TWI285037B - Mobile ad HOC network (MANET) with quality-of-service (QoS) protocol hierarchy and related methods - Google Patents

Description

!285〇37 新組態。所有節點大體上相同，且在網路令無自然階層或 中央控制器。所有功能必須分佈於節點中。節點通常由電 池供，且具有有限通信及計算能力。系統之頻寬通常亦有 限。節點之間的距離通常超出無線電傳輸範圍，且在其到 達目的地前必須藉由其它節點來中繼傳輸。因此，manet 網路通常具有多躍點拓撲，且此拓撲隨節點移動而改變。 網際網路工程工作小組（IETF)之MANET工作組一直在積 極評估並標準化包括多點廣播協定之路徑選擇協定。因為 網路拓撲隨節點移動而任意改變，所以資訊變得陳舊，且 不同節點通常在時間上（資訊可在某些節點為過時的但在 其它節點為當前的）及在空間上（節點僅可知曉其鄰近及自 其不遠處之網路拓撲）均對網路具有不同視角。 路徑述擇協定需要適應頻繁的拓撲改變，而資訊可能不 很精確。因為此等獨特需求’所以在此等網路中之路^選 擇與在其它網路中之路徑選擇極其不同。收集關於整體網 路之新鮮資訊通常昂貴且不切實際。某些路徑選擇協定為 被動式（reactive)(即按需求（〇ndemand))協定。即，其僅在需 要時且僅對其需要路徑到達之目的地收集路徑選擇資訊= 且不維護未使用之路徑。與始終保持到達所有目的地之最 優路徑的主動式（pro_active)協定相比，以此方式可減少路 徑選擇耗用。特用按需求導向距離向量法（A〇DC)、動態來 源路徑選擇法（DSR)及臨時要求路徑選擇演算法（t〇ra^為 MANET工作組中所遞呈之被動式路徑選擇協定中的典型 代表。 95936.doc 1285037 在 Clausen等人所著之名為 „〇ptimized Link state Routing

Protocol，’’（網際網路工程工作小組（IETF)MANET工作組， 網際網路草案’ 2001年1 〇月3丨日）中找到了主動式路徑選擇 協定之一實例。其它各種路徑選擇協定之實例包括在頒予 Perkins之美國專利案第5,412,654號中所揭示之目的地循序 距離向量路由法（DSDV)路徑選擇法，及在頒予Haas之美國 專利案第6,304,556號中所揭示之區域路徑選擇協定 (ZRP)。ZRP為一種同時使用主動式及被動式方法之混合式 協定。 在選擇自源節點至目的地節點之路徑中，此等習知路徑 選擇協定使用最佳之工作方法。通常，使躍點之數目最小 化為該等方法中之主要準則。 在MANET中之服務品質（Q〇S)路徑選擇曰益引起關注。 為提供服務品質，協定不僅需要找到路徑，亦需要識別及/ 或確保沿該路徑之資源。因為網路潛在的有限並共享之頻 寬且不存在可說明並控制此等有限資源之中央控制器，所 以節點必須彼此協商以管理QoS路徑所需之資源。由於頻繁 改變拓撲，此進一步複雜化。由於此等約束，QoS路徑選擇 比最佳工作或最小躍點路徑選擇要求更高。 在由Chenxi Zhu在2001年申請之名為’’Medium Access Control and Quality-of-Service Routing for Mobile Ad Hoc Networks，·，之公開案及由MITRE公司Mirhakkak等人在2000 年申請之名為’’Dynamic Quality-of-Service for Mobile Ad Hoc Networks，’’之公開案中陳述了 Q〇S路徑選擇方法之某些 95936.doc 1285037 實例。zhu討論了在拓撲以低速率至中速率改變之小型網路 中建立保證頻寬之QoS路徑。Mirhakkak等人涉及了指定 Q〇s值之耗圍的貢源保留請求’同時網路承諾在此範圍内提 供服務。 由於MANET仍處於發展之初始階段’因此在财贈中實 施Q〇S功能性之大多數嘗試如以上所述使用先前技術方法 之狀況主要集中在使用Q0S參數來建立路徑。然而，隨著 MANET規模及複雜度不斷增加，可能需要進—步的⑽功 能性以及在不同網路協定階層架構層中有效分佈⑽操作 之方式。 【發明内容】 根據上述背景，因此本發明之—目的為提供—種實施階 層式Q〇s協定及相關方法之manet。 藉由可包括各個包括一無線通信裝置及一與其連接之控 制器的複數個行動節點之财聰來提供根據本發明之此 及其它㈣、特性及優點。控制器可根據多層式協定階層 架構來操作。更具體言之，控制器可在應用層建立服務品 質（Q〇s)臨限值，且在應用層下方之⑽支援層基於㈣臨 限值來判定是否需要資料接收確認。在Q〇s支援層下方之

QoS編碼層，控制器可對來自應用層之資料編碼以向至少一 目的地行動節點傳輸。 此外，在QoS編碼層下方之Q〇s路徑選擇層，控制器可基 於QoS臨限值選擇到達至少一目的地行動節點之至少一路 徑。在QoS路徑選擇層下方之Q〇s流量層，控制器可基於q〇s 95936.doc 1285037 l限值來控制資料通訊流量。此外，在q〇s通信層下方之至 ^ 丁部協定層’控制器可與無線通信裝置協作以經由至 少一所選擇之路徑傳輸資料至至少一目的地行動節點。因 此本發明之協定階層架構提供一種用於有效且便利地組織 協同QoS操作的Qos架構以提供經改良之Q〇s。 除上述層外，控制器可在QoS路徑選擇層與QoS流量層之 間的QoS前向層基於Q〇s臨限值在單點廣播通信模式與多 點廣播通#模式之間選擇。照此，控制器可在該至少一下 部協定層有利地與無線通信裝置協作以基於所選擇之通信 模式傳輸資料。 舉例而言’至少一下部協定層可包括一提供用於Q〇S流量 層之界面的無線電調適層。此外，該至少一下部協定層亦 可包括一媒體存取層及一實體層。 相應地’控制器可在實體層與無線通信裝置協作以判定 用於至少一所選擇路徑之Q〇s尺度。此外，控制器可在qos 路徑選擇層判定QoS尺度是否低於Q〇S臨限值。照此，控制 益可在實體層與無線通信裝置協作以基於Q〇S尺度已低於 Q〇s臨限值之判定來調節至少一訊號特性。舉例而言，至少 一訊號特性可包括功率、增益及/或訊號模式。因此可有利 地調節訊號特性以增大訊號連接性或減少干擾。實際上， 可調節此等特性以不僅減少在接收節點處之干擾且亦可減 少在鄰近節點處之無意的干擾。 此外，控制器可在q〇s支援層基於自其所接收之個別q〇s 路徑請求及一内部QoS尺度來判定是否允許來自其它行動 95936.doc -10· 1285037 節點之流量。此外，Q0S路徑請求可具有個別通訊流量識別 付及與其相關之第二Q〇S臨限值。照此，控制器可在流 量層基於個別通訊流量識別符來有利地修正經允許之通訊 以確保經允許之通訊未超出個別第二QqS臨限值。舉例而 言’内部QoS尺度可包括可用功率、可用頻寬、最近錯誤率 及最近延遲中的至少一個。 在Q〇S封包編碼層，控制器亦可使用前向誤差校正（feq 演算法來對資料編碼以基於Q〇s臨限值產生用於資料之誤 差校正資料。此外，該至少一所選擇之路徑可包括複數個、 所選擇之路徑，且控制器可交錯誤差校正資料及資料且將 交錯之資料分佈於複數個所選擇之路徑上。相應地，藉由 執行咖並將交錯之資料分佈於複數個路徑中，因曰此 MANET允許即使在其中—路徑不可操作時校正被破壞之 貧料封包，其允許在建立新賴_㈣輸（以幻。此外 與FEC編碼相關之額外量的資料可分佈於複數個路徑中， 因此緩和了增大之頻寬需求。 此外，在QoS路徑選擇層，控制器可基於⑽臨限值及傳 輸輸出資料所需之能量使用量對輸出資料執行負載均衡。 ==於給定情況來適當平衡功率消耗、可用⑽ 及、、，口疋應用所需之Q〇S臨限值。 此外無線通信裝置可在複數個通道上操作， 路徑可與該等複數個通道中的一個相關。相應地，= 下。P協定層，控制器可有利地與無線通訊裝置協作以在 所k擇之路徑的Q〇s等級低於Q〇s臨限值時偵查至少一其 95936.doc 1285037 它可用通道。 -種本發明之方法態樣係用於在ΜΑΝΕτ中掸作如上文 簡述之節點的行動節點。該方法可包括在應用層建立Qos 臨限值及在應用層下方之QgS支援層基於_臨限值來判 定是否需要資料接收確認之步驟。此外，在⑽支援層下方 之Qos編碼層’可對來自應用層之資料編碼以向至少一目的 地行動節點傳輸。在⑽編碼層下方之⑽路徑選擇層，可 基於Q〇S臨限值來選擇到達至少一目的地行動節點之至少 一路徑。在⑽路徑選擇層下方之⑽流量層，可基於⑽ 臨限值來控制資料通訊流量。此外，該方法亦可包括在QoS 流量層下之至少-下部協定層使無線通信裝置經由至少一 所選擇之路徑傳輸資料至至少—目的地行動節點。 【實施方式】 下文將參看其中展示了本發明之較佳實施例的隨附圖式 來更充力地說明本發明。然而本發明可體現為諸多不同形 f且不應解釋為限於本文所述之實施例。相反，提供此等 貫施例使得此揭示更徹底完整，且將向熟習此項技術者充 /刀傳達本發明之範•。全文中類似數字指類似元件，且使 :主符號及多重主符號來在替代性實施例中表示類似元 件。 百先茶看圖1 ’根據本發明之黯順Μ說明性地包括複 =行動節點21-28。在所說明之實例中，行動節點η充當 :即點二而行動節點25充當源節點尋求與其通信之目的地 即點。節點21·28可為諸如電腦、個人資料助理（pDA)等之 95936.doc 1285037 可在MANET内通信的任何合適類型之行動裝置，其包括例 如無線通信裝置30及熟習此項技術者所瞭解之其它裝置。 當然亦應瞭解，若需要，在某些應用中節點21以中的某些 可視需要連接至固定通信基礎架構。 源行動節點21進一步說明性地包括—控制器3ι，下文將 說明其操作。舉例而言’如熟習此項技術者所瞭解的，可 使用微處理器、記憶體、軟體等來實施控制㈣。此外， 如說明性地展示的’無線通信裝置3〇可包括無線數據機、 無線區域網路（LAN)裝置、蜂巢式電話裝置等，及相關天 線。舉例而言，如熟習此項技術者所瞭解的，可使用一或 多個相控陣列天線（以及其它適當天線）。應進一步瞭解，行 動節點23-28亦較佳地包括適當的無線通信裝置/控制器，其 為說明簡潔之目的而未在圖1中展示。 控制器31所執行之功能為在源行動節點21與目的地行動 節點25之間建立一或多個路徑以在其間傳送資料。在例示 性實施例中說明性地展示了穿過行動節點2 2 _ 2 4且包括盔 線通信鏈路29a-29d之單—路徑。應注意，儘管為說明簡潔 之目的僅展示了單—路徑’但根據本發明可使用任何數目 之路徑。 如热白此項技術者所瞭解的，例如視網路規模及節點之 間的接近m MA贿路徑内可包括任何數目之中間節 點。沿一路徑之各個中間節點通常稱作”躍點"，因此穿過 多個中間節點之路徑有日夺稱作，，多躍點"路徑。應、注意，儘 管為說明簡潔之目的在本實例中展示了相對少數目之中間 95936.doc -13 - 1285037 節點22-24，但MANET 2〇中可包括任何數目之節點。此外 應瞭解’到達目的地行動節點25之路徑的部分亦可包括有 線基礎架構。 亦應瞭解控制器31建立路徑之方式取決於在MANET 2〇 中實施之特定MANET路徑選擇協定。如上所述，此可使用 保持路徑選擇資訊連續最新之主動式協定、當需要向目的 地節點22傳送資料時探索適合f要之路徑的被動式協定或 使用其兩者之組合來實施。根據本發明可使用諸如上述所 討論之任何適當的MANET協定來建立路徑。 儘管MANET仍處於其相對初期，且仍未採用統一標準， 仁疋如其匕無線網路（例如無線LAN)，MANET内之資料通 #將可能遵循開放式系統互連（〇SI)架構（或其若干變化）。 根據月景，OSI為包括七種不同控制層之階層式網路協定， 即（自最同至最低）：應用層、表示層、會期層、傳送層、網 路層、資料鏈路層及實體層。 般而5，在OSI模型中，在源節點或終端機處，會從應 用層上開始且持續至實體層，來將控制從某層傳遞至下一 層。接著將資料傳送過網路，且t其到達目的地終端機/節 點打，其以沿階層式之逆序（即自實體層至應用層）來處理。 此外，通常會在在網路層級，以稱為封包的協定資料單元 (PDU)來組織對應於各個特定層之資料。 根據本發明，控制器3丨類似地根據多層式協定階層架構 32來操作，以提供用於Q〇s操作之整合架構。通常而言，多 層式協疋h層架構包括上部協定層3 3、一或多個中間協定 95936.doc -14- 1285037 層34及一在其上執行互補qos操作以提供經改良之卩吣功 能性的下部協定層35。 更具體言之，在圖2中說明性展示了多層式協定階層架構 32’之一例示性實施例，且在圖8及9中說明了使用相同協定 階層架構之相關方法。應注意為說明及理解之簡潔，在其 上執行圖8及9中所說明之方法步驟的各種協定層以虛線說 明性展示及標記。根據多層式協定階層架構321，在方塊 處開始，控制器31可在應用層36,建立用於穿過manet 2〇 傳送資料的服務品質（Qos)之臨限值（方塊81)。更具體言 之應用層36較佳地為其上製作或處理待傳輸之資料的層。

QoS臨限值（或服務類型，T〇s)將視在此上部層上執行之 特定應用而變化。舉例而言，諸如視訊或音訊資料之時間 敏感資料可能需要比本文資料檔案更大之Q〇s臨限值以维 持其完整性。資料傳送可容許之端對端延遲為一界定特定 應用所需QoS臨限值之一般方法。然而根 多其它Q〇S參數來界定Q〇s臨卩m J使用為 限值。如熟習此項技術者所瞭 解的’例如參數可包括可用頻寬、錯誤率、端對端延遲變 化、躍點計數、預期路徑持久性、優先順序等等中的一或 多個。 在方塊82處，於應用層36，下方之⑽支援層π，控制哭 31基於QoS臨限值及模式 θ 口口 ,飞來判疋疋否需要資料接收確認。 Ρ，如元、習此項技術者戶斤瞭 叮緊解的，在某些環境中需要 所傳輸之資料的接收行動士 兄T而罟八有 可* #次如 仃動即點確認（” Ack，丨）接收，及/或當不 了確^負料之正確接收车 守（Nack，’）通知源行動節點21。如在 95936.doc 1285037 圖2中成明性展示的，可將QgS支援層37，概念地認為係關於 OSI模型之會期層及/或傳送層。 T例而S ,當源行動節點21需要對鄰近節點執行，，可靠，, 之土點廣播操作時，資料封包接收確認可尤其有用。舉例 ^ 若將行動節點組織為叢集或組，且源行動節點21充 :叢集前導節‘點，則可能需要向在其叢集中之其它節點發 :經更新之網路拓撲資訊或其它控制資料。因&，源行動 即點21可請求此等節點確認接收此重要資料。當然，可基 方、貝料之重要性及額外Ack/Nack傳輸所需之耗用在諸多其 它裱境中按需要使用資料確認。 ^外，在QoS支援層37,上可執行之另一尤其有利之功能 ^南層級允許控制。更具體言之，在方塊89(圖9)處開始， 才工制裔3 1可基於自其所接收到之個別Q〇s路徑請求及用於 '、卞•、沾21之内Q〇g尺度來判定是否允許來自其它行動節 =之流量。即控制器31可基於其自身的Q〇s需求/資源及其 它行動節點對源節點2丨之資源的存取之請求來大體上判定 其^如可支援何種類型通訊。 舉例而s，内部Q〇S尺度可包括可用功率、可用頻寬、最 近錯為率及最近延遲中的一或多個。為使說明簡潔，圖2中 將允許控制操作展示為在與QoS支援層3 7,獨立之方塊47，内 執行。然而，可藉由在Q〇S支援層37，上之相同控制器或處 理器來執行某些或所有此等操作（儘管其可藉由獨立處理 器及在其它層上執行）。在2002年4月29日申請且讓渡於本 受讓人之同在申請中的美國專利申請案第1〇/134，173號中 95936.doc -16- 1285037 提供了關於該允許控制操作之進一步的詳情，該案之全文 以引用的方式併入本文中。 在方塊83處，於Q〇s支援層37,下方之Q〇s封包編碼層 38’，控制器31對來自應用層36，之資料編碼以傳輸至目的地 行動節點（或節點群）25。當然，熟習此項技術者應瞭解，自 待應用層36,之控制器31使用的其它行動節點所接收之資料 封匕亦了在QoS封包編碼層38’及使用對由傳送行動節點所 使用之編碼演算法的互補解碼演算法來解碼。 種對^工制杰3 1尤其有利之編碼方法為使用前向誤差校 (EC)肩开法來對資料編碼以基於臨限值產生用於資 料之决差权正資料。此外，控制器3丨亦可選擇用於向目的 地打動節點25傳輸資料之複數個路徑。在方塊91處，在該 狀況下，控制器3丨可有利地交錯待傳輸之誤差校正資料及 貝料封包，且將交錯之資料分佈於複數個所選擇之路徑中。 藉由執行FEC且將交錯之資料分佈於複數個路徑中，因 此即使§ 一路徑丟失時MANET亦允許校正被破壞之資料 封包，且在建立新的路徑時允許繼續傳輸（若需要）。此外， 與FEC編碼相關之額外量的資料可分佈於複數個路徑中， 因此緩和了增大之頻寬需求。在2003年2月19日申請且讓渡 =本又讓人之同在申請中的美國申請案第i〇/369,3U號中 提七、了關於可在Q〇S封包編碼層38,執行之FEC/交錯操作的 、乂羊凊，该案之全文以引用的方式併入本文中。 在方塊84處，可在Q〇S編碼層38,下方之Q〇S路徑選擇層 39執仃路杈選擇。通常而言，控制器31導致向鄰近行動節 95936.doc 1285037 點發送QoS路徑請求以探索到達所要的目的地行動節點（或 節點群）之潛在路徑。接著向源行動節點21返回包括路徑可 支援或提供何種QoS等級之指示或尺度的路徑確認。接著可 在路徑選擇表45’中儲存一列可用路徑，控制器31基於路徑 選擇演算法來自其選擇所要的路徑。在下列申請案中說明 了用於經MANET内之一或多個路徑建立及發送資料之若 干尤其有利的方法：2002年8月8曰申請之同在申請中的美 國申請案第10/214,997號、2002年6月19日申請之同在申請 中的美國申請案第10/174,721號及名為’’ROUTE SELECTION IN MOBILE AD-HOC NETWORKS BASED ON TRAFFIC STATE INFORMATION”之同在申請中的申請案（律師檔案號碼 GCSD-1468(5 1334))，所有該等申請案讓渡於本受讓人且其 全文以引用的方式併入本文中。 此外，在方塊92處，控制器31可視需要基於QoS臨限值及 傳輸輸出資料所需之能量使用量（即功率）在QoS路徑選擇 層39’對輸出資料執行負載均衡。此舉有利地允許功率消 耗、可用QoS及給定應用所需之QoS對於給定情況適當平 衡。在名為，，LOAD LEVELING IN MOBILE AD-HOC NETWORKS TO SUPPORT END-TO-END DELAY REDUCTION, QoS AND ENERGY LEVELING”之同在申請中的申請案（律師 檔案號碼為GCSD-1470(5 1336))中提供了關於負載均衡操 作之進一步詳情，該案之全文以引用的方式併入本文中。 此外，在方塊93處，於QoS路徑選擇層39’下方之QoS前向 層40’，控制器31較佳地在單點廣播通信模式與多點廣播通 95936.doc -18- 1285037 信模式之間選擇。更具體言之，在應用層3 6,，控制器3 i可 指定對於給定應用在qos前向層40,待選擇之具體類型的通 信模式（例如，對於叢集前導節點廣播之可靠的多點廣播通 信）。 對於其它應用而言，在應用層36,可能無需指定具體通信 模式。照此，控制器31可基於q〇s臨限值來判定何種通信模 式為適當的。當然，此判定亦可考慮其它因素，諸如具體 無線通信裝置30之資源的可用性、具體類型之傳輸是否可 能對其它行動節點引起無意的干擾等。具體言之，即使在 應用層36’指定了具體通信模式，控制器亦可在Q〇s前向層 40基於一或多個上述因素來判定應使用不同通信模式。 此外’在方塊85處，於Q〇S前向層40,下方之Q〇S流量層 41’，控制器31較佳地控制資料通訊流量且亦可管理其資料 佇列以維持QoS臨限值。詳言之，在一有利實施例中，上述 QoS路徑請求可具有個別通訊流量識別符及與其相關之第 二QoS臨限值或上限值。照此，在方塊料處，控制器31可基 於個別通訊流量識別符來修正所允許之通訊以確保所允許 之通訊不會超過個別第二Q〇s臨限值。在2002年4月29日申 。月且4渡於本文讓人之同在申請中的美國申請案第 10/1 34’714號中提供了關於該通訊修正之進—步的詳情，該 案之全文以引用的方式併入本文中。 此外，如熟習此項技術者所瞭解的，在Q〇s流量層Μ，下 方之至少一下部協定層，控制器31與無線通信裝置30協作 以基於由更高層提供之指令/f料經由所選擇之路徑向目 95936.doc -19- 1285037 的地行動節點25傳輸資料，因此結束圖8中說明之方法（方 塊 87)。 此外，當由控制器31實施單點廣播與多點廣播模式時， 控制器可有利地與無線通信裝置30協作以基於所選擇之具 體通信模式來傳輸資料。即，在方塊95-98處，可視所使用 之通信模式的具體類型以及所選擇路徑之QoS尺度而定來 調節或加工各種訊號傳輸特性，因此結束圖9說明之方法 (方塊99)。下文將討論訊號傳輸及接收特性之調節。 更具體吕之’階層32,之下部協定層較佳地包括一在q〇s 流量層41f下方之無線電調適層42’、一在無線電調適層下方 之媒體存取（MAC)層43,及一在MAC層下方之實體（ρΗγ)層 44。無線電调適層42f提供了在上部協定層與mac及phy層 之間的界面，其後者為控制器31實體上與無線通信裝置3〇 建立界面之處。當然，熟習此項技術者應瞭解，例如在階 層32’内亦可包括諸如鏈路層之其它層，且可在某些實施例 中於不同層實施本文所述之某些功能。 相應地，在方塊95處，在實體層44,，控制器31較佳地與 無線通信裝置30協作以判定用於所選擇之路徑的Q〇s尺 度，其可用於判定是否需要執行任何Qos調節或在路徑上不 再可能簡單地執行通信。亦應瞭解QoS尺度不僅用於維持已 建立路徑之QoS，且其亦可通常用於路徑探索及選擇，其在 圖2中由插作方塊46’說明性地展示。亦應注意，儘管為使說 明簡潔，方塊46’展示為與無線電調適層42,獨立，但本文所 述之操作實際上可在無線電調適層（或其它層）上執行。 95936.doc 1285037 在方塊96處，藉由監視用於所選擇路徑之Q〇S尺度，控制 w 31可在q〇s路徑選擇層39，判定Q〇s尺度是否低於Q〇s臨 限值。在方塊97處，若QoS尺度低於Q〇s臨限值，則在實體 層4上桎制淼3 1可與無線通信裝置3 〇協作以調節一或多個 訊號特性以改良Q〇g尺度。 現另外筝看圖3 -7及1 〇-11，現將說明如何調節訊號特性以 改良QoS之具體實例。第一實例為當Q〇s尺度表示對諸如沿 所選擇之路徑的下—行動節點所要的行動節點之訊號連接 性已減少至不良等級（例如低於QoS臨限值）。 關於圖3中說明之包括一源行動節點取與其鄰近之行 動節點52-58的MANET 5〇,源行動節點在由半徑η界定之區 域59’内傳輸。因此，如在圖4中說明性展示的，在上述建立 QoS臨限值、判定qos尺度及選擇所要的路徑之步驟(方塊 100-103)後，當判定Qos尺度低於Qos臨限值時（方塊1〇句， 控制器31在PHY層44,與無線通信裝置3〇協作以增大訊號傳 輸功率。如熟習在匕項技術者瞭解的，τ基於諸如錯料、 所接收之訊號強度等的-或多個QqS因素來做出減少訊號 連接性之判定。 因此，現藉由具有大於半徑Γι之半徑~的圓來界定 MANET 50,之傳輸區域59，。因此’例如若源行動節點η最 初-直與行動節點54通信且其移出範圍（如圖3所示），則增 大訊號傳輸功率將使此節點處於傳輸區域59，内。 當然，可採取相反方法來避免引起對鄰近相鄰行動節點 之無意干擾。考慮圖5中展示之财耐⑼，其說明性地包 95936.doc -21 · 1285037 括彼此干擾之-源行動節點61及一相鄰行動節點^。尤 其，自源行動節點61至行動節點63_67之傳輪在行動節點^ 引起無意之干擾。因此，例如若Q〇s尺度表示來自行動節點 62之干擾導致了 qgS臨限值未滿則控制㈣可判定行動 節點61及62此等兩個節點彼此干擾，且相應地減少其訊號 傳輸功率。照此，其訊號傳輸區域68自由半沿"界 (圖5)減少為由半徑Γ21界定之較小的圓（圖6)，其不再對行動 節點62’引起干擾。 除訊號功率外，亦可調節其它訊號特性以達成類似結果 (即增大節點之間的連接性或減少干擾）。舉例而言，在圖7 所不之狀況下，如說明性地展示的，已改變訊號傳輸天線 模式（或波束形狀）以將行動節點62，，自傳輸區域68,，排除。如 熟習此項技術者所瞭解的，另一類似技術為在所要的方向 調節訊號傳輸增益，其亦影響傳輸區域。 此外，藉由基於QoS尺度已低於QoS臨限值之判定調節訊 號傳輸功率、訊號傳輸增益及/或訊號傳輸模式，控制器31 亦可有利地調節訊號傳輸範圍以併入更多行動節點。舉例 而言，當需要額外路徑或當新節點加入叢集或節點組時， 此舉可尤其有利。 在方塊106處，亦可視需要調節其它訊號特性來提供經改 良之QoS。舉例而言，如熟習此項技術者瞭解的，可改變正 在執行之誤差編碼。類似地，若qos尺度大於或等於Q〇s臨 限值，則控制器31可與無線通信裝置3〇協作以使用第一調 受技術且另外使用弟二調變技術來調變資料。舉例而言， 95936.doc -22- 1285037 適當調變技術可包括TDMA、CDMA、FDMA及SDMA，以 及其它技術。接著在方塊1〇7處根據經調節之訊號特性來執 行傳輸’因此結束所說明之方法（方塊1〇8)。 此外’控制器3 1與無線通信裝置30協作來以所要的資料 傳輸率傳輸資料。照此，如熟習此項技術者瞭解的，控制 為31亦可與無線通信裝置30協作以基於可用Q〇S按需要調 節資料傳輸率。 亦應瞭解亦可使用類似技術來減少一具體節點自相鄰干 k節點接收到之干擾。即，目的地行動節點可判定用於經 鲁 其接收貧料之路徑的q〇s尺度已低於在應用層36，設定之 QoS 限值（其可由源行動節點提供、自兩節點協議或獨立 建立）。在方塊110,及U1，（圖u)處，在該狀況下，例如與以 上所述類似，控制器3丨可調節整體訊號接收增益及/或訊號 接收模式以減少在接收資料時由干擾行動節點引起之干 擾0 此外，無線通信裝置3〇亦可在圖2中MAc/pHY攔47^_4化， 所況月代表之複數個通道上操作。因此，若給^路徑與 邊寺稷數個通道中的一個相關，則當所選擇之路徑的⑽ 等級低於QoS臨限料，控㈣31可與無線通信裝置娜 乍以债查或監視一或多個其它可用實體通道。在細時* 申月且毒渡於本叉讓人之美國申請案第ι〇/ΐ34,862 號:提供了關於該通道監視及選擇之進—步的詳情，該案 、引用的方式併入本文中。當然，應注意，棚 亦可對應於諸如調變類型、通信模式類型等之其它實體層 95936.doc -23- 1285037 設定或”調整鈕”。 因此，熟習此項技術者將瞭解，本發明之協定階層架構 提供一種用於有效且便利地組織協同Q〇s操作的q沾架構 以提供經改良之QoS。此外，本發明提供—種允許用於具體 應用及使用情況之基於組件的發展之整體及整合架構。此 外，其亦提供用於使用通訊狀態（例如利用率、剩餘容量、 躍點之數目、傳送延遲等）以協助產生多條替代性源對目的 地之封包路徑。 此外，根據本發明無線電調適層42,可有利地允許使用多 個無線電界面（例如不同無線電類型、界面、實體通道等）。 此外’本發明亦提供QoS驅動之PHY層調適以改良覆蓋率、 減少干擾、增加所到達之鄰近節點的數目且改良可靠性。 此外，若需要，可在上部協定層對資料封包編碼以提供更 大之誤差校正率等，且亦可有利地使用多個路徑來提供更 咼之可靠性及輸出，並縮短端對端延遲。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明之MANET的示意性方塊圖。 圖2為在圖iiMANET中實施的多層式協定階層架構之 替代性實施例的示意性方塊圖。 圖3及4為分別說明在根據本發明調節訊號傳輸功率以增 大訊號連接性之前及之後的MANET之示意性方塊圖。 圖5及6為分別說明在根據本發明調節在源行動節點處之 訊號傳輸功率以減少鄰近行動節點之訊號干擾之前及之後 的MANET之示意性方塊圖。 95936.doc -24- 1285037 7為在根據本發明 . 月调即在源仃動節點處之訊 式以S自加、上.. m .4 - , V %何、订勖節點處之訊號傳輸天 線极式以類似地減少. ^ 仃動節點處之干擾後之圖5的 NET之不思性方塊圖。 圖8 11為況明用於根據本發明操作在“A顺τ中之行動節 點的方法之流程圖。 【主要元件符號說明】 20 行動無線隨意網路(MANET) 21-28 行動節點 29a-29d 無線通信鏈路 30 無線通信裝置 31 控制器 32，32’ 多層式協定階層架構 33 上部協定層 34 中間協定層 35 下部協定層 36' 應用層 37， QoS支援層 38， QoS封包編碼層 39丨 QoS路徑選擇層 40， QoS前向層 41， QoS流量層 42丨 無線電調適層 43， 媒體存取（MAC)層 44丨 實體（PHY)層 95936.doc •25- 1285037 45丨 路徑選擇表 47a,-47c, MAC/PHY 行 50，50' MANET 51，511 源行動節點 52-58, 52，-58， 行動節點 59, 59， 傳輸區域 60, 60，，60，’ MANET 61, 61，，61，f 源行動節點 62-67, 62’·67，，62，，-67M 行動節點 68, 68丨，68,丨 傳輸區域 95936.doc 26-

Claims (1)

128卻紛127315號專利申請案 η·： 中文申請專利範圍替換本(96 ^ U·? r0...

十、申請專利範圍： 1 一種行動無線隨意網路（MANET)，其包含： 複數個行動節點’其各個包含一無線通信裝置及一與 其連接之控制器； 該控制器根據多層式協定階層架構操作以， 在一應用層中自複數個不同的可能Q〇s臨限值建立 一服務品質（QoS)臨限值，該等複數個不同的可能Q〇s 臨限值係基於一將被傳送至至少一目的地節點之給定 資料型態； 在該應用層下方之一 QoS支援層，基於該q〇s臨限值 判定是否需要資料接收確認； 在該QoS支援層下方之一 Q0S編碼層，對來自該應用 層之資料編碼以向至少一目的地行動節點傳輸； 在該QoS編碼層下方之一 q〇s路徑選擇層，基於該 QoS臨限值來選擇到達該至少一目的地行動節點之至 少一路徑； 在該QoS路徑選擇層下方之一 q〇s流量層，基於該 QoS臨限值來控制資料通訊流量；及 在該QoS流量層下方之至少一下部協定層與該無線 通“裝置協作，以經由該至少一所選擇之路徑傳輸資 料至該至少一目的地行動節點。 2.如請求項1之行動無線隨意網路，其中在該Q〇s路徑選擇 層與該QoS流量層之間的一 q〇s前向層，基於該q〇s臨限 值以在單點廣播通信模式與多點廣播通信模式中選擇； O:\95\95936-960413.DOC 6 更)正替換頁I ........-•’ . , -----| 且其中在該至少一下部協定層，該控制器與該無線通信 裝置協作，以基於該所選擇之通信模式來傳輸該等資料。 3 ·如咕求項i之行動無線隨意網路，其中在該q〇s支援層， 该控制器基於自其所接收之個別Q〇S路徑請求及一内部 QoS尺度來判定是否允許來自其它行動節點之流量。 4·如請求項1之行動無線隨意網路，其中在該Q〇s封包編碼 層，該控制器： 使用一前向誤差校正（FEC)演算法來對資料編碼，以基 於該QoS臨限值來產生用於該等資料之誤差校正資料，及 先父錯處理該等誤差校正資料及該等資料，之後才予 以傳輸。 5·如請求項1之行動無線隨意網路，其中在該Q〇s路徑選擇 層，該控制器基於該QoS臨限值及一傳輸該等輸出資料所 需之能量使用量，來對輸出資料執行負載均衡。 6· —種用於根據多層式協定階層架構來操作一在一包含複 數個行動節點之行動無線隨意網路（MANET)中的行動節 點之方法，該行動節點包含一無線通信裝置，且該方法 包含以下步驟： 在一應用層中自複數個不同的可能Q〇S臨限值建立一 服務品質（QoS)臨限值，該等複數個不同的可能Q〇s臨限 值係基於一將被傳送至至少一目的地節點之給定資料型 態； 在該應用層下方之一 QoS支援層，基於該Q〇s臨限值判 定是否需要資料接收確認； O:\95\95936-960413.DOC 6 -2 - 便)正替換頁 ^該QoS支援層下方之_QgS編碼層，對來自該應用層 之資料、扁碼以向至少一目的地行動節點傳輸； 在該Q〇s編碼層下方之一 Q〇s路徑選擇層，基於該⑽ 限值來選擇料該至少—目的地行動節點之至少一路 徑； 在該QGS路徑選擇層下方之流量層，基於該Q0S 臨限值來控制資料通訊流量；及 在Q s /;,l里層下方之至少一下部協定層，使得該無線 通信裝置經由該至少一所選擇之路徑傳輸資料至該至少 一目的地行動節點。 如凊求項6之方法，其進一步包含在一在該Q〇s路徑選擇 層與QoS流量層之間的Q〇s前向層，基於該Q〇s臨限值以 在單點廣播通信模式與多點廣播通信模式之間選擇的步 驟，及其中協作步驟包含與該無線通信裝置協作，以基 於該所選擇之通信模式來傳輸該等資料之步驟。 如請求項6之方法，其進一步包含在該Q〇s支援層基於自 其接收之個別QoS路徑請求及一内部Q〇s尺度來判定是 否允許來自其它行動節點之流量之步驟。 9.如請求項6之方法，其進一步包含在該q〇s封包編碼層： 使用一前向誤差校正（FEC)演算法對資料編碼，以基於 該QoS臨限值來產生用於該等資料之誤差校正資料，及 先交錯處理該等誤差校正資料及該等資料之後才予以 傳輸之步驟。 10·如請求項6之方法，其進一步包含在該Q〇s路徑選擇層基 O:\95\95936-960413.DOC 6 -3- 修(更)正樂換頁! 於該QoS臨限值及一傳輸該等輸出資料所需之能量使用 量來對輸出資料執行負載均衡之步驟。 O:\95\95936-960413.DOC 6 -4-