CN107006060B - Ad-hoc通信网络和通信方法 - Google Patents

Abstract

形成移动ad‑hoc语音网络以在快速变化的环境中运行的方法包括：向多个装置分配组ID、各自的序列号；在各装置内提供以下算法：基于各网络装置在TDMA循环的时隙内发送来的各邻居数据来计算网络的结构，包括确定一个或多个中继器装置，计算领导者、同步器；通过各装置在TDMA循环的时隙内发送各邻居；通过同步器在TDMA循环的时隙内发送网络周期性同步数据，并传播到所有网络装置；在各TDMA循环完成时通过各装置应用该算法以确定并能更新网络的结构、中继器和领导者；在TDMA循环的周期内，基于网络周期性同步数据来同步各装置，并在确定为同步器丢失时通过各装置来确定系统用的新同步器；通过网络的装置在TDMA循环的多个时隙内发送数字形式的语音数据。

Description

AD-HOC通信网络和通信方法

技术领域

本发明一般涉及移动通信的领域。更特别地，本发明涉及使得参与者能够在快速变化的环境中运行的情况下发送全双工声音和数据的移动ad-hoc通信网络。

背景技术

移动Ad-hoc网络(MANET)众所周知，并且广泛用于通信。MANET例如由家用安全部署、军事、传感器网络等使用。自然地，这种ad-hoc网络被设计为支持多个移动装置的加入以形成通信网络，并且确保在一个或多个“成员”装置离开该网络的情况下(例如，在相对于一个或多个其它网络装置超过有效范围的情况下)的网络的正常运行。所述MANET网络的一部分被设计为允许成员装置之间的声通信。

US 2008/0268855讨论了在分别从所述路由器接收到带宽需求信息之后“主”装置对“路由器站”(路由器)的带宽的动态分配。

尽管现有技术的ad-hoc网络通常包括对网络中由于网络内的各特定移动装置的加入、分离或位置变化所引起的结构变动的适应，但是所述现有技术网络中的那些结构变动仍相对较慢地发生，通常在每几分钟或更长时间一次变动的范围内。此外，现有技术的MANET系统通常支持半双工声通信(即，“对讲机”类型的通信)，而不是两个或更多个用户(例如，四个)可以进行同时讨论的全双工或会议类型的声通信。应当注意，考虑到声音信号到所有网络装置的传播延迟以及考虑到这些装置内的处理时间，以无缝方式实现这种类型的通信需要解决显著的复杂性。

例如，现有技术的ad-hoc声通信网络不适于由多个摩托车手或移动装置用户进行全双工、会议类型的讨论。更具体地，在摩托车环境中，需要如下的ad-hoc、全双工声通信网络，其中该声通信网络使得多个摩托车手(例如多达10个摩托车手)能够参与同时的“电话会议”，其中在该“电话会议”中，任何骑手都可以交谈并且这些骑手中的随机的最多4个可以始终被参加电话会议或者随意加入电话会议的所有其他摩托车手听到。摩托车以高速(诸如每小时150公里以上等)移动并且随机改变这些摩托车各自在组中的位置这一事实引起了现有技术的ad-hoc声音网络无法应对的频繁网络结构变动、即速率变动。此外，网络结构中的这些频繁变动向支持全双工、甚至各种装置之间的会议类型的声通信的所述需求增添了另一显著的困难。

可能存在于例如摩托车手或移动装置环境中的另一需求是允许在MAMET系统外部的附加的参与者加入电话会议。例如，在4个摩托车手之间建立MANET电话会议时，在MANET外部但具有与MANET参与者之一的电话移动通信(或任何其它通信)的第五参与者可能希望参与会议讨论。现有技术从未提供这种选项。这种需求对于需要使用离线网络MANET来继续移动通信的专业用户(例如在通信基础设施覆盖是局部的或可能被损坏的区域中移动的企业和公共安全用户)而言也存在。这种用户组还非常动态并且需要全双工电话会议。

因此，本发明的目的是提供如下的ad-hoc声通信系统，其中该ad-hoc声通信系统能够应对可能以单位为秒的速率发生的显著且频繁的结构变动，同时仍然在若干成员装置之间提供全双工、会议类型的通信。

本发明的另一目的是可选地包括所述ad-hoc网络的装置之间的跳跃类型的声通信，并且应对所述跳跃结构中的结构变动。

本发明的又一目的是提供一种用于对加入网络的装置进行配置的简单易行的过程。

本发明的又一目的是解决分别与诸如“领导者(leader)”、中继器或“同步器(synchronizer)”等的ad-hoc关键装置的通信的丢失，并且即使在与所述关键装置的通信丢失之后也能够使网络迅速恢复并正常运行。

本发明的又一目的是使得能够容易且动态地修改网络的结构。

本发明的又一目的是通过使用一个或多个MANET参与装置建立所述多网络连接性来实现两个或更多个类型的网络之间的连接，其中一个类型是MANET网络，另一类型是例如分组交换(LAN/WAN)网络或电路交换(蜂窝)网络。

本发明的又一目的是提供适合于摩托车手使用等的所述ad-hoc声音或数据通信系统。

随着描述的进行，本发明的其它目的和优点将变得明显。

发明内容

本发明涉及一种用于形成移动ad-hoc语音网络以在快速变化的环境中运行的方法，所述方法包括以下步骤：(A)向多个装置分配组ID，并且向所述多个装置中的各装置分配各自的序列号；(B)在所述多个装置中的各装置内提供用于进行以下计算的算法：(B.1)基于各网络装置在TDMA循环的时隙内发送来的各个邻居数据来计算网络的结构，该计算包括确定一个或多个中继器装置，(B.2)计算网络的领导者，以及(B.2)计算网络的同步器；(C)通过所述多个装置中的各装置在所述TDMA循环的时隙内发送该装置的各邻居；(D)通过所述同步器在所述TDMA循环的时隙内发送网络周期性同步数据，并将所述网络周期性同步数据传播到所有网络装置；在各所述TDMA循环完成时，通过所述多个装置中的各装置应用所述算法，以确定并能够更新网络的结构、网络的中继器和网络的领导者；(E)在所述TDMA循环的周期内，基于所述网络周期性同步数据来同步各装置，并且在确定为所述同步器丢失时，通过各装置来确定系统所用的新同步器；以及(F)通过网络的装置在所述TDMA循环的多个时隙内发送数字形式的语音数据。

优选地，所述TDMA循环的持续时间处于90ms～2秒之间。

优选地，引入到所述时隙内的语音数据是由声码器在各装置内压缩后的压缩语音数据，所述语音数据是由多达4个装置中的任意装置同时引入到所述TDMA循环的各时隙内的。

优选地，各装置内的解码器对所述压缩语音数据进行解码并且经由各扬声器向用户发出所述压缩语音数据的声音。

优选地，所述语音数据能够分别由一个或多个中继器装置通过所述TDMA循环的时隙传播到网络内的所有装置。

优选地，所述邻居数据在所述TDMA循环内分别在预定义的控制时隙内和中继时隙内传播。

优选地，来自所述同步器的所述网络周期性同步数据在预定义的同步时隙内传送，其中各所述同步时隙位于各帧的专用时隙内。

优选地，在确定同步器丢失时，各装置确定新同步器，其中新确定的同步器是剩余装置中具有最高序列号的装置。

优选地，各装置在所述TDMA循环的各控制时隙处提供附加微调同步，而网络的装置使用所述附加同步数据来微调自身的同步。

优选地，所述领导者被确定为位于网络的中心处的装置，因此所述领导者用于最佳地传播网络架构和冲突解决方案。

优选地，在确定两个或更多个装置针对用作所述领导者而言具有同等资格的情况下，选择满足预定义的标准的装置用作所述领导者。

优选地，标准是所存在的针对用作领导者而言具有同等资格的装置中具有最大序列号的装置。

优选地，本发明的所述方法用在摩托车手或移动装置的移动ad-hoc语音网络内，其中各装置还包括用于确定用户的语音发起的语音活动检测器。

优选地，该方法还包括：提供用于将组ID和装置序列号分配给各装置的头装置。

优选地，所述移动ad-hoc语音网络中的一个或多个参与装置使用LAN/WAN/蜂窝模块来在所述移动ad-hoc语音网络内的装置与外部网络的远程装置之间进行互连。

优选地，手动分配为了互连的目的而使用LAN/WAN/蜂窝的一个或多个装置以进行所述互连。

优选地，自动并动态地分配为了互连的目的而使用LAN/WAN/蜂窝的一个或多个装置以在所述移动ad-hoc语音网络运行期间进行所述互连。

优选地，装置可用作将MANET与LAN/WAN(分组交换网络)或电路交换蜂窝网络互连的路由器。装置可以在用户选择向会议添加远程方的情况下成为互连路由器，或者基于阈值集合通过自动方法而成为互连路由器。

附图说明

在附图中：

图1示出根据本发明的实施例的移动ad hoc语音通信网络的临时结构；

图2公开了根据本发明的实施例的MANET装置的基本结构；

图3示出用于与本发明的移动ad hoc语音通信网络一起运行的TDMA循环的示例。

具体实施方式

如上所述，本发明提供如下的高效会议型全双工声音MANET，其中该MANET在快速变化的环境中高效运行，该环境在网络成员装置的物理位置方面以及在所述成员装置之间的相对位置方面影响网络的结构。

如将变得明显的，本发明的全双工声音MANET包括多个装置，该多个装置中的若干装置用作组合型收发器-中继器装置，而其它装置仅用作收发器(即，发送或接收包的装置)。各所述装置的功能可以动态地改变，使得收发器可以变成收发器-中继器，或者反之亦然，收发器-中继器可以仅变成收发器。在用作中继器的情况下，实现蛙跳效应(leapfrogging effect)，并且通过使发送装置的消息经由收发器-中继器“跳跃”到第二收发器来扩展发送设备的范围，其中第二收发器本身可以用作中继器或者常规收发器。因此，跳跃将用作大体扩展整个组的通信范围的手段。本发明的MANET在TDMA协议中运行。

图1示出根据本发明的实施例的MANET 30的临时结构。该示例性MANET包括八个通信装置40a～40g，其中六个是常规收发器(由T表示)，而其它两个(装置40c和40h)用作收发器-中继器(由T-R表示)。为了确保至扩展范围的通信，在若干装置中使用跳跃方式的消息传播。例如，来自装置40a的语音可以经由两个T-R 40h和40c以TDMA方式传送到装置40d(其超出装置40a的范围)。装置40h可以直接向装置40g传送消息，但经由T-R 40c向装置40e传送消息，这意味着装置40c在时隙x中从装置40h接收消息，并且在时隙x+i中重新发送该消息，其中装置40e在时隙x+i中接收该消息。

图1的系统可以可选地实现至外部装置(例如，蜂窝电话)的互连，从而使得该外部装置能够加入经由MANET而发生的会议讨论。为了启用该选项，在图1中，装置40f用作至LAN/WAN/电路交换蜂窝网络的互连路由器(IR)。在装置40f从装置40e接收到消息时，装置40f将该消息重新发送到远程(例如，蜂窝)网络90和远程装置40j。在装置40f经由远程网络90从装置40j接收到输入时，装置40f将该输入重新发送到MANET，由此可选地使该输入与装置40f的输入混合。

如稍后将详细描述的，在任何给定时间，本发明的MANET还包括领导者装置L和同步器装置S(在一些情况下，同一装置可以用作同步器和领导者这两者)。应当注意，图1示出如下的临时状况，例如由于装置的相对位置可能快速改变(在摩托车手使用这些装置的情况下)，因此位置可能在几秒或甚至不到几秒的时间内发生显著改变。

以下描述组合了一般参数以及优选实施例的特定参数。更具体地，为了方便起见，并且为了更容易地理解本发明，本优选实施例包括特定参数的表示(诸如成员装置的数量、各TDMA循环的持续时间、可能的消息的跳跃数、最大范围等)。然而，应当注意，本发明不限于任何所述特定参数。

图2公开了根据本发明的一个实施例的MANET装置10的基本结构。装置10包括收发器11、处理单元13、声码器14、解码器18、可选的语音活动检测器(VAD)19、麦克风15和扬声器17。优选地，装置10还包括蓝牙单元21，该蓝牙单元21使得能够免提使用，执行如下文所公开的分组阶段以及与外部网络的互连。装置10还可以包括使得能够与如下文所公开的所述外部网络互连的LAN/WAN/电路交换蜂窝模块22。

MANET通过参与者之间的分组阶段来初始化。分组阶段通过将装置之一定义为“头”装置而开始。接下来，头装置向各成员装置分配组ID和序列号。例如，将计划形成网络的头装置和各装置切换到“分组状态”。然后(共同地或顺次地)使装置与头装置在物理上接近(诸如相距3米等)。头装置优选地通过使用蓝牙单元21依次将组ID以及例如从1到15(或在装置更少的情况下更少)的装置序列号分别分配给各装置，而头装置分配到相同的组ID和序列号0。组ID用于将各组与可能在附近运行的其它组区分开，如果没有组ID，则可能发生这些组的不期望的混淆。各装置优选提供该阶段完成的指示。优选地，组内可能的装置的数量有限，使得在装置尝试加入已经达到该限制的组的情况下，这种尝试将被头装置拒绝，直到活跃成员空出时隙为止。此外，在先前放弃了组的装置尝试重新加入组的情况下，如果所述序列号仍然可用，则优选地向进行尝试的该装置分配相同的先前序列号。在本发明的实施例中，只有头装置可以形成组并且可以向组装置分配序列号，并且只有头装置可以将装置添加到现有组。然而，与其它现有技术不同，本发明的主题MANET使得即使在头装置后期从组中消失的情况下或者在从头装置删除了组数据的情况下，该组也可以工作。在不存在头装置的这种情况下，向组添加成员装置可能需要从所有组装置中删除先前的分组数据，并且将需要以上述方式形成新组。应当注意，优选地，任何装置均可以通过容易的人机接口(诸如按钮按压等)而成为用于对网络进行分组的头装置。

在一个实施例中，各装置存储该装置的针对单个组的分组数据。在另一实施例中，装置可以存储针对多于一个组的分组数据，然而，在任何给定时间，装置内应仅激活一个分组数据。

可选地，分组阶段可以通过计算机或移动电话来进行。在一个实施例中，各装置可以在计算机或移动装置中维持分组数据的若干替代集合，并且可以仅将单个所选分组数据下载到该装置。

网络装置之间的通信利用TDMA信道接入方法。TDMA信道被划分为封装到多帧循环中的时隙(术语“循环”在这里表示TDMA多帧每T秒进行重复)。该周期性多帧循环包括N＝L+D个时隙，其中来自消息的L个时隙是控制时隙，其余的D个时隙用于数据。实际上，D个时隙包含数字形式的声音数据，这些声音数据由声码器14压缩并由处理单元13封装在各TDMA时隙中。

如下文将详细描述的，本发明的MANET系统包括如下的两个附加ad-hoc关键装置的分配：

a.“同步器”装置，其主要任务是将同步数据分发给所有网络装置。如下文将进一步讨论的，同步器可以在任何控制时隙被替换，而不会丢失系统内的任何装置的同步；以及

b.任务是分发网络结构的“领导者”装置(因为领导者位于网络的中心位置，因此领导者对整个网络的视角是最可靠的)。“发布”意味着，使用中继器来传播领导者的结构视角。领导者批准一个或多个装置用作网络内的中继器，并指导这些装置如何传播信息。如稍后将详细描述的，网络内的所有装置包括用于计算领导者装置的内部算法。由于网络中的所有装置利用相同的算法对与网络结构有关的大致相同的一组数据(该组数据贯穿网络传播并且在周期T内在所有装置处被接收)进行操作，而各装置在周期T中单独计算一次领导者的身份，实际上所有装置关于领导者得到相同的结论(因此可以在周期T中可选地替换一次，这取决于所述计算的结果)。以这种方式，领导者的身份每周期T被优化一次。领导者也在语音数据的冲突发生时解决该冲突，并且在一些情况下，领导者还分配哪个数据时隙可以被各装置使用。

循环的持续时间被设计为使得在周期T内，整个网络的结构对于网络内的每个装置而言将变得清楚。更具体地，每周期T向网络内的各装置通知：

a.网络内活跃的其余装置；

b.各装置的邻居；

c.关于各装置是否能够用作中继器的指示；

d.关于各装置是否是当前循环的领导者的指示；

e.多个同步数据，其在周期为T的循环内的多个时隙内被引入；

f.可选地，由特定设备使用的特定时隙的分配，以及两个或更多个装置将数据引入到相同的数据时隙的情况下的冲突解决指示(表示允许哪个装置将数据引入到所述时隙以及拒绝哪个装置将数据引入到所述时隙)；

g.在特定数据时隙内由特定设备引入并可选地由中继器传播的数据；

h.公布从领导者装置接收到的网络结构。

如上所述，使上述数据(特别是关于网络结构的数据)在周期T内传播到网络中的每个装置，各装置在该装置内应用独立的算法，以确定网络内的哪个装置将被分配为中继器，以及这些装置中的哪一个是领导者装置。由于所有装置对大致相同的一组数据(如在周期T内传播的数据)进行操作，因此预期所有装置关于新领导者独立地得到相同结论。在一个优选实施例中，领导者装置是网络中间的装置，并且可以在应用最少数量的中继器的情况下将数据传播到系统边缘处的装置。在一些情况下，可以将两个或更多个设备确定为用作领导者的最佳候选。在这种情况下，例如通过预先定义所述候选中具有最高序列号的候选将被分配为领导者，来从所述最佳候选中任意地选择领导者。

示例

在图3所示的一个具体实施例中，TDMA结构是总持续时间为150ms的200个时隙的多帧循环。TDMA多帧循环被划分为5个帧，各帧具有40个时隙，而各帧具有30ms的总持续时间。各帧内的40个时隙被划分为10个控制时隙，而其余的30个时隙用于数据。表示为S的帧是通过同步器装置引入到循环的同步帧(例如，如图3所示，这些时隙是循环的第0、40、...160号时隙，或者实际上是各帧的时隙0)。这些同步时隙使得其余的装置能够使这些装置的时钟(即，循环、帧和特定时隙的开始)同步，以接收TDMA循环的后续时隙。此外，为了消除在接收各S时隙之间的时钟漂移，装置还在它们接收到控制时隙时校正这些装置的同步(这将在下文中讨论)。

由数字指示(14、13、12、...0)所表示的时隙是分别针对网络的每个装置(甚至潜在的装置)所保持的用于通知邻居(可选地在一个(或多个)跳跃距离内)的身份以及精细同步数据(即，各装置包括该装置所同步的装置的指示)的控制时隙。如上所述，各帧还包含从同步器提供的主同步数据S。作为该结构的结果，各种装置基于所述主同步数据来同步，并且还在接收到各所述控制时隙时校正这些装置的同步，以便消除这些装置的时钟漂移。

由R表示的帧用于中继器所进行的网络结构传播。这些时隙被划分为N个子组(未示出)，其中N是允许的最大中继器数量。由于中继器的身份不是预先已知的，因此所述R时隙是针对所有中继器所保持的，而并不将这些R时隙分配给特定的中继器。各中继器在各帧内随机选择一个R的子组以发送该中继器自身的中继消息。该技术减少了数据的冲突，这是因为由于冲突(或接收到不期望数据)而丢失的中继消息将在下一子组中再次被发送。实际上，各中继器将该中继器所接收到的与网络结构有关的其它中继器的控制消息累积在缓冲器中，并且该中继器封装并发送所确定出的自身的结构数据以及所选子组的R时隙内的所述累积数据。所述R消息包含该中继器的1跳邻居的列表和来自包含这些中继器自身的1跳邻居的其它中继器的所述接收消息。由于各中继器的数据的冗余重发，因此这种技术还有助于克服数据丢失。来自所有中继器的信息由接收装置(特别是由没有接收到远程中继器直接发送的结构数据的那些装置)使用以建立完整的网络结构。如上所述，各控制时隙(14、13、..0)和R时隙也包含同步信息。各种装置在接收到各所述控制或R时隙时校正这些装置的同步，以消除漂移。

由L表示的帧是领导者消息。更具体地，这些消息用于分发网络的结构等，以解决数据的冲突(即，两个或更多个装置将声音数据引入同一数据时隙D等)。类似于R和控制时隙，L消息也可以包含同步信息。

由D表示的时隙包括由声码器14引入的(压缩后)声音数据。如图所示，在5个连续D时隙的各组内，第一时隙具有明亮背景，而接下来的4个时隙具有暗背景。优选地，只有具有明亮背景的那些时隙用于发起者的声音数据，而四个后面的数据时隙(即具有暗背景的时隙)用于通过中继器重传数据。这样做是为了确保声音数据也适当地传播到远程装置，其中声音数据必须经过一个或多个中继器装置，其中声音数据必须经过一个或多个中继器装置，即经由“跳跃”来发送。因此，在各帧内只有6个D时隙可用。同样如前所述，所述6个时隙可以由多达4个装置使用以执行同时会议讨论。在需要引入声音数据时，装置随机地选择帧内的6个可用的发起者D时隙中的一个。如果存在两个装置同时选择相同时隙的情况，则领导者装置通过将对象时隙分配给冲突装置之一(拒绝其它装置并且要求其它装置选择另一时隙)或者拒绝任一所述装置使用该时隙来解决冲突。在任意情况下，在各帧的30ms周期期间，各装置累积D时隙内所包括的相应数据，对这些数据进行解码和混合，并且经由扬声器17将该数据播放给用户。

总而言之，在对麦克风15说话时，系统通过A/D单元(未示出)将声音转换为数字信号，同时识别出发言的传输已经开始由此发言正被传输并发送到声码器14这一事实，声码器14接着压缩数字信号，并将压缩的数据馈送到相应的D时隙。

在摩托车装置中使用的情况下，本发明规定，在一个骑手开始发言时，所述可选的语音活动检测器(VAD)19检测语音的存在，并且声码器14开始压缩并存储语音。因此，处理单元尝试从六个可用时隙中识别可用数据时隙。由于处理单元永久地监视先前的通信这一事实，因此可以以相当无缝的方式来进行。然后，装置10在第一可用时隙内发送压缩后的语音，其中，只要来自该装置的发言继续，则针对该装置保持压缩后的语音。

如上所述，本发明的主题MANET还包括“同步器”装置的定义。同步器装置同步TDMA消息和所有MANET参与装置中的操作，以克服硬件、处理和信号传播延迟。远程装置分别经由一个或多个中继器或相邻装置接收这些远程装置的同步。网络中的各装置必须是同步的，以正确地适应TDMA操作。例如，各装置将存储如下信息，其中该信息针对各时隙表示该时隙何时开始、该时隙在多帧内的数量、该时隙的类型、特定数据时隙是否是被授权写入或者仅仅用于“侦听”的时隙等。根据本发明，在任何给定时间，存在且仅存在一个同步器装置。此外，为了消除网络的任何装置(特别是经由中继器接收同步的装置)处的同步漂移的可能性，主同步消息S由突发的高速率传输进行发送，即在各TDMA循环内多次发送(在该高速率同步之中，微调消息分别包括在各控制时隙和R时隙内)。

由于不能始终保证与活跃同步器装置的100％可靠通信，因此本发明采取使各装置包括用于确定当前同步器的身份的算法这一措施来解决这个缺陷。在丢失与当前同步器的通信时，各装置应用该算法以重新分配新的同步器。因此，可以在各帧中分配一次新的同步器装置。

例如，根据本发明的实施例，同步器装置始终是具有最高序列号的活跃装置。每当与同步器装置的通信丢失时，各装置验证该装置的相邻装置的序列号，并且如果后续发现这些装置其中之一具有最高序列号，则具有最高序列号的该特定装置成为承担同步器角色的候选。与一个或多个候选有关的数据在网络内传播，并且消除具有较低序列号的数据，直到剩余一个候选装置为止，然后该装置被分配为新的同步器装置。新的同步器装置从先前存在的同步起开始其作为同步器的功能，以使得过渡期间的同步困难最小化。此外，在任何新装置加入到活跃网络时，针对该新装置的序列号进行验证过程。如果发现该新装置的序列号低于现有同步器装置的序列号，则保持当前同步器。然而，如果加入的装置具有比当前同步器更高的序列号，则该装置向现有同步器同步并且随后作为新的同步器来分配操作。使用该技术以使得同步器替换的过渡期间的同步问题最小化。应当注意，将同步器装置分配为具有最高序列号的装置仅是一个方便的示例。可选地，可以使用用于选择新同步器装置的其它算法。

根据本发明的实施例，同步数据可以可选地以数跳(即，经由中继器)传播到网络中的一些装置。例如在图1中，在假定装置40d是同步器的情况下，装置40c向装置40d同步，而装置40c还在其自身的控制时隙内发布同步数据。装置40h从装置40c接收所述消息，并使用该消息来接受装置40d作为同步器。以这种方式，装置40h变得与装置40d同步。

上面的示例假定TDMA循环T的周期为150ms。然而，该示例不应被视为限制，这是因为通常可以在90ms到2秒之间选择持续时间T，以确保网络调整自身以适应快速变化的环境的能力。如上所述，就领导者和中继器而言的网络的结构每周期T进行更新。在各所述更新之后，可以替换网络的领导者L和中继器R中的一个或多个。此外，可以以甚至高于周期T的速率(实际上在帧内的任何时间)来替换同步器。以这种方式，网络结构及其操作良好地适应快速变化的环境(例如，在持续移动的摩托车手(还不断改变各自在组中的位置)使用多个装置的情况下所存在的环境)，以在参与者之间进行全双工、电话会议型的交谈。还应当注意，如下事实增加了网络的灵活性和鲁棒性，这是由于该网络实际上不依赖于任何特定参与装置的存在，并且可以无缝地克服与任何网络装置的通信的丢失：分发用于重新计算领导者、同步器和中继器的算法并且该算法存在于各装置中以及所有网络装置大致针对与网络结构有关的同一组数据进行操作。此外，由于即使在语音通信不活跃时也进行本发明的MANET的重复更新，因此该更新是非常重要的。该事实确保了在发起语音时，网络结构被优化并且准备好满足全双工、电话会议要求。

根据本发明的实施例，一个或多个装置可以用作互连路由器。在用户希望将不是MANET的一部分的远程用户添加到电话会议中的情况下，该用户可以将其IR模块用于该目的(参见图1)。在这种情况下，装置40f将使用其内部WAN/LAN或蜂窝模块22(参见图2)或通过经由蓝牙模块21连接到外部WAN/LAN或蜂窝模块来连接远程装置40j。来自远程装置的音频输入将是与VAD 19触发类似的数据发送用触发。如果远程装置40j的用户和IR装置40f的用户同时说话，则IR装置40f将混合所述两个语音输入，然后发送MANET通信。

在本发明的又一实施例中，一个或多个装置可以自动被分配为IR角色。在两个装置之间的MANET连接被丢弃(例如，由于干扰或RSSI低于阈值水平)的情况下，MANET的边缘装置可以经由可选的WAN/LAN/蜂窝通信而重新连接远程设备(连接被丢弃的装置)。可以使用重新考虑并更新网络架构的一组阈值和计时器来自动进行该过程。

在本发明的又一实施例中，一个或多个WAN/LAN/蜂窝装置可以自动被分配为IR装置。在LAN/WAN/蜂窝连接由于覆盖原因而断开的情况下，断开的那些装置可以经由MANET而恢复与WAN/LAN/蜂窝网络的连接，并且使用装置之一作为IR。可以使用重新考虑并更新网络架构的一组阈值和计时器来自动进行该过程。

MANET装置和外部网络的装置之间的互连用的所有上述方式使得分别能够扩展MANET和外部网络两者的地理覆盖。

上述描述是特别针对语音通信而提供的。然而，应当注意，本发明的MANET也可以用于数据或视频通信。

还应当注意，尽管来自多个骑手/用户的语音数据不是同时传输的，但各装置在其各自的时隙内进行传输，有鉴于高速率传输、网络内的数据传播以及接收装置处的传输数据的组合而维持了全双工体验。

尽管通过说明的方式描述了本发明的一些实施例，但将显而易见的是，在不背离本发明的精神或超出权利要求书的范围的情况下，本发明可以使用本领域技术人员能够理解的范围内的多个等效物或替代解决方案以各种情形和修改来实现。为了说明的目的，可以说，所述发明在持续运动并且需要改变各自在对象组中的位置的自由的多个用户(例如建筑或石油钻井工人、现场人员、安全和军事人员等)的任何设置中同样有用且创新。

Claims (17)

1.一种用于形成移动ad-hoc语音网络以在快速变化的环境中运行的方法，所述方法包括以下步骤：

a.向多个装置分配组ID，并且向所述多个装置中的各装置分配各自的序列号；

b.在所述多个装置中的各装置内提供用于进行以下计算的算法：

i.基于各网络装置在TDMA循环的时隙内发送来的各个邻居数据来计算网络的结构，该计算包括确定一个或多个中继器装置，

ii.计算网络的领导者，其中，所述领导者是位于所述网络的中心位置处的装置，以使得所述领导者将数据传播到所述网络的边缘处的装置所需的中继装置的数量最少，以及

iii.计算网络的同步器的身份；

c.通过所述多个装置中的各装置在所述TDMA循环的时隙内发送该装置的各邻居；

d.通过所述同步器在所述TDMA循环的同步时隙内发送网络周期性同步数据，并将所述网络周期性同步数据传播到所有网络装置；

e.在各所述TDMA循环完成时，通过所述多个装置中的各装置应用所述算法进行所述计算，以确定并能够更新网络的结构、网络的中继器和网络的领导者；

f.在所述TDMA循环的周期内，基于所述网络周期性同步数据来同步各装置，并且在确定为与当前同步器的通信丢失时，通过各装置来确定所述网络所用的新同步器；以及

g.通过所述网络的装置在所述TDMA循环的多个数据时隙内发送数字形式的语音数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述TDMA循环的持续时间处于90ms～2秒之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，引入到所述时隙内的语音数据是由声码器在各装置内压缩后的压缩语音数据，所述语音数据是由多达4个装置中的任意装置同时引入到所述TDMA循环的各时隙内的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，各装置内的解码器对所述压缩语音数据进行解码并且经由各扬声器向用户发出所述压缩语音数据的声音。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述语音数据能够分别由一个或多个中继器装置通过所述TDMA循环的时隙传播到网络内的所有装置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述邻居数据在所述TDMA循环内分别在预定义的控制时隙内和中继时隙内传播。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述同步器的所述网络周期性同步数据在预定义的同步时隙内传送，其中各所述同步时隙位于各帧内。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定同步器丢失时，各装置确定新同步器，其中新确定的同步器是剩余装置中具有最高序列号的装置。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，各装置在所述TDMA循环的各控制时隙处提供附加同步数据的分发，而网络的装置使用所述附加同步数据来同步并微调自身的同步。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述领导者被确定为位于网络的中心处的装置，因此所述领导者用于最佳地传播网络架构和冲突解决方案。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在确定两个或更多个装置针对用作所述领导者而言具有同等资格的情况下，选择满足预定义的标准的装置用作所述领导者。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，标准是所存在的针对用作领导者而言具有同等资格的装置中具有最大序列号的装置。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法用在摩托车手的移动ad-hoc语音网络内，其中各装置还包括用于确定用户的语音发起的语音活动检测器。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：通过头装置将组ID和装置序列号分配给各装置。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动ad-hoc语音网络中的一个或多个参与装置使用LAN/WAN/蜂窝模块来在所述移动ad-hoc语音网络内的装置与外部网络的远程装置之间进行互连。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，手动分配为了互连的目的而使用LAN/WAN/蜂窝的一个或多个装置以进行所述互连。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，自动并动态地分配为了互连的目的而使用LAN/WAN/蜂窝的一个或多个装置以在所述移动ad-hoc语音网络运行期间进行所述互连。

Images