TWI481215B

TWI481215B - 封包通信系統，通信方法及程式

Info

Publication number: TWI481215B
Application number: TW099139095A
Authority: TW
Inventors: Yasunao Katayama; Yasushi Negishi; Atsuya Okazaki
Original assignee: Ibm
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2015-04-11
Also published as: JPWO2011065202A1; GB201211306D0; US20110128912A1; DE112010004607T5; CN102668638A; GB2488502B; GB2488502A; CA2780258C; TW201126937A; US8442028B2; US9066289B2; WO2011065202A1; CA2780258A1; KR20120113697A; CN102668638B; DE112010004607B4; JP5044046B2; US20130242976A1; KR101332095B1

Description

封包通信系統，通信方法及程式

本發明係關於一種使用波束成形且使得能夠在時間及空間上排他地對多個封包進行傳輸及接收之封包通信系統，且係關於一種用於該封包通信系統之通信方法，及一種用於執行該方法之可由該封包通信系統讀取的程式。

近年來，在使用無線電波之無線電通信系統中，波束成形之使用已逐漸增加。波束成形係一種用於減小基地台與終端機之間的無線電波干擾以使得可將無線電波傳輸更遠距離之技術(例如，參見日文翻譯出版之PCT國際申請案第2004-516771號)。此技術之使用使得能夠以一特定方向性來傳播電磁波能量，從而使得傳輸距離、空間利用效率、功率效率及其類似者可得以增強。

藉由結合零向操控(null steering)與波束操控(beam steering)兩種技術來達成波束成形。零向操控係一種用於防止一基地台在存在干擾該基地台之另一基地台的一方向上傳輸及自該方向接收無線電波的技術。波束操控係一種用於在一特定方向上密集地傳輸一基地台之無線電波的技術。

在零向操控中，使用包括以一特定次序配置之多個天線元件的一天線來給予一無線電波一特定方向性，以使得可在不干擾自其他基地台或終端機傳輸之無線電波的情況下傳輸及接收無線電波。其間，在波束操控中，可藉由使自多個天線元件所傳輸之信號中之每一者的相位及功率變化而密集地傳輸一無線電波。

然而，在藉由使用波束成形來進行通信的系統中，存在一問題：如何執行個別收發器之間的有效同步及廣播。

由於藉由使一資料信號與一本端時脈信號同步而交換資料，因此將交換資料之收發器需要以相同時脈速度操作。在經由多個收發器將一封包傳輸至一目的地位址之狀況下，所有該等收發器需要以相同時脈速度操作。為了使所有收發器在相同時脈下操作，將同步信號傳輸至該等收發器，以使得該等收發器中之每一者可使用該同步信號來與本端時脈信號同步以用於讀取資料。大體而言，可藉由廣播來有效地傳輸同步信號。然而，在藉由使用波束成形之通信中，無法有效地傳輸同步信號，此係因為無線電波被給予以一特定方向性且僅傳輸至特定收發器。

此外，每一收發器將一廣播信號傳輸至未指定數目個收發器，藉由接收來自可通信收發器之回應而獲取該等收發器之位址資訊、路由資訊、頻道資訊及其類似者，並儲存所獲取之資訊。位址資訊包括MAC位址或IP位址，路由資訊包括記錄至各種目的地之最佳路徑的路由表，且頻道資訊包括頻帶。每一收發器能夠週期性地傳輸廣播信號以獲取收發器中並不儲存之資訊，且使用該新資訊來更新收發器中所儲存之資訊。然而，在藉由使用波束成形之通信中，由於類似於上文之狀況的原因而無法有效地傳輸廣播信號。

在此背景下，存在一方法：使用一主控制器來排程與所有裝置之所有通信，且將同步信號及廣播信號散佈至個別裝置(例如，參見日本專利申請公開案第2008-61256號)。然而，藉由此方法，若裝置之數目增加，則耗用隨裝置之數目成比例地增加。此外，每個裝置需要與主控制器通信，且由此限制了裝置之配置。

另外，存在一種用於在同步及廣播期間停止波束成形之方法。在此方法中，可有效地執行同步及廣播，此係因為無線電波不具有方向性。然而，在此方法中，信號之傳輸距離縮短，或需要降低資料速率以便保持相同傳輸距離(如在使用波束成形技術之狀況下)。

一目標為：提供一種系統及一方法，該系統及該方法使得能夠在一藉由使用波束成形進行通信之系統中在不使用一主控制器之情況下有效地同步及廣播，且該系統及該方法亦使得能夠在時間及空間上排他地對多個封包進行有效傳輸及接收。

鑒於該上述目標，本發明提供一種按以下方式組態之系統。具體言之，各自充當一收發器之節點控制指定待傳輸之無線電波之方向的相位，以使得根據預先指定之路由而形成一閉合迴路。另外，每一節點執行切貫式傳輸(cut-through transmission)，其中在完成對一封包之接收之前將該封包傳輸至在該路由中所判定之一傳輸目的地。因此，在一預定時段內執行時間同步以及對封包通信記錄之傳輸及接收。在並非該預定時段之一時間，根據該等封包通信記錄來更新路由資訊，該等封包通信記錄之資訊在該時間同步之後在該等節點之間共用，且將一時間訊框指派給該等節點中之每一者作為允許該每一節點傳輸及接收一封包的一時間。此後，基於該所指派之時間訊框(時槽)及該經更新之路由資訊而判定該傳輸封包之一傳輸路徑，且以預定時序在該傳輸路徑上經由該等節點順序地傳送該傳輸封包。

因此，藉由形成一閉合迴路且執行該切貫式傳輸，所有該等節點可有效地執行時間同步且有效地獲取封包通信記錄。

該等節點中之每一者包括：一天線，其由以一特定次序配置之多個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且該相位控制構件將該封包中所包括的一目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一無線電波之一相位差。此使得能夠將該無線電波傳輸至一特定節點。

此外，在讀取該封包中所包括的該目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前，該相位控制構件將該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一相位差。

雖然可以預定規則時間間隔執行該時間同步以及對封包通信記錄之該傳輸及接收，但在至少一節點忙碌之一狀況下，可能難以執行該時間同步以及傳輸及接收處理。因此，亦可以不規則時間間隔執行該等操作。

可藉由將由該多個節點中之一者作出之一起始請求順序地傳送至其他節點而起始該時間同步以及對封包通信記錄之該傳輸及接收。

該等封包通信記錄各自包括在該等節點之間的一傳送速率及資料傳送量。另外，該等節點中之每一者中進一步儲存有可通信節點之位址資訊及用於通信之頻道資訊。

除可由上述執行無線電通信之該多個無線節點組態而成之外，該封包通信系統亦可由經由一纜線而相互連接之多個有線節點組態而成。在此狀況下，整合地管理該位址資訊、該路由資訊及該頻道資訊，藉此可作為一個整體來最佳化該系統。

除該上述封包通信系統之外，本發明亦提供在該系統中之一通信方法。該方法包括以下步驟：藉由執行該切貫式傳輸同時控制該等傳輸及接收無線電波之相位以使得所有該等節點形成一或多個閉合迴路而在一特定時段期間執行時間同步以及對封包通信記錄之傳輸及接收；及在並非該特定時段之一時間根據該路由資訊及一時間訊框將該封包傳送至該目的地位址，該時間訊框被指派給該等節點中之每一者作為允許該每一節點傳輸及接收一封包的一時間，該路由資訊由該每一節點保持且基於該等封包通信記錄而更新，該等封包通信記錄之資訊在該時間同步之後在該等節點之間共用。

另外，可提供一用於執行該通信方法且可由一封包通信系統讀取之程式。該程式可由該封包通信系統中所包括的多個節點來執行。

藉由提供上文所描述之該系統、該方法及該程式，亦可在一藉由使用波束成形進行通信之系統中有效地達成在時間及空間上排他地傳輸及接收多個封包。另外，由於可有效地傳輸一封包同時避免無線電波之干擾，因此可容易地藉由使用纜線來替換該系統，且因此可作為一個整體來最佳化該系統。另外，不使用纜線及集線器可導致伺服器安裝成本之減少，以一特定方向性進行之通信可改良安全性，且封包傳輸時間可得以縮短。

雖然下文將關於諸圖式中所展示之具體實施例來描述本發明，但本發明不限於以下實施例。圖1為舉例說明本發明之封包通信系統之一組態的圖。此封包通信系統由多個無線電收發器組態而成，該等無線電收發器稱作節點100至190。節點100至190中之每一者經組態以包括一天線200、一RF收發器電路210及一基頻數位控制電路220。天線200由以一特定次序配置之多個天線元件組態而成。RF收發器電路210充當能夠控制無線電波之相位的相位控制構件，該等相位指定每一天線元件之傳輸及接收無線電波之方向。基頻數位控制電路220充當傳輸及接收構件，其經組態以執行諸如封包傳輸及接收之處理。

節點100至190遠離彼此而定位，且能夠藉由使用無線電波而執行彼此間之封包通信。天線200為將電能作為無線電波來傳輸且在空中接收無線電波以將其轉換成電能的裝置。天線200之一簡單實例為：其中，多個桿狀天線元件以一特定次序配置。

舉例而言，如圖2中所展示，天線200可經組態以使得桿狀天線元件201中之兩者垂直地對準，其總長度L經設定為等於一無線電波之二分之一波長，且成對的天線元件201以一特定間距來配置(諸如，為(例如)約四分之一波長至單一波長的間距W)。一饋電線202連接至該等天線元件201中之每一者，以使得可經由饋電線202傳輸電力。

返回參看圖1，RF收發器電路210連接至饋電線202且控制指定由每一天線元件201傳輸及接收之無線電波之方向的相位。具體言之，由於天線200係由多個天線元件201組態而成，因此RF收發器電路210將一封包中所包括的一目的地位址轉換成應施加至傳送目的地節點中所包括的天線元件201中之每一者的一無線電波之相位差。雖然RF收發器電路210能夠藉由控制無線電波之相位而在一特定方向上傳輸該無線電波，但天線200係由位於天線200中之不同位置處的多個天線元件201組態而成。因此，為了達成每一天線元件201中之適當接收，將應傳輸至每一天線元件201之無線電波的方向轉換成相對於一特定方向之相位差。藉由執行此相位控制，給予了無線電波一特定方向性，藉此在一特定方向上傳輸該無線電波且由此可達成波束成形。

基頻數位控制電路220執行諸如封包傳輸及接收之處理。基頻數位控制電路220可為實施媒體存取控制(MAC)層及實體(PHY)層之功能的大規模積體電路(LSI)，且在其上安裝以數位類比轉換器(DAC)、類比數位轉換器(ADC)、CPU、靜態RAM(SRAM)及其類似者。

基頻數位控制電路220與一未說明之主機CPU連接，且與該主機CPU交換傳輸及接收資料。基頻數位控制電路220上安裝有一封包組合/拆解(PAD)，且能夠將自主機CPU所接收之資料轉換成一封包，將該封包儲存於一諸如SRAM之儲存器中，並在一中繼傳輸路徑可用時傳輸該封包。安裝有PAD之基頻數位控制電路220亦能夠將一所接收之封包儲存於一儲存器中，將該所儲存之封包轉換成資料，並將該資料傳輸至主機CPU。注意，主機CPU設定一目的地位址，且執行諸如將資料傳輸至基頻數位控制電路220之處理。

如圖1中所展示，節點100至190遠離彼此而定位，且簡單地舉例而言，使圖1之上側的節點100至140充當傳輸者，使下側之節點150至190充當接收者，藉此形成節點對。另一方面，該等節點100至190中之每一者可具有一傳輸天線及一接收天線，以使得每一節點可執行傳輸與接收兩者。

大體而言，在僅傳輸及接收幾個無線電波時之低壅塞時間，由無線電波傳輸之封包不太可能彼此衝突，且效能幾乎不會由於衝突而劣化。然而，當封包之數目增加時，避免衝突變得重要。此處，當兩個或兩個以上節點同時起始一封包至相同節點之傳輸時，發生衝突。當封包發生衝突時，該兩個或兩個以上封包彼此重疊，且該等封包變得不可讀取。在傳輸及接收許多無線電波時之高壅塞時間，衝突發生之可能性增加，且系統效能大為劣化。

然而，本發明之封包通信系統藉由使得能夠進行時間及空間上之排他性控制(亦即，使得能夠在時間及空間上排他地進行通信)而避免了衝突且達成有效通信。下文將詳細地描述特定控制操作。

節點藉由交換封包而通信。一封包包括一目的地位址。為了將封包傳輸至目的地位址，基頻數位控制電路220參考一路由表(該路由表為用於判定封包之傳送路徑的路由資訊)，且判定經由哪個節點來將封包傳輸至目的地。接著，RF收發器電路210控制待施加至第一節點之天線200的相位，且基頻數位控制電路220藉由一無線電波傳輸封包。此無線電波經控制以具有一特定方向性，從而允許進行空間上之排他性通信。注意，路由表由節點100至190中之每一者保持，且儲存於諸如SRAM之儲存器中。

當第一節點接收封包時，該節點讀取目的地位址，參考路由表，判定下一節點，並將該封包傳送至該下一節點。就此而言，節點100至190中之每一者保持可通信節點之位址資訊及在通信中使用之頻道資訊，且使用該位址資訊及該頻道資訊來傳送封包。因此，可藉由參考路由表傳送封包來將封包傳輸至目的地。

若兩個節點同時接收封包且將封包傳輸至相同節點，則發生前述衝突。為此，需要作出調整以使封包之傳輸時序變化。藉由將一封包通信記錄(諸如，節點間傳送速率及先前所傳送之資料之量)傳輸至其他節點且自其他節點獲取封包通信記錄以共用資訊來作出調整。接著，基於自該等通信記錄所作出之預測而執行路由以避免衝突。

為了調整封包之傳輸時序，需要針對每一節點執行時間同步。因此，每一節點將一用於共用資訊之廣播信號及一同步信號傳輸至其他節點，且執行時間同步並且獲取來自其他節點之資訊。

在使用波束成形之通信中，給予一無線電波一特定方向性，藉此使其在相同量之功率下之傳輸距離更遠。由於可使用其他空間來傳輸其他無線電波，因此可改良空間利用效率。此情形又允許在少量之功率下進行傳輸，此又導致功率效率得以改良。然而，每一節點需要藉由使用不同方向上之無線電波來將信號傳輸至其他節點以執行時間同步且在節點間共用資訊，此情形降低了效率且在時間同步及資訊共用時需要相當大量之時間。

因此，在本發明中，所有節點100至190在一預定時段中控制無線電波之相位以便形成一閉合迴路(閉合傳輸路徑)，且藉由使用切貫式傳輸而有效地執行時間同步及資訊共用。關於該預定時段，可量測執行時間同步及資訊共用、更新路由表以及產生稍後描述之指派表所在的時段，並將該時段設定為預定時段。

可藉由使節點100至190中之每一者控制相位以指定待傳輸之無線電波的方向而形成該閉合迴路。具體言之，假定每一節點經組態以具有一傳輸天線及一接收天線，則無線電波以節點100、150、110、170、130、190、140、180、120、160及100之次序(如藉由圖3中之箭頭指示)進行傳輸。為了形成閉合迴路，節點100(例如)控制一相位以將一無線電波傳輸至節點150，且控制一相位以接收來自節點160之一無線電波。可根據預先設定之閉合迴路資訊來形成閉合迴路。

可將一同步信號及一廣播信號作為封包進行傳輸。藉由將資訊劃分成小資料片而獲得一封包，且將目的地位址、源位址及控制資訊(諸如，封包類型及長度)添加至該等小資料片中之每一者的一部分。

更具體言之，一封包在其開始處包括由一位元串形成之一前置項，該前置項在資料之前傳輸以宣告通信之起始。該前置項之後為指示封包之開始的SOF、目的地位址、源位址、封包之類型、長度及其類似者，且接著為資料。大體而言，當一節點開始接收一封包時，該封包經傳輸至基頻數位控制電路220，基頻數位控制電路220執行封包之傳輸及接收處理。節點並不將封包傳送至藉由路由而判定之下一節點，直至其完成資料之接收為止。此組態需要長時間來將封包傳輸至目的地位址。

因此，本發明使用切貫式傳輸，其中每一節點在完成資料之接收之前根據封包中所包括的目的地位址執行路由，且將在一緩衝器中所接收的並累積之資料自其開始順序地傳送至藉由該路由而判定之下一節點。因此，可藉由使用切貫式傳輸來有效地執行時間同步及資訊共用。為此，在讀取封包中之目的地位址後，RF收發器電路210便在完成封包之接收之前將該目的地位址轉換成待施加至目的地節點中所包括的每一天線元件的一無線電波之一相位差。

將參看圖7中所展示之流程圖及圖4至圖6中所展示的包括六個節點之系統組態圖(但該系統組態不同於圖1及圖3中所展示之系統組態)詳細描述一種用於有效地執行時間同步及資訊共用之方法。為了便於理解，在圖4至圖6中，六個節點100至150經配置以形成一正六邊形。此處，舉例而言，節點100控制相位以傳輸及接收無線電波，以便將一封包傳輸至節點110且自節點150接收一封包。

舉例而言，該等節點100至150中之任一者藉由以預定時間間隔執行針對時間同步及資訊共用之廣播而起始時間同步及資訊共用，該執行廣播係藉由傳輸包括前置項、SOF、目的地位址、源位址、封包之類型、長度及其類似者、資料等等之一封包來進行。使用一廣播位址作為封包之目的地位址以將資料傳輸至所有該等節點。注意，由於在一節點忙碌時難以執行時間同步及資訊共用，因此該處理不限於以預定規則時間間隔執行，而是可以不規則時間間隔執行。

舉例而言，節點100判定自最後一次起始時間同步及資訊共用之後是否已歷時一預定時間。若自最後一次起始時間同步及資訊共用之後已歷時該預定時間，則節點100藉由控制一無線電波之相位且將前述封包傳輸至預先路由之節點110而起始時間同步及資訊共用。在接收到封包後，節點110便藉由使用前置項而執行同步，藉由SOF而偵測封包之開始，且自封包之類型及其類似者並由於廣播位址為目的地位址而被告知將執行時間同步及資訊共用。因此，節點110藉由包括保持於其中之資訊作為資料且使用廣播位址作為目的地位址而產生一封包。接著，節點110控制一無線電波之相位且將該封包傳輸至預先路由之節點120。此時，節點110執行切貫式傳輸，且在自節點100接收整個封包之前將封包傳輸至節點120。

因此，該等節點100至150中之每一者控制一無線電波之相位使其朝向一特定目的地，傳輸包括前置項、SOF、目的地位址、源位址、封包之類型及長度以及作為資料之封包通信記錄的一封包，且接收來自一特定源之一無線電波。應注意，在圖4至圖6中僅展示了前置項、SOF及資料。該等節點100至150中之每一者藉由使用前置項而執行同步，接收來自一特定源之封包，且藉由將自源節點所獲取之資料(其包括於封包中)添加至其自身之資料而產生一封包以傳輸至目的地節點。

圖5中所展示之封包為接下來將傳輸之封包，且(例如)在一待自節點100傳輸至節點110之封包中，將自節點150所獲取之資料6添加至節點100之資料1。因此，藉由重複藉由以此方式添加所獲取之資料而產生一封包以及傳輸所得封包的處理，可在所有節點100至150之間執行時間同步，且該等節點100至150中之每一者可獲取各別節點100至150之資料1至6的所有資料片(如圖6中所展示)。

具體言之，如圖7中所展示，在自步驟700開始之處理中，任一預定節點(諸如，節點100)藉由包括其封包通信記錄作為資料且將一廣播位址設定為目的地位址而產生一封包，控制一無線電波之相位以將封包傳輸至預先路由之節點110，且藉此起始步驟705中之時間同步及資訊共用。接著，在步驟710中，藉由使一封包以預先藉由路由而判定之次序(諸如，自節點110至120，且接著自節點120至130)在節點100至150之間順序地傳輸而形成一閉合迴路。此處，每一節點控制一無線電波之相位以與一特定節點通信，且亦接收來自一特定源之無線電波。該封包包括前置項、SOF、目的地位址、源位址、封包之類型及長度以及作為資料之封包通信記錄。

另外，作為一更有效之方案，可按以下方式來執行一更有效之切貫式傳輸。具體言之，在該處理於步驟700中開始之後，節點110(例如)起始將其自身之資訊傳輸至閉合迴路中預先藉由路由而定義的作為下一級的節點120，之後自作為前一級之節點100接收封包。接著，在自作為前一級之節點100接收到資料後，節點110便將自作為前一級之節點100所接收的封包之資料(而不包括前置項)添加至節點110當前正傳輸至作為下一級之節點120的封包。使用此方案減少了同步前置項所需之時間及在閉合迴路中之所有節點間共用資訊所需的時間(此係因為所有該等節點可同時起始傳輸)。

在步驟715中，節點100至150中之每一者藉由將自一來源所獲取之資訊添加至其自身之資訊而產生一封包，且將該封包傳輸至一目的地節點。在步驟720中，已起始時間同步及資訊共用之節點100判定是否已自所有該等節點100至150獲取了資訊。若尚未自所有該等節點100至150獲取資訊，則該處理返回至步驟715。另一方面，若自所有節點100至150獲取了資訊，則該處理繼續進行至步驟725，且終止時間同步及資訊共用。

此後，節點100基於所獲取之資料而更新保持於其中之路由表，且將該路由表傳輸至節點110至150，藉此該等節點110至150中之每一者可更新保持於其中之路由表。

雖然在小型網路中可手動地並靜態地形成路由表，但在通用網路中，藉由使用路由協定及路由演算法來動態地形成路由表。路由協定用以執行廣播以使得節點100至150中之每一者可自其他節點獲取封包通信記錄作為其資訊。路由演算法在基於所獲取之資訊而產生一路由表時使用。可使用已知技術作為路由演算法，諸如距離向量演算法(DVA)、鏈路狀態演算法(LSA)及單純形法(simplex method)。

在DVA中，將一稱為成本之數值指派給每一對節點。起初，每一節點僅保持指示哪些節點為最近節點及其自身與該等最近節點之間的成本的資訊。接著，在週期性地於該等節點之間交換資訊之後，收集到其他節點之間的資訊片，該等資訊片形成一路由表。若自一相鄰節點轉遞之資料包括由該節點保持之路由表中並不包括的且指示至相同目的地之更低成本的資訊，則該節點藉由使用此資訊片而更新路由表。

在LSA中，節點中之每一者向連接至其之節點廣播。節點基於所廣播之資料而產生一映射，根據所產生之映射而判定至其他節點之最短路徑，且以一樹形結構來表達整個網路。將未註冊之節點添加至該樹形結構以便可以最低成本讀取該等節點。基於由此產生之樹形結構而產生一路由表。

可用公式將路由表示為線性程式化問題。可藉由使用單純形法以相對少量之計算獲得針對一給定線性程式化問題之一最佳解決方案。在用公式表示線性程式化問題中，給出節點間之直接傳送速率及預測資料傳送量作為輸入，且給出每一通信路徑之利用率之上限的最小限度作為目標函數。另外，給出以下約束：在起點、終點及中繼節點處傳送之資料的總量與一給定輸入一致，且每一通信路徑之利用率不高於上限。

注意，成本係根據傳送速率、資料傳送量、延遲、跳躍之次數、路徑之成本、負載、MTU、可靠性、通信成本及其類似者而獲得。

在此實施例中，藉由使用切貫式傳輸來將封包傳輸至下一節點而有效地執行用於時間同步及資訊共用之處理。在由此而執行了時間同步及廣播且更新了路由表之後，傳輸及接收任意傳輸封包。

根據一目的地位址及經更新之路由表來對任意封包進行路由，且經由在路由中所判定之節點將該任意封包傳輸至該目的地位址。

此時，需要考慮每一節點傳輸該任意封包所在的時序以便避免衝突。因此，將用於使用一頻帶之時段平等地劃分成稱為時槽之時間訊框，且對一節點指派每一時槽之通信機會。接著，該等時槽共同形成一稱為訊框之時段，且形成一指派表以使得所有該等節點週期性地傳輸封包。該指派表係基於自每一節點所獲取之資訊而產生，且可藉由使用此指派表來判定傳輸時序。

由於衝突不太可能在利用率不高於一特定值之時槽中發生，因此可藉由不對任何特定節點指派該時槽之通信機會而允許在此時槽中發生衝突。未指派任何通信機會之時槽可由任何節點在任何時間使用，且因此在使用該時槽之前的等待時間可得以減小，而輸送量歸因於衝突之發生而降級。需要在考慮到等待時間與輸送量之間的取捨的情況下判定允許何種程度之衝突。

圖8舉例說明一由六個節點組態而成之系統(如圖4至圖6中所展示之系統)，且每一節點具有一允許與特定節點通信之特定方向性。節點A可與節點B及F通信，節點B可與節點A、C及E通信，節點C可與節點B、D及F通信，節點D可與節點C及E通信，節點E可與節點B、D及F通信，且節點F可與節點A、C及E通信。

根據圖9中所展示之輸送量表來判定該方向性，該輸送量表指示節點間傳送速率。藉由輸入自通信測試所獲得之傳送速率而產生該輸送量表，該等通信測試係在定位節點A至F時執行。在該表中，「發送者」指示傳輸方，且「接收者」指示接收方。在圖9中，可通信節點之間的所有傳送速率經設定至「100」。可在適當時藉由量測實際通信中之傳送速率而改變輸入至輸送量表中之該等傳送速率之設定值中的每一者。節點A至F可保持具有相同內容之輸送量表，且在對該等節點中之任一者之輸送量表作出改變時，其他節點可被告知該改變以共用資訊。

節點A至F中之每一者週期性地量測一節點間資料傳送量，且記錄該資料傳送量作為一記錄。在進行上文所描述之資訊共用時傳輸所記錄之記錄，且在所有節點間共用該資訊。舉例而言，更新路由表之節點藉由使用資料傳送量之量測值及其類似者而產生一如圖10中所展示之需求表。注意，在圖10中，「來源」指示傳輸源，且「目的地」指示傳輸目的地。

一需求表包括作為設定值的自最新量測值及其類似者而預測之資料傳送量，且該需求表連同上述輸送量表一起使用以產生一路由表及一指派表。

圖11為展示藉由使用圖9及圖10中所展示之表而產生之一路由表的一實例的表。舉例而言，在圖8中所展示之節點A為來源且節點B為目的地之封包通信中，可在不穿過另一節點之情況下傳輸一封包，且因此將節點B設定為目的地。因此，在彼此間可直接傳輸及接收封包之(多個)節點中，可將該等節點中之任一者設定為目的地。

其間，在節點A為來源且節點C為目的地之封包通信中，無法在不穿過節點B或節點F之情況下傳輸一封包。因此，藉由使用圖9及圖10中所展示之表中的資訊及一已知演算法來執行最佳化，以藉此判定目的地。

在上述實例中，作為該最佳化之結果，判定經由節點B來傳輸封包較為有效。因此，當欲將一封包自源節點A傳輸至目的地節點C時，執行路由以使得節點A首先將封包傳輸至節點B，且接著節點B將封包傳輸至節點C。

圖12為展示一指派表之一實例的表。在圖12中，提供具有相等長度之八個時間區段：時槽0至7，其中接收者節點A可在時槽1及2中自節點B接收封包，且接收者節點C可在時槽0至3中自節點B接收封包。

由於因此亦避免了在時間方面之衝突，因此可在時間及空間上排他地傳輸及接收封包。

在下文中，將參看圖13簡潔地描述本發明之封包通信系統中之處理的流程。在該處理於步驟1300中開始之後，在步驟1305中，判定自最後一次起始時間同步及資訊共用之後是否已歷時一預定時間。若自最後一次起始時間同步及資訊共用之後尚未歷時該預定時間，則在該預定時間進一步逝去之後在步驟1305中作出判定。

另一方面，若判定已歷時了該預定時間，則該處理繼續進行至步驟1310，且執行圖7中所展示之時間同步及資訊共用。接著，處理繼續進行至步驟1315，在步驟1315中，一預定節點根據一藉由資訊共用而獲取之封包通信記錄來更新一路由表，該封包通信記錄包括前述傳送速率及資料傳送量。該預定節點藉由對節點指派可傳輸封包及可接收封包之時槽而進一步產生一指派表。

在步驟1320中，該預定節點將路由表及指派表傳輸至所有其他節點以共用該等表。

隨後在步驟1325中，判定是否已歷時一預定時間。若尚未歷時該預定時間，則處理繼續進行至步驟1330，在步驟1330中，中止封包之傳送。在歷時預定時間之後，處理繼續進行至步驟1335。此處，若一任意節點中存在一傳輸封包，則使用經更新之路由表在指派表中所指定之一時槽中將該封包傳送至目的地位址，且在步驟1340中，終止處理。

該任意節點自該傳輸封包讀取一目的地位址，根據路由表來執行路由以判定下一節點，控制一無線電波之相位使其朝向該下一節點，且在可傳輸之時間訊框中傳輸該封包。此下一節點執行相同處理，且重複該處理直至將封包傳送至目的地位址為止。

由於可控制節點使其動態地建構通信路徑，因此可將本發明之系統提供為一縱橫式交換機，其中交換機提供於平行配置於垂直方向上之多個通信路徑與平行配置於水平方向上之多個通信路徑之間的各別交叉點處。該縱橫式交換機可應用於毫米波伺服器系統或其類似者以達成無集線器或無纜線之計算環境。因此，可減少伺服器安裝成本，且可瞬時下載資料。

本發明之封包通信系統不限於僅由執行無線電通信之多個無線節點組態而成，而是可藉由組合此等多個無線節點與經由纜線而相互連接之多個有線節點來組態而成。無需在有線節點間控制無線電波之相位，且可藉由指定目的地位址來將一封包傳輸至一目標節點。由於每一節點保持可通信節點之位址資訊及在通信中使用之頻道資訊，且整合地管理路由資訊同時在適當時進行更新，因此可作為一個整體來最佳化系統。

在上文中，已參看諸圖式詳細地描述了封包通信系統及應用於其之通信方法。然而，可在熟習此項技術者可想到之範疇內作出其他實施例、添加、修改、省略及其類似者，且包括本發明之有利效應的任何實施例應包括於本發明之範疇內。因此，雖然上文僅描述了更新路由資訊，但若歸因於節點之行進或其類似情況而欲改變位址或頻道，則可同樣地更新位址資訊或頻道資訊。

另外，在考慮到節點之配置及數目的情況下，可藉由形成多個閉合迴路而非單一迴路來執行時間同步及資訊共用。在此狀況下，形成每一閉合迴路之節點間的封包通信之效率可得以改良，此情形使得能夠在系統中作為一個整體來進行有效封包通信。

此外，該通信方法可實施為一可由一封包通信系統讀取之程式，且本發明亦能夠提供此程式。注意，可藉由將該程式儲存於一記錄媒體(諸如，CD-ROM、DVD-ROM、SD卡及HDD)中來提供該程式。

100、110、120、130、140、150、160、170、180、190．．．節點

200．．．天線

201．．．桿狀天線元件

202．．．饋電線

210．．．RF收發器電路

220．．．基頻數位控制電路

圖1為展示由多個節點組態而成之一封包通信系統之一組態實例的圖。

圖2為展示由一節點中所包括的多個天線元件組態而成的一天線之一實例的圖。

圖3為展示一閉合迴路形成於封包通信系統中所處之狀態的圖。

圖4為舉例說明執行時間同步及廣播所處之狀態的圖。

圖5為舉例說明執行時間同步及廣播所處之狀態的圖。

圖6為舉例說明執行時間同步及廣播所處之狀態的圖。

圖7為展示時間同步及廣播之流程的流程圖。

圖8為舉例說明彼此通信之多個節點之配置的圖。

圖9為舉例說明記錄了節點間資料傳送速率之輸送量表的表。

圖10為舉例說明記錄了自封包通信記錄所預測之節點間資料傳送量之需求表的表。

圖11為舉例說明基於圖9中所展示之輸送量表及圖10中所展示之需求表而產生之路由表的表。

圖12為舉例說明一分配表之表。

圖13為展示封包傳送處理之流程的流程圖。

100、110、120、130、140、150、160、170、180、190．．．節點

200．．．天線

210．．．RF收發器電路

220．．．基頻數位控制電路

Claims

一種用於將一封包傳送至一目的地位址之封包通信系統，該系統包含執行無線電通信之複數個節點，其中該等節點中之每一者將用於判定一封包之一傳輸路徑的路由資訊儲存於其中，在藉由使用該路由資訊而判定之一傳輸路徑上經由傳輸及接收無線電波將複數封包傳輸至一傳送目的地節點及自一傳送源節點接收該等封包，其中藉由控制該等傳輸及接收無線電波中之每一者的一相位而給予該無線電波一特定方向性，且具有一執行切穿式(cut-through)傳輸之功能，其中將該封包傳送至該傳送目的地節點係在讀取該封包中所包括的一目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前起始，且該封包通信系統藉由執行該切穿式傳輸同時控制該等傳輸及接收無線電波之該等相位以使得所有該等節點形成一或多個閉合迴路而在一特定時段期間執行時間同步以及對封包通信紀錄之傳輸及接收，且在並非該特定時段之一時間根據該路由資訊及一時間訊框將該封包傳送至該目的地位址，該時間訊框係指派給該等節點中之每一者作為允許該每一節點傳輸及接收一封包的一時間，該路由資訊由該每一節點保持且基於該等封包通信紀錄而更新，該等封包通信紀錄之資訊在該時間同步之後在該等節點之間共用。
如請求項1之封包通信系統，其中該節點包括：一天線，其由以一特定次序配置之複數個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的該等相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且該相位控制構件將該封包中所包括的該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一無線電波之一相位差。
如請求項1之封包通信系統，其中該節點包括：一天線，其由以一特定次序配置之複數個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且在讀取該封包中所包括的該目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前，該相位控制構件將該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一無線電波之一相位差。
如請求項1之封包通信系統，其中該時間同步及對該等封包通信紀錄之該傳輸及接收係以預定時間間隔執行。
如請求項1之封包通信系統，其中該時間同步及對該等封包通信紀錄之該傳輸及接收係藉由將由該複數個節點中之一者作出之一起始請求在其他節點之間順序地自一節點傳送至另一節點而起始。
如請求項1之封包通信系統，其中該等封包通信紀錄各自包括該等節點之間的一傳送速率及資料傳送量。
如請求項1之封包通信系統，其中該等節點中之每一者進一步將可通信節點之位址資訊及用於通信之頻道資訊儲存於其中。
如請求項1之封包通信系統，其中該封包通信系統包含執行該無線電通信之複數個無線節點，及經由一纜線而相互連接之複數個有線節點。
一種在一封包通信系統中之通信方法，該封包通信系統用於將一封包傳送至一目的地位址且包括執行無線電通信之複數個節點，其中該等節點中之每一者將用於判定一封包之一傳輸路徑的路由資訊儲存於其中，在藉由使用該路由資訊而判定之一傳輸路徑上經由傳輸及接收無線電波將複數封包傳輸至一傳送目的地節點及自一傳送源節點接收該等封包，其中藉由控制該等傳輸及接收無線電波中之每一者的一相位而給予該無線電波一特定方向性，且具有一執行切穿式(cut-through)傳輸之功能，其中將該封包傳送至該傳送目的地節點係在讀取該封包中所包括的一目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前起始，該通信方法包含以下步驟：藉由執行該切穿式傳輸同時控制該等傳輸及接收無線電波之相位以使得所有該等節點形成一或多個閉合迴路而在一特定時段期間執行時間同步以及對封包通信紀錄之傳輸及接收，及在並非該特定時段之一時間根據該路由資訊及一時間訊框將該封包傳送至該目的地位址，該時間訊框係指派給該等節點中之每一者作為允許該每一節點傳輸及接收一封包的一時間，該路由資訊由該每一節點保持且基於該等封包通信紀錄而更新，該等封包通信紀錄之資訊在該時間同步之後在該等節點之間共用。
如請求項9之通信方法，其中該執行該傳輸及接收之步驟進一步包括：判定是否自所有該等節點獲取該等封包通信紀錄的一步驟。
如請求項9之通信方法，其中該節點包括：一天線，其由以一特定次序配置之複數個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且該執行該傳輸及接收之步驟進一步包括一步驟：藉由該相位控制構件將該封包中所包括的該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一相位差。
如請求項9之通信方法，其中該節點包括：一天線，其由以一特定次序配置之複數個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且該執行該傳輸及接收之步驟進一步包括一步驟：在讀取該封包中所包括的該目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前，藉由該相位控制構件將該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一相位差。
如請求項9之通信方法，其中該執行該傳輸及接收之步驟係以預定時間間隔執行；或其中該執行該傳輸及接收之步驟進一步包含一步驟：藉由將由該複數個節點中之一者作出之一起始請求在其他節點之間順序地自一節點傳送至另一節點而起始該時間同步及對該等封包通信紀錄之該傳輸及接收。
如請求項9之通信方法，其中該等封包通信紀錄各自包括該等節點之間的一傳送速率及資料傳送量；或其中該等節點中之每一者進一步將可通信節點之位址資訊及用於通信之頻道資訊儲存於其中。
一種用於執行一通信方法之程式，該通信方法用於將一封包傳送至一目的地位址，該程式可由包括執行無線電通信之複數個節點的一封包通信系統讀取，其中該等節點中之每一者將用於判定一封包之一傳輸路徑的路由資訊儲存於其中，在藉由使用該路由資訊而判定之該傳輸路徑上將複數封包傳輸至一傳送目的地及自一傳送源節點接收該等封包，該傳輸及接收係藉由控制傳輸及接收無線電波之相位且給予該等無線電波一特定方向性而執行，且具有一執行切穿式(cut-through)傳輸之功能，其中將該封包傳送至該傳送目的地節點係在讀取該封包中所包括的一目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前起始，且該程式使該封包通信系統執行以下步驟藉由執行該切穿式傳輸同時控制該等傳輸及接收無線電波之相位以使得所有該等節點形成一或多個閉合迴路而在一特定時段期間執行時間同步以及對封包通信紀錄之傳輸及接收，及在並非該特定時段之一時間根據該路由資訊及一時間訊框將該封包傳送至該目的地位址，該時間訊框係指派給該等節點中之每一者作為允許該每一節點傳輸及接收一封包的一時間，該路由資訊由該每一節點保持且基於該等封包通信紀錄而更新，該等封包通信紀錄之資訊在該時間同步之後在該等節點之間共用。
如請求項15之程式，其中在該執行該傳輸及接收之步驟中，使該封包通信系統執行一判定是否自所有該等節點獲取該等封包通信紀錄之步驟。
如請求項15之程式，其中該節點包括：一天線，其由以一特定次序配置之複數個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且在該執行傳輸及接收之步驟中，使該封包通信系統執行一步驟：藉由該相位控制構件將該封包中所包括的該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一無線電波之一相位差。
如請求項15之程式，其中該節點包括：一天線，其由以一特定次序配置之複數個天線元件形成；相位控制構件，其用於控制該等天線元件中之每一者之該等傳輸及接收無線電波的相位；及傳輸及接收構件，其用於經由該等傳輸及接收無線電波傳輸及接收該封包，且在該執行該傳輸及接收之步驟中，使該封包通信系統執行一步驟：在該相位控制構件讀取該封包中所包括的該目的地位址之後且在完成對該封包之接收之前，藉由該相位控制構件將該目的地位址轉換成待施加至該傳送目的地節點中所包括的該等天線元件中之每一者的一無線電波之一相位差。
如請求項15之程式，其中該執行該傳輸及接收之步驟係以預定時間間隔執行；或其中在該執行該傳輸及接收之步驟中，使該封包通信系統執行一步驟：藉由將由該複數個節點中之一者作出之一起始請求在其他節點之間順序地自一節點傳送至另一節點而起始該時間同步及對該等封包通信紀錄之該傳輸及接收。