CN102027795A - 网状网络中的信道分配过程 - Google Patents
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Abstract
一种方法包括：在网关网格节点处接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表，扫描所述信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序创建信道列表，从该信道列表向包括所述网关网格节点的多个无线电装置分配信道，以及在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输。每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
Description
技术领域
本发明的示例性和非限制性实施例总体上涉及无线通信系统、方法、设备和计算机程序，更具体而言，涉及无线网状网络(mesh network)及其组成组件。
背景技术
如下定义在本说明书和/或附图中出现的各种缩写：
AP 接入点
BTS 基站收发站
CRC 循环冗余校验
DVB 数字视频广播
FDD 频分双工
GPS 全球定位系统
GSM 全球移动通信系统
IEEE 电气和电子工程师学会
IP 网际协议
MAC 媒体接入控制(第2层、12)
O&M 操作和管理
PCI 外围组件接口
QAM 正交调幅
RF 射频
SGMII 串行千兆比特媒体独立接口(serial gigabit media independent interface)
TDD 时分双工
TDM 时分复用
USB 通用串行总线
WCDMA 宽带码分多址
Wi-Fi 基于IEEE 802.11标准的WLAN
WLAN 无线局域网
WiMAX 微波存取全球互通(IEEE 802.16标准)
WMN 无线网状网络
网状无线联网正在变成用于将来自无线电接入节点的业务回传的重要方法。无线网状联网的领域已从过去几十年中的军事使用演进到诸如在WiFi和WiMAX系统中找到的那些商业应用。当前研究已指向具有360度全向覆盖的单个无线电回传(backhaul)网状网。对于多无线电系统而言，研究已主要指向点到点或点到多点系统。
网状网络是采用两种连接布置：全网状拓扑结构或部分网状拓扑结构中的一种的网络。在全网状拓扑结构中，每个节点直接相互连接。在部分网状拓扑结构中，节点仅连接到某些而不是全部的其它节点。WMN是被装配为处理多对多连接并能够动态地更新这些连接并使其最优化的无线网络。这可以是(但并不必须是)其中假设网络的每个(或至少某些)节点是随着时间的推移而改变位置的移动单元的“移动网络”。多半包括关于外部网络(例如因特网和到因特网的网关)的信息的复杂路由信息的动态管理对于(动态)网格协议而言是个挑战。作为非限制性示例，WMN可以依照诸如Wi-Fi和WiMAX等各种通信标准进行通信。在WMN内，将具有到骨干的直接连接的系统称为根节点或网关。常常不存在从单个网格节点(mesh node)到网关的直接链路，并且在其它网格节点(例如中继节点)上通过一跳(hop)或多跳来路由业务。因此，WMN中的调度应考虑多跳。
随着无线电装置(radio)变得越来越廉价，将多个无线电装置封装到一个网格节点中在经济上是可行的。然而，当每个节点使用多个无线电装置时，出现信道分配问题，因为每个无线电装置需要在特定信道上进行操作。应将该信道选择为使得避免节点内干扰并使节点间干扰和隐藏的终端问题最小化，同时保持连接性并使信道利用率和吞吐量方面的性能最优化。
在传统上使用手动或半自动地脱机的部署前无线电规划来进行例如分区蜂窝式无线电等多无线电系统中的信道分配。这已是可行的，因为节点的数据相当少，并且专业无线电规划的成本是部署网络的总成本的一小部分。然而，随着WiFi无线电装置在未授权频谱中操作和较小的小区尺寸，情况不再如此。在此类系统中，节点的数目通常将是大的，并且在安装之前不容易知道这些节点将在范围、信号反弹和所用频谱中的现有干扰方面如何与环境相交互。
IEEE 802.11类型系统的特征是信标(beacon)帧的使用。典型的信标帧在长度方面为几十字节，约一半的长度是公共帧报头和CRC字段。如同其它帧一样，报头包括源和目的地MAC地址以及关于通信过程的其它信息。目的地地址被设置为完全相同，其为广播MAC地址。这迫使可适用信道上的所有其它站接收并处理每个信标帧。CRC字段提供检错能力。
信标帧的主体位于报头与CRC字段之间。每个信标帧通常在帧主体中载送以下信息。
a)信标间隔。其表示信标传输之间的时间量。在站进入节能模式之前，站需要该信标间隔以知道何时唤醒以接收信标(并获悉在AP处是否存在缓冲帧)。
b)时间戳。在接收到信标帧之后，站使用时间戳值来更新其本地时钟。此过程使得能够实现与某个接入点相关联的所有站之间的同步。
c)服务集标识符(Service Set Identifier，SSID)。SSID识别特定无线LAN。在与特定无线LAN相关联之前，站必须具有与接入点相同的SSID。接入点将SSID包括在信标帧中以使得嗅探(sniffing)功能能够识别SSDI并自动地配置具有适当SSID的无线网络接口。在某些情况下，出于安全原因，可以不包括SSID。
d)支持速率。每个信标载送描述特定无线LAN所支持的速率的信息。例如，信标可以指示仅某些(例如1、2、和5、5Mbps)数据速率可用。用此信息，站可以使用性能度量(metric)来判定与哪个接入点相关联。
e)参数集。信标包括关于特定信令方法的信息(诸如跳频扩展频谱、直接序列扩展频谱等)。
例如，信标将在适当的参数集中包括IEEE 802.11b接入点正在使用的信道编号。同样地，与跳频网络相关联的信标可以指示每个跳频下的跳频模式和停留时间(dwell time)。
f)能力信息。此字段指示希望加入信标源自的无线LAN的站的要求。作为一个示例，能力信息可以指示所有站必须使用有线等效加密(wired equivalent privacy，WEP)以便加入WLAN。
g)业务指示图(TIM)。接入点周期性地在信标内发送TIM以识别使用节能模式的哪些站具有在接入点的缓冲器中等待它们的数据帧。TI通过接入点在站关联过程期间分配给站的关联ID来识别站。
需要对现有信标技术进行改进以增强无线网状网络的操作。
发明内容
以下发明内容部分意图仅仅是示例性且非限制性的。
通过使用本发明的示例性实施例，克服了前述及其它问题，并实现了其它优点。
在第一方面，本发明的示例性实施例提供了一种方法，包括：在网关网格节点处接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表，扫描所述信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序创建信道列表，从该信道列表向包括所述网关网格节点的多个无线电装置分配信道，以及在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输。每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要(primary)无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
在另一方面，本发明的示例性实施例提供了一种存储程序指令的存储介质，数据处理器进行的所述程序指令的执行导致包括以下各项的操作：在网关网格节点处接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表；扫描所述信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序创建信道列表；从该信道列表向包括所述网关网格节点的多个无线电装置分配信道；以及在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输，每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
在另一方面，本发明的示例性实施例提供了一种装置，包括：控制器，配置有多个无线电装置并用于在所述装置被配置为无线网状网络的网关网格节点时接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表、扫描该信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序来创建信道列表，并且从该信道列表向所述多个无线电装置分配信道。所述控制器还被配置为在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输。每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
在另一方面，本发明的示例性实施例提供了一种方法，包括从网格节点的无线电装置接收信标，该信标包括信息，该信息描述：表示从网格节点的无线电装置回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与发送信标帧的无线电装置相关联的网格节点集。所述方法还包括使用所述信息中的至少一些来估计与所述无线电装置相关联的链路成本。
在另一方面，本发明的示例性实施例提供了一种装置，包括：用于从网格节点的无线电装置接收信标的器件，所述信标包括信息，该信息描述：表示从网格节点的无线电装置回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与发送信标帧的无线电装置相关联的网格节点集。所述装置还包括用于使用所述信息中的至少一些来估计与所述无线电装置相关联的链路成本的器件。
附图说明
在附图中：
图1是示例性基于WMN的数据回传网络的简化框图。
图2A是图1所示的网格节点的一个示例性实施例的简化示例性框图。
图2B是图1所示的网格节点的另一示例性实施例的简化示例性框图。
图3描绘示例性网格节点协议栈。
图4依照本发明的示例性方面示出扩展至包括路径成本、主信道、信道集和关联网格节点信息集的信标帧。
图5示出信道集中的其它信道上的免费(gratuitous)信标的使用。
图6是举例说明依照本发明的示例性实施例的示例性方法的操作、和计算机程序指令的执行结果的逻辑流程图。
图7是举例说明进一步依照本发明的示例性实施例的另一示例性方法的操作、和计算机程序指令的执行结果的逻辑流程图。
具体实施方式
本发明的示例性实施例提供了一种多无线电网状网络以针对最佳吞吐量和最小干扰选择无线电信道，并同时找到回到网状网中的网关节点的最低成本路径。这些示例性实施例在网格节点中使用本地判定，并且不要求中央协调。本发明的示例性实施例通过扩展IEEE 802.11类型信标的使用来实现这些及其它特征。在这些示例性实施例中，网状网络中的每个节点公布足以用于周围节点进行关于如何加入网状网和如何跨越包含在每个网格节点内的多个无线电最佳地分配信道的独立判定的信息。
可以在RF规划在技术上或经济上不可行时有利地使用示例性实施例，并且其可以应用于其中网格节点具有每个节点一个或多个无线电装置的全向覆盖的无线网状网络。
在本文中使用以下定义。
网格节点：具有用于网状网回传的一个或多个无线电装置的节点。
网关：具有到诸如中心站等中心点的有线或单独无线链路的网格节点。
图1是包括根节点3(在本文中称为网关(GW))和网格节点20(可以被视为充当无线路由器或交换机/桥接器)的示例性基于WMN的数据回传网络(WMN)1的简化框图。在图1所示的示例性网状拓扑结构中，某些网格节点21与网关3相距一跳，某些其它网格节点22与网关3相距两跳且另一网格节点23与网关3相距三跳。网关3通过可以包括例如光纤、电缆或微波链路的链路3A连接到骨干传输网络5(例如，IP网络或基于以太网的网络)。传输网络5可以提供到中心点或中心站(CO)6的连接性。与CO 6相关联的可以是O&M单元6A。在网格节点21、22、23之间经由定向天线A1、A2、A3、以及在网格节点21与网关3之间存在无线电连接4。定向天线A1、A2、A3可以被布置为提供360度(或近似或基本上为360度)覆盖。通过网关(与高带宽传输网络5相连)来路由到和来自各个网格节点20的所有数据业务和控制信息。可以认识到对于距离网关3最近的那些网格节点(21)而言业务负荷较高，因为用于更远的其它网格节点(22、23)的业务从它们那里通过。示出了单独的网格节点20以便举例说明与网格节点相关联的某些结构，并且其它网格节点21、22、23可以具有与单独网格节点20类似的结构。在本文中对网格节点20的参考一般可以视为指的是WMN 1中的网格节点21、22、23中的一个或多个。
为了增加吞吐量和减小延迟，WMN数据回传节点使用多收发机结构。每个网格节点20(以及网关3)可以被设计为使用多个并行RF前端芯片和基带处理模块来支持多个同时(物理)信道。在物理层顶部(例如，如图3所示的IEEE 802.11物理层)，存在无线电和网状网关联MAC层以协调多个信道的功能。可以使用具有标准或定制物理层的任何适当无线电技术来实现用于网格节点20的无线电连接4。
如图2A所示，在示例性实施例中，可以将网格节点20假设为每个包括用分别在不同频率fc1、fc2、fc3下的定向天线A1、A2、A3进行操作的多个收发机20A、20B、20C。请注意，这些示例性实施例不限于与三个收发机、天线和频率一起使用，并且在其它示例性实施例中，可以使用不同数目的收发机、天线和频率。
图2A示出网格节点20的一个示例性实施例的一般结构。典型的网格节点20可以包括多个(例如三个)无线电模块或收发机20A、20B和20C、处理模块20D、线路接口20E及同步和时钟模块20F。存储器(MEM)20G与处理模块20D相关联并存储引导网格节点20的操作的计算机程序、以及缓冲的发送和接收数据、表达协议栈的数据结构、分组路由表(一个或多个)等等。无线电收发机20A、20B、20C处理无线链路的RF和基带信号。每个无线电收发机20A、20B、20C配置有天线阵列的相应天线元件，该天线阵列由多个天线元件构成，诸如一起可以提供360度覆盖的三个120度天线或六个60度天线。处理模块20D包括用于诸如MAC层处理、IP层处理和路由等功能的一或多个数据处理器(参见图3所示的示例性协议栈)。
当处理模块20D从无线电收发机20A、20B或20C中的一个接收到分组时，其检查该分组是否载送本地、广播或多播地址。如果是这样，则处理模块20D本地地处理分组。如果分组地址指示接收到的分组不是意图用于此特定网格节点20，则处理模块20D检查存储在本地存储器20G中的交换/路由表并使用相应的收发机20A、20B或20C朝着正确的子节点(下行链路)或父节点(上行链路)路由分组。由于处理模块20D在本地网格节点20中处理并路由/交换数据分组，所以与无线电收发机之一中的数据分组传输和处理时间相比，处理时间可以非常快。处理模块20D还用来根据诸如所使用的信道、帧结构及发送和接收时间等系统配置来控制无线电收发机20A、20B、20C。
线路接口20E提供网格节点20与使用网状网数据回传的接入设备(一个或多个)之间的接口。该接入设备可以是例如WLAN AP、GSMBTS、WCDMA NodeB或DVBT BTS。可以使用例如以太网或TI/EI技术来实现线路接口20E。实际上，还可以以与网状网无线电装置相同的方式将接入无线电装置附着于处理模块20D。适当的技术包括例如PCI、USB和SGMII。
同步和时钟模块206提供时钟以使网格节点20的操作与系统时钟(例如，与基于GPS时间的时钟、或任何其它适当定时源)同步。如下所述，时钟模块20F只需要提供用于例如免费信标生成的中等精确度。
图2B示出网状网模块20的另一示例性实施例。在这种情况下，存在多个处理模块21A、21B、21C，其中的各个个体与无线电收发机20A、20B、20C中的各个个体相关联。在本实施例中，可以存在连接在处理模块21A、21B、21C与线路接口20E之间、使得处理模块能够共享到/来自线路接口20E的接入的交换机模块20H。如上文针对处理模块20D所述，接入无线电模块可以直接连接到处理模块21A、21B、21C。
请注意，可以同样地将网关3构造为网格节点20，并且网关3通常还包括到骨干网络5的数据链路3A的接口。
通常，网格节点20的各种示例性实施例可以包括但不限于移动节点、移动站、移动电话、蜂窝式电话、具有无线通信能力的个人数字助理(PDA)、移动路由器、中继站、中继节点、具有无线通信能力的便携式计算机、具有无线通信能力的诸如数字式照相机的图像捕捉设备、具有无线通信能力的游戏设备、具有无线通信能力的音乐存储和重放装置、允许无线因特网访问和浏览的因特网装置，以及结合了此类功能的组合的便携式单元或终端。
MEM 20G可以是适合于本地技术环境的任何类型且可以使用任何适当的数据存储技术来实现，作为非限制性示例，诸如基于半导体的存储器设备、闪速存储器、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可移动存储器。上述处理器可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性示例可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。
虽然上文参照存储器(MEM 20G)进行了描述，但通常可以视为这些组件对应于存储设备、存储电路、存储组件和/或存储块。在某些示例性实施例中，这些组件可以包括一个或多个计算机可读介质、一个或多个计算机可读存储器和/或一个或多个程序存储设备。
虽然上文参照一个或多个处理器进行描述，但通常可以视为这些组件对应于处理器、处理设备、处理组件、处理块、电路、电路设备、电路元件、电路块、集成电路和/或芯片(例如包括一个或多个电路或集成电路的芯片)。
因此已描述了关于其中可以体现本发明的示例性实施例的WMN的非限制性示例，现在提供本发明的示例性实施例的进一步说明。
在一个示例性实施例中，并且依照基本过程，网关3通过从中央操作和管理(O&M)系统6A获得信道集(其被允许使用的信道列表)开始。然后，网关3在信道集中的所有信道上扫描以按照递减干扰的顺序创建信道列表。作为非限制性示例，基于信道的本底噪声或信道的已识别业务来执行干扰评估。至少对于某些示例性实施例而言，可以假设网关3中的不同无线电装置(例如收发机模块20A、20B、20C)之间的RF隔离要求每个无线电装置使用唯一的不重叠无线电信道。
优选地基于每个扇区(sector)来执行信道评估。每个扇区将具有用于每个信道的质量值。进行该选择，使得可以实现最大吞吐量。例如，并采取三个扇区情况，信道1实际上可以在所有扇区下是最好的，而一个扇区具有信道2方面的问题且另一扇区具有信道3方面的问题。在这种情况下，在信道2和3中具有挑战性情况(challenging condition)的扇区避免那些信道的使用。该分布使得可避免挑战性信道情况。
当每个无线电装置已被分配无线电信道(主信道)时，每个无线电装置开始信标过程以宣布其存在和度量。参照图4，当使用基于IEEE802.11的无线电装置时，用以下信息来扩展标准(常规)信标30(虽然不一定按照图4所示的相同顺序)：路径成本32、主要信道34、信道集36、以及关联网格节点(关联MAC)38的集。
如下文更详细地解释的，主要信道34指示特定无线电装置所使用的主信道。信道集36是来自中央O&M系统6A的信道列表(例如被网关3接收到)(或者其可以被预先配置)。在某些示例性实施例中，列表中的信道的顺序可以不具有内在意义。可以将信道集36视为网状网的这一部分被允许使用的那些信道的列表。通常，位置A处的无线电情况将不表示另一位置B处的无线电情况。信道集36可以包含比每个节点的扇区数目多的成员信道，并且如所述，仅表示WMN 1的这一部分被允许使用的那些信道。路径成本32表示返回到中心站6的所有链路成本的和，并且与使用频谱来向中心站6发送帧有关。从网关3，可以将此度量正常地设置为零。WMN 1中的每个后续节点20在信标30中广告其关联路径成本。可以例如按照IEEE 802.11s草案中所提议的那样计算每跳链路成本：
链路成本＝虚构512字节分组的成本＝对于基于IEEE 802.11a的无线电装置而言(75us+110us+4096/调制速率)*1/(1位误码率)。即：(Link cost＝cost of fictive 512 byte packet＝(75us+110us+4096/modulation rate)*1/(1-bit error rate)for an IEEE 802.11a based radio)。
关联网格节点组38是与网格节点20上的此特定无线电装置20A、20B、20C相关联的网格节点20的列表。如下文所解释的，其用来确定是否存在隐藏节点情况。
通常，在扇区具有任何关联节点之前，其以信标发送(beacon)关联节点的空表，因为可预期操作期间的每个扇区仅指示与之相关联的那些节点。这使得能够实现本地地检测是否存在任何隐藏节点的能力。如果特定扇区从另一节点接收到信标，但未从接收到的关联节点集中的一个或多个节点接收到信标，则其可以假设至少一个隐藏节点的存在且可以相应地调整路径成本，并且可能可以完全避免该路径。
当网格节点20尝试评估获得到WMN 1的连接性的选项时，其扫描信道并收听信标。基于从网格节点20的无线电装置20A、20B、20C收集的信标信息，例如：路径成本；信标信号强度；信标信噪比(SNR)；用于特定信标的关联网格节点的数目；以及同样的关联节点的列表；并且与诸如用于不同调制速率的接收机灵敏度等更多静态特性相结合，可以实现虚拟链路成本的估计。
通过添加附加链路成本来计算路径成本。这可以通过根据接收机灵敏度、信标信号强度和信标SRN来估计可能的调制速率而实现。这是由于通常使用比典型数据业务低的调制速率来发送信标这一事实而引起的。然后可以根据例如基于IEEE 802.11s的度量来计算附加链路成本。如果接收到的信标指示其具有关联网格节点20，则可以以不同的方式来估计附加链路成本以便补偿连接到同一网格节点20的其它节点的存在。这可以例如实现为：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
根据此计算(一个或多个)，最低路径成本被选择为主候选且网格节点20尝试关联到相应的网格节点。这还确定用于关联到WMN 1的一个无线电装置的信道。使用不同的算法来执行信道到其它无线电装置(其它无线电收发机(例如，20B、20C))的分配，所述算法的主要目标是使与节点20周围的节点的干扰最小化，并且次要目标是使用于距离更远的那些网格节点20的新路由最大化。对于网关3而言，用于其它无线电装置的信道应尽可能无噪声，并且在其上面具有尽可能少的业务。这保证尝试通过此网格节点20连接到WMN 1的其它网格节点具有最佳可能无线电情况。
如果被分配信道的无线电装置20A、20B、20C可以与未重新选择信道的其它节点20进行关联，则优选地这样做以便在主链路失败的情况下提供快速备份。这些链路在桥接转发表中被阻止以避免产生环路。
现在讨论的是隐藏节点检测。如果特定接收信标30在关联MAC字段38中指示其具有关联网格节点(一个或多个)20，但无线电装置未从此类关联节点接收到信标，则可以假设存在具有隐藏节点的情况。这可以引起严重的性能降低，因此，优选地在选择连接链路时避免。在实际实现中，这可以通过借助于用较大的量处罚(penalize)链路成本来修改链路成本而实现，例如使用：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(n*N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目，并且其中，n具有大于1的值(例如，n＝2)。
通常，如果在节点之间不存在视线(line of sight，LOS)，则可以隐藏节点20。例如，考虑三个节点A、B、C，其中，节点A可以听到节点B(与之通信)且节点A可以听到节点C。然而，节点B和C由于在其之间的某些RF障碍(例如建筑物)而不能相互听见。在IEEE 802.11中，具有分布式控制功能(DCF)，在发送之前进行收听以便避免传输冲突是每个节点的责任。在这种情况下，此过程将仅部分地起作用，因为如果A是发送节点，则B和C将不发送。如果节点B是发送节点，则A将不发送，然而节点C将不会认识到其不应进行发送，因为其可以确定以太(ether)是空闲的且可以与节点B同时进行发送。结果是导致功率浪费的冲突，以及可能毁坏从节点B发送到节点A的消息。
现在讨论的是免费信道信标。还对图5进行参考。为了恒定地保持更新的最佳选择表，包括在已向无线电装置分配信道的稳态下，每个无线电装置应周期性地离开其主信道并在信道集中的其它信道上进行信标发送。这使得IEEE 802.11类型方案中的所有无线电装置可以在仍接收周围节点的信息的同时继续收听其自己的信道。为了将这些信标与正常信标区别开，每个免费信标可以载送“我的信道”信息。如果此信道不同于接收无线电装置正在收听的信道，则因此可以确定这是来自正常地收听不同信道的网状无线电装置的免费信标。通常，由每个节点20的每个扇区来执行免费信标发送。
网格节点20在其接收到替换信标时登记来自其它节点的替换成本。这优选地是为了评估网络正在最佳条件下操作而执行的连续过程，并且在发生失败的情况下，使得能够进行到替换网格构形(mesh configuration)的转换。
现在讨论的是信道重新选择。可以触发网格构形的变化的事件的非限制性示例包括以下各项。
a)返回路径节点发送其将被中断服务的信标。此事件可以是由于在树的下游(朝向根节点3)的变化而引起的，并且响应动作可以是在进行新选择之前评估新情况达某个时间段(例如，10秒)。
b)另一事件可以是主返回路径的丢失。例如，来自主返回节点的信标被丢失达到某个时间段(例如，3秒)，并且响应动作可以是立即尝试选择新路径。
c)另一事件可以是确定替换路径成本是一定量(例如，50％)的当前所使用路径成本，并且响应动作可以是立即尝试选择替换路径。
d)另一可能事件可以是运营商通过O&M系统6A进行的对强迫重新选择的干预，并且响应可以是立即尝试设置新的路径。
在切换并重新选择信道之前，节点20可以在其主要信道上进行信标发送达到某个时间段(例如，1秒)，并且还可以在信道集中的其它信道中的每一个上发出两个信标，应特别注意的是其将被中断服务。这不需要相邻信道中的后续缓慢信标发送且优选地立即执行。
这些示例性实施例的使用使得能够在信标中发送关联网格节点列表，并促进检测和避免隐藏节点情况。计算路径成本时的关联网格节点列表中的因子分解(factoring)提供避免或减少隐藏节点问题的发生的有利技术。
这些示例性实施例的使用还使得能够将信道分配从第2层路由/交换解藕，并促进基于无线电链路层度量来进行迅速检测和链路变化。因此不需要使用生成树协议来避免环路。
这些示例性实施例的使用还使得能够形成最小网状网以减少无线电干扰并从而增加网络容量，从而还促进第3层路由/第2层交换。
这些示例性实施例的使用还提供免费信标发送以促进遍及多个信道的无线电间路径发现。
基于前述内容，显而易见的是本发明的示例性实施例提供一种提供无线网状网络的增强型操作的方法、装置和计算机程序产品(一个或多个)。
下面提供各种非限制性、示例性实施例的进一步说明。可以结合一个或多个其它方面或示例性实施例来实施一个或多个示例性实施例的各种方面。也就是说，可以以任何组合(即，适当、实用和/或可行的任何组合)来实现、实施或利用本发明的示例性实施例，诸如下述那些，并且其不仅限于本文所述和/或在随附权利要求中包括的那些组合。
图6是举例说明依照本发明的示例性实施例的示例性方法的操作、和计算机程序指令的执行结果的逻辑流程图。在框6A处，存在在网关网格节点处接收指示被允许被网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表的步骤。在框6B处，存在扫描信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序创建信道列表的步骤。在框6C处，存在从信道列表向包括网关网格节点的多个无线电装置分配信道的步骤。
在框6D处，存在在主信道上从多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输的步骤，每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与无线电装置相关联的网格节点集。
在前一段的方法和计算机程序的执行中，路径成本被网关网格节点设置为零。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，还包括在发送的信标中广告关联路径成本的后续网格节点。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，后续网格节点操作多个无线电装置以接收信标并收集信息，并且还包括估计用于所述多个无线电装置中的每一个的虚拟链路成本。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，使用路径成本、信标信号强度、信标信噪比和用于特定信标的关联网格节点的数目中的一个或多个来估计虚拟链路成本。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，通过添加附加链路成本来计算路径成本，其中，如果接收到的信标指示发送网格节点具有至少一个关联网格节点，则估计所述附加链路成本以便补偿至少一个关联网格节点的存在。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，使用下式来估计附加链路成本：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，还包括基于附加链路成本估计来选择用于尝试关联到相应网格节点的最低路径成本，包括无线电信道向第一无线电装置的分配。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，还包括向其它无线电装置分配信道，以便使网格节点的无线电装置之间的干扰最小化。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，如果确定从其接收到信标的特定网格节点与隐藏节点相关联，则还包括以处罚该特定网格节点、以便降低与该特定网格节点相关联的可能性的方式来估计链路成本。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，还包括在除主信道之外的信道上周期性地发送信标。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，周期性地发送的信标包括用于使得接收网格节点能将其与在主信道上发送的信标区别开的信息。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，接收周期性地发送的信标的网格节点将其用来确定关联路径成本。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，响应于触发网格构形变化的事件的发生，将所述无线电装置中的至少一个重新选择到所述信道集中的另一信道。
图7是举例说明进一步依照本发明的示例性实施例的另一示例性方法的操作、和计算机程序指令的执行结果的逻辑流程图。在框7A处，存在从网格节点的无线电装置接收信标的步骤，该信标包括信息，该信息描述：表示从网格节点的无线电装置回到中心点的链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与发送信标帧的无线电装置相关联的网格节点集。在框7B处，存在使用所述信息中的至少某些来估计与无线电装置相关联的链路成本的步骤。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，使用路径成本、信标信号强度、信标信噪比和关联网格节点中的一个或多个来估计所述链路成本。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，通过添加附加链路成本来计算路径成本，其中，如果接收到的信标指示发送网格节点具有至少一个关联网格节点，则估计所述附加链路成本以便补偿至少一个关联网格节点的存在。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，使用下式来估计附加链路成本：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，还包括基于附加链路成本估计来选择具有用于尝试关联到相应网格节点的最低成本的路径。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，如果确定从其接收到信标的特定网格节点与隐藏节点相关联，则还包括以处罚该网格节点、以便降低与该特定网格节点相关联的可能性的方式来估计链路成本。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，还包括在主要无线电信道上周期性地发送信标，并在至少一个非主要信道上周期性地发送免费信标。
在前面段落的方法和计算机程序的执行中，其中，响应于触发网格构形变化的事件的发生，将至少一个无线电装置重新选择到所述信道集中的另一信道。
在另一示例性实施例中，一种机器可读的程序存储设备，其有形地包含可由机器执行以便执行操作的指令程序，所述操作包括上述示例性方法中的一个或多个的步骤。
可以将图6和7所示的各种框视为方法步骤、和/或由计算机程序代码的操作而引起的操作、和/或被构造成执行相关功能(一个或多个)的多个耦合逻辑电路元件。还可以将图6和7所描绘的框视为对应于由一个或多个组件、装置、处理器、计算机程序、电路、集成电路、专用集成电路(ASIC)、芯片和/或功能块执行的一个或多个功能和/或操作。可以以使得能够进行依照本发明的示例性实施例的操作的任何实用布置或解决方案来实现任何和/或全部的上述各项。
此外，应仅仅将图6和7所示的框的布置视为示例性且非限制性的。应认识到图6和7所描绘的框可以对应于可以按照任何顺序(例如，任何实用、适当和/或可行顺序)和/或同时地(例如，实用、适当和/或可行地)执行以便实现本发明的示例性实施例中的一个或多个的一个或多个功能和/或操作。另外，可以与图6和7所举例说明的那些相结合地利用一个或多个附加步骤、功能和/或操作，以便实现本发明的一个或多个其它示例性实施例，诸如在本文中更详细地描述的那些。
也就是说，可以以任何组合(例如实用、适当和/或可行的任何组合)结合一个或多个其它方面来实现、实施或利用图6和7所示的本发明的非限制性、示例性实施例，并且其不仅限于图6和7所举例说明的框、步骤、功能和/或操作。
可以将上文所述和特别地相对于示例性方法描述的本发明的示例性实施例实现为包括在有形计算机可读介质上包含的程序指令的计算机程序产品。程序指令的执行导致操作，该操作包括利用示例性实施例或方法步骤的步骤。
可以与可被机器(例如，计算机、移动站、移动设备、移动节点)读取的程序存储设备(例如，计算机可读介质、存储器)相结合地实现如上文所讨论和特别地相对于示例性方法所述的本发明的示例性实施例，所述程序存储设备有形地包含可被机器执行以便执行操作的指令程序(例如，程序、计算机程序)。所述操作包括利用方法的示例性实施例或步骤的步骤。
一般而言，可以在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合中实现各种示例性实施例。例如，可以在硬件中实现某些方面，同时可以在可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行的固件或软件中实现其它方面，虽然本发明不限于此。虽然可以将本发明的示例性实施例的各种方面示为并描述为框图、流程图、或使用某些其它图示，但应理解的是可以在作为非限制性示例的硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或其某些组合中实现本文所述的这些块、装置、系统、技术或方法。
同样地，应认识到可以在诸如集成电路芯片和模块的各种组件中实施本发明的示例性实施例的至少某些方面。因此应认识到可以在被体现为集成电路的装置中实现本发明的示例性实施例，其中，所述集成电路可以包括用于包含可配置为依照本发明的示例性实施例进行操作的数据处理器、数字信号处理器、基带电路和射频电路中的至少一个或多个的电路(以及可能的固件)。
在结合附图阅读时，鉴于前述说明，本领域的技术人员可以清楚本发明的前述示例性实施例的各种修改和变更。然而，任何和所有修改仍将在本发明的非限制性和示例性实施例的范围内。
例如，虽然上文已在IEEE 802.11类型网状网络的背景下描述了示例性实施例，但应认识到本发明的示例性实施例不限于仅用于这一种特定类型的无线通信系统，并且其可以有利地在其它无线通信系统中使用。
应注意的是术语“连接”、“耦合”或其任何变体意指两个或更多元件之间的直接或间接的任何连接或耦合，并且可以包括被“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间的一个或多个中间元件的存在。元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的、或其组合。如本文所采用的，可以将两个元件视为通过使用一个或多个导线、电缆和/或印刷电接线、以及通过使用电磁能被“连接”或“耦合”在一起，作为多个非限制性和非穷举性示例，所述电磁能诸如具有在射频区、微波区和光学(可见和不可见两者)区中的波长的电磁能。
此外，在没有其它特征的相应使用的情况下，可以有利地使用本发明的各种非限制性和示例性实施例的某些特征。同样地，应将前述说明视为仅仅说明本发明的原理、教导和示例性实施例，而不是对其进行限制。
Claims (55)
1.一种方法，包括：
在网关网格节点处接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表；
扫描所述信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序创建信道列表；
从该信道列表向包括所述网关网格节点的多个无线电装置分配信道；以及
在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输，每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
2.权利要求1的方法，其中，所述路径成本被所述网关网格节点设置为零。
3.权利要求1或2的方法，还包括后续网格节点在所述信标中广告关联路径成本。
4.权利要求1～3中的任一项的方法，其中，后续网格节点操作多个无线电装置以接收信标并收集信息，并且还包括估计用于所述多个无线电装置中的每一个的虚拟链路成本。
5.权利要求4的方法，其中，使用路径成本、信标信号强度、信标信噪比和用于特定信标的关联网格节点的数目中的一个或多个来估计虚拟链路成本。
6.权利要求4的方法，其中，通过添加附加链路成本来计算路径成本，其中，如果接收到的信标指示发送网格节点具有至少一个关联网格节点，则估计所述附加链路成本以便补偿至少一个关联网格节点的存在。
7.权利要求6的方法，其中，使用下式来估计附加链路成本：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
8.权利要求6的方法，还包括基于附加链路成本估计来选择用于尝试关联到相应网格节点的最低路径成本，包括无线电信道向第一无线电装置的分配。
9.权利要求8的方法，还包括向其它无线电装置分配信道以便使所述网格节点之间的干扰最小化。
10.权利要求6的方法，其中，如果确定从其接收到信标的特定网格节点与隐藏节点相关联，则还包括以处罚特定网格节点、以便降低与特定网格节点相关联的可能性的方式来估计链路成本。
11.权利要求1～4中的任一项的方法，还包括在除主信道之外的信道上周期性地发送信标。
12.权利要求11的方法，其中，周期性地发送的信标包括用于使得接收网格节点能将其与在主信道上发送的信标区别开的信息。
13.权利要求11的方法，其中，接收到周期性地发送的信标的网格节点将其用来确定关联路径成本。
14.权利要求1～4中的任一项的方法，其中，响应于触发网格构形变化的事件的发生，将所述无线电装置中的至少一个重新选择到所述信道集中的另一信道。
15.一种存储程序指令的存储介质，数据处理器进行的所述程序指令的执行导致包括以下各项的操作：
在网关网格节点处接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表；
扫描所述信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序创建信道列表；
从该信道列表向包括所述网关网格节点的多个无线电装置分配信道；以及
在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输，每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
16.权利要求15的存储介质，其中，所述路径成本被所述网关网格节点设置为零。
17.权利要求15或16的存储介质，还包括后续网格节点在所述信标中广告关联路径成本。
18.权利要求15～17中的任一项的存储介质，其中，后续网格节点操作多个无线电装置以接收信标并收集信息，并且还包括估计用于所述多个无线电装置中的每一个的虚拟链路成本。
19.权利要求18的存储介质，其中，使用路径成本、信标信号强度、信标信噪比和用于特定信标的关联网格节点的数目中的一个或多个来估计虚拟链路成本。
20.权利要求18的存储介质，其中，通过添加附加链路成本来计算路径成本，其中，如果接收到的信标指示发送网格节点具有至少一个关联网格节点，则估计所述附加链路成本以便补偿至少一个关联网格节点的存在。
21.权利要求20的存储介质，其中，使用下式来估计附加链路成本：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
22.权利要求20的存储介质，还包括基于附加链路成本估计来选择用于尝试关联到相应网格节点的最低路径成本，包括无线电信道向第一无线电装置的分配。
23.权利要求22的存储介质，还包括向其它无线电装置分配信道以便使所述网格节点之间的干扰最小化。
24.权利要求20的存储介质，其中，如果确定从其接收到信标的特定网格节点与隐藏节点相关联，则还包括以处罚特定网格节点、以便降低与特定网格节点相关联的可能性的方式来估计链路成本。
25.权利要求15～17中的任一项的存储介质，还包括在除主信道之外的信道上周期性地发送信标。
26.权利要求25的存储介质，其中，周期性地发送的信标包括用于使得接收网格节点能将其与在主信道上发送的信标区别开的信息。
27.权利要求25的存储介质，其中，接收到周期性地发送的信标的网格节点将其用来确定关联路径成本。
28.权利要求15～17中的任一项的存储介质，其中，响应于触发网格构形变化的事件的发生，将所述无线电装置中的至少一个重新选择到所述信道集中的另一信道。
29.一种装置，包括：
控制器，配置有多个无线电装置并用于在所述装置被配置为无线网状网络的网关网格节点时接收指示被允许供所述网关网格节点使用的无线电信道的信道集列表、扫描该信道集列表中的信道并按照存在的干扰的顺序来创建信道列表，并且从该信道列表向所述多个无线电装置分配信道，所述控制器还被配置成在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输，每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与无线电装置相关联的网格节点集。
30.权利要求29的装置，其中，所述路径成本被所述网关网格节点设置为零。
31.权利要求29或30的装置，其中，当所述装置被配置为无线网状网络的非网关网格节点时，所述控制器被配置为在所述信标中广告关联路径成本。
32.权利要求29～31中的任一项的装置，其中，当所述装置被配置为无线网状网络的非网关网格节点时，所述控制器被配置为操作所述多个无线电装置以接收信标并收集信息，并且估计用于所述多个无线电装置中的每一个的虚拟链路成本。
33.权利要求32的装置，其中，所述控制器被配置为使用路径成本、信标信号强度、信标信噪比和用于特定信标的关联网格节点的数目中的一个或多个来估计虚拟链路成本。
34.权利要求32的装置，其中，所述控制器被配置为通过添加附加链路成本来计算路径成本，其中，如果接收到的信标指示发送网格节点具有至少一个关联网格节点，则估计所述附加链路成本以便补偿至少一个关联网格节点的存在。
35.权利要求34的装置，其中，所述控制器被配置为使用下式来估计附加链路成本：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
36.权利要求34的装置，其中，所述控制器还被配置为基于所述附加链路成本估计来选择用于尝试关联到相应网格节点的最低路径成本，包括向第一无线电装置分配无线电信道，并向其它无线电装置分配信道以便使所述网格节点之间的干扰最小化。
37.权利要求32的装置，其中，所述控制器还被配置为响应于确定从其接收到信标的特定网格节点与隐藏节点相关联，以处罚特定网格节点、以便降低与特定网格节点相关联的可能性的方式来估计链路成本。
38.权利要求29～31中的任一项的装置，所述控制器还被配置为在除主信道之外的信道上周期性地发送信标。
39.权利要求38的装置，其中，周期性地发送的信标包括用于使得接收网格节点能将其与在主信道上发送的信标区别开的信息。
40.权利要求29～31中的任一项的装置，其中，当所述装置被配置为无线网状网络的非网关网格节点时，所述控制器还被配置为当被包含在接收到周期性地发送的信标的网格节点中时，将其用来确定关联路径成本。
41.权利要求29～31中的任一项的装置，其中，所述控制器还被配置为对触发网格构形变化的事件的发生进行响应而将所述无线电装置中的至少一个重新选择到所述信道集中的另一信道。
42.一种方法，包括：
从网格节点的无线电装置接收信标，该信标包括信息，该信息描述：表示从网格节点的无线电装置回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与发送信标帧的无线电装置相关联的网格节点集；以及
使用所述信息中的至少一些来估计与所述无线电装置相关联的链路成本。
43.权利要求42的方法其中，使用路径成本、信标信号强度、信标信噪比和关联网格节点中的一个或多个来估计所述链路成本。
44.权利要求43的方法其中，通过添加附加链路成本来计算路径成本，其中，如果接收到的信标指示发送网格节点具有至少一个关联网格节点，则估计所述附加链路成本以便补偿至少一个关联网格节点的存在。
45.权利要求44的方法，其中，使用下式来估计附加链路成本：
所补偿调制速率＝信道评估调制速率/(N+1)，其中，N是已关联网格节点的数目。
46.权利要求44的方法，还包括基于附加链路成本估计来选择具有用于尝试关联到相应网格节点的最低成本的路径。
47.权利要求44的方法，其中，如果确定从其接收到信标的网格节点与隐藏节点相关联，则还包括以处罚该网格节点、以便降低与该网格节点相关联的可能性的方式来估计链路成本。
48.权利要求42的方法，还包括在主要无线电信道上周期性地发送信标，并在至少一个非主要信道上周期性地发送免费信标。
49.权利要求42的方法，其中，响应于触发网格构形变化的事件的发生，将至少一个无线电装置重新选择到所述信道集中的另一信道。
50.一种装置，包括：
用于从网格节点的无线电装置接收信标的器件，该信标包括信息，该信息描述：表示从网格节点的无线电装置回到中心点的链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与发送信标帧的无线电装置相关联的网格节点集；以及
用于使用所述信息中的至少一些来估计与所述无线电装置相关联的链路成本的器件。
51.权利要求50的装置，还包括响应于确定从其接收到信标的网格节点与隐藏节点相关联、用于估计链路成本以便处罚所述网格节点以降低与该网格节点关联的可能性的器件。
52.权利要求50或51的装置，还包括在主要无线电信道上周期性地发送信标，并在至少一个非主要无线电信道上周期性地发送免费信标的器件。
53.权利要求50～52中的任一项的装置，还包括响应于触发网格构形变化的事件的发生、用于将至少一个无线电装置重新选择到被允许在无线网状网络的关联位置处使用的信道集中的另一信道的器件。
54.权利要求50～53中的任一项的装置，其被至少部分地体现为可配置为安装在无线网状网络的无线节点内的集成电路。
55.一种装置，包括：
多个无线电装置；
用于接收指示被允许供所述装置使用的无线电信道的信道集列表的器件，其中，所述装置被配置为无线网状网络的网关网格节点；
用于扫描所述信道集列表中的信道的器件；
用于按照存在的干扰的顺序创建信道列表的器件；
用于从所述信道列表向所述多个无线电装置分配信道的器件；以及
用于在主信道上从所述多个无线电装置中的每一个发起信标帧的传输的器件，每个信标帧包括信息，该信息描述：表示回到中心点的所有链路成本的和的路径成本、发送信标帧的无线电装置所使用的主要无线电信道、仅指示网状网络的关联部分被允许使用的那些信道的信道集、以及与所述无线电装置相关联的网格节点集。
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