CN1134139C

CN1134139C - 通信系统和方法

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Publication number: CN1134139C
Application number: CNB971814031A
Authority: CN
Inventors: ��֡��˹��˹; 菲力浦·托马斯·胡弗斯; ��˹��Ѷ��; 蒂莫西·杰克逊; ��Ŧ��; 詹姆斯·纽曼
Original assignee: Radiant Networks PLC
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2004-01-07
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: EP0947077B1; US20020027896A1; GB2321368B; US20020015402A1; CA2275282C; US20020015397A1; EP0947077A1; DE69730238T2; US7099297B2; EP1085707A2; GB9726873D0; EP1085708A2; CN1244986A; DE69730238D1; US7082112B2; US7061883B2; US6553020B1; RU2222869C2; GB2321368A; AU5328698A

Abstract

通信系统(1)有多个节点(2)。每个节点(2)有一个接收无线发送装置发送的信号的接收器(10)和一个无线发送信号的发送器(11)。每个节点还具有确定上述节点(2)接收的信号是否包含上述的信息，并且在上述信号包含另一节点信息的情况下使上述发送装置向另一节点发送一个包含上述信息的信号的装置。每个节点(2)具有一个至少到达一个其它节点的，基本是单向的点对点无线传输链路(3)。通信系统(1)与广播蜂窝系统相比具有更高的频谱效率，并且允许达到高数据传输速率。

Description

通信系统和方法

技术领域

本发明涉及一个通信系统和方法。

背景技术

针对能够以显著高于商业或家庭用户可用速率的速率传递数据的宽带通信系统的需求正在不断增加。因高数据传输速率而受益的系统包含点播电视，会议电视与电视电话技术，商业与家庭互联网接入，局域网(LAN)互联，虚拟专用网络，远距离工作，在线游戏，高清晰度电视，和许多其它需要高数据传输速率的应用。

在常规电话通信系统中，系统操作员的主干交换中继网被连接到一个接入网络，该接入网络把中继网连接到用户单独电话机或专用小交换机(PBX)。接入网络通常被称作“本地环路”。

英国和许多国家的绝大部分本地环路网络都是基于线缆的，并且都被埋地或架空。线缆从本地接入交换机延伸到用户并且基本上只供一个用户专用，不再传递其它用户的信号。

由于费用较低，目前基本上都使用铜缆。但在不进行数据压缩的情况下铜缆只能以2,400至9,600位每秒(bps)的速率传递数据。通过更复杂的技术，可以把速率上限提高到57,000bps。但与实时视频所需的，在2至9兆bps(Mbps)范围内的速率相比，57,000bps非常地慢。

某些英国提供商目前使用综合业务数字网络(ISDN)系统提供数字接入服务。但ISDN或ISDN2的数据传输速率仍然只有64,000到128,000bps，并且了是有线方式的。最近，诸如HDSL(高速数字用户线路)和ADSL(对称数字用户线路)的有线系统可以把速率提高到2,000,000bps(2Mbps)。但由于是有线系统，提供商必须承担挖路，铺路等高额费用以便在系统可以运行之前把电缆铺设到大量的用户那里，所以系统的初装费很高。实际上，由于提供商必须在潜在用户登记到系统之前铺设大量的电缆以便能够提供已经能用的系统，提供商在建立新的有线系统时必须承受很大的财政风险。这显然是一个很大的风险，尤其是在引入新技术并且提供商在建立系统设施时不知道系统的用户水平的情况下。

类似地，在常规的点对多点(广播)蜂窝系统中，各个用户单元只处理涉及该用户的信息。

上述标准电话系统和蜂窝系统均需要某种中心站以便向外部用户站发送信息并且人外部用户站接收信息。

由于不需要机械挖埋或铺设电缆，所以无线系统的安装费用很低。可以非常迅速地安装或拆除用户点。因而在建设大规模系统的区域无线通信系统具有许多诱人的特性。但在需要较大的带宽(数据传输速率)时无线系统有一个特性，即在可以为各个用户分配的带宽增加时，有必要相应增加无线信号的带宽。并且，可以用于无线传输的频率非常有限，由于已经分配了较低的无线频率，目前只能在微波频率(即在千兆赫兹(GHz)区域)或更高的频率上才能得到如此高的带宽。

微波或更高频率的问题是这些无线频率被诸如建筑物，车辆，树木等等的障碍物大大衰减或完全屏蔽。这种障碍物不会严重衰减兆赫(MHz)频段中的信号，但在千兆赫兹(GHz)频段中会产生严重的问题。因而所形成的常识是微波或更高的频率难以用于为大量分布用户提供通信的公共接入网络。

由于对无线带宽有许多要求，所以无线通信系统的频谱效率是极其重要的。实际上，管理或授权机构只能批准相对较窄的无线频谱区域。使用点对多点广播的蜂窝系统对无线频谱提出了很高的需求以便为用户提供满意的带宽，并且因而不会有效率很高的频谱利用率。

使用转接器或中继器从一个站点向另一个站点传递数据在许多应用中是众所周知的。但在各种情况下，这样的转接器以点对多点方式广播信号，因而类似于蜂窝方案，并且相应地也缺乏频谱效率。

发明内容

根据本发明的第一个方面，其中提供了一个通信系统，该系统包括多个节点，每个节点包括：接收无线发送装置通过天线发送的信号的接收装置；通过天线无线发送信号的发送装置；以及确定上述节点的接收信号是否包含另一节点的信息，并且在上述接收的信号包含另一节点的信息的情况下通过上述发送装置把包含上述信息的信号发送到另一节点的装置；每个节点均具有一或多个基本上是单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个共享接收装置的接收器和发送装置的发送器中至少一个的、基本是单向的点对点无线传输链路，每个上述链路只用于一个另外的节点，至少某些节点是用户传输的源点和终点。

根据本发明的第二个方面，其中提供了一个通信系统，该系统包括多个节点，每个节点包括：接收无线发送装置发送的信号的接收装置；无线发送信号的发送装置；以及确定上述节点的接收信号是否包含另一节点的信息，并且在上述接收的信号包含另一节点的信息的情况下通过上述发送装置把包含上述信息的信号发送到另一节点的装置；每个节点均具有一或多个基本上是单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个基本是单向的点对点无线传输链路，每个上述链路只用于一个另外的节点，并且使得节点对任意特定频率上的信号的发送和接收在某个时间只在一个链路上发生。

根据本发明的第三个方面，其中提供了一个通信系统，该系统包括：多个节点，每个节点包括：接收无线发送装置发送的信号的接收装置；无线发送信号的发送装置；以及确定上述节点的接收信号是否包含另一节点的信息，并且在上述接收的信号包含另一节点的信息的情况下使上述发送装置把包含上述信息的信号发送到另一节点的装置；每个节点均具有一或多个基本上是单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个基本是单向的点对点无线传输链路，每个上述链路只用于一个另外的节点，并且使得至少某些节点不仅仅与最相邻的节点相连。

无线传输被用于为各个节点提供通信。实际上，各个节点很象是把用户或客户连接到系统的设备。各个节点最好是静止或固定的。节点以端对端的方式工作，该方式与蜂窝广播系统的中主/外从方式相反。在本发明中，通常在源节点和目的节点之间以系统中节点到节点的系列“中继段”方式传输信息。在最优实施例中，节点在逻辑上通过各个节点连接对之间的多个点对点链路彼此连接，并且可以被认为是提供覆盖一个地理区域的互连“网”并且提供一个非蜂窝网络。链路基本上是单向的，即信号不被广播，而是被传递到一个特定的节点，其中能够沿着链路双向传递信号。

可以理解，某些现有技术的系统具有可以彼此通信的节点，该节点被用作简单转接器。但在这样的现有技术系统中的单个传输经常是全向的，或者使用广角发送扇区，因而这样的系统在结构上仍然基本是蜂窝式的。这样的现有技术系统倾向于使用点对多点传输，其中使用了主/从或中央/外部结构。在本发明的最优实施例中，通过点对点链路以端到端方式把节点连接在一个互连网格中。在本发明中，穿过系统或网络的许多传递信号的链路在同一时间可以是“有效的”，从而使得多个连接节点对基本可以同时彼此通信。在最优实施例中，对于各个节点，在任意时间只有一个链路是“有效的”，并且在某个时间链路只在一个方向上是有效的(即在该链路上一个节点只进行发送或者只进行接收)。换而言之，如果一个节点正在它的一个链路上进行发送或接收，则在其任何别的链路不会进行接收或发送。这样与使用一个节点的广播发送的蜂窝系统或其它系统相比，这种方式大大增加了频谱效率。由于各个节点只需要一个发送器和一个接收器，这种结构也有助于降低单个节点的费用。

本发明的各个节点对于到其它节点的信号发送而言可以是自主的，并且不需要依靠来自某个中心控制器或其它节点的控制信号。节点之间的“呼叫”可以是有效的异步方式并且一个节点对之间的呼叫在任何时间都可以有效地开始和结束，基本上不依赖于任何其它呼叫的状态。

在本发明的一个例子中，各个节点都是一个可以被安装在用户住房或在其住房附近的用户单元。另外，根据提供商的需要还可以有策略地在其它合适的位置放置其它的节点。这样，没有必要为各个用户提供金属(例如铜)线，光纤或其它固定“硬”连接，从而节省了非常高的挖路，铺设固定电缆等的费用。这意味着系统提供商的接入费用可以相对很低。可以非常廉价地建立为一百或一千个用户提供接入的小规模系统，并且随着需求的增长可以在以后增加额外的用户。

与常规点对多点广播无线系统相反，本发明不需要一个具有极高带宽，服务于用户的数据需求的中央发送器。事实上，除了与一个中继网络的可能接口之外，无线(air-side)接口，交换和传输不需要高资金消耗，高截面分布(high-profile)，高复杂度的站点。在这里描述的系统中的整个网络上可以失去这些特性。并且，本发明不需要在蜂窝系统中常见的大而难看的无线天线杆/塔。

还传送到其它节点的业务的节点也可以是用户业务的起点和终点。由于原理上可以从网络中的任何节点注入和抽取业务，而不象蜂窝系统那样必须选择高定位点(例如丘陵顶端)，所以这种方式便于扩展网络。

一或多个节点可以与系统的多个用户或客户相关。例如，一个小型企业可以具有一个节点，其内部LAN(局域网)被连接到该节点，因而所有的LAN用户可以接入通信系统。一个具有2Mbps带宽的节点可以支持200个均需要9,600bps带宽的用户。

各个节点被用于传递或“路由”那些包含供系统中其它节点的信息的信号。如果一个节点在本发明的系统中出现故障，则只会损失为与该节点有关的用户(如果有)提供的服务，并且在最优实施例中可以通过故障节点之外的节点路由针对其它节点的信息。

有必要通过最优预定的路径以一个节点到另一个节点的系列“中继段”的方式传递信息，直到信息到达其目的节点。

最好连接各个节点以便构成多个传输路径环路，从而为至少某些节点之间的信号传输提供路径选择。各个环路最好包括偶数个链路。这允许对节点之间的发送和接收进行适当的同步。

对于具有多个到其它节点的链路的每个节点，所述多个到其它节点的链路中每一个最好与一个时隙相关联。各个节点的每个链路可以和一个不同的时隙相关联。这样，在使用TDM(时分多路复用)的情况下，没有节点具有多于一个的，在TDM帧结构中拥有相同时隙号的链路。

可以改变对链路的时隙分配，使得一个链路可以有选择地与不止一个时隙关联。这允许根据与一个特定节点相连的用户的需要，相应增加一个特定链路所支持的有效带宽，这种增加或者是临时的。

根据本发明的第四个方面，其中提供了一个通信系统，该系统包括：

多个节点，每个节点包括：

接收无线发送装置发送的信号的接收装置；

无线发送信号的发送装置；以及

确定上述节点的接收信号是否包含另一节点的信息，并且在上述接收的信号包含另一节点的信息的情况下通过上述发送装置把包含上述信息的信号发送到另一节点的装置；

各个节点均具有一个连接到至少另一个节点的基本上是单向的点对点无线传输链路，使得各个节点可以向至少另一个节点发送信号，至少一些节点具有多个基本是单向的点对点无线传输链路，其中相应节点对之间的各个链路均与一个不同的时隙相关联，连接节点以便构成传输路径环路，从而为至少某些节点之间的信号传输提供多个路径选择，其中各个环路均包括偶数个链路。

每个这样的节点最好都有一个连接至少另一个节点的直接视线，使得各个节点可以向其视线内的另一个节点发送信号。可以理解，视线内意味着直视链路连接的两个节点之间的路径完全或基本上没有阻碍，使得路径对于所使用的频率透明或基本透明。

信号中的“信息”可以是节点本身操作或与节点相连的用户所使用的软件，也可以是语音电话数据，视频数据或通常的电信业务信号。

最好当且仅当一个节点接收的信号包含另一个节点的信息时由上述节点向另一个节点发送包含上述信息的信号。

在上述任何一个方面中，节点数量最好小于链路数量。这是为了保证在任意两个节点之间都有几个不同的路径。并且，由于传输方程式得到约束，所以一个链路上的传输流量不仅是用户引入/取出的业务量的函数，而且也是其它链路的业务量的函数。这使得对于任何给定的用户业务都有大量可能的业务配置。这意味着(i)相对于链形和树形拓朴而言增加了网络的点对点容量，(ii)允许网络管理策略调整部分网络中业务流量的范围在基本上不影响整个网络的传输负载容量的情况下防止发生冲突，并且(iii)与常规蜂窝无线技术相比可以大大改进系统的频谱效率。

在上述任何一个方面中，最好在一个时间段内使各个节点处于发送模式，并且切换到处于接收模式的一个时间段。

也可以使用其它的诸如频分双工(FDD)的双工技术。

由于各个节点涉及交换和信息传输，所以整个系统可以有效地用作一个分布交换机。这意味着可以省略消耗大量资金的常规接入交换机(即交换局)。

可以使用许多连接节点的拓朴。可能的拓朴包括全互连拓朴，其中各个节点被直接连接到每个其它节点；线性链形拓朴，其中各个节点被连接到链中的两个其它节点；树形拓朴，其中各个节点被连接到多达预定数量的其它节点，使得在拓朴结构中没有环路；网格拓朴，其中各个节点被连接到多达预定数量的最邻近节点；和超立方体类拓朴，其中各个节点被连接到n个其它节点。也可以使用具有许多期望特性的，具有随机节点互连和/或高互连度的不规则拓朴。例如，一种不规则拓朴(类似于某种规则拓朴)可以为通过系统或网的信息提供大量可能的路径。也可以使用混合拓朴。例如，一个n维超立方体结构可以服务于由n个完全互连的n价节点构成的簇。也可以任意使用一种接近纯超立方体的结构。

可以理解，在配置系统的多数区域中，节点位置由用户位置决定，并且节点之间的视线依赖于当地的地形。在这种情况下，一种预先选择的网络拓朴不一定可以映射到可用的视线。一个更实用的方案是根据可用的视线建立网络，从而以建立具有期望的业务负载特性的网络的观点完成建立过程。已经进行了计算机模拟，其结果表明在不具有规则形状的情况下可以满足网络的需求和期望特性。模拟表明，在传输负载特性方面根据实际物理连接得出的结构工作良好。

最好有在信息的目的地是上述至少一个节点时，至少一个节点不被用来通过上述至少一个节点接收的信号向其它节点发送信息。更好的情况是所有节点以上述方式工作。

各个节点最好具有寻址装置，在某些信息是针对另一个节点时，该装置把包含上述信息的信号所要路由到的节点的地址加到接收信号的上述信息中。这样，各个节点可以轻易地传递期望到达其它节点的信息。

寻址装置可以包括确定信息通过系统的路径并且相应地把合适的地址加到信息中的装置。

节点可以具有确定信息通过整个系统的路径的装置。

可选地，可以由一个中央系统控制器集中确定信息通过系统的路径。这样，可以提供一个确定信息通过系统的路径的中央系统控制器。系统可以被用来从中央系统控制器向各个节点传递控制信号。

至少有一个节点可以具有确定接收信号是否包含上述至少一个节点的信息的装置，和处理寻址到上述至少一个节点的信号中的信息的处理装置。所有节点可以以这种方式工作。

节点的发送装置最好在至少大约1GHz的频率上发送信号。也可以使用大于2.4GHz或4GHz的频率。实际上，可以使用40GHz，60GHz，甚至是200GHz的频率。在无线频率之上，还可以使用其它更高的，诸如100,000GHz(红外)级别的频率。(英国无线电报条例1949把无线频谱的频率上限规定为3×10¹²Hz。)接收装置被用来接收在各个频率上发送装置发送的信号。可以理解，至少从实际的技术角度看，如果以适当的调制方式使用更高的频率，可以更轻易地得到更高的带宽。

两个节点之间的链路可以被安排同时使用两或更多的频率信道。这样就减少了对一个特定频率信道的带宽压力。

接收和发送装置可以被用来发送和检测圆极化辐射。发送装置最好包括一个高度定向的发送器天线。接收装置最好包括一个高度定向的接收器天线。这些最优特性均有助于防止节点之间的干扰，并且也有助于减轻多路径效应。

所有节点可以基本相同。这样就简化了本发明的实现并且有助于降低费用。

系统可以是一个自包含网络。另一方面，系统也可以是一个与常规中继网络相连并且提供对用户或其它网络的接入的接入网络。另一个节点可以通过数据连接被连接到系统的一个节点，并且被用来向中继网络发送信号或从中继网络接收信号，或者两种操作都进行。

在系统的适当节点上可以连接或提供一或多个数据存储服务器。在这样的数据存储服务器上可以存储各种数据。例如，对于所谓的网络计算，可以在远离用户的节点的一个数据存储服务器上存储该用户的软件应用。用户通过本发明的系统访问那些应用。应用可以被软件生成器容易地修改，并且可以由多个或许按使用时间为软件生成器付费的用户使用。存储在数据存储服务器上的数据可以是诸如电影(动画)的视频数据。这不仅提供了分布点播电视服务，而且从系统提供商的角度看还额外允许以广播模式向使用相同系统的嵌入式服务器分配视频资料。在各种情况下，经常需要的资料被从主系统库迁移到系统中需要的分布点上。这样就缓和了视频服务器和提供商资料库对带宽的需求。

可以提供多个上述系统，其中各个系统均与至少一个其它系统相连。这样的系统之间的连接可以是无线电连接，诸如光纤链路的有线连接，或任何其它合适的装置。

一个节点的至少一个链路可以被用来使用一个第一发送频率，并且上述节点的至少其它链路可以被用来使用一个第二发送频率。这样可以有助于防止节点之间的干扰。

在一个实施例中，某些节点被分配给用户，而某些节点没有被分配给用户，至少某部分上述未分配节点被全部用来在用户节点之间传递信息。

根据本发明的第五个方面，其中提供了一种穿过节点网络进行通信的方法，各个节点具有一或多个基本上单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个共享接收装置的接收器和发送装置的发送器中至少一个的、基本是单向的点对点无线传输链路，各个上述链路只连接到一个另外的节点，该方法包括的步骤有：

(A)在所述节点之一上产生用户数据；

(B)沿着上述节点之间基本上单向的点对点无线发送链路从上述节点向另一个节点发送包含上述用户数据的信号；

(C)在上述另一个节点上接收上述信号；

(D)在上述另一个节点中确定上述另一个节点接收的信号是否包含针对其它一个节点的信息，并且在上述接收的信号包含针对其它一个节点的信息的情况下，沿着上述节点之间的基本上单向的点对点无线发送链路从上述另一个节点向其它一个节点发送包含上述信息的信号；并且

(E)重复步骤(B)至(D)直到上述用户数据到达其目的节点。

根据本发明的第六个方面，其中提供了一种通信方法，该方法包括的步骤有：

(A)沿着一个节点和另一个节点之间的基本上单向的点对点无线发送链路从上述一个节点向另一个节点发送信号；

(B)在上述另一个节点上接收上述信号；

(C)在上述另一个节点中确定上述另一个节点接收的信号是否包含针对其它一个节点的信息，并且在上述信号包含针对其它一个节点的信息的情况下，沿着上述节点之间的基本上单向的点对点无线发送链路从上述另一个节点向其它一个节点发送包含上述信息的信号；并且

(D)重复步骤(A)至(C)直到上述信号到达其目的节点，

其中节点对任意特定频率上的信号的发送和接收在某个时间只在一个链路上发生。

根据本发明的第七个方面，其中提供了一种通信方法，该方法包括的步骤有：

(B)在上述另一个节点上接收上述信号；

(D)重复步骤(A)至(C)直到上述信号到达其目的节点，

安排链路使得至少某些节点不仅仅与最相邻的节点相连。

根据本发明的第八个方面，其中提供了一种通信方法，该方法包括的步骤有：

(B)在上述另一个节点上接收上述信号；

(D)重复步骤(A)至(C)直到上述信号到达其目的节点。

其中，对于具有多个链路的每个节点，各个到其它节点的链路均与一个不同的时隙相关联，连接节点以便构成传输路径环路，从而为至少某些节点之间的信号传输提供多个路径选择，其中各个环路均包括偶数个链路。

最好是，对于具有多个到达其它节点的链路的每个节点，上述多个到其它节点的链路中每一个均与一个时隙相关联，并且在一个不同的时隙期间在上述一个节点的一个链路上进行各个发送步骤，在一个不同的时隙期间在上述其它节点的一个链路上进行各个接收步骤。

在上述信息是针对另一个节点时，各个节点最好把包含上述信息的信号所要路由到的节点的地址加到接收信号的上述信息中。

各个节点可以具有寻址装置，寻址装置确定信息通过系统的路径并且把合适的地址相应地加到信息中。可选地，一个中央系统控制器确定信息通过系统的路径。

该方法最好包括各个节点当且仅当在上述节点接收的信号包含针对另一个节点的信息时向另一个节点发送包含上述信息的信号的步骤。

该方法最好包括在至少一个节点中确定接收信号是否包含针对上述至少一个节点的信息，并且处理寻址到上述至少一个节点的信号中的信息的步骤。

最好以大于1GHz的频率发送信号。

可以有至少两个在源节点和目的节点之间传输数据的可能路径。在这种情况下，该方法可以包括在上述至少两个路径的一个上发送上述数据的复本的步骤。可选地，该方法在这种情况下可以包括的步骤有：在上述至少两个路径的一个上从源节点只发送一部分上述数据，并且在目的节点根据上述数据的上述发送部分重新构成数据。这样可以增加传输的带宽效率，并且允许获得冗余。

根据本发明的另一个方面，其中提供了一个电信交换设备，其中包括一个上述通信系统。

附图说明

现在参照附图以举例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是描述基于本发明的系统的第一个例子的示意图；

图2是描述基于本发明的系统的第二个例子的示意图；

图3和4是描述基于本发明的系统的其它例子的示意图；

图5是描述基于本发明的系统的另一其它例子的示意图；

图6至9是描述本发明的系统的不同拓朴的示意图；

图10是示出了无线电部件的节点示意图；

图11是描述一个节点定时帧的时隙结构的示意图；

图12A至12C示出了说明对链路的时隙分配的矩阵；

图13是描述基于本发明系统的一个例子的一部分，说明时隙同步的图例；

图14是描述基于本发明系统的另一个例子的一部分，说明节点之间的可能干扰的图例；

图15是说明超立方体拓朴中信号寻址的简化系统示意图；

图16和17说明了路由算法的例子；

图18和19说明了基于本发明的系统到一个中继网络的连接例子。

具体实施方式

在一个总共具有N个节点和E个互连或链路的任意网络中，在各个节点上，进入节点的业务流量减去流出节点的业务流量一定是与该节点相连的用户产生的净业务流量(排除任何缓冲)。如果T_ij表示从节点i到节点j的业务流量，并且B_i表示节点i上的用户业务，则在任意时刻下面的等式一定成立：

对于j＝0至N，∑_i＝0，NT_ij＝B_j，T_ij＝-T_ji和T_jj＝0

(传输约束等式)

把链路业务量T_ii当成未知量，并且用户业务量也是未知的，有N+E个约束等式并且有2E个未知，其中网络的实际拓朴指出N和E之间的关系。有两个出于我们的目的所关心的网络拓朴类，即N≥E的拓朴和N＜E的拓朴。

第一类N≥E的网络拓朴意味着前面的业务等式是完全约束的，即完全根据引入网络或从网络中取出的已知用户业务量确定任意链路中的业务流量。通过每当增加一个新节点时只增加一个新链路可以构造这种网络。这种网络的规则形式可以是一维链和树(其中E＝N-1)，即在常规接入网络中所遇到的拓朴。这些网络的另一个特性是在任意两个节点之间只有一个可能的路径(不会通过一个链路两次)：没有环路。具有N＝E拓朴的网络系统可以是单链环路，可能还混合有线性链和树；对于这些系统，在任意两个节点之间最多有两个路径。

其它类别的，可能链路数超过用户节点数(N＜E)的网络拓朴，对于本发明的目的更加重要。之所以这样有两个主要原因。首先，任意两个节点之间可以有几个不同的路径。其次，由于传输等式受到约束，所以一个链路上的业务流量不仅是用户引入/取出的业务量的函数，而且也是其它链路的业务量的函数。这使得对于任何给定的用户传输都有大量可能的传输配置。由于(i)相对于链形和树形拓朴而言增加了网络的点对点容量，(ii)允许网络管理策略调整部分网络中业务流量的范围在基本上不影响整个网络的业务负载容量的情况下防止发生冲突，并且(iii)如下所述，与常规蜂窝无线技术相比可以大大改进系统的频谱效率，所以上述特性都是非常期望的特性。

为了获得上述期望特性，最好以下述方式构造网络，即任意节点之间都可能有多个路径，也就是说网络包含传输路径环路。

即使在N＜E的网络中，到中继网络的连接构成了潜在的瓶颈，其中强制各种传输流通过一个单独的链路。这意味着需要小心规划中继网络连接的容量和位置。根据80/20经验法则确定常规接入网络的规模，即通过明智地选择区域，用户产生的接近80％的业务量被限制在该区域中，其中只有20％需要接入到中继网络，这个方案可以被用在本发明中。

网络或“网”的容量取决于实际上怎样连接节点。考虑图1中所示的网络1的例子，其中各个节点2有一个只到达其最相邻节点的链路3。(可以理解图中表示节点2之间的链路3的连线只是概括的，并且表明哪个节点2通过点对点视线无线传输被连接到哪个其它的节点2。)节点2之间的链路3通常不仅传递相邻节点的信息，而且传递路径中下个节点的信息。与被提供给节点的带宽相比，‘提供的’指定带宽所需的带宽量取决于一个节点能够接续的带宽部分。这又取决于一段信息到达其目的地需要经过的‘中继段’的平均数量。从一个节点到下一个节点所经过的中继段数量取决于实际上如何连接节点。在图1的例子中，如果在A和O之间发送信息，则需要使用诸如ABCDEJO的路径，其中需要一些中继段。但如果网络如图2所示，则路径可以是ANO，其中需要较少的中继段。

这样，期望找到连接节点的路径，使得中继段数量最小，连接节点数量最大，同时使每个节点的链路数量保持在一个合理的数目上。后面一点是重要的，通常这是由于一个所有节点均与所有其它节点相连的完全互连网显然在这方面是最优的，其中在任意两个节点之间传送所需的中继段数量都为1，而每个节点的链路数等于节点数，并且快速增长。

对待中继段数量(H)问题的一种方式是考虑所服务的，随机分布了N个用户的接入区域(A)。区域的平均宽度≈ 并且用户之间的平均距离≈/(A/N)。这样，穿过区域的中继段数量H≈ 假定最相邻的节点被互连。在用户数量级为10⁶的网络中，这意味着有1,000个中继段穿过网络。假定各个中继段在重发的业务流中引入一个有限延迟(t_d)，有必要使t_d和H的乘积最小。小于50ms的总端到端延迟是一个有用目标。对于最相邻的连接，这意味着单个的节点延迟必须＜50μs。显然最相邻互连模式可能产生无法接受的通过延迟，其中节点数量相对较大。

因而最相邻互连和较远的点对点(视线)连接的混合可能是合理的。通过这种方式，穿过网络的中继段数量与其视线特性的关系比与其用户密度的关系更为密切。例如，如果一个具体网络的平均视线距离为L，则H≈A/L，因而如果L＞(A／N)，则会显著减少穿过网络的中继段数量。

现在参照附图3和4描述一个保证本发明的系统或网1不具有仅最相邻拓朴的简单方法。如图3和4所示，部分或全部网1被分割成M(任意的)个具有类似节点数量的地理区域，其中M是一个节点的最高价，即M是一个节点2可以支持的链路3的最大数量。在所示的例子中，M为8。实际上，任何这样的地理分割均需要考虑现有的视线。(注意为了简便已经在图3和4中省略了网1的其它节点2及其连接。)

查看图3中的区域A，可以发现区域A中的节点q通过一个链路3被连接到其它的节点2，使得到达相同区域中的一个节点2的连接不会超过一个。以这种方式连接所有的节点2显然可以保证能够避免只具有最相邻连接的网10这种方法的更有力形式是可能的。例如，可以按上述方式构成连接，但不包括任何到达相同区域中的一个节点2(例如节点p)的连接。实际上，适用策略的确切形式取决于节点2的地形及其最终范围。上述方式的另一种在节点范围受到限制的情况下可以使用的变化形式是只连接到范围内的相邻区域，如图4所示。

重要的是要知道在各个链路上需要什么样的带宽以便在随机选择的节点对之间建立具有带宽B的链路，直到连接了所有的节点。目前，由于取决于所需的业务特性和允许的路径算法，这个问题的完全解决办法是很复杂的，并且需要上述约束等式的一般解。但下面给出了一个简单计算以便找出一个链路的所需带宽b，从而抑制网或网络中的业务量，其中网中的各个节点正在引入并产生带宽B。对于能够适应任意的对称用户互连的网络，理想的情况是：

b≈B (1)即所需的链路带宽应当独立于网络中的用户数量，并且具有各个节点上的提供业务量的级别。

假定网络是一个非最相邻网，并且在最坏情况下，在网络中与最远的节点交换一个节点正在引入/产生的数据。由于网中的节点数量为N，并且如果各个节点正在向另一个节点发送数据，则有N个有效的连接。对于这个网，假定在一个节点和离它最远的节点之间平均有n个中继段。

因而用户业务需要网络提供nBN个单位的带宽。现在，如果网有E个均可以传递2b单位的数据(在每个方向上有b个单位)的链路，则网络有2bE单位的带宽可用。这样，如果忽略路由因素，则2bE＝nBN。

因而，各个链路的业务带宽为nBN/2E。如果b≈B，则nBN/2E≈B，或者nN/2E≈1，使得：

n≈2E/N (2)

这样，链路带宽约束(1)隐含了一个从构成网的节点和链路的数量方面针对通过网的平均中继段数量的约束(2)，即从期望的带宽特性的观点看，2E/N的量级应当与通过网的平均中继段的数量级相同。

在一个实际的系统中，对于实时服务n应当尽可能小，因为大的n意味着较大的传输延迟。但由于E/N与网中可能的环路数有关，E/N应当尽可能地大以便发挥上述期望特性。实际上，必须找到一个折衷的值。

为了调查传输冲突的情况，可以针对网使用对称例子和一个简单的，概念性的路由算法。一个简单的路由算法规定从一个节点到第二个节点的业务将在各个中间节点上被平均分配到指向目的地的各个链路上。通过一个简单的多路复用方案可以做到这点。这样，对于前半程而言，传输被分散到网上，并且对于后半程而言，传输被集中到目标节点。如果只有单独一个连接有效，则在该算法中两个端节点附近的业务量密度较高，并且密度在两个端点之间降低。当所有的连接都有效时，根据网的对称性，业务量密度的分布会比较均匀。如果整个网有较高的对称度，则业务量“热点”的数量会最小，并且路由不会被阻塞。这样，为了增加网络的负载平衡特性，期望拓朴尽可能对称。

考虑上述业务特性在无线环境中的含义很有指导意义。如果能够建立由具有上述特性的节点构成的网，则可以只使用一个BHz的无线电频谱(通过简化每赫兹一位的假定)通过具有带宽B的链路互连N个节点。事实上，因为实际的原因，无法很容易地做到这点(在后面详细讨论)，但这个特性极其重要，因为它表明这种结构比蜂窝结构具有更高的频谱效率，下面会更详细地讨论这一点。

图5中示出了基于本发明的网络或网系统1的一个简单实例。在所示的例子中，有16个客户或用户，每个用户均与一个网络节点2相连。系统1通过连接指定节点2的互连中继线4被连接到中继网络5。各个节点2具有一个能够发送和接收高频无线信号，例如至少1千兆赫(GHz)、2.4GHz、4GHz、或甚至达到或超过40GHz的信号的无线电收发器单元。各个节点2的收发器单元处在直接视线链路3连接的其它各个节点2上四个其它类似单元的直接视线接触范围内。可以理解图5中表示节点2之间的链路3的连线只是示意的，并且表明哪个节点2通过点对点无线传输被连接到哪个其它的节点2。通过图5可以发现在有必要避开的建筑物6或其它会阻塞特定节点2之间的直接视线连接的障碍物的情况下，基于本发明的系统或网1的节点2如何可以通过其它节点2彼此通信。应当注意系统1的这个例子中的各个节点2被连接到超立方体拓朴中相同数量n的其它节点。这样可以有效地使用系统1。但系统1中的某些节点可能被连接到一个不太完全的超立方体拓朴中的不足n个的其它节点。

如前和如下所述，一个从任意特定节点2到达任意其它特定节点2的消息通常会穿过经过系统1的“中继段”系列中的几个节点2之间的几个链路3。信号通过一个节点2的各个通道在信号传输中产生了一个延迟。该延迟可能只有一微秒左右，但如果有大量的节点，该延迟会迅速接近一秒。这种相对较长的延迟在诸如视频传输，可视会议等的交互式业务中通常是无法接受的。因而，非常期望使信号通过系统1的中继段最大数量最小。例如，超立方体结构提供了一种有效的方式，该方式以较小数量的，在源节点和目的节点之间传输信号所需的最大中继段连接许多用户。

并且，各个链路3具有某个固定的信息传递容量，并且主要根据在节点2之间发送信息的载波信号的带宽实际确定该容量。各个链路3传递到达一个与链路3相连的节点的信息数据，并且也“转接”到达其它节点的数据。实际上，各个链路3转接的数据量大约是其传递的信息数据量的n倍。这样，由于各个链路3必须传递的总消息量较少，所以增加了可用于各个消息的带宽，因而最好在节点2之间有相对较少的链路3(即一个小维数拓朴)。

在具有超立方体型拓朴的系统中，如果各个节点与n个其它节点相连，则这种系统中等于系统用户最大数量N的节点最大数量为2ⁿ，其中每个节点2只有一个用户。从任意节点向任意其它节点发送信息所需的最大中继段数量为n。链路总数E＝n.2^(n-1)＝(N/2)log₂N。对于穿过系统的信息有n！个可能的拓朴等价路径，这意味着由于可以找到消息通过系统的其它路径，即使一或多个节点因某种原因出现故障，也可以为绝大部分用户提供良好的服务。例如，为了向一个具有65,536个用户，使用超立方体拓朴的区域提供服务，一种简化的方式是每个节点有一个用户，n＝16。换而言之，对于一个有65,536个用户的系统，各个用户节点需要被连接到16个其它用户节点，并且需要最多16个中继段把信息从任意一个节点发送到系统中任意其它节点。

具有高节点互连度的拓朴支持许多可能的，通过系统1的等价路径，各个路径均具有相对较少的中继段数。就各个节点2所需的链路3的数量而言，在诸如超立方体拓朴的拓朴中节点复杂度随着系统1规模按比例变化的幅度很小。由于存在多种路由可能性，用户带宽与冗余链路带宽的比率很小，可能小于一。由于带宽需求适当，所以节点2的费用可以很低。节点2可以彼此相同，从而降低安装费用并且便于操作，管理和维护。

决定所使用的最优拓朴的因素包括消息业务量的分布情况，系统所处的陆地地形，用户位置密度和系统应用(例如点播电视或互联网万维网浏览)。

一种可选的拓朴是如图6中的例子所示的完全互连拓朴。各个节点2均与其它节点2相连，因而对于一个有N个节点的网络，各个节点2必须支持(N-1)个到其它节点2的外部链路3。链路3的总数量为N(N-1)/2。这种拓朴非常适合相对较小的节点2数量，例如N小于10。在这种系统1中增加节点2意味着必须修改全部现有节点2以便与任何新节点2互连。这种系统1的主要优点是从任意一个节点2向任意其它节点2传递消息只需要一次中继段。这样，完全互连拓朴非常适合连接小固定数量的节点2。

另一个可选的拓朴是如图7中例子所示的线性链形拓朴。各个节点2均与两个其它节点相连。在具有N个节点2的系统1中，有N个链路3并且信息会需要N/2个中继段以便通过系统1。由于所有消息业务量均集中到链路3构成的链上，所以各个链路3必须具有很高的带宽(大约是各个节点2所需带宽的N/2倍)，因而在这种拓朴中可以连接的节点数量可能会受到限制。这种拓朴的一个主要优点是节点2相对简单，其中各个节点2只有两个外部链路3。

合适拓朴的另一个例子是如图8中例子所示的树形拓朴。在均匀树形拓朴中，每个节点2均以不存在“环路”的方式与固定数量的其它节点2相连，这种方式也意味着不存在可以不止一次通过相同节点2的路径。对于一个节点2与J个其它“低层”节点2相连并且具有L个层的树形拓朴，节点2的数量是几何级数：

Σ_{k = 0}^{L} J^{k} = \frac{1 - J^{L + 1}}{1 - J}

对于较大的J值，该值会逼近J^L。这种拓朴的一个缺点是在从一个节点2开始的各个中继段上，节点2必须为节点连接的峰值带宽服务J次，这意味着在沿着树形拓朴下降时会大大增加带宽需求。另一个缺点是各个层次的节点2因为必须有不同的功能而存在差别，这意味着系统提供商在各个层次上必须提供并管理不同的节点。但这种拓朴的一个优点是在相同层次(例如图8中的最底层)上从任意节点2向任意其它节点2发送消息最多只需要两次中继段。

一种非均匀树形拓朴放松了对要固定的连接的低层节点2数量的需求，尽管在其它方面类似于上述均匀树形拓朴。

连接节点2的合适拓朴的另一个例子是如图9中例子所示的网格拓朴。节点2以任意方式与多达固定数量为n的最相邻节点2相连。在图9中示出了网格结构中的一部分，其中n＝4并且服务于N＝10,000个节点2，一个消息会需要

＝100次中继段以便通过系统1，这样会产生无法接受的通过延迟。并且，各个链路3的带宽需求会很高，以至接近各个用户所需带宽的(

)/2倍。

可以理解，不管为系统选择怎样的拓朴，该拓朴必须有效地平铺到一个地理区域的二维地形上，不可避免地，对某些链路3的需求会比对其它链路的需求更多。在现有技术条件下，发送40GHz频率信号的高频发送器的发射范围只有大约500m至2km，最好也只有大约4或5km。因而当在彼此距离超过2km的节点2之间提供链路3时会出现问题。通过把系统限制在相对较小数量的节点2上，例如限制在1,024个节点2上，可以克服这个问题。这样一个系统1可以使用大天线和无线电链路，光纤链路等等被连接到类似的，具有相同或类似规模的系统1。具有不同拓朴的系统1可以被连接到另一个系统1。

网络1可以具有混合拓朴。

在最优实施例中，每个节点有多个沿任意方向发出的链路。通过在每个节点上实现多种无线电系统可以做到这点。但与每个用户只有一种无线系统的普通蜂窝系统相比，这样会使节点费用显著高于同类蜂窝节点的费用。当无线电系统在高GHz工作时尤其是这样，其中系统在这方面的费用可能成为节点费用的主要部分。

为了在节点上获得360度角的覆盖面，可能使用一或多个天线，这些天线可以电气或机械转动，并且可以被定到任意方向上，也可以使用一组固定天线，这些天线均指向不同的方向，使得任意一个特定方向都可以通过一个天线访问。

必须确定天线的确切数量M以便在不影响链路增益的情况下保证完全的角度覆盖。注意，M可以大于n，即每个节点的最大有效链路。但与其在各个节点上提供M对收发器，倒不如把每一对顺序连接到一个单独的天线上，为了减低费用每个节点最好只使用一个收发器，并且使用时分多路复用(TDM)和时分双工(TDD)技术把收发器连接到一个天线。因而一个节点只有一个必须能够使用所有M个天线的收发器对。TDM可被收发器用来对天线进行时间共享。TDD可被用于交替节点无线电系统的收/发操作以便不会同时进行接收和发送。频分多路复用或码分多路复用可被用作TDM的替代方案。也可以使用其它的替代方案。

图10中示出了节点2的射频部件的基本结构。一个接收器10和一个发送器11被任意连接到一个向天线13来回传送射频(RF)能量的M路开关12。

在图11中针对M＝8的情况的时隙结构中示出了一个简单的调度天线13的连接的方案。时间被平均分割成为“帧”20中，并且各个帧20被平均分割到一个发送段21和一个接收段22中。发送和接收段21，22被分割成相等的时隙23。每一个时隙23被用于一个节点2上的一个链路3。这样，节点2在一个链路3的一个时隙23和下一个链路3上的下一个时隙23中发送，依此类推，接着在一个链路3的一个时隙23和下一个链路3上的下一个时隙23中接收，依此类推。把各个节点2的各个接收时隙23定得足够长以便从其它节点2发送的信号有足够的时间通过有关的节点2并且在有关的节点2中被完全接收，尤其是保证接收到数据分组和任何保护频带。

依次定序不是寻址天线13的唯一可能方式。通过把一个接收或发送半帧21，22中一较多或较少的时隙23分配给一个天线13，可以划分在一个节点2上可用的总带宽。在图12的矩阵中图解了这种情况。矩阵的列表示一个示例节点2上的八个天线13，行表示八个可能的接收/发送时隙23。小格(cell)中的‘1’表示天线13在时隙23期间有效。小格中的‘-’表示一个天线13在一个特定时隙23中没有活动。‘1’的数量必须不超过可用时隙23的总数量。

在图12A中，各个天线具有一个时隙，因而各个链路可以传递一个单位的带宽。在图12B中，天线A0有两个分配时隙，因而可以传递两个单位的带宽。天线A1，A2和A7均有一个分配时隙，并且天线A4有三个分配时隙。天线A3，A5和A6没有分配时隙因而空闲。在图12C中，所有时隙被分配给天线A4。这意味着与天线A4相连的链路可以传递八个单位的带宽同时所有其它天线空闲。

应当注意，与此同时TDM/TDD被用于分割链路3之间的时间，这不意味着链路3处于有效的时间也被分割成时隙。由于各个链路3只与两个节点2相连，针对多路访问在用于本发明的链路3上不需要其它的时分结构。

现在考虑对节点2的同步发送和接收的需求，如果任意一个节点2正在发送，则该发送的所有目的节点2必须正在接收。这种情况只在某些网拓朴中可能出现。如果网中所有传输路径环路具有偶数边，则许多拓朴都可以满足这种发送/接收分段。

通信节点2不仅必须以同步方式发送或接收，而且使用的时隙号必须一致。参照图13，节点A和节点B必须使用在其间的链路3上相同的时隙，即时隙1用于A的发送而时隙1也用于B的接收。类似地，A和C必须在其间的链路上使用相同的时隙，例如时隙2等等。但各个节点2可以只使用各个时隙一次。在最优实施例中，在整个网络上均满足这种要求。因而网络1中的各个链路3被分配了一个时隙号，使得没有节点2会拥有超过一个相同时隙号的链路。另外，期望使需要的总时隙数量最小。如果每个节点的最大链路数量为M，显然至少需要M个时隙。对于任何具有偶数边的环路的网络拓朴，如果M是网络的最大节点价(valence)，则在这个网络中可以始终分配M个时隙。

可以理解不同的节点2组可以在任意时间彼此通信。换而言之，系统1中的不同传输路径在任意时间可以有效并且进行传输。

现在参照示出了部分网1的图14。利用上述发送/接收同步和时隙分配规则，节点ABCDEF不会彼此干扰。但节点G和H会有问题。这是因为节点D和C之间的链路使用了时隙2。现在，该链路的无线电信号不会在C停止，而是继续传递并且可以被节点H上的接收器检测到，该接收器也在上述时隙内通过一个指向类似方向的天线进行接收。在理论上可能设计出以某种方式避免这种情况的网络拓朴，但由于实际用户位置分布的复杂性，这种拓朴实际上是不可行的。因而实际上应当把系统设计成即使在上述几何分布下，能够在H上检测到D的信号的事实不会对H从E接收的信号产生干扰。

通过使用一组频率信道并且以所有潜在干扰链路均处于不同信道的方式为网络中的各个链路分配一个这样的信道可以实现这点。信道组应当根据需要尽可能地小。这种对频率信道最小数量的需求涉及到节点天线的射束宽度。对于大的宽度，图14中干扰带PDQ的范围很大以至非常可能包括了诸如G和H的节点。类似地，对于小的射束宽度，干扰带范围很小，因而包含了较少的节点。

在所示的例子中，这样会意味着链路DC与链路GH处在不同的频率信道上。分配频率信道是一项复杂的任务。通过某些系统模拟对这方面形成的调查结果是，频率重用系数类似于蜂窝环境，即介于6和10之间。

这种情况在节点2的设计上意味着对于各个时隙上不同的预分配信道，无线系统必须是频率捷变的，可重调的。

和所有通信系统一样，单个链路3易于受到干扰和损伤。由标准装置处理非常短的时间量程问题，其中包括前向纠错和再发送。链路3有时会遇到致使其无法使用的问题。但对于一个基于最优实施例的网，在任何两个节点2之间总会有大量等价路径，因而通过重新路由连接可以克服某些链路3所造成的损失。

链路损失出现在几个时间量程上。在中期，附近移动的大型车辆或燃烧造成的烟柱会造成几秒或几分钟的临时损失。通过重新选择路由业务避开问题区域直到链路恢复，网络可以处理这些问题。在一个较长的时间量程上，链路3可能因为视线遇到永久性障碍而出现损失。新的建筑物或树木生长会导致这种情况。应当在网络的规划方面解决这些损失。作为一种背景活动，网络可以经常监视所有的可用视线，(即节点之间的链路3)，其中包括包括当前未用于用户业务的视线。在几小时，几天，甚至几分钟或几秒的时间量程上，网络可以自动重新配置以便使用不同的可用视线子集对操作参数进行优化。

某些用户对链路可用性会有非常严格的要求并且需要高度完整的链路以便其通信不易受到单点故障的破坏。当进行这样的传输时，可以使用多个通过网络的路径(m)。有两种可能的操作方法。在第一个方法中，各个路径传递两份用户数据，因而接收节点2可以在任何有效的路径上接收数据。这样就在用户连接上使用了m倍的基本用户带宽(B)，但易于实现。在第二个方法中，各个路径传递部分用户数据(带有某些奇偶校验信息)，因而接收节点2根据从任意m-1个路径接收的数据和奇偶校验信息可以重构数据。这样总共只使用了αB个单位的带宽(α＝校验信息附加位＞1)。操作方法的第二个例子可以被加以扩展以便防止多个路径的故障，但这样会比操作方法的第一个例子更为复杂。

多路径的可用性是本发明网网络1的最优实施例的固有特性。相比之下，在有线网络中准备多个物理路径是非常昂贵的。

在前面的描述中，一个时隙23被用于支持一个链路3上的所有带宽。这样使得原始数据传输速率最大；但保持频谱效率始终是重要的。

与常规蜂窝方案相比，由于更依赖于实际的实现，基于本发明的网络的频谱效率的通用计算不太容易进行。但一个蜂窝方案大体上需要：

α.N.B_subs.F_cell个单位的带宽，其中：

α是有效用户的最大部分

N是用户数

B_subs是一个用户所需要的带宽

F_cell是蜂窝频率重用系数，

并且假定调制技术提供一比特/赫兹。

本发明大约需要n.B_link.F_网个单位的带宽，其中：

n是节点上链路/时隙的最大数量

B_link是一个链路的带宽

F_网是使本发明中的干扰最小所需要的频率重用系数，

并且假定调制技术提供一比特/赫兹。

F_cell通常范围为6至10，并且计算机模拟结果表明F_网非常相同。针对一些情况进行了计算机模拟，合理的参数设置为n＝8，并且B_link等于B_subs。

这里给出了网方案对蜂窝方案的效率：

(α.N)/n

对于覆盖1000个用户的小区和20％的峰值有效负载(针对点播电视服务的典型估测)，相对效率为25倍。由于对无线电带宽有许多需求并且实际上管理或授权机构只能批准相对较窄的无线电频谱区域，所有这一点非常重要。本发明对无线频谱的要求比提供可比较用户带宽的蜂窝系统的要求要低。

现在描述路由协议的一个简单例子。系统1非常适用于异步传输模式(ATM)技术，该技术通过传输53字节的信息“元”可以支持面向连接(电路交换)或无连接(分组交换)传输模式。

在每个节点2上有n个连接的超立方体拓朴网络中，每个输出连接可以被标上一个索引(0...n-1)。可以通过一个这样的索引列表定义一个通过网络系统1的路径。如上所述，这个列表的最大长度为n个条目。

通常，一个信息分组可以被定义成具有message(消息)类型，该类型有两个分量：

·信息元有效负载(cell)，和

·路由地址(L)。

路由地址是一个节点2在网络系统1中的绝对地址。各个节点2会接入到其本身的地址(在下述编码中的my_L)。为了了解在这样的系统1中如何进行寻址，考虑对图15所示的一个简单的3立方体单元上的点的寻址。各个节点2具有一组被编号的信道，可以被认为是笛卡尔轴，在这种情况下是X，Y和Z。这样各个节点2具有一个X信道，一个Y信道和一个Z信道。

3立方体几何中的一个节点2的地址是八个3维向量中的一个：(0，0，0)，(1，0，0)，...(1，1，1)。通过下面初始(L1)和最终(L2)地址之间的关系表示沿着链路3通过一次踊跃通过立方体的移动(即一次边界遍历)：

|L1-L2|＝1

这样，一次“前向”移动被定义成L1-L2＝1而一次“后向”移动被定义成L1-L2＝-1。

在系统1的各个节点2上复制的如图16所示的路由算法从根本上保证了正确的小区路由。

HandleReturnedMessage函数的功能是根据返回消息采取合适的动作。这种策略取决于所支持的数据业务类型。它可以是下列之一：

1向发送方返回消息，即沿各个方向向始发者回传消息。该消息应当通知始发者出现冲突并且应当暂停发送信息一段时间。

2存储消息一段时间，接着尝试象前面那样向目的地址传送消息。

3传送消息并且强制采用一个不同的路径，例如通过选择一个具有较低冲突的输出信道。

4废弃消息，假定高层数据链路协议会检测到损失并且让始发者重发消息。

在概念上过程SendPacket(msg，next_node)向具有索引next_node的输出链路3发送Message msg。过程ProcessCell(cell)负责在本地使用信元并且使该信元可被用户使用。

DecideNextChannel函数具有特定于网络拓朴的功能。对于超立方体拓朴的情况，在图17中示出了一个这样的例子，其中ActiveChannels是在节点2上当前配置的信道数量(针对系统中的各个节点2可以有所不同)，并且MaximumChannelUtilisation是这样的值，等于或大于该值输出信道可以被认为处于满容量并且可以不接受其它业务。

一个输出信道的瞬间利用率是对该信道在刚刚前一个时间段上通信业务负荷的立即测量。这样的通信业务负荷测量可以是下面系数中的一个或组合：

1在链路上当前分配的通信电路数量

2在链路上发送的数据量。

另外，在一个部分完全超立方体的情况下，ChannelUtilisation函数可以被用于控制不存在的链路。在这种情况下，链路使用率可以被固定设置成MaximumChannelUtilisation。

节点的一个连续工作的功能是监视负载并且允许路由软件得到一个与给定链路的当前负载相关的值。这就是ChannelUtilisation(channel)函数的作用。

过程MapWeightedChannelToBestChannel把输入加权信道索引转换成该节点的实数输出信道。最简单的非无效情况是通过整数0至7表示输出信道，并且把实数加权信道号映射成整数只是一次舍入操作。例如，加权信道值6.7152被映射成信道索引7。

迄今为止已经针对系统1在一个节点2簇内移动数据的能力基本描述了系统1的性能。但许多类型的服务需要接入一个如图5所示的中继网络5。例如，在一个基本用于5Mbps点播电视(VOD)服务，具有250个用户并且每个用户负载为0.3爱尔兰的网络中，中继网络所需要的总带宽为375Mbps，假定不发生源资料迁移。由于一个节点的最大输入速率为大约40Mbps(假定每个节点2均有八个最大带宽为5Mbps的链路3)，则这种375兆位/秒的业务量会在中继网络至少10个位置上。这可以通过两种方式。

第一种方式是把各个“输入”位置上的一个节点2’的用户接口连接到一个中继网5上的一个合适接口(例如DS3，STM0，1)，如图18所示。输入位置上的节点2’可以被一个光纤4连接到中继网络5的光纤干线上。可以根据网络配置的方便而不是用户位置选择这些输入位置。这样就比把电缆连接到蜂窝型基站更加容易，其中根据蜂窝结构确定基站的位置。

第二种方式是配置一组节点2”以便所有时隙被用于一个链路。这为连接到节点2提供了几个具有合适带宽(40Mbps)的点对点连接。特殊配置的节点2”可以通过一个合适的数据连接6被连接到相同位置上的一个普通用户节点2。应当注意这些特定配置的节点2”可以使用与普通用户节点2相同的硬件。但特定配置的节点2”在需要的情况下均应当使用高增益，长移动范围的天线。这样的天线应当指向由合适配置的节点8构成，位于图19所示的单个中继接入点9上的节点簇7。

许多无线通信系统的一个问题是多路径。当一个接收器从一个发送器直接接收主信号并且还从发送器接收已经经过建筑物或移动车辆反射的信号时，会出现这种问题。与主信号相比，反射信号被延迟了，在反射信号是相位滞后奇数个半波长的信号时，这样会导致主信号的消失。在使用了几百米波长的中波传输的情况下，信号消失不是严重问题；用户通常可以发现一个接收器位置，在该位置上因建筑物反射导致的信号消失不会发生，或者因移动车辆的信号反射导致信号消失，但信号只会短暂消失并且在车辆走开后问题自然解决。但在波长为几毫米的高频率下，由于有规律、经常地反射信号并且使信号滞后主信号奇数个半波长，所以移动通过接收器的目标可以导致频繁的主信号消失。

为了克服这种在本发明的系统1中出现的多路径问题，各个节点2的发送器和接收器的天线最好是高度定向的。通过高度定向的发送器/接收器，会得到比各向同性天线更好的增益和信号强度。这样，一个高度定向的发送器/接收器不仅会自然地只检测沿着到达节点2的视线链路3而来的主信号，而且不会检测沿着与主信号成夹角的方向到达节点的反射信号，高度定向的发送器/接收器通过更高的可用增益已经改进了操作特性。除了天线的高定向性几何特征之外，发送射线的圆形极化特性可被用来对多路径效应造成的信号损失的额外保护。在被从表面反射时，相对于输入电波而言无线电波相位被改变。如果这种输入电波是右手圆形极化的，那么在反射时这种极化会反转成左手圆形极化。通过这种方式，在接收器对纯右手圆形极化无线电波有选择性时，相对于直接发送的射线而言这种非期望的反射射线会被拒斥。如果使用左手圆形极化接收器和发送器，类似的情况同样成立。这样，系统1最好使用视线内，高度定向，高增益，高频发送器/接收器发送和检测圆形极化射线。

可以理解在本发明的系统1中，不需要基发送器站，并且在各个节点2上通过相同的单类型收发器可以构成系统1。与使用基站的蜂窝系统相比，网络系统1的建设，配置和维护可能非常容易和便宜。不需要埋设，架起电缆或树起许多大的基站天线架，这样就大大节省了费用并且使系统1受环境的影响最小。由于有许多在节点2之间和到达系统1边界的可能路径，所以系统1的容量非常大。一个具体节点2的故障相应意味着只会损失一个用户的服务，而由于可以找到传输信号的可选路径，其它用户通常不会受到影响。由于各个节点2涉及到交换和传输信息业务量，所以整个系统1可以有效地被用作一个分布式交换机。这意味着可以省略消耗大量资金的常规接入交换机。

本发明允许提供商以相对较低的费用开始运作一个为少量用户提供非常高的数据传输速率的通信系统1。例如，与等价的有线和蜂窝方案相比，可以以非常低的费用在上述系统中安装128个节点。系统的用户可以被分配相应的节点2。没有被分配给用户的剩余节点2可以被用作完全传递用户节点2之间的信息业务量的“策略”节点2。当更多的用户加入系统时，策略节点可以被分配给新用户。当最初建立的系统1用满使得所有节点2被分配给用户时，可以加入新节点并且可以重新配置整个系统1以便把新节点引入到系统中。如果有必要，可以进行相反的过程清除不再需要或者需要维护或出现故障的节点。

在不影响节点的转移业务容量的情况下，网络提供商可以独立地动态配置从网络一侧(Bdown)可以为一个节点用户提供的最大带宽和一个用户可以向网络(Bup)提供的最大带宽。例如，一种低费率服务可以是Bup＜＜Bdown(类似于ADSL服务)，而高费率服务可以允许Bup＝Bdown(‘对称’服务)。显然Bup和Bdown必须低于无线电系统允许的峰值用户数据速率。

两个节点2之间的一个链路3实际上可以包括两个或更多的并行无线电信道，即链路3同时使用两或多个频率信道，这样就减少了具体一个无线信道上的带宽负荷。

通过一个中央控制器可以对节点间信号的路由进行总体控制。中央控制器可以对整个系统1进行周期性(例如每天)检查以便确定任意一个节点2是否出现故障。中央控制器1可以确定从系统1中一个节点2到任何其它节点2的一个消息应当沿哪条路径传递。可以从中央控制器向各个节点2发送合适的指令以便各个节点2对各个信息分组进行正确的寻址。

本发明允许得到非常高的数据传输速率。例如，如上所述，40Mbps的总节点数据传输速率是完全可行的。可以轻易获得5Mbps的数据传输速率和25Mbps的突发速率。

前面已经具体参照图解的例子描述了本发明的一个实施例。但可以理解在本发明的范围内可以对上述例子进行各种变化和修改。

Claims

1.一种通信系统，该系统包括：

多个节点，每个节点具有：

接收无线发送装置通过天线发送的信号的接收装置；

通过天线无线发送信号的发送装置；以及

确定上述节点接收的信号是否包含另一节点的信息，并且在上述接收的信号包含另一节点信息的情况下使上述发送装置向另一节点发送一个包含上述信息的信号的装置；

每个节点具有一个或多个基本是单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个共享接收装置的接收器和发送装置的发送器中至少一个的、基本是单向的点对点无线传输链路，各个上述链路只到达一个其它的节点，至少一些节点是用户业务的起点和终点。

2.一种通信系统，该系统包括：

多个节点，每个节点具有：

接收无线发送装置发送的信号的接收装置；

无线发送信号的发送装置；以及

每个节点均具有一或多个基本上是单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个基本是单向的点对点无线传输链路，每个上述链路只用于一个另外的节点，并且使得一个节点对任意特定频率上的信号的发送和接收在某个时间只在一个链路上发生。

3.一种通信系统，该系统包括：

多个节点，每个节点具有：

接收无线发送装置发送的信号的接收装置；

无线发送信号的发送装置；以及

确定上述节点接收的信号是否包含另一节点的信息，并且在上述接收的信号包含另一节点信息的情况下通过上述发送装置向另一节点发送一个包含上述信息的信号的装置；

每个节点均具有一或多个基本上是单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个基本是单向的点对点无线传输链路，每个上述链路只用于一个另外的节点，并且使得至少某些节点不仅仅与最相邻的节点相连。

4.如权利要求1至3中任何一个所述的系统，其中连接各个节点以便构成传输路径环路，从而为至少某些节点之间的信号传输提供多种路径选择。

5.如权利要求4所述的系统，其中各个环路包括偶数个链路。

6.如权利要求1至3中任何一个所述的系统，其中对于具有多个到其它节点的链路的每个节点，上述多个到其它节点的链路中每一个均与一个时隙相关联。

7.如权利要求6所述的系统，其中各个节点的每个链路和一个不同的时隙相关联。

8.如权利要求6所述的系统，其中可以改变对链路的时隙分配，使得一个链路可以有选择地与不止一个时隙关联。

9.一种通信系统，该系统包括：

多个节点，每个节点包括：

接收无线发送装置发送的信号的接收装置；

无线发送信号的发送装置；以及

各个节点均具有一个连接到至少另一个节点的基本是单向的点对点无线传输链路，使得各个节点可以向至少另一个节点发送信号，至少一些节点具有多个基本是单向的点对点无线传输链路，其中相应节点对之间的各个链路均与一个不同的时隙相关联，连接节点以便构成传输路径环路，从而为至少某些节点之间的信号传输提供多个路径选择，其中各个环路均包括偶数个链路。

10.如权利要求9所述的系统，其中可以改变对链路的时隙分配，使得一个链路可以有选择地与不止一个时隙相关联。

11.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中每个节点都有一个连接至少另一个节点的直接视线链路，使得各个节点可以向上述各节点视线内的另一个节点发送信号。

12.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中各个节点包括当且仅当在上述节点接收的信号包含另一个节点的信息时向另一个节点发送包含上述信息的信号的装置。

13.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中各个节点是固定的。

14.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中节点数量小于链路数量。

15.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中在一个时间段内使各个节点处于发送模式，并且切换到处于接收模式的一个时间段。

16.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中在至少一个节点接收的信号中的信息是寻址到上述至少一个节点时，上述至少一个节点不向任何其它节点发送该信息。

17.如权利要求16所述的系统，其中在至少一个节点接收的信号中的信息是寻址到上述至少一个节点时，上述每个节点不向任何其它节点发送该信息。

18.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中各个节点具有寻址装置，在接收信号中的信息是针对另一个节点时，该装置把包含上述信息的信号所要路由到的节点的地址加到上述信息中。

19.如权利要求18所述的系统，其中寻址装置包括确定信息通过系统的路由并且相应地把合适的地址加到信息中的装置。

20.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中还包括一个确定信息通过系统的路由的中央系统控制器。

21.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中至少有一个节点具有确定接收的信号是否包含上述至少一个节点的信息的装置，和处理寻址到上述至少一个节点的信号中的信息的处理装置。

22.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中节点的发送装置在大于大约1GHz的频率上发送信号。

23.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中两个节点的链路同时使用两个或更多的频率信道。

24.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中上述接收和发送装置发送并检测圆形极化射线。

25.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中发送装置包括一个高度定向的发送器天线。

26.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中接收装置包括一个高度定向的接收器天线。

27.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中各个节点基本相同。

28.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中系统被连接到一个常规中继网络以便提供对其它网络的接入。

29.如权利要求28所述的系统，其中还包括一个节点，它通过数据连接与系统中的一个节点相连，向中继网络传输信号或从中继网络接收信号，或者两者相进行。

30.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中在一个节点上连接或提供一个数据存储服务器。

31.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中一个节点的至少一个链路使用一个第一传输频率，而上述节点的至少一个另外的链路使用一个第二传输频率。

32.如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的系统，其中某些节点被分配给用户而某些节点没有被分配给用户，上述未分配节点中的至少某部分节点被只用于在用户节点之间传递信息业务。

33.一种穿过节点网络进行通信的方法，各个节点具有一或多个基本上单向的点对点无线传输链路，至少一些节点具有多个共享接收装置的接收器和发送装置的发送器中至少一个的、基本是单向的点对点无线传输链路，各个上述链路只连接到一个另外的节点，该方法包括的步骤有：

(A)在所述节点之一上产生用户数据；

(C)在上述另一个节点上接收上述信号；

(E)重复步骤(B)至(D)直到上述用户数据到达其目的节点。

34.一种通信方法，该方法包括的步骤有：

(B)在上述另一个节点上接收上述信号；

(D)重复步骤(A)至(C)直到上述信号到达其目的节点，

35.一种通信方法，该方法包括的步骤有：

(B)在上述另一个节点上接收上述信号；

(D)重复步骤(A)至(C)直到上述信号到达其目的节点，

安排链路使得至少某些节点不仅仅与最相邻的节点相连。

36.一种通信方法，该方法包括的步骤有：

(B)在上述另一个节点上接收上述信号；

(D)重复步骤(A)至(C)直到上述信号到达其目的节点，

37.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中对于具有多个到达其它节点的链路的每个节点，上述多个到其它节点的链路中每一个均与一个时隙相关联，并且在一个不同的时隙期间在上述一个节点的一个链路上进行各个发送步骤，在一个不同的时隙期间在上述其它节点的一个链路上进行各个接收步骤。

38.如权利要求37所述的方法，包括改变对链路的时隙分配，使得一个链路有选择地与不止一个时隙相关联。

39.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中在上述信息是针对另一个节点时，各个节点将包含上述信息的信号所要路由到的节点的地址加到接收信号的信息上。

40.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中各个节点具有寻址装置，寻址装置确定信息通过系统的路由并且把合适的地址相应地加到信息上。

41.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中一个中央系统控制器确定信息通过系统的路由。

42.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中包括各个节点当且仅当在上述节点接收的信号包含针对另一个节点的信息时向另一个节点发送包含上述信息的信号的步骤。

43.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中包括在至少一个节点中确定接收信号是否包含针对上述至少一个节点的信息，并且处理寻址到上述至少一个节点的信号中的信息的步骤。

44.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中信号以大于约1GHz的频率被发送。

45.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中有至少两个在源节点和目的节点之间传输数据的可能路径，并且包括在上述至少两个路径中每一个上发送上述数据的复本的步骤。

46.如权利要求33至36中任何一个所述的方法，其中有至少两个在源节点和目的节点之间传输数据的可能路径，并且包括在上述至少两个路径中每一个上从源节点只发送一部分上述数据，并且在目的节点根据上述数据的上述发送部分重新构成数据的步骤。

47.一种电信交换设备，其中包括如权利要求1、2、3、9中任何一个所述的通信系统。