CN1183716C - 包含多个流动访问结点的无线通信网络 - Google Patents

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Abstract

不具有传统无线基干构架的无定形通信网络，具有多个由个人携带或随个人迁移的游动或流动接入节点(200)或终端设备。每个无线节点(200)有一用户接口和本地ID，例如，IP地址、URL、电话号码。通过PSTN、因特网、ATM网等将语音、数据或视频传送到其它流动节点(104)或常规的陆基电话终端或数据终端。在节点(200)中的地理位置检测器，例如GPS，保持对瞬时位置的跟踪，该位置被传送到本地或远地存储的数据库(400)。当节点(200)作为源工作时，本地处理器(250)访问该数据库(400)以确定到目的地的节点对节点路径。当消息中的目的地地址与节点的本地地址匹配时节点(200)捕获被发送的消息，否则如果地址不匹配则向目的地转发该消息。一旦成功接收信息，在节点(104)间发送确认。节点的无线收发信机(260)根据频带宽度、节点间距离、信号强度、比特差错率、节点布居密度、频谱、数据率和/或空中接口协议适应环境和地形以控制发送和接收特性。节点(200)可定期地或随机地单点播发或广播其ID和/或位置数据以更新数据库(400)，并随后可传播到整个网络的其它数据库。数据库(400)可本地驻留在一个节点(400)中或在一固定的区域性位置(106)上，将它们联接在一起形成全局数据库。

Description

包含多个流动访问节点的无线通信网络
发明领域
本发明与无线网络系统有关，特别是涉及利用多个流动接入节点来提供信息的访问和传送的“无定形”通信网络。
背景技术
本发明系统包含一个网络，该网络包括能在随个人在一个区域附近移动的语音、视频或数字终端间进行点对点透明通信的自治式流动或游动接入点。分布式接入或路由节点通过无线网即多半是整个移动网传输数据包或其它信息。本发明系统不同于常规的无线网络在于避免了必须有网络构架或常规的管理和控制信息传输和网络访问的移动交换中心。本质上，本发明的流动网络是无定形的，其意义是它没有限定的构架或中央管理或中央控制，并且它们的通信链路不断地随着人口密度、位置和瞬时的设备间或节点间的点对点的通信路由而变化。然而陆基网络以及静止节点也可结合本发明的流动网络而使用。
预期的有效使用方式是用最小密度的流动“黑盒子”自治式节点开始布置在一个给定区域内，据此，具有这类节点装置的个人可互相通信和/或允许他们的节点装置中继穿越该流动网络的消息。预期对典型的个人的流动和移动的模式也有效性。当节点随着个人在一区域随近到处移动时，通信将依赖于节点对节点的传输以在个人间和/或数据终端间中继信息。随着更多的个人具有节点，达到允分和适当网络容量，效率或“呼叫完成”的概率增加了。本发明对于市区，稀少到中等人口的郊区，大学校园等特别有用，其目的是向相隔几百到几千英里的公民提供自由的，无阻碍的通信。
这一系统代表了脱离传统蜂窝网络的一个重要的起点，由于管理和计费的原因，传统的蜂窝网不允许用户单元不通过固定的交换中心直接互相通信。本发明还有所不同的是避免了相对较高的底层结构开发费用。简言之，本发明能使个人以传统的控制，监视，管理和计费要求中解放出来。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种使用流动接入节点并排除与底层结构开发有关的高代价和延时。
本发明的另一个目的是提供一种通信系统能在市区、郊区和/或类似校园的环境中提供快速的部署和自行维护。
本发明的再一个目的是绕过传统无线蜂窝系统有关的管理控制和费用，并解除个人有关不想要的负担和干扰。
本发明的再一个目的是提供适合于各种环境和陆基条件的点对点的通信系统、方法和/或协议使得流动或游动节点能有效地互相通信。
本发明的另一个目的是集成它的使用并与各种地理位置系统一起工作用于在确定目的地装置或节点究竟在哪里的使用中提供位置信息。
本发明的另一个目的是通过分层通信协议提供一种透明通信的系统和方法，并从而减轻使用任何专用接口与另一用户通信的需要。
本发明还有一个目的提供自治式流动节点或通信装置和方法，能随意地不受与传统因定基站无线蜂窝系统有关的接入限止，预登记或其它控制的限制而在一个自保持集成通信系自由地操作。
发明概述
按照本发明的一个方面，使用分布式接入网络的无线通信可通过对有所需服务的人口聚区接供多个流动或游动访问节点而达到，可任选地确定源和目的地之间的点对点路由，用流动节点始发一源和目的地间的数据传输，通过在流动节点间中继信息而从源向目的地传递信息并在目的地节点接收该信息。各种改进包括利用GPS或其它地理定位系统对流动节点地理定位并随后根据地理位置结果确定点对点路由。一个合适的地理位置定位系统或位置检测器包括GPS接收机，三角测量系统、卫星导航系统及用于产生所述瞬时位置的手动位置输入。地理位置定位系统或位置检测器根据直角座标系统和极座标系统之一生成位置的表示。一当成功地收到信息也可在节点间发送确认消息。另外，收发机特性也可根据节点布置密度、数据率、信号强度、位差错率、周围环境、地貌、位置、节点间距离或其它因素而改变。
在一个实施例中，发射机为多模态，其具有根据工作频谱、频谱宽度、数据库、在给定区域的流动节点密度、地面位置和空中接口协议等至少一种的多种工作模式。此外，流动节点的处理器根据所述节点相对于其它节点的位置、所述流动节点相对其它节点的接近程度以及在所述网络中所述节点的布局密度之一实现对所述发射机的所述多个工作模式之一的选择。流动节点的发射机可以发射代表网络数据包的电磁信号，根据所述节点的布局密度、传送数据所需的速率、信号强度、比特差错率、中间接入节点周围的环境、地形、地面位置以及节点间距离之一改变所述发射机的发射特性。处理器还可以包括根据指示所述中间节点位置的瞬时位置定位点通过计算处于其间的中间节点路由而确定从源到目的地的路径的装置。进一步，网络中的多个流动节点周期性地发送指示位置的位置信息，所述位置信息传播到整个网络用于存储在每个所述流动节点的本地存储器中，所述节点处理器查询所述本地存储器以获得信息来确定所述源和目的地之间各个中间节点的位置。基于速度、行进方向和在所述目的地节点邻近的地形之一处理器按照所期望的位置确定到所述目的地的路径。处理器在节点间通信期间实现向发送节点返回发送确认数据包。进一步，处理器利用包括分段和封装之一的较低层通信协议对实行较高层通信协议的节点实现透明的节点对节点信息数据包传输。(根据“IEEE STANDARD DICTIONARY OF ELECTRICAL ANDELECTRONIC TERMS”(1996版)，“透明”表示(a)在数据通信中，不含有传输控制特性的信息，或(b)以用户不可见的方式工作。进一步，该定义可以被解释为，例如，计算机可以对用户“透明”地进行分配、数据库操作以及家务管理。)处理器对网络中的一个或多个节点实现单点信息播放发送、多点信息播放发送和广播信息发送。
本发明的另一方面，一个自主工作的流动节点为具有一节点设备的用户成员提供了游动接入点并形成自我维护、不定形的无线网络。流动节点装置具有一本地ID并一用户接口，能用诸如键盘、数字盘和/或电话手机，用于生成数据表示的输入设备来接收意向接收者的ID，例如IP地点、URL、电话号码、硬件设备地址或任何其它标志。用户信息(可包括语音、数据或视频)被传送到另一流动节点或电话或常规陆线网络，例PSTV、因特网、ATM网等的数据终端。流动节点一步包括了一个定位节点瞬时位置的地理位置检测器，能够向至少另一个节点发送有效负载消息的发射机以及能够从至少另一个节点接收有效负载消息的接收机。此外，处理器实现对包含瞬时位置信息，指示始发数据传输的源ID、指示目的地节点目的地ID以及有效负载消息的网络数据包组装。处理器中的例行程序在节点作为源节点工作时实行确定从源到目的地的可能点对点路径，当数据包的目的地字段的ID区配本地ID时实行对有效负荷消息的捕获，而在其它情况下根据包含在信息数据包中的ID或地址信息实现信息向目的地的自动转发。
其它方面，当结合附图对下面详细说明浏览后本发明的优点和特点将会变得更容易明白。
附图简述
图1说明了本发明的流动接入节点(MANs)的典型部置。
图2是流动节点200的简化框图，它包括计算机装置，信号发送和接收装置、物理位识别、用户接口和存储器。
图3说明了本发明第一实施例的一个数据包300。
图4示出了标识第一实施例链路ACK数据包有关字段的链路确认(ACK)数据包400。
图5标识了网络ACK数据包500的主要字段，它包括地址数据和标识数据。
图6标识了信息数据包600的主要字段，它包括地址数据，位置数据和标识数据。
图7A-7D的流程显示了本发明响应于接收机213接收的信号如何处理已被锁存在临时存储器(例RAM)中的进入数据包。
图8示出了标识第一实施例的信息数据包内的主要字段的一个信息数据包800。
图9示出的流程图显示了与第一实施例的网络ACK数据包400相关的数据流。
图10的流程图描述了与第一实施例的网络ACK数据包相关的数据流。
图11的流程图描述了与第一实施的数据包300相关的数据流。
图12标识了第二实施例的信息数据包1200内的相关字段。
图13说明了标识第二实施例的数据包内的相关字段的数据包1300。
图14说明了标识第二实施例数据包的主要字段的网络ACK数据包1400。
图15标识了在第二实施例的链路ACK数据包1500内的相关字段。
图16标识了第二实施例的网络否定确认(NAK)数据包1600的主要字段。
图17A-17C流程图显示了响应于第二实施例的信号接入机213接收的信号如何处理已被锁存在临时存储器(例如RAM)中进入数据包。
图18的流程说明了在本发明第二实施例的发送端对信息数据包1200的处理。
图19的流程图说明了在本发明传输时的数据包处理过程。
图20的流程图说明了在发射机端用于第二实施例的网络ACK数据包的数据流。
图21的流程图显示了在第二实施例的链路ACK数据包的发射机端的数据流。
图22的流程图说明了在发射机端用于第二实施例的网络NAK数据包的数据流。
本发明的详细描述
词汇和定义
ACK-确认
CDMA-码分多址
CPU-中央处理单元
CRC-循环冗余校验
HDLC-高级数据链路控制
IP-互联网协议
LLC-链路层控制
MAC-媒体接入控制
MAN-流动接入节点
MNID-流动入标
MUF-最大可用频率
NAK-否定确认
NVRAM-非易失性随机访问存储器
OSI-开放系统互联
PLI-物理位置识别器
QOS-服务质量
RAM-随机访问存储器
RFC-请求说明的文档
S/N-信噪比
TCP-传输控制协议
TDMA-时分多址
UDP-用户数据协议
A、系统一般描述
图1说明了本发明的典型实现。使用自主式工作的流动接入节点的数据网络包括的MAN具有能对直视104，表面波(绕射的)101，对流层散射(反射和拆射的)102，天波(反射的)103信号传播、或任何其它电磁信号传播工作的装置以及任选的一个固定区域数据库节点106(它也可以保持静止的一个MAN单元)。该任选的固定区域数据库MAN可通过点对点天线或有线通信或通过所示网络的MAN互相传递它们的数据中的信息以对所有任选的固定数据库MAN支持完全的网络地理分布，如果使用所示的网络，一个特定的频率可专门用于网络地理分布的配置。自主式工作意味着缺乏中央交换中心用于管理现行帐户、计量、授权等，但可以包括用于同步信号或其它通信的工作节奏定时以允许在流动或瞬时节点装置间进行随意的不受限制的通信。系统不必具有能对所有四种信号传输工作的节点。然而，因为根据信号传播的方式信号行进不同的距离，系统具有能多干一种类型工作的节点将工作得更有效。使系统工作更有效的另一种方法是系统中具有多个网络，每个网络只具有一种类型MAN。这将允许传输层如其正常的工作那样通过不同的网络(每个网络具有不同的工作特性)管理数据源程序流量。
所有的流动节点都能移动，但它们也可以静止不动。例如，流动节点107位于在流动节点108附近朝北向其目的地前进的汽车中。汽车必须停下来加油，因为它到达了目的地，驾驶员因到达目的地而必须停下来进食(或取食品)。当驾驶员睡觉时在是静止的。此外，可以预计由于驾驶员睡觉、进食或工作，在其居家区域附近汽车大部分时间可以静止。然而在此期间内，流动节点会周期性地向地区数据库(它保持有当前节点位置映射数据)报告其位置，例每1分钟到5分钟。这种节点位置映射数据被其它节点用于确定到目的地节点到节点路径。
固定地区数据库点106具有的数据库能确定源和目的地MAN间的端对端数据包或节点的路由。当各个MAN本身不能获得关于网络确定端对端路由的足够信息时就使用上述路由。在所示实施例中地区数据库节点106不是主动地获取节点位置信息，而是周期性地接收由位于它区域内的MAN自动地和周期性地发送的这种位置信息。另一方面，地区数据库节点可编程为从其区域内的MAN取得响应而主动地获取MAN位置信息。当处于有效通信范围外时，MAN也可以配备一个例行程序，实现将位置信息中继到一指定的地区数据库。地区数据库也可以在它们之间相互通信以交换数据库信息使得每个数据库保持与在所有互相通信的地区数据库的各自区域内有关节点的“全局”位置信息。
另一方面，一个路由MAN遍历一预定的地理范围(例区域1)，收集散播给各个MAN的网络信息，使它们能独立地确定端对端路由。固定地区数据库节点从在通信范围内通过的MAN处收集地理范围(例区域1)的网络信息。固定数据库节点可以散播其信息并自己确定路由。路由移动节点可与固定地区数据库节点调工作，收集网络信息并将它中继给固定地区数据库节点以增加有效性。
参见图2，示出了流动节点200的简化方框图。该流动接入节点有一信号发射机204、信号接收机213，发送天线陈列201，接收天线陈列210、物理位置识别器(PL1)220、中央处理单元(CPU)250、数据总线230、控制总线240、RS-232收发器260、网络接口270、随机访问存储器290(RAM)具有可选数据库499的非易失性RAM(NVRAM)280以及具有可选数据库499的可选硬盘驱动器399。流动接入节点还可以有许多其它接口，例FDDI，令牌环、ATM。
CPU250通过控制总线240控制信号发射机204。数据经数据总线230向或从信号发射机传送。信号发射机204受CPU250控制，能以不同的预定频率，不同的信号强度和/或在不同的空中接口协议下发射。信号强度一般用信噪比(S/N)分类。还有其它技术来对信号强度分类，这对本领域的普通技术人员是很明显的，例可监视接收机端位差错率(BER)。接收机将用BER来确定返回到信号发射机的通信的功率要求。BER信号可被中继回发射机，这样发射机可使用BER信息确定当返回到特定MAN通信时它的功率要求。BER与信号强度成反比，随着信号强度降低BER增加。
信号发射机204向发送天线阵列201提供发送信号，这样它可发射无线电波。CPU250通过控制总线240控制发送天线阵列。流动节点能够单向地或全向地发射信号。在发射天线阵列201中分别有全向和单向天线202和203发射信号。反馈数据，即天线方向通过数据总线230被送到CPU250。
CPU250通过控制总线240控制信号接收机213。数据通过数据总线230向或从信号接收机传送。由CPU250控制的信号接收机213能接收不同的预定频率。另外，它还能识别接收信号的信号强度。正如信号发射机204那样，信号强度通常用S/N分类。信号接收机与接收天线阵列210结合能包括定位和跟踪进入信号的电路，从而能通过进入数据包或信号跟踪移动MAN。
接收天线阵列210将捕获的无线电信号提供给信号接收机213用于处理。CPU250通过控制总线240控制接收天线阵列。数据通过数据总线230向或从接收天线阵列210流动。可以有二个天线(或随后讨论的用于信号分集的其它装备)同时向信号接收机213馈送信号用于信号分集以增加S/N克服信号衰落。接收天线阵列210中分别有单向和全向天线212和211。
CPU250通过控制总线240控制物理位置识别器(PLI)220。数据经数据总线230向或从PLI220传送。使用GPS或其它地理定位系统，PLI在至少二个平面(参数)上标识流动节点的位置。然而，三个参数是最佳的。标识参数流动节点的经度和纬度，加上可任选的高度参数。用角度和径向位移表示的极坐标位置参数也可用来定位MAN。高度参数在部分移动接入系统中仅是任选项，这些部分实质上处在平坦地形上。
到或来自CPU250的数据和控制信号分别通过数据总线230和控制总线240行进。CPU控制RS-232收发器260、网络接口(和任何其它网络接口)，与发送天线阵列201组合的信号发射机204(发送组合)，与接收天线阵列210组合的信号接收机213(接收组合)及物理位置识别器220。另外，CPU控制对NVRAM280、RAM290的存储器访问以及任选的硬盘驱动器399和驻留在其中的任选的数据库499。它能指令发送组合以不同频率，在不同空中接口协议下发送，单向或全向发送、或以不同的信号强度发射。它控制空间分集特性的信号组合；要收听哪个频率，以及对接收组合和任何要启动的跟踪特性要收听哪个天线。CPU生成要被发送的数据包并将它们继续传送到信号发射机204。CPU250接收来自PLI220的物理位置并计算描述流动节点所期望路径的速度向量。它取得信号发送信息根据预定的信号强度或质量确定所期望的信号范围。CPU确定可能的发送频率并任选地确定接收频率。在某些实例中，计算装置确定它是否具有一路由服务器令牌用于作出路由判定。
B、射频(RF)通信链路
语音和数据网络中的话务量可分类为长途，例长距离电话呼叫或与大陆另一边的远程计算机的通信、或短途，例本地电话呼叫或与本地服务器或与隔壁房间内的计算机的通信。在长途和短途之间的距离一般可用短途或长途所用的技术来提供服务。
流动节点104主要能进行直视通信，加上增长百分之十至十五距离的非直视通信。它们工作在900MHz或1900MHz的频带内，更高或更低的频率可用于获得更宽的带宽。然而，随着频率增高，干扰效应增加(例雨水衰减)，故对更宽的频带有一个折衷。大多数系统是由这些流动节点构成的，因为大多数话务量是本地的且要求高的频带。由于在这些频带中通信的本地化特性，频率重复使用是实用好，由此能更好地使用所分配的频谱。此外，在此频带内有许多商用转发应答器。MAN可以自动切换频率，使得它们能按照网络的条件最佳化性能。
直视信号传播不能跨过地平线传播，除非发射天线足够高使它能看到地平线外的接收天线。使天线足够高以看到地平线外移动的MAN是不实用的，所以直视信号传播仅能用于在相对无阻档环境下的本地化通信。这一模式的信号传播仅很好地适用于具有高带宽的短距离到中距离通信。因而采用多种信号传播式将增加系统有效性的和可用性。
表面波信号传播依赖于利用大地作为波导的信号绕射，故由于绕射，波长越长信号就能行进得越远，然而波长越长，频率就越低且对数据吞吐的频带越窄。因而，中等范围到非常长范围(跨过地平线)最好用这一信号传播模式工作。
对流层散射信号传播依赖于地球的对流层散射信号。这一信号传播模式最好工作在超高频(UHF)和特高频(SHF)频带(300MHz到30GHz)。因而，长距离到非常长距离(跨地平线)能很好地用这个信号传播模式工作。
天波(电离层)信号传播依赖于地球大气层的折射。它依赖于入射角和折射角。入射角必须接近90度而由于不是所有能量均被折射且一些信号能量直接穿过大气层故一些信号能量将损失。信号基本上是在空中直线发出且它反弹回来到达天空中入射点视野内的任何区域。这通常出现在高频带(HF)(3到30GHz)。天波信号传播非常依赖于大气活动性。更具体说，它的效力取决于一天的时间，太阳周期的时间和太阳的活动性，在宽范围最大可用频率(MUF)图表中可包括一探测器(例DigisondeTM的便携式探测器)来确定信号传播的实时现场特性。本地到远程通信用这种信号传播类型工作得最好。
单向(或仅是方向性)天线对直视流动节点最为有利，但所有的流动节点都能从使用定向天线中得到好处。单向天线用于减小互相靠近的流动节点间的干扰。这样，信号发射可以被限止在目标区域内而信号接收可被限止为对来自一个方向或区域的进入信号接收。将会有很高的直视节点密度(特别在城市内或近城地区)，这样，这些节点将从单向天线得到最大好处。工作在这些频率上的转发应答器在无障碍地形处工作最好，这样信号到达目标的能力是非常有利的，更何况，如果系统集成了跟踪目的地节点的子系统，可使用具有非常窄复盖窗口的定向控制的天线。
本发明中信号分集非常重要，因为发射和接收流动节点两者都可以移动。信号分集方案组合多个不相关的信号以取得一个较强的合成信号来克服信号衰落。因为多个路径极少具有相同的深衰落，故将它们组合时合成信号具有最小或无衰落(较高的S/N)，这些方案是可行的。本发明使用了若干种分集方案。间隔分集或空间分集方案是实现最容易和最廉价的分集方案，所以本发明中的流动节点大部分使用空间分集。场分量分集方案提供了空间分集方案的所有属性而不要求在低频处有大的天线空间间隔。当空间分集不实用时一般使用场分量分集。然而本发明也使用极化、场分量、角度、时间或频率的分集方案。
空间分集使用分开距离大约等于半波长的二个接收天线。在两个天线处的瞬间接收信号强度是不同的且不相关。来自两个天线的信号被组合以获得一个较强的合成信号，容易懂得，这种方法最适于短的波长，因为天线间的距离只要大约半波长。如果小型化是主要考虑因素，实现下述其它分集方案之一将更合适。
场分量分集组合三个场分量，环形或双极电线在Z方向的电场分量(E2)，X方向的磁场分量(HX)和Y方向的磁场分量(HY)，组合可以相干(方程a)，不相干(方程b)或相干分量各项的平方和(方程c)。
VI＝E2+HX+HY             (方程a)
VII＝|E2|+|HX|+|HY|      (方程b)
VIII＝|E2|2+|HX|2+|HY|2  (方程c)
方程方法使用能量密度或分别接收三个场分量的不相关信号天线。发射天线可以是任何类型。
极化分集可通过安装一个右和左园形接收天线达到。这些天线可放在同一杆上或同一支座上，这样根据所用的频率这一分集方案可要求较小的空间。鞭状天线用作发射天线工作得最好，故这一技术要求三个天线。然而天线间可以很靠近。以这种方式，以每一环状天线接收的信号最佳地互不相关。实现这一分集的另一种方式是使用一个垂直鞭状天线和对接收信号成45度的一个鞭状天线。发射天线还是能使用垂直鞭状天线。二个不同的天线接收的信号幅度和相位不同。这要求流动节点具有二个天线，但它们的间隔可很靠近。
角度分集使用多个指向较宽不同角度的方向性(单向)天线。本发明使用三个分开120度角的方向天线，因而复盖了360度。多个天线分离信号的不同的不相关角度分量。任何发射天线可以这一方案使用。这一分集方案使用多个天线，它们可以靠近放置，当考虑节省空间这一技术将工作得很好。
时间分集是很低效的技术，因为它要求完全使用宝贵的频带周期性地重新发送信号，故这一技术极少使用。然而这一技术不要求用分开的或空间天线来实现，当空间有限是主要考虑时该技术有它的优点。
频率分集要求两个射频信号各自的载频相互远离。分开很宽的载波提供了不相关的信号。本技术使用二个信号故带宽使用也不够有效。
C、通信协议
下面的描述说明了本发明工作网络的最小实现。正如人们考虑的，数据包结构和它们的处理组合了数据链路和网络层。数据链路层通常提供了网络任何两个节点间的数据的可靠交换。网络层通常提供通过网络的路由、顺序、逻辑信道控制、消息流控制和差错恢复。消息流控制包括吞吐量、用服务质量(QOS)描述的质量。通常QOS按其性质是在传输层解决的，但本发明在较低层解决QOS以减小上下协议栈引入的额外开销。由于接收信号质量的波动请求的QOS多半要再协商。本发明中所有MAN能同时不用协调地移动，故在某些时刻信号质量可预期变化非常大。另外，多媒体和视频应用对网络提出了极大需求。然而，可预期QOS仍将在传输层处理，因为当遍布我个网络时它将解决不同网络间的QOS。
传输控制协议(TCP)可在传输层协议中使用，但根据用于实现TCP的库或软件包这会要求比这里说明的更稳健的协议实现。TCP和网络/键路层间的协议将主要把TCP数据包中指定的IP地址翻译成MNID，确保数据将适合于TCP数据包的并按照它们被发送的次序按排进入数据包的次序。由于大部分应用当前依靠TCP，它是传输层的较佳候选。
然而，用户数据报协议(UDP)也可用在传输层协议。但是，UDP不像TCP那样保证数据包传递的次序。
也许较好的解决办法(至少就应用程序员到目前所关心的)是使建立的协议更紧密地遵照传统的七层OSI方案。这样，用户根据本发明可选择任何协议库或软件包来使用所构成的系统。应用程序员通常关心的是网络层上的各层，因为在端点的数据包必须遍历上层(传输层到应用层)以在端点的节点上取得或送去应用。本发明可为其数据链路(链路层控制)层使用AX.25协议(通过引用包括于此)。AX.25是业余数据包无线电(Amateur Packet-Radio)链路层协议。它类似于高级数据链路控制协议(HDLC)并基于X.25层2协议。AX.25的意向是用于业余数据包无线电。因此，地址是呼叫符号。呼叫符号从IP地址翻译过来(且反之亦然)。本发明进行类似的从IP地址翻译成MNID(且反之亦然)，故使用相同的机制来进行这一翻译。AX.25信号数据包分配路线矢量。
AX.25协议的使用不提供任何网络层支持，故互联网协议(IP)用于层2(网络)服务。关于AX.25帧的IP封装(通过引用加入于此)的进一步信息可参考RFC1226。传输控制协议(TCP)最有可能用于网络服务，因它提供顺序数据包的保证。大多数当前的网络应用依赖于正在使用的TCP/IP，故AX.25协议方法有利于本发明的更宽泛使用，允许用户使用现成的协议库或软件包。
D、第一实施例的数据包结构
这里描述本发明的二个实施例，尽管可从本揭示导出许多其它实施例。每个实施例具有稍为不同的数据和数据包结构。在它的最简单形式中，第一实施例的源节点不必知道或不必计算到目的地节点的节点到节点路由。当期望网络工作在有限边界内，例如岛屿，校园或其它边界限定区域时这就是够了。例如，在那种场合下源节点可广播一网络数据包而所有接收该数据包的节点将根据ID、控制和/或信息内容的特性或者捕获，响应或转发该数据包。在某些情况下，网络数据包甚至可以不必包含位置信息，就像业余数据包无线电技术那样，因为工作区域很小，所有节点均在通信区域内或在此区域内只有几个跳转。这里描述的第一实施例不使用位置信息数据库，但却包括了地理定位装置。
图3标识了数据包300中的主要字段，它包括状态、控制和有效负载数据。有效负载数据或消息包含对数据、语音信号或视频信号的表示。每个数据包有一字节(8比特)的起始和结束标志字段301和323，分别具有相同的值01111110，故一个结束标志可以是下一数据包的开始标志。标志中的6个连续1迫使所有其它情况的6个连续、被断开，这样当数据包的各位流过时仍然能找到标志。这可用位填充完成。在发射机处，在5个连续1后放置一个0比特，反过来，它们在接收机处被移去。
一个4比特的数据包类型字段302标识数据包类型。标识数据包的4个比特是“1111”。源(这一链路的发送流运接入节点)流动接入节点(MAN)标识符(MNID)字段303有3个子域，一个X座标域304，一个Y座标域305和一个Z座标域306。其它字段，例如极座标位置参数，也可用于指定源和目的地。源MNID是当MAN发送数据包时它的位置。源MNID是当MAN发送数据包时它的位置。源MNID是用于无线通信链路的发送MAN。所有的MNID由X、Y和Z座标域308、309和310。目的地MNID指示了特定天线通信链路的意向的目的地MAN。当请求广播时目的地MNID是全1。网络源MNID字段311分别包括X、Y和Z座标域312、313和314。网络MNID是在网络上始发数据包话务量的MAN(即网络上的呼叫始发者)。X(304、308和312)，Y(305、309和313)和Z(306、310和314)座标域每一个均为32比特，标识三维中的一维以充分标识三维空间中流动接入节点位置。因此，每个MNID字段是12字节或96比特。
一字节或8比特链路数据包ID字段316用于标识无线通信链路上的每个特定数据包。网络数据包ID必须唯一地跨越整个网络，因为它可能必须遍布整个网络以达到它的最终目的地。二字节或16比特的源站接收频率字段318标识发送流动节点(正被确认的数据包源)监视哪些频率，因为如果话务量低的话链路ACK数据包(ACK网络层ACK)可跨越整个网络在预定的频率上发射/接收，故无需对网络ACK数据包指示不同的ACK频率。信息数据包可任选地包括一任选的网络ACK频率，它将被用于通过整个网络对那个特定的数据包作端对端确认，或者当网络ACK进行到它的目的地时，对每个网络支线可选择不同的网络ACK频率。一个二字节或16比特的时戳字段319指示了由网络源MAN发送数据包的时间。4比特的服务质量(QOS)字段320指示了始发用户请求的用于端对端数据包传输的服务类型/质量。可变大小数据字段321是始发用户希望传送到最终目的地的数据包有效负载或信息。16比特数据包循环冗余校验(CRC)字段322用于标识和纠正数据包发送和接收差错。
任选的MAN ID可在网络中使用。更具体说，一个任选的源、目的地和网络源、目的地和网络源MAN ID字段315指示了在数据包中使用任选的MAN ID。通常1网络中使用的MAN ID是便于互联网话务量分辨的地址和路由的一个IP地址(包括反向寻址和所有与功能有关的正常地址，这对于本领域的普通技术人员是容易明白的)。有许多MAN ID方案，这对本领域的普通技术人员是显然的，例如MAN也可以是一个电话号码。MAN ID是指派给每个MAN的唯一标识，它在拥塞区域或在MAN移动后用来帮助识别MAN。
另外，MNID可用MAN ID代替作为MAN中的识别特征。在这种情况下，使用一个数据库来将MAN位置与MAN ID(例IP地址)相关联。
图4示出了标识链路ACK数据包适当字段的链路确认(ACK)数据包400，它包括寻址数据和标识数据。链路ACK数据包如前所述有一个起始标志字段301。一个4比特数据包类型字段402标识该数据包类型。标识数据包的4比特是1110。源(对于这一链路的发送流动接入节点)MAN标识符(MNID)字段403有三个子域，X座标域404，Y座标域405及Z座标域406。源MNID是前述用于无线通信链路的发送MAN标识符。一字节的链路ID字段408标识要被确认的无线通信链路上的特定数据包。CRC字段322和结束标志字段323如前面定义的那样结束链路ACK数据包。ACK仅对接收好的数据包响应。任选的源MAN ID字段407可如图3描述的那样使用。
图5标识了网络ACK数据包500的主要字段，它包括寻址和标识数据。网络ACK数据包的目的是为了数据包网络目的地MNID确认对这一数据包网络源MNID的这一特定数据包的好的接收。该网络ACK数据包如前所述具有一开始标志字段301。4比特的数据包类型字段502标识了该数据包类型。指示数据包的4个比特是1101。源移动接入节点标识衔(MNID)字段503(数据包在网络中始发的MAN)具有三个子域，X座标域504，Y座标域505和Z座标506。如前所述，源MNID是网络中的发送MAN或数据包的始发点。4字节的网络数据包ID字段508标识了跨网络的正要被确认的特定数据包。只有数据的包才能被确认。CRC字段322和结束标志字段323终结了网络ACK数据包字段，如前所定义的那样。一个任选项源MAN ID字段507也可如图3描述的那样被使用。
图6标识了信息包600的各主要字段，它包括寻址、位置和标识数据。信息数据包的目的是通知发送MAN的领近MAN移动到在预定的频率发送。接收这一数据包的MAN存储用于移动MAN的新位置。这允许送到移动MAN的数据包沿着它的移动路径从由它的MNID指示的它的位置径路由传送最终到达在它当前位置处的目的地MAN。如前所述，信息数据包有一开始标志字段301。4比特的数据包类型字段602标识数据包类型。指示数据的包的4比特是0000。如前所述，MNID字段603(标识MAN在移动)有三个子域，X座标域504，Y座标域505和Z座标域506。当前位置字段607指示与如前所述的MNID有相同格式的数据包发送时的MAN的当前位置。CRC字段322和结束标志字段323如前所定义的那样终结了网络ACK数据包字段。任选项源MAN ID字段611可如图3描述的那样被使用。
F、在第一实施例接收机端的数据流控制
图7A-7D的流程图示出了对应于信号接收机213接收的信号本发明如何处理已被锁存入临时存储器(例RAM)中的进入数据包。CPU在接收机将进入数据包锁存到它的内部寄存器时确定所接收的数据包的功率或质量。当该数据包的功率或质量足够时CPU将接收的数据包从寄存器移到RAM中的一个位置以作临时存储。CPU尝试识别起始和结束标志(分别为301和323)。如果识别了起始和结束标志则找到了数据包的开始和结束位置。CPU对接收的数据包计算CRC并随即将它与接收数据包的数据包CRC字段322中的CRC比较。如果两者相等，则极有可能接收的数据包是可辩认的数据包。通过将数据包类型字段中的数据包类型字段比特模式与指示数据的包(1111)、链路ACK数据包(1110)，网络ACK数据包(1101)或信息数据(0000)的比特模式比较CPU识别已接收的数据包类型。
如果数据仓类型是链路ACK数据包402，则CPU将存储在RAM中的MNID字段403与在初始化时写入到RAM中的MNID比较。如果它们相同(即数据包是要给这个MAN的)。则CPU访问存储与链路数据包ID字段408中的链路数据包ID相对应的数据包的RAM位置并删除它。这一链路ACK数据包对数据包的源MAN确认对跨通信链路的数据包的好的接收。如果MNID不一样(即，数据包不是给MAN的)则CPU继续等待从信号接收机来的具有足够功率或质量的数据包。如果使用任选项MANID，则CPU可将任选项源MANID字段与MANID字段比较以确定是否数据包的目的地就是对这一MAN(在拥塞区域或当MAN是移动时有用)。
如果数据包类型是网络ACK数据包502，则CPU将网络源MNID字段503中指示的MNID与接收MAN的MNID比较。如果它们相同(即数据包是要给这一MAN的)，则CPU访问存储与网络数据包ID字段508中的网络数据包ID相对应的存储数据包的原发网络源确认好的端对端数据包的接收。如果MNID不一样(即数据包不是给这一MAN的)则CPU切换到生成并发送一网络ACK数据包的模块(图10)，从而向要被确认数据包的网络源继续该网络数据包。随后，CPU继续等待来自信号接收机具有足够功率或质量的数据包。如果使用任选项MANID，则CPU将任选的源MANID字段与MAN比较以确定该数据包是否其目的地是这一MAN。
如果该数据包类型是信息数据包602，则CPU将当前位置存储在RAM中的查询表中的与源MNID字段603中的源MNID对应的当前位置字段607中，或者如果硬盘可用的话就存在硬盘上。接着，CPU继续等待来自接收机的有足够功率或质量的数据包。
如果数据包类型是数据的数据包302，则CPU将当前时间与时戳字段316中的时戳比较，确定该数据包有多旧。如果该数据包是过时包(例比30分钟还要旧)，CPU访问存储该数据数据包的位置并将它删除。随后，CPU继续等待具有足够功率或质量的进入数据包。如果该数据数据包未过时，CPU将它移到硬盘(如可用)中；否则，保留在RAM中。CPU切换到一模块，它产生和发送链路ACK数据包400(见图9)。CPU将接收的MAN的MNID与目的地MNID字段307中的MNID比较。如果它们相同，数据数据包已到达其最终目的地，于是CPU切换到产生和发送网络ACK数据包500的模块(见图10)。随后，CPU继续等待具有足够功率或质量的进入数据包。
如果接收的数据数据包尚未到达它的目的地，它必须被重发。CPU访问RAM中的查找表，确定是否目的地MAN在查找表中有一个表项。如果目的地MAN在查找表中有一个表项(MAN已移动了)，CPU将目的地MAN的新位置从查找表放入存储在RAM中相应数据包的目的地MNID字段中。CPU在将当前位置(X、Y和Z座标)从物理位置识别器(PLI)中的寄存器移到本地寄存器后，利用目的地MNID字段中的座标信息和本地寄存器中的当前位置，计算到目的地MAN的距离。CPU初始化自动重拔计数器(例设成三次试发)。CPU确定是否QOS字段表示了服务质量可以是低频带或高等待时间。如果QOS表明QOS必须比低频带或高等待时间有更好的质量，则用CDMA技术发送数据包(若接收MAN能做的话)。否则，CPU读取配置信息以确定(701)是否MAN具有单向天线(随后继续关于条件杠701的讨论)。另外，如果接收MAN不能用CDMA发送技术，下一步是还要在条件框701中核对单向天线(如随后解释那样继续处理)。
CPU在查找表中查找接收MAN，确定是否它是在高MAN密度区(该步是任选项，但可提供较好的性能)。区域中MAN越多，干扰的可能性越大，故单向发射天线有助于减小杂散信号。CPU读取中的MAN配置，确定可用哪种类型天线。如果发射单向天线不能使用，CPU如框702所示计算信号发射功率要求。随后的处理以后将关于框702作描述。
如果可使用单向发射天线；单向天线发送过程可如下进行。CPU利用从PLI寄存器读取的MAN的当前位置和目的地MAN的MNID或位置确定到目的地MAN的距离。如果距离大于信号希望具有优良信号特征(例足够的功率或S/N)所运行的距离(例50里)，则对信号发射计算将距离设定为50里，否则距离仍保留为它的实际值。这样，中间跳接/链路就可设定并执行。计算先前确定的具有优良信号具有优良信号质量(例足够的功率或S/N，例S/N在-5db和10db之间)的距离下发送信号所必须的功率半径，CPU把存储在RAM中的数据数据包移到发送该数据包的发射机的寄存器中。CPU初始化并开始自动重发倒计数。CPU等待相应于开始自动重发倒计数。CPU等待相应于发射的数据数据包(即数据数据包中的数据包ID匹配链路ACK数据包中的数据包ID)到达发射机寄存器，如前所述。
如果接收了相应于数据包的链路ACK数据包，接收算法重新开始，CPU等待来自接收机中寄存器的进入数据包。否则，CPU保持等待相应的链路ACK，直到链路自动重发计时器过时。随后，CPU用全向天线(如有一个可用的话)试发送数据包。以这种方式MAN就能与信号范围内的任何相邻MAN通信。如果全向天线不能使用，则将定向天线旋转到下一个角度(若它尚未旋转满360度)，由此继续与信号范围内的相邻MAN通信。随后如前所述再次顺序发送数据数据包。一旦天线已旋转360度，对于信号发射计算，发射距离减少10里。如前所述，重复功率计算和信号发射。重复功率计算和信号发射处理时距离反复减少10里，直到接收到响应的链路ACK或距离不再大于0。
如果CPU在条件框701中确定可用单向天线，则可利用前面讨论的单向天线信号发送过程。否则，CPU计算发射优良信号(例具有S/N在-5db和10db间的信号)所需功率所指定的距离。如前所述，发送数据数据包300并初始化自动重发倒计算定时器，开始工作。再次启动接收算法，即如前所述，如果接收到响应的链路ACK数据包CPU通过接收机等待新进入数据包。否则，CPU等待对发射数据数据包响应的链路ACK数据包(即具有链路数据包ID408等于链路数据包ID316的链路ACK)，直到自动重发定时器过时。当自动重发定时器过时时，距离减少10里，并随后如前所述重复信号发送过程。重复减少发送距离，计算必须的功率并发送数据包的过程，直到接收对发送数据数据包响应的链路ACK数据包或调整距离不再为正。
如果接收数据包的数据包类型不是所识别的类型，则把它记录下来可能用于进一步分析。接着，如前所述，CPU继续等待来自接收机的信号。
G、第一实施例发射机端的数据流控制
图8所示流程图显示了当一个正在移动中的MAN通知相邻的MAN关于它移动新位置时关于由该MAN发送信息数据包600的数据流程。CPU通过访问数组在RAM中组装信息数据包并接着在RAM中组装所有的数据包字段数据，从而在RAM中生成一完整的信息数据包(图6)，可把该数据包移到发射机的寄存器中用作随后的发送。CPU确定自从上次信息数据包发送后该MAN是否已移动。如果MAN已移动，CPU确定是否移动指示定时器已过时，表明这时正是要发送当前位置的时间。CPU继续核对定时器，直到它过时。在核对定时器期间CPU通常执行其它模块。CPU将01111110的比特模式写入RAM中8比特开始标志字段301的区域中。CPU读取RAM中对应于初始化时设置的96比特的源MNID值。CPU将该检索到的源MNID值写入与源MNID字段603相应的RAM位置。CPU将01111110比特模式写入结束标志字段323。CPU从PLI中的寄存器读取当前位置并将它写到与当前位置字段607相应的RAM中。最后，CPU计算CRC，对于信息数据包计算时使用0价为CRC值，并将它写入与数据包CRC字段322相对应的RAM中。
图9的流程图示出了关于链路ACK数据包400的数据流程。响应于接收的数据数据包300，发送链路ACK。CPU通过确定字段的内容在RAM中创建一链路ACK数据包并随后在RAM中组装所有数据包字段内容，从而在RAM中生成一完整的ACK数据包(图4)，可将该ACK数据包移到发射机的寄存器中用作随后的发送。CPU将01111110比特模式写入RAM中的8比特起始标志字段301。CPU将1110比特模式写入RAM中的数据包类型字段402。CPU从存储先前所接收的数据数据包300的RAM中读取源MNID字段303中的96比特源MNID。CPU将该检索的源MNID值写入与源MNID字段403相对应的RAM位置。CPU从与先前接收和存储的数据包300的所存储的链路数据包ID字段315相对应的RAM中读取16比特链路数据包ID。CPU将该链路数据包ID写入与链路数据包ID字段408相对应的RAM中。CPU将01111110比特模式写入结束标志字段323。最后，CPU计算CRC，对于链路ACK数据包在计算中用0作为CRC值并将它写入数据包CRC字段322相对应的RAM中。
图10的流程图描述了关于网络ACK数据包500的数据流程。CPU确定网络ACK数据包字段内容并在RAM中组装它们。响应于接收数据包300发送网络ACK。CPU将01111110比特模式写入与8比特起始标志字段301相对应的RAM中。CPU将1101比特模式写入与数据包类型字段502相对应的RAM中。CPU从与先前接收和存储的数据数据包300的网络源MNID字段311相对应的RAM中读取96比特源MNID值。CPU将检索到的网络源MNID值写入与源MNID字段503相对应的RAM中。CPU在与检索的数据数据包300的网络数据包ID字段317相对应的RAM中读取16比特网络数据包ID并将它写入与链路数据包ID字段508相对应的RAM中，CPU将01111110比特模式写入与结束标志字段323相对应的RAM中。最后，如前所述，CPU计算链路ACK数据包的CRC并将它写入与数据包CRC字段322相对应的RAM中。
图11的流程图描述关于数据数据包300的流程。CPU确定数据数据包字段内容并在RAM中组装它们以产生一完整的数据数据包，并能把它们写入发射机内的寄存器用作发送。响应于或者来自另一MAN或者来自数据网络入口点的接收的数据包300发送该数据包。CPU将0111110位模式写入与8比特起始标志字段301相对应的RAM中。CPU将1111比特模式写入与数据包类型字段302相对应的RAM中。CPU读取初始化时存储在RAM中的96比特MNID相对应的RAM位置并将它写入到源MNID字段303相对应的RAM中。CPU确定数据包在哪个端口上被接收(例或者RS-233接口、以太网接口270、信号接收机213或者还有可供使用的其它接口)，以确定MAN是否在网络的边缘。如果在RS232端口上提供通信接口的软件模块不支持TCP/IP，用不同方式确定96比特的目标MNID。在这种情况下，CPU必须从用户应用程序中检索目的地MNID。在本发明中，情况不是这样，故CPU从先前存储数据包相应的目的地MNID字段307对应的RAM中读取目的地MNID。CPU在它的RAM中的查找表中查找MNID(或MADID，若用它的话以确定是否MNID(或MANID)是在查找表中。如果MNID(或MANID)在查找表中，CPU从查找表把相应的MNID值写入目的地MNID字段307对应的RAM中。否则，CPU把检索的目的地MNID写入目的地MNID字段307相应的RAM中。根据MAN是否处在网络的边缘，网络源MNID311确定的方式不同。如果MAN在边缘，CPU读取初始化时输入的MNID相对应的RAM，并将它写入网络源MNID字段311相应的RAM中。如果MAN是在移动网内，CPU读取与先前接收的数据数据包所存储的网络源MNID字段相对应的RAM并将它写入网络源MNID字段311相对应的RAM中。CPU计算唯一的链路数据包ID并将它写入链路数据包ID字段316相对应的RAM中。如果MAN是在网络数据包的入口点CPU计算唯一的网络数据包ID；否则CPU从先前存储的数据数据包的网络数据包ID字段317对应的RAM中读取它。网络数据包ID被写入网络数据包ID字段317相对应的RAM中。CPU读取它的内部时钟并将该时间写入时间戳字段319对应的RAM中。正面上面提到的根据用RS-232端提供通信的软件，可能有必要从用户应用程序获得服务质量和数据。本发明的RS-232口接口支持TCP/IP，故CPU从先前存储的数据数据包分别读取与QOS和数据字段320和321相对应的RAM并将它们分别写入与QOS和数据字段320和321对应的RAM中。CPU将01111110比特模式写入与结束标志字段323相对应的RAM中。最后，CPU计算数据数据包CRC，用0放入CRC字段，并将它写入数据包CRC字段322相对应的RAM中。
H、第二实施例的数据包结构
图12标示了与信息数据包1200相关的字段。通过包括用于收集和/或配节点位置信息的数据库，使得始发节点在发送消息之前就可以确定到目的地的可能的节点或数据报路由的方法和系统，第二实施例不同于第一实施例。数据库可以是区域性的或全局性的，并可本地方式驻留在MAN中，或在固定区域节点上，或在任何可由源节点访问用来计算节点到节点目的地路径的其它位置上。
以预定的周期广播包含位置信息的信息数据包以向前传送用于通过网络路由传送数据包的信息。每个数据包具有值为01111110的8比特起始标志字段1201。4比特数据包类型字段1202标识该数据包类型。标识信息包的4比特是0000。12字节的流动接入节点标识符(MNID)字段1203，具有三个4字节的子域，X座标域1204，Y座标域1205和Z座标1206，如第一实施例所述。源MNID是试图传送关于自己的路由信息的MAN，这样其它流动节点将能通过它路由传送数据包。MNID由X、Y和Z座标构成。
4比特的轨迹向量类型字段1208标志了要使用哪种类型的轨迹向量。轨迹向量类型就是道路、船运线、航空路线、铁路和自由(也可包括其它方)形式，比特模式分别为1111、1110、1101、1100和0000，可变长度轨迹向量字段1209表示了流动接入节点的类型。4比特的流动接入节点类型字段1210标示了流动接入节点的类型。可用的流动接入节点类型是移动MAN和路由MAN。流动接入节点MAN是一种接入节点，它流动且试图沿它们指定的路径传送数据包并为从它自己处始发的数据包生成路由。路由或中继MAN是一个流动接入节点，它到处移动或以在预定地理区域内内到处走动方式游动，收集信息数据包以为通过网络端对端流动的数据包生成路由。路由MAN当它们像移动MAN那样进行发送这一信息。对于从不是足够靠近其它流动接入节点的地理区域(例无线电发送/接收范围外)内的流动入节点处收集路由信息以把它们的路由信息通过标准的无线电通信技术向前传送来说，路由MAN是必须的。亦即，这一路由MAN外出并得到路由信息，而不等待路由信息来到它那里。在充分布满MAN的区域，不需要路由MAN。应该注意到，路由MAN在它们行进到新位置时，能够接收数据包并存储它们，随后发送所存储的数据包，从而允许数据包通过路由MAN而不是天线电波向前行进，本技术在不是充分有流动节点的区域内是有价值的。
取代使用游动MAN的信息，本系统可以使用固定或静止的区域性数据库(106)来捕获和保持跟踪在它的地区或区域内的MANS。为了提供由区域性数据库捕获的位置信息，在给定区域中的MAN定期或随机地，例从每几秒到3分钟，向在它区域内的地区性数据库发送它自己的地理位置和标识信息。这些地区性数据库可通过常规的地面线路联系在一起以允许交换数据库信息，使得每个数据库均能存储关于多区域的每个区域内的所有MAN将检查它所指定的地区性数据库，看意向的接收者大概在那里，并根据获得的信息用常规的方法计算到接收者的节点到节点路由。另一种方法是，为了在计算到目的地的节点路由之前在手头有那个信息，每个MAN可以周期性的从它所指派的区域性数据库下载信息。
也可以用若干变化方案来提供全局位置信息。这些方案包括使用包含ID和从游动MAN和固定地区性数据库组合导出的有关位置信息的查找表。还有，每个MAN可捕获和本地存储ID和由网络中自治工作的MAN盲广播的有关位置。可由另一MAN调用MAN中的专用例行程序以根据上次知道的位置通过进一步广播搜索和找到特定的节点。
在任何情况下，8比特的预测信号范围字段1211标示了具有预定信号质量的所期望的信号范围。16比特的时间戳字段1212是一个用来指示何时信息数据包中的字段被计算和发出的时间戳记。8比特可用的发送频率字段1213指明了流动接入节点能在哪些发射频率上发射。8比特可用接收频率字段1214指明了流动接入节点监视那些信号频率用于信号接收。16比特数据包循环余校验(CRC)字段1215用于检测和校正发送和接收错。具有值为0111110的一字节结束标志字段1216表示信息数据包的结束。它具有与起始标志相同的值，故结束标志可用作为下一数据包的起始标志。
轨迹向量结合当前X、Y、Z座标，预测信号范围以及时间戳用于确定何时流动接入节点将在互相的范围内以确定从网络源到网络目的地的端对端数据包路由。MAN查看信息数据包，更具体说，查看流动接入节点类型字段。如果MAN类型字段表明信息数据包来自路由MAN，则捕获该信息并保存之，重发该信息包。以这一方式，所有MAN将找到哪些流动接入节点是路由MAN以及它们在何处，何时MAN将它们接触。
任选项MANID也可以用于网络中。更具体说，任选项源MANID字段1207表示在信息数据包中使用任选项MANID。一般，在网络中使用的MANID是IP地址，以便于寻址和互联网话务量路由的分解(包括与功能有关的反向寻址和正常地址，它们对于本领域的一般技术人员是容易明白的)。有许多对本领域的普通技术人员是显而易见的MANID方案，例如，MANID还可以是电话号码。MANID是指派给每个MAN的唯一标识，它可以在拥塞区内或如果MAN已移动后帮助识别MAN。
另外，MNID可用MANID代替作为标识MAN中的特性。在这种情况下，使用数据库来MAN位置与MANID(例IP地址)互相关联。
图13示出的数据数据包1200标示了在数据数据包内的相关字段。8比特起始标志字段1201如前所述表示数据流中新数据包的开始。4比特数据包类型字段1302具有值为1111，表示该数据包是数据的数据包。16比特数据包大小字段1303表示数据包的大小。数据包路由字段1305表明了数据包从源到目的地将采用的端对端路由。8比特数据包路由大小字段1304表示数据包路由字段的大小。这一字段仅当数据字段1319大小不固定时才需要。数据字段是要送到目的地MAN的实际数据。
数据包路由字段1305是在端对端数据包路由中数据包将遍布的MNID的级联。在发送前，数据包路由信息由漫游的路由MAN从捕获的网络信息(即经捕获的信息数据包的MAN信息)数据库获得的。由处理器250按照源和目的地间的各个MAN的X，Y，Z坐标的较佳或最佳路由计算MNID级联的具体序列。源MNID1306指示了端对端发送的源。第一个MNID字段1316是数据包将接着遍布的MNID，即源MNID将数据数据包送给第一个MNID。第一MNID将数据包送给下一MNID，它又将数据包送给下一个MNID，如此继续直到MNID将数据包送到目的地MNID。目的地MNID字段1314中指示了目的地MNID。每个MNID有4字节的X坐标，4字节的Y坐标和4字节的Z坐标。例如，源MNID字段1306包括X坐标字段1307，Y坐标字段1308和Z座标字段1309。第一MNID字段1310包括X坐标字段1311，Y坐标字段1312和Z座标字段1313。目的地MNID字段1314包括X坐标字段1315，Y坐标字段1316和Z座标字段1317。该图中的其它MNID未作明显的描述，因为所有的MNID是相同的。数据包路由1305是到其它流动节点的多个跳接的前向路径。前向路是从源到目的地流动节点跳接的排序表。因为每个流动节点发送数据包时便移去它自己的MNID，在每个流动节点处将修改数据包路由。在每个跳接处和ACK来删除正好在当前流动节点标识数据数据包。然而，源和目的地标识符不删除，故端对端的ACK可被送回到源处。由于网络是移动网，必须计算返回ACK的路由且不以向次序遍布数据数据包路。4字节数据包ID字段1320包会一唯一数据包标识符，故可绝对肯定地识别每个数据数据包。16比特的数据包寿命字段1321包会了数据包失效时间(或者使用时戳并由网络通过用去时间确定失效时间)。数据包CRC字段1215指示循环冗余校验。结束标记字段1216如前所述终止该数据数据包。各字段不必按它们发送的次序说明。数据包路由字段在数据包类型字段后发送。此外，首先发送数据包路由字段中的目的地字段，这样接收数据包的MAN可在调动资源进一步处理进入数据包前确定是否该数据包的目的地是给它的。
另外，如前所述，可使用任选项源MAN ID，第一MAN ID和目的地MAN ID。
图14所示的网络ACK数据包1400标示了数据包的主要字段。网络ACK数据包确认通过网络的端对端数据包发送的完成。8比特起始标志1201如前所述表示数据包的开始。具有1101模式的4比特数据包类型字段1402表示数据包是网络ACK数据包。4比特数据包ID1403标示正要被确认的数据包。可变大小数据包路由字段1404标示了网络确认数据包到达目的地MAN将采取的路由。数据包路由字段包含了源MNID字段1405、第一MNID字段1409、各种指示到目的地的其它链路的其它MNID字段(为了简化插图这些MNID字段未示出)，以及指示要被确认的数据包源的目的地MNID字段1413，MNID字段1405，1409和1413如前所述分别包括X座标字段1406、1410和1414；Y座标字段1407、1411和1415；以及Z座标字段1408、1412和1416。一个包CRC字段1215表示循环冗余校验。结束标志字段1216如前所述对于其它数据包终止了网络ACK数据数。亦即，MAN一当知道数据包不是要给它的就能立即去弃该数据包。因而，MAN的资源可用于其它目的地不是浪费在处理将要丢弃的数据包上。
另外，如前所述，可使用任选项源MAN ID、第一MAN ID和目的地MANID1417。
图15说明了在链路ACK数据包1500内的相关字段。链路ACK数据包是指示好的内部节点发送已发生的一种确认。该确认送给发送数据包的MAN。如前所述对其它数据包来说，链路ACK数据包分别用01111110的8比特起始和结束标志1201和1216开始和结束。4比特数据包类型字段1502标示数据包的比特模式是1110。4字节数据包ID字段1503标示该数据包正被确认。源和目的地MNID字段1504和1508分别标识通信链路的二个流动节点。源MNID字段1504包括X坐标字段1505，Y坐标字段1506和Z座标字段1507。目的地MNID字段1508包括X坐标字段1509，Y坐标字段1510和Z座标字段1511。源MNID是发送链路ACK数据包的MAN ID而目的地MNID是要对被发送的数据包确认的MAN。
另外，如前所述可使用任选项源、第一和目的地MNID ID 1512。
图16标示了网络否认(NAK)数据包1600的主要字段。网络NAK数据包分别包括如前所述的起始和结束标志字段以及数据包CRC字段1201、1216和1215。具有比特模式1100的4比特数据包类型字段1603标示该数据包是网络NAK数据包。4字节数据包ID字段1603标示源数据包正要被否认。可变大小数据包路由字段1604描述了网络NAK数据包到达它的目的地(造成网路NAK的数据包的始发方)将要采用的路由。数据包路由标识了每个通过源MNID字段1605、第一MNID字段1609、包含所有中间MNID和目的地MNID字段1613的字段的MAN跳接。MNID字段包会如前所述的X、Y和Z座标字段(例源MNID1605分别包含X、Y和Z座标字段1606、1607和1608)
J、在第二实施例接收机端的数据流控制
图17A-17C的流程图显示了本发明是如何处理已锁存在与由信号接收机213接收的信号相对应的临时存储器(例RAM)中的进入信号。CPU250在接收将进入数据包锁存到它的内部寄存器时确定所接收数据包的功率或质量。当数据包有足够的功率或质量时CPU将接收的数据包从寄存器移到RAM中的一个位置。CPU尝试识别起始和结束标志(分别为1201和1216)，即CPU将标志与01111110比较。如果识别出了起始和结束标志则数据包的开始和结束就被定位。CPU计算接收的数据包的CRC并随即将它与接收数据包的数据包CRC字段1215中的CRC比较。如果两者相同，则极可能所接收的数据包是可辩认的数据包。CPU通过将数据包类型字段中的数据包类型字段的比特模式与指示数据数据包(1111)、链路ACK数据包(1110)、网络ACK数据包(1101)或信息数据包(0000)。
如果数据包类型是链路ACK数据包1502，则CPU将存储在RAM中的源MNID字段与初始化期间写入RAM中的MNID比较。如果它们相同，CPU删除存储在RAM中的与数据包ID字段1503中的数据包ID相对应的数据包。该链路ACK数据包对数据包的源MAN确认通过链路有好的数据包接收。
如果MNID不一样，CPU校对未决的标志(即CPU比较与标志对应的RAM位置并将它与一个位置比较以获得TRUE(真)或FALSE(假)的指示)以确定MAN是否对先前发送的数据数据包响应而在等待一链路ACK。如果链路ACK的未决标志是FALSE，CPU继续等待来自接收机的具有足够信号质量或功率的进入数据包。否则，CPU执行另一个检验(即CPU将RAM中的倒计时定时器的值与0比较)以确定是否链路ACK倒计时定时器已过时。如果倒计时定时器已过时，CPU继续等待来自接收机的具有足够信号质量与功率的进入数据包，另一方面，CPU减少并校验类似前述校验发送自动重试计数器以确定是否所得的值是正。如果发送自动重度计数器为正，重发等待好接收确认的数据数据包。否则CPU如后所述生成要被发送的网络否认(NAK)(见图22)。发送NAK之后，MAN继续等待具有足够信号质量或功率的进入数据包。
如果数据包类型字段1403表明为具有比特模式1000的网络ACK数据包，则CPU核对以确定是否目的地字段1413指示的MNID是与初始化期间设定的MNID一样。如果它们相同，CPU删除与数据包ID字段1403中数据包ID相对应的RAM中存储的数据包1300。否则CPU将初始化期间设定的MNID与数据包路由(它位于第一MNID字段1409中)中的第一MNID相对应的RAM比较。如果两个MNID不同，网络ACK数据包是要给不同的MAN，故CPU继续等待另一进入数据包。另一方面，如果MNID相等，该网络ACK数据包就是要给这一MAN，故该数据包被修改并继续向前传送。CPU从RAM移取第一MNID字段1409，从而使跟在第一MNID字段后的MNID字段成为新的第一MNID字段。这就允许数据包在遍布网络时减小其大小，从而可使用较少的网络资源。CPU将修改过的网络ACK移到发射机的寄存器中用于发射，如后参考图20所述。网络ACK数据包向数据包的始发网络源确认关于数据包的好的端对端网络接收。
如果数据报类型字段1302包含了指示数据报的1111比特模式，CPU校验(类似前面所述)以确定是否时间戳字段1321中的时戳指示该数据已陈旧(例比1小时更旧)。如果数据数据包已陈旧，丢弃该数据数据包且CPU继续等待新进入的数据包。如果数据包不是陈旧的，CPU将它RAM。CPU如后所述生成一链路ACK数据包1500(见图21)并将它放在反射机的寄存器中用于发射。CPU将初始化期间存储在RAM中的MNID与目的地MNID字段1314相应的RAM中的目的地MNID比较。如果它们相同，则数据包到达其最终目的地，这样CPU如后所述生成一网络ACK数据包1400(见图20)并将该数据包写入发射机中的寄存器。在发送网络ACK数据报后CPU继续等待新进入的数据包。
如果接收的数据包未到达其目的地，它必须被修改并重新发送(见图16)在数据数据包被发送后，CPU初始化并启动链路ACK倒计时定时器。此外，一自动重试计数器被初始化。在链路ACK未决标志设置成TRVE后，MAN继续等待进入数据包。
应该注意到，第二实施例以与上面描述的第一实施例的相同方式使用查找表和任选项MANID。
图18的流程图说明在本发明第二实施例的发送端对端信息数据包1200的处理过程。CPU将比特模式01111110写入8比特起始标志字段1201对应的RAM中指示就数据包的开始。CPU将比特模式0000写入与4比特数据包类型字段1202对应的RAM中指示这一数据包具体信息类型。CPU读取在初始化期间存储在RAM中的MNID并将它写入与96比特源MNID字段1203相对应的RAM中。MNID字段分别包括X，Y和Z域以识别该MAN(如前所述)MNID字段中、的每个坐标域大小为32比特。CPU从物理位置识别器(PLI)中的寄存器读取当前位置并将它写入与两个位置读数对应的RAM中，从而当MAN被初始化时仿真三个最近的PLI读数。如果MAN已经被初始化了，CPU读取与最近三个先前PLI的读数相对应的RAM，用它们确定MAN是否在熟知的路由上(例：道路，船运线航空线或铁路)如果MAN沿着熟知的路径移动，CPU将指示熟知路径类型的轨迹类型写入与4比特轨迹向量类型字段1208对应的RAM中。否则，CPU将指示自由方式路径的轨道向量类型写入轨迹向量类型字段相对应的RAM中。道路，船运线，航空线，铁路和自由方式(也可包括其它方式)的轨迹向量类型分别是1111，1110，1101，1100和0000。CPU计算用于MAN的轨迹向量并将它写入已指定的轨迹向量字段1209对应的RAM中。CPU读取初始化时存储在于MAN类型相对应的RAM并将它写入与流动节点类型字段1210对应的RAM中。CPU计算对于具有足够质量或功率(例-5αβ＜S/N＜10αβ)的信号所需的预测的信号发射范围。CPU将该预测的信号反射范围写入预测信号范围字段1211相对应的RAM中。CPU从它的内部时钟读取当前时间并将它写入与时间戳字段1212相对应的RAM中。CPU读取初始化期间存储在RAM中的可用发送和接收频率并将它们分别写入与可用发送和接收频率字段1213和1214相对应的RAM中。CPU将默认的比特模式01111110写入与8比特结束标志字段1216相对应的RAM中。CPU在CRC字段中使用0计算数据包CRC并将它写入一字节数据包CRC字段1215对应的RAM中。
图19的流程图说明了在本发明发送时对数据包的处理过程。CPU将比特模式01111110写入与指示新数据包的开始的8比特起始标志字段1201对应的RAM中CPU将比特模式1111写入4比特数据包类型字段1302对应的RAM中，指示该数据包时数据数据包。CPU读取在初始化时存储的MNID并将它写入与96比特源MNID字段1306相对应的RAM中。MNID字段如前所述分别包括X，Y和Z域1307，1308和1309以标识MAN。CPU使用存储的轨迹向量1209为其它MAN计算数据包路由的其余部分。其余数据包路由的MNID如以前关于第一实施例所述那样被填入。所有MNID也是如前所述的96比特。接着，CPU计算数据包路由字段1305的大小并将它写入与数据包大小路由字段1304相对应的RAM中。如前所提到的，根据用RS-232端口提供通信的软件可能有必要从用户应用程序获取数据。本发明的RS-232口接口支持TCP/IP，故CPU从与先前存储的数据数据包相应的RAM中与数据字段1319相应的RAM中。如果使用QOS则用相同的办法处理QOS。CPU计算唯一的数据包ID并将它写入与的数据包数ID字段1319相应的RAM中。CPU计算数据包的大小并将它写入与数据包大小字段1303相对应的RAM中。CPU读取其内部时钟并将当前时间写入时间戳字段1321相应的RAM中。CPU将默认的比特模式01111110写入8比特的结束标志字段1216相应的RAM中。CPU在CRC字段中用0计算数据包CRC并将它写入单字节数据包CRC字段1215相对应的RAM中。
图20的流程图说明了对于网络ACK数据包在发射机端的数据流。CPU按如前所述将起始和结束标志字段1201和1216写入RAM。CPU将1101比特模式写入与数据包类型字段相应的RAM中以把数据包标识为网络ACK数据包。CPU从正被确认的数据数据包的数据包ID字段1320读取与数据包ID对应的RAM，并将它写入与数据包ID字段1403相对应的RAM中。CPU使用从其它MAN中存储的轨迹向量计算数据包路由。数据包路由是当MAN来到互相的范围内时规定相应的MAN将处的位置的MNID的列表。所示的数据包路由字段表明源MNID首先，但本发明的所有应用希望最后发送源MNID。这将能使所有的目的地字段在数据包接收处理中相对地被接收得早些，这样接收MAN的CPU可决定它是否应保存该数据包或尽快停止对该数据包的处理。CPU如前所述将数据包路由写入与数据路由字段相对应的RAM中。最后，对CTC字段用0计算CRC并将它写入CRC字段1215相应的RAM中。
图21的流程图示出了在发射机端关于链路ACK数据包的数据流。CPU将比特模式01111110写入与8比特起始标志字段1201相对应的RAM中。CPU将比特模式1110写入与数据包类型字段1502相对应的RAM中。CPU以内存中源MNID字段1306中读取96比特源MNID值并将它写入与目的地MNID字段1508相应的RAM中。CPU读取与初始化时存储的MNID相对应的RAM并将它写入源MNID相对应的RAM中。CPU将比特模式0111110写入结束标志字段1216相应的RAM中。最后，CPU如前所述计算CRC并将它写入与数据包CRC字段1215相对应的RAM中。
图22的流程图说明了在发射机端用于网络NAK数据包的数据流。CPU如前所写入起始和结束标志字段1201和1216。CPU将比特模式1101的比特模式写入与数据包类型字段1602相对应的RAM中以把该数据包标识为网络NAK数据包。CPU从RAN中正被否认的数据数据包的数据包ID字段1320读取数据包ID并将它写入数据包ID字段1603相对应的RAM中。CPU从其它MAN中存储的轨迹向量计算数据包路由。数据包路由是当MAN来到互相的范围内时规定相应的MAN将处的位置的MNUID的列表。所示的数据包路由字段表明源MNID首先，但本发明的所有应用希望最后发送源MNID。这将能使所有的目的地字段在数据包接收处理中相对地被接收得早些，这样接收MAN的CPU可决定它是否应保存该数据包或尽快停止对数据包的处理。CPU如前所述将数据包路由写入与数据包路由字段相对应的RAM中。最后，CPU如前所述计算CRC并如前所述将它写入与CRC字段1215相对应的RAM中。
L、用户接口(用户连接到系统)
用户接口是通过RS-232端口附着到MAN通过计算机访问的VT100ASCII终端。任何能通过标准串联接续通信(例Procomm)的通信软件可用于RS-232连接。另外，用户可通过10base-T端口附加到用户接口。这就提供了允许远程接入到用户接口并利用本发明提供传统的到网络的网络接入。用户接口是VT100ASCII终端，故用户通过该端口接入用户接口时用户必须远程联网(telnet)入用户接口。
结论
上面描述提出了本发明说明实施例且并不倾向于对本发明范围的限定。修改和变化可包括对跟踪节点、对节点对节点路由用于保持更新位置信息所需信息的传送，数据包结构，电磁发送方案或协议，路由确定等等的方法和系统，并可采用种种不用形式而不脱离本发明的目的和精神。例如，替代提供区域性数据库由节点自愿通信以收集位置信息，每个节点可存储由其处理的历史性位置信息并由其它节点或区域性数据库节点召唤其以提供它知道的代表其它节点它先前曾通信或中继过网络数据包的有关其它节点的所有或一些位置信息。类似地，流动节点也可被路过的流动或游动节点召唤以传递关于它的节点位置表的内容，然而该表是发展的，维持的或确定的。可分别使用共享和/或专用通信信道用于传送数据/状态和/或控制信息。也可出现其它的变动。因此，本发明的发明人要求包括对本领域的熟练人员会出现的所有此类变化和变动。

Claims (4)

1、一种在分布式接入网络中提供无线通信的方法，其特征在于包括：
提供多个流动接收节点以向一区域提供所需的通信服务，
在每个所述多个流动接入节点处提供一用户输入，
在每个所述多个流动接入节点处提供一地理位置检测器，
向每个所述节点提供在所述区域内关于所述多个流动接入节点的瞬时位置定位点的数据库，
发送在所述区域内有关所述流动接入节点位置定位点，每个所述节点的所述数据库接收所述位置定位点并在所述节点的数据库中存储所述位置定位点，
访问所述数据库以确定源流动接入节点和目的地流动接入节点间的节点对节点路由，
在所述源流动接入节点和所述目的地流动接入节点间开始传送数据，
通过在所述访问步骤确定的所述流动节点之间或之中中继所述数据而将所述数据从所述源流动节点传送到所述目的地流动节点，以及
在所述目的地漫游接入节点处接收数据。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括一当节点对节点传输成功便向发送节点返回一确认数据包。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述流动节点包括各自的发射机，它发射代表网络数据包的电磁信号，且所述方法进一步包括根据所述节点的布局密度，传送数据所需的速率、信号强度、比特差错率、中间接入节点周围的环境、地形、地面位置以及节点间距离之一改变所述发射机的发射特性。
4、一种在无定形接入网络中提供无线数据通信的方法，其特征在于包括：
提供多个流动接入节点以向一区域提供所需的通信服务，
在每个所述多个流动接入节点处提供一用户输入，
在每个所述多个流动接入节点处提供一数据库，
在所述多个流动接入节点处提供一地理位置检测器，用于生成指示所述多个流动接入节点各自位置的位置信息，
发送所述多个流动接入节点的位置信息，所述流动接入节点接收所述位置信息并将所述位置信息存入所述数据库，
生成关于所述位置信息的数据库，
在所述流动接入节点处，根据所述数据库的所述位置信息确定在源流动接入节点和目的地流动接入节点之间流动接入节点的节点对节点路由，
在所述流动接入节点处开始传输数据，
根据在所述确定步骤所确定的所述节点对节点路由，将所述数据发送到所述目的地流动接入节点，以及
在所述目的地流动接入节点处接收所述数据。
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