TWI242955B - Multi-channel mobile ad hoc network - Google Patents

Description

1242955 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關行動網路。特別地，本發明係關於多通道行 動特用網路。 【先前技術】 一典線網路快速發展的區域為行動特用網路（m〇bHe ad hoc network)。實體上，一行動特用網路包含多個藉由一個 或更多無線電頻率通道所無線連接之地理性分散、可能為 行動的節點。與如胞狀網路或衛星網路等其他型態的網路 相較，行動特用網路最不同的特性為缺乏任何固定的基礎 架構（infrastructure)。該網路僅由行動節點所形成，當該節 點於空中傳輸至或從其他節點收發時產生一網路。該網路 通常未依賴一特殊節點且當某些節點加入或其他節點離 開該網路時，動態地調整該網路。 一特用網路可快速地展開並提供多種需要的通訊。特用 網路將允許人們於在草地（field)或教室中交換資料，除了 僅簡單地打開例如其電腦或個人數位助理（pers〇nal dighai assistant，PDA)之外，不需使用任何網路結構。 仃動特用網路的新應用將持續出現並成為通訊結構的 一重要部分。由於缺乏一固定基礎架構，當移動、加入、 或離開網路時，節點必需自我組織且重新配置 ( igUre)。所有節點可能為功能上相等且在該網路中 未有任何自然的階層（hierarchy)或中央控制器。許多網路 控制功能分散於節點間。節點通常用電池來供電且只有限 87017.doc 1242955 制的通訊與計算能力。該系統的頻寬通常被限制。於兩節 點間的距離通常超過該無線電傳輸範圍，且一傳輸於到達 其目的地前必須靠其他節點來中繼(relay)。結果是，―網 路具有多中繼段（muhihop)的拓樸，且㈣樸隨 該節點移動來改變。 網際網路工程任務編組（internet engineeHng如化 force，IETF)的行動特用網路工作群組（MANET卿⑴％ group)已經主動地評估及標準化選路由（r〇uUng)，包括多 點傳播（multicasting)、協定（pr〇t〇c〇i)等。因為該網路拓樸 隨著節點移動而任意改變，資訊因而變成過時，且不同節 點對於時間（於某些節點上資訊可能過時，但在其他節點為 現有）及空間（一節點僅能知道其鄰近不遠的網路拓樸）兩 者通常具有該網路不同的觀點（view；)。 一路由協定需調適成頻繁的拓樸改變且具較不精準的 資訊。因為這些獨特的需求，於這些網路中的選路由非常 不同於他者。收集有關整個網路的新資訊通常成本過高且 不實際。許多選路協定為反應式（reactive)(應需求的， demand)協定：其僅當必需且選路由至目的地時才收集選 路資訊’且於某段時間後通常不會維持未使用。與在所有 時間維持到所有目的地的前瞻型（pr〇-active)協定相較，以 此方式之選路由額外花費大幅地減少。一協定為適應性 (adaptive)是很重要的。特用應需距離向量（ad hoc 〇n Demand distance Vector，AODV)、動態來源選路⑴ynamic Source Routing，DSR)及暫時排序選路演算法（Temp〇raUy 87017.doc 1242955

Ordered Routing Algorithm，T〇RA)為出現在 MANET 工作 群組中的應需選路協定。 其他各種選路協定的範例包括於給博金斯（perkins)的第 5,412,654號美國專利中所揭示的目的地依序向量選路 (destination-sequenced distance vector routing)及於給哈 斯（Haas)的第6,304,556號美國專利中所揭示的區域選路 協定（Zone Routing Protocol，ZRP)。ZRP 為根據到一來源 節點距離使用前瞻式與反應式方式的混合協定。 這些傳統的選路協定使用一最佳努力（best effort)方式 於選擇從該來源節點到該目的地節點的路由。典型地，於 該最佳努力方式中，中繼段個數為主要的標準（metric ,衡 T ) °換言之，具有最少中繼段數量的路由被選為傳輸路 由；、、：1177 ’於行動特用網路中服務品質（Quality-of-service， QoS)選路也獲得青睞。為了提供服務品質，該協定不僅為 找到一路由，還保證沿著該路由的資源。因為該網路這些 限疋、共用的頻寬，且缺乏中央控制器來負責及控制這些 限制的資源，節點必需彼此協商來管理Q〇S路由所需的資 源。這進一步由於頻繁的拓樸變動來複雜化。由於這些限 制 Q〇s選路相較於最佳選路為更應需的。 遂有’如先前所述，一典型特用網路的頻寬被限制。傳 統行動特用網路選路協定假設所有節點永遠在同一通道 上。此單一通道的運作為該頻寬可取得性中的一因素。雖 然木些網路可使用一分離的控制通道來減少在該傳輸通 道上的額外花費，傳統的行動特用網路不會使用多重通道 來傳輸封包資料。 87017.doc 1242955 【發明内容】 鑑於【先前技術】所述，因此本發明目的係提供一種高 效率利用複數個通道的多通道特用網路。 根據本發明，此及其他目的、特性、及優點由一種用於 透過複數個通道來運作一行動特用網路的方法來提供。該 網路包括複數個無線行動節點及複數個無線通訊鏈路 (link)以將該複數個節點透過該複數個通道連接在一起。該 方法包括在一來源節點上透過該複數個通道的每個通道 來傳送選路由凊求以在該複數個通道的至少一通道上 探索出到一目的地節點的路由，並選擇在該複數個通道的 至少一通道上選擇到該目的地節點的一路由。該路由請求 可依序透過複數個通道的每個通道來傳送，且該路由請求 最好是包括一來源節點通道識別碼。 還有每個中間節點可決定該中間節點是否可支援所請 求的路由，且如果為是，將該路由請求轉送給一個其他中 間節點與該目的地節點。該中間節點將透過該複數個通道 來轉送該路由請求。任何已聽到該請求的節點將不會持續 此擴散（flooding)。並且，該方法最好是包括當在該目的地 節點接收到該路由請求時，對每個所找到的路由產生一回 應給來源節點。對每個所找到的路由產生回應給來源節點 最好是包括將該回應沿著所找到的路由逆向傳回給該來 源節點。該來源節點沿著所選擇的路由，傳送一傳輸給該 該目的地節點，其可跨越數個通道。 於選擇該路由之前，該來源節點可藉由計算到該目的地 節點的每個所找到路由的衡量來優先化所找到的節點。該 87017.doc 1242955 端對端（end-to-end) 、中繼段數、期望 中至少一項。到該 該複數個通道其中 衡量可根據可取得的頻寬、錯誤率、 的延遲、端對端延遲的變異（variati〇n) 的路徑耐久性（durability)及優先權等其 目的地節點所選擇的路由可包括超過 該來源節點不同 一個通道。換言之，所選擇的路由可為與 的整體、或部分通道。 本發明之一系統層面被導向一多通道行動特用網路，其 包έ I數個供線行動節點及複數個無線通訊鏈路（Hnk)以 將該複數個節點透過該複數個通道連接在一起。每個行動 節點包括一通訊裝置以無線地經由該無線通訊鏈路與該 複數個節點之其他節點相通訊，及一控制器以經由該通訊 裝置來轉送通訊。該控制器包括一路由探索單元 discovery unit)已將路由請求透過該複數個通道的每個通 道來傳輸路由請求以探索到一目的地節點的路由，及一路 由選擇單元（route selecti〇n unit)以在複數個通道的至少一 通道上選擇到該目的地節點的一路由。該路由探索單元可 透過複數個通道的每個通道依序地傳送該路由請求，且該 路由請求可包括一通道識別碼。到該目的地節點所選擇的 路由可包括該複數個通道之多於一個的通道。 該控制器可進一步包括一路由請求處理單元（route request processing unit)以決定該節點是否可支援所請求的 路由，且如果為是，將該路由請求轉送給其他中間節點的 一節點與該目的地節點。還有，該控制器可包括一回應產 生器以對每個找到的路由產生/路由回應給一來源節 87017.doc 1242955 點。再次，對每個找到的路由產生一路由回應給一來源節 點最好是將該回應沿著所找到的路由逆向傳回給該來源 節點。 遠控制备還可包括一資料傳輸單元以沿著所選擇的路 由傳送一傳輸回該目的地節點，及一路由優先化單元 (route prioritizing unit)來優先化所找到路由。再次，優先 話可包括可對到該目的地節點的每個所找到的路由計算 一衡量。該衡量可根據可取得的頻寬、錯誤率、端對端的 延遲、端對端延遲的變異、中繼段數、期望的路徑耐久性 及優先權等其中至少一項。 【實施方式】 現在本發明此後將參考所伴隨圖式更完整地描述，其中 顯示本發明之較適具體實施例。然而，本發明還在許多不 同形式上來具體化且不應僅被視為限制於所述的具體實 施例。反而，提供這些具體實施例，因而本揭示將為充分 而完整，且將完整地將本發明的範圍傳遞給那些熟悉本技 藝人士。類似的號碼全部參照到類似的元件，且主要的標 1己用來指示於替用具體實施例中類似的元件。 如熟悉本技蟄人士將認知到，本發明的部分可具體化成 一方法、資料處理系統、或電腦程式產品。因此，本發明 這些部分可採用整個硬體具體實施例、整個軟體具體實施 例的形式、或結合軟體及硬體層面的具體實施例等形式。 並且，本發明的部分可為在一電腦可用儲存媒體上之一電 腦程式產品，在該媒體上具有電腦可讀程式碼於其上。任 87017.doc -10- 1242955 何合適的電腦可讀媒體皆可使用，其包括但不限於靜態及 動怨儲存裝置、硬碟'光儲存裝置、及磁性儲存裝置。 本發明以參照根據本發明一具體實施例之方法、系統、 與吃腦心式產品的流程圖例示於稍後來描述。將理解到該 例不的區塊、與例示中的區塊組合可用電腦程式指令來實 這二境知程式指令可被提供給一通用目的電腦、特殊 目的電腦、或用來產生一機器的其他可程式化資料處理裝 置义一處理器，因此經由該電腦或其他可程式化資料處理 裝置的處理器執行之該指令實作於區塊中所指示的功能。 這些電腦程式指令還可被儲存在一電腦可讀記憶體 中，其可指示一電腦或其他可程式化資料處理裝置來用一 待殊万式來作用，因此儲存於該電腦可讀記憶體中的指令 &成一製造物品，其包括實作於流程圖區塊中所指示功能 的札令。琢電腦程式指令還可被載入到一電腦或其他可程 式化資料處理裝置以引發一系列的運作步驟在該電腦或 其他可程式化資料處理裝置上執行以產生一電腦時作程 序，因此在該電腦或其他可程式化資料處理裝置上執行的 指令提供用以實作於流程圖區塊中所指示功能的步驟。 開始參考圖1〜5與圖8，現在將描述一種用於在一行動 特用網路2"決定從一來_到一目的地節點的路由 〈万法。該網路2G包括複數個行動節點3()，其包含來源 節點s及目的地節點D，以中間節點與e.n位於其間。 還有於本範例中，節點γ及z未在任何其他例示節點％ 的通訊範圍内。該節點30 , 如膝上電腦、個人數位助理 87017.doc 1242955 (PDA)、或行動電話，藉由無線通訊鏈路32來連接，如熟 悉本技蟄人士所將認知。相較於傳統的行動特用網路，該 無線通訊鏈路32存在於複數個通道之上，例如在三到十 個通道之上。 該万法開始（區塊100)且包含從該來源節點s傳輸一路 由請求RREQ以在多重通道上探索到目的地節點D的路 由，如圖8中區塊102所指示。該來源節點s現在不知道 該目的地節點D普通所在的通道。於圖i中例示的範例， 該來源節點傳送該路由請求RREq給中間節點。例 如，該來源節點S與節點C通常在一第一通道上，節點B 通常在一第二通道上，且節點A可通常在一第三通道上。 該來源節點s於所有現存通道上傳送該路由請求rreq， 因此該網路現在於在一中繼段内可到達之所有節點上 運作。最好是’該路由請求RREQ將包含_來源節點通道 識別碼以指示該來源節點S在哪個通道上。 分開地，路由探索如常於每個通道上進行（圖2)。每個 中間卽點 A、B也c法定兮备5 st κ /、l /夭疋3即點疋否可支援該路由請求 RREQ。如果該節點無法支援該特殊請求rreq，則該請求 被拒絕或簡單地未被該節點所轉送。如果該節點、如節點 A可支援該特殊請求RREQ，則該節點於所有通道上將該 路由請求RREQ轉送給其他中間節點，如節點η且暫時地 保留該路由請求的節點資源，如果該請求係為除了最佳努 力外之流量。對於最佳努力，無資源必需被保留。該路由 請求RREQ最後被轉送給該目的地節點D。 87017 doc -12- 1242955 如圖3所示，該目的地節點D當接收該路由請求 時，產生一回覆RREP給該來源節點s(區塊104)。然而， 如圖4中所示，該該目的地節點D可從任何各種可能路 由、包括例如S-A-H-J-D或S-B-G-K-D來接收該被轉送的 路由請求RREQ。一回覆RREPQ在每種情況中產生。該回 覆RREP包括從s到D被找出的路由，且沿著藉由回溯附 加於目的地節點D所接收路由請求之後的路由來取得之一 路由來傳送至該來源節點S。於圖3與圖4所例示的範例 中’如果節點D、J、Η與A在與該來源節點s不同的通 道上’則該最後一中繼段A必需移動至到與該來源節點s 相同的通道上且以其正常通道的指示來傳送該回覆 RREP °该RREPs不僅包括沿著該路由的節點串列，還有 每個節點所在的通道。 該來源節點S捕捉每個已找出路由，其包括到該第一中 繼段節點的通道。於區塊106，該來源節點s可藉由計算 每個所找到路由到該目的地節點D的衡量來優先化該已找 出路由。例如，該衡量可根據可取得的頻寬、錯誤率、端 對端的延遲、端對端延遲的變異、中繼段數、期望的路徑 耐久性及優先權等其中至少一項。到該目的地節點的所選 擇路由可包括超過複數個通道之一個以上的通道。換言 所選擇的路由可為全面或部分地不同於該來源節點所 在的通道上。 還有’於區塊l〇g， 選擇到該目的地節點 該來源節點S接著根據該路由衡量 D之一路由’且最好傳輸路由確認 87017.doc -13 - 1242955 C〇NFQf於所選擇路由上的中間節點。這是確認於該選擇 路由上資源的使用係被暫時保留。其他在已找出但未被選 擇路由上之暫時被保留的資源藉由不在這些那些節點上 傳輸CONFQ而被允許為逾時。c〇nfq的使用與確認需要

QoS而非只是最佳努力的流量之資源使用相關聯。最佳努 力的路由探索不需要牽涉在每個中間節點上保留資源。於 區塊11G’ -但選擇該路由’訊息/封包資料可經由所選擇 路由並在合適的通道上從該來源節點s傳輸至該目的地節 點D因此結束该方法（區塊i〗2卜如此處所用，，，訊息資 料”意®來包括任何可在該行動特用網路中的I點間傳 送的資料，包括（但非限制為）額外的路由請求/回覆、視訊 貝料、聲音資料、文數字資料等’如熟悉本技藝人士所將 認知的。 所述方法可應用到任何型態的應需式或反應式選路由 協足，如動怨來源選路（DSR)、特用應需距離向量（A〇DV) 選路、或任何混合前瞻式/反應式協定，像是區域選路協定 (ZRP)，如熟悉本技藝人士所將認知的。一類似方式也能 與岫瞻式選路協定一起使用來探索該最佳路由，其跨越可 在不同頻道上的節點。 所述的程序能夠容易地應用到DSR協定。該傳統DSR 訊息型態RREQ、RREP、RRER被定義成選擇性封包型態， 且可被用為定義成該協定的傳統運作以支援在向後相容 性（backwards compatibility)模式中的”最佳努力”流量。 修改的可選擇封包型態可被定義來支援多通道選路。這些 87017.doc 14 1242955 型態所需表頭（header)欄位的定義根據先前所定義功能為 直接的。用於任務資料（missi〇n data)之一種特殊型態的來 源選路封包還可被包括。 現在另外參考圖6與圖7，本發明之一系統層面將被描 述。如先前所討論，行動特用網路2〇包括複數個行動節 點3〇，及複數個無線通訊鏈路32已將該複數個行動節點 連接在一起。每個行動節點3〇包括一路由器4〇(圖6),其 具有一通訊裝置42以無線地及單向或雙向透過多重通道 並經由該無線通訊鏈路32與其他節點通訊，及—控制器 44以經由該通訊裝置42來轉送通訊。還有，記憶體μ可 被包括為孩控制器44的一部份或與該控制器連接。 如圖7所示，該控制器44包括一路由探索單元（r〇ute discovery unit)5〇以透過該複數個通道的每一通道來傳輸 路由請求RREQ以探索到該目的地節點D的路由，及一路 由選擇單元52來於該複數個通道的至少一通道上選擇— 路由到該目的地節點。該路由探索單元5〇可在該複數個 通道的每一通道上依序傳送該路由請求，且該路由請求可 包括一通道識別碼。到該目的地節點之所選擇路由可包括 複數個通道超過一個以上的通道。 該控制器44可進一步包括一路由請求處理單元（r〇ute request pr〇cessing unh)54以決定該節點3〇是否可支援所 Μ求的路由，且如果為是，將該路由請求轉送給— 個其他中間節點與該目的地節點D。還有，該控制器44 可包括一回覆產生器（reply generator)50對每個所找到路 870l7.doc -15 - 1242955 由來產生該路由回覆RREP給該來源節點S。再次，對每 個所找到路由來產生回覆RREP給該來源節點S包括將回 覆沿著該所找到路由反向傳回給該來源節點。 該控制器44還可包括一資料傳輸單元58沿著該所找到 路由傳送一訊息/傳輸給該目的地節點D，且一路由優先化 單元（route prioritizing unit)60以優先化所找到路由。再 次’優先化可包括對到該目的地節點之每個所找到路由計 算一衡量。該衡量可根據可取得的頻寬、錯誤率、端對端 的延遲、端對端延遲的變異、中繼段數、期望的路徑耐久 性及優先權等其中至少一項。 本發明可在一行動特用網路中使用動態通道分配 (dynamic channel allocation)以有效率地使用該複數個頻 道，如於2002年4月29日同時申請之相同受讓人記錄的 第10/134,862號專利申請案所述且因以完整性而納入此處 以供參考。電機電子工程師學會（ΙΕΕε)802·11的分立協 足’如802.1 la將使用於5GHz頻帶的ISM頻譜。於此頻 f中’有更多可獲得的頻寬來支援許多通道。結果是，用 於自動指定一通道給一 802· 11節點的程序為很重要的。該 一通道決策將根據現有通道使用狀況及其他通道的取 樣。使用動悲選擇將提供更佳的效能，因為該頻譜可平均 地使用。此外，通道使用可被調節，因此服務品質（q〇s) 可對使用該通道現有的站來維持。 【圖式簡單說明】 圖1 -5為根據本發明之一多沅洁p^ 夕通道仃動特用網路的示意 87017.doc -16 - 1242955 圖。 節點路由器（router)的 一圖6為根據本發明的網路例示一 示意圖。 為例示圖6中該路 圖8 Λ耜摅*议 、，，田即的示意圖。 4根據本發明例示於一行動特圖 步驟之方法的流程圖^ 中多通道選與 【圖式代表符號說明】 20 行動特用網路 30 行動節點 S 來源節點 D 目的地節點 A_C 、 Ε-Ν 中間節點 32 兴線通訊鍵路 40 路由器 42 通訊裝置 44 控制器 46 記憶體 50 路由探索單元 52 路由選擇單元 54 請求處理單元 56 回覆產生器 58 資料傳輸單元 60 路由優先化單元 «70l7.doc

Claims (1)

1^121378號專利申請案 文申請齊利範圍替換本(94年1月） 拾、申請專利範固： •—種用於運作—行動特賴路的方法，該行動特用網路 包括複數個無線行動節點及複數個無線通訊鏈路以在複 數個不同的無線通道上將該複數個節點連接在一起，該 方法包含以下步驟·· 於一來源節點，在該複數個通道的每一通道上傳送一 路由請求以探索至一目的地節點的路由； 於每個中間節點，決定該中間節點是否可支援該請求 路由，且％果為是，在該複數個通道的每-通道上將該 路由請求轉送給其他中間節點與該目的地節點； 於該目的地節點，當接收到該路由請求時，對每個所 找到的路由產生一回覆給該來源節點； 於來源節點，在該複數個通道之至少一通道上選擇到 該目的地節點之一路由；及 於來源節點，沿著該所選擇路由傳送一傳輸至該目的 地節點。 2. 如申請專利第1項之方法，其中該來源節點循序地 於該複數個通道的每個通道上傳送該路由請求。 3. 如申請專利範圍第^之方法，進一步包含在該來源節 點優先化所找到路由的步驟。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中優先化包含對每個 87017-940107.doc 1242955 所找到路由計算一衡量，該衡量為 扭却、古 ^件的頻f、 "I率、端對端的延遲、端對端延遲 、 Λ ^ y 又异、中繼段數 5. 王的路從耐久性及優先權等其中至少一 月。 —種行動特用網路，其包含： 複數個無線行動節點，·及 複數個無線通訊鏈路，以在複數個不同的無 將該複數個節點連接在一起； k 每個行動節點包含：

他節點 —通訊裝置’以與該複數個無線行動節點之其 經由該無線通訊鏈路無線地通訊； /、 一控制器，以經由該通訊裝置來轉送通訊，且包含· 路由彳木索單元，以透過該複數個通道的每一通遒來 傳輸路由請求以探索到-目的地節點的路由；及^ ^ • 一路由選擇單元，以在該複數個通道的至少一通道 選擇到該目的地節點之一路由。

6·如申叫專利範圍第5項之行動特用網路，其中該控制哭 進步匕έ 一路由請求處理單元以決定該節點是否可支 爰斤Θ求的路由，且如果為是，將該路由請求轉送^ 其他一個中間節點與該目的地節點 7·如申請專利範圍第5項之行動特用網路，其中該控制器 進一步包含一路由優先化單元以優先化所找到路由。 87017-940107.doc -2- -V.T^w . .-..j ....- , ^ ,〇_ , , _ H242955： 丨二月日 “ “d-二 υ—^Ι^.Α-τ·>lvirwerewJ 8.如申請專利範園第7,頁之行動特用網路，其中該路由優 先化單7C對每個到該目的地節點之 量，該衡量為根據可取得的頻寬彳路由計算—衡 错誤率、端對端的延 遲、端對端延遲的變異、中繼段數、 、期望的路徑耐久性 及優先權等其中至少一項。 87017-940107.doc 3-