CN1622548A - 多重无线电统一协议 - Google Patents

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Abstract

本发明是通过无线网络节点来揭示的，该节点配备有两个或更多的静态地调谐到互不干扰的频道的无线电收发器，所述节点可以决定当与相邻的无线节点通信时使用哪个频道。在无线节点中实现的多重无线电统一协议协调多个无线网络接口卡的使用，并提供将多个物理网络接口用节点的网络协议栈的较高层隐藏起来的虚拟层。本发明广泛地适用于无线网络，包括某些节点没有多重无线电或者不支持多重无线电统一协议的无线网络。本发明使得使用可用的频道同时进行传输成为可能，从而减少干扰和延迟同时增加网络总的容量。

Description

多重无线电统一协议
相关技术的交叉引用
本发明要求基于美国临时专利申请书系列号60/456,128的优先权，该申请书于2003年3月20日提出，因此在此完整包括作为引用。
技术领域
本发明涉及无线网络，更特别地，涉及其中一个或更多的网络节点配备有一个以上的无线电收发器的无线网络。
背景技术
无线数据通信网络，例如那些包含符合IEEE802.11标准的装置，总的来说特征是节点配备有单个无线LAN(WLAN)卡，该卡包含单个无线电收发器。低网络容量限制了多跳IEEE802.11 WLAN的性能可伸缩性。当节点密度和网络跳跃的数量增加时，端对端吞吐量降低。在这些网络的部署中，低容量已经成为一种障碍，尽管它们有许多有益的使用。例如，无线社区网格网络允许邻居分享快速和不昂贵的因特网网关，并利用本地分布的应用程序、数据和储存。
存在导致多跳IEEE802.11无线LANS较差的可伸缩性的许多因素。802.11多跳无线网络较差的可伸缩性的一个原因是传统的WLAN无线电不能同时发送和接收数据。这尤其限制了多跳无线网络的可伸缩性，其中节点可从源节点转发数据到目标节点。在这样的一个网络中，转发数据的节点的容量在同时接收和发送的情况下很可能减半。
在符合802.11的无线网络中，可伸缩性由于访问控制中等访问控制(MAC)和传输层协议中并非最理想的补偿算法的使用而进一步受到限制。另外，兼容802.11的WLAN无线电并不使用整个可获得的频谱，而是在小部分的频谱(“频道”)上工作。尽管可以获得多个互不干扰(正交)的频道，802.11物理(PHY)层被设计为在任意给定的时间处仅使用单个频道。另外，在802.11特定网络中，可伸缩性因为在给定的LAN中所有的节点工作在相同的频道上而受到限制。
而对可伸缩性的另一个限制是由802.11 MAC处理隐藏的终端问题的方式引起的。在802.11 MAC规范中，请求发送(RTS)和清除发送(CTS)帧的交换在数据发送之前进行。在数据发送期间，在发送器或者接收器的范围内所有节点需要保持安静。在大多数其它为了解决隐藏的终端问题而建议和实现的无线网络MAC协议下，类似的情况是存在的。
在基于基础设施的WLAN中，通过将物理空间分割成“单元”并且在正交频道上操作相邻的单元，可以获得额外的网络容量。不过这种解决方法无法应用于多跳无线网络。如果第一个无线节点选择与它所相邻的一个节点所选择的频道正交的频道，那么这些相邻的节点不能互相通信。(在此说明和附属的权利要求中，如果第一个节点位于第二个节点上的一个或几个收发器的通信范围内，除非上下文提示，否则第一个节点是相对于第二个节点的相邻节点)。
通过单个的无线电节点进行动态频道切换仍然不是对容量问题的一个实际的解决方案。在目前技术的情况下，动态频道切换重新引入了所隐藏的终端问题：一个节点在另一个频道上接听时可能失去在某一个频道上的一个RTS/CTS交换。动态切换的引入使得某些使通信节点与公用频道协调的方法成为必须。这种协调没有其它通信频道或者过度限制性的预先协商好的计划是很难的。另外，与切换频道有关的延迟趋向于在几百毫秒的数量级，本身将在性能上会引入显著的下降。另一个相对不是很实际的解决方案是设计新的MAC协议。这将需要对现有的WLAN标准和新硬件的发展有大范围的改变。所以多跳无线网络一般工作在每个节点有一个无线电接收装置且每个节点有一个频道的基础上，这限制了这种网络可获得的带宽。
在此所述的发明通过将两个或几个无线电接收装置调谐到正交频道，而使得无线网络节点充分利用可获得的频谱。剥离是在每个网络节点上利用多个无线电收发器的可能的方法。不过，在每个网络节点的多个网络接口上剥离网络通信量的建议，并没有对无线网络的容量问题提供满意的解决方案。大多数剥离方案是为假设为有线和单跳的网络而设计的。剥离方案典型地需要对现有的应用程序、传输和路由协议进行改变。某些剥离方案会带来变差的性能、降低了的总带宽。当剥离方案与TCP传输协议一起使用，在不同频道上发送相同数据流的多个包则增加了包无次序到达的可能性，这可以由TCP解释为包损失的标志，结果是TCP拥挤窗口的调整。剥离方案在包含不同种类的节点的网络(有些有多个网络接口和有些有单个网络接口卡)中一般不工作，对增量部署是一个实际的障碍。
发明内容
以下是本发明的某些实施例的简化小结，以提供对本发明的基本理解。该小结不是对本发明的全面的总结。它并不是为了用于识别本发明的关键的或至关重要的元素或者限定本发明的范围。它唯一的目的是将以简化的形式展示本发明的某些实施例，作为以下提供的更详细的说明的先导。
按照本发明的某些实施例，提供一种方法，借此配备有多个调谐到正交的频道的无线电收发器的第一个无线节点选择一个收发器，从而其中一个频道，用于与邻近的第二个无线节点通信。第一个节点发现了邻居并获得有关其可用的网络接口的信息。按照本发明的一个方面，第一个节点还可以确定邻居本身是否能执行相同的频道选择方法来与第一个节点通信。然后，第一个节点定期地估算可以用来与邻近进行通信的每个频道的质量。根据频道质量估算，第一个节点选择一个频道并使用该频道用来与邻居进行一段时间的通信。第一个节点可以对与其相邻的每个节点采用该方法。按照本发明的实施例，第一个节点可以根据平滑的往返延时测量来估算频道质量。
按照本发明的另一方面，无线网络装置，配备有多个调谐到相互正交的频道的无线电收发器，执行一个驱动器，借此该装置选择其中一个收发器，从而和其中的一个频道用于和相邻的无线装置通信。
按照本发明的另一方面，无线网络节点，配备有多个调谐到相互正交的频道的无线电收发器，维护用来储存信息的表，这些信息和基于可用于和相邻节点通讯的每个频道的质量的估计选择用于和相邻的无线网络节点通讯的频道相关。每个邻近节点在表中有单独的条目。
按照本发明的另一方面，第一个装置有两个或更多的无线网络接口卡，并能通过在第一个装置中实现的多层网络协议栈与另一个装置进行无线网络数据通信，在协议栈中提供一个虚拟层，所述虚拟层隐藏多个网络接口的存在，并仅对协议栈的更高层暴露一个网络接口。
本发明的其它特征将通过以下的详细说明与附图一起考虑而变得显而易见，其中：
附图说明
图1是表示简单的典型无线网络的示意图，其中可以包括本发明的实施例；
图2是包括本发明的实施例的在无线网络节点中的网络协议栈的示意图；
图3是本发明的实施例在无线网络节点中的体系结构；
图4是表示在本发明的实施例中邻居表条目字段的方框图；
图5是展示按照本发明的实施例，无线节点与相邻的节点建立初始通信时所采取的步骤的流程图；
图6是展示按照本发明的实施例，无线节点对相邻的节点分类所采取的步骤的流程图；
图7是展示按照本发明的实施例，无线节点发送探测消息到相邻节点所采取的步骤的流程图；
图8是展示按照本发明的实施例，无线节点接收探测响应并更新频道质量估算值所采取的步骤的流程图；
图9是展示按照本发明的实施例，无线节点关于频道选择决定所采取的步骤的流程图；
具体实施方式
以下将说明本发明的实施例。为了解释的目的，将介绍某些具体的配置和细节，以对实施例有足够理解。不过，对熟悉相关技术的人来讲，不包括那些配置和细节也可以实现本发明，这一点是很显然的。进一步来说，众所周知的特性，特别是对有普通水平的计算和计算机网络技术的实现者众所周知的特性，将被省略或简化，以免混淆在此所述的实施例。
此处所描述的发明和在此申请的不限于在某一种无线网络中实现。可以应用于多跳无线网络、特定无线网络、基础设施无线网络、无线网格网络和其它无线网络。在网络中的一个或几个节点可以另外连接到其它网络，包括有线网络，也包括广域网。这种情况下，无线网络中的节点也可以作为到其它网络的网关。此处本发明实施例的详细描述可以参考符合IEEE802.11标准的无线网络装置，本发明不仅仅限于使用特殊类型的无线网络接口硬件和低层网络协议和规范的无线网络节点，本发明不仅仅限于符合一个或几个现有的无线网络标准的硬件。
在该规范中使用的术语“计算机可读媒体”和它附属权利请求，包括可以被计算机装置读取的任何数据存储媒体，该计算机装置包括起无线网络节点作用的计算机装置。不作限制，这种计算机可读的媒体包括，易失储存器和非易失主储存器，可移动和非移动磁盘储存器，光盘储存器和网络通信媒体。
本发明的实施例适用于包括许多网络节点的无线数据通信网络。在示范性的无线网络中的节点可以包括连接到或包含一个或几个例如符合802.11的WLAN卡这样的无线网络接口卡(NIC)的固定的、移动的或便携的计算机装置。无线NIC传统上有唯一的物理地址，例如48比特802.11 MAC地址，并包括无线电收发器，用来发送数据到其他无线节点和接收来自其它无线节点的数据。本发明用于实现在无线网络中，其中一个或更多节点配备有多于一个的无线NIC。(为了便于解释，通过此规范，包括此处附属的权利要求，除非上下文另有提示，“NIC”，“网络接口”，“无线电”和“收发器”是作为可互换的术语。)
按照本发明，无线网络中的节点配备有两个或更多的无线NIC，启动时将它们调整到固定分配的正交频道。以下的表格显示了美国802.11a，802.11b和802.11g标准的频谱和频道结构及名义上正交的频道数量。
    标准     频率范围(GHz)     正交频道    频道宽度(MHz)
    IEEE802.11a     5.15-5.35，5.725-5.850     13     20
    IEEE802.11b，g     2.400-2.4835     3     22
在理论上，工作在非重叠的频道上的无线电不应该互相干扰。实际上，由于频道功率损耗，物理位置上互相接近的无线电，在多跳网络中有多个无线电的转发节点这种情况下，可能会相互干扰，甚至当工作在非重叠的频道时也会如此。
按照本发明，多NIC节点使用一个协议和相关的方法和机制，由此节点在各个时间点选择数据与某一相邻节点通信的频道，该频道是一个NIC所调谐到的。在本发明的一个实施例中，该选择的决定试图在可以用来与相邻节点通信的整套频道中识别负载最轻的频道，但是本发明适用于其它种的频道质量测量标准。
图1画出了包括本发明某些方面的无线网络的简单例子。在这样的无线网络中，以及在具有更复杂拓扑结构的无线网络中，按照本发明，，多个无线电装置可用与在互不干扰的正交频道上同时发送和接收数据的可能性耦合在一起可以增加网络容量。显示了三个节点101、103、105的链。每个节点可以假设有两个NIC(未明确标出)，每个NIC包括一个无线电装置。在每个节点上，一个无线电装置调谐到频道1，每一个节点上的另一个无线电装置调谐到频道11。在这个例子中，假设频道1和11是正交和互不干扰的。环绕每个节点的相互重叠的虚线圆圈107、109、111代表每个节点的无线传输范围(为了简化，在本例图中假设一个节点有适用于所有无线电装置的一个范围)。在示例的网络中，假设每个节点只能与相邻节点通信。这样，节点103是节点101的唯一相邻节点，节点103是节点105的唯一节点，而节点103有两个相邻点，节点101和105。
图1的网络可以被视为多跳特定无线网络的简单例子。此处，中间节点103可以作为在两个终端节点101和105之间中继包的转发节点。两个活跃的无线数据传输用折线113、115来表示。发生在节点101和103上的NIC之间的一次传输调谐到频道1，发生在节点103和105上的NIC之间的另一次传输调谐到频道11。本发明所提供的多个无线电装置的可用性允许同时传输。
图2提供本发明的实施例位于具有网络协议栈的无线网络节点之内的视图。为了说明，此处画出的协议栈符合已知的OSI参考模型。熟悉相关技术的人可以认识到，OSI模型本质上是概念性的，并且实际的网络节点以各种偏离该模型的途径实现网络协议栈。在OSI模型中，网络协议位于七个逻辑层的层次结构之内：201应用层、203表示层、205会话层、207传输层、209网络层、211数据链接层、213物理层。数据单元通过层之间的接口传递。当数据单元从源节点往下由较高层到较低层传递，按照与该层有关的协议，在每层连续地封装，实际上是在最低层传输的。在目标节点，沿着层往上传，并连续地剥离它的封装报头。
按照本发明的一个实施例，多重无线电统一协议215(此后也称为“MUP”)位于协议栈的数据链接层211。如下所述，多重无线电统一协议215向协议栈的更高层提供虚拟层217。在本发明的实施例中，多重无线电统一协议215可以作为在数据链接层211和网络层209之间的中间层实现。
图3提供了本发明的实施例在无线网络节点内的更详细的结构视图。作为例子，在此假设节点实现802.11或类似的低级无线网络协议，并支持一个或更多的上层网络通信协议309，例如TCP/IP，NetBEUI或IPX/SPX。该节点配备有多个无线NIC301，303，305。在几个NIC的上方是多重无线电统一协议307，它的主要功能是频道选择。按照本发明，该协议通过将向这些上层协议暴露虚拟MAC接口311，从协议栈309的较高层中隐藏了多个NIC的复杂性。相对于TCP/IP，例如，较高层的协议包括位于图2中OSI网络层209处的IP，及在IP上的层。
这样，多重无线电统一协议307统一多个物理无线电装置，由此保证所有节点是同一个逻辑网络的一部分时，还能提供频率多样性。单个虚拟MAC地址311隐藏了几个NIC 301，303，305的MAC地址。在本发明的实施例中，虚拟的MAC地址是符合802.11 MAC规范的48比特地址。多重无线电统一协议对沿网络协议栈向下传递的包进行多路传输，这样它们可以沿着合适的网络接口传输，并且在将他们沿协议栈向上传递之前将所收到的包合并。从应用的角度来说，节点好象仅操作一个无线网络接口。这种设计允许网络通信利用多个网络接口，而不需要对网络应用程序或上层应用程序、传输和路由选择协议作任何修改。
使用多重无线电统一协议的无线节点维护邻居表317，其中每个邻近节点有一个条目。该表储存关于已经与该节点通信的邻近节点的信息，包括邻居本身是否为支持MUP。该表也储存与每个邻近网络接口有关的唯一的地址及相应的频道质量和频道选择信息。
图4显示了本发明的实施例可能包括的邻居表条目的数据字段的例子。所画出的这些字段的顺序是仅用于示范的目的，并且熟悉相关技术的人将很容易辨认邻居表可能有其他格式，包括成分数据字段的其它顺序。第一个字段321保持邻居的IP地址。在另一个实施例中，该字段可以保持与相邻节点有关的另一个唯一的标识符，例如域名服务(DNS)名称。
第二个字段323用来指示邻近的点是否理解多重无线电统一协议。本发明不仅仅限于在这样的无线网络中应用，即所有的节点配有多个无线电装置且所有的节点能按照MUP通信。本发明可以在这样的无线网络中应用，即有些节点是遗留节点(仅仅有一个无线电NIC的节点或者不按照多重无线电统一协议工作)。本发明的此特征允许在无线网络中进行增量部署。
在邻居表条目中的第三个字段保持与邻近节点的每个网络接口有关的一整套独立的MAC地址。第四个字段327保持整套频道质量值，以下将进一步详细解释。第五个字段329保持实际频道，该频道目前是用来与邻近的通信而选择的。第六个频道331保持最近作出频道选择决定时的时间。第七个频道333保持最近包发送到邻居或从邻居接收的时间。第八个字段335对每个相邻网络接口包含最近一次发送未确认的探测消息的时间。按照本发明探测消息的使用以后将详细解释。如果以后收到对未响应的探测的响应，探测往返时间可以根据第八个字段335的信息来计算；探测发送时间也可以与超时阈值一起使用以确定探测消息是否已经丢失。
当支持MUP的节点初始化与邻近节点的通信时，并不假设邻居是支持MUP的。因此与特定邻近带内的通信就通过图3的方框图画出的本发明的元件319初始化了，使用已知的地址解析协议(ARP)。这就保证了当与不支持MUP的遗留节点通信时，支持MUP的节点恰当地工作，并且它允许邻居的可用网络接口能够被发现。与本发明的发现方面的实施例有关的步骤在图5中示出。ARP请求在所有无线接口(步骤337)上广播。当目的地相邻节点接收了接口上的ARP请求(步骤339)，它沿着该接口发送出ARP响应(步骤341)。ARP响应包含对应于网络接口的MAC地址，在所述接口上相邻节点接收ARP请求。由产生节点所接收的进入的ARP响应(步骤343)通过节点的MUP层。在进入的ARP响应中的MAC地址信息被记录在邻居表中(步骤345)。一旦产生节点接收到来自目标相邻节点的ARP响应，它可以沿着接收响应的接口开始与相邻节点通信(步骤347)。如果任何其它的ARP响应后来被接收到，则在那些响应中包含的其他的MAC地址被记录在邻居表中(步骤349)。
在本发明的实施例中，在初始ARP阶段之后，支持MUP的、寻找与给定的相邻节点通信的节点也启动分类处理，以确定相邻节点是否支持MUP。该处理在图6的流程图中示出。通过所有已解析的接口发送CS(频道选择)消息(步骤351)。如果相邻节点支持MUP，它将用CS-ACK(频道选择响应)消息作出响应，因此在接收到CS-ACK时被分类(步骤353)。如果需要，一超时机制被用来重新发送CS消息(步骤353)。在重新发送失败几次(步骤359)后，相邻的节点被归类为遗留节点(步骤361)。
如果在某一段时间内没有与相邻节点交换消息，则邻居表中特殊的相邻节点的条目被删除。当开始与此相邻节点进行下一次通信时，再次开始发现和分类处理。
当相邻节点被确定为支持MUP，但不是所有相邻MAC地址已经被发现(步骤357)，则进行在相邻节点的其余频道上解析MAC地址的明确尝试。产生节点沿着每个可获得的频道发送ARP请求，而相邻的节点对应的MAC地址不是已知的(步骤363)。超时机制用于重新发送ARP请求(步骤365)。在重新发送失败达固定次数后(步骤367)，发生超时的某个无线电装置从和邻居通信的目的来说被认为是失效的(步骤369)。
按照本发明，配备多个无线电装置并支持多重无线电统一协议的无线电节点试图作出关于使用哪个频道与相邻的节点之一通信的局部最优决定。该决定是根据节点已知的有可能用来发送包到某一相邻节点的每个频道当前的状态作出的。已经显示，寻找对频道选择的全局最优解很有可能是NP完全问题。另外，对全局最优的频道选择问题没有已知的切合实际的近似算法。
在本发明的某些实施例中，与特定的相邻节点通信的局部最优频道选择是根据与该相邻节点通信的每个可获得的并可使用的频道上当前网络负载的估算来作出的。在一个实施例中，频道负载是使用往返时间测量标准来估算的。节点定期地发送探测消息到它希望与之通信的每个相邻节点，如果已知该相邻节点可以按照多重无线电统一协议来工作。为了探测当前的往返时间，探测消息沿着可以用来与相邻节点通信的每个网络接口发送。探测发送和接收处理可以由本发明的特殊频道质量组件进行，如图3方框313中画出的那样。应理解本发明适用于获得有最小负载的频道的指示的其它方法。另外，本发明也适用于其它的不是基于负载的频道质量测量标准。例如，有可能需要选择有最低包损失率的链接，它很可能与频道上的负载无关。
图7的流程图显示了对相邻节点和可以与该相邻节点通信的网络接口发送探测消息所采取的步骤。在步骤401，节点等待一段固定的时间(在图7中示出的实施例中为半秒)，然后在步骤403沿着某一可用的频道发送探测消息到相邻点。在探测消息发送后，节点回到步骤401等待探测响应，而该过程重新开始。对与每个相邻节点通信的每个频道进行该过程。在一个实施例中，指向特定邻居的探测消息并不是同时发送的。相反，在确定何时发送探测消息给某一相邻节点和频道时，使用一个随机的延迟。
探测点等待时间参数的选择是基于一些考虑的。纯粹从负载状态的测量上考虑，源节点在某一频道上发出的包越频繁，则节点在该频道上产生的负载越多。另一方面，探测消息包发送越频繁，则可用对频道上现存的状态的短期的变化作出更好的调整。
在本发明的一个实施例中，使用优先机制来保证在给定频道上发送的探测消息包位于等在发送节点的发送队列中所有其它包之前。这样的一个优先机制可以通过使用例如符合IEEE802.11e标准的NIC来提供。
往返测量包括确定相邻节点接受探测消息和传回响应的时间长度。沿着负载重的频道发送的探测消息获取对相邻节点的媒体的访问所花费时间可能比沿着负载轻的频道所花费的更长。
图8的流程图示出了接收来自相邻节点的探测响应所采取的步骤。该节点一直等待直到它收到了探测响应(步骤501)。它查阅它的邻居表来寻找对应的探测请求(步骤503)，在一个实施例中通过匹配系列号码来进行指示。该节点使用此信息来确定探测点的往返时间(步骤505)。在步骤507，该节点按照以下公式计算称为平滑往返时间(SRTT)的指数加权平均值：
SRTT新＝αRTT新+(1-α)SRTT旧
在这个公式中，RTT新是给定的相邻节点和频道最近一次的往返测量值，α是控制指数加权平均值的形状的恒定参数。大的α值将对最近的测量值加更大的加权值。小的α值将对以前估算的加权往返时间(在公式中SRTT旧代表)加更大的加权值。SRTT用来随着时间推移增加频道选择决定的稳定性。在步骤509，节点更新邻居表，使用新的SRTT作为对给定频道新的频道质量估算值。然后，节点循环回到步骤501，恢复等待探测响应。
图9中的流程图示出了频道选择在本发明的实施例中是如何处理的。每个将发送出的包沿着当前选择用来与目标节点通信的频道发送。以随机的间隔作出当与相邻节点通信时使用哪个频道的决定。
一旦作出了频道选择决定，它将仍保持一段时间。在本发明的实施例中，使用几个衰减机制(除了使用SRTT而不是实际的当前往返时间)来控制频道切换，部分地避免在一组相邻节点之间进行振荡频道切换。在图9，步骤601，节点等待一段时间，该时间包括固定的最小停止时间和另外的随机时间间隔。随机时间间隔保证了几个节点在相互的范围内不会同时全部一起进行切换决定。在步骤603，参考邻居表并确定有最佳质量的频道(在一个实施例中，为有最低SRTT估算值的频道)。
在步骤605，使用改进阈值来确定是否切换到最佳质量频道。此处，阈值被指定为参数p。例如，可能需要最佳质量的频道的SRTT是比当前使用的与给定相邻节点通信的频道的SRTT短20％。如果改进值不在阈值以上，则保持当前的频道，该过程回到步骤601。如果改进值在阈值以上，则节点在步骤607切换到最佳质量的频道，该过程回到步骤601。
在本发明的实施例中，多重无线电统一协议和它相关的机制和过程可以与在每个节点的多网络接口上的网络通信量的剥离智能化地结合起来。在此实施例中，剥离算法考虑了可获得的频道的不同质量。
在描述本发明的上下文中(尤其是以下权利要求书的上下文中)术语“一”“一个”和“那个”以及类似指示语是解释为表示单数和复数两者，除非此处另外指示或者由上下文清楚地表示。术语“包括”、“有”、“包括”、“包含”被认为是范围开放的术语(即意味着“包含，但不仅限于”)除非另外注解。除非另外指出，此处叙述的值的范围仅仅用来作为对个别地落在该范围内每个单独值速记的方法，并且每个单独的值包括在该规范中就像它在此处叙述的一样。所有在此说明的方法都可以按合适的次序进行，除非此处另外指出或者由上下文指出为相反。除非另外提出请求，此处提供的任何和所有例子的使用，或者示范性的语言(例如“诸如”)仅仅是为了更好地阐明本发明的实施例，而不是对本发明范围的限制。在该规范中没有语言应被解释为用来指出任何未提出请求的元素是对实施本发明至关重要的。
此处描述了本发明的较佳实施例，包括发明者实施本发明所已知的最佳方式。那些较佳实施例的变化对那些读过前面所述的一般地熟悉相关技术的人是显而易见的。发明者希望掌握技术的实施者恰当地使用这样的变化，而发明者打算本发明实施与此处所特别描述的不同。因此，本发明包括对此处附属的权利请求中引用的主题事件的所有修改和相等同的为可适用的法律所允许的。另外，本发明包括上述元素的所有可能变化的任意组合，除非此处指出或者由上下文指出为相反。

Claims (36)

1.在包含许多节点的无线网络中，一种由第一个节点选择用于和第二个节点通信的频道方法，其特征在于，第一个节点有至少两个有调谐到正交频道的无线电装置的网络接口，该方法包括：
发现可用于与第一个节点通信的第二个节点的网络接口；
对于第二个节点的每个可用的网络接口，定期地对其频道质量作估算；及作出频道选择。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发现可用的网络接口包括：
广播地址解析协议请求；
在第一个频道上接收来自第二个节点的第一个地址解析协议响应；
记录包含在第一个地址解析协议响应中的媒体访问控制地址信息；
初始选择第一个频道，用来与第二个节点通信；及
对于从第二个节点上接收的其它每个地址解析协议响应，记录包含在其它地址解析协议响应中的媒体访问控制地址信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发现可用的网络接口符合协议，且发现可用的网络接口进一步包括发现第二个节点是否能按照协议工作。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，发现第二个节点是否能按照协议工作包括：
沿着第二个节点的每个已知网络接口发送频道选择消息；
如果从第二个节点的每个已知网络接口收到频道选择确认响应，将第二个节点分类作为能按照协议工作的节点；
如果超时已过期而已知的网络接口没有收到频道选择确认响应，并且如果还没有超过未确认的重新发送的最大数量，则沿着接口重新发送频道选择消息；及
如果已经超过了未确认的重新发送的最大数量，将第二个节点分类为不能按照协议工作的节点；
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果第二个节点分类为能够按照协议工作的节点，但是还没有发现第二个节点的已知网络接口的媒体访问控制地址：
沿着所述网络接口发送地址解析协议请求；
如果在超时过期之前还没有收到地址解析协议响应，并且失败的重新发送还没有超过最大数量，则重新发送地址解析协议请求；及
如果未确认的重新发送已经超过最大数量，则考虑网络接口的无线电收发器已失效。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对频道质量作估算包括：
沿着网络接口发送探测消息；
从第二个节点接收对探测消息的响应；及
计算与发送探测消息和接收响应有关的往返延时。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
按照公式计算平滑往返时间(SRTT)值：
SRTT新＝α*RTT新+(1-α)*SRTT旧
在这个公式中，α是在0到1范围内选择的参数，RTT新是最近一次的往返延时测量值，而SRTT旧是以前计算的SRTT值。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，探测消息被分配以最高的调度优先级，这样探测消息可以在其它包之前被发送。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，网络接口符合IEEE标准802.11e。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作出频道选择是在由随机的时间间隔确定的时间进行的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作出频道选择包括
选择具有最佳频道质量估算值的第二个节点的网络接口有关的频道。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作出频道选择包括：
如果第二个节点的第一个网络接口有频道质量估算值，该值比第二个节点的其它网络接口的频道质量估算值更好，并且如果第一个网络接口的频道质量估算值对第二个节点目前选择的网络接口的频道质量估算值提供高于阈值的改进，则选择第一个网络接口；及
否则保持当前选择的网络接口。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
作出至少一个其它的频道选择；
其中与第二个节点通信包括在所选择的频道中剥离数据。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与第二个节点通信包括转发接收自第三个节点的包。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线网络是多跳网络，特定网络，基础设施网络或者无线社区网络。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线网络连接到第二个网络。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二个网络是有线网络。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二个网络是广域网。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，无线网络中的一个或更多的网络接口符合IEEE标准802.11，IEEE标准802.11a，IEEE标准802.11b或IEEE标准802.11g。
20.储存一个或更多模块、包括驱动器的计算机可读媒体。所述模块实现选择用于从第一个装置到第二个装置的无线通信的频道的一种方法，其特征在于，第一个装置有至少两个网络接口，这两个网络接口包括调谐到正交频道的无线电装置，该方法包括：
发现第二个装置的可用的网络接口；
对于第二个装置的每个可用的网络接口定期地作出频道质量估算；及
作出频道选择。
21.如权利要求20所述的计算机可读媒体，其特征在于，所述驱动器是操作系统内核模式驱动器。
22.一种计算机可读媒体，在其上储存数据结构，所述数据结构由第一个无线网络节点选择按照协议发送数据到第二个无线网络节点的频道时使用，该数据结构包括：
用来识别第二个节点的数据字段；
用来指示第二个节点是否使用所述协议的数据字段；
用来储存与第二个节点的每个已知网络接口关联的物理地址的数据字段；
用来储存与第二个节点每个已知网络接口有关的频道质量估算值的数据字段；
用来识别当前首选用于发送数据到第二个节点的频道的数据字段；
用来记录选择频道的最近时间的数据字段；
用来记录发送消息到第二个节点或者接收来自第二个节点的消息的最近时间的数据字段；及
用来储存与未确认的消息关联的时间的数据字段。
23.如权利要求22所述的计算机可读媒体，其特征在于，识别第二个节点的数据字段储存(a)互联网协议地址，(b)媒体访问控制地址或(c)DNS名中的一个。
24.如权利要求22所述的计算机可读媒体，其特征在于，用来储存与第二个节点的每个已知网络接口相关的物理地址的数据字段储存媒体访问控制地址。
25.一种用作无线网络中的节点的装置，其特征在于，它包括：
多个无线网络接口卡；
包括多层的网络协议栈；及
在网络协议栈中并在多个无线网络接口卡之上的虚拟层，虚拟层向在网络协议栈中的较高层提供单个网络接口。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述无线网络接口卡包括调谐到正交频道的无线电收发器。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述装置可以被用于从第一个无线网络节点转发数据到第二个无线网络节点。
28.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述虚拟层是作为数据链接层协议实现的。
29.如权利要求25所述的装置，其特征在于，虚拟层位于网络协议栈的网络层的下方。
30.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述一个或更多无线网络接口卡符合IEEE标准802.11。
31.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述一个或更多无线网络接口卡符合IEEE标准802.11b。
32.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述一个或更多无线网络接口卡符合IEEE标准802.11a。
33.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述一个或更多无线网络接口卡符合IEEE标准802.11g。
34.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述装置在多跳网络，特定网络，基础设施网络，无线网格网络或无线社区网络中的任何一个中作为节点使用。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，所述装置是作为网络路由器部署的。
36.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述装置是作为链接到第二个网络的无线网络中的节点部署的。
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