專利名稱：用于動(dòng)態(tài)度量和無(wú)線hello協(xié)議的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，更具體地，涉及無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(mesh network)中使用的動(dòng)態(tài)度量和無(wú)線hello協(xié)議的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著最近在計(jì)算機(jī)和無(wú)線通信中的技術(shù)進(jìn)步，移動(dòng)無(wú)線計(jì)算已經(jīng)被越來(lái)越廣泛地使用和應(yīng)用。由于不受導(dǎo)線的限制，具有移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的用戶可以方便地自由移動(dòng)，并且在沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施的情況下會(huì)經(jīng)常需要相互通信。在這種情況下，他們可以形成移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(MANET :mobile ad hoc network)或移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線移動(dòng)路由器(及相關(guān)聯(lián)主機(jī))的自治系統(tǒng)，其可以隨意移動(dòng)并且將它們自己重組為沒有任何基本的基干和基礎(chǔ)設(shè)施的任意網(wǎng)絡(luò)。除了移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)之外，最近還出現(xiàn)了固定無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的有意思的商業(yè)應(yīng)用。這種商業(yè)應(yīng)用的一個(gè)示例是“社區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)”，其用于向以前不能進(jìn)行寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入的社區(qū)提供這種接入。在這些固定的“社區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)”中，網(wǎng)絡(luò)中的各無(wú)線路由器不僅為關(guān)聯(lián)的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入，而且也是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分并且可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到其目的地。路由的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)高度靈活并且具有固有容錯(cuò)能力。其簡(jiǎn)化了視線問(wèn)題并且利用最小量的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和互連成本而擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的到達(dá)和覆蓋范圍。還存在混合無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中一些網(wǎng)狀路由器是移動(dòng)的，而其他路由器不是移動(dòng)的。在任何情況下(無(wú)論是移動(dòng)的、固定的、還是混合的)，無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)都具有一些顯著的特性，例如高度動(dòng)態(tài)、自治、對(duì)等、多跳、常常有限的帶寬以及計(jì)算能力等等。無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)高度動(dòng)態(tài)的原因有兩個(gè)第一，路由器本身可以移動(dòng)(例如，位于移動(dòng)或混合無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中)，導(dǎo)致快速的拓?fù)涓淖?。第二，即使路由器本身不移?dòng)(例如，位于固定的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中)，無(wú)線鏈路質(zhì)量由于干擾、地理和環(huán)境因素等也會(huì)非常快速地變化。為有線基礎(chǔ)設(shè)施而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)路由協(xié)議(例如，0SPF、RIP)不能處理這種快速變化。另一方面，許多自組織路由協(xié)議(例如，A0DV)缺少靈活地適應(yīng)無(wú)線鏈路質(zhì)量變化的能力。路由協(xié)議在傳統(tǒng)上集中于尋找具有最少跳數(shù)的路徑。然而，這種路徑會(huì)包括緩慢的或有損耗的鏈路，從而導(dǎo)致較差的吞吐量。這些有損耗的鏈路差到足以削弱包轉(zhuǎn)發(fā)性能， 但是還沒有差到防礙路由協(xié)議使用這些鏈路來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了用于無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)度量和無(wú)線hello協(xié)議的方法和系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法包括確定包(packet)經(jīng)過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由(route) 0估計(jì)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間傳送所述包所需的第一時(shí)間段。將所述第一時(shí)間段標(biāo)準(zhǔn)化以生成標(biāo)準(zhǔn)化值。利用所述標(biāo)準(zhǔn)化值來(lái)計(jì)算路徑?，F(xiàn)在來(lái)參照附圖對(duì)包括實(shí)現(xiàn)的各種新穎細(xì)節(jié)和要素的組合的上述和其他優(yōu)選特征進(jìn)行更具體的描述，并在權(quán)利要求中指出。可以理解此處描述的具體方法和系統(tǒng)僅通過(guò)例示的方式示出而不是作為限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以在各種大量的實(shí)施方式中采用此處描述的原理和特征。


被包括進(jìn)來(lái)作為本說(shuō)明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式， 并且與上面給出的一般描述和下面給出的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述一起，用于解釋和教導(dǎo)本發(fā)明的原理。圖1是示出了建議用于本發(fā)明中的期望傳輸時(shí)間(ETT)的絕對(duì)值和標(biāo)準(zhǔn)化ETT值 (路由度量)之間的關(guān)系的圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線he 1 Io包狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性無(wú)線hello包300 ；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性信息包400 ；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的值字段的七個(gè)信息代碼點(diǎn)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性單向鄰居請(qǐng)求(1-way NeighborRequest)包 600 ；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性雙向鄰居應(yīng)答0-way NeighborReply)包 700 ；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性初始鄰居請(qǐng)求(Initial NeighborRequest)包 800 ；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性估計(jì)傳輸計(jì)數(shù)(ETX)信息包 900 ；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于測(cè)量到相鄰節(jié)點(diǎn)的一對(duì)背對(duì)背單播探針(unicast probe)之間的延遲的示例性小型包1000 ；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于測(cè)量到相鄰節(jié)點(diǎn)的一對(duì)背對(duì)背單播探針之間的延遲的示例性大型包1100 ；以及圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的包含鄰居包對(duì)(PacketPair)信息和包對(duì)序號(hào)在內(nèi)的示例性信息包1200。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中用于動(dòng)態(tài)度量和無(wú)線hello協(xié)議的方法和系統(tǒng)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括。在下面的描述中，出于解釋的目的，對(duì)特定術(shù)語(yǔ)進(jìn)行闡述以提供對(duì)此處公開的各種發(fā)明原理的全面理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，可以不需要這些特定的細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)施此處公開的各種發(fā)明原理。下面的詳細(xì)描述的一些部分將從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面來(lái)給出。這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的描述和表示是無(wú)線聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)人員所使用的手段，以將他們的工作的實(shí)質(zhì)最有效地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在此一般被理解為用于在使用無(wú)線電波作為其載波的兩個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行通信的系統(tǒng)。通常，盡管不是必須的，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間交換的信息采用包的形式。此外，出于共用的原因，包的成分被稱為位、值、要素、符號(hào)、字符、詞條、
數(shù)字等等。然而，應(yīng)當(dāng)記住，所有這些術(shù)語(yǔ)和相似術(shù)語(yǔ)都與合適的物理量相關(guān)聯(lián)，并且僅是應(yīng)用于這些量的方便標(biāo)簽。除非特別規(guī)定或者從下面的討論中顯而易見，應(yīng)理解在整個(gè)說(shuō)明書中，使用了諸如“路由器”或“無(wú)線電”或“頻率”或“信道”或“主干”或“包”或“通信”等等這些術(shù)語(yǔ)的討論，是指網(wǎng)絡(luò)或類似通信系統(tǒng)的部件、動(dòng)作和過(guò)程，所述網(wǎng)絡(luò)或類似通信系統(tǒng)將表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器或其他這種信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的物理 (電子)量的數(shù)據(jù)從一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送到另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行此處操作的裝置?？梢詫⒃撗b置專門構(gòu)造為用于要求的目的，或者它可以包括由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)程序來(lái)選擇性地啟動(dòng)或重新配置的通用計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如是，但不限于，包括軟盤、光盤、CD-ROM和磁光盤的任意類型的盤，只讀存儲(chǔ)器，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，EPROM, EEPR0M，磁卡或光卡，或適于存儲(chǔ)電子指令的任意類型的介質(zhì)，并且各介質(zhì)被連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線。此處介紹的方法并非固有地與任何特定的計(jì)算機(jī)或其他裝置相關(guān)。各種通用系統(tǒng)可以根據(jù)此處的教導(dǎo)與程序一起使用，或者它便于構(gòu)造更專業(yè)的裝置來(lái)執(zhí)行所要求的方法步驟。根據(jù)下面的描述中將清楚各種這些系統(tǒng)所需要的結(jié)構(gòu)。此外，未參照任何特定的編程語(yǔ)言來(lái)描述本發(fā)明?？梢岳斫?，各種編程語(yǔ)言可以用于實(shí)現(xiàn)此處描述的本發(fā)明的教導(dǎo)。提議了兩種鏈路質(zhì)量參數(shù)以用作路由度量，其也可以用于計(jì)算用于在無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送包的路由路徑。第一鏈路質(zhì)量參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)化的期望傳輸時(shí)間(“標(biāo)準(zhǔn)化ETT”)。期望傳輸時(shí)間通過(guò)回歸分析被“標(biāo)準(zhǔn)化”，從而減少了絕對(duì)ETT值的變動(dòng)性(volatility)。第二參數(shù)是組合加權(quán)鏈路度量，其中每跳丟失率和鏈路吞吐量的影響被疊加以更進(jìn)一步地減少度量變動(dòng)性。提供了無(wú)線hello協(xié)議，其與自適應(yīng)無(wú)線路由(“AWR adaptive wireless routing")協(xié)議棧相結(jié)合。無(wú)線hello協(xié)議(“WHP”)被配置為在不可靠網(wǎng)絡(luò)中工作，并且便于進(jìn)行例如動(dòng)態(tài)度量計(jì)算、度量報(bào)告和鄰居鄰接維護(hù)的功能。大多數(shù)現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議選擇最小跳數(shù)路徑。這些路徑趨于包含其中需要以最低傳輸速率來(lái)傳輸包的較長(zhǎng)距離鏈路?，F(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)考慮了無(wú)線鏈路上的丟包的影響，并且使用期望傳輸計(jì)數(shù)度量(ETX :expected transmission count metric)，以在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上找到高吞吐量路徑。具有較高丟失率的鏈路需要更多的重傳以成功地傳送包并具有更高的ETX值。Draves 等人的另一個(gè)現(xiàn)有系統(tǒng)利用具有不同傳輸速率的無(wú)線節(jié)點(diǎn)多無(wú)線電和多信道。他們介紹了期望傳輸時(shí)間(ETT =Expected Transmission Time)的參數(shù)，并且解釋了該參數(shù)的值是鏈路的丟失率和帶寬的函數(shù)。他們還提出了另一種路由度量，即，加權(quán)累積ETT (WCETT =Weighted Cumulative ETT)，來(lái)考慮流內(nèi)干擾(由包傳輸所消耗的沿路由路徑的鏈路的帶寬)。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了用于無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議的兩種路由度量。所提出的路由度量不會(huì)引起頻繁的路徑改變，確保了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。第二，路由度量獲取網(wǎng)狀
5網(wǎng)絡(luò)的特性，確保了路由路徑具有良好性能(即，高的吞吐量和低的包延遲)。第三，高效的算法可以用于基于路由度量來(lái)計(jì)算路由路徑。路由穩(wěn)定件路由度量可以是載荷敏感的或是拓?fù)湎嚓P(guān)的。在載荷敏感度量下，路由可以在數(shù)據(jù)包在路由器處到達(dá)或離開時(shí)頻繁地變化。另一方面，拓?fù)湎嚓P(guān)的度量基于路徑的拓?fù)涠峙渎酚陕窂?。因此，拓?fù)湎嚓P(guān)的度量通常更穩(wěn)定。良好件能路徑為了確保能夠高效地利用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的資源，由路由協(xié)議選擇的路由路徑在高吞吐量和低包延遲方面具有良好的性能。至少有四個(gè)影響路徑性能的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)特性路徑長(zhǎng)度、 鏈路容量、丟包率和干擾。下面我們對(duì)各個(gè)特性進(jìn)行討論。路徑長(zhǎng)度各個(gè)跳引入額外的延遲和潛在更多的丟包。因此，當(dāng)路由路徑長(zhǎng)度增加時(shí)當(dāng)前的路由度量也會(huì)增加。鏈路容量通常，隨著兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離增加，信道質(zhì)量劣化。由于IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)提供了傳輸速率根據(jù)信道質(zhì)量而作適應(yīng)性變化，鏈路容量隨著節(jié)點(diǎn)之間的距離增加而減小。因此，雖然路徑長(zhǎng)度的效果似乎支持具有較小跳數(shù)的路徑，但是距離和鏈路容量之間的關(guān)系通過(guò)支持具有較大跳數(shù)的路徑而不是具有較高容量的鏈路來(lái)抵消了這種效果。包傳輸速率與節(jié)點(diǎn)之間的距離相關(guān)，如下所示
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法包括以下步驟在網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)處接收來(lái)自相鄰節(jié)點(diǎn)的初始化消息；創(chuàng)建所述相鄰節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中所述鄰居數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括狀態(tài)字段；將所述狀態(tài)字段改變?yōu)槌跏蓟癄顟B(tài)；向所述相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答消息，所述應(yīng)答消息包括與所述相鄰節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的單向鄰居請(qǐng)求信息；將所述狀態(tài)字段改變?yōu)橹甘締蜗蛲ㄐ牛?接收來(lái)自所述相鄰節(jié)點(diǎn)的第二初始化消息；以及將所述狀態(tài)字段改變?yōu)橹甘倦p向通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟 處理從所述相鄰節(jié)點(diǎn)接收到的路由更新。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟在所述網(wǎng)絡(luò)中的所述第一節(jié)點(diǎn)處從所述相鄰節(jié)點(diǎn)接收到所述初始化消息之后，進(jìn)行檢查以確定是否已創(chuàng)建了所述相鄰節(jié)點(diǎn)的鄰居數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
4.一種方法，該方法包括以下步驟網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)在預(yù)定時(shí)幀內(nèi)從相鄰節(jié)點(diǎn)接收hello包；針對(duì)所述相鄰節(jié)點(diǎn)設(shè)定定時(shí)器；所述定時(shí)器在經(jīng)過(guò)了預(yù)定時(shí)間段之后期滿；將所述相鄰節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)字段改變?yōu)橹甘就Ｓ脿顟B(tài)；以及清除與所述相鄰節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
5.一種方法，該方法包括以下步驟使用包含期望傳輸計(jì)數(shù)值的包，所述期望傳輸計(jì)數(shù)值包括當(dāng)前傳輸序號(hào)、當(dāng)前接收序號(hào)和當(dāng)前前向傳送率；以及對(duì)于各個(gè)新的期望傳輸計(jì)數(shù)值遞增所述當(dāng)前傳輸序號(hào)。
6.一種方法，該方法包括以下步驟 對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)分配定時(shí)器；當(dāng)所述定時(shí)器計(jì)時(shí)期滿時(shí)向所述相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化包對(duì)； 所述初始化包對(duì)包括小型包和大型包；所述小型包和所述大型包包含循環(huán)序號(hào)，確定所述相鄰節(jié)點(diǎn)處何時(shí)接收到所述小型包，并設(shè)定第二定時(shí)器；確定所述相鄰節(jié)點(diǎn)處何時(shí)接收到所述大型包；以及計(jì)算所述小型包和所述大型包的接收之間的延遲。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中當(dāng)在所述大型包之前未接收到所述小型包時(shí)，忽略所述大型包。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，該方法還包括以下步驟 利用所計(jì)算的延遲來(lái)確定鏈路帶寬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括以下步驟 發(fā)送所述序號(hào)和所測(cè)量的帶寬。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)度量和無(wú)線hello協(xié)議的方法和系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法包括確定包經(jīng)過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由。估計(jì)所述網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間傳送所述包所需的第一時(shí)間段。將所述第一時(shí)間段標(biāo)準(zhǔn)化以生成標(biāo)準(zhǔn)化值。利用所述標(biāo)準(zhǔn)化值來(lái)計(jì)算路由。
文檔編號(hào)H04W40/14GK102256328SQ20111013870
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者趙福勇, 陳松青 申請(qǐng)人:阿魯巴網(wǎng)絡(luò)開曼公司