CN101518113A

CN101518113A - 用于同步tdma网状网络的系统和方法

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Publication number: CN101518113A
Application number: CNA2007800344286A
Authority: CN
Inventors: W·M·鲁德尼克
Original assignee: Harrier Inc
Current assignee: Harris Corp; Harrier Inc
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-08-26
Also published as: EP2074850B1; US8059578B2; WO2008014208A1; ATE455443T1; NO20090775L; EP2074850A1; CA2658855A1; US20080019328A1; IL196685A; KR20090033479A; DE602007004355D1; JP2009545249A; IL196685A0

Abstract

一种通信系统，包括由多个无线节点形成的多个时分多址(TDMA)网状网络。各个TDMA网状网络内的各自的多个无线节点包括发射器和接收器，所述发射器和接收器在主要和可选地至少一个次级频率上通信，并使用被至少划分为使用主要频率的信标间隔和使用主要和次级频率两者的数字数据间隔的TDMA时元。所述无线节点被彼此同步以使得每个TDMA网状网络的TDMA时元的开始相重叠并具有相同的TDMA时元持续时间或者其整数倍。

Description

用于同步TDMA网状网络的系统和方法

本发明涉及通信领域，以及更加具体地，涉及经网状网络(meshnetworks)的通信。

网状网络在节点之间路由数据、语音和指令，并允许通过从一个节点“跳跃”到另一节点直到建立成功的连接来在受阻路径周围连续连接和重新配置。即使节点崩溃，或者一个连接是坏的，网状网络仍然工作，无论网络是无线的、有线的还是软件交互的。这允许廉价的对等网节点向相同网络中的其他节点提供迂回信程(back haul)服务，并且通过共享对较高成本网络基础结构的访问来扩展该网状网络。

利用无线节点在无线局域网上实现无线网状网络。这类网状网络是分散的且通常以自组织(ad-hoc)方式工作。无线节点作为中继器工作，并从附近的无线节点发送数据到其对等节点，形成跨越长距离的网状网络。在自组织网络中，当一个节点丢失时邻居找到另一路由。节点能够是固定的或者移动的，其中移动装置形成本领域技术人员已知的移动自组织网络(MANET)。

该网状网络使用动态路由功能。路由算法保证数据采取适当的且通常是最快的路由到达目的地。一些移动网状网络能够包括具有“抄近路的”高带宽地面链路的多个固定基站作为通往固定基站或者其他服务(包括因特网)的网关工作。可以扩展具有仅最小的基站基础结构的网状网络。也存在可以用于网状网络的许多不同类型的协议，例如，自组织按需距离矢量(AODV)、动态源路由(DSR)、优化链路状态路由协议(OLSR)和临时按序路由算法(TORA)，作为非限制实例。

许多网状网络使用时分多址(TDMA)协议工作。根据TDMA网状网络的配置，可能浪费很大一部分甚至大多数配置的带宽。许多网状网络使用用于作为网络控制间隔工作的信标间隔的主要频率和用于数字数据(DD)间隔的多个(有时四个或更多)次级频率。许多次级频率可能是不用的，且由此，如之前注意的，可能浪费很大一部分甚至大多数配置的带宽。

通信系统包括多个时分多址(TDMA)网状网络。每个包括多个无线节点。各个TDMA网状网络内的每多个无线节点包括在主要和至少一个次级频率上通信的发射器和接收器，并使用被至少划分为使用主要频率的信标间隔和使用主要和次级频率两者的数字数据间隔的TDMA时元(epoch)。无线节点被彼此同步以使得每个TDMA网状网络的TDMA时元的开始相重叠并具有相同的TDMA时元持续时间或者其整数倍。

在又一方面中，网关无线节点是对TDMA网状网络公用的，且工作以对于彼此不冲突的每个TDMA网状网络发送信标。网关无线节点进一步包括对于每个TDMA网状网络发送单独的信标的发射器，该发射器是TDMA网状网络的一员。幻象节点(phantom node)也可以是对TDMA网状网络公用的，且其在TDMA网状网络中TDMA时元的开始位于所需偏移，该偏移基于其他TDMA网状网络之一的TDMA时元的推算的开始。

在又一方面中，TDMA网状网络内的信标间隔落入另一TDMA网状网络的数字数据间隔内，以使得每个TDMA网状网络的信标传输不冲突。可以在数字数据间隔期间为信标间隔建立信道保留，且对应于另一TMDA网状网络的信标间隔以防止任何无线节点进行与来自另一TDMA网状网络的信标传输冲突的数字数据传输或者信标传输。还可以形成落入另一TDMA网状网络的数字数据间隔和数字语音间隔内的TDMA网状网络的信标间隔。

当结合附图考虑时，本发明的其他目的、特征和优点将从随后的具体实施方式变得明显，在附图中：

图1是能够被修改以用于本发明的通信系统的实例的框图。

图2是示出用于单一TDMA网状网络的频率的曲线图。

图3是类似于图1的曲线图，但是示出根据本发明的非限制实例的用于列为网1和网2的两个TDMA网状网络“带宽清理”时的频率使用重叠。

图4是示出根据本发明的非限制实例的用于对于列为网1、网2和网3的三个TDMA网状网络“带宽清理”时的频率使用重叠。

图5是示出非快速的服务质量(QOS)TDMA信道分配的图表，且示出了当由节点发送并穿过TDMA网络时，数据分组怎样可以从源节点A行进到目的地节点E。

图6是示出快速的服务质量和端到端延迟(ETEL)的图表。

现在将在下文中参考附图更全面地描述不同实施例，在附图中示出了优选实施例。可以提出许多不同形式且描述的实施例不应该解释为限于在这里提出的实施例。而是，提供这些实施例以使得该公开将是全面的和完全的，且将向本领域技术人员完全表达该范围。

根据本发明的非限制实例，通过认识到在非限制实例中的第二TDMA网状网络可以使用在第一TDMA网状网络中不用的TDMA次级频率以用于次级频率数字数据使用，可以在TDMA网状网络通信系统中克服信道浪费。实际上，该系统和方法可以“清理”第一TDMA网状网络不用的一部分次级频率信道，由此减少信道浪费。

现在关于图1说明能够使用和修改以用于本发明的通信系统的实例。

能够用于这种系统和方法的无线电装置的实例是由佛罗里达州的墨尔本的Harris公司制造和销售的Falcon^TM III无线电装置。应当理解，能够使用不同的无线电装置，包括可以典型地以相对标准的处理器和硬件组件实现的软件定义无线电。软件无线电的一个特殊类别是联合战术无线电(JTR)，其包括相对标准的无线电装置和处理硬件以及任何适当的波形软件模块，以实现无线电将使用的通信波形。JTR无线电还使用符合软件通信体系结构(SCA)规范(参见www.jtrs.saalt.mil，将其完全包括在此以整体作为参考)的操作系统软件。SCA是指定硬件和软件组件怎样协作以使得不同制造商和开发者可以将各个组件容易地集成在单一装置中的开放体系结构框架。

联合战术无线电系统(JTRS)软件组件体系结构(SCA)通常基于公共对象请求代理体系结构(CORBA)定义一组接口和协议，以实现软件定义无线电(SDR)。部分地，JTRS和它的SCA与软件可重编程无线电族一起使用。同样地，SCA是用于实现软件可重编程数字无线电的一组特定规则、方法和设计标准。

该JTRS SCA规范由JTRS联合程序办公室(JPO)公布。已经构造该JTRS SCA以提供在不同JTRS SCA实现之间的应用软件的可移植性，平衡商业标准以减少开发费用，通过重新使用设计模块的能力来减少新的波形的开发时间，和构建在不断演进的商业框架和体系结构上。

JTRS SCA不是系统规范，因为其意在被独立地实现，而是为了实现所需的JTRS目标而约束系统设计的一组规则。JTRS SCA的软件框架定义操作环境(OE)且从该环境指定应用使用的服务和接口。SCA OE包括核心框架(CF)、CORBA中间件、和基于具有关联的板支持封装的可移植的操作系统接口(POSIX)的操作系统(OS)。JTRS SCA还提供构建块结构(在API附录中定义的)，以定义应用软件组件之间的应用编程接口(API)。

JTRS SCA核心框架(CF)是定义开放软件接口和配置文件的基本的“核心”组的体系结构概念，其提供用于嵌入的分布式计算通信系统中的软件应用组件的部署、管理、互连和互通信。可以以JTRSSCA规范定义接口。然而，开发者可实现其中的一些，一些可由非核心应用(即，波形等)实现，且一些可以由硬件装置供应商实现。

仅为了说明的目的，关于图1所示的非限制实例来描述根据本发明的非限制实例的可包括“带宽清理”的通信系统的实例的简要说明。该通信系统50的高层次框图包括基站部分52和可以被修改以用于本发明的无线消息终端。基站部分52包括经无线链路向VHF网64或者HF网66传递和发送语音或者数据的VHF无线电装置60和HF无线电装置62，其中VHF网64或者HF网66各自包括多个各自的VHF无线电装置68和HF无线电装置70，和连接到无线电68、70的个人计算机工作站72。自组织通信网络73与如图所示的多种组件交互工作。由此，应当理解，HF或者VHF网络包括作为较少基础结构且作为自组织通信网络工作的HF和VHF网部分。尽管没有示出UHF无线电装置和网部分，但可以包括它们。

作为非限制实例，HF无线电装置可以包括解调器电路62a和适当的卷积编码器电路62b、块交织器62c、数据随机化电路62d、数据和组帧电路62e、调制电路62f、匹配滤波器电路62g、具有适当的钳位装置的块或码元均衡器电路62h、去交织器和解码器电路62i、调制解调器62j、和功率适配电路62k。语音编码器电路62l可以包括解码和编码功能和可以作为如描述的各种电路的组合或者单独的电路的转换单元。这些及其他电路工作以执行本发明所必需的任意功能，以及由本领域技术人员提出的其他功能。其他示出的无线电装置，包括全部VHF移动无线电装置和发送及接收站可具有类似的功能电路。

基站部分52包括到连接PABX 82的公用交换电话网(PSTN)80的陆上线路连接。诸如卫星地面站的卫星接口84连接到PABX 82，该PABX 82连接到形成无线网关86a、86b的处理器。它们分别互联到VHF无线电装置60或者HF无线电装置62。这些处理器通过局域网连接到PABX 82和电子邮件客户端90。这些无线电装置包括适当的信号发生器和调制器。

以太网/TCP-IP局域网可以作为“无线电”邮件服务器工作。可以使用作为第二代协议/波形的STANAG-5066(通过引用将此公开整体包括此)经无线电链路和本地空中网络发送电子邮件消息，并且当然，优选地以第三代互操作性标准：STANAG-4538(通过引用将此公开整体包括此)发送。互操作性标准FED-STD-1052(通过引用将此公开整体包括此)能够用于传统的无线装置。能够用于本发明的设备的实例包括由位于佛罗里达的墨尔本的Harris公司制造的不同无线网关和无线电装置。作为非限制实例，该设备可以包括RF5800、5022、7210、5710、5285和PRC 117和138系列设备和装置。

这些系统可以是可以RF-5710A高频(HF)调制解调器和以已知为STANAG 4539(通过引用将此公开整体包括此)的NATO标准操作的，提供该NATO标准用于以高达9,600bps的速率的长距离HF无线电电路的传输。除了调制解调器技术之外，那些系统可以使用无线电子邮件产品，其使用为了重点战术信道而被设计和完善的一套数据链路协议，比如STANAG 4538或者STANAG 5066，通过引用将此公开整体包括此。还可以以设置到ISB模式的无线电装置和设置到固定数据速率的HF调制解调器来使用高达19,200bps的固定的非自适应性数据速率。可以使用代码组合技术和ARQ。

下面是本发明的“带宽清理”的至少一个非限制实例的更详细的说明。应当理解，许多网状网络使用时分多址(TDMA)协议工作。根据TDMA网状网络的配置，可能浪费很大一部分或甚至大多数配置的带宽。即使考虑最大可能的理论信道使用也是这样。

TDMA网状网络典型地包括使用主要和次级频率且使用TDMA时元彼此通信的多个无线节点，该TDMA时元被划分为作为网络控制间隔工作的信标间隔、有时有数字语音(DV)间隔，和数字数据(DD)间隔。为了说明的目的，TDMA网状网络使用在信道时间中节点在分配的时隙期间实际发送数据之前所分配的时隙。没有详细描述TDMA信道分配机制怎样工作的细节，因为将某些算法用于分配其中特定的节点可发送数据的潜在重复的信道时隙就足够了。TDMA信道时间分配算法典型地将信道时间分段为块。每个块是一个时元。将块细分为由节点使用以发送数据的时隙。假定待发送的数据构成等时的流，这意味大部分的数据被重复地生成并在源节点呈现以传送到目的地节点。数据典型地是时间相关的，且必须在一定的时间限制内传送。在非限制实例中，可以使用主要频率和多个或更多次级频率(有时多达四个次级频率)将多个频率分配给一个TDMA网状网络。

如用于TDMA网状网络的图2所示，仅数字数据间隔实际上使用一些次级频率。在信标和数字语音间隔期间的全部次级频率是不用的。这些分配的频率的不用的部分可以被称为浪费的信道时间，或更简单地被称为信道浪费。取决于信标、数字语音和数字数据间隔的相对尺寸，和分配了多少次级频率，大多数分配的带宽可由信道浪费构成。

当然，可以配置TDMA网状网络以最小化信道浪费。例如，可以仅使用主要频率且不使用次级频率配置TDMA网状网络，使得没有信道浪费。然而，无论何时分配任何次级频率时，信道浪费都发生。即使可以通过最大化数字数据间隔的相对尺寸而最小化信道浪费的情况下，也是以任何信标和数字语音间隔尺寸为代价。遗憾的是，存在限制可以限制多少信道浪费的实际约束。

典型地由TDMA网状网络中节点的数目规定信标间隔尺寸，例如，典型地无线节点和通常移动的或者固定的节点，如在移动自组织网络(MANET)中。更多节点意味着更大的信标间隔。数字语音或者视频间隔尺寸是由用于同步的数字语音和视频服务的预计峰值要求规定的。通常可以以不能以数字语音或视频的可能成本提供峰值需要以及当用户在现场最需要时却不能精确工作为代价，将这些数字语音和视频间隔减少到预计峰值需要以下。

通过认识到例如，在图3中被称为“网2”的第二TDMA网状网络可以使用第一(“网1”)TDMA网状网络的次级频率的不用的TDMA部分，以用于它的次级频率数字数据使用，可以实现解决信道浪费的方案。实际上，该系统可以清理第一TDMA网状网络不用的一部分次级频率信道，由此减少信道浪费。

描述的“带宽清理”的实例如图3所示。例如，分配第六频率f6并用作用于第二TDMA网状网络的主要频率。其时元的开始从第一TDMA网状网络的时元的开始处偏移开，以使得第二TDMA网状网络的数字数据次级频率TDMA使用落在第一TDMA网状网络的次级频率使用地图的不用的部分中。在该非限制实例中，将信道浪费减少大约50％。

根据本发明的非限制实例，描述的“带宽清理”需要如下的若干功能：

1.分配新的、当前不用的频率用于第二TDMA网状网络主要频率；

2.将第二TDMA网状网络的时元的开始从第一TDMA网状网络的时元的开始处偏移开，以使得第二TDMA网状网络的次级频率使用落在第一TDMA网状网络的次级频率使用地图的不用的部分中；和

3.在重叠操作期间保持时元的开始处偏移。

可以在TDMA网状网络的初始配置期间分配比如主要频率的新的，当前不用的频率(以上编号1)，或者可以根据本发明的非限制实例而经由允许自动“带宽清理”的配置自动地实现。

可以以最小的步骤完成建立时元的开始的初始偏移(以上编号2)。当TDMA网状网络，例如第二TDMA网状网络听到其希望执行带宽清理的另一网状网络，例如，第一TDMA网状网络时，听到第一TDMA网状网络中的无线电装置或者无线节点的第二TDMA网状网络的那些无线电装置或者无线节点创建人工的，或者“幻象”无线电装置或节点，且其时元的开始基于第一TDMA网状网络的推算的时元的开始而处于所需偏移处。该“幻象”节点被包括在第二TDMA网状网络节点的网络同步算法，即，时元同步、信标同步或者平滑算法中。包括该“幻象”节点的效果是逐渐和系统地移动第二TDMA网状网络的时元的开始到所需偏移。建立时元的初始开始的偏移的其他算法也是可能的。

在首次实现偏移之后保持时元开始的偏移(以上列出的编号2)也采取最小步骤。网络同步算法中的“幻象”节点可以继续存在。

描述的“带宽清理”算法是灵活的，无论重叠的TDMA网状网络的配置如何。这是由于在信标间隔期间仅主要频率能够由TDMA网状网络使用。由此，TDMA网状网络的次级频率地图的信标间隔部分通常可用于由其他TDMA网状网络使用。结果，能够使用描述的“带宽清理”，即使已经消除了重叠的TDMA网状网络的数字语音间隔。

这类系统的扩展也是可能的。作为其共存配置的一部分，可以配置TDMA网状网络以当遇到另一TDMA网状网络时自动地漂移到描述的“带宽清理”，以扩展其有效带宽或者节省整个使用的带宽。

另一扩展是使用带宽清理来将多于两个TDMA网状网络相重叠。该用于三个TDMA网状网络的实例如图4所示，其示出了类似于图3的图表，但是现在示出了第三TDMA网状网络“网3”，通过分配它的主要频率f7，和将该第三TDMA网状网络的时元开始对准以允许它的数字数据次级频率使用重叠或者落入第一和第二TDMA网状网络的次级频率使用地图的不用的部分内，而重叠该第三TDMA网状网络。

在某些实例中，可用的不用的次级频率间隙太小而不能适用于交替的第三TDMA网状网络的数字数据间隔。这不是严重的缺点，且可能的替换机制可以处理该情况。

描述的“带宽清理”与许多RF通信装置相关。多个次级频率可用于扩展总的无线电装置或者无线节点带宽，并在数字数据间隔期间使用次级频率。结果，在数字语音、数字视频期间和信标间隔期间浪费了这些频率。所描述的“带宽清理”允许当存在多个TDMA网状网络时使用次级频率的任何浪费的部分。

根据本发明的非限制实例，以粗粒度(coarse-grained)的方式将TDMA类型方案应用于TDMA网状网络射频关于时间的使用特性，以允许这些TDMA网状网络通过关于其它一个或多个网络在时间上偏移每个TDMA网状网络的次级频率使用，来“清理”彼此的次级频率的不用的部分。根据本发明的非限制实例的带宽清理用于TDMA网状网络中以实现重新使用无线节点或者无线电装置的次级频率的否则将浪费的部分。

应当理解，TDMA网状网络体系结构可以由不同类型形成，且说明的非限制实例中的TDMA时元包括网络控制间隔作为信标间隔和数字数据间隔。作为多个信标的网络控制间隔仅使用主要频率。数字数据间隔经由TDMA信道分配使用主要和次级频率两者。

可以减少任何次级频率使用交错，即不相重叠的要求。应当理解，应该同步多个TDMA网状网络。不严格地要求次级频率使用的不相重叠，虽然这是期望且是最佳的。由此，不相重叠的次级频率使用可以被显示为更通用的网状网络间同步的实例。

根据本发明的非限制实例的“幻象节点”同步算法可以允许多个移动的、自组织和TDMA网状网络两两之间和几个之间的同步。此外，存在可以实现网络间同步的若干种方式的“带宽清理”。幻象节点同步仅是其中一个。

“幻象节点”同步算法实现和保持如上根据本发明的非限制实例所述的独立于“带宽清理”的多个移动的、自组织、网状网络两两之间和几个之间的同步。同样地，这类“幻象节点”同步算法可以不仅用于“带宽清理”交织的TDMA网状网络间同步，而且还可用在当应该为了其他原因而同步多个网状网络时，例如，为了简化网关节点的工作或简化在同一地方在相同频率上的多个TDMA网状网络的共存性和互操作性。

一个非限制实例是典型地使用TDMA时元通信的两个高性能TDMA网状网络之间的网关，该TDMA时元具有信标间隔、数字语音间隔和数字数据间隔。该网关节点可以是两个TDMA网状网络的部件。该网关节点应该发送两个信标，一个信标用于两个TDMA网状网络中的一个。然而，如果不同步两个TDMA网状网络，则会出现问题。例如，有时两个信标传输的信标发送时间将重叠。因为在网关节点，典型地无线节点中，包括两个独立无线电装置并不能够引人注意地节省成本，网关节点将能够发送两个信标之一。此外，即使网关确实在一个节点中具有两个独立无线电装置，当两个TDMA网状网络都在相同频率上工作时，一次将仅发送单一信标。否则，将发生冲突，结果是没有节点正确地接收任何一个信标。当两个重叠的TDMA网状网络具有相同的时元持续时间，或者其整数倍时，可以进行同步以简化网关节点的操作。这种网络间网关功能性是互操作性的实例。

共存性是当系统可能想要同步多个TDMA网状网络的操作时的另一实例。期望每个TDMA网状网络的信标间隔落在数字数据间隔之内，且在某些网络中，落在同在一处的TDMA网状网络的数字语音和/或数字数据间隔之内，以使得每个TDMA网状网络的信标传输不会与其它TDMA网状网络的信标传输相冲突。TDMA网状网络可进行在对应于其他TDMA网状网络信标间隔的数字数据间隔期间的人工保留。结果，两个TDMA网状网络防止它们的任意节点进行将与其他TDMA网状网络的信标传输冲突的数字数据传输或者信标传输。为了TDMA网状网络可靠地和坚固地继续工作，必须由TDMA网状网络中的邻居节点正确地接收许多其信标传输。在这种情况下，需要同步以使得这些“人工的”TDMA信道保留是关于其他TDMA网状网络的信标间隔固定的。

“幻象节点同步”是在可能的多个TDMA网状网络之间实现同步和保持同步的简单和鲁棒的技术，其完全独立于需要同步的原因。

根据非限制实例，也解决了最小化端到端延迟的问题。应当理解，典型地忽略经空中(OTA)报头、帧间空间、循环码校验(CRC)、尾部、填充位等占用的时间。

当在数据通信网络两端传送实时数据时优化服务质量(QoS)参数，且典型地包括端到端延迟、抖动、吞吐量和可靠性。以下说明集中在端到端延迟。

端到端延迟可被定义为将数据分组从源节点传送到目的地节点所用的时间。端到端延迟还可以被定义为从数据分组被呈现给源节点处栈的数据通信层的时候到数据分组从目的地节点的栈的数据通信层向上通过的时候的持续时间。端到端抖动可被定义为端到端延迟的变化，典型地被表示为延迟的标准偏差。

在多跳的、自组织的无线数据通信网络中，总的来说，当分组从源节点横越网络到目的地节点时将被多次发送，即，采用多跳。为了说明的目的，TDMA网状网络使用节点在分配的时隙期间实际发送数据之前所分配的信道时隙。没有详细描述TDMA信道分配机制怎样工作的细节，因为将某些算法用于分配其中特定的节点可发送数据的循环的信道时隙就足够了。TDMA信道时间分配算法典型地将信道时间分段为块。每个块是一个时元。将块细分为由节点使用以发送数据的时隙。假定待发送的数据构成等时流，这意味大部分的数据在源节点重复生成并呈现以传送到目的地节点。该数据典型地是时间相关的，且必须被在一定的时间约束内传送。

例如，当数据分组从源节点横越TDMA网状网络到目的地节点时，将由节点的某个序列发送该数据分组。例如，该序列包括节点A、B、C和D到目的地节点E，其中节点A是源节点。为了示例的目的，该系统假定由每跳的目的地节点成功地接收了每个发送的数据分组。

图5是示出了基于非快速的QoS(服务质量)TDMA信道分配算法，当由每个节点发送时具体的数据分组怎样跨越TDMA网状网络从源节点A行进到目的地节点E的图表。跨TDMA网状网络的携带等时数据流的每个节点已经由在每个TDMA时元中重复的TDMA算法授予时隙。在TDMA时元N期间，源节点A在第一TDMA时元期间将数据分组发送到节点B。然后，在TDMA时元N+1期间，节点B将该数据分组发送到节点C，且节点C将数据分组发送到节点D。最后，在TDMA时元N+2期间，节点D将数据分组发送到作为最后目的地的节点E。数据分组的横越的端到端空中(OTA)延迟仅在两个TDMA时元下。OTA延迟既不包括栈处理时间，在源和目的地节点内向上/向下堆栈的时间，也不包括数据分组在源节点的队列中等待到达源节点的分配的传输时间的时间，将源节点的分配的传输时间在图5和6中示为在TDMA时元N中的第一“A”信道时间分配。

该系统分析沿着横越的路由结合的跳延迟，以该描述的快速服务质量(Express QoS)算法来减少端到端延迟。如图6所示，能够通过修改TDMA信道时间分配算法以将对每个TDMA时元内参与数据流的路由的每个节点的传输分配进行排序来实质上减少端到端OTA路由横越延迟。

当用于系统试图最小化其延迟的数据流的下一跳的TxOp(传输机会)在接收待中继的QoS数据分组之后尽可能快地出现时，理想地在接收之后的数据时隙，实现最小化端到端延迟。当视为TxOp的序列时，最佳QoS TxOp序列由在时元中的一系列相邻的时间序列的TxOp构成，从源节点到目的地节点，一个TxOp对于每个跳。通过注意跳跃延迟怎样结合，并随后对时元内的信道时间分配的结果序列进行最优的排序，将图6所示的端到端延迟减小到小于时元的一半。

为实现最小OTA端到端延迟，快速QoS分配算法可以以路由横越序列中时元内的每个节点的循环传输时间排序，即，在时元数据间隔中从源节点到目的地节点顺序地排序。这提供了大多数的端到端OTA延迟减少。

另外，快速QoS分配算法可将每个分配尽可能靠近路由序列中它的相邻分配地置于路由序列中。虽然不像对分配的时序排序那么重要，但这提供了端到端OTA延迟的一些另外的减少并允许在单一时元内匹配较长的路由。

对于能够减少端到端延迟的快速QoS，足够的信道时间，即，时隙，应该是可用的和未分配的，以使得快速QoS具有在沿着路由的多个节点处的分配选择。快速QoS可用的时隙选择越多，其越能够最小化端到端延迟。

快速QoS分配算法可能在源到目的地横越路由的整个空间范围内调整本地节点信道时间分配。这需要一些节点间通信。典型地，需要相邻节点之间的通信并且不需要沿着路由的相邻邻居以外的通信。

应当理解，典型地通过创建两个数据流实现无线TDMA网状网络中的全双工操作，一个流用于一个行进方向。所描述的快速QoS需要对于每个方向上信道分配的不同排序，因为在一个方向中的最优时隙分配序列将是相反的方向的最差情况的分配。

所描述的快速QoS能够实质上减少由属于在无线TDMA“多跳”网状网络上流动的QoS数据流的分组所经历的延迟。该描述的改进的QoS延迟可应用到要求QoS敏感的应用，比如双路实时语音。

为量化和特征化能够预计的延迟改进，考虑在从网络的一个边缘到相对边缘的直径为“D”的无线TDMA网状网络上行进的分组的预计延迟。在每跳的所有情况中，在TDMA时元的数字数据间隔内的传输时隙的设置完全取决于TDMA信道分配算法的操作的细节。许多算法是可能的。除非该算法明确地优化沿着路由的相对的时隙位置从而最小化由横越该路由的分组所经历的延迟，然而，没有理由期待数据分组将实现小于由随机时隙设置所预计的大约0.5个TDMA时元的“平均”每跳横越延迟。然而，假如全部分配能够匹配在单一时元内，使用描述的快速QoS TDMA信道分配算法，能够实现与OTA数据传输时间一样低的每跳横越延迟。如图6所示，使用描述的快速QoS，数据分组能够在小于单一时元中横越整个路由。

快速QoS是TDMA信道分配算法的扩展以沿着多跳TDMA网状网络上的路由最小化端到端延迟，添加延迟最小化扩展到TDMA算法。

也可以在类似的经空中(OTA)分组数据中使用优化的链路状态路由(OLSR)和交换链路状态路由算法。OLSR可以被适于通过运行多个OLRS进程(MOP)而处理具有不同无线电范围的多个波形，在每个节点中单独的OLSR进程用于每个波形。每个OLSR进程能够使用不同波形执行它的HELLO和TC消息传输的独立集合。每个OLSR进程能够以通常的OLSR方式基于它的波形的范围建立网络传导性的模型。

每个OLSR进程能够构造用于它的波形的传导性的路由表，且能够从波形路由表的集合建立单一的合成路由表。能够根据优化哪个路由准则或准则的组合来构造合成路由表。能够优化该可能的路由准则，包括以下项目的组合：跳的最小数目；最小的端到端延迟；最大数据吞吐率；拥塞规避；最小功耗；比如最少丢弃分组的较高可靠性；和使用的最小带宽。

也可以减少带宽和计算代价。代替在每个节点中对于每个波形运行并行的OLSR进程，在每个节点中仅运行单一OLSR进程。该单一OLSR进程能够被修改以对于每个波形交换一跳邻居HELLO消息的单独和独立集合。该HELLO消息可以仅包括用于该波形的一跳邻居信息。每个节点能够对于每个波形建立两跳邻居。

该OLSR状态表能够被扩展以通过波形对于每个一跳邻居隔离链路状态信息。每个节点的对于每个波形的一跳邻居可以分布在单个TC消息中。这向每个节点提供建立它的对于每个波形的连接性的网络拓扑模型所需要的信息。该多波形网络拓扑建立它自己的合成路由表。该改进将MOP的多个OLSR进程合并为单一的OLSR进程，同时对于每个波形保持独立的HELLO消息传送。代替对于每个波形发送单独的TC消息，每个波形的一跳邻居被包括在单一TC消息中。耗费的带宽显著地减少，并且每波形的单独的OLSR进程以及对于每个波形的单独的TC消息数据流的处理的计算和存储器负担也随之显著地减少。

而且，能够仅使用可以或可以不是最长范围波形的“基础”波形发送OLSR消息。记录在基础波形上每个接收的OLSR分组的接收特性。基于启发式的观察到的OLSR分组接收特性和不同波形的先前特征化的相对性能用于预测对于每个非基础波形的每个节点的一跳邻居传导性。还可以在接收每个节点的TC消息之后而不是在产生每个节点的TC消息之前执行接收特性到一跳邻居推算。

Claims

1.一种通信系统，包括：

多个时分多址(TDMA)网状网络，其每个包括多个无线节点；

各个TDMA网状网络内的各自的多个无线节点包括发射器和接收器，所述发射器和接收器在主要和至少一个次级频率上通信并且使用被至少划分为使用主要频率的信标间隔和使用主要和次级频率两者的数字数据间隔的TDMA时元，其中，所述无线节点被彼此同步以使得每个TDMA网状网络的TDMA时元的开始相重叠并具有相同的TDMA时元持续时间或者其整数倍。

2.根据权利要求1所述的通信系统，且进一步包括对所述TDMA网状网络公用的并且操作用于发送对于每个TDMA网状网络不彼此冲突的信标的网关无线节点。

3.根据权利要求2所述的通信系统，其中，所述网关无线节点进一步包括发送用于每个TDMA网状网络的单独信标的发射器。

4.根据权利要求1所述的通信系统，且进一步包括对于每个所述TDMA网状网络公用的幻象节点，且其在一个TDMA网状网络中的TDMA时元的开始位于基于另一TDMA网状网络的TDMA时元的推算的开始的所需偏移处。

5.一种用于同步时分多址(TDMA)网状网络的方法，其包括：

在多个TDMA网状网络内分配主要频率和至少一个次级频率，每个TDMA网状网络具有多个无线节点且使用TDMA时元彼此通信，该TDMA时元被至少划分为使用主要频率的信标间隔和使用主要和次级频率两者的数字数据间隔；和

通过将每个TDMA网状网络的TDMA时元的开始相重叠而将多个TDMA网状网络彼此同步，其中，每个TDMA网状网络具有相同的TDMA时元持续时间或者其整数倍。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括建立对所述TDMA网状网络公用的并且操作用于发送对于每个TDMA网状网络不彼此冲突的信标的网关无线节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括在第一和第二TDMA网状网络之间形成网关无线节点。

8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括将网关无线节点形成为包括发送用于每个TDMA网状网络的单独的信标的发射器的无线电装置。

9.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括形成对于所述多个TDMA网状网络中的每个TDMA网状网络公用的幻象节点，且该幻象节点的TDMA时元的开始位于基于TDMA网状网络之一的TDMA时元的推算的开始的所需偏移处。

10.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在TDMA网状网络内形成落在另一TDMA网状网络的数字数据间隔内的信标间隔，以使得TDMA网状网络的信标传输不与另一TDMA网状网络的信标传输冲突。