CN1856962A - 具有服务质量协议分级结构的移动自组织网络及相关方法 - Google Patents

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CN1856962A CNA2004800273018A CN200480027301A CN1856962A CN 1856962 A CN1856962 A CN 1856962A CN A2004800273018 A CNA2004800273018 A CN A2004800273018A CN 200480027301 A CN200480027301 A CN 200480027301A CN 1856962 A CN1856962 A CN 1856962A
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Abstract

根据本发明的移动自组织网络(MANET) (20)可以包括多个移动节点(21－28)，每个包括无线通信设备(30)和连接到其的控制器(31)，其中控制器(31)根据多层协议分级结构(32′)而操作。更具体地说，控制器(31)可以在应用层设立服务质量(QoS)阈值，并且在应用层下面的QoS支持层(37′)，基于QoS阈值而确定是否需要数据接收确认。在QoS支持层下面的QoS编码层(38′)，可以对来自应用层(36′)的数据进行编码，以便传送到(一个或多个)目标移动节点(25)。另外，在QoS编码层(38′)下面的QoS路由选择层(39′)，可以基于QoS阈值而选择到(一个或多个)目标移动节点(25)的至少一个路由。在QoS路由选择层(39′)下面的QoS业务层(41′)，可以基于QoS阈值而控制数据业务流。

Description

具有服务质量协议分级结构的 移动自组织网络及相关方法
背景技术
在过去十年期间，无线网络经历了快速增长的发展。发展最快速的领域之一是移动自组织网络(mobile ad hoc network，MANET)。在物理上，MANET包括大量的地理上分布的、可能移动的节点，这些节点共享一个或多个公共无线信道。与诸如蜂窝网络或卫星网络的其它类型的网络相比，MANET的最独特的特征是缺少任何固定基础设施。该网络是由移动(和可能静止)的节点形成，并且当节点相互通信时即时地被创建。该网络不依赖于特定节点，并且当某些节点加入或其它节点离开网络时，动态地调整。
在固定通信基础设施不可靠或不可用的不利环境中，例如在战场或被地震或飓风袭击的自然灾害区中，可以快速地部署MANET，以便提供非常需要的通信。虽然军用仍然是该网络发展背后的主要驱动力，但是自组织网络正在民用或商用领域内很快地找到新的应用。MANET将允许人们和应用程序在野外或在室内交换数据，其中除了他们通过简单地导通其计算机或PDA而创建的网络结构之外，无需使用任何其它网络结构。
随着无线通信日益渗透到日常生活，MANET的新应用将继续出现，并且变成无线通信中的重要因素。可是，MANET向设计者提出了严重的挑战。由于缺少固定基础设施，当节点移动、加入或离开网络时，它们必须自组织和重新配置。所有节点本质上是相同的，并且在网络中没有自然的分级结构(hierarchy)或中央控制器。必须在节点之间分配所有功能。节点通常由电池供电，并且具有有限的通信和计算能力。另外，系统的带宽通常是有限的。两个节点之间的距离通常超出无线传输范围，传输在到达其目的地之前可能必须由其它节点中继。因此，MANET网络典型地具有多跳(multi-hop)拓扑，并且该拓扑随着节点到处移动而改变。
因特网工程任务组(IETF)的MANET工作组已经积极地评价并且标准化包括多点传送协议的路由选择协议。因为网络拓扑随着节点移动而任意地改变，所以信息受影响而变得过时，并且在时间(信息可能在某些节点处是过时的，但在其它节点处是最新的)和空间(节点可能仅仅知道其附近的网络拓扑，而不知道其远处的网络拓扑)上，不同的节点通常具有不同的网络视图。
路由选择协议需要有可能采用不太准确的信息来适应于频繁的拓扑改变。由于该独特要求，因此该网络中的路由可能与其它网络很不一样。搜集关于整个网络的最新信息通常是昂贵且不切实际的。某些路由选择协议是反应式(reactive)(即，按需)协议。也就是，它们仅仅在必要时才收集路由选择信息，并且仅仅收集到它们需要向其取路由的目标的路由选择信息，并且不维护无用的路由。与总是维护到所有目标的最优路由的先应式协议相比，以这种方法可以减小路由选择开销。自组织按需距离矢量(AODV)、动态源路由选择(DSR)和临时排序路由选择算法是在MANET工作组中提出的反应式路由选择协议的代表。
先应式(proactive)路由选择协议的例子可以在Clausen等人、标题“Optimized Link State Routing Protocol”、因特网工程任务组(IETF)MANET工作组、因特网草案、2001年10月31日中找到。其它各种路由选择协议的例子包括：在授予Perkins的美国专利No.5,412,654中公开的目标定序距离矢量(DSDV)路由选择；以及在授予Haas的美国专利No.6,304,556中公开的区域路由选择协议(ZRP)。ZRP是使用先应式和反应式方案的混合协议。
这些传统的路由选择协议在选择从源节点到目标节点的路由中使用“尽力而为”(best effort)方案。典型地，在这样的方案中，最小化跳数是主要标准。
MANET中的服务质量(Quality-of-service，QoS)路由选择日益引起关注。为了提供服务质量，协议不仅需要查找路由，还需要识别和/或确保沿着路由的资源。由于潜在有限的共享网络带宽、以及缺乏可以考虑(account for)和控制这些有限资源的中央控制器，节点必须相互协商，以便管理QoS路由所需的资源。由于频繁的拓扑改变，进一步将此复杂化。由于这些约束，QoS路由选择比“尽力而为”或最小跳数路由选择要求更高。
由Chenxi Zhu在标题为“Medium Access Control and Quality-of-Service Routing for Mobile Ad Hoc Networks”的出版物、2001年中，以及由M.Mirhakkak等人在标题为“Dynamic Quality-of-Service forMobile Ad Hoc Networks”的出版物、MITRE公司、2000年中，提出了QoS路由选择方案的一些例子。Zhu讨论了在其拓扑以低或中速率改变的小型网络中建立保证带宽的QoS路由。Mirhakkak等人涉及资源预定请求，其指定QoS值的范围，而网络承诺在该范围内提供服务。
由于MANET仍然处于发展初期，因此迄今为止，如同上述现有技术方案的情况一样，大多数在MANET中实现QoS功能性的尝试主要聚焦在使用QoS参数来建立路由上。可是，随着MANET在大小和复杂度方面继续增加，可能需要另外的QoS功能性，以及用来在不同的网络协议分级结构层之间高效地分配QoS操作的方式。
发明内容
鉴于上述背景，因此本发明的目的是提供一种实现了QoS协议分级结构的MANET和相关方法。
根据本发明的这个和其它目的、特征以及优点由一种MANET提供，该MANET可以包括多个移动节点，每个节点包括无线通信设备和连接到其的控制器。控制器可以根据多层协议分级结构来操作。更具体地说，控制器可以在应用层设立服务质量(QoS)阈值，并且在应用层下面的QoS支持层，基于QoS阈值而确定是否需要数据接收确认。在QoS支持层下面的QoS编码层，控制器可以对来自应用层的数据进行编码，以便传送到至少一个目标移动节点。
另外，在QoS编码层下面的QoS路由选择层，控制器可以基于QoS阈值而选择到至少一个目标移动节点的至少一个路由。在QoS路由选择层下面的QoS业务层，控制器可以基于QoS阈值而控制数据业务流。此外，在QoS业务层下面的至少一个较低协议层，控制器可以与无线通信设备协作，以便通过至少一个选定路由将数据传送到至少一个目标移动节点。这样，本发明的协议分级结构提供了一种QoS框架，其用于高效且方便地组织协作QoS操作，以便提供增强的QoS。
除了上述层之外，在QoS路由选择层和QoS业务层之间的QoS转发(forwarding)层，控制器可以基于QoS阈值而在单点传送通信模式和多点传送通信模式之间选择。如此，在至少一个较低协议层，控制器可以有利地与无线通信设备协作，以便基于选定通信模式传送数据。
举例来说，至少一个较低协议可以包括无线适配层，其提供用于QoS业务层的接口。此外，至少一个较低协议层还可以包括介质访问层和物理层。
因此，在物理层，控制器可以与无线通信设备协作，以便确定用于至少一个选定路由的QoS量度。此外，在QoS路由选择层，控制器可以确定QoS量度是否低于QoS阈值。如此，在物理层，控制器可以与无线通信设备协作，以便基于QoS量度已低于QoS阈值的确定而调整至少一个信号特征。举例来说，至少一个信号特征可以包括功率、增益、和/或信号模式。这样，可以有利地调整信号特征，以便提高信号连接性或者减少干扰。事实上，可以调整这些特征，以便不仅在接收节点处减少干扰，还在相邻节点处减少非故意的干扰。
另外，在QoS支持层，控制器可以基于从其它移动节点接收的各自QoS路由请求和内部的QoS量度，确定是否许可来自该其它移动节点的业务。此外，QoS路由请求可以具有各自的业务流标识符和与此相关的第二QoS阈值。如此，在QoS业务层，控制器可以基于各自的业务流标识符，有利地管制(police)所许可的业务，以便确保所许可的业务不超出各自的第二QoS阈值。举例来说，内部QoS量度可以包括可用功率、可用带宽、最近出错率和最近延迟中的至少一个。
在QoS分组编码层，控制器还可以使用前向纠错(FEC)算法对数据进行编码，以便基于QoS阈值而生成数据的纠错数据。此外，至少一个选定路由可以包括多个选定路由，并且控制器可以交织纠错数据和数据，并且在该多个选定路由之间分配所交织的数据。因此，通过执行FEC并且在多个路由之间分配所交织的数据，从而即使当一个路由不能工作时MANET也允许纠正被破坏的数据分组，由此允许如果必要的话在建立新路由时继续传送。此外，可以在多个路由之间分散与FEC编码相关联的附加数据量，这样减轻了增加的带宽要求。
此外，在QoS路由选择层，控制器可以基于QoS阈值和传送外出数据所需的能量使用级别，对外出数据执行负载调整(load-leveling)。这有利地允许针对给定情形，适当地平衡给定应用所需的功耗、可用QoS和QoS阈值。
另外，无线通信设备可以在多个信道上操作，并且选定路由可以与多个信道中的一个相关联。因此，在至少一个较低协议层，控制器可以有利地与无线通信设备协作，以便当选定路由的QoS级别低于QoS阈值时，搜索至少一个其它的可用信道。
本发明的方法方面用于在MANET例如上面简述的MANET中操作移动节点。该方法可以包括在应用层设立QoS阈值，并且在应用层下面的QoS支持层，基于QoS阈值而确定是否需要数据接收确认。此外，在QoS支持层下面的QoS编码层，可以对来自应用层的数据进行编码，以便传送到至少一个目标移动节点。在QoS编码层下面的QoS路由选择层，可以基于QoS阈值而选择到至少一个目标移动节点的至少一个路由。另外，在QoS路由选择层下面的QoS业务层，可以基于QoS阈值而控制数据业务流。此外，该方法还可以包括：在QoS业务层下面的至少一个较低协议层，使无线通信设备通过至少一个选定路由将数据传送到至少一个目标移动节点。
附图说明
图1是根据本发明的MANET的示意性方框图。
图2是在图1的MANET中实现的多层协议分级结构的可选实施例的示意性方框图。
图3和4是分别示出在根据本发明调整信号传送功率以便提高信号连接性之前和之后的MANET的示意性方框图。
图5和6是分别示出在根据本发明调整源移动节点处的信号传送功率以便减少相邻移动节点处的信号干扰之前和之后的MANET的示意性方框图。
图7是在根据本发明调整源移动节点处的信号传送天线模式以便类似地减少相邻移动节点处的信号干扰之后的、图5的MANET的示意性方框图。
图8-11是示出根据本发明的用于在MANET中操作移动节点的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考示出了本发明优选实施例的附图，在下文中更全面地描述本发明。然而，本发明可以以很多不同形式实施，并且不应当被解释为局限于此处阐述的实施例。相反，提供了这些实施例，以便使这个公开内容变得彻底和完整，并且向本领域的技术人员全面传达本发明的范围。相同标号始终引用相同的单元，并且原始标记和多个原始标记用来表示可选实施例中的类似单元。
初始参考图1，根据本发明的MANET 20说明性地包括多个移动节点21-28。在所示示例中，移动节点21用作源节点，而移动节点25用作源节点试图与其通信的目标节点。节点21-28可以是能够在MANET内通信的任何适当类型的移动设备，如计算机、个人数据助理(PDA)等等，例如包括无线通信设备30、以及本领域的技术人员所理解的其它设备。当然，还应当理解，如果需要的话，在某些应用中，节点21-28中的某些节点可以可选地连接到固定通信基础设施。
此外，源移动节点21说明性地包括控制器31，下面将描述其操作。举例来说，如本领域的技术人员所理解的那样，可以使用微处理器、存储器、软件等来实现控制器31。此外，如图所示，无线通信设备30可以包括无线调制解调器、无线局域网(LAN)设备、蜂窝电话设备等，以及相关的天线。举例来说，如本领域的技术人员所理解的那样，可以使用一个或多个相控阵列天线(以及其它适当的天线)。还应当理解，移动节点23-28同样也优选地包括适当的无线通信设备/控制器，为说明清楚起见，其没有在图1中示出。
控制器31执行的一个功能是在源移动节点21和目标移动节点25之间建立一个或多个路由，以便在其间传输数据。在示例性实施例中，说明性地示出了单个路由，其经过移动节点22-24并且包括无线通信链路29a-29d。应当注意，虽然为说明清楚起见，仅仅示出了单个路由，但是根据本发明可以使用任何数目的路由。
如本领域技术人员所理解的那样，例如，MANET路由可以将任何数目的中间节点包括在其中，这取决于网络大小和节点之间的邻近度。典型地，沿着路由的每个中间节点被称为“跳跃点(hop)”，这样，经过多个中间节点的路由有时被称为“多跳”路由。应当理解，虽然为说明清楚起见，在本例中示出了相对少数目的中间节点22-24，但是MANET20可以将任何数目的节点包括在其中。此外，应当理解，到目标移动节点25的部分路由还可以包括有线基础设施。
还应当理解，控制器31建立路由的方式将取决于在MANET 20中实现的具体MANET路由选择协议。如上所述，这可以使用先应式协议、反应式协议或者通过其组合来实现，其中先应式协议连续地保持路由选择信息最新，而反应式协议在存在将数据发送到目标节点22的需要时按需发现路由。根据本发明，可以使用任何适当的MANET协议例如上述MANET协议来建立路由。
虽然MANET仍然处于其的相对初期并且尚未采用任何通用标准，但是如同其它无线网络(例如，无线LAN)一样，在MANET内的数据通信将很可能遵循开放式系统互连(OSI)架构(或其的某种变体)。作为背景，OSI是网络协议分级结构，其包括七个不同的控制层，即(从最高到最低)，应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
一般而言，在OSI模型中，在始发节点或终端处，从应用层开始直至物理层，控制从一层传递到下一层。然后，跨越网络发送数据，并且当其到达目标终端/节点时，以相反次序沿着分级结构向上(即，从物理层到应用层)处理它。此外，典型地，与每个特定层相对应的数据在网络级被组织到被称为分组的协议数据单元(PDU)中。
根据本发明，控制器31类似地根据多层协议分级结构32操作，以便为QoS操作提供集成框架。一般而言，多层协议分级结构包括较高协议层33、一个或多个中间协议层34和较低协议层35，在其上执行补充的QoS操作，以便提供增强的QoS功能性。
更具体地说，在图2中说明性地示出了多层协议分级结构32′的示例性实施例，并且在图8和9中示出了用于使用其的相关方法。应当注意，为说明和理解清楚起见，说明性地用虚线示出和标注了执行图8和9所示的方法步骤的各个协议层。根据多层协议分级结构32′，从块80开始，控制器31可以在应用层36′，对跨越MANET 20的数据传输设立服务质量(QoS)阈值(块81)。更具体地说，应用层36′优选地是创建或处理要被传送的数据的层。
QoS阈值(或服务类型，TOS)将根据在该较高层运行的特定应用而改变。例如，诸如视频或音频数据的时间敏感数据可以要求大于文本数据文件的QoS阈值，以便维护其完整性。定义特定应用所需的QoS阈值的一种常见方式是通过对于数据传输能够容忍的总计端到端延迟。然而，根据本发明，可以使用很多其它QoS参数来定义QoS阈值。例如，如本领域的技术人员所理解的那样，这样的参数可以包括可用带宽、出错率、端到端延迟变化、跳数、期望路径持久性、优先级等中的一个或多个。
在块82，在应用层36′下面的QoS支持层37′，控制器31基于QoS阈值和模式，确定是否需要数据接收确认。也就是，如本领域的技术人员所理解的那样，在某些情形下，将期望让接收移动节点确认所传送数据的接收(“Ack”)，并且/或者当不能确认数据的正确接收(“Nack”)时，通知源移动节点21。 QoS支持层37′可以在概念上被看作相对于OSI模型的会话和/或传输层，如图2所示。
例如，当源移动节点21需要执行到相邻节点的“可靠”多点传送操作时，数据分组接收确认可能是特别有用的。举例来说，如果将移动节点组织成群集或组，并且源移动节点21用作群集领导节点，则它可能需要将更新的网路拓扑信息或其它控制数据发送到其群集中的其它节点。这样，源移动节点21可以请求这些节点确认该重要数据的接收。当然，在很多其它情形下，可以基于数据的重要性和额外Ack/Nack传送所需的开销，根据需要而使用数据确认。
此外，可以在QoS支持层37′执行的另一特别有利的功能是高级许可控制。更具体地说，从块89(图9)开始，控制器31可以基于从其它移动节点接收的各自QoS路由请求和源节点21的内部QoS量度，确定是否许可来自其它移动节点的业务。也就是，控制器31基于其自己的QoS要求/资源以及请求访问源节点21的资源的其它移动节点的QoS要求/资源，基本上确定目前它可以支持什么类型的业务。
举例来说，内部QoS量度可以包括可用功率、可用带宽、最近出错率和最近延迟中的一个或多个。为说明清楚起见，许可控制操作被示出为在与图2中的QoS支持层37′相独立的块47′中执行。然而，可以由相同的控制器或处理器在QoS支持层37′执行这些操作中的一些或全部(不过，也可以由独立的处理器并且在其它层执行它们)。在2002年4月29日提交的、并且转让给本受让人的、共同未决的美国申请序列号10/134,173中提供了关于这样的许可控制操作的更多细节，在此将其全文引作参考。
在块83，在QoS支持层37′下面的QoS分组编码层38′，控制器31对来自应用层36′的数据进行编码，以便传送到(一个或多个)目标移动节点25。当然，本领域的技术人员应当理解，还可以在QoS分组编码层38′以及使用与由发送移动节点使用的编码算法互补的解码算法，对要由应用层36′的控制器31使用的、从其它移动节点接收的数据分组进行解码。
一种特别有利的编码方案是使控制器31使用前向纠错(FEC)算法对数据进行编码，以基于QoS阈值生成数据的纠错数据。而且，控制器31还可以选择多个路由，以便将数据传送到目标移动节点25。在此情况下，在块91，控制器31可以有利地交织要被传送的纠错数据和数据分组，并且在多个选定路由之间分配所交织的数据。
这样，通过执行FEC并且在多个路由之间分配所交织的数据，即使当失去一个路由时，MANET也允许纠正被破坏的数据分组，从而允许如果必要的话在建立新路由时继续传送。此外，可以在多个路由之间分散与FEC编码相关联的附加数据量，这样减轻了增加的带宽要求。在2003年2月19日提交并且转让给本受让人的、共同未决的美国申请序列号10/369,313中，提供了关于可以在QoS分组编码层38′执行的FEC/交织操作的更多细节，在此将其全文引作参考。
在块84，可以在QoS编码层38′下面的QoS路由选择层39′执行路由选择。一般而言，控制器31使得将QoS路由请求发送到相邻移动节点，以便发现到(一个或多个)期望目标移动节点的潜在路由。然后，将路由确认返回到源移动节点21，其包括路由可以支持或提供什么QoS级别的指示或量度。然后，可以将可用路由列表存储在路由选择表45′中，控制器31基于路由选择算法，从其选择(一个或多个)期望路由。在以下申请中描述了若干特别有利的、用于在MANET内建立一个或多个路由并且跨越其发送数据的方案，即，2002年8月8日提交的共同未决美国申请序列号10/214,997、2002年6月19日提交的共同未决美国申请序列号10/174,721、以及标题为“ROUTE SELECTION IN MOBILEAD-HOC NETWORKS BASED ON TRAFFIC STATEINFORMATION”、律师事务所案号为GCSD-1468(51334)的共同未决申请，这些申请全都被转让给本受让人，并且在此将其全文引作参考。
此外，在块92，控制器31可以可选地基于QoS阈值和传送外出数据所需的能量使用级别(即，功率)，在QoS路由选择层39′对外出数据执行负载调整。这有利地允许针对给定情形，适当地平衡给定应用所需的功耗、可用QoS和QoS。在标题为“LOAD LEVELING IN MOBILEAD-HOC NETWORKS TO SUPPORT END-TO-END DELAYREDUCTION，QoS AND ENERGY LEVELING”的、律师事务所案号为GCSD-1470(51336)的共同未决申请中，提供了关于负载调整操作的更多细节，在此将其全文引作参考。
另外，在块93，在QoS路由选择层39′下面的QoS转发层40′，控制器31优选地在单点传送通信模式和多点传送通信模式之间选择。更具体地说，控制器31可以在应用层36′针对给定应用指示将在QoS转发层40′选择的特定类型的通信模式(例如，用于群集领导节点广播的可靠多点传送通信)。
对于其它应用，可以不必在应用层36′指定具体的通信模式。如此，控制器31可以基于QoS阈值，确定哪个通信模式是适当的。当然，这个确定还可以考虑其它因素，例如，特定的无线通信设备30资源的可用性，特定类型的传送是否有可能对其它移动节点造成非故意的干扰等。特别地，即使在应用层36′指定了具体的通信模式，控制器也可以在QoS转发层40′确定基于上述因素中的一个或多个而应该使用不同的通信模式。
此外，在块85，在QoS转发层40′下面的QoS业务层41′，控制器31优选地控制数据业务流，并且还可以管理其数据队列，以维护QoS阈值。特别地，在一个有利的实施例中，上述QoS路由请求可以具有各自的业务流标识符、以及与其相关的第二QoS阈值或上限。如此，在块94，控制器31可以有利地基于各自的业务流标识符而管制所许可的业务，以便确保所许可的业务不超出各自的第二QoS阈值。在2002年4月29日提交的、转让给本受让人的、共同未决的美国申请序列号10/134,714中，提供了关于这样的业务管制的更多细节，在此将其全文引作参考。
此外，如本领域的技术人员所理解的那样，在QoS业务层41′下面的至少一个较低协议层，控制器31与无线通信设备30协作，以便基于从较高层提供的命令/数据，通过(一个或多个)选定路由传送数据到目标移动节点25，从而结束图8所示的方法(块87)。
此外，当单点传送和多点传送模式都由控制器31实现时，控制器可以有利地与无线通信设备30协作，以便基于选定的具体通信模式传送数据。也就是，在块95-98，根据正被使用的特定类型的通信模式、以及(一个或多个)选定路由的QoS量度，可以调整或裁制(tailor)各种信号传送特征，从而结束图9所示的方法(块99)。下面将进一步讨论信号传送和接收特征的调整。
更具体地说，分级结构32′的较低协议层优选地包括在QoS业务层41′下面的无线适配层42′、在无线适配层下面的介质访问(MAC)层43′、以及在MAC层下面的物理(PHY)层44′。无线适配层42′在较高协议层与MAC和PHY层之间提供接口，其中后者是控制器31在物理上与无线通信设备30接口之处。当然，本领域的技术人员应当理解，其它层也可以包括在分级结构32′内，例如链路层，并且在特定实施例中，可以在不同层实现在此描述的某些功能。
因此，在块95，在物理层44′，控制器31优选地与无线通信设备30协作，以便确定(一个或多个)选定路由的QoS量度，其可以用来确定是否需要进行任何QoS调整，或者是否在该路由上完全不再可能进行通信。还应当理解，QoS量度不仅用于为已建立的路由维护QoS，而且它们还典型地用于路由发现和选择，这在图2中由操作块46′说明性地示出。另外，应当注意，虽然为说明清楚起见，与无线适配层42′相独立地示出了块46′，但是事实上可以在无线适配层(或其它层)执行在其中示出的操作。
在块96，通过监控选定路由的QoS量度，控制器31在QoS路由选择层39′可以确定QoS量度是否低于QoS阈值。如果是，则在块97，在物理层44′，控制器31可以与无线通信设备30协作，以调整一个或多个信号特征，以便改善QoS量度。
现在附加地参考图3-7和10-11，现在将描述可以如何调整信号特征，以便改善QoS的具体示例。第一个示例是这样的时候，即QoS量度表明到期望的移动节点如沿着选定路由的下一个移动节点的信号连接性已经降至不合要求的级别(例如，低于QoS阈值)。
关于图3所示的MANET 50，其包括源移动节点51和与其相邻的移动节点52-58，源移动节点在由半径r1限定的区域59′上传送。这样，如图4所示，在如上所述设立QoS阈值，确定QoS量度并且选择(一个或多个)期望的路由(块100-103)之后，当确定了QoS量度低于QoS阈值(块104)时，控制器31在PHY层44′与无线通信设备30协作，以便提高信号传送功率。如本领域的技术人员所理解的那样，可以基于一个或多个QoS因素如出错率、接收信号强度等而确定降低的信号连接性。
结果，MANET 50′的传送区域59′现在由具有大于半径r1的半径r2的圆圈来限定。这样，例如，如果源移动节点51最初与移动节点54通信，并且它移出范围(如图3)，则提高信号传送功率将使得这个节点处于传送区域59′之内。
当然，可以采取相反的方案，以便避免无意地对相邻的邻近移动节点造成干扰。考虑图5所示的MANET 60，其说明性地包括源移动节点61和彼此干扰的邻近移动节点62。特别地，从源移动节点61到移动节点63-67的传送在移动节点62处造成非故意的干扰。这样，例如，如果QoS量度表明来自移动节点62的干扰导致不满足QoS阈值，则控制器31可以确定移动节点61和62这两个节点彼此干扰，并且相应地降低其信号传送功率。如此，其信号传送区域68从由半径r11限定的圆圈(图5)减至由半径r21限定的较小圆圈(图6)，这将不再造成对移动节点62′的干扰。
除了信号功率之外，还可以调整其它信号特征，以便实现类似的结果(即，提高的节点间连接性，或者减少的干扰)。例如，在图7所示的情况下，如图所示，改变了信号传送天线模式(或波束形状)，以便从传送区域68″中排除移动节点62″。如本领域的技术人员所理解的那样，另一类似的技术是在期望方向上调整信号传送增益，这也影响传送区域。
此外，通过基于QoS量度低于QoS阈值的确定而调整信号传送功率、信号传送增益和/或信号传送模式，控制器31还可以有利地调整信号传送范围，以便并入更多的移动节点。例如，当需要附加路由时，或者当新的节点加入群集或节点组时，这可能是特别有益的。
在块106，还可以可选地调整其它信号特征，以便提供改善的QoS。如本领域的技术人员所理解的那样，例如，可以改变正被执行的错误编码。类似地，控制器31可以与无线通信设备30协作，以便如果QoS量度大于或等于QoS阈值则使用第一调制技术，否则使用第二调制技术来调制数据。举例来说，适合的调制技术可以包括TDMA、CDMA、FDMA和SDMA等。然后，在块107，根据调整后的信号特征执行传送，从而结束所示方法(块108)。
此外，控制器31与无线通信设备30协作，以便以期望数据速率传送数据。如此，如本领域的技术人员所理解的那样，控制器31还可以与无线通信设备30协作，以便基于可用QoS，在必要时调整数据速率。
还应当理解，还可以使用类似技术来减少特定节点从相邻干扰节点接收的干扰。也就是，目标移动节点可以确定在其上接收数据的路由的QoS量度已经低于在应用层36′设置的QoS阈值(其可以由源移动节点提供，由两个节点达成协议，或者独立地设立)。在此情况下，在块110′和111′(图11)，例如，如在上面类似地描述的那样，控制器31可以调整总体信号接收增益和/或信号接收模式，以便减少在接收数据时由干扰移动节点造成的干扰。
另外，无线通信设备30还可以在由图2中的MAC/PHY列47a′-47c′说明性地代表的多个信道上操作。这样，如果给定路由与多个信道中的一个相关联，则控制器31可以与无线通信设备30协作，以便当选定路由的QoS级别低于QoS阈值时，搜索或者监控一个或多个其它可用的物理信道。在2002年4月29日提交并且转让给本受让人的美国申请序列号10/134,862中，提供了这样的信道监控和选择的更多细节，在此将其全文引作参考。当然，应当注意，列47a′-47c′也可以对应于其它物理层设置或“调节器(knob)”，例如调制类型、通信模式类型等。
因此，本领域的技术人员应当理解，本发明的协议分级结构提供了一种QoS框架，其用于高效且方便地组织协作QoS操作，以便提供增强的QoS。而且，本发明提供了一种全体且集成的框架，其允许针对特定应用的、基于组件的开发，并且使用场景(scenario)。此外，它还提供了使用业务状态(例如，利用、剩余容量、跳数、传输延迟等)来帮助产生多个可选的源到目标的分组路由。
而且，根据本发明，无线适配层42′可以有利地允许使用多个无线接口(例如，不同的无线类型、接口、物理信道等)。此外，本发明还提供了QoS驱动的PHY层适配，以便改善覆盖范围，减少干扰，增加所达到的邻近节点的数目，并且提高可靠性。另外，根据需要，可以在较高协议层对数据分组进行编码，以便提供更强的纠错等，并且还可以有利地使用多个路由来提供更高的可靠性和吞吐量，以及减小端到端的延迟。

Claims (10)

1.一种移动自组织网络MANET，包括：
多个移动节点，每个包括无线通信设备和连接到其的控制器；
所述控制器根据多层协议分级结构而操作，用于：
在应用层，设立服务质量QoS阈值；
在应用层下面的QoS支持层，基于QoS阈值而确定是否需要数据接收确认；
在QoS支持层下面的QoS编码层，对来自应用层的数据进行编码，以便传送到至少一个目标移动节点；
在QoS编码层下面的QoS路由选择层，基于QoS阈值而选择到至少一个目标移动节点的至少一个路由；
在QoS路由选择层下面的QoS业务层，基于QoS阈值而控制数据业务流；以及
在QoS业务层下面的至少一个较低协议层，与所述无线通信设备协作，以便通过至少一个选定路由将数据传送到至少一个目标移动节点。
2.如权利要求1所述的MANET，其中，在QoS路由选择层和QoS业务层之间的QoS转发层，基于QoS阈值而在单点传送通信模式和多点传送通信模式之间选择；并且其中，在至少一个较低协议层，所述控制器与所述无线通信设备协作，以便基于选定通信模式而传送数据。
3.如权利要求1所述的MANET，其中，在QoS支持层，所述控制器基于从其它移动节点接收的各自QoS路由请求和内部的QoS量度，确定是否许可来自所述其它移动节点的业务。
4.如权利要求1所述的MANET，其中在QoS分组编码层，所述控制器：
使用前向纠错(FEC)算法对数据进行编码，以便基于QoS阈值而生成数据的纠错数据，以及
在传送其之前，交织纠错数据和数据。
5.如权利要求1所述的MANET，其中，在QoS路由选择层，所述控制器基于QoS阈值和传送外出数据所需的能量使用级别，对外出数据执行负载调整。
6.一种用于根据多层协议分级结构、在包括多个移动节点的移动自组织网络MANET中操作移动节点的方法，其中移动节点包括无线通信设备，并且该方法包括：
在应用层，设立服务质量QoS阈值；
在应用层下面的QoS支持层，基于QoS阈值而确定是否需要数据接收确认；
在QoS支持层下面的QoS编码层，对来自应用层的数据进行编码，以便传送到至少一个目标移动节点；
在QoS编码层下面的QoS路由选择层，基于QoS阈值而选择到至少一个目标移动节点的至少一个路由；
在QoS路由选择层下面的QoS业务层，基于QoS阈值而控制数据业务流；以及
在QoS业务层下面的至少一个较低协议层，使无线通信设备通过至少一个选定路由将数据传送到至少一个目标移动节点。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：在QoS路由选择层和QoS业务层之间的QoS转发层，基于QoS阈值而在单点传送通信模式和多点传送通信模式之间选择；并且其中，协作包括与无线通信设备协作，以便基于选定通信模式而传送数据。
8.如权利要求6所述的方法，还包括：在QoS支持层，基于从其它移动节点接收的各自QoS路由请求和内部的QoS量度，确定是否许可来自所述其它移动节点的业务。
9.如权利要求6所述的方法，还包括在QoS分组编码层：
使用前向纠错(FEC)算法对数据进行编码，以便基于QoS阈值而生成数据的纠错数据，以及
在传送其之前，交织纠错数据和数据。
10.如权利要求6所述的方法，还包括：在QoS路由选择层，基于QoS阈值和传送外出数据所需的能量使用级别，对外出数据执行负载调整。
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