CN103069883A

CN103069883A - 多跳无线家庭网络中将带宽感知路由与信道选择以及信道切换进行组合

Info

Publication number: CN103069883A
Application number: CN201080068562XA
Authority: CN
Inventors: 吴明权; 刘航; S.马瑟
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: JP2013535929A; EP2604074A1; KR20130108250A; CN103069883B; US20130135995A1; KR101739436B1; JP5677573B2; WO2012021132A1; US9155019B2

Abstract

在此描述了一种的方法和装置，包括：使用带宽感知路由协议选择源节点和目的地节点之间的第一路由；确定所选的第一路由是否满足源节点的应用的带宽要求；如果所选的路由未能满足应用的带宽要求，那么启动切换到从备用信道列表中选择的新信道；使用带宽感知路由协议在新信道上选择第二路由；确定选择的新信道上的第二路由是否满足源节点的应用的带宽要求；如果所选的第一路由满足应用的带宽要求或者如果选择的新信道上的第二路由满足应用的带宽要求，那么将数据从源节点流传输到目的地节点。

Description

多跳无线家庭网络中将带宽感知路由与信道选择以及信道切换进行组合

技术领域

本发明一般地涉及家庭网络，尤其涉及将带宽感知路由与信道选择以及信道切换进行组合的多跳无线家庭联网。

背景技术

在多播和广播应用中，数据通过有线和/或无线网络从服务器发送到多个接收器。在此使用的多播系统是一种其中服务器将相同的数据同时发送到多个接收器的系统，其中多个接收器形成所有接收器的子集，该子集直至包括所有接收器。广播系统是一种其中服务器将相同的数据同时发送到所有接收器的系统。即，在定义上来说，多播系统可以包括广播系统。

由于无线网络较低的部署成本和灵活性，已越来越多地被用作有线网络的最后一跳的扩展（last hop extension）。新兴技术，如正交频分多路复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO），已经有效地且显著地增加了无线信道的带宽。这些技术的潜在的应用是在家庭环境中通过无线链路分发视频内容。视频内容的分发，如通过视频流传输，对带宽要求很高。在大多数家庭中，单跳无线局域网（WLAN）对网络访问是足够的。当回放设备（电视或计算机）距离接入点（AP）和/或网关较远时，多跳无线网络可能对于一定级别（质量）的观看体验来说是必需的。多跳无线网络使用路由协议来选择从源到目的地的最佳路径（路由）。一些协议，如自动按需距离矢量（AutomaticOn-demand Distance Vector,AODV），寻找最短路径（路径）。早前于2005年11月2日提交的申请PCT/US05/039597对AODV进行了扩展，它考虑了带宽。在某些情况下，当存在一个或多个干扰无线设备时，即使是最好的路由也不能提供足够的带宽用于视频分发，切换到干扰较小的信道可能解决该问题。

大量的研究一直致力于组合分组调度、路由和信道选择以支持多无线电和多信道无线专用（ad-hoc）或网状网络，如Kyasanur和Vaidya的“Routingand Link-layer Protocols for Multi-Channel Multi-Interface Ad Hoc WirelessNetworks”，SIGMOBILE Mobile Computing and Communication Review，vol.10，no.1，pp.31-43，2006年1月、Alicherry等人的“Joint Channel Assignmentand Routing for Throughput Optimization in Multi-radio Wireless MeshNetworks”，ACM Mobicom，德国科隆2005年8月，以及Bahl等人的“SSCH：Slotted Seeded Channel Hopping for Capacity Improvement in IEEE802.11Ad-Hoc Wireless Networks”，In Proceedings of ACM Mobicom，Philadelphia，PA，2004年9月。然而，这些研究提议修改目前的IEEE802.11MAC层，并假设无线网络中所有的设备都被同步，并且信道切换可以以每个包为基础进行。在“Centralized Algorithms for Multi-channel Wireless Mesh networks”，inACM Mobile Computing and Communication Review，2004年4月中，Raniwala等人提出了一种用于多无线电网状网络的相对长期信道分配的方案，目的是增加网状网络的总体容量。Raniwala等人并未将路由和信道分配协议组合。其它的提议，如Nelson和Kleinrock的“Spatial TDMA：A Collision FreeMultihop Channel Access Protocol”,IEEE transactions on communications，vol.com-33，No.9，pp.934-944，1985年9月，以及Cidon和Moshe Sidi的“Distributed Assignment Algorithms for Multihop Packet Radio Networks”，IEEE transactions on computer，vol.38，no.10，pp.1353-1361，1989年10月主张采用TDMA MAC层以增强无线信道的空间重复使用。这些提议再次要求修改IEEE802.11MAC层。在早前于2005年11月2日提交的申请PCT/US05/039597中，提出了带宽感知路由协议，它选择具有最佳带宽而不是最短跳程（hop）的路径。这对带宽要求很高的视频流传输来说是更好。然而，当附近存在一个或多个干扰设备时，即使该协议也可能仍然无法找到能够满足视频流传输要求的路径。在干扰信道的情形中，切换到干扰较小的信道可能解决该问题。

带宽感知路由协议需要与无线网络中的一节点和它的相邻者之间的可用带宽相关的信息。虽然可以使用来自IEEE802.11k的信息来估计可用带宽，但目前IEEE802.11k在大多数无线网卡中尚未实施。在Shah等人的“AvailableBandwidth Estimation in IEEE802.ll-based Wireless Networks”，In Proceedingsof1st ISMA/CAIDA workshop on Bandwidth Estimation（BEst2003）中，提出了MAC层可用带宽估计方法。在Ad-hoc或网状无线网络中，每个节点可以有多个相邻者。Shah等人的方法要求MAC层维持相邻节点状态。

组合带宽感知路由和信道选择以在多跳无线家庭网络中分发视频的方法将是有用的。新的估计无线网络中相邻节点之间的可用带宽而不需要维持相邻节点状态的应用层方法也将是有用的。

发明内容

在此描述了一种组合带宽感知路由和信道选择以用于在多跳无线家庭网络中进行视频分发的方法和设备。AODV在此被用作解释本发明的方法的路由协议。本发明的方法也可以与其它的多跳无线路由协议相组合。在此还描述了两种新的用于估计可用带宽的应用层方法。

如在此所使用的，节点包括任何连接到无线多跳网络的设备，包括计算机、膝上型计算机、移动终端、移动设备、客户端、客户端设备、终端设备、个人数字助理（PDA）、双模智能电话或任何等效的设备。

在此描述了一种方法和设备，其包括：使用带宽感知路由协议选择源节点和目的地节点之间的第一路由；确定所选的第一路由是否满足源节点的应用的带宽要求；如果所选的路由未能满足应用的带宽要求，那么启动切换到从备用信道列表中选择的新信道；使用带宽感知路由协议在新信道上选择第二路由；确定选择的新信道上的第二路由是否满足源节点的应用的带宽要求；如果所选的第一路由满足应用的带宽要求或者如果选择的新信道上的第二路由满足应用的带宽要求，那么将数据从源节点流传输到目的地节点。在此还描述了一种方法和设备，其包括：通过节点扫描信道以便为使用这些信道的该节点的每个相邻节点获得信道信息和扩展服务集标识符和负载信息；在信标消息中广播该节点的扩展服务集标识符和该节点的相邻节点的扩展服务集标识符；以及接收信息以更新备用信道列表。

附图说明

结合附图阅读下面的详细描述可以最好地理解本发明。附图包括以下简要描述的各图：

图1是本发明在其中运行的示例性系统的示意图。

图2是根据本发明原理的带宽估计方法的示例性实施例的流程图。

图3是根据本发明原理的带宽估计方法的替代性实施例的流程图。

图4A是根据本发明原理的从网关角度的备用信道选择方法的示例性实施例的流程图。

图4B是根据本发明原理的从节点角度的备用信道选择方法的示例性实施例的流程图。

图5是根据本发明原理的、用于新的视频流传输应用的、与信道选择以及信道切换组合的带宽感知路由方法的示例性实施例的流程图。

图6是根据本发明原理的、用于已有的视频流传输应用的、与信道选择以及信道切换组合的带宽感知路由方法的示例性实施例的流程图。

图7是用于无线装置的本发明的示例性实施的框图。

具体实施方式

首先给出本发明的应用场景。图1示出了多跳无线家庭网络的一个实例。无线家庭网关通过有电缆调制解调器或数字电话用户线（DSL）连接到互联网。移动设备首先位于位置1，此处靠近无线网关，并直接无线连接到该网关。然后，移动设备移动到远离该网关的位置2。如果移动设备仍然直接连接到该网关，那么移动设备得到的比特率会变得非常低。此时，带宽感知路由协议找到通过网状路由器（mesh router）或中继节点将移动设备连接到网关的更好的路由。稍后，通过（使用）同一无线信道通信的相邻AP变为在线，并干扰该示例性的多跳无线网络。该移动设备可以得到的比特率再次降低。这次，路由协议将无法找到更好的路由来实现视频分发所需的比特率。然而，通过使用本发明，该移动设备找到了存在可用的无干扰的信道，并切换到该信道。对于该移动设备而言，从而改善了服务的质量。

在对本发明的方法的描述中，假定多跳无线网络中所有的设备只有一个无线接口，并且它们都工作在同一个无线信道上。不过，本发明的方法可以扩展到其中各设备具有多个无线接口并且工作在不同的无线信道上的场景。

对于带宽感知路由协议，必须要估计每对相邻者之间的可用带宽。因此，下面描述两种新的估计相邻节点之间的可用带宽的方法。

在第一种可用带宽估计方法中，无线网状网络中的每个节点在信标消息中广播它的负载信息（如信道使用，即节点（装置，移动装置）使用信道的时间片段）。无线网状网络中的每个节点从信标消息中得知并记录它的每个相邻者的扩展服务集标识符（ESSID）和负载信息。每个节点周期性地广播已记录的其相邻者的ESSID和负载信息（为了减少开销，这也可以被包括在路由协议的信标或Hello消息中）。假设节点a和节点b是多跳无线网络中的两个相邻者。N_a和N_b分别是节点a和节点b的相邻节点的集合。令μ_i代表节点i的负载，那么未使用节点a和节点b之间的信道的时间片段为：

μ = 1 - \underset{i &Element; N_{a} + N_{b}}{Σ} μ_{i}

假设节点a和节点b之间的传输率为r_t，（这可以从接收的信号强度指示符（RSSI）估计），那么节点a和节点b之间的可用带宽可以被估计为r_tμ。

在第二种（替代性的）可用带宽估计方法中，可用带宽被定义为S/（t_q+t_x），其中S是探测分组的大小，t_q是队列时间，t_x是传输时间。为了估计t_q+t_x，一个节点（移动装置）向它的相邻者发送探测分组，并测量在这对相邻者之间的平均往返时间（rtt），rtt=2（t_p+t_q+t_x），其中t_p是分组处理时间（将数据分组从用户空间复制到内核空间，等）并且可以被假定为是恒定的。为了估计t_p，可以在由有线以太网直接连接的两台计算机之间传输相同大小的数据分组，并测量rtt。由于没有其它的通信流量，因此t_q可以被假定为0，t_x=S/r_t，其中r_t是传输率并且是已知的。使用上面的公式，可以计算出t_p。假设在一对计算机是通过有线或无线链路连接时t_p是不改变的。一旦计算出rtt，t_p+t_x=（rtt/2）-t_p，就可以估计出可用的带宽。

应该注意的是，可用带宽还与分组大小S相关，这是因为一旦某个节点获得信道的使用权，如果该节点发送更多的比特，那么它就会实现更高的吞吐量。因此，如果已知流量（数据）类型，那么就可以估计流量（数据）的平均大小，并可以使用该大小的探测分组来估计可用带宽。

在AODV路由协议中，每个节点周期性地广播hello消息，使得每个节点知道它的相邻者。在本发明中，为了减少信道测量探测开销，每对相邻者中只有一个节点将传送探测分组，具有最低IP地址的节点周期性地发送探测分组到它具有较高IP地址的相邻者。应该注意的是，可以使用任何其它合适方案用于选择发送探测分组的节点。令Y_t是t时刻的一度估计的可用带宽。平均可用带宽B_t为：B_t=αY_t+（1-α）B_t-1。然后，启动带宽估计的节点将估计结果发送到它具有较高IP地址的相邻者。

在典型的无线家庭网络中，大部分的通信流量（数据）都经过（穿过）无线网关。在IEEE802.11s标准中，网关周期性地广播它的存在，以使得网络中其它的装置知道到该网关的路由。因此，假设网络中所有的装置都知道到该网关的路由是合理的。

除了当前的工作信道，每个网络装置将保存备用信道的列表。在本发明中，假设所有的装置都在同一条信道上通信（工作），因此所有装置的备用信道列表是相同的。当网关第一次启动时，当前的工作信道可以是出厂默认信道或负载最小的信道。

有两种选择备用信道列表的方式。产生备用信道列表的一种方式是根据在每个信道上网络干扰范围内的平均总负载来建立列表。每个无线装置（包括网关）会周期性地扫描所有的信道以获得信道信息，这包括ESSID和该信道上每个ESSID的负载。然后，每个装置将信道信息单播给网关。网关收集来自所有装置的信道信息报告，并计算备用信道列表。对于每个信道，网关将对该信道上工作的不同装置的负载进行合计。应该注意的是，同一个装置可能会出现在多个信道信息报告中，因此具有相同MAC地址的AP（在基础服务系统（BSS）中，只有AP会在信标中广播它的ESSID和负载信息）应该只被计算一次。对于当前的工作信道，网关将只计算在其它无线网络中的装置。然后，网关创建包括前M个具有最小平均总负载的信道的备用信道列表。通常M不需要非常大，例如，三个备用信道就够了。产生备用信道列表的一种替代性方式是为每个节点估计每个信道上的可用带宽，然后每个节点周期性地将每个信道上的可用带宽发送到网关。每个信道上的可用带宽将是网络中的所有装置中的最小可用带宽。然后，网关创建包括前M个具有最大平均可用带宽的信道的备用信道列表。再次强调，M不需要非常大，例如，三个备用信道就够了。

使用用于产生备用信道列表的上面两种方法中的任一种，网关然后将备用信道列表广播到无线网络，同时将生存时间（TTL）设置为远离网关的装置的最大跳数。在家庭网络中，TTL设定为三就足够了。每个装置在接收到备用信道列表时，就向网关发送返回应答分组（ACK）。如果网关在预定时间后还未接收到来自装置的ACK，那么网关就将备用信道列表的副本单播给该装置。这样，每个装置将具有相同的备用信道列表。

一旦已经估计出每对相邻者之间的可用带宽，就可以使用在提交于2005年11月2日的PCT/US05/039597中描述的带宽感知路由协议来选择具有最大可用带宽的路径（路由）并且还可以对该路由（路径）的带宽进行估计。

对于新的视频流传输应用，可以使用带宽感知路由协议找到从流传输的源到目的地的路由。如果该路由的估计带宽不能满足视频流传输应用的要求，那么源节点可以发起信道切换请求。

对于现有的视频流传输应用，源节点还接收对现有路由的可用带宽的更新。如果现有路由的可用带宽小于预定的阈值，并且存在新的具有满足视频流传输要求的可用带宽的路由，源节点就会切换到该新的路由。如果不存在新的满足视频流传输要求的路由，源节点就会发起信道改变请求。

当节点想要改变信道时，节点将信道改变请求发送到网关（大部分的时候，网关是信道改变的发起者）。然后，网关将信道改变请求广播到无线网络。每个节点会发送表示接收到信道改变请求的ACK返回给网关。在网关接收到来自所有节点的ACK之后，网关广播信道切换消息，并且无线网络中的每个节点切换到备用信道列表中的第一信道。

可能出现的情况是，某个节点未接收到信道切换消息。在这种情况下，当网络中其它的节点切换到新的信道时，该节点将失去它与其相邻者的连接。经过一定时间的延迟，该节点会假定它的相邻者已经切换到新的信道，并且该节点自身会切换到备用信道列表中的第一信道。

图2是根据本发明原理的带宽估计方法的示例性实施例的流程图。在202，无线网络中的每个节点在信标消息中周期性地广播其ESSID和它的负载信息（信道使用）。每个节点从信标消息中得知并记录它每个相邻者的扩展服务集标识符（ESSID）和负载信息。在205，每个节点周期性地广播已记录的其相邻者的ESSID和负载信息（为了减少开销，这也可以被包括在路由协议的信标或Hello消息中）。在215，每个节点周期性地估计其每个相邻节点之间的信道未被使用的时间片段。在220，每个节点周期性地估计其每个相邻节点之间的传输率。在225，每个节点周期性地估计其每个相邻节点之间的可用带宽。

图3是根据本发明原理的带宽估计方法的替代性实施例的流程图。在305，每个节点周期性地估计分组处理时间（将数据分组从用户空间复制到内核空间的时间）。在310，每个节点周期性地估计数据分组在该节点自身和其每个相邻节点之间传送的往返时间。在315，每个节点周期性地估计排队时间和传输时间。在320，每个节点周期性地估计其自身和其每个相邻节点之间的可用带宽。

应该注意的是，可用带宽还与分组大小S相关，这是因为一旦节点获得信道的使用权，如果该节点发送更多的比特，那么它就会实现更高的吞吐量。因此，如果已知流量（数据）类型，那么就可以估计流量（数据）的平均大小，并可以使用该大小的探测分组来估计可用带宽。探测分组的大小是设计参数。一定时间段内实际数据分组的平均大小可以被用作探测分组的大小。

在AODV路由协议中，每个节点周期性地广播hello消息，使得每个节点知道它的相邻者。可选地，在本发明中，为了减少信道测量探测开销，每对相邻者中只有一个节点将发送探测分组，具有最低IP地址的节点将周期性地发送探测分组到其具有较高IP地址的相邻者。应该注意的是，可以使用任何其它合适的方案用于选择发送探测分组的节点。令Y_t是时刻t时一度估计的可用带宽。平均可用带宽B_t为：B_t=αY_t+（1-α）B_t-1。然后，启动带宽估计的节点将估计结果发送到它具有较高IP地址的相邻者。

图4A是根据本发明原理的从网关角度的备用信道选择方法的示例性实施例的流程图。在405，网关周期性地从每个节点接收每个信道的ESSID和负载信息。在410，网关基于网络干扰范围内的平均总（全部）负载或可用带宽来为备用信道列表选择信道，其是网关基于从节点接收到的信息并还基于其自身对信道的周期性扫描计算出的。网关以与节点相同的方式扫描信道。网关从选择的信道中生成备用列表。然后，网关创建包括前M个具有最小平均总负载的信道的备用信道列表。通常M不需要非常大，例如，三个备用信道就够了。每个信道上的可用带宽将是网络中的所有装置中之间的最小可用带宽。在415，网关周期性地将它生成的备用信道列表广播给节点。应该注意的是，网关将备用信道列表广播到无线网络，同时将生存时间（TTL）设置为远离网关的装置的最大跳数。在家庭网络中，TTL设定为三就足够了。每个装置在接收到备用信道列表时向网关发送返回应答分组（ACK）。如果网关在一段预定时间之后还未接收到来自装置的ACK，那么网关就将备用信道列表的副本单播给该装置。这样，每个装置将具有相同的备用信道列表。该特征未在图4A中示出。

图4B是根据本发明原理的、从节点角度的备用信道选择方法的示例性实施例的流程图。在420，每个无线装置周期性地扫描所有信道以获得信道信息，其中包括该信道上的ESSID和每个ESSID的负载。在425，每个装置将ESSID和负载信息或可用带宽单播给网关。在430，每个节点在它从网关接收到备用信道列表时更新其备用信道列表。每个节点发送ACK到网关以确认接收到新的备用信道列表。网关未从其接收到ACK的任何节点可以以单播形式再次从网关接收备用信道列表。该特征未在图4B中示出。

图5是根据本发明原理的与信道选择以及信道切换组合以用于新的视频流传输应用的带宽感知路由方法的示例性实施例的流程图。在505，网关使用带宽感知路由协议选择从源到目的地的最佳路由（路径）。网关还估计所选路由（路径）（未示出）的带宽。在510，进行测试以确定所选路由（路径）的带宽是否满足应用（例如，视频流传输）的要求。如果所选路由（路径）的带宽满足要求的应用（例如，视频流传输），那么在525，网关通知应用（在节点上），并开始流传输（视频）。如果所选路由（路径）的带宽不能满足应用（例如，视频流传输）的带宽要求，那么在515，网关决定尝试切换信道，并从备用信道列表中选择将要切换到的信道。在520，进行测试以确定是否可以找到新的满足应用的带宽要求的路由（路径）。使用被用来初步选择路由的带宽感知路由协议来选择新的路由（路径）。如果可以找到新的满足应用的带宽要求的路由（路径），那么在525，网关通知应用（在节点上）信道改变（切换），并开始流传输（视频）。由于网关通常是任何信道改变（切换）请求的发起者，因此网关将信道改变（切换）请求广播到网络（未示出）。每个节点将发送表示接收到信道改变请求的ACK返回到网关（未示出）。在网关接收到来自所有节点的ACK之后，网关广播信道切换消息，并且无线网络中的每个节点都切换到备用信道列表中的第一信道（未示出）。如果无法找到新的满足应用的带宽要求的路由（路径），那么在530，网关通知应用（在节点上）无法找到新的满足应用的带宽要求的路由（路径）。

图6是根据本发明原理的与信道选择以及信道切换组合以用于已有的视频流传输应用的带宽感知路由方法的示例性实施例的流程图。在605，网关周期性地更新现有路由（路径）的可用带宽信息。它使用网关周期性从节点接收的和其自身扫描操作的信息来完成此工作。在610，网关进行测试以确定现有路由（路径）的带宽是否满足应用（例如，视频流传输）的要求。如果现有路由（路径）的带宽满足应用（例如，视频流传输）的要求，那么在630继续流传输（视频）。如果现有路由（路径）的带宽不再能够满足应用（例如，视频流传输）的要求，那么在615网关进行测试以确定是否存在新的满足（节点上）应用的带宽要求的路由（路径）。网关将现有路由（路径）的带宽与预定的阈值比较。如果存在新的满足（节点上）应用的带宽要求的路由（路径），那么在635网关改变（切换）到新的路由。如果无法找到新的满足应用的带宽要求的路由（路径），那么在620网关尝试切换（改变）信道。在625，进行测试以确定是否能够找到新的满足（节点上）应用的带宽要求的信道。如果能够发现新的满足（节点上）应用的带宽要求的信道，那么网关将信道改变（切换）请求广播到网络（未示出）。每个节点将发送表示接收到信道改变请求（未示出）的ACK返回到网关。在网关接收到来自所有节点的ACK之后，网关广播信道切换消息，并且无线网络中的每个节点切换到备用信道列表中的第一信道（未示出）。如果无法找到新的满足（节点上）应用的带宽要求的信道，那么在640网关通知（节点上）应用无法找到新的满足应用的带宽要求的信道或路由（路径）。

图7是用于无线装置的本发明的示例性实施的框图。无线装置可以是发射器、接收器或收发器，单个框图被用来描述这些装置。每种装置包括主机计算系统、无线通信模块和有线通信模块。主机处理系统可以是通用计算机或专用计算系统。主机计算系统可以包括中央处理单元（CPU）、存储器以及输入/输出（I/O）接口。无线通信模块可以包括MAC和基带处理器、无线电发射器/接收器以及一个或多个天线。天线发送并接收无线电信号。无线电发射器/接收器进行无线电信号处理。无线电发射器/接收器可以是收发器或分开的发射器和接收器。MAC和基带处理器进行用于发送/接收的MAC控制和数据成帧、调制/解调、编码/解码。有线通信模块可以是使用TCP/IP或UDP协议与其它装置通信的以太网接口。通常地，无线装置通过无线信道相互通信，网关使用有线接口连接回程（backhaul）。无线装置可以与使用有线接口的其它装置（如计算机或电视）通信。

具体而言，图7所示的装置可以操作为无线家庭网关。在与互联网（或其它网络）通信的过程中，无线家庭网关可以使用有线通信模块（或者经由有线通信模块操作）。即，无线家庭网关可以使用有线连接以连接到互联网或电视等。为了达到本发明的目的，与无线家庭装置通信的无线家庭网关工作在主机计算系统和无线通信模块中。无线家庭网关的主机计算系统包括CPU或其它处理电路和存储器，它们用作使用带宽感知路由协议选择源节点和目的地节点之间的第一路由的部件、用于确定所选的第一路由是否满足源节点应用的带宽要求的部件、用于在所选路由不能满足应用的带宽要求时启动切换到从备用信道列表中选出的新信道的切换的部件、用于使用带宽感知路由协议在新信道上选择第二路由的部件，以及用于确定所选的新信道上的第二路由是否满足源节点应用的带宽要求的部件。主机计算系统的CPU和存储器还包括：用于周期性地更新所选第一路由或所选第二路由的带宽信息的部件、用于使用更新的带宽信息确定应用的带宽要求是否被持续满足的部件，以及用于在不再满足应用的带宽要求时选择第三路由的部件。主机计算系统的CPU和存储器还包括根据平均总负载或可用带宽选择用于备用信道列表的多个备用信道的部件。主机计算系统通过其I/O接口与无线家庭装置通信，I/O接口继而连接到无线通信模块上。因此，主机计算系统的I/O接口和有线通信模块共同包括用于在所选第一路由满足应用的带宽要求时或者在所选的新信道上的第二路由满足应用的带宽要求时、将数据从源节点流传输到目的地节点的部件。主机计算系统的I/O接口和有线通信模块进一步共同包括：用于在无法找到满足带宽要求的路由时通知应用源节点的部件、用于在持续满足应用的带宽要求时或者在所选第三路由满足应用的带宽要求时继续流传输数据的部件、用于接收负载信息和可用带宽信息之一以及扩展服务集标识符的部件，以及用于广播备用信道列表的部件。

具体而言，当图7所示的设备表现为连接到无线家庭网关的无线家庭装置（节点）时，无线家庭装置工作在主机计算系统和无线通信模块中。无线家庭网关的主机计算系统包括CPU或其它的处理电路和存储器，它们可以用作：用于估计信道未被使用这些信道的节点的相邻节点使用的时间片段的部件、用于估计该节点的相邻节点之间的传输率的部件、以及用于估计该节点的相邻节点之间的可用带宽的部件。无线家庭网关的主机计算系统包括CPU或其它的处理电路和存储器，它们可以被替代性地用作：用于估计数据分组的处理时间的部件、用于估计数据分组从该节点到每个相邻节点的往返时间的部件、用于估计数据分组的排队时间的部件、用于估计数据分组到该节点的每个相邻节点的传输时间的部件，以及用于使用处理时间、排队时间、往返时间和传输时间来估计该节点和该节点的每个相邻节点之间的可用带宽的部件。主机计算系统与无线家庭设备通过其I/O接口通信，该I/O接口继而连接到无线通信模块。因此，主机计算系统的I/O接口和有线通信模块共同包括：用于通过节点扫描信道以便为使用这些信道的节点的每个相邻节点获得信道信息和扩展服务集标识符和负载信息的部件，用于在信标消息中广播该节点的扩展服务集标识符和该节点的相邻节点的扩展服务集标识符的部件，以及用于接收信息以更新备用信道列表的部件。主机计算系统的I/O接口和有线通信模块还可以共同包括用于在信标消息中广播每个相邻节点的负载信息的部件。主机计算系统的I/O接口和有线通信模块还可以共同包括用于在信标消息中广播每个相邻节点的可用带宽的部件。

应该理解的是，本发明可以被实施为各种形式的硬件（例如，ASIC芯片）、软件、固件、专用处理器或其组合，例如，服务器内的中间装置（如无线接入点或无线路由器）或移动装置。优选地，本发明被实现为硬件和软件的组合。此外，该软件被优选地实施为有形地体现在程序存储装置上的应用程序。应用程序可以被上载到，并由包括任何合适架构的机器执行。优选地，该机器被实施在具有诸如一个或多个中央处理单元（CPU）、随机存取存储器（RAM）以及输入/输出（I/O）接口这样的硬件的计算机平台上。该计算机平台还包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种处理和功能可以是经由操作系统执行的微指令代码的一部分或者是应用程序的一部分（或其组合）。此外，各种其它的外围装置可以连接到计算机平台上，例如附加的数据存储装置和打印装置。

应该进一步理解的是，由于附图中示出的某些构成系统的组件和方法步骤优选地被实施为软件，因此系统组件（或处理步骤）之间的实际连接可能会随着本发明被编程的方式的不同而有所不同。鉴于在此的教导，相关领域中的普通技术人员将能够设想出本发明的这些以及类似的实施方式或配置。

Claims

1.一种方法，所述方法包括：

使用带宽感知路由协议选择源节点和目的地节点之间的第一路由；

确定所选择的第一路由是否满足所述源节点的应用的带宽要求；

如果所选择的路由未能满足所述应用的带宽要求，那么启动切换到从备用信道列表中选择的新信道；

使用所述带宽感知路由协议在所述新信道上选择第二路由；

确定在所述新信道上选择的第二路由是否满足所述源节点的应用的带宽要求；以及

如果选择的第一路由满足所述应用的带宽要求或者如果在所述新信道上选择的第二路由满足所述应用的带宽要求，那么将数据从所述源节点流传输到所述目的地节点。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

周期性地更新所选择的第一路由或所选择的第二路由的带宽信息；

使用所更新的带宽信息确定所述应用的带宽要求是否持续得到满足；

如果所述应用的带宽要求不再得到满足，则选择第三路由；

如果不能找到满足所述带宽要求的路由，则向所述应用通知所述源节点；以及

如果所述应用的带宽要求持续得到满足或者如果所选择的第三路由满足所述应用的带宽要求，则继续流传输数据。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

接收负载信息和可用带宽信息之一以及扩展服务集标识符；

根据平均总负载或可用带宽选择用于备用信道列表的多个备用信道；以及

广播所述备用信道列表。

4.一种设备，包括：

用于使用带宽感知路由协议选择源节点和目的地节点之间的第一路由的部件；

用于确定所选择的第一路由是否满足所述源节点的应用的带宽要求的部件；

用于在所选择的路由未能满足所述应用的带宽要求时启动切换到从备用信道列表中选择的新信道的部件；

用于使用所述带宽感知路由协议在所述新信道上选择第二路由的部件；

用于确定在所述新信道上选择的第二路由是否满足所述源节点的应用的带宽要求的部件；以及

用于在所选择的第一路由满足所述应用的带宽要求时或者在所述新信道上选择的第二路由满足所述应用的带宽要求时将数据从所述源节点流传输到所述目的地节点的部件。

5.如权利要求4所述的设备，进一步包括：

用于周期性地更新所选择的第一路由或所选择的第二路由的带宽信息的部件；

用于使用所更新的带宽信息确定所述应用的带宽要求是否持续得到满足的部件；

用于在所述应用的带宽要求不再得到满足时选择第三路由的部件；

用于在不能找到满足所述带宽要求的路由时向所述应用通知所述源节点的部件；以及

用于在所述应用的带宽要求持续得到满足时或者在所选择的第三路由满足所述应用的带宽要求时继续流传输数据的部件。

6.如权利要求5所述的设备，进一步包括：

用于接收负载信息和可用带宽信息之一以及扩展服务集标识符的部件；

用于根据平均总负载或可用带宽来选择用于备用信道列表的多个备用信道的部件；以及

用于广播所述备用信道列表的部件。

7.一种用于操作节点的方法，所述方法包括：

扫描信道以便为使用信道的节点的每个相邻节点获得信道信息和扩展服务集标识符和负载信息；

在信标消息中广播该节点的扩展服务集标识符和该节点的所述相邻节点的扩展服务集标识符；以及

接收信息以更新备用信道列表。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

估计使用所述信道的该节点的相邻节点未使用所述信道的时间片段；

估计所述节点的相邻节点之间的传输率；

估计所述节点的相邻节点之间的可用带宽；以及

在信标消息中广播每个相邻节点的负载信息。

9.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

估计数据分组的处理时间；

估计所述数据分组从所述节点到每个相邻节点的往返时间；

估计所述数据分组的排队时间；

估计所述数据分组到所述节点的每个相邻节点的传输时间；

使用所述处理时间、所述排队时间、所述往返时间和所述传输时间估计所述节点和所述节点的每个相邻节点之间的可用带宽；以及

在信标消息中广播每个相邻节点的可用带宽。

10.一种节点，包括：

用于扫描信道以便为使用信道的节点的每个相邻节点获得信道信息和扩展服务集标识符和负载信息的部件；

用于在信标消息中广播该节点的扩展服务集标识符和该节点的相邻节点的扩展服务集标识符的部件；以及

用于接收信息以更新备用信道列表的部件。

11.如权利要求10所述的节点，进一步包括：

用于估计使用所述信道的节点的相邻节点未使用所述信道的时间片段的部件；

用于估计所述节点的相邻节点之间的传输率的部件；

用于估计所述节点的相邻节点之间的可用带宽的部件；以及

用于在信标消息中广播每个相邻节点的负载信息的部件。

12.如权利要求10所述的节点，进一步包括：

用于估计数据分组的处理时间的部件；

用于估计所述数据分组从所述节点到每个相邻节点的往返时间的部件；

用于估计所述数据分组的排队时间的部件；

用于估计所述数据分组到所述节点的每个相邻节点的传输时间的部件；

用于使用所述处理时间、所述排队时间、所述往返时间和所述传输时间估计所述节点和所述节点的每个相邻节点之间的可用带宽的部件；

用于在信标消息中广播每个相邻节点的可用带宽的部件。