CN102474793A - 为多跳网络数据流提供满足通信约束的资源分配的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于识别多跳网络数据路径的系统和方法，该多跳网络数据路径在沿着该数据路径的每个节点上具有足够的可用资源，以助于期望的端到端数据流。实施例用于识别在多跳数据路径的每个节点处满足QoS或其它通信要求的资源约束，并且在网络内传播该资源约束信息以供在识别适于支持期望的端到端数据流的数据路径时使用。根据实施例实现了资源分配算法，该资源分配算法用于对资源进行分配，以实现满足通信要求的端到端数据流。实施例的资源分配算法用于保证对可用资源的高效使用，使得当对于上行链路和下行链路以及同时对于这两个链路而言在每个中间节点处满足资源要求时符合了期望的条件。

Description

为多跳网络数据流提供满足通信约束的资源分配的系统和方法

要求优先权

本专利申请要求享有2009年7月15日提交的名称为“Slot Allocation atNodes for Meeting Quality of Service Constraints in Multihop Ultra WidebandNetworks and Resource Allocation and Scheduling with Quality of Service andFairness Requirements in TDMA Based Multihop Wireless Networks”的美国临时专利申请No.61/225,599的权益，并且该临时专利申请被转让给本申请的受让人，故在此通过引用并入该临时申请的公开内容。

技术领域

本公开一般涉及网络通信，并且更具体地涉及用于网络通信的资源分配。

背景技术

在当今世界，通过各种网络形式提供的信息通信已经变得几乎无处不在。由使用无线和有线链路进行通信的多个节点构成的网络被用于例如携带数据分组，其中这些数据分组可以传递许多类型的数据净荷，比如语音数据、多媒体数据、文字数据、图形数据等。因此，这种网络的节点可以包括计算机、个人数字助理(PDA)、电话、服务器、路由器、交换机、复用器、调制解调器、无线电、接入点、基站等。在网络节点之间建立数据分组流，以提供期望的网络通信，其中，用于任意特定通信会话的端到端数据通信可以利用多跳(即，通过一个或多个中间网络节点来路由)。在任意特定时间点，多个网络节点可能争用网络通信资源以用于提供这种流。

一对网络节点(例如，无线网络节点)之间的传输可能对一个或多个其它网络节点的通信造成干扰(例如，干扰不同的一对网络节点之间的另一传输)，如果这些传输在时间、频率和空间域中重叠的话。所以，只有这些传输在前述域的至少一个域中是分离的，才可能确保这些传输的成功。为了促进网络通信，可以实现许多用于提供资源分配以供共享接入到网络通信链路的技术，例如，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、空间分离/隔离等。例如，在没有采用频域来提供通信正交性的TDMA系统中，为了避免通信争用，可以在提供资源分配时关于不同的传输探测(explore)时间和空间域(例如，为了避免干扰，探测TDMA操作和空间重用选项)。

提供资源分配(例如，在前述TDMA系统实例中对时隙和/或数据路径路由的分配)以助于网络通信通常不像在任意一个网络链路中确定是否有足够的数据容量可用于传送特定节点的数据那样简单。为其提供数据通信的应用(例如，基于WiMedia的超宽带(UWB)网络中的流和/或高清晰度多媒体服务，参见通过引用并入本文的ECMA-368，“High Rate UltraWideband PHY and MAC Standard”，第二版，2007年12月)可能是带宽敏感的和延迟敏感的，从而具有严格的服务质量(QoS)要求。因此，需要在沿着数据路径的每个节点上具有足够可用资源的数据路径，以便支持通过网络的多跳的数据流的QoS要求，从而保证端到端数据路径上的QoS。

先前的方案已经提出了集中式实现的TDMA调度方案，其不适用于分布式媒体接入控制(MAC)协议，例如，基于WiMedia的UWB网络的那些协议。一些这种先前的解决方案是支持QoS的路由协议的变体，而其它的这种先前的解决方案已经使用了整数线性编程，以试图解决支持期望的流的问题。

发明内容

本公开涉及识别多跳网络数据路径的系统和方法，该多跳网络数据路径在沿着该数据路径的每个节点上具有足够的可用资源，以助于期望的端到端通信(端到端数据流)。实施例用于识别在多跳数据路径的每个节点处满足QoS或其它通信要求的资源约束。因此，本公开的实施例确定在端到端数据路径的每个节点处的资源可用性是否能够满足端到端数据流的通信要求。例如，在TDMA系统配置中，通信要求(例如QoS要求)可以规定最小吞吐量度量，从而导致对特定多跳数据路径中使用的每个节点施加了时隙(资源)约束。根据本公开的实施例的操作识别多跳数据路径，该多跳数据路径在沿着该数据路径的每个节点处具有足够的可用时隙，以适应端到端数据流。

本公开的实施例以分布式方式进行操作，以确定在端到端数据路径的每个节点处的资源可用性是否能够满足端到端数据流的通信要求。因此，实施例在网络内传播资源约束信息，例如QoS信息，以供在识别适于支持期望的端到端数据流的数据路径时使用。这样的实施例适于用于分布式MAC协议，例如，基于WiMedia的UWB网络的那些协议。

多跳数据通信链路包括一个或多个中间网络节点，其利用相应的上行(upstream)和下行(downstream)链路来完成端到端数据路径。在一些情况中，对于每个中间节点处的上行链路或下行链路，或者同时对于上行链路和下行链路，可能不能满足资源要求。根据本公开的实施例，这种场景提供了被识别为不支持期望的端到端数据流的数据路径。在其它情况中，尽管在每个中间节点处的上行和下行链路之间的任意资源分配可能不满足上行和下行链路的QoS或其它通信要求，但是在每个中间节点处，对于上行和下行链路并且同时对于这两个链路满足资源要求。因此，本公开的实施例包括资源分配算法，其用于分配资源以实现满足通信要求的端到端数据流。实施例的资源分配算法用于保证对可用资源的高效使用，使得当在每个中间节点处对于上行和下行链路并且同时对于这两个链路满足资源要求时符合期望的条件。

例如，在TDMA系统配置中确定端到端数据路径的所有中间节点对于期望的端到端数据流而言具有足够的资源可用性，并且从而可以将该数据路径识别为支持期望的端到端流。然而，在与这些中间节点相关联的上行和下行链路中对时隙的任意分配可能造成不满足通信要求。因此，本公开的实施例的时隙分配算法可以用来分配时隙，以实现满足通信要求的端到端数据流。

与支持通信要求的路由协议(例如，支持QoS的路由协议)结合或部分地结合来利用本公开的实施例。因此，本公开的实施例可以用来确定最佳可用端到端数据路径，其中，多个数据路径满足资源约束或其它通信要求。

上文概述而非详细阐述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解后面对本公开的具体描述。此后，将描述本公开的附加特征和优点，其构成了权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地基于所公开的概念和具体实施例来修改或设计其它结构，以用于实现与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这种等同的结构没有偏离如在所附权利要求中阐述的公开内容的精神和范围。结合附图，从下面的描述中可以更好地理解被认为是本公开的特点的新颖性特征，包括操作的组织和方法，以及更多的目标和优点。然而，可以清楚地理解，提供每个附图仅仅是为了说明和描述的目的，而非旨在对本公开进行限定。

附图说明

为了更全面地理解本公开，现在将结合附图来参考下面的描述，其中：

图1示出了适用于根据本公开的实施例进行操作的网络的示意图；

图2示出了用于根据本公开的实施例识别多跳网络数据路径的操作的高级流程图，其中该多跳网络数据路径在沿着该数据路径的每个节点处具有足够的可用资源，以助于期望的端到端数据流；

图3示出了TDMA系统配置的带宽要求、PHY速率、以及数据流帧和时隙持续时间之间的关系；

图4示出了用于I-ACK通信技术的数据分组结构；

图5示出了用于B-ACK通信技术的数据分组结构；

图6示出了根据本公开的实施例的资源分配的流程图；以及

图7示出了根据本公开的实施例的基于处理器的系统。

具体实施例

为了帮助理解本公开的概念，下面参照基于WiMedia的UWB网络配置、WiMedia MAC和/或TDMA系统配置来描述实施例。然而，应当理解，本文的概念适用于各种网络配置、协议和资源分配技术。例如，可以针对任何分布式TDMA MAC来提供本公开的实施例。

图1示出了适于根据本公开的实施例进行操作的网络100的简要示意图。网络100可以包括各种网络配置，例如，个域网(PAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、内部网、外部网、互联网、无线网络、有线网络等。所示实施例的网络100包括由经由链路L1-L5进行通信的网络节点N0-N5构成的网络部分101。网络节点N0-N5可以具有相同或不同的节点配置，例如，可以包括计算机、个人数字助理(PDA)、电话、服务器、路由器、网关、交换机、复用器、调制解调器、无线电、接入点、基站等中的各种设备。网络链路L1-L5可以利用各种介质，例如，铜线、光纤线、空中接口(例如，射频、红外线等)和/或其它介质。因此，链路L1-L5可以包括有线链路、无线链路及其组合。

假设网络节点N0正在与网络节点N5进行数据通信，则链路L1-L5提供了端到端数据路径。因此，得到的端到端数据流是多跳数据流。网络节点N1-N4构成前述多跳数据流中的中间网络节点。

尽管示出提供了端到端数据路径的特定链路，但是应当理解，可以在所给出的网络中提供其它链路和/或端到端数据路径。例如，网络100的各个附加链路(未示出)可以在所述网络节点中的某些节点之间是可用的，例如，在网络节点N0和N2之间，N1和N3之间，N3和N5之间等。此外，在网络100中可以存在各个附加网络节点(未示出)，其可以用来提供附加链路(同样未示出)。然而，在图1中，针对网络节点N0和N5示出了单个端到端数据路径，以便简化对本文的概念的讨论。

图2示出了用于根据实施例识别多跳网络数据路径的操作的高级流程图，其中该多跳网络数据路径在沿着该数据路径的每个节点处具有足够的可用资源，以助于期望的端到端数据流。在所示实施例的方框201处，在网络内传播资源约束信息，以供在识别适于支持期望的端到端数据流的数据路径时使用。例如，可以通过支持QoS的路由协议将QoS信息传播到网络中的各个网络节点(例如，网络节点N0-N5)。传播到网络节点的QoS信息可以包括但不局限于要求的应用吞吐量、延迟限度、抖动、可容忍的残余分组丢失率等。根据本公开的实施例对这种资源约束信息的传播有助于以分布式方式进行的、用来确定在端到端数据路径的每个节点处的资源可用性是否能够满足端到端数据流的通信要求的操作。

在所示实施例的方框202处，确定在端到端数据路径的每个节点处的资源可用性是否能够满足端到端数据流的通信要求。可以将一组或多组网络节点以及其相应的链路识别为在期望的端到端数据流的源和目的地之间提供端到端数据路径。可以针对期望的端到端数据流的资源约束信息，来分析在这样的一组网络节点中的每个节点处的资源可用性，以确定在该特定端到端数据路径的每个节点处的资源可用性是否能够满足期望的端到端数据流的通信要求。例如，在TDMA系统配置中，通信要求(例如，QoS要求)可以规定最小吞吐量度量，从而导致针对在特定多跳数据路径中使用的每个节点施加时隙(资源)约束。实施例分析这种信息以识别满足在多跳数据路径的每个节点处的QoS或其它通信要求的资源约束。例如，本公开的实施例用来选择特定的多跳数据路径，该多跳数据路径在沿着该数据路径的每个节点处具有足够的可用时隙以适应端到端数据流。

根据实施例重复进行对在一组网络节点中的每个节点处的资源可用性的前述分析，以确定在源和目的地之间提供端到端数据路径的每组网络节点(或至少多组网络节点)中的每个节点处的资源可用性是否能够满足期望的端到端数据流的通信要求。因此，根据本公开的实施例的方框202的操作可以确定多个端到端路径满足端到端数据流通信要求。

在端到端数据路径的中间节点处，源和目的地之间的数据流利用对应的上行和下行链路。因此，有可能在每个中间节点处对于上行链路或下行链路或者同时对于上行链路和下行链路而言不满足期望的端到端数据流的资源要求。这种场景提供了一个数据路径，其中，根据本公开的实施例的方框202处的操作确定该数据路径不支持期望的端到端数据流。在对于上行和下行链路以及同时对于这两个链路而言在每个中间节点处满足期望的端到端数据流的资源要求的情况下，在本公开的实施例的方框202处的操作确定该数据路径将支持期望的端到端数据流。

在所示实施例的方框203处，选择能够满足端到端数据流的通信要求的端到端数据路径，并且针对该端到端数据路径的网络节点及其相关链路来分配资源。当在方框202处确定多个端到端数据路径(例如，不同网络节点组)包括在每个节点处能够满足端到端数据流的通信要求的资源可用性时，在方框203处的操作可以针对这些端到端数据路径分析可能的资源分配，以用于选择最佳端到端数据路径，以供在提供期望的端到端数据流时使用。例如，可以分析针对端到端数据流的可能的资源分配，以确定端到端数据路径和资源分配组合，其中，该组合使得用于端到端数据流的资源(例如，时隙)总数最小化，使得在该端到端数据路径中的基本上所有节点处剩余最大数目的资源(例如，时隙)(例如，以便增加允许新的流加入网络同时满足QoS要求的机会)，等等。在选择特定端到端数据路径时可以利用其它的或替换的分析，例如，端到端数据路径的网络节点中的可用功率(例如，以便在不存在其它因素(factor)的情况下保证较长时间的路由可用性)。

本公开的实施例可以用于针对期望的端到端数据流选择多个端到端数据路径以供使用。例如，本公开的实施例可以选择能够满足期望的端到端数据流的通信要求的两个或更多端到端数据路径，而不是选择单个“最佳”端到端数据路径，例如，以便提供健壮的路由，例如，用于容忍通信错误。

在每个中间节点处在上行链路和下行链路之间的任意资源分配可能不满足这些链路的QoS或其它通信要求。因此，根据本公开的实施例在方框203处的操作例如通过使用资源分配算法来对资源进行分配，以实现满足通信要求的端到端数据流。

例如，在TDMA系统配置中，确定端到端数据路径的所有中间节点对于期望的端到端数据流而言具有足够的资源可用性，因此可以将该数据路径识别为支持期望的端到端数据流。然而，在上行和下行链路中对时隙的任意分配可能导致不满足通信要求。因此，本公开的实施例的时隙分配算法可以用来对时隙进行分配，以实现满足通信要求的端到端数据流。

从上文可以看出，在实施例的方框203处的操作保证了对可用资源的高效使用，使得当对于上行链路和下行链路以及同时对于这两个链路而言在每个中间节点处满足资源要求时符合期望的条件。因此，本公开的实施例结合或部分地结合支持通信要求的路由协议(例如，支持QoS的路由协议)来使用。

应当理解，对图2的前述讨论在高层次上描述了根据本公开的实施例的操作。下面提供了关于提供根据本公开的原理的操作的更多细节。

在根据本发明的实施例提供用于确定在端到端数据路径的每个节点处的资源可用性是否能够满足端到端数据流的通信要求的操作中，令N为从源到目的地的端到端数据路径中的节点数目(例如，在图1中示出的端到端数据路径中，N＝6)，并且令n(L)为端到端数据路径中的链路数目(例如，在图1中示出的端到端数据路径中，n(L)＝5)。因此，

n(L)＝N-1        (1)

令L_ij为节点N_i和N_j之间的链路，R_app为要求的(每链路的)带宽，R_ij为针对链路L_ij能够支持的物理层(PHY)速率，以及p_ij为链路L_ij的对应的物理层分组错误率(PER)。

图3以图形方式示出了例如可以针对WiMedia UWB网络利用的TDMA系统配置的带宽要求(R_app)、PHY速率(R_ij)以及数据流帧和时隙持续时间之间的关系。在图3中，T_SF是WiMedia超帧持续时间，T_d是保留的总持续时间并因此取决于媒体接入时隙(MAS)的数目。

根据前述内容，

R_app×T_SF＝R_ij×T_d×(1-p_ij)×η    (2)

其中，η是链路L_ij的MAC的效率(即，净荷传输的时间比例)。求解T_d得出

$T_d=\frac{R_{\mathrm{app}}\×T_{\mathrm{SF}}}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})\×\mathrm{\η}}---\left(3\right)$

因此，链路L_ij需要的MAS数目由下式给出

$N_{\mathrm{MAS},\mathrm{ij}}=\frac{T_d}{T_{\mathrm{MAS}}}=\frac{R_{\mathrm{app}}\×T_{\mathrm{SF}}}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})\×\mathrm{\η}\×T_{\mathrm{MAS}}}=\frac{{256R}_{\mathrm{app}}}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})\×\mathrm{\η}}---\left(4\right)$

在上文中假设T_SF＝256T_MAS。应当理解，等式(4)提供了一个公式，该公式给出了端到端数据路径的每个中间网络节点为支持期望的端到端数据流的跳跃所需要的时隙数目。

为了估计MAC效率η，下面考虑了两个实例。第一个实例考虑了与运用即时确认(I-ACK)通信技术的流相关联的MAC效率，第二个实例考虑了与运用块确认(B-ACK)通信技术的流相关联的MAC效率，例如，该B-ACK通信技术可以实现在WiMedia UWB网络中。

图4示出了用于I-ACK确认策略的数据事务序列。图4的数据分组结构包括第一物理层汇聚协议(PLCP)前导、第一PLCP报头、净荷帧、短帧间间距(SIFS)、第二(ACK)PLCP前导、第二(ACK)PLCP报头以及第二(ACK)SIFS。在PLCP前导的持续时间为9.375us、PLCP报头的持续时间为3.75us并且SIFS的持续时间为10us的情况下(如对于WiMediaUWB网络配置的情况)，图4的数据分组结构的总开销为46.25us。因此，假设4096个八位字节的物理层服务数据单元(PSDU)传输为480Mbps，则传输持续时间为69.375us，并且MAC效率η为0.6。假设512个八位字节的PSDU传输为53.3Mbps，则传输持续时间为76.875us，并且MAC效率η为0.624。

现在参考图5，示出了用于B-ACK确认策略的数据事务序列。图5的数据分组结构包括第一PLCP前导、第一PLCP报头、净荷帧、多个最小帧间间距(MIFS)、多个突发前导、多个PLCP报头、多个净荷帧、SIFS、第二(B-ACK)PLCP前导、第二(B-ACK)PLCP报头、第二(B-ACK)SIFS以及B-ACK主体。例如，假设使用具有突发前导和8个突发的突发模式。第一PLCP前导、PLCP报头和净荷帧后面是7个突发，其中每个突发包括MIFS、突发前导、PLCP报头、净荷帧、SIFS、ACK PLCP前导、ACK PLCP报头和ACK SIFS。在第一PLCP前导的持续时间为9.375us、第2至第8个PLCP前导的持续时间各自为5.625us、八个PLCP报头的持续时间各自为3.75us、MIFS的持续时间各自为1.875us、SIFS的持续时间为10us、并且B-ACK的持续时间为1.875us的情况下(如对于WiMedia UWB网络配置的情况)，图4的数据分组结构的总开销为126.875us。因此，假设4096个八位字节的PSDU传输为480Mbps，则传输持续时间为555us，并且MAC效率η为0.814。

根据上文可以看出，对于大多数情况，

0.6≤η≤0.85            (5)

采用对平均MAC效率的保守估计η＝0.7，并且使用该平均MAC效率值求解等式(4)，得出

$N_{\mathrm{MAS},\mathrm{ij}}=\frac{{256R}_{\mathrm{app}}}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})\×\mathrm{\η}}~\frac{365R_{\mathrm{app}}}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})}---\left(6\right)$

假设

N_MAS，ij＜256            (7)

则

R_app＜R_ij×(1-p_ij)×η＝0.7R_ij×(1-p_ij)    (8)

如果在源和目的地之间提供端到端数据路径的每组网络节点中的每个节点处的资源可用性能够满足期望的端到端数据流的通信要求，则对于端到端路径的每一跳，应当满足等式(6)和(8)。

令x_i，k表示节点i的第k个MAS的可用性。因此，

如果对于节点i第k个MAS可用，则x_i，k＝1；并且

如果对于节点i第k个MAS不可用，则x_i，k＝0  (9)

类似地，令x_j，k表示节点j的第k个MAS的可用性。

令S_ij，k表示节点i和j之间的链路L_ij的第k个MAS的可用性。因此，

如果x_i，k＝1且x_j，k＝1，则S_ij，k＝1；否则

S_ij，k＝0        (10)

假设

表示在节点i和j这两处对于链路L_ij而言可用的MAS的数目。因此，

$S_{\mathrm{ij}}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{ij},k}\≥N_{\mathrm{MAS},\mathrm{ij}}---\left(11\right)$

除源和目的地网络节点外，端到端数据路径中的所有网络节点应当支持两个同时发生的保留。具体地，这些网络节点应当同时作为保留目标而支持一个保留，并作为保留占有者而支持另一个保留。因此，考虑两个链路，节点i和j之间的L_ij，以及节点j和h之间的L_jh，

$S_{\mathrm{jh}}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{jh},k}\≥N_{\mathrm{MAS},\mathrm{jh}}---\left(12\right)$

在中间节点j处可用MAS的总数应当满足下式

n(S_ij∪S_jh)≥N_MAS，ij+N_MAS，jh    (13)

针对第一保留考虑的MAS对于第二保留而言是不可用的。因此，在每个链路处的MAS不会相互干扰。

等式(11)、(12)和(13)给出了如果要支持期望的端到端数据流则对于端到端数据流中的每个中间网络节点而言应当满足的一组资源约束。因此，除了满足上面的等式(6)和(8)之外，在中间节点j处还应当满足各个等式(11)，(12)和(13)，以支持两个保留，从而支持期望的端到端数据流。如果仅满足等式(11)和(12)中的一个，则意味着只能支持一个保留而不支持另一个。如果满足了等式(11)和(12)但不满足等式(13)，则能够以独立的方式支持两个保留，但不支持两个同时发生的保留，因此不能支持期望的端到端数据流。如果节点i和/或h也是中间节点，则同样在这些节点处进行相同的可行性检查。

在根据实施例的操作中，网络节点在2跳近邻中发送其看来对于其自身可用的MAS列表。例如，在根据ECMA-368规范的操作中，网络节点可以使用分布式保留协议(DRP)可用性信息单元(IE)，以通过在信标帧中的DRP可用性IE中发送可用MAS列表，来指示其对于MAS的当前利用情况的观察。使用这种信息，端到端数据路径中的网络节点能够评估是否满足资源约束(例如，如在等式(11)，(12)和(13)中给出的约束)。

即使当单独满足所有这三个等式(11)，(12)和(13)时，在L_ij和L_jh上的两个保留之间对时隙的任意分配也可能不满足对两个保留的要求。根据本公开的实施例采用图6中示出的资源分配方法，以保证在L_ij和L_jh上的两个保留之间对时隙的分配满足两个保留的要求。

在图6中所示的实施例的方框601处，选择端到端数据路径的中间网络节点以用于资源分配，其中，该中间网络节点被识别为具有足够的资源可用性以支持期望的端到端数据流。在方框602处，将集合S_ij-S_ij∩S_jh中的时隙分配用于所选择的网络节点的链路L_ij。如果在方框603处确定在方框602中分配的时隙满足对链路L_ij的通信要求，则完成了针对链路L_ij的分配，并且根据所示实施例的处理进行到方框605。然而，如果在方框603处确定在方框602中分配的时隙不满足对链路L_ij的通信要求，则处理进行到方框604，以针对链路L_ij进行附加的时隙分配。在方框604处，从集合S_ij∩S_jh中分配用于链路L_ij的剩余时隙。

在方框605处，将集合S_jh-S_ij∩S_jh中的时隙分配用于所选择的网络节点的链路L_jh。如果在方框606处确定在方框605中分配的时隙满足对链路L_jh的通信要求，则完成了针对链路L_jh的分配，并且根据所示实施例的处理进行到方框608。然而，如果在方框606处确定在方框605中分配的时隙不满足对链路L_jh的通信要求，则处理进行到方框607，以针对链路L_jh进行附加的时隙分配。在方框607处，从集合S_ij∩S_jh中分配用于链路L_jh的剩余时隙。

在方框608处，关于在端到端数据路径中是否存在附加中间网络节点以供进行资源分配来做出确定。如果有附加中间网络节点，则根据所示实施例的处理返回到方框601以用于对另一中间网络节点的选择。如果没有附加中间网络节点，则根据所示实施例的处理进行到方框609，其中，结束对端到端数据路径的资源分配。

为了进一步说明根据前文的操作，令N_MAS，ij＝10，N_MAS，jh＝8，n(S_ij)＝12，n(S_jh)＝8，以及n(S_ij∩S_jh)＝2。因此，n(S_ij∪S_jh)＝12+8-2＝18。满足等式(11)，(12)和(13)中的每个等式。然而，如果分配了用于链路L_ij的10个时隙，使得一个或两个时隙来自S_ij∩S_jh，则不能满足对链路L_jh的时隙要求。在图6中示出的时隙分配方法增加了实现期望的端到端数据流的目标的可能性，和/或在多个端到端数据路径可以在每个节点处提供资源可用性以满足期望的端到端数据流的通信要求的情况下，该时隙分配方法可以用于选择特定端到端数据路径，以供在提供期望的端到端数据流时使用。

此外或可替换地，本公开的实施例用于选择具有满足通信要求的资源分配的多个端到端数据路径中的特定端到端数据路径，其中该特定端到端数据路径将在该端到端数据路径的所有链路上采用最小的MAS总数，因为使MAS总数最小化相当于使空中时间最小化。所有链路上的MAS总数N_Total由下式给出

$N_{\mathrm{Total}}=\underset{L_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\frac{2\×256R_{\mathrm{app}}}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})\×\mathrm{\η}}---\left(14\right)$

假设所有链路上的MAC效率相同，下面的等式应当是最小化的，

$\underset{L_{\mathrm{Ij}}}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{R_{\mathrm{ij}}\×(1-p_{\mathrm{ij}})}=\underset{L_{\mathrm{if}}}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{{R^{\′}}_{\mathrm{ij}}}---\left(15\right)$

其中，R′_ij＝R_ij×(1-p_ij)，以便从满足期望的端到端数据流的通信要求的多个端到端数据路径中选择最佳端到端数据路径。

根据应用，本文描述的方法可以由各种部件来实现。例如，这些方法可以实现在硬件、固件、软件、或其任意组合中。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个下列电子单元中：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子设备、设计用来执行本文描述的功能的其它电子单元或其组合。

对于固件和/或软件实现，这些方法可以利用执行本文描述的功能的模块(例如，程序、函数等)来实现。有形地包含指令的任何机器可读介质可以用于实现本文描述的方法。例如，软件代码可以存储在存储器中并且由处理器单元来执行。存储器可以实现在处理器单元内部或处理器单元外部。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其它存储器，而不局限于任何特定类型的存储器或存储器数目、或用于在其上贮存存储器的介质的类型。

如果实现在固件和/或软件中，这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上。例子包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能够由计算机存取的任何可用介质。举例而言而非限制性的，这种计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、压缩盘只读存储器(CD-ROM)或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备、或能够用来存储期望的指令形式的程序代码或数据结构并且能够由计算机存取的任何其它介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘利用激光光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

除了在计算机可读介质上的存储之外，指令和/或数据可以作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可以包括具有信号的收发机，其中，这些信号表示指令和数据。这些指令和数据用于使一个或多个处理器实现在权利要求中概括的功能。

图7示出了根据本公开的基于处理器的系统700，以便基于前述代码段的控制来提供如本文所描述的操作。基于处理器的系统700可以包括网络节点，例如图1中的网络节点N0-N5中的任意节点，或者耦合到一个或多个网络节点的系统。处理器701耦合到系统总线702。处理器701可以包括通用中央处理单元(CPU)，如可从英特尔公司获得的奔腾处理器，或者专用处理器，如专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)等。然而，只要处理器701支持本文描述的创造性操作，本公开不受限于处理器701的体系结构。总线702耦合到存储器703，存储器703可以包括任何适当的计算机可读介质，例如RAM、ROM、闪存存储器、光学存储器、磁性存储器等。存储器703存储用户数据、系统数据、资源约束信息、程序代码等，以助于进行本文所描述的操作。总线702还耦合到输入/输出(I/O)接口704和网络接口705。I/O接口704提供对各个外设、部件、设备等的接口连接，例如，这些外设、部件、设备等可以包括键盘、小键盘、指针设备、显示设备等。因此，I/O接口704可以包括多个独立的接口、接口协议等。网络接口705为一个或多个网络链路提供了接口连接，例如，这些网络链路可以包括一个或多个有线链路、无线链路、光纤链路等。因此，网络接口705可以包括根据一个或多个网络协议操作的单个网络接口或多个网络接口。

尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应当理解，在不偏离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的基础上，可以对本发明进行各种改变、替代和变更。此外，本申请的范围不旨在局限于说明书中描述的处理、机器、制品、物质组合、装置、方法和步骤的具体实施例。本领域技术人员根据本发明的公开内容将会容易理解，可以根据本发明利用与本文描述的相应实施例相比执行基本相同的功能或实现基本相同的结果的现有或将来开发出的处理、机器、制品、物质组合、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些处理、机器、制品、物质组合、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (26)

1.一种在分布式多跳时分多址(TDMA)网络中选择端到端数据路径的方法，所述端到端数据路径是从在每个节点处具有足够的可用资源从而保证期望的端到端数据流的服务质量(QoS)的多个端到端数据路径中选择的，所述方法包括：

至少部分地基于下列中的至少一个，选择用于所述期望的端到端数据流的至少一个端到端数据路径：

使用于所述期望的端到端数据流的时隙的总数最小化；

使在所选择的端到端数据路径中的基本上所有节点处剩余最大数目的时隙，从而增加允许新的数据流在满足它们的QoS的情况下加入所述网络的机会；以及

使在所选择的端到端数据路径中的中间网络节点的功率消耗最小化，从而在不存在其它因素的情况下保证较长时间的路由可用性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择步骤包括：选择多个端到端数据路径以用于健壮的路由。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

针对所述多个端到端数据路径分析时隙分配，以确定将被用于所述期望的端到端数据流的时隙总数，

其中，所述选择至少一个端到端数据路径的步骤选择具有最小的用于所述期望的端到端数据流的时隙总数的端到端数据路径，其中所述时隙总数是通过所述分析步骤来确定的。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

针对所述多个端到端数据路径分析时隙分配，以确定如果用于所述期望的端到端数据流，则在所述端到端数据路径中的节点处将剩余的时隙数目，

其中，所述选择至少一个端到端数据路径的步骤选择使在基本上所有节点处剩余最大数目的时隙的端到端数据路径。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所选择的端到端数据路径的每个中间节点处，在上行链路和下行链路之间分配时隙，以满足所述期望的端到端数据流的QoS要求。

6.一种用于在网络中使用至少一个端到端数据路径提供具有期望的通信属性的端到端数据流的方法，所述至少一个端到端数据路径在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性，所述方法包括：

向所述网络的节点传播资源约束信息；

使用所述资源约束信息，来确定在所述至少一个端到端数据路径的每个网络节点处的资源可用性是否能够满足所述端到端数据流的所述期望的通信属性；

选择所述至少一个端到端数据路径中被确定为在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性的端到端数据路径，以供在提供所述端到端数据流时使用；以及

针对所选择的端到端数据路径的每个网络节点分配通信资源，以提供满足所述期望的通信属性的端到端数据流。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述期望的通信属性包括期望的服务质量(QoS)。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择端到端数据路径的步骤至少部分地基于下列中的至少一个来做出选择：

使用于期望的端到端数据流的通信资源的总数最小化；

使在所选择的端到端数据路径中的基本上所有节点处剩余最大数目的通信资源；以及

使所选择的端到端数据路径的网络节点的功率消耗最小化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述通信资源包括时分多址(TDMA)网络通信协议的时隙。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择端到端数据路径的步骤包括：选择多个端到端数据路径，以用于提供所述端到端数据流。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择端到端数据路径的步骤包括：

针对至少一个端到端数据路径分析通信资源分配，以确定将被用于期望的端到端数据流的通信资源总数，并且选择具有最小的用于所述期望的端到端数据流的通信资源总数的端到端数据路径和资源分配。

12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择端到端数据路径的步骤包括：

针对所述至少一个端到端数据路径分析通信资源分配，以确定如果用于所述端到端数据流，则在所述至少一个端到端数据路径中的节点处将剩余的通信资源数目，并且选择使在基本上所有节点处剩余最大数目的时隙的端到端数据路径和资源分配。

13.根据权利要求6所述的方法，其中，所述分配通信资源的步骤包括：

在所选择的端到端数据路径的每个中间节点处，在上行链路和下行链路之间分配通信资源，以满足所述端到端数据流的所述通信属性。

14.根据权利要求6所述的方法，其中，所述分配通信资源的步骤包括：

针对所选择的端到端数据路径的中间网络节点：

从对所述中间网络节点和上行网络节点可用、而在下行网络节点处不可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的上行链路分配通信资源；

如果上述分配仍未满足上行要求，则从对所述中间网络节点、所述上行网络节点和所述下行网络节点可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的所述上行链路分配通信资源；

从对所述中间网络节点和所述下行网络节点可用、而在所述上行网络节点处不可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的下行链路分配通信资源；以及

如果上述分配仍未满足下行要求，则从对所述中间网络节点、所述上行网络节点和所述下行网络节点可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的所述下行链路分配通信资源。

15.一种用于在网络中使用至少一个端到端数据路径提供具有期望的通信属性的端到端数据流的系统，所述至少一个端到端数据路径在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性，所述系统包括：

具有存储器和处理器的网络节点，

所述存储器存储关于邻近网络节点的资源约束信息，所述邻近网络节点包括端到端数据路径的上行网络节点和所述端到端数据路径的下行网络节点，

所述存储器还存储用于定义所述处理器的操作的代码，该代码用于使用关于所述端到端数据路径的所述上行网络节点和所述下行网络节点的所述资源约束信息，来确定在所述网络节点处的网络资源可用性是否满足期望的端到端数据流的通信要求，

所述存储器还存储用于定义所述处理器的操作的代码，该代码用于在所述网络节点处分配资源，以实现满足所述通信要求的所述期望的端到端数据流。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所分配的资源包括时分多址(TDMA)网络协议的时隙。

17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述网络节点包括从由计算机、个人数字助理(PDA)、电话、服务器、路由器、网关、交换机、复用器、调制解调器、无线电、接入点和基站构成的组中选择的节点配置。

18.根据权利要求15所述的系统，包括多个具有存储器和处理器的网络节点，所述存储器存储关于邻近网络节点的资源约束信息，

所述存储器还存储用于定义所述处理器的操作的代码，该代码用于使用所述资源约束信息来确定在相应的网络节点处的网络资源可用性是否满足所述期望的端到端数据流的通信要求，

所述存储器还存储用于定义所述处理器的操作的代码，该代码用于在所述相应的网络节点处分配资源，以实现满足所述通信要求的所述期望的端到端数据流。

19.一种用于在网络中使用至少一个端到端数据路径提供具有期望的通信属性的端到端数据流的系统，所述至少一个端到端数据路径在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性，所述系统包括：

用于使用关于所述网络的节点的资源约束信息来确定在所述至少一个端到端数据路径的每个网络节点处的资源可用性是否能够满足所述端到端数据流的所述期望的通信属性的模块；

用于选择所述至少一个端到端数据路径中被确定为在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性的端到端数据路径以供在提供所述端到端数据流时使用的模块；以及

用于针对所选择的端到端数据路径的每个网络节点分配通信资源，以提供满足所述期望的通信属性的端到端数据流的模块。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括：

用于向所述网络的节点传播所述资源约束信息的模块。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述通信资源包括时分多址(TDMA)网络通信协议的时隙，并且其中，所述资源约束信息包括关于所述TDMA通信协议的时隙的可用性的信息。

22.一种用于在网络中使用至少一个端到端数据路径提供具有期望的通信属性的端到端数据流的计算机程序产品，所述至少一个端到端数据路径在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性，所述计算机程序产品包括：

计算机可读介质，其存储计算机可执行代码，所述计算机可执行代码包括：

用于使用关于所述网络的节点的资源约束信息来确定在所述至少一个端到端数据路径的每个网络节点处的资源可用性是否能够满足所述端到端数据流的所述期望的通信属性的代码；

用于选择所述至少一个端到端数据路径中被确定为在其每个网络节点处具有资源可用性以满足所述期望的通信属性的端到端数据路径以供在提供所述端到端数据流时使用的代码；以及

用于针对所选择的端到端数据路径的每个网络节点分配通信资源，以提供满足所述期望的通信属性的端到端数据流的代码。

23.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中，所述用于选择端到端数据路径的代码用于至少部分地基于下列中的至少一个来做出选择：

使用于期望的端到端数据流的通信资源的总数最小化；

使在所选择的端到端数据路径中的基本上所有节点处剩余最大数目的通信资源；以及

在所选择的端到端数据路径的网络节点中的可用功率。

24.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中，所述用于选择端到端数据路径的代码包括：

用于针对至少一个端到端数据路径分析通信资源分配的代码；

用于至少部分地基于来自所述用于分析的代码的信息，确定将被用于所述期望的端到端数据流的通信资源总数的代码；以及

用于选择具有最小的用于所述期望的端到端数据流的通信资源总数的端到端数据路径和资源分配的代码。

25.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中，所述用于选择端到端数据路径的代码包括：

用于针对所述至少一个端到端数据路径分析通信资源分配的代码；

用于至少部分地基于来自所述用于分析的代码的信息，确定如果用于所述端到端数据流，则在所述至少一个端到端数据路径中的节点处将剩余的通信资源数目的代码；以及

用于选择使在基本上所有节点处剩余最大数目的时隙的端到端数据路径和资源分配的代码。

26.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中，所述用于分配通信资源的代码包括：

用于从对中间网络节点和上行网络节点可用、而在下行网络节点处不可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的上行链路分配通信资源的代码，其中，如果针对所述上行链路的上述资源分配仍未满足上行要求，则该用于分配的代码从对所述中间网络节点、所述上行网络节点和所述下行网络节点可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的所述上行链路分配通信资源；以及

用于从对所述中间网络节点和所述下行网络节点可用、而在所述上行网络节点处不可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的下行链路分配通信资源的代码，其中，如果针对所述下行链路的上述资源分配仍未满足下行要求，则该用于分配的代码从对所述中间网络节点、所述上行网络节点和所述下行网络节点可用的一组通信资源中，针对与所述中间网络节点相关联的所述下行链路分配通信资源。

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