CN101208909A - 无线自组网络上的传输功率控制 - Google Patents

无线自组网络上的传输功率控制 Download PDF

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CN101208909A CNA2006800231616A CN200680023161A CN101208909A CN 101208909 A CN101208909 A CN 101208909A CN A2006800231616 A CNA2006800231616 A CN A2006800231616A CN 200680023161 A CN200680023161 A CN 200680023161A CN 101208909 A CN101208909 A CN 101208909A
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Abstract

本发明提供一种控制无线自组网络上节点传输功率的方法，该网络包括多个发送方节点、中间节点和接收方节点。最初，设置节点的传输功率级别(102)。然后，通过发出一个全局信号，该节点与其邻近节点交换信息(104)。在交换信息之后，该节点识别传输功率级别的节点覆盖(106)。接着，该节点确定一个有效传输功率(ETP)(108)。最后，使用ETP来形成一个虚拟群集(110)。

Description

无线自组网络上的传输功率控制
技术领域
[0001]本发明通常涉及无线通信，特别涉及无线自组网络(ad-hoc network)上的传输功率控制。
背景技术
[0002]在移动节点之间的无线通信已经变得日益流行。本质上，有两种技术用于连接无线网络内的节点。第一种技术使用现有的蜂窝网络，其实际是转发器系统，其中发射或始发节点接通一个转发器，然后转发器再次传输信号以便于在目标节点上接收。蜂窝系统的明显缺点包括庞大的基础设施成本和地理限制。由于庞大的基础设施成本，在所有区域布置蜂窝网络是不切实际的。而且，在紧急情况下，如地震、火灾或电力中断，蜂窝网络可能在最需要的地区不能正常工作。
[0003]第二种连接节点的技术是在有限地理区域范围内的所有用户中形成一个无线自组网络。无线自组网络通常包括一群移动节点，它们使用射频链接相互进行通信。这些节点通过共享频谱进行通信，并以分布方式访问媒体。每个参加自组网络的用户应该能够并且愿意转发数据信息包，并参与确定信息包是否从始发源发送到最终目的地。无线自组网络相比蜂窝网络有许多优点。首先，无线自组网络更稳健，因为它不依赖于单个节点，而且有许多重复的容错节点，其中每个节点可以替换或扩充其最邻近的节点。另外，自组网络可以实时改变位置和形状。
[0004]许多无线自组网络系统支持分布式基于竞争的信道访问协议(在此协议中，每个节点竞争访问信道以执行数据传输)和分布式基于预约的信道访问协议(在此协议中，每个节点预约时隙访问信道以执行数据传输)。例如，在多频带正交频分复用(OFDM)联盟(MBOA)的MAC(媒体访问控制)规范里，使用一个优先信道访问(PCA)作为基于竞争的信道访问协议。在PCA内，节点利用请求发送(RTS)和消除发送(CTS)控制信号来访问媒体。不同于PCA，一种被称为分布式预留协议(DRP)的分布式时隙预留MAC机制，被使用作为基于预约的信道访问协议。使用DRP，最初时间被分割成超帧(Superframe)。超帧再被分割成许多时隙。头几个时隙被用作为一个信标周期(beacon period)，而其它时隙被用作为一个数据周期(data period)。结果，在分布式基于预约的信道访问协议里，网络内的每个节点在信标周期内发出一个信标，宣布时隙预留。从而可以避免冲突。
[0005]由于自组节点在有限电池功率上运作，能量效率是主要问题之一。传输功率控制(TPC)是节省能量的一种重要途径。如在此使用的，术语“TPC”是指节点之间传输信息包的功率控制。另外，如果许多节点拥挤在一个小区域内，它们的通信范围相互重叠。由于范围重叠，在给定时间上仅有小部分节点可以通信。结果，导致网络堵塞。所以，需要开发一种TPC机制，其可以通过群集网络缩小一些节点的通信范围，从而减少相互间的干扰，并提高空间再利用，进而提高频谱效率和网络吞吐量。
[0006]尽管许多TPC群集机制已经被提议用于无线自组网络，但许多机制主要关注基于竞争的信道访问协议，而不是基于预约的信道访问协议。所以，有需要开发一种TPC群集机制，其能够支持这两种信道访问协议，即基于竞争的信道访问协议和基于预约的信道访问协议。
发明概述
[0007]本发明提供一种新的分布式功率控制机制，其支持分布式竞争信道访问协议和分布式预留信道访问协议。为了提高空间再例用，在整个网络里形成虚拟群集(virtual cluster)。如在此使用的，术语“虚拟(virtual)”表示没有限定的群集。如在此使用的，术语“虚拟群集(virtual cluster)”意味着当在一个组内的所有节点不在另一个组内任何节点的传输范围内时动态形成群集。
[0008]由于分布式机制比集中式机制更稳健，且更容易安装，每个群集都没有中央控制单元。相反，基于某些条件，所有节点保留不同的有效传输功率(ETP)。如在此使用的，术语“ETP”是指一个发送方节点的约束传输功率级别。通过降低ETP的强度，可以减少在节点之间的干扰。结果，当两个节点在ETP上发送信号或数据而不能接收到对方信息时，它们可以同时传输或接收数据。
[0009]一方面，本发明提供一种控制无线自组网络上的节点传输功率的方法，网络包括多个发送方节点、中间节点和接收方节点。最初，设置节点的传输功率级别。然后，通过发出一个全局信号(global signal)，节点与其邻近节点交换信息。在交换信息之后，节点识别传输功率级别的节点覆盖范围。然后，节点确定一个ETP。最后，ETP被用来形成一个虚拟群集。
附图说明
[0010]图1显示在无线自组网络上控制传输功率的主要步骤的流程图；
[0011]图2显示所有节点使用最大传输功率时的传输范围。
[0012]图3a-3c显示所有节点降低传输功率到ETP时的传输范围。
[0013]图4显示传输功率级别设置步骤的流程图，即图1的步骤102。
[0014]图5显示在邻近节点之间交换信息步骤的流程图，即图1的步骤104。
[0015]图6显示确定每个传输功率级别的节点覆盖范围的步骤流程图，即图1的步骤106。
[0016]图7显示一个节点的每个传输功率级别的典型节点覆盖范围。
[0017]图8显示确定ETP的步骤的流程图，即图1的步骤108。
[0018]图9和10显示使用分布式竞争信道访问协议利用ETP形成虚拟群集的步骤流程图，即图1的步骤110。
[0019]图11和12显示使用分布式预留信道访问协议利用ETP形成虚拟群集的步骤流程图，即图1的步骤110。
具体实施例详述
[0020]现详细参考本发明的某些实施例，在以下描述里也将提供其中的一些例子。本发明的典型实施例将被详细描述，尽管对相关领域那些有经验的技术人员是显而易见的，有些特征对理解实施例并不是特别重要的，为了脉络清晰可以不作显示。
[0021]而且，应该理解，本发明不限于以下描述的实施例，本领域技术人员可以在不偏移本发明的精神和范围内对其作出各种变化和修改。例如，不同所示实施例的要素和/或特征在本披露和附加权利要求的范围内可以被相互结合和/或相互替换。
[0022]以下描述的传输功率控制方法意在用于一个无线自组网络，其中每个节点可以传输信号到其它节点或从其它节点接收信号。每个节点可以周期性地发出一个信标或全局信号(global signal)以交换信号和控制信息。应该理解，本申请也适合于支持一个类似周期性的信标和全局信号的任何移动自组网络。如在此使用的，术语“全局信号”是指一个将在其传输范围内的所有节点作为目标的信号。优选地，节点使用最大传输功率级别发出全局信号。术语“传输功率级别”是指发送方节点发出信号或数据的功率强度。术语“最大传输功率”是指发送方节点发出信号或数据的最大功率强度。
[0023]现参照图1，图解说明在无线自组网络上控制传输功率的步骤。第一个步骤102是一个在传输功率级别上的自设置阶段。在此步骤里，最初，网络上的每个节点可以将传输功率分成一个或多个级别(如n个级别)。参数n可以是任何数字，取决于系统选择传输功率每个级别的步长改变的偏好。级别越高，功率强度将会越大。在最高传输功率级别上的节点可以使用最大功率传输，而在最低传输功率级别上的节点可以使用最小传输功率。除了将传输功率分成n个级别，每个节点也可以定义在接收方节点上的期望接收功率级别。
[0024]在设置n个级别传输功率之后，每个节点可以通过发出一个全局信号与其邻近节点交换信息，如步骤104所示。如在此使用的，术语“邻近节点”是指发送方节点使用当前传输功率级别可以到达的一个节点。在此阶段，每个接收方节点可以记录下全局信号的接收功率。当那些接收方节点发出其全局信号时，它们也可以显示之前获得的全局信号的接收功率或之前检测到的每个全局信号发送方节点的目标传输功率。因此，通过检查其它节点上的全局信号，节点可以知道其全局信号在何种级别上正在到达其每个邻近节点。除了在接收功率或目标传输功率上交换信息，每个节点也可以保留每个k跳邻近节点的节点覆盖信息。如在此使用的，“k跳”是指一条从源节点到目标节点的路径，其间有(k-1)个中间节点。k代表中间节点数目加1或总节点(包括源节点和目标节点)数目减1。“中间节点”是指传递通信流量并参与从源节点到目标节点的通信路径的一个节点。被包含在ETP之下的节点被看作1跳邻近节点。如在此使用的，“1跳”代表一条从源节点到目标节点而不需要中间节点的路径。通过此1跳邻近节点，一个节点可以获得2跳到k跳的邻近节点信息。所以，为每个节点保留更新的节点覆盖信息的方法是每个节点传递其每个(k-1)跳邻近节点的信息到邻近节点。结果，所有节点获得k跳邻近节点上的信息。在初始阶段，每个节点仅可以有少于(k-1)跳的邻近节点信息传递到其它节点。但是，随着更多节点传送它们的节点覆盖信息到其周围节点，每个节点可以迅速形成其k跳邻近节点的图像。然后它可以发送其(k-1)跳的邻近节点信息到其周围节点。
[0025]参照步骤106，在交换信息之后，每个节点可以确定每个传输功率级别的节点范围。使用交换的信息，一个节点能够确定其每个邻近节点的目标传输功率。然后该节点可以将其每个邻近节点映射到一个传输功率级别内。结果，对每个传输功率级别可以确定一个节点范围。
[0026]参照步骤108，在确定每个传输功率级别的节点范围之后，每个节点能够内部确定其可以到达其在k跳距离内的所有初始连接节点的传输功率级别。如在此使用的，术语“初始连接节点”是指在最大传输功率下被覆盖的节点。因此，在开头，一个节点可以开始确定在传输功率级别1上的拓扑。然后该节点可以在当前传输功率级别内形成在其所有1跳邻近节点的图像。接着该节点能够确定其是否能够通过这些1跳邻近节点到达其在k跳距离范围内的所有初始连接节点。如果不可以，它可以上升到下一个更高传输功率级别以包括更多1跳邻近节点。一旦该节点发现它能够通过这些1跳邻近节点到达其k跳距离范围内的所有初始连接节点，并不与其它节点形成任何不对称连接，它就可以在当前传输功率级别上停止。如在此使用的，术语“不对称连接”是指在两个节点之间的一个通信连接，其中第一节点的信息包可以到达第二节点，但是第二节点的信息包不能到达第一节点。当前传输功率级别就是指节点的ETP。然后节点可以使用ETP作为其约束传输(bounded transmission)。因此，每个节点可以使用最大传输功率以发出全局信号，并使用ETP发出控制信号和数据。
[0027]所以，通过降低每个节点的传输功率到ETP，可以降低在两个节点之间的干扰。能够相互传输和接收信息包的节点可以形成一个组。结果，当一组内的所有节点不在另一组内任何节点的传输范围之内时，这两组的节点可以同时访问信道。由于每组虚拟地形成各自的通信网络，该组被看成是一个虚拟群集。这个阶段如步骤110所示。随后，节点可以等待下一个周期与邻近节点交换信息，并重复在步骤104到110内详细说明的过程。
[0028]参照图2，其中所有节点挤在一起，如果所有节点使用最大传输功率传输信号或数据，在一对节点之间的单个信号或数据传输将已经影响到所有的周围节点。所以，每次仅有一对节点可以进行通信。但是，如果所有节点降低其传输功率到ETP，如图3a-3c所示，一个节点的传输范围将不再覆盖所有的周围节点。因此，不只一对节点同时进行通信是有可能的。当所有节点降低其传输功率到ETP时，三个虚拟群集组合如图3a-3c所示。在图3a，在降低传输功率之后，节点A和节点B的传输范围将不再覆盖节点D和节点E。另一方面，节点D和节点E的传输范围将不再覆盖节点A和节点B。所以，在节点A和节点B之间的通信和在节点D和节点E之间的通信可以同时发生。然后形成一个虚拟群集{(A，B)和(D，E)}。类似地，在图3b，形成一个虚拟群集{(B，C)和(E，F)}，并在图3c，形成一个虚拟群集{(C，D)和(A，F)}。
设置传输功率级别
[0029]在传输功率级别上的设置(图1的步骤102)是无线自组网络上控制传输功率过程的初始阶段。这个阶段的详细细节如图4所示。
[0030]在此阶段，对于一个参考传输功率级别，每个节点可以设置所有n个级别的传输功率，如步骤120所示。另外，如步骤122所示，每个节点也可以设置期望的接收功率用来接收信息包。用户定义的期望接收功率可以用于以后的阶段，映射传输功率级别和邻近节点上的相应接收功率。而且，如步骤124所示，节点可以选择性地将ETP初设为默认初始值，即所述实施例中的1。
邻近节点之间的信息交换
[0031]邻近节点之间的信息交换(图1的步骤104)是在设置传输功率级别之后(图1的步骤102)、无线自组网络上控制传输功率过程的下一个阶段。这个阶段的详细细节如图5所示。
[0032]在定期的全局信号周期间(其是指第一节点发出全局信号到最后节点之间的周期)，当节点接收一个来自邻近节点的全局信号时，它可以记录下全局信号的接收功率，如步骤134所示。该节点可以存储邻近节点的身份(如设备号)和邻近节点的每(k-1)跳的当前节点覆盖范围在其存储器内。另外，节点也可以存储到另一个节点的全局信号的反馈接收功率，或另一个节点建议的目标传输功率，如果邻近节点已经包含了这些信息在全局信号里。
[0033]在每个可能的发出全局信号的时间上(步骤130)，当轮到节点发送全局信号时，如步骤131所示，然后节点发送全局信号，如步骤132所示。优选地，可以使用最大传输功率。该节点可以包含接收到的全局信号发送方节点的身份(如设备号)，以及它们的全局信号记录的接收功率或全局信号发送方节点的建议目标传输功率。而且，该节点也可以包括其在当前ETP下的1跳节点覆盖范围信息。最初，ETP可以被设置成1，可以按照图8所示的过程由节点修改，这些将在以下描述。如果k值大于或等于2，节点可以包括每1到(k-1)跳的节点覆盖。可以重复以上步骤，直到全局信号周期结束，如步骤136和138所示。
1.确定每个传输功率级别的节点覆盖
[0034]确定每个传输功率级别的节点覆盖(图1的步骤106)是在邻近节点之间的信息交换之后(图1的步骤104)、无线自组网络上控制传输功率过程的下一个阶段。这个阶段的详细细节如图6所示。
[0035]一个全局信号发送方节点对其邻近节点的目标传输功率可以由全局信号发送方节点或全局信号接收方节点计算。如果目标传输功率是由全局信号发送方节点确定，如步骤140所示，优选地，在全局信号周期结束时(步骤141)，每个全局信号发送方节点可以利用期望接收功率和其对每个邻近节点的全局信号的反馈接收功率之间的关系，来确定对每个邻近节点的目标传输功率级别。所以，在识别所有检测出的全局信号接收方节点之后，如步骤142所示，每个全局信号发送方节点可以为每个全局信号接收方节点确定映射比率(映射比例＝期望接收功率/接收功率或反馈接收功率)，如步骤144所示。通过使用映射比例，每个全局信号发送方节点还可以确定每个全局信号发送方节点的目标传输功率级别(目标传输功率级别＝最大传输功率×映射比率)，如步骤145所示。最后，如果目标传输功率是由全局信号发送方节点确定，如步骤146所示，该节点可以将每个邻近节点集合到n个传输功率级别中的一个级别内，如步骤148所示。
[0036]确定在发送方上的目标传输功率级别的另一种选项是，全局信号接收方节点在接收到全局信号之后，确定全局信号发送方节点的目标传输功率，如步骤140和143所示。然后，接收方节点通过使用检测到的接收功率而不是反馈接收功率，执行步骤144和145内的相同过程，以确定全局信号发送方节点的目标传输功率。由于目标传输功率是由全局信号接收方节点确定，如步骤146所示，接收方节点在图1内的步骤104的信息交换周期期间，返回该值到全局信号发送方节点，如步骤147所示。一旦全局信号发送方节点接收到该信息，节点可以将每个邻近节点集合到n个传输功率级别中的一个级别内，如步骤148所示。
[0037]例如，当传输功率被分成三个级别时，每个功率级别代表一个传输范围，如图7所示，节点A、节点B被覆盖在功率级别一502之下；节点C、D和E被覆盖在功率级别二504之下；以及节点F、G和H被覆盖在功率级别三506之下。以下表格1到表格3分别显示在传输功率级别一到级别三下每个节点的所有节点覆盖。在每个表格里，第一列显示参考节点，第二列显示该参考节点的当前传输功率级别。剩下的其他列显示在当前传输功率级别下哪些节点将被该参考节点覆盖。
节点 功率级别     在当前功率级别下的节点覆盖
  A     1     B
  B     1   A
  C     1     F
  D     1
  E     1
  F     1     C
  G     1
  H     1
表格1
  节点 功率级别     在当前功率级别下的节点覆盖
  A     2   B     C     D     E
  B     2   A     D     E
  C     2   A     F
  D     2   A   B
  E     2   A   B     H
  F     2
  G     2
  H     2     E
表格2
 节点  功率级别     在当前功率级别下的节点覆盖
  A     3     B     C     D     E     F     G     H
  B     3   A     D     E
  C     3   A     B     D     F
  D     3   A     B     C
  E     3   A     B     H
  F     3   A     C     G
  G     3   A     F     H
  H     3   A     E     G
表格3
确定ETP
[0038]确定ETP(图1的步骤108)是在确定每个传输功率的节点覆盖之后(图1的步骤106)、无线自组网络上控制传输功率过程的下一个阶段。在确定ETP值之后，每个节点可以在ETP上发出控制信号或数据，并在最大传输功率级别上发出全局信号。此阶段的详细细节如图8所示。
[0039]在分组集合邻近节点之后，节点可以识别被当前ETP覆盖的所有1跳邻近节点，以形成一个节点覆盖列表(步骤151)。然后该节点可以识别每个检测出的全局信号发送方节点，其已经包括节点本身作为1-跳邻近节点，以形成一个邻近节点列表，如步骤152所示。如果该节点发现节点覆盖列表没有包括在邻近节点列表里的所有节点(步骤154)，它可以尝试提高它的传输功率级别，以避免不对称的连接。如果该节点已经使用最大传输功率级别进行传输(步骤162)，那么该节点可以继续限制传输功率到ETP(步骤169)。否则，如步骤166和169所示，节点可以在ETP上增加一步。随后，它可以等待下一个全局信号周期。但是，如果当前节点覆盖列表覆盖了邻近节点列表里的所有节点(步骤154)，那么该节点可以进一步识别每个1跳邻近节点的(k-1)跳邻近节点。
[0040]在搜集所有信息之后，节点可以确定当前ETP是否足够大到能覆盖所有初始连接节点，其被覆盖在最大传输范围之下。这个决定可以基于该节点是否能够通过其1跳邻近节点而到达在k跳距离范围内的所有初始连接节点(步骤158)。如果通过所有1跳邻近节点的当前节点覆盖并没有覆盖所有初始连接节点，那么该节点可以尝试在传输功率级别上增加一步，如步骤162和166的详细说明。否则，该节点可以检查其是否能够降低ETP。特别地，该节点可以检查是否有任何节点仍然被覆盖在当前传输功率级别之下(步骤160)。如果有一个节点被覆盖在当前传输功率级别之下，该节点就可以保持使用当前的ETP(步骤169)。如果没有节点被覆盖在当前传输功率级别之下，该节点就可以进行检查当前传输功率级别是否最小(步骤164)。如果传输功率处于最小级别，该节点将不修改ETP(步骤169)。否则，该节点可以在ETP上降低一个级别以节省电力(步骤168)。然后该节点可以限制传输功率到ETP(步骤169)。最后，节点可以回到步骤150，并等待下一个全局信号周期。
[0041]参照图7和以下表格4，级别数目(如n级别)可以被设置为3，而跳(k)的数目可以被设置为2。通过2跳可以到达的节点被标记有星号(*)。在每个表格里，第一列显示参考节点，第二列显示参考节点的当前传输功率级别。第三列组显示在当前传输功率级别下哪些节点将被参考节点覆盖。最后列显示在参考节点上的状态，当前传输功率级别是否足够大到能覆盖k跳内的所有初始连接节点。以节点A作为例子，在传输功率级别1上，节点A仅能够到达节点B。所以，节点A必须重复过程将ETP设置成级别2。在级别2的ETP上，如表格5所示，现在节点A能够直接到达节点B、C、D和E。而且，节点A可以通过节点C在2跳上到达节点F，并通过节点E在2跳上到达节点H。但是，节点A使用当前ETP仍然不能到达节点G。另一方面，节点B、C、D和E已经能够在2跳内到达所有初始连接节点。因此，节点B、C、D和E可以限制传输功率到当前ETP。最后，在级别3的ETP上，节点A可以在2跳上到达所有初始连接节点，如表格6所示。
  节点   功率级别     第一循环   状态
    A     1   B
    B     1   A
    C     1     F
    D     1
    E     1
    F     1     C
    G     1
    H     1
表格4
  节点   功率级别     第二循环   状态
    A     2   B   C   D   E   F*   H*
    B     2   A   C*   D   E   完成
    C     2   A   B*   D*   F   完成
    D     2   A   B   C*   完成
    E     2   A   B   H   完成
    F     2   A*   C   G
    G     2   A   F   H
    H     2   A*   E   G
表格5
  节点   功率级别     第三循环   状态
    A     3   B   C   D   E   F*   G   H   完成
    B     2   A   C*   D   E   完成
    C     2   A   B*   D*   F   完成
    D     2   A   B   C*   完成
    E     2   A   B   H   完成
    F     3   A   C   G   完成
    G     3   A   F   H   完成
    H     3   A   E   G   完成
表格6
利用ETP形成虚拟群集
[0042]利用ETP形成虚拟群集(图1的步骤110)是在确定有效传输功率(图1的步骤108)之后、无线自组网络上控制传输功率过程的下一个阶段。以下是一个优选实施例，描述怎样利用ETP形成具有分布式基于竞争的信道访问协议和分布式基于预约的信道访问协议的虚拟群集。这个阶段的详细细节如图9-12所示。
a.分布式基于竞争的信道访问协议的虚拟群集
[0043]ETP用来提高在分布式竞争信道访问协议的空间利用。现参照图9，发送方节点最初可以确定信道是否繁忙。当信道不繁忙时(步骤170)，发送方节点可以使用一个典型的请求发送(RTS)消息以获得访问信道的权利。RTS消息的目的是让在发送方节点传输范围内的邻近节点保持沉默。为了提高空间利用，发送方节点可以使用ETP而不是最大传输功率来发出RTS消息，如步骤172所示。由于降低了RTS消息的传输范围，那些最初可以相互接到信息的节点对不再会从另一节点获得RTS消息。尽管不同节点可以在不同功率级别上发送RTS消息，但不会产生网络的不对称连接。理由是一旦节点发现在当前ETP下全局信号发送方节点不在其1跳邻近节点覆盖内时(图8的步骤154)，它会提高ETP直到发现全局信号发送方节点在其1跳邻近节点覆盖之下。结果，可以影响发送方节点的所有其它节点可以处于使用ETP的发送方节点的传输范围内。所以，当节点想清除信道时，在ETP上发送RTS消息通知所有潜在的干扰源是足够的。
[0044]可以从发送方节点获得RTS消息的节点能够成为发送方节点虚拟群集的成员。否则，该节点可以形成另一个有其它节点的虚拟群集。所以，一对节点同时发出RTS消息是有可能的。一旦发送方节点从接收方节点接收到一个典型的消除发送(CTS)消息，该发送方节点可以开始传输数据，如图9的步骤176所示。
[0045]表格3显示如果所有节点使用最大传输功率发送RTS消息，节点B和节点C不能同时访问信道，因为它们能够从对方获悉RTS消息。在表格6内，节点B和节点C使用功率级别2发出RTS消息，它们不会相互干扰。
[0046]在另一方面，如图10所示的在接收方一侧，在接收RTS消息之后(步骤180)，节点可以确定信道是否空闲(步骤182)。如果信道空闲，接收方节点可以在ETP上回复一个CTS消息给发送方节点，如步骤184所示。否则，接收方节点可以忽视RTS消息，如步骤186所示。
[0047]接收方节点可以在ETP上而不是最大传输功率级别上发出一个CTS消息。那些最初可以相互接到信息的节点对不再会从另一节点获得CTS消息。所以，一对节点同时使用CTS消息以清除该区域用来传输是有可能的。
[0048]例如，在表格6内，因为节点D不干扰节点C和F，节点D可以回复一个CTS消息给节点B。同时由于节点F不干扰节点B和D，它也可以回复一个CTS消息给节点C。结果，可以形成两个虚拟群集。第一虚拟群集可以包括节点B和D，而第二虚拟群集可以包括节点C和F。
b.分布式基于预约的信道访问协议的虚拟群集
[0049]节点覆盖信息也被用来提高在分布式预留信道访问协议上的空间利用。周期性全局信号可以被用来显示一个节点的预留节点覆盖。
[0050]参照图11，在发送方节点上，它不仅可以包括时隙预留信息，而且包括在全局信号内的当前ETP下的1跳节点覆盖信息(步骤190)。由于全局信号是在最大传输功率级别上发送，那些处于ETP的传输范围之外的、但在发送方节点的最大传输范围之内的节点仍然可以接收到信标。一旦发送方节点从接收方节点接收到一个回复消息(步骤194)，它可以检查预留是否成功，并更新预留状态(步骤196)。
[0051]在接收方一侧，如图12所示，在从发送方节点接收一个具有时隙预留的全局信号之后(步骤202)，接收方节点最初检查全局信号是否以自己为发送目标(步骤204)。如果全局信号以自己为发送目标，它可以检查时隙预留的可用性，如步骤206的详细描述。在检查可用性之后，接收方节点可以回复结果给发送方节点，如步骤208的详细描述。另一方面，如果全局信号不以自己为发送目标，它可以检查其本身ID是否包含在全局信号内的1跳节点覆盖列表内(步骤210)。如果接收方节点ID在列表内，它可以记住发送方节点的时隙预留(步骤212)。否则，它可以忽略该全局信号消息，如步骤214所示。因为忽略该消息，接收方节点将不在发送方节点ETP的传输范围内。所以，接收方节点根据发送方节点的请求不会封闭时隙。
[0052]如果没有本系统，接收方节点将不知道发送方节点已经缩小了传输范围大小。然后，接收方节点会记住当前的时隙预留，如果不采用本系统它会封闭未来预留的指定时隙。
增加和删除节点
[0053]当一个新节点增加到网络时，新节点能够重复在图4-6和图8内的过程以确定其ETP。
[0054]当一个节点离开网络时，所有节点可以尝试降低它们的ETP，如图8的步骤160里的详细描述。如果离开的节点是在一个节点当前传输功率级别上的最后节点，该节点可以在传输功率级别上减少一步。
节点之间的干扰
[0055]为了进一步降低节点之间的干扰效应，可以有差别地设置ETP值。为了保持一确定值的信噪比(SNR)，发送方节点和接收方节点之间的距离必须比干扰节点和接收方节点之间的距离更近。经验法则是首先要明白系统的信道模型。从信道模型，找出距离功率X和接收方功率之间的关系。通过使用预定的SNR值和X，可以设置ETP等于(SNR)1/X乘以初始ETP。在这种情况，能够确保节点可以通过ETP清除范围覆盖内的信道。另外，当干扰节点处于ETP范围覆盖之外时，也可以确保当前ETP足够大到能够保持一确定值信噪比。
[0056]尽管参照优选实施例已经描述了本发明，但本领域有经验的工作人员将认识到在不偏移本发明的精神和范围内可以在格式和细节上做出适当修改。另外，这些实施例并不是被用来限制其中的所有细节，在不偏移本发明的精神和范围内可以对其作出修改以及变化。

Claims (20)

1.一种控制无线自组网络上的节点传输功率的方法，该网络包括多个发送方节点、中间节点和接收方节点，本方法包括：
(A)设置节点的传输功率级别；
(B)通过发出一个全局信号与邻近节点交换信息；
(C)识别确定每个传输功率级别的节点覆盖；
(D)确定有效传输功率(ETP)；和
(E)使用ETP形成一个虚拟群集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(A)包括：
(a)设置节点的传输功率级别为一个参考传输功率级别；和
(b)设置接收信号的期望接收功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(B)包括：
(a)在每个可能的全局信号时间上确定是否轮到节点发送全局信号；
(b)如果没有轮到节点发送全局信号，记录下全局信号的接收功率作为记录的接收功率；
(c)如果轮到节点发送全局信号，发送全局信号；
(d)确定全局信号周期是否结束；和
(e)如果全局信号周期没有结束，重复(a)-(d)步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(b)包括存储其中一个邻近节点身份和该邻近节点的每(k-1)跳的当前节点覆盖。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤(b)包括存储另一节点全局信号的反馈接收功率、或另一节点建议的目标传输功率，如果这些信息包含在邻近节点的全局信号里。
6.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(c)包括使用最大传输功率发送全局信号。
7.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(c)包括存储一个接收到的全局信号发送方节点的身份，以及记录的全局信号接收功率、或在全局信号里建议的目标传输功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(c)包括存储在ETP下的1跳节点覆盖，或如果在全局信号里k大于或等于2时存储每个1到(k-1)跳的节点覆盖。
9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(C)包括将每个邻近节点映射到一个传输功率级别内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将每个邻近节点映射到一个传输功率级别内是基于每个邻近节点上的接收功率级别和期望接收功率级别之间的关系。
11.根据权利要求9所述的方法，其中将每个邻近节点映射到一个传输功率级别内，包括：
(a)确定全局信号发送方节点或全局信号接收方节点是否负责确定目标传输功率；
(b)如果目标传输功率是由全局信号发送方节点确定，识别确认检测到的全局信号接收方节点；
(c)对每个检测到的全局信号接收方节点确定一个映射比率；
(d)使用映射比率，获得每个检测到的全局信号接收方节点的目标传输功率级别；和
(e)依照目标传输功率级别，将每个邻近节点集合到该传输功率级别内。
12.根据权利要求9所述的方法，其中将每个邻近节点映射到一个传输功率级别内，包括：
(a)确定全局信号发送方节点或全局信号接收方节点是否负责确定目标传输功率；
(b)如果目标传输功率是由全局信号接收方节点确定，在接收全局信号之后确定每个检测到的全局信号发送方节点的映射比率；
(c)使用映射比率，获得检测到的全局信号发送方节点的目标传输功率级别；
(d)反馈目标传输功率到检测到的全局信号发送方节点；和
(e)依照目标传输功率级别，将每个邻近节点集合到该传输功率级别内。
13.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(D)包括：
(a)识别由ETP覆盖的所有节点，以形成一个节点覆盖列表；
(b)识别检测到的全局信号发送方节点，其包括节点本身作为1-跳邻近节点以形成一个邻近节点列表；
(c)确定节点覆盖列表是否覆盖邻近节点列表内的所有节点；
(d)如果节点覆盖列表覆盖邻近节点列表内的所有节点，识别每个1跳邻近节点的(k-1)跳邻近节点；和
(e)确定通过1跳邻近节点在k跳距离内，是否能到达所有初始连接节点。
14.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(D)包括：
(a)如果通过1跳邻近节点k跳距离内不能到达所有初始连接节点，确定是否使用最大传输功率级别；
(b)如果不是使用最大传输功率级别，在ETP上增加一个级别；和
(c)限制传输功率为ETP。
15.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(D)包括：
(a)如果通过1跳邻近节点在k跳距离内能够到达所有初始连接节点，确定其中一个初始连接节点是否被覆盖在该传输功率级别之下；
(b)如果该初始连接节点没有被覆盖在该传输功率级别之下，确定该传输功率级别是否达到最小值；
(c)如果传输功率级别没有达到最小值，在ETP上降低一个级别；和
(d)限制传输功率到ETP。
16.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(D)包括：
(a)识别由ETP覆盖的所有节点，以形成一个节点覆盖列表；
(b)识别检测到的全局信号发送方节点，其包括节点本身作为1-跳邻近节点，以形成一个邻近节点列表；
(c)确定节点覆盖列表是否覆盖邻近列表内的所有节点；
(d)如果节点覆盖列表不覆盖邻近节点列表里的所有节点，确定是否使用最大传输功率级别；
(e)如果不使用最大传输功率级别，在ETP上增加一个级别；和
(f)限制传输功率到ETP。
17.根据权利要求1所述的方法，其中虚拟群集使用一个分布式竞争信道访问协议，其中在发送方节点上，步骤(E)包括：
(a)确定信道是否繁忙；
(b)在ETP上发送一个请求发送(RTS)消息；
(c)从接收方节点接收一个消除发送(CTS)消息；和
(d)在ETP上传输数据。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在接收方节点上，步骤(E)包括：
(a)接收RTS消息；
(b)确定信道是否空闲；
(c)如果信道空闲，在ETP上回复一个CTS消息到发送方节点；和
(d)如果信道不是空闲的，忽略该RTS消息。
19.根据权利要求1所述的方法，其中虚拟群集使用一个分布式预留信道访问协议，其中在发送方节点上，步骤(E)包括：
(a)使用全局信号发送一个预留时隙请求，该全局信号包括在ETP下的节点覆盖；
(b)从接收方节点接收一个回复信号；
(c)检查时隙预留是否成功；和
(d)更新时隙预留的状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在接收方节点上，步骤(E)包括：
(a)从发送方节点接收预留时隙的全局信号；
(b)检查该全局信号是否以该接收方节点为目标；
(c)如果该全局信号不以该接收方节点为目标，检查该接收方节点的身份是否包含在全局信号里的节点覆盖列表内；
(d)如果该接收方节点的身份在节点覆盖列表内，记住发送方节点的预留时隙；
(e)如果该接收方节点的身份不在节点覆盖列表内，忽略该全局信号；和
(f)如果该全局信号以该接收方节点为目标，检查预留时隙的可用性并回复发送方节点。
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