CN103119898B - 用于无线网络中的端到端数据分组传输的延迟优化的设备和方法 - Google Patents

Abstract

为了降低和均匀化在大型无线网状网络中的数据分组传输的端到端延迟，用于控制在无线网络中的数据分组传输的设备、系统、和方法被提供，其中，中间节点的传输参数基于所述中间节点和发送节点之间的距离被调节。

Description

用于无线网络中的端到端数据分组传输的延迟优化的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于控制在无线网络中的数据分组传输的设备、系统和方法。

背景技术

最近，无线网状网络吸引了越来越多的注意力，例如用于远程控制照明系统、楼宇自动化、监控应用、传感器系统和医学应用。特别地，户外照明器的远程管理（所谓的电信管理）变得愈发重要。一方面，这是由环境问题驱动的，因为远程控制系统或所谓的电信管理系统使能使用不同的调光模式，例如作为时间、天气条件和季节的函数，从而允许更加有效地使用户外照明系统。另一方面，这也由经济原因驱动，因为增加的能量效率也减低了操作的成本。而且，所述系统可以远程地监控电源使用以及检测灯具失效，这允许确定用于修复照明器或替换灯具的最佳时间。

当前的基于射频（RF）的无线解决方案使用星状网络拓扑或网状网络拓扑。在星状网络拓扑中，数据收集器具有到网络中的每一个节点的直接通信路径。然而，这典型地需要放置在高位置（例如在建筑物顶部）的高功率/高灵敏度的像基站那样的控制器，这使得解决方案部署繁琐且昂贵。在网状网络中，多数节点通常不与控制器直接通信，而是经由所谓的多跳通信来通信。在多跳通信中，数据分组被从发送节点经由一个或多个中间节点传送到目的节点。节点充当路由器来将来自相邻节点的数据分组传送到太远而在单跳内不能到达的节点，从而导致了可以跨越较大距离的网络。通过将长距离打断成一系列较短的跳，信号强度被维持。因此，路由被网状网络的所有节点执行，从而决定数据分组要被发送到哪个相邻节点。因此，网状网络是非常健壮和稳定的网络，其具有高的连通性并因此具有高的冗余度和可靠性。

在现有技术中，网状网络传输技术可以被划分成两组：基于泛洪的和基于路由的网状网络。在基于泛洪的网状网络中，所有的数据分组被网络中的所有节点转发。因此，节点不必做复杂的路由决定，而仅仅广播数据分组。通过这些手段，所述技术是相当健壮的。然而，在大的网络中，由于转发产生的数据开销影响了整体数据速率。而且，数据分组的碰撞更可能发生，进一步降低了整体性能。因此，该解决方案的主要问题是可扩展性。基于路由的网状网络可以进一步被划分成主动的和被动的方案。在主动的基于路由的网状网络中，所有需要的网络路径被存储在每个节点中的路由表中。所述路由表可以例如通过向相邻节点发送定期的信标消息来发现有效的路由路径而被保持最新。尽管所述数据传输在这种网络中是非常有效率的，但是可扩展性仍然是低的，因为在大的网络中，路由表的主动更新消耗了大部分的网络资源。而且，路由表将随网络的规模的增长而增长。另外，网络的设置需要时间和资源来构建路由表。相反，被动的方案通过根据需要发现路由而避免了永久性的开销和大的路由表。它们使用泛洪来发现网络路径并且缓存活动的路由或节点。当路由仅仅只被使用于单个数据分组时，泛洪所述数据分组而不是执行路由发现可能是更有效的。如果路由被保持足够久来避免频繁路由，被动的方案退化为主动方案。针对被动的基于路由的网状网络的例子被使用在ZigBee中。然而，该协议方案的主要问题仍然是网络的可扩展性。

在大型多跳网络中，数据分组必须行经的跳数相比于小网络中的跳距离是大的。在包括数以千计的节点的大的射频电信管理系统中，20-40跳是可能发生的。然而，单独的数据分组的交付机会随它的跳距离而减少，因为每经过一跳，就存在数据分组丢失的机会。

因此，常见的无线网状网络中的大的缺点是由非常有限的可扩展性构成。这是由于这样的事实，即每个数据分组或消息由于转发被传送多次，整体网络吞吐量由此被降低。而且，数据分组碰撞更可能发生，其导致数据分组丢失，从而进一步降低了整体性能。因此，在大型多跳网络中（诸如在具有大量照明器节点的街道照明系统中），改进多跳端到端传输的成功和可靠性尤其至关重要，因为端到端重传比在典型的较小网络中资源/带宽成本更多且延迟更密集。因此，有效的路由协议和端到端延迟的降低对于大型无线网状网络是需要的，以便实现需要的吞吐量、响应时间和健壮性。而且，当数据分组在到目的地的最后几跳期间被丢弃时，其不得不被发送节点重传。这造成了大的延迟以及网络中的任意两个节点间的通信的延迟差异，从而例如在与照明系统的照明器节点进行交互时，由于高的和/或不均匀的延迟导致了差的用户体验。

为了确定数据分组是被成功地交付还是被丢失，数据分组重传常见地以确认模式执行。在逐跳确认模式中，多跳传输的每一跳由接收节点证实给前面的传送节点。然而，这导致了高的网络负载。因此，端到端确认经常被使用，其中最后的目的节点向初始的发送节点证实数据分组的接收。在这种模式中，发送节点在重传它期望针对其的确认的数据分组前等待某一预定的时间（所谓的确认超时）。通常，确认超时是固定的，并且对网络中的所有节点是普遍的。因为对于行经短距离的数据分组的确认超时然后与对于行经长距离的数据分组的确认超时相同，重传的延迟对于行经短的数据分组被不必要地增加，从而影响网络的整体传输速度。如果这个缺点通过简单地降低网络的大小被解决，则可扩展性将进一步下降（sink）。因此，成功的数据分组交付的端到端传输延迟以及网络中的传输延迟差异应当被最小化。

WO2009071692A1描述了一种用于通过考虑MAC层和网络层的传输特性来表征通信链路的方法。

EP1300990B1描述了一种牵涉到将数据从第一站点至少经由第二站点传送到至少一个另外的站点的方法。在站点间的接口上，各种数据处理要求被使用。数据处理要求根据到定义的原点（origin）的地理距离被确定，特别是根据第一传输点被确定。数据处理要求随着距离的增加变得不那么严格。

KR20090056070A公开了一种通过在车载自组织网络（vehiclead-hocnetwork）中使用竞争窗口来选择中继节点的方法。源节点计算包括传输范围内的所有节点的竞争窗口。竞争窗口内的每个节点具有消息传输等待时间，其与源节点到它的距离成反比。消息传输等待时间首先到期的节点被选择为中继节点。

US6,721,537B1描述了一种用于在具有波动数量的订户的不完全无线电通信网络中广播消息以用于转发所述消息的方法。每个订户具有针对消息的传送和接收设备以及用于确定其全球位置的定位系统。在接收到所述消息后，订户确定他们自己的位置以及与所述消息的发送者（其也是订户）的距离，并且在预定的等待期间后以它们自己的位置将所述消息传送到另外的订户，所述预定的时间期间随距离增加而单调减少。

EP1940089A1描述了一种用于控制到达延迟的数据传输方法。节点通过使用分组的到达延迟和累积到前一跳的累积延迟来计算接收的分组的累积延迟。所述节点然后将累积延迟与目标累积延迟进行比较，由此控制针对分组的传输简档（profile）使得下一个节点上的期望的累积延迟变得更接近于目标值。所述节点将所述累积延迟写入分组的头部并使用所设置的传输简档将所述分组传送到所述下一个节点。

EP1764964A2描述了在网络环境内、特别是包括节点集的车载自组织网络内使用可见性函数（visibilityfunction）的技术。所述节点中的至少一个可以直接向所述节点集的子集中的一个或多个节点进行传送。可见性函数表征网络环境中的非均一解析简档（non-uniformresolutionprofile），其遍及所述节点的子集外的至少一个节点。所发送的状况信息习惯于根据所述可见性函数通过网络环境进行传播。所述节点也可以接收包括可见性参数的状况信息。一旦所述状况信息被接收到，所述节点可以评估所述可见性参数以便确定所述状况信息是否有资格通过所述网络环境继续传播。如果所述状况信息有资格继续传播，则所述节点传送所述状况信息。

KR100832519B1描述了一种使用无线标签的照明控制系统，其被提供来根据用户位置通过感应经过第二无线交换机的所述无线标签的照明控制信号来控制照明组并将所述信号从所述第二无线交换机通过ad-hoc网络传送到第一无线交换机。

WO00/79721A2公开了一种用于调节针对消息重传的超时的系统，其中在通信网络上彼此通信的两个设备之间的往返通信延迟被重复地测量。更具体地，所述重传超时基于被重复地测量的往返通信延迟中的至少一个被调节。在可调节的重传超时期间内没有被确认的消息被重传。

发明内容

鉴于现有技术中的以上缺点和问题，本发明的目标是提供用于在无线网络中传送数据分组的设备、系统和方法，其使端到端重传延迟最小化和均匀化，与此同时维持或者甚至增加网络可扩展性。

本目标由独立权利要求的特征所解决。

本发明基于这样的思想，即基于数据分组已经行经的距离调节所述数据分组必须被重传的概率。通过这些手段，使已经行经大量跳的数据分组必须被重传的概率最小化，这将进一步增加它的高延迟。由此，针对长路由的总的通信延迟可以被减少。

在本发明的一个方面中，用于无线网络的节点的设备被提供，以用于当所述节点在多跳数据分组传输中作为中间节点操作时控制数据分组传输。所述设备的控制单元可以基于所接收的数据分组从发送节点已经行经的距离来调节传输参数以用于转发所述数据分组。这增加了行经长的数据分组在到达它的目的节点前的最后几跳存活的概率。

在一个实施例中，传输参数包括较低协议层上的重传的最大数量、介质访问尝试的最大数量、传输功率级别（transmitpowerlevel）、针对重传的延迟时间和针对介质访问尝试的退避时间中的至少一个。这里，介质访问尝试涉及载波侦听以及数据分组在所述介质空闲时的随后的传送或重传的过程。因此，针对介质访问尝试的退避时间表示随后的介质访问尝试之间的时间间隔。同样地，针对重传的延迟时间指的是随后的重传之间的时间。所述传输功率级别与所传送的数据分组的信号强度有关。

在优选的实施例中，两个传输参数集被预定义，一个涉及标准传输参数，另一个涉及用于加速数据分组的处理或转发的优选传输参数。所述传输参数可以被设置成优选传输参数，其确定数据分组行经的距离超过了一定的门限。替换地或附加地，传输参数可以是数据分组的行经距离的函数，使得它们被连续地调节。此外，数据分组的类型可以被考虑。为此，网络节点或设备可能能够确定数据分组的类型，例如其是时间要求严格的还是时间要求非严格的数据分组或者所述数据分组具有哪个优先权等级。例如，在街道照明系统中，由照明器节点报告的数据分组可以具有不同的优先权，诸如具有低优先权的统计或功率状态数据，与此相对的具有高优先权的警报消息或流量事故报告。优选地，传输参数被调节使得行经长的数据分组在最后几跳期间的传输概率被增加。因此，行经长的数据分组将以行经短的数据分组为代价被优先化，导致了针对在距离远的节点之间的数据分组传输的降低的端到端延迟，并且导致了网络中的端到端延迟的内部均匀化。尤其在大型照明器网络中，例如响应于广播调光命令，这将具有同步的照明器行为的优点。

有利地，所述设备可以适应于被添加或耦合到无线网络的现有的节点或控制中心。因此，所述设备与网络节点相关联，所述网络节点也可以是数据收集器节点。所述数据收集器节点可以是被配成与网络的控制中心进行通信的任意节点，并可以作为一种网关运作。例如，所述设备可以适应于被插入到现有的电路板中或者被连接到所述节点的现有控制器上。这对于改进或升级诸如街道照明系统这样的现有系统是特别有用的。除了所述控制单元外，所述设备还可以包括存储器和/或收发单元，所述收发单元用于接收和传送数据分组。

所述无线网络可以具有网状拓扑，其中每个节点可以充当路由器。这样的网络具有增加的冗余度和可靠性。数据分组从发送节点到目的节点的传输可以经由至少一个中间节点在多跳模式中被执行。优选地，无线网络的节点是静止的，因为其主要是在针对大的户外照明系统的情况。替换地或附加地，至少一些节点的位置对于所述网络的其它节点中的至少一些和/或所述网络的控制中心是已知的。例如，所述节点的至少一些可以存储用于从相应的节点到最接近的数据收集器节点的数据分组传输的路由表。优选地，用于到最接近的数据收集器节点的数据分组传输的路由协议是基于多到一路由的。因此，数据分组被传送到更接近数据收集器节点之一的相邻节点。通过这些手段，数据分组传输变得更快和更有效率。而且，这还允许在大的无线网状网络中（例如在具有超过1000的大量照明器节点的街道照明系统中）免除多个数据收集器节点，由此增加了所述网络的冗余度和可靠性。

在进一步的实施例中，两个节点（例如发送节点和中间节点或目的节点）之间的距离由跳距离、基于GPS的距离和/或欧几里德距离来定义。两个节点间的所述跳距离可以由跳计数（即在所述两个节点间传送数据分组所需的跳数）表征，或者由将数据转发到最后的目的节点的中间节点的数量来表征。欧几里德距离指的是两个节点间的空间距离，而基于GPS的距离可以从发送节点、目的节点和/或中间节点的GPS位置导出。例如，已行经的距离可以被确定为发送节点和中间节点的GPS位置间的距离。替换地，已行经的距离可以使用将要行经的距离（即，发送节点和目的节点间的距离）和从中间节点和目的节点的相应的GPS位置确定的中间节点和目的节点间的距离被确定。所述距离的度量可以根据应用于网络中的路由协议被选择。如果路由协议使用跳计数度量，确定两个节点间的跳距离将是容易的。同样地，当节点的网络地址与它们的地理位置或GPS位置有关时，使用基于GPS的距离或欧几里德距离来定义发送节点和中间节点间的距离将是有利的。

优选地，控制单元的通信功能可以被再分成不同的层。控制单元的较高的协议层（例如，网络层、传输层或应用层）可适应于考虑在下面的较低协议层中可得到的信息，或反过来亦然。例如，网络层可以使用由介质访问控制（MAC）层确定的参数。通过这种跨层通信，所述系统变得更加可靠和灵活。例如，与所述数据分组行经的距离有关的距离信息可以通过跨层通信从较低的协议层被提供给较高的协议层。

替换地或附加地，所述距离信息可以从路由表、跳计数器、生存时间计数器、本地时钟信号、发送节点和/或目的节点的GPS位置和/或网络地址获得。所述路由表或本地时钟信号可以被存储在所述设备中，而跳计数器、生存时间计数器和/或关于发送节点的信息可以被包括在数据分组中。这里，数据分组的生存时间计数器涉及具有与数据分组的最大允许的行经时间有关的初始值的计数器。生存时间计数器随着每一跳而减少。当它的值是零时，所述数据分组被丢弃。通过这些手段，无限制行经的数据分组（其不能被交付）被避免。因此，中间节点可以基于包括在数据分组中的或本地存储在节点中的信息来确定所述距离，以便调节针对要被转发的数据分组的传输参数。然而，跳计数或生存时间计数也可以被存储在针对多个发送节点的中间节点中。确定距离信息的另外的可能性是使用初始的生存时间计数和最后的生存时间计数之间的差。可能地，初始的生存时间计数对于系统的所有节点是已知的或相等的。附加地或替换地，所述距离信息可以从用于构建针对无线网络的路由表的技术导出。

跳计数可以是从发送节点接收的数据分组的跳计数、从发送节点接收的最后n个数据分组的平均跳计数、从发送节点接收的最后n个数据分组的上的最大跳计数、从发送节点接收的数据分组的跳计数随时间的移动平均等等。而且，传输参数可以基于要被发送的数据分组的类型被调节，例如其是时间要求严格的还是时间要求非严格的，或者所述数据分组具有什么样的优先权等级。为此，所述设备的控制单元可能能够进一步确定所述数据分组的类型。

数据分组传输可以通过无线射频传输被执行。因为射频传输不需要高的传输功率并且易于实施和部署，针对使用所述设备建立和操作网络的成本可以被降低。这对于大的网络尤其重要，所述网络例如是针对照明系统的电信管理网络。然而，数据分组传输可以替换地使用红外通信、自由空间可见光通信或电力线通信。

在优选的实施例中，所述设备被使用在照明系统的照明器节点中以用于对照明器节点的电信管理。因此，照明器节点可以轻易地接通/断开，和/或照明器节点的调光模式可以基于诸如白天、季节、天气、环境亮度、流量事故的发生、道路工程的存在等等这样的参数被控制。可能地，这些参数中的至少一些由提供有照明器节点的传感器确定并被报告给控制中心。

在进一步优选的实施例中，用于无线网络的节点的设备被提供，以用于当所述节点作为发送节点操作时控制数据分组传输。所述设备包括控制单元，其可以基于发送节点和目的节点间的距离来调节应答超时。所述应答超时指的是等待时间，在所述时间期间内，发送节点等待来自目的节点B的应答。如果应答超时已经过去并且发送节点还没有接收到应答数据分组，则所述发送节点将会重传发送节点期望接收对于其的应答的所述数据分组。该应答数据分组可以包括确认、数据或者两者。在所述应答包括确认的情况下，应答超时被称为确认超时，其定义时间间隔，在所述时间间隔期间内发送节点等待指示成功的数据分组传输的确认。当所述确认超时已经过去，而发送节点没有接收到确认时，所述发送节点将开始所述数据分组的重传。通过单独地调节针对每对发送节点和目的节点的应答超时，检测失败传输的延迟将被降低，因此使由于重传导致的、成功传输的端到端延迟减少到接近最小的可能值。因此，在大型照明系统中，这将进一步减少控制命令的延迟，使得照明器节点例如将对调光或开关命令进行更快的反应。

在本发明的另一方面中，一种用于控制在无线网络中的数据分组传输的系统被提供。所述系统包括控制中心和多个节点。所述控制中心和节点中的至少一个包括根据以上描述的实施例之一的设备。所述控制中心适应于控制所述无线网络中的节点的功能和操作。例如，当所述节点与照明系统（例如，街道照明系统）的照明器相关联时，所述控制中心可以基于节点的空间分布单独地和/或以组的形式对所述节点进行关于它们的调光模式和操作状态的控制。优选地，所述节点的至少一个包括存储器和/或传感器。如果所述节点包括传感器，则所述节点可以适应于传送传感器数据到所述控制中心。

在本发明的进一步的方面中，用于控制在具有多个节点的无线网状网络中的数据分组传输的方法被提供。根据该方法，数据分组被中间节点从发送节点接收到。然后，针对所述数据分组的传输参数基于发送节点和中间节点间的距离被调节，并且所述数据分组根据这些传输参数被处理。优选地，该方法被应用在针对照明系统的电信管理系统中。

附图说明

在图中：

图1示出了无线网状网络的例子；

图2A示出了图示节点间的跳距离的、无线网状网络的示意图；

图2B示出了图示节点间的欧几里德距离的、无线网状网络的示意图；

图3示出了根据本发明的设备的示意图；

图4示出了图示本发明的实施例的流程图；和

图5示出了图示本发明的进一步的实施例的流程图。

具体实施方式

本发明的优选应用是户外照明系统（例如，针对街道、停车场和公共区域的）、针对一般区域照明（例如，针对商场、体育馆、停车场、车站、隧道等等）的户内照明系统或者传感器网络。在下面，将使用针对街道照明的户外照明系统的例子进一步解释本发明。在照明控制的领域中，经由射频网络技术对户外照明器的电信管理正受到越来越多的兴趣，特别是对具有上面声称的200个照明器的段的大型安装环境具有适用性的解决方案。

在图1中，具有网状拓扑的典型网络被示出。多个节点10（N）通过无线通信路径40彼此连接。节点10中的一些作为数据收集器节点50（N/DC）运作，其经由单跳或多跳传输从周围的节点10接收数据分组并将它们传送到控制中心60，且反之亦然。因此，数据收集器节点50可以以节点10和控制中心60间的网关的方式操作。节点10和数据收集器节点50之间的无线通信路径40可以由射频传输构成，而数据收集器节点50和控制中心60之间的连接70可以利用互联网、移动通信网络、无线电系统、以太网、DSL、电缆或其它有线或无线数据传输系统。

在针对户外照明控制的电信管理系统中，通信是非常不对称的。流量中的大部分是由节点10生成的，所述节点10例如向控制中心60报告它们的状态、传感器值或电源使用。其它流量由从控制中心60到不同节点10的控制命令构成，所述控制命令例如用于调节调光模式或者用于接通或断开灯具。因此，大部分流量是由N到1的流量（单播）构成的，而从控制中心60到节点10的流量由1到N的流量（以单播、多播或广播模式）构成。而且，照明器节点10的数量在诸如街道照明系统这样的户外照明系统中是极其高的。因此，该网络的规模非常大，尤其是当与典型地包含少于200个节点的常见的无线网状网络相比较时。另外，出于成本考虑，节点10具有有限的处理能力，使得照明器节点10中的处理和存储器资源将是有限的。因此，用于在单一的节点10间传送数据分组的通信协议应当考虑所述有限资源以进行有效的和快速的数据分组传输。此外，相比于其它所谓的ad-hoc网状网络，针对户外照明控制网络的电信管理系统是静止的，即节点10不移动。而且，所有的照明器节点10可能被连接到市电电源。因此，网络改变将主要归因于改变的环境（例如，归因于流量）。因为节点10是静止的，所以节点10的物理位置（例如，GPS坐标）在系统中可能是已知的，从而使能地理路由或基于位置的路由。此外，户外照明系统的电信管理不需要高数据速率。然而，存在一些情景，其中低的响应时间对于一定类型的消息或数据分组是需要的。例如，当流量事故被检测到时，对应区域的节点10可以被控制以便立即切换到全功率。

由于如上面所提及的户外照明系统的特定应用属性，下面的特征可以被应用。从数据收集器节点50到相应的照明器节点10的数据分组传输可以通过泛洪被执行，其中所有的数据分组被网络中的所有接收节点10转发。所述数据分组至少包含关于发送节点10和一个或多个目的节点10的信息。数据分组然后被所述至少一个目的节点10解码。对于从照明器节点10到数据收集器节点50的数据分组传输来说，基于路由的解决方案是优选的，其中每个节点10选择更接近数据收集器节点50中的一个的相邻节点10作为中间节点10。优选地，主动路由结构被使用，因为到数据收集器节点50的路由是经常使用的。在主动路由结构中，路由表被存储在每一个节点10中，指示哪个相邻节点10更接近数据收集器节点50中的一个。因此，数据分组可以以非常有效且快速的方式被发送到最接近的数据收集器节点50。有利地，每个节点10保持关于作为替换路由的多个下行相邻节点10的信息，以便增加可靠性。如果一个相邻节点10由于强干扰或完全失效而不可达，则所述路由协议具有附加的替换选择来将所述数据分组路由到数据收集节点50。

在图2A中，被多个节点10围绕的数据收集器节点50被示出，其图示了从发送节点A经由多个中间节点N1…Ni到数据收集器节点50（目的节点B）的多跳单播数据传输。节点10具有到数据收集器节点50的不同的跳距离，如由半径501和502所指示的。例如，在半径501内但在半径502外的节点A将需要两跳h1和h2以用于将数据分组传送到是目的节点B的数据收集器节点50，即数据分组必须从这个节点A经由中间节点N1被传送到数据收集器节点50。相反，半径502内的节点10可以直接在一跳内将它的数据分组传送到数据收集器节点50。当然，目的节点B可以是任意的节点10，而不是必须是数据收集器节点50。因此，跳距离可以针对每对发送节点A和目的节点B被定义。用于表征跳距离的参数是跳计数，即将数据分组从发送节点A传送到目的节点B所需要的跳数。

在图2B中，发送节点A和目的节点B之间的欧几里德距离（Euclidean）d被图示。在任意两个节点10之间，欧几里德距离被定义为两点之间的几何距离。如果节点10的网络地址是基于相应的节点10的GPS位置的，则基于GPS的距离也可以被使用。两个节点10之间的距离然后被定义为它们的GPS位置间的距离。特别地，当网络的节点10被均等分布在网络区域上时，两个节点间的欧几里德距离或基于GPS的距离可以是针对在两个节点间传送数据分组时平均执行的跳数的特征（characteristic）以及因此也可以是针对传输时间的特征。替换地，所述距离可以指数据分组所经过的实际距离。在户外照明网络中，可以使用沿街道测量的距离，而不是欧几里德距离，因为数据分组将很可能沿这些路径行进。这在图2C中被图示，其示出了沿街道布置的街道照明器节点10。因此，两个照明器节点10之间的距离也可以指街道距离，其被定义为沿道路系统的街道的空间距离或跳距离。在图3中，根据本发明的设备100被示出。所述设备100可以与无线多跳网状网络的节点10或者数据收集器节点50相关联，例如与照明系统的照明器相关联。设备100包括控制单元200。而且，节点10或50或者设备100包括收发单元300，所述收发单元300用于经由无线通信路径40（例如经由射频传输）接收或传送数据分组。设备100的控制单元200可以根据它在数据分组传输中的功能被再分成不同的层。例如，当使用OSI-层模型时，控制单元200将包括：物理层，用于定义设备100和传输介质的交互；MAC层，其提供多节点网络中的寻址和信道访问控制机制；网络层，用于提供多个功能和过程，例如网络路由功能；传输层，使用例如流量控制、分段/反分割（segmentation/desegmentation）或错误控制来提供到更高协议层的可靠数据传输服务；以及应用层，用于识别通信伙伴、确定资源可用性或者同步通信。

在多跳网络中，任意节点10可以充当中间节点Ni，其将接收到的数据分组转发到下一个中间节点Ni，或转发到最后的目的节点B。当行经长的数据分组在中间节点Ni处被丢弃时，所述数据分组将不得不被它的发送节点A重传（端到端重传），其至少使所累积的端到端延迟和网络资源的消费（即系统带宽）加倍。因此，根据本发明的一个实施例，提出：用于处理要被转发的数据分组的传输参数在中间节点Ni中基于所述数据分组的行经距离被调节。

在图4中，流程图被示出，其图示了针对要被转发的数据分组的传输参数的调节。在步骤S40，数据分组在中间节点Ni处被接收，所述数据分组或者来自发送节点A或者来自另一个中间节点Ni。在已经接收到数据分组后，接收中间节点Ni和发送节点A之间的距离被确定（S41）。基于该距离，针对数据分组的传输参数被调节（S42），并且使用这些传输参数处理所述数据分组（S43）。这例如可以影响数据分组队列的次序、优先权等级参数等等，使得行经长的数据分组可以被更快地处理。然后，使用所确定的传输参数将所述数据分组转发到下一个节点10（S44）。

传输参数可以指MAC参数，例如MAC层重传的最大数量、信道访问尝试的最大数量、传输功率级别、针对重传的延迟时间或针对信道访问的退避时间间隔、或它们的组合。MAC层重传的最大数量确定MAC层被允许多长时间重试数据分组的传输一次。同样地，信道访问尝试的最大数量涉及MAC层被允许执行载波侦听以获得用于传送数据分组的信道访问的最大被允许的次数。传送功率级别指被使用于要被转发的数据分组的传输能量，并且因此与数据分组的信号强度强烈相关。针对重传的延迟时间表示数据分组的随后的传输尝试之间的延迟，以及针对信道访问的退避时间间隔指的是两次随后的信道访问尝试之间的时间间隔。因此，传输参数可以被调节使得行经长的数据分组成功经过最后几跳到达它的目的地的概率被增加。例如，MAC层重传的最大数量或信道访问尝试的最大数量或传输功率级别可以被增加，或者针对重传的延迟时间或针对信道访问的退避时间间隔可以被降低。当然，这些调节的组合也可以被选择。通过这些手段，针对已经使用了大量网络带宽的、行经长的数据分组的成功率可以被增加，以及针对长路由的总的通信延迟可以被减少，可能地以行经较短的数据分组为代价。因此，还存在端到端通信延迟的内在的均匀化。

中间节点Ni可以基于存储在该中间节点中的本地信息或基于包括在数据分组中的信息来确定所述数据分组行经的距离。两个节点间的距离可以使用诸如跳距离、基于GPS的距离或欧几里德距离这样的度量被定义。如果节点10的位置是已知的或者网路地址是基于相应的节点10的GPS位置的，则所述距离信息可以从其导出。替换地，所述距离可以基于发送节点A和中间节点Ni之间的跳距离被导出。所述跳距离由数据分组从发送节点A行经的跳数（跳计数）来表征。在一些情况下，所述跳距离信息在网络层上是已经可得到的，例如当使用具有跳计数度量的路由表时。在这种情况下，发送节点A连同与中间节点Ni的相应距离被存储在中间节点Ni中。

所述距离信息也可以例如由网络层使用包括在数据分组中的生存时间计数器或跳计数器来明确地生成。包括在数据分组中的跳计数器在从发送节点A到目的节点B的多跳传输期间每经过一跳就增加。中间节点Ni然后可以从所述跳计数器导出跳距离信息，即跳计数。这里，跳计数也可以涉及在从发送节点A接收的最后n个数据分组上的均（mean）或平均（average）跳计数。替换地，跳计数可以被选择为从发送节点A接收的最后n个数据分组的最大跳计数或者被选择为最后n个数据分组的跳计数随时间的滑动窗口平均。所述跳计数信息可以被存储在网络层，用于确定针对该发送节点A的跳距离。

类似地，生存时间计数器可以被使用。通常，生存时间计数器（TTL）是具有大于最大所需跳数的初始值的头字段。在每个中间节点Ni处，即在每跳之后，生存时间计数器被减少。具有当前生存计数器是零的数据分组将被丢弃以便避免无法交付的数据分组的无限转发。因此，跳计数可以从第一跳之前的初始的生存时间计数和接收数据分组时的最后的生存时间计数之间的差导出。这里，中间节点Ni知道生存时间计数器的初始值，或者初始的生存时间计数被嵌入在数据分组中。替换地，中间节点的本地时钟信号可以被使用为参考，以便与开始时间或传输时间戳进行比较，所述开始时间或传输时间戳指示发送节点A上的传输的开始。通过这些手段，行经时间可以被导出，并且因此，当使用平均传输速度时，数据分组行经的距离也可以被导出。当然，距离信息以及特别是跳计数信息也可以通过使用用于构建路由表的其它技术来生成，例如通过定期发送信标消息。

因此，中间节点Ni可以例如基于包括在数据分组中的发送者地址或跳计数器来识别数据分组行经的距离。行经长的数据分组展示高的跳计数值或者在发送节点A的GPS位置（例如在发送者地址字段中指示的）和中间节点Ni的GPS位置（至少对中间节点Ni是本地已知的）之间的大的差异。替换地，要行经的距离（即，发送节点A和目的节点B之间的距离）可以被包括在数据分组中。通过使用中间节点Ni和目的节点B之间的本地已知的距离，已行经的距离可以按发送节点A和目的节点B之间的距离减去中间节点Ni和目的节点B之间的距离来计算。因此，当通过使用良好的传输参数对这样的行经长的数据分组进行优先化时，端到端延迟可以被减少到接近最小的可能值，并在网络上被均匀化。而且，当行经距离针对要被转发的每个接收到的数据分组被重新确定时，传输参数的调节适用于动态路由协议，其中与一定的发送节点A的跳数可以变化。

在一个例子中，至少两个传输参数集被存储在中间节点Ni中，一组涉及数据分组的正常处理或转发，另一组涉及特许处理或转发。当确定数据分组已经行经的距离超过一定的门限时，针对数据分组跳到下一个节点10的优选传输参数被选择。这可以例如通过在数据分组中设置标志被指示。当然，传输参数也可以以两个以上的级别被调节。替换地，传输参数的调节可以与数据分组行经的距离成正比例。此外，数据分组的类型可以被确定为影响传输参数的调节的附加参数。例如，针对行经长的、时间要求严格的数据分组的传输参数可以被调节成更加良好的传输参数，其特别地比行经较短的、时间要求非严格的数据分组加快了处理和传输。可能地，针对传输参数的调节甚至可以考虑包括在数据分组中的优先权等级。因此，行经长的数据分组比行经较短的数据分组更可能成功地跳到下一个节点10。这甚至可能以行经短的数据分组为代价而发生，并由此导致延迟均匀化。

当被应用在户外照明系统的电信管理中时，这实现了照明器节点10的增强的同步，因为照明器节点10将接收具有可比较的延迟的指令。而且，针对远离任意数据收集器节点50（或控制中心60）的照明器节点10的均和最大通信延迟被减少，导致了针对同一网络中的照明器节点10的较高的通信延迟均匀性。

对于增加的端到端通信延迟的另一个原因是在传输失败的情况下端到端重传之间的不必要的延迟。通常，应答超时应当采取尽可能小的值以便使端到端通信延迟最小化。应答超时指的是任意的发送节点A在重传数据分组前等待来自目的节点B的、针对已发送的数据分组的应答的时间期间。所述应答可以包括确认，其指示由发送节点A发送的数据分组或由发送节点A请求的数据或者它们两者的成功传输。如果应答包括确认，则应答超时也被称为确认超时。在现有技术中，所述确认超时对于所有节点10是固定的和普遍的。因此，对于紧密相邻的节点10的通信延迟等于针对远距离的节点10的通信延迟，可能地导致数据分组重传的不必要的延迟。因此，根据本发明的进一步的实施例，针对数据分组的应答超时基于数据分组将要行经的距离被调节，所述距离即发送节点A和目的节点B之间的距离，如图5中所图示的，其使用调节确认超时的例子。当处理要被发送的数据分组时或者当发送数据分组（S50）时，发送节点A和目的节点B之间的距离被确定（S51）。基于这个距离，针对这个数据分组的确认超时被调节（S52）。可能地，数据分组的优先权也被考虑。因此，在丢失确认的情况下的传输/应用层重传据此被调度。当对针对每个单独的发送者-目的地-组合的确认超时进行调节时，如本发明所提出的，发送节点A的确认超时可以被优化，因此使端到端通信延迟最小化。确认超时的最小值等于用于在源节点和目的节点间的数据分组传输的期望的或平均的往返时间，即用于数据分组的交付的时间加上用于确认的交付的时间。替换地，应答超时的最小值可以被设置成往返时间的最小值等。当发送节点A在确认超时内没有接收到对所发送的数据分组的确认时，发送节点A将重传数据分组（S53）。所述步骤的次序可以被改变，即步骤S51和/或步骤S52可以在发送数据分组（S50）之前被执行。

发送节点A可以根据存储在发送节点A中的数据（例如，路由表）、到潜在的目的节点的距离的列表、先前从目的节点B接收到的距离信息等来确定到目的节点B的距离。当跳计数器或生存时间计数器被包括在数据分组中时，发送节点A可以根据从目的节点B接收的数据分组中包括的跳计数器或生存时间计数器来确定到目的节点B的距离。因此，从数据分组导出的跳计数或者根据从目的节点B接收的最后n个数据分组导出的均或最大跳计数可以被使用于反向路径。

当选择跳计数度量时，确认超时可以按照：超时=2×常量×跳计数×跳时间来计算，所述常量大于1。因子2是针对往返的，因为跳计数仅涉及单向。替换地，可以替代使用针对往返的跳计数。因此，确认超时大于或等于平均往返时间。跳时间可以涉及在多跳传输中将数据分组转发到下一个中间节点Ni平均所需的平均时间期间。这可能是针对所述网络的特征。此外，跳时间可以取决于数据分组的类型，例如所述数据分组是时间要求严格的还是时间要求非严格的，或者所述数据分组被标明高优先权还是低优先权。当然，跳时间也可以用其它特征时间替代，例如，中间跳时间或成功跳时间，即时间间隔，其中一定百分比（例如90%-99%）的跳被成功地采用。当使用基于GPS的距离或欧几里德距离时，确认超时使用针对所选择的度量的特征时间被类似地计算。

也可能考虑目的节点B中的一些延迟以用于调节应答超时，例如响应数据分组被缓冲在那儿的缓冲时间、从目的节点B到发送节点A的周转时间等等。

优选地，应答超时可以附加地基于网络中的当前流量负载，其将导致较高的跳时间。这例如可以由发送节点A观察到的或接收到的网络流量的数量所确定，或者由发送节点A在最后的时间期间T内发出多少分组来确定。替换地，接收器节点B（或中间节点Ni中的任一个）可以将关于网络负载的信息例如作为数据分组的一部分或者连同确认一起报告给发送节点A。而且，当传输参数基于数据分组的行经的距离被调节时，这对于应答超时的调节可以被附加地考虑。

调节传输参数或应答超时不仅适用于仅被发送到一个目的节点B的单播数据分组。本实施例也可以被应用在广播和多播的情况下，其中数据分组被传送到若干目的节点B。在这些情况下，针对多播组中的不同的目的节点B的不同的应答超时或不同的传输参数集可以被考虑，例如针对所述组中的节点的最大确认超时被选择。

当被应用在具有多个照明器节点10的大的照明系统中时，针对操作命令的延迟因此可以被最小化。特别地，对于远离发送操作命令的数据收集器节点50（或控制中心60）的并且已经具有长的传输时间的照明器节点10来说，这消除了未确认的数据分组的重传间的不必要的通信延迟。因此，照明系统的可扩展性可以被进一步增加，以及照明器节点10的响应时间可以被减少。

因此，根据本发明，当节点10充当转发接收到的数据分组的中间节点Ni时，中间节点Ni的传输参数可以针对所述数据分组基于该数据分组行经的距离被调节。通过这些手段，行经长的数据分组的存活机会被增加，因此降低了端到端通信延迟。而且，数据分组感知可比较的延迟，而不管所需的跳数，这有利于应用层并且也有利于传输层。在数据分组丢失的情况下，如果数据分组必须在较高层上被重传，这是特别有用的。因此，降低的均和最大延迟可以被实现，以及网络中的较高的延迟的均匀化可以被实现。另外，当节点10作为发送节点A操作时，应答超时可以针对每个单独的发送节点A和目的节点B的对被调节，进一步降低无线网络中的端到端传输延迟。因此，整个网络资源可以被节省。

Claims (15)

1.一种用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，包括

控制单元（200），其适应于基于由中间节点（Ni）接收的数据分组行经的、在所述中间节点（Ni）和发送节点（A）之间的距离来调节中间节点（Ni）的传输参数，以用于转发所述数据分组，

其特征在于：

如果确定所述数据分组行经的距离超过了预定的门限，则所述传输参数被设置成针对所述数据分组的优选传输参数。

2.根据权利要求1的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中所述设备（100）适应于耦合到节点（10）和/或耦合到数据收集器节点（50），和/或其中所述无线网络是网状网络，和/或其中所述无线网络的节点（10）是静止的，和/或所述无线网络的节点（10）的位置是已知的，和/或其中从发送节点（A）到目的节点（B）的数据分组传输在多跳模式中经由多个中间节点（Ni）被执行。

3.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中两个节点（10、50）间的距离由跳距离、基于GPS的距离和/或欧几里德距离定义。

4.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中所述传输参数包括较低层上的重传的最大数量、介质访问尝试的最大数量、传输功率级别、针对重传的延迟时间和针对介质访问尝试的退避时间中的至少一个。

5.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中所述传输参数根据所述数据分组行经的距离被连续地调节，和/或所述传输参数根据所述数据分组的类型被调节。

6.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中所述传输参数被调节使得已经行经了超过预定门限的距离的数据分组的传输概率被增加。

7.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中所述数据分组行经的距离从跳计数器、生存时间计数器、路由表、包括在数据分组中的信息、发送节点（A）的GPS位置和/或发送节点（A）的网络地址中被导出。

8.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中距离信息通过跨层通信从较低层被提供给较高层。

9.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中距离信息通过使用所述数据分组的初始的生存时间计数和最后的生存时间计数之间的差被生成，和/或通过使用用于构建路由表的技术被生成。

10.根据权利要求7的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中跳计数对应于从发送节点（A）最后接收的数据分组的跳计数、从发送节点（A）接收的数据分组的最后n个数据分组上的平均跳计数、从发送节点（A）接收的数据分组的最后n个数据分组上的最大跳计数、和/或从发送节点（A）接收的数据分组中的数据分组的跳计数随时间的滑动窗口平均。

11.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中所述设备（100）被使用在照明系统的电信管理中，以用于接通或断开照明器节点（10、50）和/或控制照明器节点（10、50）的调光模式，和/或报告传感器数据和/或照明器状态。

12.根据权利要求1或2的用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的设备，其中，当所述设备充当发送节点（A）时，所述控制单元（200）进一步适应于基于发送节点（A）到目的节点（B）的距离来调节针对要被发送的数据分组的应答超时。

13.一种用于控制在无线网络中的数据分组传输的系统，所述系统包括：

控制中心（60）；和

多个节点（10、50），它们中的至少一些包括根据任一项前述权利要求的设备（100）；

其中数据分组通过所述无线网络中的多跳传输从发送节点（A）经由中间节点（Ni）被传送到目的节点。

14.根据权利要求13的用于控制在无线网络中的数据分组传输的系统，其中所述节点（10、50）与照明系统的照明器相关联。

15.一种用于控制在具有多个节点（10、50）的无线网络中的数据分组传输的方法，所述方法包括：

在中间节点（Ni）处接收数据分组；

基于所述数据分组行经的、发送节点（A）和中间节点（Ni）之间的距离调节传输参数；

基于所述调节的传输参数处理所述数据分组，和

转发所述数据分组，

其特征在于：

如果确定所述数据分组行经的距离超过了预定的门限，则所述传输参数被设置成针对所述数据分组的优选传输参数。