CN101772124B

CN101772124B - 无线网络

Info

Publication number: CN101772124B
Application number: CN2009102662231A
Authority: CN
Inventors: 曾煜棋; 吕书贤; 林致宇
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: US20100165923A1; TWI407810B; US9565619B2; TW201112810A; CN101772124A

Abstract

本发明提供一种无线网络，包含有一预定无线路由器与多个无线路由器。该预定无线路由器具有网关器功能，用以存取一外部网络。该些无线路由器中每一无线路由器均仅具有单一收发器，且该些无线路由器包含有仅可使用单一固定频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器以及可使用多个不同的频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器。

Description

无线网络

技术领域

本发明是有关于无线通讯技术，尤指一种无线网状网络通讯技术(Wireless Mesh Network，WMN)。

背景技术

随着网络技术的发展，各式各样的无线网络也不断地演进以提供使用者更好的无线通讯质量，而无线网状网络便是下一代无线通讯中蓬勃发展的技术之一。针对缺乏有线网络或不值得布建有线网络的区域，无线网状网络可提供所需的无线宽带网络环境，且基于无线网状网络本身架构上的特性(例如自我组织与自我配置)，无线网状网络不但容易布建，且易于维护。

一般而言，无线网状网络基本上是一个由多个网状存取节点(mesh point)，亦即多个网状路由器(mesh router)，所构成的多重跳跃骨干网络(multi-hop backbone network)，因此，无线网状网络亦会面临到多重跳跃骨干网络所需面对的问题，例如数据吞吐量、频道切换延迟与封包传输率等问题，而如何有效解决这些问题，便成为无线网状网络设计上一个重要课题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种包含具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的无线路由器以及具有单一收发器且可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的无线路由器的无线网络。

依据本发明的实施例，其揭露一种无线网络，包含有：一预定无线路由器，具有网关器功能，用以存取一外部网络；以及多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器，该多个无线路由器包含有：仅可使用单一固定频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器；以及使用多个不同的频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器，其中该预定无线路由器与该多个无线路由器是以该预定无线路由器作为一根部节点而布建成一树状结构，其中该树状结构中位于一预定层上的每一节点为该多个无线路由器中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器，以及该树状结构中紧邻该预定层的另一预定层上的每一节点为该多个无线路由器中可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器。

依据本发明的实施例，其还揭露一种无线网络，包含有：一预定无线路由器，具有网关器功能，用以存取一外部网络；以及多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器，该多个无线路由器包含有：仅可使用单一固定频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器；以及使用多个不同的频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器，其中该预定无线路由器与该多个无线路由器是以该预定无线路由器作为一根部节点而布建成一树状结构，其中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有一第一无线路由器与一第二无线路由器，其分别为该树状结构的不同层上的多个节点；该第一无线路由器与该第二无线路由器会分别使用一第一固定频道与一第二固定频道来与该树状结构中的同一无线路由器进行通讯以执行网络封包转送；以及该第一固定频道是异于该第二固定频道。

依据本发明的实施例，其还揭露一种无线网络，包含有：一预定无线路由器，具有网关器功能，用以存取一外部网络；以及多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器，该多个无线路由器包含有：仅可使用单一固定频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器；以及使用多个不同的频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器，其中该预定无线路由器与该多个无线路由器是以该预定无线路由器作为一根部节点而布建成一树状结构，其中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有多个第一无线路由器与一第二无线路由器，而该多个第一无线路由器分别为该树状结构的同一层上的多个节点；以及可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有一第三无线路由器，其于多个一般时隙中分别交替地切换至该树状结构中上一层的该第二无线路由器的频道与该树状结构中下一层的该多个第一无线路由器中一第一无线路由器的频道。

依据本发明的实施例，其还揭露一种无线网络，包含有：一预定无线路由器，具有网关器功能，用以存取一外部网络；以及多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器，该多个无线路由器包含有：仅可使用单一固定频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器；以及使用多个不同的频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器，其中该预定无线路由器与该多个无线路由器是以该预定无线路由器作为一根部节点而布建成一树状结构，其中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有多个第一无线路由器与一第二无线路由器，而该多个第一无线路由器分别为该树状结构的同一层上的多个节点；以及可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有一第三无线路由器；该第三无线路由器依据其与该多个第一无线路由器中每一第一无线路由器的流量负载以及其与该第二无线路由器的流量负载来决定一频道切换调度，以及该第三无线路由器依据该频道切换调度而于多个一般时隙中分别切换至该树状结构中上一层的该第二无线路由器的频道与该树状结构中下一层的该多个第一无线路由器的频道。

依据本发明的实施例，其还揭露一种无线网络，包含有：一预定无线路由器，具有网关器功能，用以存取一外部网络；以及多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器且经由该预定无线路由器与该外部网络进行通讯，该多个无线路由器包含有：仅使用一第一频道的一第一无线路由器；仅使用一第二频道的一第二无线路由器；以及可使用至少该第一频道与该第二频道的一第三无线路由器；其中，于一第一操作阶段，该第一无线路由器通过该第一频道与该预定无线路由器进行通讯，该第二无线路由器通过该第二频道与该第三无线路由器进行通讯；以及于一第二操作阶段，该第三无线路由器通过该第一频道与该第一无线路由器进行通讯。

附图说明

图1为仅使用单一收发器的无线路由器所采用的两种频道切换调度的比较示意图。

图2为本发明无线网络的一实施例的示意图。

图3为基于干扰的频道配置策略的示意图。

图4为基于延迟的频道配置策略的示意图。

图5为混合式频道配置策略的示意图。

图6为涟漪式频道切换调度策略的示意图。

图7为分时多重存取的通讯架构的示意图。

图8为基于数据传输量的动态频道切换调度策略的示意图。

[主要元件标号说明]

102、104、106、108、110、112、122、124、126、128、130、132、MR_11～MR_43、MR_P、MR_Y、MR_C1～MR_C3无线路由器

200 无线网络 201 因特网

MR_0 预定无线路由器 CH_1 第一频道

CH_2 第二频道 CH_3 第三频道

CH_4 第四频道

具体实施方式

考虑整体硬件成本与网络效能，于本发明所揭露的无线网络的实施例中，除了一预定无线路由器(例如具有网关器功能的无线路由器)之外，其余的无线路由器均仅使用单一收发器(transceiver)。此外，有一部分的无线路由器于进行网络封包转送的操作中并不会变更所使用的频道。请参阅图1，图1为仅使用单一收发器的无线路由器所采用的两种频道切换调度的比较示意图。于图1(A)中，多个无线路由器102、104、106、108、110、112中每一无线路由器会于不同操作阶段中分别使用不同的频道来进行网络封包转送的作业，举例来说，于第一操作阶段S_1中，无线路由器102使用第二频道CH_2、无线路由器104、106使用第三频道CH_3、无线路由器108、110使用第一频道CH_1以及无线路由器112使用第二频道CH_2；而于第二操作阶段S_2中，无线路由器102由第二频道CH_2切换至第一频道CH_1、无线路由器104由第三频道CH_3切换至第一频道CH_1、无线路由器106由第三频道CH_3切换至第二频道CH_2、无线路由器108由第一频道CH_1切换至第二频道CH_2、无线路由器110由第一频道CH_1切换至第三频道CH_3以及无线路由器112由第二频道CH_2切换至第三频道CH_1。

如图所示，无线路由器102、104、106、108、110、112通过频道的不断切换，因而使得网络封包得以经由管线(pipeline)的方式由一端的无线路由器转送至另一端的无线路由器，举例来说，无线路由器102于第一操作阶段S_1由第二频道CH_2接收到一网络封包，并于之后的第二操作阶段S_2，将该网络封包由第一频道CH_1传送至无线路由器104，而无线路由器104于下一操作阶段(亦即第一操作阶段S_1)再将该网络封包通过第三频道CH_3传送至无线路由器106，以此类推，该网络封包最后便会到达无线路由器112。

于第1(B)图中，多个无线路由器122、124、126、128、130、132可划分为两类的无线路由器，第一类的无线路由器(例如无线路由器122、126、130)会于不同操作阶段中使用不同的频道来进行网络封包转送的作业，而第二类的无线路由器(例如无线路由器124、128、132)则于不同操作阶段中皆使用同一频道来进行网络封包转送的作业，举例来说，于第一操作阶段S_1中，无线路由器122使用第三频道CH_3、无线路由器124、126使用第一频道CH_1、无线路由器128、130使用第二频道CH_2以及无线路由器132使用第三频道CH_3，而于第二操作阶段S_2中，无线路由器122由第三频道CH_3切换至第一频道CH_1、无线路由器104仍维持现有的第一频道CH_1而不进行任何频道切换、无线路由器126由第一频道CH_1切换至第二频道CH_2、无线路由器128维持现有的第二频道CH_2而不进行任何频道切换、无线路由器130由第二频道CH_2切换至第三频道CH_3以及无线路由器132维持现有的第三频道CH_3而不进行任何频道切换。如图所示，无线路由器122、124、126、128、130、132亦可同样达到经由管线的方式将网络封包由一端的无线路由器转送至另一端的无线路由器的目的，然而，仅有一半的无线路由器需要不断地于不同操作阶段之间进行频道切换，因而可大幅减轻频道切换对系统所造成的负荷。

如前所述，第一类的无线路由器(例如无线路由器122、126、130)会于不同操作阶段中使用不同的频道来进行网络封包转送的作业，而于上述说明中，由于无线路由器122、126、130均分别可使用两个不同频道，故仅具有第一操作阶段S_1与第二第一操作阶段S_2来分别切换至所要频道，然而，此仅作为范例说明之用，本发明并不以此为限。

基于上述图1(B)所示的架构，本发明便提出一种无线网络，其包含有一部分的无线路由器于进行网络封包转送的操作中并不会变更所使用的频道，以及另一部分的无线路由器于进行网络封包转送的操作中则会不断变更所使用的频道。请参阅图2，图2为本发明无线网络的一实施例的示意图。于本实施例中，无线网络200为具有树状结构的无线网状网络(Wireless MeshNetwork)。无线网络200包含有一预定无线路由器MR_0，其本身具有网关器功能，用以存取一外部网络(例如因特网201)，此外，无线网络200还包含有多个无线路由器MR_11～MR_43。于本实施例中，无线路由器MR_11～MR_43中每一无线路由器皆仅具有单一收发器，而由于预定无线路由器MR_0作为网关器之用，故基于系统效能的考虑，预定无线路由器MR_0会具有多个收发器，以同时经由多个频道来进行网络封包的传送与接收。本实施例中，无线路由器MR_11～MR_43包含有仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的无线路由器以及可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的无线路由器。

如图2所示，预定无线路由器MR_0与其它的无线路由器MR_11～MR_43是以预定无线路由器MR_0作为一根部节点而布建成一树状结构，其中预定无线路由器MR_0与其它的无线路由器MR_11～MR_43分别为该树状结构的节点，亦即无线网状网络中的网状节点(Mesh Point)，而无线路由器MR_11～MR_43即为无线网状网络中的网状路由器(Mesh Router)。另外，连结两节点的实线线段则代表该树状结构的分枝，以及彼此位于传送感测范围的同一层的两相邻无线路由器(亦即单点距离(one-hop)内的相邻无线路由器)则以虚线线段标示。简单来说，于图2所示的树状结构中，位于一预定层上的每一节点为无线路由器MR_11～MR_43中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器，以及该树状结构中紧邻该预定层的另一预定层上的每一节点为无线路由器MR_11～MR_43中可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器；进一步来说，于本实施例中，预定无线路由器MR_0为该树状结构的一第0层节点，该树状结构的每一奇数层节点为无线路由器MR_11～MR_43中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器(例如位于第1层的无线路由器MR_11～MR_13以及位于第3层的无线路由器MR_31～MR_35)，以及无线路由器MR_11～MR_43中可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的每一无线路由器(例如位于第2层的无线路由器MR_22～MR_25)为该树状结构的一偶数层节点。

依据上述，可知无线路由器MR_11～MR_13及MR_31～MR_35会使用固定的频道来执行网络封包转送，然而，无线路由器MR_22～MR_25需要不断地于不同的频道切换以执行网络封包转送，因此，对于无线路由器MR_11～MR_13及MR_31～MR_35而言，便需要进行频道配置的设定，而对于无线路由器MR_22～MR_25来说，则需要进行频道切换调度的设定。以下提出三种频道配置策略以及两种频道切换调度策略。

请参阅图3，图3为基于干扰(Interference-based)的频道配置策略的示意图。于图3中，多个无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C 3为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器，且分别为该树状结构的同一层(例如同一奇数层)上的多个节点，则无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3会分别使用多个不同的固定频道来与该树状结构中上一层(例如一偶数层)的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，例如，无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3分别使用第二频道CH_2、第三频道CH_3与第四频道CH_4。此外，若上一层的无线路由器MR_Y不是树状结构的根部节点(亦即图2所示的无线路由器MR_0)，因此，无线路由器MR_Y仅具有单一收发器，但可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送，此外，无线路由器MR_Y会再与上一层(例如奇数层)的无线路由器MR_P进行通讯以执行网络封包转送，其中无线路由器MR_P为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器。

如图3所示，无线路由器MR_P使用第一频道CH_1来与该树状结构中下一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，当对无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3进行频道配置时，另会考虑无线路由器MR_P所使用的固定频道，避免无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3所配置的固定频道与无线路由器MR_P所使用的固定频道相同，以降低碰撞(collision)的发生，因此，于此一实施例中，由于无线路由器MR_P使用第一频道CH_1，因此无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3所分别使用的不同的固定频道(例如第二频道CH_2、第三频道CH_3与第四频道CH_4)便不会包含有第一频道CH_1。

于图3所示的范例中，同一层上有多个无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3均会与上一层的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送的作业。假若仅有单一无线路由器(例如无线路由器MR_C1)会与上一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送的作业，且无线路由器MR_P是与该树状结构中下一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，则针对此单一无线路由器而言，会自所有可用的频道中选择一个不同于无线路由器MR_P所使用的频道的频道，并将所选取的频道配置给此一无线路由器。

基于干扰的频道配置策略会设定无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3分别使用不同的固定频道以降低彼此间的干扰，然而，由于无线路由器MR_Y需要在不同的频道之间切换，因而可能造成较长的切换延迟，因此，本发明另揭露一种基于延迟(Delay-based)的频道配置策略。请参阅图4，图4为基于延迟的频道配置策略的示意图。于图4中，多个无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器，且分别为该树状结构的同一层(例如同一奇数层)上的多个节点，此外，无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3会分别使用同一固定频道来与该树状结构中上一层(例如一偶数层)的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，例如，无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3皆使用第二频道CH_2。此外，若上一层的无线路由器MR_Y不是树状结构的根部节点(亦即图2所示的无线路由器MR_0)，因此，无线路由器MR_Y 仅具有单一收发器，且可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送，此外，无线路由器MR_Y会再与上一层(例如奇数层)的无线路由器MR_P进行通讯以执行网络封包转送，其中无线路由器MR_P为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器。

如图4所示，无线路由器MR_P使用第一频道CH_1来与该树状结构中下一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，当对无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3进行频道配置时，另会考虑无线路由器MR_P所使用的固定频道，避免无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3所配置的同一固定频道与无线路由器MR_P所使用的固定频道相同，因此，于此一实施例中，由于无线路由器MR_P使用第一频道CH_1，所以无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3所使用的同一固定频道(例如第二频道CH_2)便不会是第一频道CH_1，如此一来，无线路由器MR_Y虽仅具有单一收发器，但会使用多个不同的频道(例如第一频道CH_1与第二频道CH_2)来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的需求。

于图4所示的范例中，同一层上有多个无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3均会与上一层的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送的作业。假若仅有单一无线路由器(例如无线路由器MR_C1)会与上一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送的作业，且无线路由器MR_P是与该树状结构中下一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，则针对此单一无线路由器而言，会自所有可用的频道中选择一个不同于无线路由器MR_P所使用的频道的频道，并将所选取的频道配置给此一无线路由器。

基于延迟的频道配置策略会设定无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3分别使用同一固定频道以降低频道切换延迟，然而，位于同一层的相邻无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3之间的干扰可能会由于使用同一频道而增加，因此，为了使频道切换延迟与干扰之间达到平衡，本发明还揭露一种混合式(Hybrid)频道配置策略。请参阅图5，图5为混合式频道配置策略的示意图。于图5中，多个无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器，且分别为该树状结构的同一层(例如同一奇数层)上的多个节点。于无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3中，位于传送感测范围内的两无线路由器使用同一固定频道来与该树状结构中上一层的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，此外，于无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3中，不位于传送感测范围内的两无线路由器则分别使用不同的固定频道来与该树状结构中上一层的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送。本实施例中，无线路由器MR_C2与MR_C3中是彼此位于传送感测范围(如虚线线段所标示)，换言之，无线路由器MR_C2与MR_C3即为相距单点距离(one-hop)的相邻无线路由器，而无线路由器MR_C1与MR_C2以及无线路由器MR_C1与MR_C3分别为相距两点距离(two-hop)的无线路由器。如图3所示，无线路由器MR_C2与MR_C3虽然皆使用第三频道CH_3，但由于彼此位于传送感测范围，故可得知是否有无线路由器正使用第三频道CH_3，因而可避免彼此间的干扰，而无线路由器MR_C1所使用的固定频道(例如第二频道CH_2)则不同于无线路由器MR_C2与MR_C 3所采用的第三频道CH_3。此外，若上一层的无线路由器MR_Y不是树状结构的根部节点(亦即图2所示的无线路由器MR_0)，因此，无线路由器MR_Y仅具有单一收发器，且可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送，此外，无线路由器MR_Y会再与上一层(例如奇数层)的无线路由器MR_P进行通讯以执行网络封包转送，其中无线路由器MR_P为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器。如图5所示，无线路由器MR_P使用第一频道CH_1来与该树状结构中下一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，当对无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3进行频道配置时，另会考虑无线路由器MR_P所使用的固定频道，避免无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3所配置的固定频道与无线路由器MR_P所使用的固定频道相同，以降低碰撞干扰，因此，于此实施例中，由于无线路由器MR_P使用第一频道CH_1，所以无线路由器MR_C1及无线路由器MR_C2、MR_C3所分别使用的不同的固定频道(例如第二频道CH_2与第三频道CH_3)便不会包含有第一频道CH_1。

于图5所示的范例中，同一层上有多个无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3均会与上一层的同一无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送的作业。假若仅有单一无线路由器(例如无线路由器MR_C1)会与上一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送的作业，且无线路由器MR_P是与该树状结构中下一层的无线路由器MR_Y进行通讯以执行网络封包转送，则针对此单一无线路由器而言，会自所有可用的频道中选择一个不同于无线路由器MR_P所使用的频道的频道，并将所选取的频道配置给此一无线路由器。

请注意，对于图2所示的无线网络200而言，并不限定仅能采用同一种频道配置策略来进行频道配置，亦可混用多种上述的频道配置策略来进行频道配置，此一设计上的变化亦符合本发明的精神。

于无线网络200中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的每一无线路由器完成频道配置的设定之后，便需要依据频道配置的结果来对无线网络200中需要进行频道切换调度的设定的无线路由器进行处理。请参阅图6，图6为涟漪式(Ripple)频道切换调度策略的示意图。于图6中，多个无线路由器MR_P、MR_C1、MR_C2、MR_C3为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器，其中无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3为该树状结构的同一层(例如同一奇数层)上的多个节点，而无线路由器MR_P则是该树状结构的另一层(例如另一奇数层)上的多个节点，此外，无线路由器MR_P、MR_C1、MR_C2、MR_C3已通过上述的任一种频道配置操作来配置所分别使用的固定频道，于本实施例中，假设上述混合式频道配置策略被采用，因此，无线路由器MR_C1使用第二频道CH_2以及无线路由器MR_C2与MR_C3均使用第三频道CH_3，此外，无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C3所使用的频道均异于无线路由器MR_P所使用的第一频道CH_1，请注意，此仅作为范例说明之用，并非用来作为本发明的限制。

本实施例中，无线路由器MR_Y为可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的无线路由器，通过涟漪式频道切换调度策略，无线路由器MR_Y会分别交替地切换至上一层的无线路由器MR_P的频道与下一层的多个无线路由器MR_C1～MR_C3其中一无线路由器的频道，举例来说，无线路由器MR_Y逐一地切换至无线路由器MR_P、无线路由器MR_C1、无线路由器MR_P、无线路由器MR_C2、无线路由器MR_P及无线路由器MR_C3所使用的频道，并不断重复以上频道切换的操作，因此，无线路由器MR_Y的频道切换调度的一个实施例即为：CH_1→CH_2→CH_1→CH_3→CH_1→CH_3→...。请注意，无线路由器MR_Y的频道切换调度并不限定要依据一定的次序(例如由左至右)来切换使用位于无线路由器MR_Y的下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3的频道，只要是分别交替地切换至上一层的无线路由器MR_P 与下一层的多个无线路由器MR_C1～MR_C3其中一无线路由器的频道，均符合本发明的精神，例如，于频道切换调度的另一个实施例中，无线路由器MR_Y亦可逐一地切换至无线路由器MR_P、无线路由器MR_C2、无线路由器MR_P、无线路由器MR_C3、无线路由器MR_P及无线路由器MR_C1所使用的频道，并不断重复以上频道切换的操作。

于本发明无线网络的一实施例中，无线路由器MR_Y的频道切换调度是基于一分时多重存取(Time Division Multiple Access，TDMA)的通讯架构，如图7所示，通讯时间被会划分为多个长度相等的时间单位，例如超帧(Superframe)，而每一个超帧进一步划分为多个时隙(slot)SL_1～SL_k，于本发明的实施例中，第一个时隙SL_1被定义为广播时隙(Broadcast Slot)，而其余的时隙SL_2～SL_k则定义为一般时隙(General Slot)。无线路由器MR_Y于广播时隙SL_1中可与其它无线路由器进行消息广播，但不进行任何网络封包转送的作业，而于一般时隙中，无线路由器MR_Y则可允许进行网络封包转送的作业，并依据前述的频道切换调度来不断切换所使用的频道，例如，于时隙SL_2中使用第一频道CH_1以及于下一时隙SL_3中则切换至第二频道CH_2，以此类推，亦即于每一超帧的时隙SL_2～SL_k中，无线路由器MR_Y会依据所设定的频道切换调度来切换所使用的频道。此外，为了确保频道存取权的公平竞争，于本发明无线网络的一实施例中，当多个无线路由器欲通过同一频道来与无线路由器MR_Y进行通讯时，会采用一载波感测多重存取(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)通讯协议来决定是否可传送网络封包，然而，此仅作为范例说明之用，并非本发明的限制。

再者，于本发明无线网络的一实施例中，无线路由器的位置是固定不动的，举例来说，于布建图2所示的无线网络200时，无线路由器MR_11～MR_43本身是固定的无线路由器，因此，当无线网络200完成布建之后，无线路由器MR_11～MR_43中每一无线路由器于树状结构中的节点位置(空间位置)即固定不动，换言之，对于每一无线路由器而言，上一层是哪一个无线路由器及/或下一层有哪些无线路由器均为已知的。因此，对于上述的涟漪式频道切换调度策略来说，无线路由器MR_Y单纯地于上一层(例如一奇数层)无线路由器MR_P所配置的频道与下一层(例如另一奇数层)的无线路由器MR_C1～MR_C3中一无线路由器所配置的频道之间交替地切换，所以，当无线网络200完成布建之后，无线路由器MR_Y所使用的频道切换调度(例如：CH_1→CH_2 →CH_1→CH_3→CH_1→CH_3→...)即已确定。

然而，如前所述，无线路由器MR_Y的频道切换调度并不限定要依据一定的次序(例如由左至右)来切换使用位于无线路由器MR_Y的下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3的频道，因此，假若无线路由器MR_Y的频道切换调度有需要于无线网络200完成布建之后进行适当调整，例如原本的频道切换调度会使得无线路由器MR_Y逐一地切换至无线路由器MR_P、无线路由器MR_C1、无线路由器MR_P、无线路由器MR_C2、无线路由器MR_P及无线路由器MR_C3所使用的频道，并不断重复以上频道切换的操作，而调整后的频道切换调度则会使得无线路由器MR_Y逐一地切换至无线路由器MR_P、无线路由器MR_C2、无线路由器MR_P、无线路由器MR_C3、无线路由器MR_P及无线路由器MR_C1所使用的频道，并不断重复以上频道切换的操作，此时，无线路由器MR_Y可利用广播时隙SL_1来将变更后的频道切换调度广播至上一层的无线路由器MR_P与下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3，而此设计上的变化亦属本发明的范畴。请注意，于广播时隙SL_1中，无线路由器MR_Y、MR_P及MR_C1～MR_C3均会切换至一预设频道(Default Channel)，以便无线路由器MR_Y将其变更后的频道切换调度广播至无线路由器MR_P与MR_C1～MR_C3。

综上所述，涟漪式频道切换调度策略会使得无线路由器MR_Y交替地切换至上一层的无线路由器MR_P的频道与下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3中某一无线路由器的频道，亦即，于一时隙中，无线路由器MR_Y切换至上一层的无线路由器MR_P的频道，其是异于下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3的频道，而于下一时隙中，无线路由器MR_Y会切换至下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3中某一无线路由器的频道，其是异于上一层的无线路由器MR_P的频道，因此，涟漪式频道切换调度策略可降低无线网络中节点之间的碰撞，然而，涟漪式频道切换调度策略虽然简单而易于实作，但由于并未考虑实际的网络流量变化，因而比较没有弹性，故本发明还揭露一种基于数据传输量的动态频道切换调度策略。请参阅图8，图8为基于数据传输量的动态频道切换调度策略的示意图。于图8中，多个无线路由器MR_P、MR_C1、MR_C2、MR_C3为仅具有单一收发器且仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的作业的无线路由器，其中无线路由器MR_C1、MR_C 2、MR_C 3为该树状结构的同一层(例如同一奇数层)上的多个节点，而无线路由器MR_P则是该树状结构的另一层(例如另一奇数层)上的多个节点，此外，无线路由器MR_P、MR_C1、MR_C2、MR_C3已通过上述的任一种频道配置操作而分别配置所分别使用的固定频道，于本实施例中，假设上述混合式频道配置策略被采用，因此无线路由器MR_C1使用第二频道CH_2以及无线路由器MR_C2与MR_C3均使用第三频道CH_3，此外，无线路由器MR_C1、MR_C2、MR_C 3所使用的频道均异于无线路由器MR_P所使用的第一频道CH_1，请注意，此仅作为范例说明之用，并非用来作为本发明的限制。本实施例中，无线路由器MR_Y为可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的无线路由器，此外，无线路由器MR_Y依据其与上一层(例如一奇数层)的无线路由器MR_P的流量负载(例如网络封包转送数据量)以及与下一层(例如另一奇数层)的无线路由器MR_C1～MR_C3的流量负载(例如网络封包转送数据量)，来动态地决定一频道切换调度。

于本发明无线网络的一实施例中，无线路由器MR_Y的频道切换调度是基于一分时多重存取的通讯架构(如图7所示)，而由于频道切换调度会根据流量负载(例如网络封包转送数据量)而动态地调整，因此，于每一时间单位(亦即每一超帧)中的广播时隙SL_1中，无线路由器MR_Y、MR_P及MR_C1～MR_C3均会切换至一预设频道，以便无线路由器MR_Y将其频道切换调度广播至无线路由器MR_P与MR_C1～MR_C3，之后，无线路由器MR_Y会依据目前的频道切换调度而于后续的一般时隙SL_2～SL_k中切换至该树状结构中上一层的无线路由器MR_P的频道与下一层的无线路由器MR_C1～MR_C3的频道。关于上述依据数据传输量来进行动态频道切换调度的操作，兹详述于下。

针对无线网络200中需要进行频道切换调度的每一无线路由器y(例如图8所示的无线路由器MR_Y)，PC(y)是代表无线网络200的树状结构中，关联于该无线路由器的上一层的无线路由器(例如图8所示的无线路由器MR_P)与下一层的无线路由器(例如图8所示的无线路由器MR_C1～MR_C3)的集合，而对于集合PC(y)中的每一无线路由器z而言，f(y，z，i)代表无线路由器y于第i个超帧中所估计的无线路由器z与无线路由器y之间的流量负载(例如网络封包转送数据量)，而F(y，z，i)代表无线路由器y于第i个超帧中所估计的无线路由器z与无线路由器y之间自第1个超帧起至前一超帧(亦即第(i-1)个超帧)为止的加权流量负载(例如加权网络封包转送数据量)，而f(y，z，i)与F(y，z，i)之间的关系如以下算式所示：

F (y, z, i) = \{\begin{matrix} α \times f (y, z, i - 1) + (1 - α) \times F (y, z, i - 1), i > 2 \\ f (y, z, 1), i = 2 \\ 1, i = 1 \end{matrix},

where 0≤α≤1

基于上述针对集合PC(y)中每一无线路由器z所求出的加权流量负载F(y，z，i)，第i个超帧中k-1个一般时隙SL_2～SL_k会根据加权流量负载来决定出对应每一无线路由器z的时隙个数，进而决定出无线路由器y切换至每一无线路由器z的时间点，而时隙个数的决定方式则说明如下。首先，针对集合PC(y)中每一无线路由器z，会至少分配一个一般时隙，以使得无线路由器y于第i个超帧中会至少切换至集合PC(y)中所有无线路由器z的频道一次，而剩余的一般时隙(若集合PC(y)中所有无线路由器z的个数为|PC(y)|，则剩余的一般时隙的个数即为(k-1)-|PC(y)|)会根据集合PC(y)中所有无线路由器z所求出的加权流量负载F(y，z，i)来平均分配，而每一无线路由器z最后所分配到的一般时隙的个数便如下所示：

上述算式中，

为一下整数函数(Floor Function)，因此有可能最后有些一般时隙尚未被分配。于一实施例中，这些尚未被分配的一般时隙会根据设计上的考虑而分配至集合PC(y)中的一个或多个无线路由器z，例如，可利用一循环式调度(Round-robin scheduling)的机制来逐一分配这些时隙。

请注意，于决定出k-1个一般时隙SL_2～SL_k中分配给集合PC(y)中每一无线路由器z的时隙个数之后，无线路由器y于一般时隙SL_2～SL_k中要如何根据每一无线路由器z所对应的时隙个数来决定何时要切换至每一无线路由器z所使用的频道，则可依序设计上需求来加以决定，换言之，在所分配的固定时隙个数之下，无线路由器y切换至每一无线路由器z的频道的时隙于一般时隙SL_2～SL_k中的位置(亦即切换至每一无线路由器z的频道的时间点)可进行适当调整。举例来说，k-1个一般时隙SL_2～SL_k会依序且均匀地分配给集合PC(y)中所有的无线路由器z，以图8为例，假设于第i个超帧之前，大部分的网络封包均于无线路由器MR_P与无线路由器MR_C1之间通过无线路由器MR_Y转送，因此，无线路由器MR_P与无线路由器MR_C1的加权流量负载F(MR_Y，MR_P，i)与F(MR_Y，MR_C1，i)大致相等，但远大于其它无线路由器MR_C2与MR_C3的加权流量负载F(MR_Y，MR_C2，i)与F(MR_Y，MR_C3，i)，故频道切换调度会使得无线路由器MR_Y逐一地于一般时隙SL_2～SL_5中切换至无线路由器MR_P、无线路由器MR_C1、无线路由器MR_C2及无线路由器MR_C3所使用的频道，之后，于后续剩余的时隙中，无线路由器MR_Y交替地切换至无线路由器MR_P与无线路由器MR_C1的频道(如图8所示)；然而，在所分配的固定时隙个数之下，亦可依据需求来交换无线路由器MR_Y于不同的一般时隙中原本所要切换使用的频道。

请注意，上述计算集合PC(y)中每一无线路由器z的时隙个数仅作为范例说明之用，并非本发明的限制，换言之，针对需进行频道切换调度处理的任一目标无线路由器而言，只要是通过该目标无线路由器于其它无线路由器之间的流量负载(例如网络封包转送数据量)来决定一频道切换调度，均属本发明的范畴。

总而言之，本发明的实施例所揭露的无线网络至少具有较佳的频道再使用(Channel Reuse)、较少的碰撞以及较简单的频道切换等优点。对于频道再使用而言，已知无线网络中，不在传送感测范围的两无线路由器(亦即相距两点距离(two-hop)的两无线路由器)不会配置同一频道，因此当一无线路由器本身配置的频道未被使用时(例如无线路由器切换至另一个频道来与其它无线路由器进行通讯时，此一频道不但闲置且不会被其它无线路由器所使用)，往往造成频道的浪费，然而，本发明的实施例所揭露的无线网络中，仅会有一部分的无线路由器具有单一固定频道。对于碰撞而言，本发明的实施例所揭露的无线网络中，仅有位于树状结构的奇数层节点的无线路由器具有单一固定频道，因此，仅能使用单一固定频道来进行网络封包转换的无线路由器与其它的无线路由器会以交错的方式而设置于同一无线网络中，因此，能大幅降低终端隐匿(hidden-terminal)的问题。对于频道切换而言，本发明的实施例所揭露的无线网络中，由于不是仅使用单一固定频道来进行网络封包转换的无线路由器只会跟仅使用单一固定频道来进行网络封包转换的无线路由器进行通讯，因此，每当不是仅使用单一固定频道来进行网络封包转换的无线路由器需要与仅使用单一固定频道来进行网络封包转换的无线路由器进行通讯时，总是能切换至适当的频道来与仅使用单一固定频道来进行网络封包转换的无线路由器进行通讯，因此可大幅降低频道切换上的复杂度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种无线网络，包含有：

一预定无线路由器，具有网关器功能，用以存取一外部网络；以及

多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器，该多个无线路由器包含有：

仅可使用单一固定频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器；以及

使用多个不同的频道来与该无线网络中其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器，

其中该预定无线路由器与该多个无线路由器是以该预定无线路由器作为一根部节点而布建成一树状结构，

其中该树状结构中位于一预定层上的每一节点为该多个无线路由器中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器，以及该树状结构中紧邻该预定层的另一预定层上的每一节点为该多个无线路由器中可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器。

2.根据权利要求1所述的无线网络，其中该预定无线路由器为该树状结构的一第0层节点，该树状结构的每一奇数层节点为该多个无线路由器中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的一无线路由器，以及该多个无线路由器中可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的每一无线路由器为该树状结构的一偶数层节点。

3.一种无线网络，包含有：

其中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有一第一无线路由器与一第二无线路由器，其分别为该树状结构的不同层上的多个节点；该第一无线路由器与该第二无线路由器会分别使用一第一固定频道与一第二固定频道来与该树状结构中的同一无线路由器进行通讯以执行网络封包转送；以及该第一固定频道是异于该第二固定频道。

4.一种无线网络，包含有：

其中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有多个第一无线路由器与一第二无线路由器，而该多个第一无线路由器分别为该树状结构的同一层上的多个节点；以及可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有一第三无线路由器，其于多个一般时隙中分别交替地切换至该树状结构中上一层的该第二无线路由器的频道与该树状结构中下一层的该多个第一无线路由器中一第一无线路由器的频道。

5.一种无线网络，包含有：

其中仅可使用单一固定频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有多个第一无线路由器与一第二无线路由器，而该多个第一无线路由器分别为该树状结构的同一层上的多个节点；以及可使用多个不同的频道来与其它无线路由器进行通讯以执行网络封包转送的至少一无线路由器包含有一第三无线路由器；该第三无线路由器依据其与该多个第一无线路由器中每一第一无线路由器的流量负载以及其与该第二无线路由器的流量负载来决定一频道切换调度，以及该第三无线路由器依据该频道切换调度而于多个一般时隙中分别切换至该树状结构中上一层的该第二无线路由器的频道与该树状结构中下一层的该多个第一无线路由器的频道。

6.根据权利要求5所述的无线网络，其中每一时间单位包含有该广播时隙与该多个一般时隙，以及于一目前时间单位的该广播时隙中，该第三无线路由器会执行以下操作：

针对该些第一无线路由器以及该第二无线路由器中的每一无线路由器，根据其于该目前时间单位之前的每一时间单位中与该第三无线路由器之间的流量负载执行一加权运算来产生一加权流量负载；以及

依据该多个第一无线路由器与该二无线路由器所分别对应的多个加权流量负载，决定该目前时间单位中该多个一般时隙所对应的该频道切换调度。

7.根据权利要求6所述的无线网络，其中当该第三无线路由器与该多个第一无线路由器及该第二无线路由器中一无线路由器的加权流量负载大于该第三无线路由器与该多个第一无线路由器及该第二无线路由器中另一无线路由器的加权流量负载时，则该频道切换调度中切换至该多个第一无线路由器及该第二无线路由器中该无线路由器的频道的一般时隙的个数不小于切换至该多个第一无线路由器及该第二无线路由器中该另一无线路由器的频道的一般时隙的个数。

8.一种无线网络，包含有：

多个无线路由器，该多个无线路由器中每一无线路由器皆仅具有单一收发器且经由该预定无线路由器与该外部网络进行通讯，该多个无线路由器包含有：

仅使用一第一频道的一第一无线路由器；

仅使用一第二频道的一第二无线路由器；以及

可使用至少该第一频道与该第二频道的一第三无线路由器；

其中，于一第一操作阶段，该第一无线路由器通过该第一频道与该预定无线路由器进行通讯，该第二无线路由器通过该第二频道与该第三无线路由器进行通讯；以及

于一第二操作阶段，该第三无线路由器通过该第一频道与该第一无线路由器进行通讯。

9.根据权利要求8所述的无线网络，其为一无线网状网络。

10.根据权利要求8所述的无线网络，其中该第三无线路由器还可使用不同于该第二频道的一第三频道，以及该多个无线路由器还包含有：

仅使用该第三频道的一第四无线路由器，其中，于一第三操作阶段，该第三无线路由器通过该第三频道与该第四无线路由器进行通讯。

11.根据权利要求8所述的无线网络，其中该多个无线路由器还包含有：

仅使用该第二频道的一第四无线路由器，其中于该第一操作阶段，该第四无线路由器通过该第二频道与该第三无线路由器进行通讯。

12.根据权利要求11所述的无线网络，其中该第二无线路由器与该第四无线路由器是彼此位于传送感测范围内。

13.根据权利要求8所述的无线网络，其中该第三无线路由器于多个一般时隙中分别交替地切换至该第一无线路由器的该第一频道与该第二无线路由器的该第二频道。

14.根据权利要求8所述的无线网络，其中该第三无线路由器依据其与该第一无线路由器的流量负载以及其与该第二无线路由器的流量负载来决定一频道切换调度，以及该第三无线路由器依据该频道切换调度而于多个一般时隙中分别切换至该第一无线路由器的该第一频道与该第二无线路由器的该第二频道。