CN1929688A - 网络路径设定方法及无线站 - Google Patents

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CN1929688A CNA2006101537245A CN200610153724A CN1929688A CN 1929688 A CN1929688 A CN 1929688A CN A2006101537245 A CNA2006101537245 A CN A2006101537245A CN 200610153724 A CN200610153724 A CN 200610153724A CN 1929688 A CN1929688 A CN 1929688A
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Abstract

本发明涉及对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个无线站直通的会话时，设定该会话路径的方法。首先，基于跳数取得对应会话的路径候补。当存在多个路径候补时，对各路径候补计算无线资源消耗量或者计算基于中继无线站的话务裕度的路径候补的话务裕度。然后，以计算的无线资源消耗量或路径候补的话务裕度为评价参数，选择并设定会话路径。从而，从多个连接路径中选择网络整体上合适的连接路径。

Description

网络路径设定方法及无线站
技术领域
本发明涉及网络路径设定方法及无线站，例如适用于无线IP电话等的业务提供的具有多个连接路径的无线通信系统。
背景技术
具有多个连接路径的无线网络根据出发点有无线多跳通信网络、无线特别网络、无线网状网络等不同的称呼(以下称为无线网状网络)，希望在多个连接路径中选择最佳连接路径。
一直以来，作为可在短时间内检索通信所需的最佳路径的方法，有专利文献1中记载的方法。该方法中，作为无线网状网络中的路径选择的指标，采用链路(在1次收发处理中执行的节点与节点的连接；专利文献1的表现为通信路径)的误比特率及反映数据的传送速度权重。
专利文献1：日本特开2003-152786号公报
发明内容
但是，在传统技术中，并不想实现无线网状网络中的全体路径上的最优化。
例如，在确立链路的层上，公开了基于误比特率与传送速度的权重计算方法、考虑了实际传送延迟的权重计算方法，并公开了由这些计算结果获得的权重的最佳路线的确定方法，但考虑了传送延迟的权重，延迟越大权重值越大，权重的加法值增加，其操作成为难以选择路径。
误比特率小的路径并不限于整体上最佳的路径，另外，传送延迟小的路径也不限于整体上最佳的路径。例如，尽管一部分无线资源中的队列长度较短，由于缺乏无线资源，要在无线网状网络上实现整体的最佳，则要考虑使选择的路线给予网络整体的成本最小化。
因此，希望从多个连接路径中能够选择从网络整体来看合适的连接路径的网络路径设定方法及无线站。
本发明第一方面的特征在于：对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个上述无线站直通的会话时，设定该会话路径的网络路径设定方法中，基于跳数，取得对应于上述会话的路径候补，当有多个路径候补时，对各路径候补计算无线资源消耗量，以计算的无线资源消耗量作为全部或一部分的评价参数，选择并设定会话路径。
本发明第二方面的特征在于：对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个上述无线站直通的会话时，设定该会话路径的网络路径设定方法中，基于跳数，取得对应于上述会话的路径候补，当有多个路径候补时，对各路径候补计算基于中继无线站的话务裕度的路径候补的话务裕度，以计算的路径候补的话务裕度作为全部或一部分的评价参数，选择并设定会话路径。
本发明第三方面的特征在于：对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个上述无线站直通的会话时，设定该会话路径的网络路径设定方法中，基于跳数，取得对应于上述会话的路径候补，当有多个路径候补时，对各路径候补计算无线资源消耗量，同时计算基于中继无线站的话务裕度的路径候补的话务裕度，以计算的无线资源消耗量及路径候补的话务裕度作为全部或一部分的评价参数，选择并设定会话路径。
本发明第四方面的特征在于：无线网状网络的构成要素即无线站，设有执行本发明第一～第三方面中任一方面的网络路径设定方法的路径设定部件。
依据本发明，对于某一会话有多个路径候补时，对于各路径候补计算无线资源消耗量和/或路径候补的话务裕度，并以计算的无线资源消耗量和/或路径候补的话务裕度作为评价参数，选择并设定会话路径，因此从网络整体来看可选择合适的连接路径。
附图说明
图1是表示实施例的会话路径的设定动作的流程图。
图2是表示实施例的无线站的结构的方框图。
图3是表示实施例的动作说明用的无线网状网络的结构说明图。
图4是表示对图3的各无线站测量的特性值的说明图。
图5是表示图3的各链路的传送速度的说明图。
图6是表示对图3的无线网状网络请求的会话例的说明图。
图7是表示图6的会话相关的路径候补与路径设定用的参数值的说明图。
符号说明
100...无线站，101...路径管理部，102...队列管理部，103...中央控制部，110...收发模块，111...无线接收部，112...接收控制部，113...发送控制部，114...无线发送部，115...连接管理部。
具体实施方式
(A)实施例
以下，参照附图详细说明本发明的网络路径设定方法及无线站的一实施例。
(A-1)实施例的构成
图2是表示构成无线网状网络的实施例的无线站的基本结构的方框图。
图1中，各无线站100设有路径管理部101、队列管理部102、中央控制部103及1个收发模块110。另外，路径管理部101、队列管理部102及中央控制部103例如由CPU、ROM、RAM、EEPROM等构成，以软件方式执行处理。
收发模块110设有无线接收部111、接收控制部112、发送控制部113、无线发送部114及连接管理部115。
无线发送部114发送无线信号。无线接收部111接收无线信号。另外，无线线路的通信方式并没有限定。
接收控制部112从接收的无线信号抽取分组，将分组接收经由连接管理部115通知中央控制部103，根据来自中央控制部103的指示，将接收的分组经由连接管理部115供给中央控制部103和/或队列管理部102。另外，中继的分组的场合，也可将接收的分组经由连接管理部115直接供给发送控制部113。
发送控制部113生成或更新目的地、跳数等的分组内的管理信息，将分组无线信号化。发送的分组由中央控制部103或队列管理部102提供。
连接管理部115进行CSMA/CA等无线媒体访问控制，整理来自接收控制部112的信号输入、来自中央控制部103的发送指示，并切换收发动作。
路径管理部101中，管理自身的单跳的链路信息(链路目的地无线站地址、传送速度、最后通信时刻等)、多跳路径信息(连接目的地无线站地址、次跳目的地无线站地址、跳数、剩余跳数等)、网络上的其它链路信息、其它无线站的负载信息，并保持路径选择所需的信息。
本实施例的场合，路径管理部101也保持后述那样的信息，执行后述的路径的选择动作。从路径的选择功能看，路径管理部101中设有多个路径候补的选择部101a、预测延迟的计算部101b、延迟条件不充足路径的排除部101c、无线资源消耗量的计算部101d、话务裕度的计算部101e、路径选择部101f。
队列管理部102保持中继所需的分组、在该无线站上发生的分组，根据中央控制部103的指示，使分组依次传递到收发模块110。
中央控制部103控制上述的各部分，与该无线站100相关的信息处理装置等协作。
(A-2)实施例的动作
以下，说明实施例的无线站执行的路径设定动作。
<路径设定动作的概略说明>
同一段的无线网状网络内的无线站(以下称为节点)间的各链路中，最佳传送速度由物理层的协议(negotiation)来自动设定。例如，现有的IEEE802.11b/g对应的无线卡等具有这样的设定功能。从而，在各链路中，可确认设定为何种传送速度。
在上述的无线网状网络内的各节点中，测定队列处理的负载(例如，当前的队列长度×平均分组传送间隔)。
对于某一直通的会话，伴随通话质量(分组尺寸、业务量、延迟)的指示，发生了路径设定请求时路径管理部101执行的路径设定动作(实施例的路径设定动作)如图1所示。
S1.[选择多个路径]
对于有设定请求的会话，以直通方式选择最短跳数或排序的多个路径作为设定候补的路径。
S2.[预测延迟的计算]
将满足有指示的通话质量的分组数据尺寸及业务量条件时的直通的预测延迟，基于各链路上的传送速度、各节点中的队列的负载来计算。这里，在追加会话后估计队列处理的负载增加来设定适当的容限，将负载估计稍大一些。另外，由于追加的会话的话务量对于网络整体的容量充分小，容限可为固定长度。
预测延迟时间成为该路径候补的各链路中的链路传送时间的总和与该路径候补的各节点内的分组处理时间及队列平均通过时间的总和。每一链路的链路传送时间或1节点中的节点内的分组处理时间与从分组到达节点开始到出来为止等待的队列平均通过时间相比非常小，因此在计算上可省略，在这种情况下，预测延迟时间表示如下。
预测延迟时间＝∑(各节点的队列平均通过时间)
S3.[排除不满足延迟条件的路径]
在多个路径候补中，删除其路径候补的预测延迟时间不满足有指示的通信质量的延迟条件的路径。
S4及S5.[无线资源消耗量的计算、话务裕度的计算]
某一节点的队列突出变长的情况难以保证必须通过该节点的会话的通话质量，因此，抑制到一部分节点的话务集中，使各节点中的队列通过时间与无线资源的消耗量均在基准以下。因此，计算无线资源消耗量与话务裕度。
作为无线资源消耗量，采用链路传送时间的总和上考虑了信号冲突率(信号冲突比)的值。无线资源消耗量例如按下式计算。下式的最初的总和∑针对其路径候补的全部链路。后面的总和∑针对成为对象的链路两端的节点。
无线资源消耗量(时间)＝∑(((数据尺寸+报头尺寸)/各链路传送速度+传送开销时间)×∑(1+信号冲突比))÷分组发送间隔
作为路径上节点的容纳话务裕度(例如值设为0～1)，可采用将各中继节点的容纳话务裕度全部相乘的值或各中继节点的容纳话务裕度的最小值。另外，在后述的详细的动作说明中，采用后者的场合。
S6.[路径选择]
在上述的步骤S3中未删去的满足通信质量的路径候补中，选择路径上队列的裕度大且无线资源消耗量小的路径。从而使会话设定而加到网络的负载最小，可实现网络整体话务的容纳量的最大化。
<路径设定动作的详细说明>
以下，用具体例说明实施例的路径设定动作。
这里，如图3所示，作为节点ID配置给予BS01～BS09的各节点(无线站)，由图3所示的链路考虑节点间可通信的无线网状网络。测定各节点BS01～BS09的信号冲突率(信号冲突比)、通过节点的分组的处理所需的时间的平均值及最大值、容纳话务的裕度，该信息由各节点BS01～BS09共有。这里，测定的各值如图4所示。
这里，信号冲突率例如为各节点中一定期间的信号发送开始数中，可由连接管理部115辨认实际发送失败的数的比例，由各节点的路径管理部101保持，还根据控制分组在节点间交换来获得其它节点的数据。
另外，通过节点的分组的处理所需的时间的平均值及最大值例如为对于各节点中一定期间的发送分组，将测定从该分组进入队列管理部102的管理下的队列开始到由无线发送部114发送为止的时间的多个值平均后的值及这些多个值的最大值，由各节点的路径管理部101保持，还根据控制分组在节点间交换来获得其它节点的数据。时间的测定通过将分组进入队列时用节点的系统时钟参照时刻，在队列管理部102记录并发送时，再次参照系统时钟的当前时刻的值与之前作为队列管理部102中各分组的信息记录的进入队列时的时刻比较来获得，由路径管理部101保持。
并且，各节点的容纳话务的裕度是表示对于路径管理部101中测定等而获得的各节点的可处理的话务量，从该可处理的话务量减去当前该节点负担的话务量的值多大的指数，由各节点的路径管理部101保持，还根据控制分组在节点间交换来获得其它节点的数据。通过由控制分组在节点间交换并共有来获得周边节点的数据。
例如作为节点的容纳话务裕度，采用下述2个式中的任一式。
容纳话务裕度＝(可处理话务量-当前话务量)/可处理话务量
容纳话务裕度＝(可处理话务量-当前话务量)/可处理话务量2
另外，如图5所示，获得的设节点间的各链路的传送速度在各节点共有。另外，在上述的图3中，实线箭头的链路表示图5中的传送速度为50Mbps的链路，虚线箭头的链路表示图5中的传送速度为10Mbps的链路，点线箭头的链路表示图5中的传送速度为2Mbps的链路。
当保持了如图4及图5所示的数据或信息时，发生如图6所示的新的会话(会话请求)。以下，说明对该会话的路径分配动作。路径的分配动作例如可由会话的起点节点的路径管理部执行，也可由会话的终点节点的路径管理部执行，也可由担任路径分配的专用节点的路径管理部执行，也可由不介入通信的控制站执行。以下，不管节点的种类而设任意节点的路径管理部执行动作来说明。
基本上，按照上述的图1所示流程来执行路径的分配动作(设定动作)，但在图1所示动作之前，也进行会话请求的确认动作。
S0.[会话请求的确认]
会话请求的确认动作中，确认请求参数等是否为允许该无线网状网络的范围等。图6所示的会话ID＝01的会话(以下称为会话01)是节点BS01与BS09之间的双向话务，延迟请求为50毫秒以下。
S1.[选择多个路径]
首先，由链路信息将节点BS01及BS09之间的可通信路径(路径候补)列入表中。例如，在图3所示的节点配置的场合，在表中列入如图7的第1列所示的15个路径候补L1～L15。
S2.[预测延迟的计算]
将通过中途的中继节点的节点的分组处理所需的时间的平均值及最大值相加，算出预测延迟时间的平均/最大值。图7的第2列中对于各路径候补L1～L15算出的预测延迟时间的平均值及最大值按其顺序示出。
例如为路径候补L1的场合，中继节点仅为节点BS02，因此节点BS02的节点通过时间的平均值(26毫秒)及最大值(40毫秒)原样成为路径候补L1的预测延迟时间的平均值(26毫秒)及最大值(40毫秒)。另外例如为路径候补L5的场合，中继节点为节点BS02及BS06，因此将节点BS02的节点通过时间的平均值(26毫秒)及最大值(40毫秒)与节点BS06的节点通过时间的平均值(10毫秒)及最大值(16毫秒)相加后的值成为路径候补L5的预测延迟时间的平均值(36毫秒)及最大值(56毫秒)。
S3.[排去不满足延迟条件的路径]
若如上求出预测延迟(的平均值及最大值)，则与请求延迟比较，排除不满足请求延迟的路径候补。请求延迟值可以平均值及最大值的方式供给，也可以其一种的方式供给。
图6所示的会话请求中的请求延迟值(请求延迟时间)在50毫秒以下。在与最大值对应的请求延迟值的场合，图7的第2列右侧的数值上加下划线的最大值不满足请求延迟值，该路径候补从候补中被排除。在这样的条件下，路径候补L2、L5～L7、L9～L12被排除。设50毫秒以下的请求延迟值(请求延迟时间)为与平均值对应的请求延迟值的场合，图7的第2列左侧的数值上加下划线的平均值不满足请求延迟值，该路径候补从候补中被排除。在这样的条件下，路径候补L10、L12被排除。
S4.[无线资源消耗量的计算]
计算未排除的各路径候补的各链路的无线资源消耗量，取总和并计算其路径候补的无线资源消耗量。这里，设传送开销为0.1毫秒/分组。以下的式与简略说明中的式相同，但变形后加以表示。分组长度(＝数据尺寸+报头尺寸)为200比特且与链路无关，分组发送间隔为0.02秒且与链路无关。
∑((传送开销+分组长度/传送速度)/分组发送间隔×∑(1+信号冲突率))
例如，关于路径候补L1，有节点BS01及BS02间的链路和节点BS02及BS09间的链路。
前者的节点BS01及BS02间的链路的传送速度为50Mbps，因此该分组长度/传送速度为200比特/50Mbps＝0.004毫秒/分组，因此，(传送开销+分组长度/传送速度)/分组发送间隔为(0.1+0.004)/0.02＝5.2毫秒。前者的链路两端的节点BS01及BS02的信号冲突率分别为0.2及0.3，因此∑(1+信号冲突率)为(1+0.2)+(1+0.3)＝2.5。因而，前者的链路的无线资源消耗量成为5.2×2.5。
后者的节点BS02及BS09间的链路的传送速度为2Mbps，因此该分组长度/传送速度为200比特/2Mbps＝0.1毫秒/分组，因此，(传送开销+分组长/传送速度)/分组发送间隔为(0.1+0.1)/0.02＝10毫秒。后者的链路两端的节点BS02及BS09的信号冲突率分别为0.3及0.1，因此∑(1+信号冲突率)为(1+0.3)+(1+0.1)＝2.4。因而，后者的链路的无线资源消耗量成为10×2.4。
结果，路径候补L1的无线资源消耗量为5.2×2.5+10×2.4＝37。
图7的第3列示出各路径候补L1～L15的无线资源消耗量。另外，已在步骤S3中进行路径候补的去除，因此不计算排除的路径候补的无线资源消耗量，但图7为参考而示出全部路径候补的无线资源消耗量。
S5.[话务裕度的计算]
对于未排除的各路径候补分别计算中继节点的容纳话务裕度。然后，将全部中继节点的中继节点的容纳话务裕度相乘来计算路径候补的话务裕度。或者，抽取各中继节点的容纳话务裕度的最小值，作为路径候补的话务裕度。
例如，路径候补L1的中继节点仅为节点BS02，因此该路径候补L1的话务裕度在采用任何算出方法的场合，节点BS02的话务裕度均为0.5。
另外例如路径候补L8的中继节点为节点BS03及BS05，因此该路径候补L8的话务裕度为节点BS03的话务裕度0.8与节点BS05的话务裕度0.7中的小值(最小值)即0.7。还有，作为路径候补的话务裕度采用相乘的方式时，成为0.7×0.8＝0.56。
图7的第4列中示出采用将各中继节点的话务裕度的最小值作为路径候补的话务裕度的方式时的值。另外，由于已在步骤S3中进行路径候补的去除，不计算排除的路径候补的话务裕度，但图7中为参考而示出全部的路径候补的话务裕度。
S6.[路径选择]
最终的路径选择分2个阶段的处理来进行。
首先，排除话务裕度相对较小的路径候补。例如在图7的场合，若话务裕度为0.5及0.6设为相对小(图7的第4列中加下划线)，则排除话务裕度为0.5及0.6的路径候补。
在图7的例的场合，在进行基于预测延迟与请求延迟的关系的路径候补的除外、基于话务裕度的路径候补的除外后，路径候补集中在L3、L4、L8、L13～L15。
如上在集中路径候补后，对于各路径候补算出评价值，按其评价值好的顺序加位次号，将位次为第1位的路径候补设为这次的请求会话的路径。
这里，对于路径候补的评价值为对预测延迟、无线资源消耗量、容纳话务裕度的各项加权后的合成值。为算出评价值，也可对各项值根据需要形成倒数或进行正负反转。例如作为评价值可采用使各项值的大小与良否匹配后(例如对一部分的项采用倒数)的权重加法值。另外例如可为对各项加位次号、各项的位次的权重加法值。
重要的是，选择无线资源消耗量小、话务裕度大、预测延迟小的取得平衡的路径地定义评价值。
图7的第5列示出对剩下的路径候补进行基于评价值的加位次号后的位次。图7的例的场合，响应会话ID为01的请求会话选择路径候补L4。即，在无线站BS01及BS09之间，以无线站BS08为中继节点的路径进行通信。
例如，若在无线站BS01的路径管理部101进行了路径分配动作的场合，无线站BS01的路径管理部101用控制分组，向中继的无线站BS08或对置的终端无线站即无线站BS09供给包含通信路径的会话信息等。
(A-3)实施例1的效果
如以上所述，依据实施例1，不仅考虑预测延迟，而且也考虑无线资源消耗量或容纳话务裕度，而进行路径的选择，从而选择的路径满足指示的通信质量，并将无线网状网络中受限制的无线资源的消耗抑制在最小限，可避免集中到一部分节点的话务。结果，增加了无线网状网络整体的会话容量，并可将业务量最大化。
(B)其它实施例
上述实施例中，会话路径的确定上利用预测延迟、无线资源消耗量、容纳话务裕度这3个参数，但也可利用无线资源消耗量及容纳话务裕度的至少一种来确定会话路径。
另外，上述实施例中，基于预测延迟或容纳话务裕度汇集路径候补，但可基于评价值在确定前进行汇集。反之，可在评价值的算出前汇集预定数(例如5个)的路径候补。
而且，上述实施例中，不进行基于无线资源消耗量的路径候补的汇集，但可基于无线资源消耗量进行路径候补的汇集。
而且，上述实施例中，按预测延迟、无线资源消耗量、容纳话务裕度的顺序，算出参数值，但该算出顺序为任意。
另外，上述实施例中，一个节点(无线站)设有一个收发模块，但一个节点(无线站)可设有多个收发模块。在这种情况下，路径管理部101为1个，也可与上述同样地进行路径设定动作。例如，可同时对应于仅收发模块的数量不同的会话。另外，同一节点间的链路在收发模块的组合不同的场合(例如，载波等不同的其它信道的场合)，可以作为不同的链路而管理话务量或传送速度，并包含于对应于会话请求的不同的候补中，也可将这些信道的信息合为一体后作为一个链路处理。例如节点BS01及BS02之间，可按照信道CH1或者信道CH2通信的场合，可将图7的第1行的路径候补按每个信息分割而作成2个路径候补，也可作为综合两信道的信息的一个路径候补(图7的第1行)处理。

Claims (6)

1.一种网络路径设定方法，对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个上述无线站直通的会话时，设定该会话路径，其特征在于：
基于跳数，取得对应于上述会话的路径候补，
当有多个路径候补时，对各路径候补计算无线资源消耗量，以计算的无线资源消耗量作为全部或一部分的评价参数，选择并设定会话路径。
2.一种网络路径设定方法，对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个上述无线站直通的会话时，设定该会话路径，其特征在于：
基于跳数，取得对应于上述会话的路径候补，
当有多个路径候补时，对各路径候补计算基于中继无线站的话务裕度的路径候补的话务裕度，以计算的路径候补的话务裕度作为全部或一部分的评价参数，选择并设定会话路径。
3.一种网络路径设定方法，对于设有多个无线站的无线网状网络，指定了将其中2个上述无线站直通的会话时，设定该会话路径，其特征在于：
基于跳数，取得对应于上述会话的路径候补，
当有多个路径候补时，对各路径候补计算无线资源消耗量，同时计算基于中继无线站的话务裕度的路径候补的话务裕度，以计算的无线资源消耗量及路径候补的话务裕度作为全部或一部分的评价参数，选择并设定会话路径。
4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的网络路径设定方法，其特征在于：计算各路径候补中的预测延迟量，也将计算的预测延迟量用作评价参数。
5.一种无线站，它是无线网状网络的构成要素，其特征在于：设有执行权利要求1至权利要求4中任一项所述的网络路径设定方法的路径设定部件。
6.如权利要求5所述的无线站，其特征在于：具备与其它无线站进行通信的多个收发模块。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070314