用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由的鏈路自適應(yīng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2012年9月28日提交的臨時(shí)專利申請序號61/707366的權(quán)益，通過 引用將其公開完整地結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開設(shè)及無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，W及更具體地，設(shè)及用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由 的鏈路自適應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 智能電話的普及的爆發(fā)性增長暴露了當(dāng)前蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的容量限制。移動裝置上 的帶寬需求多媒體和社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的增加使用進(jìn)一步加劇此問題。為了應(yīng)對無線數(shù)據(jù)通信 量的指數(shù)增長，可預(yù)計(jì)地，將來會需要接入節(jié)點(diǎn)的大體上更密集的部署。該種密集部署可通 過采用具有降低的信號占用面積的"較小"或低功率基站的更為密集的混合逐漸擴(kuò)增現(xiàn)有 基站來實(shí)現(xiàn)。
[0005] 顯然，接入節(jié)點(diǎn)的極密集部署的可行性是基于能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)單獨(dú)接入節(jié)點(diǎn) 提供高數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)幕爻叹W(wǎng)絡(luò)的存在來預(yù)測。從最大化容量的觀點(diǎn)來看，基于光纖的回 程解決方案可能是最合意的方案并且最適合于新的構(gòu)造。但是，在現(xiàn)有大樓和基礎(chǔ)設(shè)施中， 新光纖到極密集網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)接入節(jié)點(diǎn)的安裝的成本能夠高得驚人。
[0006] 對基于光纖的回程解決方案的備選方案是無線自回程解決方案，其中相同接入頻 譜用來提供傳輸。預(yù)期大量帶寬在有可能部署未來無線系統(tǒng)的高頻帶（例如毫米波（MMW) 頻帶）中是可用的。另外，該些未來無線系統(tǒng)因關(guān)聯(lián)的降低的無線電波長而具有高程度的 空間再使用的潛力。大量可用帶寬和高程度的空間再使用都激發(fā)自回程方法。無線自回程 方法的簡潔性W及大體上降低部署成本的潛力也使無線自回程方法極具吸引力。
[0007] 如圖1所例示，在無線自回程方法中，接入節(jié)點(diǎn)（AN)向指配給該接入節(jié)點(diǎn)的在其 附近的用戶設(shè)備裝置扣巧提供網(wǎng)絡(luò)訪問W及對相鄰接入節(jié)點(diǎn)的傳輸。對于傳輸，接入節(jié)點(diǎn) 作為中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，W便向和/或從聚合節(jié)點(diǎn)路由數(shù)據(jù)。一組自回程接入節(jié)點(diǎn)能夠形 成無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中接入節(jié)點(diǎn)可能經(jīng)過多"跳"向W及從聚合節(jié)點(diǎn)協(xié)作地路由彼此的通信 量。聚合節(jié)點(diǎn)將無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接到較大網(wǎng)絡(luò)（例如關(guān)聯(lián)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核屯、網(wǎng)絡(luò)）。
[000引 自回程不僅消除了安裝附加導(dǎo)線/光纖的需要W及因此大體上降低部署成本，自 回程還向用戶或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供極大的靈活性W在存在未滿足的通信量需求的任何位置 部署接入節(jié)點(diǎn)。甚至在有線（基于光纖或銅的）回程是可用的情況下，自回程仍然能夠用 作退路或多樣化解決方案，W增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。然而，為了使自回程解決方案能夠成為有 線回程的可接受替代品，必須設(shè)計(jì)用于通過多跳路由將信息從無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)傳遞到無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有效機(jī)制，W確保數(shù)據(jù)吞吐量和等待時(shí)間 方面的充分端對端性能。
[0009] 通過由自回程接入節(jié)點(diǎn)所形成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)無線地傳輸信息要求路由算法 與路由度量的結(jié)合使用，w選擇應(yīng)當(dāng)使用具有一跳或多跳的所有可能路由之中的哪一 個(gè)路由。該些候選路由的每個(gè)由任意但有限數(shù)量的無線鏈路或跳組成。常見路由算 法包括Bellman-Ford算法和Dijkstra算法，如D.P.Bertsekas和R.G.Gallager的 "DataNetworks" (2ndEdition,Prentice化11，1992)中所述。在產(chǎn)生最佳路由度量值的 意義上，該些算法典型地在從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的所有可能路徑之中查找最短路徑（或路 由）。一旦識別到合意的路由，在入口節(jié)點(diǎn)（例如聚合節(jié)點(diǎn)或者用于無線網(wǎng)狀回程網(wǎng)絡(luò)的 肥）處的適當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率能夠從而被設(shè)置。
[0010] 為了應(yīng)對無線信道的動態(tài)變化性質(zhì)，各接入節(jié)點(diǎn)典型地支持從調(diào)制和編碼方案 (MC巧的不同可能的組合的集合所導(dǎo)出的大范圍的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了實(shí)現(xiàn)高吞吐量性能， 適當(dāng)?shù)腗CS需要由各接入節(jié)點(diǎn)根據(jù)其信道條件來為各鏈路自適應(yīng)地選擇。該種自適應(yīng)MCS 選擇過程通常稱作鏈路自適應(yīng)。
[0011] 傳統(tǒng)鏈路自適應(yīng)技術(shù)聚焦于單個(gè)通信鏈路及其關(guān)聯(lián)鏈路質(zhì)量度量。在E.Yang 等人的"AnEnhancedLinkAdaptationStrategyforIEEE802.llWirelessA.d HocNetworks" (Proc.InternationalConferenceonWirelessCommunications， NetworkingandMobileComputing(WiCom),第 1672-1676 頁，2007 年 9 月）、 S.Narayanan等人的"Ontheadvantagesofmulti-hopextensionstotheIEEE 802.Illinfrastruc1:uremode" (Proc.WCNC2005，第 132-138 頁，200巧、W.S.Conner等 人的"IEEE802.11sTutorial-OverviewoftheAmendmentforWirelessLocalArea MeshNetworking" (2006 年 11 月）、G.R.Hiettz等人的"I邸E802. 11s:TheWLANMesh Standard"(I邸EWirelessCommunications,第104-111 頁，2010年2月）W及G.Holland 等人的"ARate-AdaptiveProtocolforMulti-hopWirelessNetworks" (Proc.ACM MOBICOM01,2001)中描述為多跳無線網(wǎng)絡(luò)所提出的一些現(xiàn)有鏈路自適應(yīng)技術(shù)。諸如上面 提到的那些、為多跳無線網(wǎng)絡(luò)所提出的現(xiàn)有鏈路自適應(yīng)策略，基本上再使用設(shè)計(jì)用于單個(gè) 通信鏈路的相同技術(shù)。具體來說，路由上的各接入節(jié)點(diǎn)選擇最大化接入節(jié)點(diǎn)所設(shè)及的單 獨(dú)無線鏈路的數(shù)據(jù)吞吐量的MCS。因此，由于該些鏈路之間的信道和干擾條件的差異而 可為給定路由的不同無線鏈路來選擇支持不同數(shù)據(jù)速率的MCS，如S.Narayanan等人的 "Ontheadvantagesofmulti-hopextensionstotheIEEE802.Illinfrastructure mode，，（Proc.WCNC2005,第 132-138 頁，2005)W及G.Holland等人的"ARate-Adaptive ProtocolforMulti-hopWirelessNetworks"(P;roc.ACMMOBICOM01,2001)中所述。該 因在那些傳出數(shù)據(jù)速率小于其相應(yīng)傳入數(shù)據(jù)速率的接入節(jié)點(diǎn)處的緩沖器溢出而會導(dǎo)致信 息包丟失。對該個(gè)問題的當(dāng)前解決方案依靠上層（例如傳輸控制協(xié)議（TCP))的流量控制 和擁塞控制，W便在接收網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的緩沖器裝滿時(shí)使傳輸速率退避，如W.S.Conner等人 的"IEEE802.11sTutorial-OverviewoftheAmendmentforWirelessLocalArea MeshNetworking" (2006 年 11 月）和G.R.Hiertx等人的"I邸E802. 11s:TheWLANMesh Standard" (I邸EWirelessCommunications,第 104-111 頁，2010 年 2 月）中所述。該對 多跳自回程解決方案而言尤其昂貴，因?yàn)槿魏蝸G失信息包可能已經(jīng)越過數(shù)跳，并且因而能 夠?qū)е聼o線網(wǎng)絡(luò)中的高等待時(shí)間和不必要的信令開銷。
[0012] 除了跨不同跳的潛在傳輸速率失配之外，多跳設(shè)定中的單跳鏈路自適應(yīng)技術(shù)的使 用極少地計(jì)及來自鏈路自適應(yīng)的路由的相鄰鏈路的潛在跳間干擾。該能夠引起不正確MCS 選擇，其過度估計(jì)每跳中的可行傳輸速率，其反過來導(dǎo)致通過上層協(xié)議的傳輸速率再調(diào)整 中的附加延遲。此外，導(dǎo)致在鏈路的一些中的過高吞吐量的、無線電資源的不謹(jǐn)慎利用（在 例如發(fā)射功率、帶寬等方面），也能夠造成對無線網(wǎng)絡(luò)中的其他鏈路或路由的不必要的高干 擾。
[0013] 根據(jù)W上論述，期望用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。另外，存 在對計(jì)及干擾的、用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由的鏈路自適應(yīng)技術(shù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 公開用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由的鏈路自適應(yīng)的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例 中，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)包括經(jīng)過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由中的許多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中路由中的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)包括起始網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、結(jié)束網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置成基于指 示經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的、從結(jié)束網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到起始網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的路由的試探瓶頸信 息流動速率的信息的向后傳播，來確定路由的瓶頸信息流動速率。確定小于或等于路由的 瓶頸信息流動速率的、路由的目標(biāo)信息流動速率?；谥甘緛碜云鹗季W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的路由的目 標(biāo)信息流動速率的信息的向前傳播，對于路由中除了結(jié)束網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之外的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每個(gè) 來確定調(diào)制和編碼方案（MC巧W及，在一些實(shí)施例中，確定傳輸模式。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由中的中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括；無線電子系 統(tǒng)，其中包括發(fā)射器和接收器；W及處理子系統(tǒng)。處理子系統(tǒng)配置成經(jīng)由無線電子系統(tǒng)從經(jīng) 過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的下游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收指示由路由的下游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所 確定的一個(gè)或多個(gè)試探瓶頸信息流動速率的信息。處理子系統(tǒng)還配置成基于由路由的下游 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所確定的一個(gè)或多個(gè)試探瓶頸信息流動速率來確定路由的一個(gè)或多個(gè)新試探瓶 頸信息流動速率。處理子系統(tǒng)還配置成經(jīng)由無線電子系統(tǒng)向經(jīng)過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由中的 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的上游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳送指示路由的一個(gè)或多個(gè)新試探瓶頸信息流動速率的信息。此 后，處理子系統(tǒng)配置成經(jīng)由無線電子系統(tǒng)從上游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收指示從上游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射 器到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收器的無線鏈路的目標(biāo)信息流動速率的信息。處理子系統(tǒng)還配置成為網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無線電子系統(tǒng)的發(fā)射器選擇MCSW及，在一些實(shí)施例中，選擇傳輸模式，W供在無 線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的路由上傳送信息時(shí)使用，其產(chǎn)生大于或等于從上游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所接收的目標(biāo) 信息流動速率的最低信息流動速率。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，處理子系統(tǒng)還配置成經(jīng)由無線電子系統(tǒng)向下游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳送指 示從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射器到下游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收器的無線鏈路的目標(biāo)信息流動速率的信息。 在一個(gè)實(shí)施例中，從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射器到下游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收器的無線鏈路的目標(biāo)信息流 動速率小于或等于從自上游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射器到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的