TWI459837B - 在無線網狀網路中發現具有足夠媒體時間之路徑之方法 - Google Patents

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Description

在無線網狀網路中發現具有足夠媒體時間之路徑之方法
本發明大體上係關於區塊傳輸技術。
本申請案主張對2008年6月30日申請之美國臨時專利申請案第61/084,706號之權利。
超寬頻(UWB)系統之無線媒體(WiMedia)規範定義用於無線個人區域網路(WPAN)之一完全分散式媒體存取控制(MAC)協定。該無線媒體(WiMedia)MAC協定提供用於該網路節點之間之並行通信之一機制。為達到此目的，在傳輸資料之前，節點分配時槽(亦稱為媒體存取槽(MAS)或「媒體時間」)。即，可保留MAS或媒體時間給節點，以使該等節點得以傳輸或接收資料。
該無線媒體規範之當前版本支援許多不同頻道速率，該等速率包含53.3Mbps、80Mbps、106.7Mbps、160Mbps、200Mbps、320Mbps、400Mbps及480Mbps。當前被支援之傳輸速率不能被用於實現先進應用，例如，一些串流及媒體服務。例如，在當前基於無線媒體之WPAN中，無法實現未壓縮之高解析度(high-definition)視訊的串流。為達到此目地，正開發用於支援1千兆位元/秒(Gbps)傳輸速率的新一代媒體規範及超過此速率的規範。
傳輸範圍隨該傳輸速率之增大而減少。由於規範限制，在一WPAN中之節點的傳輸功率及傳輸範圍受到限制。為擴大一WPAN通信範圍，一網狀實現MAC協定可在一基於無線媒體的WPAN中使用。該網狀實現MAC協定實現該網路中一節點藉由其他中間節點到達在其直接通信範圍外的另一個節點。該等中間節點從一源節點前向傳輸/轉運該等封包到一目的節點。該網狀MAC協定操作繪示於圖1，圖1顯示基於網狀無線媒體之一WPAN 100。一節點110-A不能直接與一節點110-F通信，因為其等在彼此傳輸範圍之外。然而，該節點110-A可藉由網狀實現節點110-B及節點110-D發送封包到該節點110-F。因此，從該源節點110-A到一目的節點110-F之傳輸資料的路徑包含節點110-A、110-B、110-D及110-F。該等網狀實現節點是可實施該網狀MAC協定的節點。
一最佳路徑是一具有被保存用於形成該路徑之有效媒體時間之一路徑。在大多數情形下，該路徑應該滿足先進應用之頻寬及延遲需求。因此，在一源節點與一目的節點之間之一路徑應該被仔細選擇以保證此等應用之頻寬及延遲要求。
既有路徑發現及路由協定，諸如一動態源路由(DSR)、特定隨選距離向量(AODV)等，通常用最小跳數找到路徑，亦即，穿過最小數量之中間節點之路徑。因此，沿著該路徑之每一個跳通常具有一接近最大通信範圍之跳距。因此，被發現之路徑可支援低傳輸速率，且更高速率之優點沒有被完全使用。此外，藉由此發現協定發現之路徑通常沒有足夠資源滿足該媒體及串流服務之嚴格頻寬及延遲要求。而且，此等協定不計算用於保留之媒體時間或保存用於一路徑中之節點及鏈結之MAS數量。由於基於無線媒體之網路支援多個不同之速率，其可能不準確或甚至不能正確保留該路徑之所有節點/鏈結之固定數量之MAS。
因此，在一無線媒體網狀網路中提供一有效路徑發現解決方案係有利的。若該被提供之解決方案可估計該可用路徑之頻寬且支援此網路中之負載平衡路由則其將進一步有利。
特定實施例包含一方法及用於在基於無線媒體(WiMedia)之網路中發現在一源節點與一目的之間之一路徑之節點的電腦可執行代碼，其中該路徑具有足夠媒體時間以實現經由該路徑之有效資料傳輸。該方法包括，在接收到一路徑請求(RREQ)之後，計算在一接收該RREQ之節點與一傳輸該RREQ之節點之間之一無線鏈結的許多可用媒體存取槽；計算被要求經由一上游方向之該無線鏈結傳輸資料的許多MAS；當所需要MAS數量未高於可用MAS數量時，更新一當地鄰近鏈結(LNL)清單；計算一足夠媒體時間係數(CSMT )之上界值及下界值；及基於至少該上界值及下界值CSMT 來選擇該路徑。
在說明書結論之請求項中，特別指出及明確主張本發明的主題。本發明之先前及其他特徵及優勢將從以下結合附圖之詳細描述中變得明顯。
重要的是注意本發明所揭示之實施例僅係本文許多有優勢使用之創新教示的實例。大體上，在本發明說明書中作出的聲明不一定限制任何各種所主張的發明。而且，一些聲明可適用於一些特徵但不適用於其他。大體上，除非另有說明，不失普遍性單數元件可為複數，且反之亦然。在圖式中，相同數字係指若干圖中之相同部件。
為滿足基於無線媒體之WPAN中之至少媒體應用的頻寬及延遲要求，足夠媒體時間(亦即，媒體分配槽)應被保留用於路徑中之鏈結及節點。在基於無線媒體之網路中，節點經由一分散式保留協定保留MAS。為一節點保留之該MAS數量不影響可用於啟動或終止該節點之鏈結的媒體時間。例如，從一源節點110-A到一目的節點110-F之該路徑包含該等節點110-A、110-B、110-D及110-F及鏈結120-AB、120-BD及120-DF(見圖1)。該節點110-B可存取在MAS-1與MAS-2之間之媒體，同時110-D可存取在MAS-3與MAS-4之間之媒體。因此該鏈結120-BD不具有用於傳輸之可用MAS。因此，僅使用一節點之可用MAS以決定一穿過該節點之路徑是否具有足夠媒體時間以支援該應用是一容易出錯的方法。此外，一些MAS可被分配給上游傳輸及其他下游。因此，當確定一路徑是否具有足夠媒體時間以支援該應用時，此亦將被考慮。
圖2顯示一示範性及非限制性之流程圖200，其描述在無線網路中按照本發明中之實施例實施之發現路徑之方法。該發現方法選擇具有足夠媒體時間以支援先進應用諸如多媒體應用之嚴格頻寬及延遲要求之路徑。為達到此目的，一最優路徑基於節點及可用MAS鏈結、鏈結速率及鄰近節點之間之關係而被選擇。
為發現該最優路徑，一源節點廣播一路由請求(RREQ)，該RREQ指示應該被建立之一路徑之至少該源-目的節點對。網路中所有其他接收該RREQ之節點廣播該請求到其等鄰近節點。例如，參考顯示於圖1之網路，該節點110-A係一廣播一RREQ到節點110-B及110-C之源節點，繼而傳輸該RREQ到節點110-D及110-E。該等節點110-D、110-E及110-F以同樣方式執行。一RREQ亦包含一分散保留協定(DRP)可用資訊元件(IE)、一當地鄰近鏈結清單(以下，「LNL清單」)及其他用於該路徑選擇之值。在一些實施例中，該RREQ及DRP可用性IE在相同超訊框中傳輸。該DRP可用性IE指定哪些MAS係用於該節點而被保留。
該LNL清單包含一組鄰近鏈結。若該第一鏈結之一第一末節點是該第二鏈結之一第二末節點之鄰居，則一第一鏈結是一第二鏈結之鄰近鏈結。例如，一鏈結120-AB係一120-CD之鄰近鏈結，因為節點110-B及110-C是鄰居。
參考圖2，在S210處，一接收該RREQ之節點計算該鏈結之可用MAS，亦即，MAS在一鏈結之兩個末端都可用。當一DRP保留可被建立時，一可用MAS是一時槽。為計算該鏈結之可用MAS，一接收一RREQ之節點檢查該上游節點之DRP可用性IE，亦即，傳送該RREQ之節點。該接收節點進一步與該上游節點比較DRP可用性IE，且為兩個節點獲得可用MAS。該所獲得之MAS是該鏈結之可用MAS。對該接收節點而言，該鏈結可用MAS值是指該上游鏈結之可用MAS。對該上游節點而言，該鏈結之可用MAS值亦是指該下游鏈結之可用MAS。
如一實例，該節點110-D從該指示MAS-1且MAS-2可用之節點110-C(其為上游節點)接收一RREQ。該節點110-D之可用性為MAS-1、MAS-2及MAS-3，因此該鏈結120-CD之可用MAS為MAS-1及MAS-2。
在S220處，該接收節點(亦即，一接收一RREQ之節點)計算MAS數量，該MAS被要求使用一傳輸該RREQ之節點在一上行鏈結上傳輸一應用訊務。該被要求之MAS基於一頻寬要求及有效頻道速率。該等有效頻道速率可藉由速率/鏈結調適演算法被確定或在沒有速率/鏈結調適演算法可被使用之處被固定。當計算所要求之MAS數量時，該接收節點還考慮上面的實體層(PHY)/媒體存取控制(MAC)及由該應用使用之平均封包長度。
在S230處，執行一檢查以確定是否用於該節點之上游鏈結之所要求MAS(NMASr)之數量大於在S210處計算之該鏈結可用MAS(NMASa)之數量。若大於，則該節點在S235丟棄該所接收之RREQ；否則，執行在S240處繼續。
在S240處，該LNL清單藉由每個接收節點更新。具體言之，當一源節點廣播一RREQ時，該RREQ中之LNL清單為空。每一個接收節點檢查是否該RREQ由該源節點傳輸，且若是，則該接收節點在該源節點及在RREQ中之LNL清單中之其本身之間插入該鏈結。若一節點接收不是由該源節點傳輸之一RREQ，則該接收節點移動在LNL(在該RREQ中)中之任意鏈結，該鏈結不是其上游鏈結之鄰近鏈結，然後將該上游鏈結插入到該LNL清單中。例如，若該節點110-B接收一從該源節點110-A發送之RREQ，則該鏈結120-AB被插入到該LNL清單中。該節點110-B藉由該LNL清單發送該RREQ到節點110-D，該節點110-B不是一源節點，因此該節點110-D僅將上游鏈結120-BD插入該鏈結。應注意一路徑之該LNL清單是該路徑之鏈結之一設定，其中該路徑與每一個其他鏈結鄰近且由該路徑之連續部分組成。一在節點110-A與110-F之間之路徑之該潛在LNL清單：<120-AB；120-BD；及120-DF>，<120-AC，120-CD，120-DF>，或<120-AB，120-BE，及120-EF>。
在S250處，每個接收該RREQ之節點計算一足夠媒體時間係數(CSMT )之上下界。該(CSMT )是用於該應用訊務之被要求頻寬之次數，其中該應用訊務可經由該路徑被支援。例如，若該所需頻寬為1Gbps且該路徑可支援5Gbps頻寬，則該CSMT 為5。為計算該CSMT 值，在該LNL清單中之所有鏈結之可用MAS數量被以遞增順序配置，亦即NMASa(1)<NMASa(2)<NMASa(3)<...<NMASa(m)，其中NMASs(i)是一鏈結「i」()之可用MAS且m是在該表中之鏈結之總共數量。然後，該下界CSMT 被計算。根據一示例性實施例，該CSMT 值可使用以下方程式計算：
其中NMASr(i)是一鏈結「i」()之MAS被要求數量。應注意僅當在鏈結i之可用MAS完全被在鏈結「j」之可用MAS覆蓋時(若對於所有i及j，NMASa(i)<NMASa(j)(，))CSMT1 與CSMT 相等。CSMT1 是一CSMT 及之保守估計。
在不排序NMASa值時，該媒體時間之一更保守估計CSMT0 可被計算。根據一例示性實施例，該估計CSMT0 可隨以下計算：
其中NMASa(上游)是一接收節點之上游鏈結之可用MAS數量時。該被表示為CSMT2 之上界CSMT 可在一不是目的節點之節點處被計算，如下：
且其可藉由目的節點隨以下計算：
其中，NMASr(上游)係該上游鏈結之被要求值MAS數量且NMASa(節點)係該節點本身之可用MAS數量。該CSMT2 值僅考慮上遊鏈結及該下游鏈結之最低可行之要求。因此，其係CSMT 之一過激估計(aggressive estimation)，即，。
每一個RREQ攜帶兩個係數CSMT1 及CSMT2 。視情況，一RREQ可包含在RREQ中之CSMT0 及CSMT1 值。最後，該源節點設定該係數值CSMT1 及CSMT2 如下：
其中，XMlarge 係一最高資料速率(例如，在無線媒體1.0 MAC中之480Mbps)要求之以在該鏈結上傳輸該訊務之MAS數量。
請注意每個節點亦可記錄用於該RREQ的被更新之該等CSMT1 及CSMT2 。若該節點接收一屬於該CSMT 值被計算之相同路徑之RREQ，則當CSMT1 及CSMT2 中之一個或兩個大於該被記錄值時其可僅廣播/前向傳輸該新接收之RREQ，且若此發生則該節點亦可更新該等被記錄值。因此，該發現方法可找到具有最大末端到末端可用頻寬之該路徑。
在S260處，若該被計算之CSMT2 值小於一，則其被檢查。若如此，則該執行前往至該接收節點丟棄該RREQ之S350處；否則，執行繼續到S270，在此處另一檢查被執行以確定該被計算之CSMT1 及CSMT2 是否小於在被接收RREQ中之指定之各自值。若小於，則在該S275處，該RREQ被更新以包含在S250處計算之值；否則，執行繼續到S280。
在S280處，在一源節點與目的節點之間之一最佳路徑被選擇。該選擇由該目的節點執行。具體言之，若一目的節點接收多個RREQ，則其為具有更高參數值CSMT1 之路徑(亦即，一組該等RREQ穿過之鏈結)指定更高優先權。若該兩個路徑具有相同CSMT1 值，則該目的節點為在選擇路徑中具有一更高CSMT2 值之路徑指定一更高優先權。
應注意本文描述之該方法可被用於估計一RREQ穿過之路徑之該可用頻寬。該可用頻寬(BWa )是該所需頻寬(BWreq )及該CSMT 值之函數，且其介於以下範圍：
應瞭解現有路徑發現協定，諸如DSR及AODV可經調適以實施本文揭示之該路徑發現方法。而且，該被揭示之方法可在通信系統中實施，該通信系統包含(但不限於)基於一UWB之WPAN、基於無線媒體之無線網路及WPAN，或分時多重存取(TDMA)或基於超訊框之無線網路。
先前詳細描述提出本發明可採取之許多形式中之一些。希望該先前詳細描述將被瞭解為一本發明可採取之被選擇形式之繪示且不是作為一本發明定義之限制。此僅為請求項，該等請求項包含將定義本發明之範圍之所有等效物。
最佳的是，本發明原理係實施為硬體、韌體及軟體之任何組合。而且，該軟體較佳作為切實體現在一程式儲存單元或一電腦可讀媒體之一應用程式而被實施。該應用程式可被上傳至一機器及由包括任何合適結構之一機器執行。較佳的是，該機器在具有硬體諸如一或多個中央處理單元(CPU)、一記憶體及輸入/輸出介面之一電腦平台而被實施。該電腦平台亦可包含一作業系統及微指令代碼。本文描述之各種方法及函數可為該微指令代碼之一部分或該應用程式之一部分或其等之任何組合，該等方法及函數可由一CPU執行，無論此電腦或處理器是否被明確顯示。此外，各種其他周邊單元諸如一額外資料儲存單元及一列印單元可被連接至該電腦平台。
110-A．．．源節點
110-B、110-C、110-D、110-E．．．節點
110-F．．．目的節點
圖1是一網狀無線媒體WPAN之示意圖；及
圖2是一描述該路徑發現方法之流程圖，該方法係根據本發明之一實施例來實施。
(無元件符號說明)

Claims (13)

  1. 一種用於在基於網狀無線媒體(WiMedia)之網路中發現介於一源節點與一目的節點之間之一路徑的方法，其中該路徑具有足夠媒體時間以經由該路徑實現有效資料傳輸，該方法包括：在接收一路由請求(RREQ)之後，即計算在接收該RREQ之一節點與傳輸該RREQ之一節點之間之一無線鏈結的許多可用媒體存取槽(MAS)；計算用於經由該無線鏈結在一上游方向上傳輸資料之所需MAS之一數量，其中所需MAS之該數量之計算係基於該路徑之一頻寬需求及有效頻道速率；當所需MAS之該數量不高於可用MAS數量時，更新一當地鄰近鏈結(LNL)清單；計算一足夠媒體時間係數(CSMT )之一上界值及一下界 值，其中該下界值CSMT1 經由：而計算，其中NMASr(i)係用於一無線鏈結(i)之所需MAS的數量，且NMASa(i)係用於m個鏈結中之一無線鏈結(i)之可用MAS的數量；及基於至少該上界及下界值CSMT 來選擇該路徑。
  2. 如請求項1之方法，進一步包括當所需MAS之該數量高於可用MAS之數量時，丟棄該所接收之RREQ。
  3. 如請求項1之方法，其中該LNL清單係該RREQ之一資料結構，且當該RREQ第一次由該源節點傳輸時，該LNL清 單為空。
  4. 如請求項3之方法，其中更新該LNL清單進一步包括：當該所接收之RREQ由該源節點傳輸時，將該源節點與該接收節點之間之一無線鏈結插入到該LNL清單；當該所接收之RREQ沒有由該源節點傳輸時，移除該LNL清單中之無線鏈結，該等無線鏈結不是一上游方向之一接收節點之無線鏈結的鄰近無線鏈結；及當該所接收之RREQ沒有由該源節點傳輸時，將該上游方向之該無線鏈結插入至該LNL清單。
  5. 如請求項1之方法，其中該上界值CSMT2 係由一前向節點使用下式計算：；或藉由該目的節點使用下式來計算： 其中，NMASr(上游)係在該上游方向之一無線鏈結之所需MAS的數量，NMASa(節點)係該接收節點之可用MAS的數量，且XMlarge 係需要用於支援高資料速率之MAS的數量。
  6. 如請求項5之方法，進一步包括若該上界值CSMT2 小於1，則丟棄該所接收之RREQ。
  7. 如請求項5之方法，進一步包括當被計算之該下界值CSMT1 小於在該所接收之RREQ中指定之各自值時，更新該所接收之RREQ以包含該所計算之下界值CSMT1 ；及當 該被計算之上界值CSMT2 小於在該所接收之RREQ中指定之該各自值時，更新該所接收之RREQ以包含該計算之上界值CSMT2 。
  8. 如請求項1之方法，其中該路徑之該選擇係由該目的節點執行。
  9. 如請求項8之方法，其中具有該下界值CSMT1 之一最高值的路徑被選擇。
  10. 如請求項1之方法，其中計算該無線鏈結之可用MAS之數量包括確定對於該接收節點可用的MAS及對於該傳輸節點可用的MAS作為該無線鏈結之可用MAS的數量。
  11. 如請求項1之方法，其中在該源節點與該目的節點之間之所有可能路徑中之該所選擇的路徑具有一最大端對端可用頻寬。
  12. 一種具有儲存於其上之電腦可執行程式碼的非暫態電腦可讀媒體，當該電腦可執行程式碼被執行時，導致一處理器執行在基於網狀無線媒體(WiMedia)之網路中之一源節點與一目的節點之間發現一路徑的程序，其中該路徑具有足夠媒體時間以經由該路徑實現有效資料傳輸，該程序包括：在接收一路由請求(RREQ)之後，即計算在接收該RREQ之一節點與傳輸該RREQ之一節點之間之一無線鏈結的許多可用媒體存取槽(MAS)；計算用於經由該無線鏈結在一上游方向上傳輸資料之所需MAS之一數量，其中所需MAS之該數量之計算係基 於該路徑之一頻寬需求及有效頻道速率；當所需MAS之該數量不高於可用MAS之數量時，更新一當地鄰近鏈結(LNL)清單；計算足夠媒體時間係數(CSMT )之一上界值及下界值，其中該下界值CSMT1 經由：而計算，其中NMASr(i)係用於一無線鏈結(i)之所需MAS的數量，且NMASa(i)係用於m個鏈結中之一無線鏈結(i)之可用MAS的數量；及基於至少該上界值及下界值CSMT 來選擇該路徑。
  13. 一種可在一分散式無線網路中操作之無線節點裝置，其包括：一無線電收發器，其經組態以經由一無線媒體接收並發送無線電信號；一處理器；一用於儲存指令之記憶體，當該等指令被執行時將組態該處理器：在接收一路由請求(RREQ)之後，計算在接收該RREQ之一節點與傳輸該RREQ之一節點之間之一無線鏈結的許多可用媒體存取槽(MAS)；計算用於經由該無線鏈結在一上游方向上傳輸資料之所需MAS之一數量，其中所需MAS之該數量之計算係基於該路徑之一頻寬需求及有效頻道速率；當所需MAS之該數量不高於可用MAS數量時，更新一 當地鄰近鏈結(LNL)清單；計算一足夠媒體時間係數(CSMT )之一上界值及一下界值，其中該下界值CSMT1 經由：而計算，其中NMASr(i)係用於一無線鏈結(i)之所需MAS的數量，且NMASa(i)係用於m個鏈結中之一無線鏈結(i)之可用MAS的數量；及基於至少該上界及下界值CSMT 來選擇該路徑。
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