TWI495300B - 在無線網狀網路中發現高通量路由之方法 - Google Patents

在無線網狀網路中發現高通量路由之方法 Download PDF

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Description

在無線網狀網路中發現高通量路由之方法
本發明大體上係關於在網狀網路中發現路由。
本申請案主張對2008年7月30日申請之美國臨時專利申請案第61/084,709號之權利。
用於超寬頻(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。由於規定限制該傳輸功率，該傳輸範圍現在受到限制。該無線媒體(WiMedia)規範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。
為擴展基於WiMedia之WPAN之通信範圍，一網狀致能MAC協定可被用於此等網路中。該網狀致能MAC協定使該網路中之一節點藉由其他中間節點到達在其直接通信範圍之外之另一節點。該等中間節點遞送/延遲從一源節點到一目的節點之該等封包。該網狀MAC協定之操作繪示於圖1。在基於一網狀WiMedia之WPAN 100中，一節點110-A不可直接與一節點110-F通信，因為其等在彼此通信範圍之外。然而，該節點110-A可藉由網狀致能節點110-B及110-D發送封包至該節點110-F。因此，從該源節點110-A傳輸資料至一目的節點110-F之路由包含該等遞送節點110-B及110-D。該等網狀致能節點是實施該網狀MAC協定之節點。
現有路由發現及路由協定包含例如一動態源路由(DSR)協定及一特定隨選距離向量(AODV)協定。此等協定僅當存在一訊務傳輸需要時尋找一路由，因此促進低路由維修開銷。如圖2A所繪示，為發現一路由，一節點210-A廣播一路由發現請求(RREQ)封包，該封包由節點210-B及210-C接收，然後該源節點遞送該RREQ至其等鄰近裝置。例如，如圖2B所顯示，該節點210-B遞送所接收之RREQ至一節點210-C、210-D及210-E，同時該節點210-C遞送一所接收之RREQ至一節點210-B及210-D。相同過程被節點210-E及210-D執行(見圖2C)。在接收到一RREQ封包之後，該目的節點沿一被接收RREQ傳輸通過之路徑回送一路由發現回應(RREP)封包到該源節點。此繪示於圖2D，其中，一節點210-F是該目的節點，基於該RREP該源節點210-A確定該路由以發送封包至該目的節點210-F。
該DSR及AODV協定通常用最小跳數發現路由，亦即，傳輸通過最小數量之中間節點之路由。因此，每一個沿該路由之跳具有一接近該最大通信範圍之跳距。因此，被發現之路由可僅支援低傳輸速率。其結果是，該速率之優勢沒有被完全使用。
因此在WiMedia網狀網路中提供一有效路由發現解決方法是有利的。
本發明之特定實施例包含一種用於在基於網狀無線媒體(WiMedia)之網路之一源節點與一目的節點之間發現一路由之方法。本方法包括在由在該源節點與該目的節點之間之一中間節點接收一路由請求(RREQ)之後，在該RREQ中保存至少該中間節點之識別(ID)數量及一鏈結之一傳輸頻道速率，其中在該鏈結上該RREQ被接收；計算一新路由價格；確定該路由價格是否大於一包含在該被接收之RREQ之價格；當該路由價格大於一包含在該被接收之RREQ之價格時，更新該被接收之RREQ以包含該新路由價格；及遞送該被更新之RREQ至該中間節點之一或多個鄰居。
本發明之特定實施例亦包含儲存其電腦可執行代碼之一電腦可讀媒體，當電腦可執行代碼被執行時引起一處理器以執行發現一路由之過程，該路由在基於網狀無線媒體(WiMedia)之網路之一源節點與一目的節點之間。該過程包括在由一在該源節點及該目的節點之間之中間節點接收一路由請求(RREQ)之後，在該RREQ中保存至少該中間節點之識別(ID)數量及一鏈結之一傳輸頻道速率，在該鏈結上該RREQ被接收；計算一新路由價格；確定該新路由價格大於包含在該被接收之RREQ之價格；當該新路由價格大於包含在該被接收之RREQ之價格時，更新該被接收之RREQ以包含該新路由價格；及遞送該被更新之RREQ至該中間節點之一或多個鄰居。
在說明書結論中之請求項中特別指出及明確主張本發明的標的。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之發明。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。
本文所揭示之發現過程尋找在一源節點與一目的節點之間之具有最高通量之一路由。根據本發明原理，一路由請求(RREQ)是一經構造以攜帶至少識別(ID)數量之節點的封包，其中該封包傳輸通過該等節點，被沿該路由傳輸該RREQ之鏈結使用的頻道速率，該RREQ傳輸通過之該路由之一價格，及一最後節點鄰近清單。該路由價格是在一路由中被計算之鏈結之該有效速率之一倒數和。該最後節點鄰近清單保持該路徑上之節點的記錄，該等節點亦是被該RREQ傳輸通過之該最後節點的鄰居。該網路中之每一個節點維持一個鄰居清單，該鄰居清單包含其鄰近節點中之各者之一ID數量及用於儲存當前被接收RREQ之一高速緩衝記憶體。
圖3顯示一例示性及非限制流程圖300，該流程圖描述一種用於在無線網狀網路中發現路由之方法，其係根據本發明之一實施例而實施。該方法由一廣播一RREQ之源節點啟動，該RREQ攜帶至少上述提及之資訊。該方法由每一個中間節點(亦即，一在該源節點及目的節點之間之一路徑上的節點)執行而接收一RREQ。當從該源節點被傳輸時，該RREQ包含該源節點之ID。在S310中，一中間節點接收一RREQ。在S320中，中間節點將其ID及一鏈結之該速率插入至該RREQ，其中在該鏈結上該RREQ被接收。在S330中，計算該RREQ傳輸通過之路由(亦即，在該源節點與該中間節點之間之一路由)之一價格。
參考圖4，其中S330之執行被更詳細顯示。在S410中，該被接收之RREQ傳輸通過之一路由R係取自該RREQ。該路由被表示為：R(S、F1、F2、F3、...、Fk)，其中該節點S是該源節點且節點F1、F2、...、Fk-1是該RREQ已傳輸通過之節點。在S420處，由沿該路由之該等鏈結使用之該等頻道速率係從該所接收之RREQ中獲得。該等頻道速率被表示為：(R1、R2、...、Rk-1)，其中R1是從節點S到F1之鏈結被使用之該有效頻道速率，且Ri()是從節點Fi-1到Fi()之該等鏈結被使用之該等頻道速率。在S430，在傳輸該RREQ之該等節點之間之該鏈結之一有效傳輸頻道速率及傳輸該所接收之RREQ之該節點被計算。從一傳輸節點(Fk-1)到一接收節點(Fk)之該鏈結之該有效頻道速率被認為是「Rk」，且Li()表示在此等節點之間之鏈結。一有效頻道速率是藉由對一給定原頻道速率排除該PHY/MAC協定之開銷而被計算之該有效頻道通量。該有效頻道速率與一原頻道速率不同，其被WiMedia規格所定義。根據一實施例該有效頻道速率Rk被該接收節點(Fk)計算，如下：
在上述方程式中，該參數P是一資料封包之一有效負荷大小，且該參數Tp 是完成一資料封包之一傳輸之所有時間。該參數Tp 包含資料(Tdata )封包及ACK(Tack )訊框還有此等訊框之間之任何訊框間間隔(Tifs )之該等傳輸時間。該時間Tp 亦包含RTS/CTS(Trts /Tcts )之傳輸時間(若RTS/CTS被使用)。一資料訊框之一傳輸時間基於該前文傳輸時間T preamble ，不論該被選擇頻道速率R C 而固定之傳輸時間(T Preamble )、一以該頻道速率R C 被傳輸之訊框標頭(H p )、該有效負載大小P及用於傳輸該資料訊框之該原頻道速率R C 。該有效負載大小P可為一平均有效負載大小或任何藉由該源節點調適之值。該原頻道速率R C 可為一被該鏈結使用之固定頻道速率或可使用已知鏈結適用演算法而被確定。
在S440，該中間節點(Fk)建立一被更新之最後節點鄰居清單，該鄰居清單由在該路徑上之節點組成，該等節點亦是節點(Fk)之鄰居。如本文上述所提到，該節點Fk接收由該節點Fk-1傳輸之一RREQ。在S450，一鏈結清單被建立以包含具有至少一個末端節點之所有連接，該末端節點被包含在該最後節點鄰居清單中之被接收之RREQ中或是該節點Fk之一鄰居。例如，若該路由是R(S、F1、F2、F3及F4)且由一節點F4接收之RREQ中之該最後節點鄰居清單僅包含節點F2，則該等鏈結清單包含鏈結F1->F2、F2->F3及F3->F4。在S460，該節點(Fk)之一路由價格係藉由對在該等鏈結清單中之所有鏈結之該有效頻道速率之該等倒數求和而被計算。即，該價格被計算如下：
其中Rij 係對該等鏈結清單中之鏈結Lij ()而計算之該等有效速率，「n」係該清單中之鏈結之所有數量。
返回參考圖3，其中在S340中做一檢查以確定該被計算之價格是否大於所接收之RREQ中所包含之價格。若大於，則在S350該RREQ被更新以包含該新計算值；否則，執行繼續到S360。
在S360，該中間節點檢查是否其高速緩衝記憶體包含關於該被接收之RREQ中之相同源目的對的其他RREQ。若包含，則做另一檢查以確定是否該被接收之RREQ(具有或沒有該被更新之價格)具有小於在被快取之RREQ中被表示之該等路由價格之一路由價格。若是，則在S370該中間節點遞送該被接收之RREQ到其鄰居；否則，執行結束。在一些實施例中，可在S370中以與S440中所描述之相同方式更新該最後節點鄰居清單。若S360導致一否定答復，則執行進行到S370。
該最佳路由之選擇係由基於該路由價格之該目的節點執行。具體言之，若一目的節點接收用於該相同源-目的對的多個RREQ，則該節點在所有該等RREQ中選擇一具有最小路由價格之RREQ傳輸通過的路由。該目的節點在該被選擇之路由上發送一RREP。在接收到該RREP之後，該等源節點及目的節點更新其等路由高速緩衝記憶體/表。
應注意，該等現有路由協定(諸如DSR及AODV)可經調適以實施本文所揭示之路由發現方法。例如，在該目的節點可回發一RREP之前，現有路由協定被要求等待一預定義之時間量，以檢查是否額外RREQ在該時間被接收。
如另一實例，若一路由協定被要求記錄一路由及在所有或一些節點對之間之該路由的價格，該等節點是該RREQ傳輸通過之節點，則該RREQ可經調適以表示該鄰居清單，其中該鄰居清單是該RREQ傳輸通過所有或一些中間節點(亦即，不僅為該RREQ傳輸通過之該最後節點)的鄰居清單。
參考圖5A-5G，其中提供該路由發現過程之操作之一非限制性實例，該過程係根據本發明之一實施例而實施。圖5A顯示包含510-A到510-F六個節點之一網路。該等鏈結之該等有限頻道速率被顯示在兩個節點之間的邊緣。為簡潔及顯示起見，該等有效頻道速率與原頻道速率相同。
圖5B到圖5G顯示從一源節點510-A發送到一目的節點510-F之RREQ之該傳輸路由。該源節點510-A藉由發送一RREQ到節點510-B及510-C而啟動該路由發現過程(見圖5B)。被該節點510-B計算之該路由價格為1/160且被節點510-C計算之路由價格為1/53.3。然後，該等節點510-B及510-C廣播該RREQ。該節點510-C亦接收由該節點510-B發送之該RREQ，且其後計算該RREQ之路由價格，該價格為2/160。該新路由價格小於先前計算值1/53.3。因此，該節點510-C重新在一新路由(510-A、510-B、510-C)上廣播該RREQ且對節點510-D及510-E(見圖5C)使用一新價格2/160。在網路500中之其他節點隨相同規則，見圖5E及5F。
該目的節點510-F藉由具有一價格為4/160之一路由(510-A、510-B、510-C、510-D、510-E、510-F)接收一RREQ。藉由具有一路由價格為2/53.3+1/160之一路由(510-A、510-C、510-E、510-F)接收一RREQ及其他一些RREQ。該節點510-F比較所有該等價格，且選擇具有最小價格之該路由，該路由為(510-A、510-B、510-C、510-D、510-E、510-F)。因此，該目的節點510-F沿該被選擇路由回發一RREP至該源節點510-A(見圖5G)。該源節點510-A更新其路由高速緩衝記憶體/表，且從節點510-A至510-F之路由被建立。
應瞭解使用以上描述之方法發現之路由比現有協定發現之最短跳之路由具有更高通量。例如，此等協定將選擇路由(510-A、510-C、510-E、510-F)、(510-A、510-B、510-D、510-F)或(510-A、510-C、510-D、510-F)。所有此等三個路由具有相同價格，其具有大約22.8Mbps之一通量。對該網路而言，所揭示之方法選擇具有一價格為1/40且大約40Mbps之通量之該路由(510-A、510-B、510-C、510-D、510-E、510-F)。因此，此實例之改良大約為75%之端對端通量。若存在更多節點且更高速率可用，該改良甚至可更高。
該所揭示之方法可在通信系統中被實施，該系統包含但不限於基於UWB之WPAN、基於WiMedia之無線網路及WPAN或任何分時多重存取(TDMA)或基於超訊框之無線網路。
本發明之原理係以一硬體、韌體及軟體之組合實施。而且，該軟體較佳作為一切實體現在一程式儲存單元或電腦可讀媒體之應用程式而被實施。該應用程式可被上傳至一包括任何合適結構之機器且被該機器執行。較佳的是，該機器在一具有硬體諸如一或多個中央處理單元(CPU)、一記憶體及輸入/輸出介面之電腦平台上被實施。該電腦平台亦可包含一作業系統及微指令代碼。本文描述之該等不同過程及函數可為微指令代碼之一部分或該應用程式之一部分，或其等之任意組合，該等過程及函數可藉由一CPU而執行，無論此電腦或處理器是否被明確顯示。此外，其他各種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。
先前之詳細描述已闡述本發明可採取之許多形式中之一些。希望先前之詳細描述被理解為本發明可採取之被選擇形式之一說明且不被作為本發明之定義之一限制。僅僅是該等請求項包含所有打算定義本發明之範圍之等效物。
110-A--F、210-A--F、510-A--F．．．節點
圖1是一網狀WiMedia WPAN之示意圖。
圖2A、2B、2C及2D是有助於顯示現有發現協定之操作之網路之示意圖。
圖3是一描述該路由發現方法之流程圖，該方法係根據本發明之一實施例而實施。
圖4是一描述計算一路由價格之步驟之流程圖，該步驟係根據本發明之一實施例而實施。
圖5A、5B、5C、5D、5E、5F及5G是有助於顯示該發現協定之操作之網路之示意圖，該等網路係根據本發明之一實施例而實施。
(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由的方法(300)，其包括：在由該源節點與該目的節點之間之一中間節點接收一路由請求(RREQ)之後，即在該RREQ中保存至少該中間節點之識別(ID)數量及該RREQ被接收之一鏈結之一傳輸頻道速率(S320)；計算一新路由價格(S330)；確定該新路由價格是否大於一包含在該被接收之RREQ中之一價格(S340)；當該新路由價格大於在該被接收之RREQ中之路由價格時，更新該被接收之RREQ以包含該新路由價格(S350)；及遞送該被更新之RREQ至該中間節點之一或多個鄰居(S370)，其中計算該路由價格進一步包括：取得該被接收之RREQ傳輸通過之一路由(S410)；獲得被沿該路由之鏈結使用之該等傳輸頻道速率，其中每一個鏈結係在傳輸RREQ之一節點與接收RREQ之一節點之間(S420)；計算每一個鏈結之一有效傳輸頻道速率(S430)；建立一鏈結清單(S450)；及對在該鏈結清單中之所有鏈結之該等有效傳輸頻道速率之該等倒數(reciprocals)求和(S460)。
  2. 如請求項1之方法，進一步包括確定是否存在被快取於 該中間節點中(S360)之一或多個RREQ；在該一個或多個被快取之RREQ、該被更新之RREQ及該被接收之RREQ中找出具有一最小路由價格之一RREQ(S365)；及遞送被確定具有該最小路由價格之該RREQ至該中間節點之一或多個鄰居(S370)。
  3. 如請求項1之方法，其中該路由價格是一路由中之鏈結被計算之有效傳輸頻道速率之一倒數和。
  4. 如請求項1之方法，其中該鏈結清單包含所有鏈結，該等所有鏈結具有被指定在一最後節點鄰居清單中之至少一個端節點或係該中間節點之一鄰居之至少一個端節點。
  5. 如請求項4之方法，其中該最後節點鄰居清單包含該路由上之節點，該等節點係傳輸該被接收之RREQ至該中間節點之一節點之鄰居。
  6. 如請求項5之方法，進一步包括建立該最後節點鄰居清單以包含該路由上之節點，該等節點亦係該中間節點之鄰居(S440)；及保存在該被接收之RREQ中之該被更新之最後節點鄰居清單。
  7. 如請求項4之方法，其中該最後節點鄰居清單、傳輸頻道速率及該RREQ傳輸通過之該路由被保留在該RREQ中。
  8. 如請求項1之方法，其中一鏈結之該有效傳輸頻道速率係藉由一資料封包之一有效負載大小除以經由該鏈結完成一資料封包之傳輸所需之一時間而計算。
  9. 如請求項8之方法，其中用於完成一資料封包之傳輸之該時間等於一資料訊框之至少傳輸時間(Tdata )、認可訊框(Tack )及在認可訊框與資料訊框之間之訊框間間隔(Tifs )之一總和。
  10. 如請求項9之方法，其中該傳輸時間Tdata 係由下式計算：，其中T preamble 係該訊框之一前置碼之一傳輸時間；H p 係一訊框標頭之一大小；P係一有效負載之一大小；及R C 係該鏈結之該傳輸頻道速率。
  11. 如請求項2之方法，其中在該源節點與該目的節點之間之該路由被選擇作為被該RREQ通過之該路由，該RREQ在該目的節點接收之所有RREQ中具有最小路由價格。
  12. 如請求項11之方法，進一步包括由該目的節點產生一路由回應(RREP)；及在該被選擇之路由上發送該RREP至該源節點。
  13. 一種具有儲存於其上之電腦可執行程式碼的電腦可讀媒體，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)之網路中發現介於一源節點與一目的節點之間之一路由之步驟，其包括：在由該源節點與該目的節點之間之一中間節點接收一路由請求(RREQ)之後，即在該RREQ中保存至少該中間節點之該識別(ID)數量及該RREQ被接收(S320)之一鏈結之一傳輸頻道速率；計算一新路由價格(S330)；確定該新路由價格是否大於包含在該被接收之RREQ 中之一價格(S340)；當該新路由價格大於在該被接收之RREQ中之路由價格時，更新該被接收之RREQ以包含該新路由價格(S350)；及遞送該被更新之RREQ至該中間節點之一或多個鄰居(S370)，其中計算該路由價格進一步包括：取得該被接收之RREQ傳輸通過之一路由(S410)；獲得被沿該路由之鏈結使用之該等傳輸頻道速率，其中每一個鏈結係在傳輸RREQ之一節點與接收RREQ之一節點之間(S420)；計算每一個鏈結之一有效傳輸頻道速率(S430)；建立一鏈結清單(S450)；及對在該鏈結清單中之所有鏈結之該等有效傳輸頻道速率之該等倒數求和(S460)。
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