CN110178411B - 通过定向传输在无线网络中的路由发现 - Google Patents

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Abstract

一种用于基本上在网状网络的源站和目的地站之间通过独立路由来路由数据的方法和装置。从源站(STA)到目的地站(STA)以非顺序、伪同时的方式发现路由。利用提供主和辅助标记指示的扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)，其与高级编程结合使用以设置路径成本度量，以确保主路径与辅助路由的独立性。

Description

通过定向传输在无线网络中的路由发现
背景
1、技术领域
本公开的技术一般而言涉及自组织或网状网络中的消息路由，并且更具体地涉及自组织和网状网络中的改进的路由路径发现。
2、背景技术
在诸如自组织或网状网络之类的分散式网络中，数据通过中间中继以多跳(遍历网络的多个节点)从源站(STA)路由到目的地STA。在mmWave网络中，数据被路由，以克服在非常高的频率下的范围限制。
在一些情况下，可以同时在源STA和目的地STA之间的两条路径上发送数据；诸如为了减轻其中一条路径中的阻塞或者将多个数据流从具有MIMO功能的源STA发送到具有中继器的目的地STA，该中继器具有MIMO能力或不具有MIMO能力。
AODV是用于通过多跳中继建立端到端通信路由的路由协议。利用AODV，通过以下过程发现从源STA到目的地STA的路由：(a)源STA以多播方式发送RREQ帧；(b)中间STA以多播方式传播RREQ帧；(c)目的地STA以单播方式向源STA应答RREP帧(并记住下一跳STA)；(d)中间STA以单播方式朝着源STA传播RREP(并记住下一跳STA)；(e)在接收到RREP帧后，源STA记住下一跳STA，并通过RREQ/RREP握手使用路由过程开始数据通信。但是，这些通信协议不提供快速路由发现或多条路由路径的使用。
因而，需要改进利用定向传输在网状网络中进行多路由(路径)的发现。本公开满足了这些需求并克服先前方法的缺点。
发明内容
在方法和装置中公开了mmWave网状网络中的多路由(路径)的快速发现，同时确保中间STA与多条路径的独立性。
本说明书中描述的技术的另外的方面将在说明书的以下部分中提出，其中详细描述是为了充分公开本技术的优选实施例而不对其进行限制。
附图说明
通过参考以下附图将更全面地理解本文描述的技术，这些附图仅用于说明目的：
图1和图2是根据本公开实施例的、具有多个对等站的示例性无线网络的拓扑图，主要和辅助路由将通过这多个对等站发现。
图3A和图3B是顺序地保护从源站到目的地站的主要和辅助路径的消息流时间线。
图4A和图4B是根据本公开实施例的非顺序(伪同时)保护从源站到目的地站的主路径和辅助路径的消息流时间线。
图5是示出根据本公开实施例的、在所描绘的每个站处的邻近站的列表的网络拓扑图。
图6是根据本公开实施例的在邻居列表中记录条目的流程图。
图7是根据本公开实施例使用的示例邻居列表的图。
图8是根据本公开实施例的扩展路由请求(RREQ)的数据字段图。
图9是根据本公开实施例的扩展路由答复(RREP)的数据字段图。
图10A和图10B是根据本公开实施例的伪STA同时保护主路由和辅助路由的源STA的流程图。
图11是根据本公开实施例的源STA识别到目的地的路由路径以保护主路由和辅助路由的流程图。
图12是根据本公开实施例的在保护主路由和辅助路由时对路由路径进行排名的流程图。
图13A和图13B是根据本公开实施例的在确保主路由和辅助路由时在中间STA处处理RREQ的流程图。
图14A至图14F是根据本公开实施例的在其上示出路由发现的拓扑图。
图15A至图15C是示出根据本公开实施例的邻居列表交换的阶段以及伪同时发现最佳主要和辅助路由的消息流程图。
图16是根据本公开实施例的单输入单输出(SISO)站(STA)的框图。
图17是根据本公开实施例的单输入单输出(MIMO)站(STA)的框图。
具体实施方式
1、介绍
1.1、定义
除非本文另有说明，否则所有术语都具有其普通含义。在本公开中可以发现许多术语，其含义通常如下所述使用。
AODV：自组织按需距离向量，用于自组织无线网络中的数据分组的路由协议。
网状网络：在网状网络拓扑中，每个节点中继网络的数据，并且所有网状节点在网络中的数据分布中协作。网状网络是一种类型的自组织(自发、即兴或即时构建)网络。
MIMO：多输入多输出；具有多个数据流的两个设备之间的通信。
MU-MIMO：多用户多输入多输出；设备与两个或更多个节点之间的通信，每个节点具有单个或多个数据流。
NL：邻居列表，用于给定STA的、与那个给定STA交换或者波束成形(BF)训练或者“Hello”消息的邻居STA的列表。
P2P：当两个或更多个站被连接并且共享资源而不经过单独的控制器/服务器时，出现对等(P2P)通信。P2P网络可以是自组织连接。
RREQ：路由请求，用在数据路由协议中以发现源STA和目的地STA之间的路径的分组。
RREP：路由应答，响应于路由协议中的RREQ而传输的分组。在源STA接收到RREP后，它可以开始传输数据分组。
RSS：接收信号强度(RSS)是接收到的无线电信号中存在的功率的测量值。
SISO：单输入单输出；具有单个数据流的两个设备之间的通信。
STA：站；作为到无线介质(WM)的介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)接口的单个可寻址实例的逻辑实体。
1.2、考虑中的拓扑。
为了有助于本讨论，通过示例而非限制的方式考虑mmWave网状网络。由于链路预算限制，期望在源STA和目的地STA之间路由数据通信。
图1图示了具有多个站(示例为A、B、C、D和E)的示例路由拓扑10，但不限于具体数量或者相对位置或关系。主路径(实线)12和辅助路径(虚线)16两者都被确定为从源STA(在这个示例中为STA A)到处理来自这两条路径的信号的目的地STA(在这个示例中为STA E)。虽然在主路径上出现阻塞对象14，但由于辅助路径的传输，因此不会发生通信中断。
使用按需路由协议，示出了从源STA到目的地STA的路径12。当数据传输开始时，这条路径(实线)被阻塞。如果阻塞持续一段时间，那么重传和反馈消息都将失败。冗余路径(虚线)16允许从源STA到目的地STA实现通信而不中断。源STA可以利用两条路径同时向目的地发送相同的数据。
图2描绘了略微不同的设置10'，其中源STA(STA A)和目的地STA(STA E)可以具有MIMO能力，而中继器或其中一些不具有。在这个示例中，源STA(STA A)利用主(实线)12和辅助(虚线)16路径两者同时向目的地发送两个空间数据流。
2、多路由发现的概述。
2.1、顺序路由发现的概述。
上面已经提到，在一些情况下，期望在路由协议的路径发现阶段期间保护主路由和辅助路由。
图3A和图3B图示了相对于时间线38顺序保护从源32通过中间STA 34到目的地36的主路径和辅助路径的消息传递流时间线的示例实施例30。所公开的协议响应于分别使用被称为扩展RREQ和扩展RREP的修改后的RREQ和RREP信息元素，设置从源STA到目的地STA的主路径和辅助路径。
在图3A的流程之后，协议由源STA 32触发，源STA 32正在寻求通过中间STA在稳健传输中将空间流40发送到目的地STA。路由协议通过将扩展的RREQ 42广播到中间节点(STA)并将其路由标志设置为主节点来开始。源STA、目的地STA和中间STA(可能的中继)处的主路由的规则遵循基线路由协议的规则，基线路由协议作为示例而非限制是AODV，由于MIMO能力而导致的路径度量成本调整除外。
在方框44处，具有MIMO能力的中间节点有利地对其路径成本进行加权，并且以单播方式将主RREQ 46传播到另一个中间STA或传播到目的地STA 36。目的地站选择主路径48并将RREP发送回源STA 32，其由中间STA 34拾取，中间STA 34将RREP传播50到源STA 32，其确保52主路由。
当确保主路由时，源STA通过将其路由标志设置为辅助传输52扩展的RREQ来触发52辅助路由的路径发现。然后，如图3B中所看到的，中间STA运行修改后的AODV 54并执行MIMO能力和辅助独立性的成本调整，然后使用单播技术将该辅助RREQ传播56到另一个中间STA或者目的地STA 36，目的地STA 36在评估辅助路由路径成本之后选择58辅助路径并将RREP传输到中间STA 34。然后，中间STA 34将该辅助RREP传播60到源STA 32，源STA 32确保62辅助路由，并通过主路由和辅助路由两者传输64相同的内容。
根据所公开的协议，中间STA和目的地STA与辅助RREQ不同地处理。他们在所公开的协议中采用了某些规则，这些规则鼓励以下。(a)在主路由和辅助路由上包含MIMO STA，以便能够使用高级物理层MIMO通信方案，诸如空间复用和MU-MIMO。(b)发现与主路由不重叠的端到端路由。
因此，在顺序保护主路由和辅助路由时，源发送被指定为用于主路径的RREQ的RREQ。充当候选中继器的中间STA以类似于AODV协议的方式传播主RREQ，但是为定向传输而定制。例如，修改后的AODV的这种实现可以在“Routing Data Packets in WirelessNetworks with Directional Transmissions”中看到，这是我们先前提交给USPTO的序列号为15/212,209的专利申请之一。在那个申请中教导的多个元件可以用于实现本公开。
目的地STA在接收到主RREQ后用主RREP进行响应，主RREP在主路径上由STA传播，直到它到达源STA。在接收到主RREQ后，源STA保护主路径并执行类似的步骤以保护朝着目的地STA的辅助路径。在确保朝着目的地STA的辅助路径之后，源STA将数据信号发送到主路由和辅助路由上的下一跳STA。
从上面的描述可以看出这个处理的顺序性质，其中第一路由路径在寻求获得第二路由路径之前是安全的。
2.2、一步(one-shot)路由发现的概述。
图4A和图4B图示了消息传递流-时间线的实施例70，其示出了根据本公开的伪同时(非顺序)路由的概述，使得主路由和辅助路由在一步处理中获得。应当认识到的是，这个一步处理涉及非顺序地获得路由，其中在尝试发现第二路由之前不等待发现第一路由。这个处理在本文中被称为伪同时，因为虽然用于主路由和辅助路由的RREQ不是在完全相同的时间发送，但是它们被发送而不考虑等待来自其它站的响应。
从图中可以看出，在该处理中涉及三种类型的站，源STA 72、中间STA 74和目的地STA 76。该处理基本上分为两个阶段；主动阶段82和反应阶段80(基于计时器)。在主动阶段82中，所有STA在他们之间交换84可靠邻居的列表。STA在处理邻居列表之后就它们聚合到邻居数据库86中。
第二阶段80由旨在用于目的地STA的源STA的队列88中的数据分组的存在来触发。在这个阶段，源STA查找邻居数据库90。它识别是否存在朝着目的地STA的一个或多个路由92。然后，源STA发送针对主路由和辅助路由的RREQ 94。更具体地，RREQ被发送到主路径上的下一跳STA，其被称为“主RREQ”，然后将RREQ发送到辅助路径上的下一跳STA，其被称为“辅助RREQ”。
在图4B中，可以看出，充当候选中继器的每个中间STA处理96这个RREQ信息，然后以类似于AODV协议但是为定向传输和同时多路径发现而定制的方式传播98主RREQ或辅助RREQ。由稍后将描述的中间STA采用的规则集允许发现两个独立的路由。
一旦接收到主RREQ和辅助RREQ，目的地STA就用主RREP和辅助RREP进行响应100。两个RREP都由主路径和辅助路径上的中间STA传播102，直到它到达104源STA。
在确保主路由和辅助路由两者朝着目的地STA之后，源STA将数据信号发送到106主路由和辅助路由上的下一跳STA。
3、路由协议的要素。
3、邻居列表(NL)的交换。
邻居列表(NL)是用于给定STA的、与该给定STA交换BF训练或“Hello”消息的邻居STA的列表(NL)。在周期性定时器到期后，每个STA通过定向(波束成形)传输顺序地将NL信息发送到其对等体。被交换的列表仅包括发送这个帧的STA的可靠对等STA以及相关联的链路质量，诸如信噪比(SNR)信息。
识别可靠对等体的一种方式是通过假设在站之间发生的BF训练阶段。
图5描绘了图1的示例路由拓扑，示出了多个站110(示例为STA A、B、C、D和E)，并且示出了与其它STA的连接对应的邻居STA的列表，如虚线箭头所指示的。
3.2、邻居数据库的构建。
STA将从其每个邻居STA接收的邻居列表(NL)信息记录到其内部邻居数据库。STA的邻居数据库是所有邻居列表的聚合。它包含有关邻域中STA的信息，包括它们的地址、链路质量以及由这些STA中的每一个报告的可靠对等体。
对于给定STA，每个邻居STA表示数据库中的条目。每个条目中的内容是邻居STA的“K”个邻居和朝着那个邻居STA的链路质量。换句话说，对于给定STA，它可以具有N个邻居STA，并且这N个STA中的每一个可以具有K个邻居STA。
图6图示了记录邻居数据库的条目的示例实施例130。从邻居STA的每次NL接收132激活邻居列表记录处理。然后从数据库136条目中检索134STA“n”邻居列表。如果STA“n”在数据库中具有条目，那么进行检查138。如果没有，那么为STA“n”创建142条目，否则在检索到的数据与STA“n”的现有数据之间进行140比较，以检查是否需要更新这个数据。如果需要更新或者STA“n”不存在条目，那么用接收到的信息更新144“STA”n信息，诸如包括链路质量信息(例如，SNR)、可靠对等STA的ID及其链路质量，以完成146该处理。
图7图示了邻居数据库的示例实施例150。示出了154NL数据库152之一，描绘了其每个邻居STA的信息，在这种情况下示出了STA 1的信息156、STA 2的信息158，以及直到STAN的信息160。
3.3、扩展RREQ和扩展RREP。
介绍关于现有技术的AODV路由协议的修改后的RREQ和RREP信息元素。它们分别被称为扩展RREQ和扩展RREP。
图8图示了具有以下字段的扩展路由CTS帧的字段内容。容易看出，这个帧附加地包括字段：SA、DA、寿命和时间偏移。应当注意的是，通常，在多跳上发送帧时使用四种类型的地址字段，例如SA、DA、TA和RA。SA(源地址)是指示帧的来源的附加字段。当帧在多跳上行进时，SA在整个多跳中保持不变。DA(目的地地址)是指示帧的目的地的附加字段。当帧在多跳上行进时，DA在整个多跳中保持不变。TA(传输器地址)指示谁物理上传输帧。当帧在多跳上行进时，TA在跳与跳之间不同。RA(接收器地址)指示谁应该物理上接收帧。当帧在多跳上行进时，RA在跳与跳之间不同。
IE ID:(帧控制)包含关于帧的类型、电源管理信息等的信息；
长度：IE的总长度(以字节为单位)；
SA：源(发起者)STA MAC地址；
SSEQ：源序列号；
广播ID：每当源发出新的RREQ时递增的计数器；
DA：目的地(最终)STA地址；
DSEQ：目的地序列号；
路由标志：具有指示扩展的RREQ/RREP IE用于主路由或辅助路由的一位信息的新字段；
度量：指示路径的链路质量的数字，诸如跳计数、SNR或替代方案。每次由中间STA发送RREQ时都会被更新。
图9图示了具有以下字段的扩展RREP IE的字段：
IE ID：指定信息元素的类型的一组位。
长度：IE的总长度(以字节为单位)；
SA：源(发起者)STA MAC地址；
DA：目的地(最终)STA地址；
DSEQ：目的地序列号；
路由标志：具有指示扩展的RREQ/RREP IE用于主路由或辅助路由的一位信息的新字段；
生命周期：接收CTS的STA认为其缓冲区中具有的数据有效的时间；以及
度量：指示路径的链路质量的数字，诸如跳计数、SNR或替代方案。每次由中间STA发送RREQ时都会被更新。
4、路由协议的细节。
4.1、源STA处用于多路径发现的规则。
在图10A和10B、图11和图12中描绘了由源STA运行以在主路径和辅助路径上路由数据的逻辑。
图10A和图10B图示了保护主路由和辅助路由的源STA逻辑的示例实施例210。该处理开始212，源STA在其传输队列处接收旨在去往不是其直接(立即)邻居之一的目的地的分组214。获取216并检查218NL，以识别这个邻居列表中是否存在到目的地STA的路由路径。
如果NL示出到目的地的至少两条多(例如，两)跳路径，那么进行检查220。如果这些路径中没有至少两条，那么，如果只有一条这样的路径，那么检查222。如果甚至都没有找到，那么它没有路径并且在使用顺序多路径发现协议时回退224并且结束226。如果它找到一条两跳路径，那么它移至步骤228以在主路径上向中继器发送主RREQ，然后在到达图10B中的方框238之前以单播方式顺序地将辅助RREQ发送230到其它STA。但是，如果检查220定位两跳路径中的至少两条，那么它移至图10B中的方框232，其中执行这些(一条或多条)“M”路由两跳路径到目的地STA的排序。在至少一个实施例中，具有最高链路质量的路径被指定为主路径，而第二排名那个路径被指定为辅助路径。主RREQ被发送234到主路径上的中继器，然后辅助RREQ被发送236到辅助路径上的中继器。
在一段时间之后(例如，响应于网络距离、流量和响应时间)，源STA通过中间STA从目的地STA接收并处理响应。特别地，方框238图示了接收和处理主RREP，而方框240图示了处理辅助RREP。现在两条路径都已建立，源STA将数据分组发送242到主路径的下一跳STA，然后类似地将数据分组发送244到辅路径的下一跳STA，并结束246该处理。
图11图示了用于识别到目的地STA的路由路径的实施例250，如先前在图10A的方框218中所封装的，并且现在以扩展格式示出。
该处理开始252并检索254N个STA的NL数据库。循环计数器被初始化256，并且在循环体中，检查258循环计数，以确定是否仍在检查N个STA。如果不是，即，循环完成并且已经检查了所有STA，那么执行方框260以保存多跳中继器的列表，并结束这个处理262。否则，通过查找(查询、搜索、比较)264STA“n”的相邻STA来检查N个STA中的下一个。然后，如果STA“n”的邻居STA与目的地STA匹配，那么进行检查。如果不存在匹配，那么计数器n前进270以引用下一个STA，并且执行在方框258处移回到循环的顶部。否则，如果在方框266中找到匹配，那么在移动到步骤270以推进循环计数器之前，将STA“n”记录268(例如，标记、做注解、标示、存储)为两跳中继器。
图12图示了用于对到目的地STA的路由路径进行排名的实施例290，如先前在图10B的方框232中所封装的，并且现在这里以扩展格式示出。
该处理开始292并且检索294到目的地STA的“M”个多跳中继器的列表。用于M跳中继器的循环计数器m被初始化296，并且循环开始298，检查循环是否仍在进行中。如果循环没有仍在进行，因此已经完成通过所有M个多跳中继执行，那么执行方框300以将排名的多跳路径的列表保存到目的地，然后指定302路径，诸如排名最高的路径被指定为主路径，并且排名第二高的路径被指定为辅助路径，以结束304该处理。
否则，从方框298开始的下一循环迭代检索与STA M相关联的链路质量信息306，并将具有链路质量的这个信息存储308到存储在变量中的STA m，这里标记为Q(m)，并且还将来自STA m的链路质量朝着目的地存储到这里标记为R(m)的变量中。然后在方框310中，将在这里称为S(m)的值确定为S(m)＝Q(m)+R(m)，其将朝着STA m和来自STA m的链路质量相加。然后使用312S(m)的值来更新STA m排名的排序。此后，循环计数器m递增314并且执行返回到方框298处循环的顶部。
4.2、用于多路径发现的中间STA处的规则。
中间STA还执行用于启用所公开的一步路由协议的指令。图12中描绘的流程图解释了这种逻辑。
逻辑的核心概念之一是满足在中间STA处接收的路由管理分组的类型的不同条件。这些分组可以是冗余的分组，这意味着它先前从另一个STA接收到，或者它可以是新的主或辅助RREQ或RREP。
该逻辑的另一个核心概念是支持中间STA作为从源到目的地的两跳主路径上的中继器、从源到目的地的两跳辅助路径上的中继器或者主或辅助路径上的一般中间STA的类型。
图13A和图13B图示了在中间节点处处理RREQ的实施例330。执行开始332并且接收334并处理336RREQ分组。在处理RREQ帧之后，中间STA检查338先前是否接收到这个RREQ。在至少一个实施例中，如果RREQ包含与先前接收的RREQ相同的SA、DA广播ID和RREQ路由标记，那么认为RREQ先前已被接收。如果先前已接收到RREQ，那么执行移至图13B中的方框340以丢弃接收到的RREQ并结束处理342。否则，由于RREQ不相同，因此执行移至方框344，检查RREQ路由标志，以确定它是否指示主路径。如果在方框344处发现它是主路径，那么执行移至图13B中的方框350以更新350链路成本度量，并继续转发RREQ。
如果在方框344中不指示主路径，那么执行方框346以检查接收到的先前RREQ是否具有相同的SA、DA和广播(BC)ID。要注意的是，为了到达方框346，这必须具有不同的RREQ路由标记，因为它不是先前发送的RREQ。然后检查具有相同SA、DA和广播(BC)ID的先前RREP。如果满足这些条件中的任何一个，那么执行移至方框340以丢弃RREQ并结束；从而确保中间STA不在之前选择的作为从源到目的地的路由的路径上。上述条件保证主和辅助路由不重叠。否则，执行移至方框350以更新链路成本度量，并检查352以查找邻居列表中的目的地STA。如果在NL中找到目的地，那么RREQ被转发354到目的地STA，否则RREQ被转发356到其它可靠的中间STA，中间STA将在处理结束342之前将RREQ转发到目的地STA。
5、示例：通过主路径和辅助路径路由数据。
在图14A至图14F中，图示了在示例mmWave网状网络上应用所公开的路由协议，示出了STA A至F，描绘了使用所描述的一步路由发现协议来交换数据的STA。mmWave网状网络示出了网络中STA之间的双向链路，同时还示出了每个STA的邻域。
在图14A中，可以看到具有STA A、B、C、D、E和F的拓扑。表1从图14A中看到的STA A的角度给出了关于邻居的信息。该表在第一列上示出了哪个STA是能够与STA A可靠通信的邻居STA。第二列示出了第一列中每个STA的邻居。最后，第三列示出了第一列STA与其邻居之间的链路质量Q(..)。应当认识到的是，可以借助于中继器STA“D”的帮助在两跳中传送到目的地STA“F”。这是到目的地STA的唯一两跳路径。因此，如在前面所提出的一步路径发现协议中所解释的那样，它被指定为主路径。辅助路径将通过辅助RREQ的传播来发现。
在图14B中，示出了主RREQ帧(实线)被发送到STA D，其中辅助RREQ帧(虚线)被单播到STA C然后单播到STA B。
在图14C中，从中继器STA D向目的地STA F发送主RREQ帧(实线)，其中辅助RREQ帧(虚线)以从STA C和从STA B到其邻居的单播传输模式传播。
在图14D中，根据前面描述的路由协议的规则的STA D将丢弃接收到的辅助RREQ，如通过这些链路上的十字符号所表示的。STA E将辅助RREQ顺序传播到STA F和STA D。
在图14E中，类似地，STA D将丢弃从STA E接收的辅助RREQ，如X标记所示。
在图14F中，主(实线)和辅助(虚线)RREP帧传播被示出回到STA A。应注意的是，这个阶段的结束确保了主路由和辅助路由。
图15A至图15C图示了完成图14A至图14F中描绘的网状网络拓扑中的数据通信的消息流的实施例370。
在该图中，在STA A 372a、STA B 372b、STA C 372c、STA D372d、STA E 372e和STAF 372f之间看到协调，其中时间线沿着页面向下移动，在定时器到期374之后具有主动阶段375，接着是邻居发现阶段376，以及主和辅助路由发现阶段380。在这个示例中，看到响应于周期性定时器到期374而进入主动阶段375。在至少一个实施例中，计时器在STA中运行，诸如在STA内的处理器上运行，以确定时间驱动的事件并在定时器到期(点火(fire))时发起处理事件。定时器被编程为定期发射以激活信号的主动阶段。在主动阶段375期间，看到每个STA将邻居列表(NL)传送到可靠的对等STA。特别地，STA A将其邻居列表传送给多个邻居382；特别地，邻居列表384被发送到STA B，列表386被发送到STA C，并且列表388被发送到STA D 388及其邻近站。STA B与STA A共享其列表389，与STA D共享列表390并与STA E共享列表392。STA C与STA D共享其列表394并与STA A共享列表396。STA D与STA C共享其列表398，与STA B共享列表400，与STA E共享列表402，与STA A共享列表404并与STA F共享列表406。STA E与STA D共享其列表408，与STA B共享列表410并与STA F共享列表412。STA F与STA E共享其列表414并与STA D共享列表416。
到目前为止，已经共享了邻居列表(是最新的)。在图15B中响应于在源STA(在这里示例为STA A)处接收到分组378，针对目的地STA F，源STA发送414主RREQ以在两跳路径上中继(从STA A到STA D，然后到STA E)。辅助RREQ被发送到STA B416和STA C 418。中间STAC将RREQ 420传播到STA D。中间STA B将RREQ传播到STA E 422和STA D 424。然后，STA D将主RREQ 426发送到目的地STA F。中间STA E将辅助RREQ传播到STA D 430，并且传播到STAF 428。
然后在图15C中，返回应答，其中主RREP单播到两跳中继器，再到STA D 432。STA F将辅助RREP单播到中间STA 434。中间STA将辅助RREP单播到辅助路由436上的其它中间STA。最后，中间STA将辅助RREP单播到辅助路由438上的中间STA。
图16图示了被配置用于根据本公开的操作的单输入单输出(SISO)站(STA)的示例实施例490。可以看到数据线492从源/宿设备通过到总线496的连接494连接到存储器498、控制器502、TX数据处理器500和RX数据处理器504。调制器/解调器(mod/demod)506被示为具有调制器508和解调器510，并且耦合到具有天线514的空间处理器512。TX数据处理器500被耦合用于通过调制器508输出，而RX数据处理器504被耦合用于从解调器510输入。
应该注意的是，控制器访问存储器并向TX数据处理器提供控制信号以访问来自数据宿的位并执行原始数据的加扰、编码、交织，以及映射到数据符号或RX处理器来解映射接收到的数据符号并执行解交织、解码和解扰操作。调制器处理数字符号并将数字符号调制为模拟符号。解调器接收模拟符号并解调为数字符号。
当站对发送信号进行波束成形时，要使用的波束图案从TX数据处理器500以命令形式传送到调制器/解调器506。调制器/解调器解释给定的命令并生成馈送到模拟空间处理器512的命令。因此，模拟空间处理器512在其每个发送天线元件中移相，以形成命令的波束图案。当站对接收信号进行波束成形时，要使用的波束图案从控制器502和RX数据处理器504以命令形式传送到调制器/解调器506。调制器/解调器506解释给定的命令并生成馈送到模拟空间处理器512的命令。因此，模拟空间处理器512在其每个接收天线元件中移相，以形成命令的波束图案。当站接收到信号时，接收信号经由模拟空间处理器512、调制器/解调器506和RX数据处理器504馈送到控制器502。控制器502确定接收信号的内容，并触发适当的反应，并将信息存储在存储器498中，如上所述。上述所有管理帧、交换分组由控制器502确定和生成。当要在空中发送分组时，由控制器502生成的分组经由TX数据处理器500和调制器/解调器506被馈送到模拟空间处理器512，而发送波束图案如上所述被同时控制。
图17图示了被配置用于根据本公开进行操作的多输入多输出(MIMO)站(STA)的示例实施例530。应该注意的是，控制器、调制器和解调器执行与前一实施例所述相同的基本功能。TX空间处理器执行空间流的空间预编码和空间映射以匹配发送链。RX空间处理器执行从不同接收链接收到的空间流的空间解映射，并执行空间解码。
看到数据线532从源/宿设备通过连接534连接到总线536到存储器538、控制器542、TX数据处理器540和RX数据处理器544。鉴于存在多个输入和输出，TX数据处理器540耦合到控制器542和TX空间处理器546两者。类似地，RX数据处理器544耦合到控制器542，并从RX空间处理器548接收数据。多个调制器/解调器(mod/demod)设备550a至550n(例如两个或更多个)耦合到具有多个天线558的模拟空间处理器556。mod/demod设备550a至550n的各个调制器552a至552n从TX空间处理器546接收TX输入。以类似的方式，mod/demod 550a至550n的各个解调器554a至554n从模拟空间处理器556的天线558接收RX输入，其在解调之后被传递到RX空间处理器548。
当站对发送信号进行波束成形时，要使用的波束图案和MIMO配置从TX数据处理器540以命令形式被传送到TX空间处理器546和调制器/解调器550a至550n。调制器/解调器550a至550n解释给定的命令并生成馈送到模拟空间处理器556的命令。因此，模拟空间处理器556在其每个发送天线元件558中移相，以形成命令的波束图案和MIMO配置。当站对接收信号进行波束成形时，从控制器542和RX空间处理器548向调制器/解调器550a至550n以命令形式传送波束图案。调制器/解调器550a至550n解释给定的命令并生成馈送到模拟空间处理器556的命令。因此，模拟空间处理器556在其每个接收天线元件中移相，以形成具有MIMO配置的命令的波束图案。
当站接收到信号时，接收信号经由模拟空间处理器556、调制器/解调器550a至550n和RX空间处理器548馈送到控制器542。控制器542确定接收信号的内容，并触发适当的反应，并将信息存储在存储器538中，如上所述。上述所有管理帧、交换分组由控制器542确定和生成。当要在空中发送分组时，由控制器542生成的分组经由TX数据处理器540、TX空间处理器546和调制器/解调器550a至550n被馈送到模拟空间处理器412，而发送波束图案如上所述被同时控制。
可以在各种无线通信设备内容易地实现所提出的技术中描述的增强。还应该认识到的是，无线数据通信设备通常被实现为包括一个或多个计算机处理器设备(例如，CPU、微处理器、微控制器、启用计算机的ASIC等)和存储指令的一个或多个相关联存储器(例如，RAM、DRAM、NVRAM、FLASH、计算机可读介质等)，其中存储在存储器中的编程(指令)在处理器上执行，以执行本文所述的各种处理方法的步骤。
可以参考根据本技术的实施例的方法和系统的流程图图示、和/或也可以被实现为计算机程序产品的过程、算法、步骤、操作、公式或其它计算描述来描述本技术的实施例。在这方面，流程图的每个方框或步骤，以及流程图中的方框(和/或步骤)的组合，以及任何过程、算法、步骤、操作、公式或计算描绘可以通过各种部件来实现，诸如硬件、固件和/或软件，包括计算机可读程序代码中实施的一条或多条计算机程序指令。如可以认识到的，任何这样的计算机程序指令可以由一个或多个计算机处理器执行，包括但不限于通用计算机或专用计算机或其它可编程处理装置，以产生一种机器，使得计算机处理器或其它可编程处理装置上执行的计算机程序指令创建用于实现指定的(一个或多个)功能的部件。
因而，本文描述的流程图的方框和过程、算法、步骤、操作、公式或计算描述支持用于执行(一个或多个)指定功能的部件的组合、用于执行(一个或多个)指定功能的步骤的组合、以及用于执行(一个或多个)指定功能的计算机程序指令，诸如实施在计算机可读程序代码逻辑部件中的计算机程序指令。还将理解的是，流程图图示的每个方框以及本文描述的任何过程、算法、步骤、操作、公式或计算描述及其组合可以由执行指定的(一个或多个)功能或(一个或多个)步骤的基于专用硬件的计算机系统，或专用硬件和计算机可读程序代码的组合来实现。
此外，诸如实施在计算机可读程序代码中的这些计算机程序指令也可以存储在一个或多个计算机可读存储器或存储器设备中，其可以指示计算机处理器或其它可编程处理装置以特定方式工作，使得存储在计算机可读存储器或存储器设备中的指令产生一种制造物，该制造物包括指令部件，该指令部件实现在(一个或多个)流程图的一个或多个方框中指定的功能。计算机程序指令还可以由计算机处理器或其它可编程处理装置执行，以使得在计算机处理器或其它可编程处理装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的处理，使得在计算机处理器或其它可编程处理装置上执行的指令提供用于实现在(一个或多个)流程图的(一个或多个)方框、(一个或多个)过程算法、(一个或多个)步骤、(一个或多个)操作、(一个或多个)公式或(一个或多个)计算描述中指定的功能的步骤。
还应该认识到的是，如本文使用的术语“编程”或“程序可执行”是指可以由一个或多个计算机处理器执行以执行如本文所述的一个或多个功能的一条或多条指令。指令可以用软件、固件或软件和固件的组合实施。指令可以本地存储到设备的非瞬态介质中，或者可以远程存储在诸如服务器上，或者指令的全部或部分可以本地和远程地存储。远程存储的指令可以通过用户发起或者基于一个或多个因素自动下载(推送)到设备。
还应该认识到的是，如本文所使用的，术语处理器、计算机处理器、中央处理单元(CPU)和计算机被同义地使用以表示能够执行指令并与输入/输出接口和/或外围设备通信的设备，并且术语处理器、计算机处理器、CPU和计算机旨在包括单个或多个设备、单核和多核设备及其变体。
从本文的描述中，将认识到的是，本公开涵盖多个实施例，其包括但不限于以下实施例：
1、一种无线通信装置，包括：(a)无线通信电路，被配置为与其它无线通信站进行无线通信；(b)计算机处理器，耦合到所述无线通信电路；(c)非瞬态计算机可读存储器，存储可由计算机处理器执行的指令；以及(d)其中所述指令在由计算机处理器执行时执行包括以下的步骤：(d)(i)利用路由协议与其它无线通信站通信；(d)(ii)与邻居站交换邻居站的列表并构建邻居数据库；(d)(iii)响应于在源站处接收到要发送到目的地站的数据流，识别所述邻居数据库内到目的地站的路由；(d)(iv)发送由中间站向目的地传播的针对主路径和辅助路径的中继请求(RREQ)；(d)(v)在目的地站处选择主路由和辅助路由，并通过中间站将针对请求的主和辅助响应(RREP)传播回到源站；以及(d)(vi)在从源站到目的地站的主路径和辅助路径上发送数据。
2、任何前述实施例的装置，其中所述源站聚合邻居列表以发现到目的地STA的独立主路由和辅助路由。
3、任何前述实施例的装置，其中源站和目的地站之间的中间站处理路由请求以确保非重叠的主路由和辅助路由。
4、任何前述实施例的装置，其中所述路由协议是自组织按需距离向量(AODV)路由协议的扩展。
5、任何前述实施例的装置，其中所述指令在由计算机处理器执行时被配置为响应于利用发送到邻近站的扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)信息元素在与目的地无线通信站建立通信时执行主路径和辅助路径发现。
6、任何前述实施例的装置，其中所述指令在由计算机处理器执行时被配置为利用所述扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)信息元素，所述信息元素包含将它们与常规(非扩展)路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)区分开的不同扩展标识符，并且每个都包含指示主路由路径和辅助路由路径之间的选择的路由标记。
7、任何前述实施例的装置，其中所述指令在由计算机处理器执行时被配置用于响应于确定关于站之间的通信的信号度量而调节路径成本度量值。
8、任何前述实施例的装置，其中所述无线通信电路包括单输入单输出(SISO)无线通信电路。
9、任何前述实施例的装置，其中所述单输入单输出(SISO)无线通信电路包括：(a)发送器数据处理器，其接收源数据、对其进行处理以根据路由协议进行传输；(b)调制器，接收来自所述发送器数据处理器的数字输出，将其转换成模拟TX信号；(c)模拟空间处理器，其耦合到多个天线，并且被配置为接收所述模拟TX信号并将其耦合到多个天线以进行无线传输；(d)解调器，接收来自所述模拟空间处理器的模拟输入，将其转换成数字信号；以及(e)接收器数据处理器，接收来自所述解调器的数字信号，并生成用于输出的宿数据流。
10、任何前述实施例的装置，其中所述无线通信电路包括多输入多输出(MIMO)无线通信电路。
11、任何前述实施例的装置，其中所述多输入多输出(MIMO)无线通信电路包括：(a)发送器数据处理器，其接收源数据、对其进行处理以根据路由协议进行传输；(b)发送器空间处理器，将来自所述发送器数据处理器的输出空间上转换成空间输出；(c)多个调制器，每个调制器接收空间输出之一并将其转换成模拟TX信号；(d)模拟空间处理器，其耦合到多个天线，并且被配置为从所述多个调制器中的每一个接收所述模拟TX信号并将其耦合到多个天线以进行无线传输；(e)多个解调器，接收来自所述模拟空间处理器的模拟输入，将其转换成数字接收器信号；(f)接收器空间处理器，从所述多个解调器接收数字接收器信号，并将它们空间上处理成数字数据输出；以及(g)接收器数据处理器，接收来自所述接收器空间处理器的数字数据输出，从所述接收器数据处理器其生成用于输出的宿数据流。
12、任何前述实施例的装置，其中所述装置用于选自无线通信应用的通信应用，所述无线通信应用包括：无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、无线多跳中继网络、对等(P2P)通信、室外无线通信、Wi-Fi网络、物联网(IoT)应用、通过网状网络的数据回传、具有D2D通信的下一代蜂窝网络、802.11网络，以及ZigBee。
13、一种无线通信的方法，包括：
(a)通过利用路由协议从第一通信站向其它无线通信站通信；(b)与邻居站交换邻居站的列表并构建邻居数据库；(c)响应于在源站处接收到要发送到目的地站的数据流，识别所述邻居数据库内到期望目的地的路由；(d)发送将由位于源站和目的地站之间的中间站传播的针对主路径和辅助路径的中继请求(RREQ)；(e)在目的地站处选择主路由和辅助路由，并通过中间站将针对请求的主和辅助响应(RREP)传播回到源站；以及(f)在主路径和辅助路径上从源站向目的地站发送数据。
14、任何前述实施例的方法，其中所述源站执行聚合邻居列表以发现到目的地STA的独立的主路由和辅助路由。
15、任何前述实施例的方法，其中源站和目的地站之间的中间站被配置用于处理路由请求以确保非重叠的主路由和辅助路由。
16、任何前述实施例的方法，其中所述路由协议包括扩展自组织按需距离向量(AODV)路由协议。
17、任何前述实施例的方法，其中所述方法被配置用于响应于利用发送到邻近站的扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)信息元素，在与目的地无线通信站建立通信时执行主路径和辅助路径发现。
18、任何前述实施例的方法，还包括以下步骤：响应于确定站之间的通信的信号度量，调整路径成本度量值，以确保非重叠的主路由和辅助路由。
19、任何前述实施例的方法，其中所述通信站包括单输入单输出(SISO)无线通信站。
20、任何前述实施例的方法，其中所述通信站包括多输入多输出(MIMO)无线通信站。
虽然本文的描述包含许多细节，但是这些不应当被解释为限制本公开的范围，而仅仅是提供一些当前优选的实施例的说明。因此，将认识到的是，本公开的范围完全涵盖对于本领域技术人员来说会变得显而易见的其它实施例。
在权利要求中，除非明确地如此陈述，否则对单数形式的元件的引用并不旨在表示“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。本领域普通技术人员已知的所公开实施例的元件的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在由本权利要求书涵盖。此外，无论元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确地陈述，本公开中的元件、组件或方法步骤都不旨在专用于公众。本文中的权利要求元件不应被解释为“部件加功能”元件，除非该元件使用短语“用于......的部件”明确地叙述。除非该元件使用短语“用于…的步骤”明确地叙述，否则本文中的权利要求元件不应被解释为“步骤加功能”元件。
表1如图14A中看到的STA的邻居
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Claims (18)

1.一种无线通信装置，包括：
(a)无线通信电路，被配置为与其它无线通信站进行无线通信；
(b)计算机处理器，耦合到所述无线通信电路；
(c)非瞬态计算机可读存储器，存储计算机处理器可执行的指令；以及
(d)其中所述指令在由计算机处理器执行时执行包括以下的步骤：
(i)利用路由协议与其它无线通信站通信；
(ii)进入基于计时器的主动阶段，并且(A)与邻近站周期性地交换作为邻居列表的邻居站的列表并处理和聚合接收到的邻居列表用于利用包括地址、链路质量信息、可靠对等站的标识及其链路质量的信息来构建和/或更新邻居数据库，以及(B)发现到目的地站的独立主路径和辅助路径；
(iii)进入由源站处的数据分组的存在触发的反应阶段，并且在源站处接收到要发送到目的地站的数据流时，识别所述邻居数据库内到目的地站的路径；
(iv)其中通过获取和处理所述邻居数据库并确定存在到所述目的地的至少两个多跳路径来确定到所述目的地站的路径的识别，随后对到目的地的路径进行排名，其中排名最高的路径被选为主路径，排名第二高的路径被指定为辅助路径；
(v)发送由中间站向目的地传播的针对主路径和辅助路径两者的中继请求(RREQ)，其中在不考虑等待来自其他站的响应的情况下发送针对所述主路径和辅助路径两者的所述RREQ；
(vi)在目的地站处选择主路由和辅助路由，并通过中间站将针对请求的主和辅助响应(RREP)传播回到源站；以及
(vii)在从源站到目的地站的主路径和辅助路径上发送数据。
2.如权利要求1所述的装置，其中源站和目的地站之间的中间站处理路由请求以确保非重叠的主路由和辅助路由。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述路由协议是自组织按需距离向量(AODV)路由协议的扩展。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述指令在由计算机处理器执行时被配置为响应于利用发送到邻近站的扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)信息元素在与目的地无线通信站建立通信时执行主路径和辅助路径发现。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述指令在由计算机处理器执行时被配置用于利用所述扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)信息元素，所述信息元素包含将它们与常规(非扩展)路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)区分开的不同扩展标识符，并且每个都包含指示主路由路径和辅助路由路径之间的选择的路由标记。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述指令在由计算机处理器执行时被配置用于响应于确定关于站之间的通信的信号度量而调节路径成本度量值。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述无线通信电路包括单输入单输出(SISO)无线通信电路。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述单输入单输出(SISO)无线通信电路包括：
(a)发送器数据处理器，其接收源数据、对其进行处理以根据路由协议进行传输；
(b)调制器，其接收来自所述发送器数据处理器的数字输出，将其转换成模拟TX信号；
(c)模拟空间处理器，其耦合到多个天线，并且被配置为接收所述模拟TX信号并将其耦合到多个天线以进行无线传输；
(d)解调器，其接收来自所述模拟空间处理器的模拟输入，将其转换成数字信号；以及
(e)接收器数据处理器，其接收来自所述解调器的数字信号，并生成用于输出的宿数据流。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述无线通信电路包括多输入多输出(MIMO)无线通信电路。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述多输入多输出(MIMO)无线通信电路包括：
(a)发送器数据处理器，其接收源数据，对其进行处理以根据路由协议进行传输；
(b)发送器空间处理器，其将来自所述发送器数据处理器的输出空间上转换成空间输出；
(c)多个调制器，每个调制器接收空间输出之一并将其转换成模拟TX信号；
(d)模拟空间处理器，其耦合到多个天线，并且被配置为从所述多个调制器中的每一个接收所述模拟TX信号并将其耦合到多个天线以进行无线传输；
(e)多个解调器，其接收来自所述模拟空间处理器的模拟输入，将其转换成数字接收器信号；
(f)接收器空间处理器，其从所述多个解调器接收数字接收器信号，并将它们空间上处理成数字数据输出；以及
(g)接收器数据处理器，其接收来自所述接收器空间处理器的数字数据输出，从所述接收器数据处理器其生成用于输出的宿数据流。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述装置用于选自无线通信应用的组的通信应用，所述无线通信应用的组包括：无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、无线多跳中继网络、对等(P2P)通信、室外无线通信、Wi-Fi网络、物联网(IoT)应用、通过网状网络的数据回传、具有D2D通信的下一代蜂窝网络、802.11网络，以及ZigBee。
12.一种无线通信方法，包括：
(a)通过利用路由协议从第一通信站向其它无线通信站通信；
(b)进入基于计时器的主动阶段，并且(A)与邻近站周期性地交换作为邻居列表的邻居站的列表并处理和聚合接收到的邻居列表用于利用包括地址、链路质量信息、可靠对等站的标识及其链路质量的信息来构建和/或更新邻居数据库，以及(B)发现到目的地站的独立主路径和辅助路径；
(c)进入由源站处的数据分组的存在触发的反应阶段，并且在源站处接收到要发送到目的地站的数据流时，识别所述邻居数据库内到期望目的地的路径；
(d)其中通过获取和处理所述邻居数据库并确定存在到所述目的地的至少两个多跳路径来确定到所述目的地站的路径的识别，随后对到目的地的路径进行排名，其中排名最高的路径被选为主路径，排名第二高的路径被指定为辅助路径；
(e)发送将由位于源站和目的地站之间的中间站传播的针对主路径和辅助路径两者的中继请求(RREQ)，其中在不考虑等待来自其他站的响应的情况下发送针对所述主路径和辅助路径两者的所述RREQ；
(f)在目的地站处选择主路由和辅助路由，并通过中间站将针对请求的主和辅助响应(RREP)传播回到源站；以及
(g)在主路径和辅助路径上从源站向目的地站发送数据。
13.如权利要求12所述的方法，其中源站和目的地站之间的中间站被配置用于处理路由请求以确保非重叠的主路由和辅助路由。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述路由协议包括扩展自组织按需距离向量(AODV)路由协议。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述方法被配置用于响应于利用发送到邻近站的扩展路由请求(RREQ)和路由应答(RREP)信息元素，在与目的地无线通信站建立通信时执行主路径和辅助路径发现。
16.如权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：响应于确定关于站之间的通信的信号度量，调整路径成本度量值，以确保非重叠的主路由和辅助路由。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述通信站包括单输入单输出(SISO)无线通信站。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述通信站包括多输入多输出(MIMO)无线通信站。
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