen dieser Erfindung sind hierin beschrieben, einschließlich der besten Weise, die den Erfindern zur Ausführung der Erfindung bekannt ist. Variationen dieser bevorzugten Ausgestaltungen können Fachleuten ersichtlich werden, wenn sie die vorangehende Beschreibung lesen. Die Erfinder erwarten von Fachleuten, dass sie solche Variationen entsprechend anwenden, und die Erfinder beabsichtigen, dass die Erfindung anders als hierin speziell beschrieben angewendet wird. Entsprechend enthält diese Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen aufgezählten Inhalts, wie es durch anwendbares Recht gestattet ist. Überdies wird jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon durch die Erfindung umfasst, außer anderes ist hierin angegeben oder es ist ansonsten klar durch den Kontext widersprochen. Patentansprüche 1. Verfahren in einem drahtlosen Netzwerk, das eine Vielzahl von Knoten umfasst, zum Auswählen eines Kanals durch einen ersten Knoten für eine Kommunikation mit einem zweiten Knoten, wobei der erste Knoten mindestens zwei Netzwerkschnittstellen mit Sende- und Empfangseinrichtungen aufweist, die auf orthogonale Kanäle eingestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: -) Auffinden von Netzwerkschnittstellen des zweiten Knotens, die für eine Kommunikation mit dem ersten Knoten verfügbar sind, durch den ersten Knoten; -) Periodische Abschätzung der Kanalqualität bezüglich jeder verfügbaren Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens durch den ersten Knoten; und -) Auswahl eines Kanals durch den ersten Knoten anhand der Abschätzung der Kanalqualität, wobei die Abschätzung der Kanalqualität erfolgt, indem -) eine Testnachricht entlang der Netzwerkschnittstelle gesendet wird, -) eine Antwort auf die Testnachricht von dem zweiten Knoten empfangen wird; und -) die Umlauf-Verzögerungszeit, die mit dem Senden der Testnachricht und dem Empfangen der Antwort verbunden ist, berechnet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auffinden verfügbarer Netzwerkschnittstellen umfasst: -) Senden einer Adressprotokoll-Anfrage; -) Empfangen einer ersten Antwort auf die Adressprotokoll-Anfrage vom zweiten Knoten auf einem ersten Kanal; -) Speichern der Adressinformation für den Medienzugang, die in der ersten Antwort auf die Adressprotokoll-Anfrage enthalten ist; -) anfängliches Auswählen des ersten Kanals für eine Kommunikation mit dem zweiten Knoten; sowie -) für jede zusätzliche Antwort auf eine Adressprotokoll-Anfrage, die von dem zweiten Knoten empfangen wird, Speichern der Adressinformation für den Medienzugang, die in der zusätzlichen Antwort auf die Adressprotokoll-Anfrage enthalten ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auffinden verfügbarer Netzwerkschnittstellen gemäß eines Protokolls durchgeführt wird, und eine Feststellung umfasst, ob der zweite Knoten fähig ist, gemäß diesem Protokoll zu arbeiten.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Feststellung, ob der zweite Knoten fähig ist, gemäß dem Protokoll zu arbeiten, umfasst: -) Senden einer Kanalauswahlnachricht entlang jeder bekannten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens; -) Klassifizieren des zweiten Knotens als fähig, gemäß dem Protokoll zu arbeiten, falls von jeder bekannten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens eine Kanalauswahlbestätigungsantwort empfangen wird; 11 /22 österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15 -) Neuerliches Senden einer Kanalauswahlnachricht entlang der Schnittstelle, falls von einer bekannten Netzwerkschnittstelle nach Ablauf einer Zeitüberschreitungsperiode keine Kanalauswahlbestätigungsantwort empfangen wird, und wenn eine Maximalzahl von unbestätigten Kanalauswahlnachrichten nicht überschritten worden ist, und -) Klassifizieren des zweiten Knotens als nicht fähig, gemäß dem Protokoll zu arbeiten, falls eine Maximalzahl unbestätigter Kanalauswahlnachrichten überschritten worden ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für den Fall, dass der zweite Knoten als fähig klassifiziert wurde, gemäß dem Protokoll zu arbeiten, aber eine Adresse für den Medienzugang einer bekannten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens noch nicht aufgefunden wurde: -) Senden einer Adressprotokoll-Anfrage entlang der Netzwerkschnittstelle; -) Neuerliches Senden einer Adressprotokoll-Anfrage, falls eine Antwort auf die Adressprotokoll-Anfrage nicht vor Ablauf einer Zeitüberschreitungsperiode empfangen wird, und eine Maximalzahl fehlgeschlagener Adressprotokoll-Anfragen nicht überschritten worden ist; und -) Einstufen der Netzwerksschnittstelle als eine mit deaktivierter Empfangseinrichtung, falls eine Maximalzahl unbestätigter Adressprotokoll-Anfragen überschritten worden ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es ferner die Berechnung eines geglätteten Wertes der Umlaufzeit (SRTT) entsprechend einer Formel: SRTT = α * RTTneu + (1 - a) * SRTTa,t, wobei a ein Parameter ist, der mit einem Wertebereich von 0 bis 1 gewählt wird, RTTneudie zuletzt gemessene Umlauf-Verzögerungszeit ist, und SRTTa|t ein zuvor errechneter SRTT-Wert ist, umfasst.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Testnachricht eine höchste Übertragungspriorität zugeordnet ist, so dass die Testnachricht vor anderen Paketen übertragen wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Netzwerkschnittstelle konform mit dem IEEE-Standard 802.11 e ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahl eines Kanals zu einer Zeit durchgeführt wird, die durch eine randomisierte Zeitperiode bestimmt ist.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahl eines Kanals, der einer Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens zugeordnet ist, die Auswahl jenes Kanals mit der besten Kanalqualität umfasst.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahl eines Kanals umfasst: -) für den Fall, dass eine erste Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens eine Kanalqualität aufweist, die besser als die Kanalqualität anderer Netzwerkschnittstellen des zweiten Knotens ist, und die Kanalqualität der ersten Netzwerkschnittstelle eine einen Schwellwert übertreffende Verbesserung gegenüber der Kanalqualität einer aktuell ausgewählten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens liefert, Auswählen der ersten Netzwerkschnittstelle; und -) andernfalls Beibehalten der aktuell ausgewählten Netzwerkschnittstelle.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahl eines Kanals die Auswahl eines zusätzlichen Kanals umfasst, und die Kommunikation mit dem zweiten Knoten eine Aufteilung von Daten auf die ausgewählten Kanäle umfasst.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kommunikation mit dem zweiten Knoten ein Weiterleiten eines von einem dritten Knoten empfangenen Pakets umfasst.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das drahtlose Netzwerk ein Multietappennetzwerk, ein Ad-Hoc-Netzwerk, ein Infrastrukturnetzwerk oder ein drahtloses Community-Netzwerk ist.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das drahtlose Netzwerk mit einem zweiten Netzwerk verknüpft ist. 12/22 österreichisches Patentamt AT500 118 B1 2011-02-15
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das zweite Netzwerk ein drahtgebundenes Netzwerk ist.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das zweite Netzwerk ein Weitverkehrsnetzwerk ist.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen in dem drahtlosen Netzwerk konform mit dem lEEE-Standard 802.11, dem ΙΕΕΕ-Standard 802.11a, dem lEEE-Standard 802.11b oder dem lEEE-Standard 802.11g sind.
19. 19. Computerlesbarer Datenträger mit einem oder mehreren gespeicherten Modulen, die einen Treiber umfassen, der ein Verfahren zum Auswählen eines Kanals für drahtlose Kommunikation zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät implementiert, wobei das erste Gerät zumindest zwei Netzwerkschnittstellen mit Sende- und Empfangseinrichtungen aufweist, die auf orthogonale Kanäle eingestellt sind, und wobei das Verfahren umfasst: -) Auffinden von Netzwerkschnittstellen des zweiten Knotens, die für eine Kommunikation mit dem ersten Knoten verfügbar sind, durch den ersten Knoten; -) Periodische Abschätzung der Kanalqualität bezüglich jeder verfügbaren Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens durch den ersten Knoten; und -) Auswahl eines Kanals durch den ersten Knoten anhand der Abschätzung der Kanalqualität, wobei die Abschätzung der Kanalqualität erfolgt, indem -) eine Testnachricht entlang der Netzwerkschnittstelle gesendet wird, -) eine Antwort auf die Testnachricht von dem zweiten Knoten empfangen wird; und -) die Umlauf-Verzögerungszeit, die mit dem Senden der Testnachricht und dem Empfangen der Antwort verbunden ist, berechnet wird.
20. 20. Computerlesbarer Datenträger nach Anspruch 19, wobei der Treiber ein Kernel-mode-Treiber des Betriebssystems ist.
21. 21. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen 13/22