DE112005001934T5

DE112005001934T5 - Softwarearchitektur und Hardware-Abstraktionsschicht für Multifunk-Routing und Verfahren zum Bereitstellen desselben

Info

Publication number: DE112005001934T5
Application number: DE112005001934T
Authority: DE
Inventors: Guenael T. Sanford Strutt; Avinash Orlando Joshi; William Vann Lake Mary Hasty jr.; Sebnem Z. Altamonte Springs Ozer; Charles R. Orlando Barker jr.
Original assignee: MeshNetworks Inc
Current assignee: Arris Enterprises LLC
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US20060034233A1; KR20070048238A; WO2006020800A3; WO2006020800A2; KR20090016007A; US7656901B2; KR100890481B1

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen von die abstrahierte physikalische Schicht betreffender Information an ein Wireless-Routing-Protokoll eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, wobei das Verfahren umfasst:
Erzeugen von Transaktions-Zusammenfassungs-Information auf der Grundlage von Datenübertragungen zwischen Knoten in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk;
Erzeugen von Overhead-Information auf der Grundlage von Merkmalen der Knoten in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk;
Erzeugen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information auf der Grundlage der Transaktions-Zusammenfassungs-Information sowie der Overhead-Information; und
Bereitstellen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information an das Wireless-Routing-Protokoll.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 10. August 2004 eingereichten US-Provisional-Anmeldung Nr. 60/600,413, deren gesamter Inhalt hierin durch Inbezugnahme aufgenommen wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf drahtlose Kommunikationsnetzwerke und insbesondere auf drahtlose Ad-hoc-Peer-to-Peer-Kommunikationsnetzwerke, welche das Feedback von der physikalischen Schicht derart normalisieren, dass mehreren Arten von Funkgeräten ermöglicht wird in dem drahtlosen Netzwerk unter Verwendung eines gemeinsamen drahtlosen Routing-Protokolls zu arbeiten.
Hintergrund
In den letzten Jahren wurde ein als "Ad-hoc"-Netzwerk bekanntes Mobilkommunikationsnetzwerk entwickelt. Bei dieser Art von Netzwerk ist jeder mobile Knoten in der Lage als Basisstation oder Router für die anderen mobilen Knoten zu arbeiten, wodurch das Erfordernis einer festen Infrastruktur von Basisstationen beseitigt wird. Wie von einem Fachmann eingesehen werden kann, senden und empfangen die Netzwerkknoten Datenpaketnachrichten in einem Multiplexformat, wie z.B. einem Zeitmultiplex (TDMA)-Format, einem Codemultiplex (CDMA)-Format oder einem Frequenzmultiplex (FDMA)-Format. Außerdem sind weiterentwickelte Ad-hoc-Netzwerke entwickelt worden, die zusätzlich dazu, dass sie den mobilen Knoten ermöglichen, miteinander wie in einem herkömmlichen Ad-hoc-Netzwerk zu kommunizieren, den mobilen Knoten weiter ermöglichen, auf ein festes Netzwerk zuzugreifen und somit mit anderen mobilen Knoten zu kommunizieren, wie z.B. denjenigen eines öffentlichen Telefonnetzes (PSTN) und anderer Netzwerke wie z.B. dem Internet. Einzelheiten dieser hoch entwickelten Arten von Ad-hoc-Netzwerken sind in der am 29. Juni 2001 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/897,790 mit dem Titel "Ad-Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks", in dem US-Patent US 6,807,165 mit dem Titel "Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel" und in dem US-Patent US 6,873,839 mit dem Titel "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System" beschrieben, wobei der gesamte Inhalt jeweils hierin durch Inbezugnahme aufgenommen wird.
Wie von einem Fachmann einzusehen ist, würde es für diese Arten von Netzwerken wünschenswert sein, verschiedene Arten von Funkgeräten verwenden zu können. Dies kann erzielt werden durch Vorsehen einer Abstraktion der physikalischen Schicht der Knoten in dem drahtlosen Netzwerk. Abstrahieren der physikalischen Schicht eines Knotens, der Pakete in einem drahtlosen Netzwerk routet ist vorteilhaft, da es möglich macht, die gleiche Software auf verschiedenen Arten von Funkgeräten laufen zu lassen, ohne das kostspielige Einstellungen jedes Mal vorgenommen werden müssen, wenn neue Funkgeräte eines andersartigen Typs zu dem Netzwerk hinzugefügt werden. Die abstrahierte physikalische Schicht macht es außerdem möglich, die physikalischen/Media-Access-Control-(PHY/MAC-)Schichten eines drahtlosen Netzwerkes zu ersetzen, ohne auch die Netzwerkschicht aufrüsten zu müssen, und ermöglicht mehreren PHY/MAC-Schichten in einem drahtlosen Netzwerk gleichzeitig zu arbeiten, um die Kapazität, die Kompatibilität oder die Funktionalität des Netzwerkes zu erhöhen. Zusätzlich macht es die abstrakte physikalische Schicht möglich, ein drahtloses Netzwerk durch Hinzufügen von PHY/MAC-Elementen aufzurüsten, während die Rückwärtskompatibilität erhalten wird, wodurch ein sanfter Übergang sichergestellt wird, während Endgeräteknoten ausgetauscht werden, und ermöglicht außerdem einem heterogenen Netzwerk von Knoten unter Verwendung einer Vielfalt von PHY/MAC-Elementen zu arbeiten. Zum Beispiel würde eine weitreichende feste Backhaul-Infrastruktur, welche Richtantennen verwendet, eine bestimmte Art von Netzwerkfähigkeit vorsehen, wobei Funkgeräte mit hoher Datenrate und geringer Mobilität verwendet werden, während kurzreichweitige Knoten mit geringer Datenrate einen erweiterten Sendebereich zu mobilen Knoten aufweisen würden.
Dementsprechend besteht ein Bedürfnis nach einem Routing-Protokoll in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk, insbesondere einem drahtlosen mobilen Ad-hoc-Peer-to-Peer-Kommunikationsnetzwerk, das den Betrieb von mehreren heterogenen Funkgeräten zur gleichen Zeit ermöglichen kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die begleitenden Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf identische oder funktionsähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten beziehen und welche zusammen mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in der Offenbarung enthalten sind und einen Teil davon bilden, dienen der weiteren Darstellung von verschiedenen Ausführungsformen und zum Erläutern von verschiedenen Grundlagen und Vorteilen gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines drahtlosen Ad-hoc-Kommunikationsnetzwerkes mit einer Mehrzahl von Knoten, welche ein System und ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwenden;
2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines mobilen Knotens darstellt, der in dem in 1 gezeigten Netzwerk verwendet wird;
3 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches die Funktionsweise der Hardware-Abstraktions- und -normalisierungsschicht zeigt, welche in dem in 1 gezeigten Netzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein Beispiel der Integration zwischen der PHY/MAC-Schicht und der Routing-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein Beispiel der Art und Weise, in der die Routing-Schicht ihren eigenen Header zwischen dem Netzwerk- und dem MAC-Schicht-Header gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einfügt;
6–10 sind Flussdiagramme, die Beispiele von den Transaktionen zeigen, die zwischen der Netzwerkschicht, der Routing-Schicht und der MAC/PHY-Schicht der Quell- und Zielknoten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftreten; und
11 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches ein Beispiel des gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführten Datenratenauswahlverfahrens darstellt.
Fachleute werden einsehen, dass Elemente in den Figuren orientiert an der Einfachheit und Klarheit dargestellt sind und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Zum Beispiel können die Abmessungen einiger Elemente in den Figuren relativ zu anderen Elementen übertrieben sein, um das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu fördern.
Detaillierte Beschreibung
Vor einer Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail sollte beachtet werden, dass die Ausführungsformen vornehmlich in Kombinationen von Verfahrensschritten und Vorrichtungsbestandteilen bestehen, die sich auf das Bereitstellen einer Abstraktion der physikalischen Schicht eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, insbesondere eines drahtlosen Ad-hoc-Peer-to-Peer-Kommunikationsnetzwerkes beziehen, um mehreren Arten von Funkgeräten zu ermöglichen, in dem drahtlosen Netzwerk zu arbeiten, wobei ein gemeinsames Wireless-Routing-Protokoll verwendet wird. Dementsprechend wurden gegebenenfalls Vorrichtungsbestandteile und Verfahrensschritte durch herkömmliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, die nur diejenigen bestimmten Einzelheiten zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um die Offenbarung nicht mit Einzelheiten zu überfrachten, die für Fachleute ohnehin offensichtlich sind, wenn sie von der hier angegebenen Beschreibung angeleitet sind.
In dieser Beschreibung können relationale Begriffe, wie z.B. erstes (bzw. erste, erster) und zweites (bzw. zweite, zweiter), oberes (bzw. obere, oberer) und unteres (bzw. untere, unterer) und dergleichen ausschließlich dafür verwendet werden, um eine Einheit bzw. einen Vorgang von einer anderen Einheit bzw. einen anderen Vorgang zu unterscheiden, ohne notwendigerweise irgendeinen solchen Zusammenhang oder eine solche Reihenfolge zwischen solchen Einheiten bzw. Vorgängen zu erfordern oder zu implizieren. Die Begriffe "umfasst", "umfassend" oder andere Abwandlungen davon sind dazu gedacht, ein nicht ausschließliches Enthalten abzudecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, der/das/die eine Aufzählung von Elementen umfasst, nicht notwendigerweise nur diese Elemente enthält, sondern andere nicht ausdrücklich aufgezählte oder einem solchen Prozess, Verfahren, Artikel oder Vorrichtung inhärente Elemente enthalten kann. Ein Element, dem "umfassend ein ..." vorhergeht, schließt ohne weitere Einschränkungen das Vorhandensein von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder der Vorrichtung, der/das/die das Element umfasst, nicht aus.
Es wird ersichtlich sein, dass hier beschriebene Ausführungsformen der Erfindung aus einem oder mehreren herkömmlichen Prozessoren und einzelnen gespeicherten Programmanweisungen bestehen können, welche den einen oder die mehreren Prozessoren derart steuern, dass im Zusammenhang mit den bestimmten Nicht-Prozessorschaltungen einige, die meisten oder alle der Funktionen für das Bereitstellen einer Abstraktion der physikalischen Schicht eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes implementiert werden, um mehreren Arten von Funkgeräten zu ermöglichen, in dem drahtlosen Netzwerk zu arbeiten, wobei ein gemeinsames Wireless-Routing-Protokoll verwendet wird, wie es hierin beschrieben ist. Die Nicht-Prozessorschaltungen können enthalten, aber sind nicht beschränkt auf: einen Funkempfänger, einen Funksender, Signaltreiber, Taktschaltungen, Leistungsversorgungsschaltungen und Benutzereingabevorrichtungen. Als solches können diese Funktionen interpretiert werden als Schritte eines Verfahrens zum Durchführen von Vorgängen für das Bereitstellen einer Abstraktion der physikalischen Schicht eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, um mehreren Arten von Funkgeräten zu ermöglichen, in dem drahtlosen Netzwerk zu arbeiten, wobei ein gemeinsames Wireless-Routing-Protokoll verwendet wird. Alternativ könnten einige oder alle Funktion implementiert werden durch eine Zustandsmaschine, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), bei denen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten der Funktionen als kundenspezifische Logik implementiert sind. Selbstverständlich kann eine Kombination dieser beiden Ansätze verwendet werden. Somit wurden Verfahren und Mittel für diese Funktionen hierin beschrieben. Weiter wird erwartet, dass ein Fachmann ungeachtet möglicher, beachtlicher Bemühung und vieler Entwurfsentscheidungsmöglichkeiten, motiviert von z.B. der zur Verfügung stehenden Zeit, der gegenwärtigen Technologie und ökonomischen Überlegungen, leicht dazu in der Lage sein wird, solche Softwareanweisungen und -programme und ICs mit minimalem Experimentieren hervorzubringen, wenn er von den hierin offenbarten Konzepten und Prinzipien geleitet ist.
Wie unten näher im Detail beschrieben ist, sieht die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren vor, das in der Lage ist, eine Abstraktion der physikalischen Schicht eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, insbesondere eines drahtlosen Ad-hoc-Peer-to-Peer-Kommunikationsnetzwerkes, zu erzeugen, und welches das Feedback von der physikalischen Schicht normalisiert, um mehreren Arten von Funkgeräten, wie z.B. Radiofrequenz (RF)-Endgeräten und dergleichen zu ermöglichen, in dem drahtlosen Netzwerk zu arbeiten, wobei ein gemeinsames Wireless-Routing-Protokoll verwendet wird. Dieses Routing-Protokoll verwendet eine Link-Quality-Metrik (Verbindungsqualitäts-Metrik) zum Bestimmen der besten Route unabhängig davon, wie es tatsächlich die Route wählt oder eine solche Link-Quality-Information (Verbindungsqualitäts-Information) verbreitet. Die verallgemeinerte Routing-Metrik kann erlangt werden von irgendeinem Funkgerät, unabhängig von dessen jeweiliger Leistungsfähigkeit oder seiner MAC-Technologie. Das System und das Verfahren erleichtert die Verbingungsanpassung (link adaptation), z.B. die Datenratenauswahl, die Leistungssteuerung und Fragmentierung, für jede Art von Funkgerät in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk.
Die Hardware-Abstraktionsschicht stellt weiter eine Softwarebasis oder einen algorithmischen Rahmen bereit zum Sammeln von normalisierten Statistiken von der physikalischen Schicht, zum Bestimmen des Wertes der Parameter, die spezifisch für die verwendete physikalische Schicht sind, und zum Verwenden dieser Statistiken und Parameter zum Auswählen einer Route und eines Kanalzugriffsverfahrens.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines paketvermittelten, drahtlosen Ad-hoc-Kommunikationsnetzwerkes 100 darstellt, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Genauer beinhaltet das Netzwerk 100 eine Mehrzahl von mobilen drahtlosen Benutzerendgeräten 102-1 bis 102-n (allgemein als Knoten 102 oder mobile Knoten 102 bezeichnet) und kann, aber muss nicht, ein festes Netzwerk 104 mit einer Mehrzahl von Zugangspunkten 106-1, 106-2,... 106-n (allgemein als Knoten 106 oder Zugangspunkte 106 bezeichnet) enthalten, um dem Knoten 102 Zugang zu dem festen Netzwerk 104 bereitzustellen. Das feste Netzwerk 104 kann z.B. ein Kern-Local-Access-Network (Kern-LAN) sowie eine Mehrzahl von Servern und Gatewayroutern beinhalten, um Netzwerkknoten einen Zugang zu anderen Netzwerken, wie z.B. anderen Ad-hoc-Netzwerken, dem öffentlichen Telefonnetz (PSTN) und dem Internet, bereitzustellen. Das Netzwerk 100 kann weiter eine Mehrzahl von festen Routern 107-1 bis 107-n (allgemein als Knoten 107 oder feste Router 107 bezeichnet) zum Routen von Datenpaketen zwischen anderen Knoten 102, 106 oder 107 enthalten. Es sei bemerkt, dass zum Zwecke dieser Diskussion die oben erwähnten Knoten gemeinsam als "Knoten 102, 106 und 107'' oder einfach als "Knoten" bezeichnet werden können.
Wie von einem Fachmann einzusehen ist, sind die Knoten 102, 106 und 107 in der Lage, miteinander direkt oder über einen oder mehrere andere Knoten 102, 106 oder 107, welche als Router bzw. als ein Router für zwischen den Knoten gesendete Pakete arbeiten, zu kommunizieren, wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/897,790 und in den US-Patenten US 6,807,165 und US 6,873,839 , die oben erwähnt sind, beschrieben ist.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet jeder Knoten 102, 106 und 107 einen Transceiver oder ein Modem 108, der/das mit einer Antenne 101 gekoppelt ist und in der Lage ist Signale, wie z.B. paketierte Signale von/zu den Knoten 102, 106 oder 107 unter der Steuerung eines Controllers 112 zu senden und zu empfangen. Die paketierten Datensignale können z.B. Sprach-, Daten- oder Multimedia-Information sowie paketierte Steuersignale einschließlich von Knotenaktualisierungsinformation enthalten.
Jeder Knoten 102, 106 und 107 beinhaltet weiter einen Speicher 114, wie z.B. einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), der in der Lage ist unter anderem sich auf ihn selbst oder andere Knoten in dem Netzwerk 100 beziehende Routing-Information zu speichern. Wie weiter in 2 gezeigt ist, können bestimmte Knoten, insbesondere mobile Knoten 102 einen Host 116 beinhalten, der aus irgendeiner Anzahl von Vorrichtungen, wie z.B. einem Notebook-Computerendgerät, einer mobilen Telefoneinheit, einer mobilen Dateneinheit oder irgendeiner anderen geeigneten Vorrichtung, bestehen kann. Jeder Knoten 102, 106 und 107 beinhaltet außerdem die geeignete Hardware und Software zum Verwenden mit dem Internet-Protokoll (IP) und dem Adress-Resolution-Protokoll (ARP), deren Zwecke von einem Fachmann leicht einzusehen sind. Die geeignete Hardware und Software zum Verwenden mit dem Transmission-Control-Protokoll (TCP) und dem User-Datagram-Protokoll (UDP) kann außerdem enthalten sein.
3 ist ein Diagramm, das die Funktionalität der Hardware-Abstraktions- und Normalisierungsschicht 200 zeigt, die in dem in 1 gezeigten Netzwerk 100 verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere stellt 3 ein Beispiel der Abstraktions- und Normalisierungsschicht 200 dar, die zwischen der physikalischen Schicht/Media-Access-Schicht (PHY/MAC)-Schicht 202 und der Routing-Schicht 208 ist (siehe 4) und die physikalische Schicht-/MAC-Schnittstellen-Information 204 sowie die Link/Neighbour-Discriptor-Information 206 an die Routing-Schicht 208 liefert. Es sei bemerkt, dass die PHY/MAC-Schicht 202 alternativ als die MAC/PHY-Schicht bezeichnet werden kann. Außerdem fließen Daten z.B. zurück zu der PHY/MAC-Schicht 202, wenn die Datenrate oder die Übertragungsleistung ausgewählt werden. Jedes Beispiel einer PHY/MAC-Schicht 202, wie z.B. die Schichten vom 802.11a- und 801.11 g-Typ und die Bluetooth-Schicht, die in dieser Figur veranschaulicht sind, besitzt bestimmte Merkmale, wie z.B. der Länge der Sendeanforderungs-Nachrichten (RTSs), den Datenraten, dem Paketstörungsnachteil (Paketstörungs-Penalty), das Schlitzintervall, einen Arbeitszyklus usw., sowie bestimmte Konfigurationen, wie z.B. dass keine RTS für kleine Pakete gesendet wird usw., und bestimmte Feedback-Eigenschaften, wie z.B. die Anzahl der Wiederholungen, die empfangene Signalstärke, die Anzahl der bereitgestellten Zeitschlitze usw.. All diese Parameter werden in Information übersetzt, die von der Routing-Schicht 208 ausgewertet werden kann. Diese Information wird bereitgestellt durch z.B. die Transaktionszusammenfassung und die Overhead-Tabelle, die unten mehr im Detail diskutiert wird.
Ein weiteres Beispiel der Integration zwischen der PHY/MAC-Schicht 202 und der Routing-Schicht 208 ist in 4 gezeigt und wird ermöglicht durch die Verwendung von drei verschiedenen Ereignissen, nämlich einer Übertragungsanforderung, wenn Daten zu übertragen sind, einer Übertragungsbeendigung, wenn die Übertragung erfolgt oder fehlgeschlagen ist, und dem Empfang, wenn Daten von einem Knoten, wie z.B. einem oben mit Bezug auf 1 diskutierten Knoten 102, 106 oder 107, empfangen wurde. Es ist nicht notwendig, dass diese Architektur die verschiedenen Schichten vollständig integriert, sondern vielmehr ist es für die Zwecke der hierin beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausreichend, dass die Architektur die verschiedenen Schichten teilweise integriert in einer solchen Art und Weise, dass sie unter allen Umständen betriebsfähig sind. Außerdem setzt diese Architektur nicht voraus, dass eine bestimmte Art von Schicht verwendet wird, wie z.B. ein Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing (OFDM)- oder Frequency-Hopping-Spread-Spectrum (FHSS)-Funkgerät, einen Carrier-Sense-Multiple-Access (CSMA) oder eine Time-Division-Multiple-Access-Media-Access-Control (TDMA MAC), oder ein Ad-hoc-on-Demand-Distance-Vector (AODV)- oder Data-Signalling-Rate (DSR)-Routing-Protokoll, sondern ermöglicht vielmehr den Schichten, mit einem gewissen Grad an Flexibilität zusammenzuarbeiten. Die Architektur stellt außerdem die Möglichkeit bereit zum Einstellen von Schlüsselparametern, wie z.B. von Sollerfüllungsraten (Target Completion Rate) oder Signal-Rausch-Verhältnissen (SMRs).
Wie angegeben integriert die Architektur die PHY/MAC-Schicht 202 mit der Routing-Schicht 208 und der Netzwerk-Schicht 210 unter Verwendung einer Betriebssystem (OS)-Abstraktionsschicht 216 und einer Hardware-Abstraktionsschicht 218, welche Kriterien in z.B. Routing-Bibliotheken, wie z.B. einer Link-Quality-Bibliothek (Verbindungsqualitäts-Bibliothek) 212 und einer Ratenauswahl-Bibliothek 214, berücksichtigen kann. Wie bei diesem Beispiel angegeben, kann eine Übertragung (Tx) 222 von der Netzwerkschicht 210 zu der PHY/MAC-Schicht 202 über die Hardware-Abstraktionsschicht 218 in Zusammenarbeit mit der Routing-Schicht 208 und von den Routing-Schicht-Bibliotheken, wie z.B. der Ratenauswahl-Bibliothek 214, entnommener Information stattfinden. Genauso kann eine Empfangsnachricht (Rx) 220, welche den Empfang eines Datenrahmens anzeigt, von der PHY/MAC-Schicht 202 an die Netzwerkschicht 210 ausgegeben werden über die Hardware-Abstraktionsschicht 218 in Zusammenarbeit mit der Routing-Schicht 208 und der Link-Quality-Bibliothek 212. Eine Übertragungs-Rückruf-Nachricht (Tx_Cb) 226 kann direkt von der Routing-Schicht ausgegeben werden und an die MAC/PHY-Schicht gesendet werden zum Verbreiten an einen oder mehrere andere Knoten des Netzwerkes. Die Übertragungs-Rückruf-Nachrichten Tx_Cb sind typischerweise Nachrichten, die von der Routing-Schicht verwendet werden zum Aufhauen einer Topologie-Datenbank; diese enthält Hello-Nachrichten, Routenanfragen, Routenantworten usw., wie z.B. denjenigen, die bei On-Demand-Routing-Protokollen verwendet werden. Genauso kann eine Empfangs-Rückruf-Nachricht Rx_Cb 224 von der Routing-Schicht direkt ausgegeben werden als Antwort an die Netzwerk-Schicht, wenn die Übertragungsanfrage Tx 222 direkt beantwortet werden sollte. Empfangs-Rückruf-Nachrichten Rx_Cb enthalten typischerweise Antworten auf Netzwerk-Schicht-spezifische Pakete, wie z.B. ARP (Address Resolution Protocoll), wenn das Routing-Protokoll gedacht ist zum Bereitstellen solcher Antworten (ansonsten kann das Routing-Protokoll die Netzwerk-Schicht-spezifischen Pakete an die MAC/PHY-Schicht übergeben). Eine Übertragungs-Vollendungs-Nachricht Tx_complete 228 wird von der MAC/PHY-Schicht an das Link-Quality-Modul gesendet, wie angegeben. Dies erlaubt dem Link-Quality-Modul, die Leistungsfähigkeit verschiedener Datennachrichtenverbindungen an der MAC/PHY-Schicht zu messen. Die Übertragungs-Vollendungs-(Tx_complete)-Nachicht 228 und die Empfangs-(Rx)-Nachicht 220 kann begleitet werden von der Übertragungszusammenfassung, welche unten beschrieben wird.
Die Hardware-Abstraktionsschicht 218 ermöglicht weiter die Verwendung aller Routing-Bibliotheken unabhängig von der Art der PHY/MAC-Schicht 202. In anderen Worten unterstützen die Routing-Bibliotheken jede Art von PHY/MAC-Schicht 202, vorausgesetzt, dass die Schicht einen kleinen Satz von Feedback-Information erzeugen kann, wie z.B. die Übertragungs-Vollendungs-Nachricht Tx_complete 228 und eine Empfangs-Nachricht Rx 220, die oben diskutiert wurden. Die Routing-Bibliotheken können sich in einer Zwischenschicht oberhalb der PHY/MAC-Schicht 202 und unterhalb der Internet-Protokoll (IP)-Schicht (nicht dargestellt) befinden. Die Routing-Schicht 208 erfasst eingehende Datenpakete an den lokalen Stack und ausgehende Pakete an die PHY/MAC-Schicht 202. Zusätzlich zu der Paket-Erfassung, können die Routing-Bibliotheken eingehende und ausgehende Pakete zur Quelle zurückverfolgen, sofern zum Steuern von oberen Schichten, unteren Schichten notwendig, und mit den Routing-Bibliotheks-Implementierungen auf physikalisch getrennten Vorrichtungen kommunizieren.
Wenn die Routing-Schicht 208 eingehenden und ausgehenden Verkehr erfasst, entfernt die Routing-Schicht 208 und fügt seinen eigenen Routing-Header an das Datenpaket an, wie z.B. in 5 gezeigt ist. Wie weiter angegeben, fügen auch die weiteren Schichten ihre jeweiligen Header an, wenn Verkehr durch diese Schichten hindurchgeht. Wenn z.B. der Verkehr durch die Netzwerk-Schicht 210 hindurchgeht, fügt die Netzwerk-Schicht 210 einen Netzwerk-Header 230 an die Daten 232 an. Wenn das Datenpaket an die Routing-Schicht 208 hindurchgeht, hängt die Routing-Schicht 208 bei diesem Beispiel einen Routing-Header 234 an den Netzwerk-Header 230 an. Wenn das Datenpaket dann weiter zu der PHY/MAC-Schicht 202 fortschreitet, fügt der MAC-Schichtabschnitt den MAC-Header 236 an den Routing-Header 234 an und genauso hängt der PHY-Schichtabschnitt den PHY-Header 238 an den MAC-Header 236, wie bei diesem Beispiel gezeigt an.
Weitere Beispiele von oben diskutierten Transaktionen sind in den Flussdiagrammen in den 6 bis 10 gezeigt.
Insbesondere stellt 6 Übertragungen dar, die zwischen der Netzwerkschicht, der Routing-Schicht und der PHY/MAC-Schicht eines Quellknotens stattfinden, der irgendeine Art von Knoten 102, 106 oder 107 sein kann, wie er oben mit Bezug auf 1 und 2 diskutiert wurde, und eines Zielknotens, der auch irgendeine Art von Knoten 102, 106 und 107 sein kann. Wie angegeben empfängt die Routing-Schicht auch eine Übertragungs-Vollendungs-Anzeige von der MAC-Schicht nach dem Hinzufügen von Routing-spezifischen Headern, wenn übertragene Pakete erfasst bzw. abgefangen werden.
Das bedeutet bei diesem Beispiel, dass ein Übertragungs (Tx)-Paket 258 von der Quellknoten-Netzwerk-Schicht 250 entlang der Flussrichtung 260 der Quellknoten-Routing-Schicht 252, bei der ein Routing-Header 262 hinzugefügt wird, bereitgestellt wird. Das Tx-Paket 258 wird dann der Quellknoten-PHY/MAC-Schicht 254 entlang der Flussrichtung 264 bereitgestellt, wo das Tx-Paket dann für die Übertragung als ein Übertragungspaket 266 vorbereitet wird.
Wie von einem Fachmann verstanden wird, wird zum Ausführen der Übertragung eine Sendeaufforderung(RTS)-Nachricht in der Übertragung 268 an den Zielknoten 256 gesendet. Wenn von dem Zielknoten 256 keine Sendebereitschafts-(CTS)-Nachricht gesendet wird, wird ein zweiter Versuch zur Übertragung durch Senden einer weiteren RTS-Nachricht in der Übertragung 270 gemacht. Nach diesem Versuch wird die RTS von dem Zielknoten 256 wie angegeben in der Empfangs-Transaktion 272 empfangen und der Zielknoten 256 sendet eine Sendebereitschaft(CTS)-Nachricht an die Quellknoten-PHY/MAC-Schicht 254 in der Übertragung 274. Nach Empfang der CTS-Nachricht überträgt die PHY/MAC-Schicht 254 des Quellknotens das Übertragungspaket an den Zielknoten 256 in der Übertragung 276. Nach Empfang des Übertragungspaketes sendet der Zielknoten 256 eine Acknowledgement-Nachricht (ACK) bzw. positive Rückmeldung entlang der Übertragung 278 an die Quellknoten-PHY/MAC-Schicht 254. Diese ACK-Nachricht wird dann entlang der Flussrichtung 280 an die Quellknoten-Routing-Schicht 252 übergeben, und die Quellknoten-Routing-Schicht 252 berechnet die Wirkung der Feedback-Zusammenfassungs-Nachricht (d.h. der Nachricht, welche anzeigt, dass die Übertragung erfolgreich abgeschlossen wurde) auf die Routing-Schicht, genauer die Link-Quality-Bibliothek der Routing-Schicht in dem Vorgang 282.
Wie in 7 gezeigt kann die Routing-Schicht außerdem von selbst als eine Quelle von Verkehr arbeiten. Insbesondere kann wie bei diesem Beispiel angegeben die Quellknoten-Routing-Schicht 252 Quell-Routing-Verkehr 300 entlang dem Flusspfad 302 zu der Quellkonten-PHY/MAC-Schicht 254 senden. Dieser Routing-Verkehr wird für die Übertragung als ein Übertragungspaket 304 an der Quellknoten-PHY/MAC-Schicht 254 vorbereitet.
Wie von einem Fachmann verstanden wird, wird zum Durchführen der Übertragung eine Sendeaufforderungs (RTS)-Nachricht bei der Übertragung 306 an den Zielknoten 256 gesendet. Wenn keine Sendebereitschafts (CTS)-Nachricht von dem Zielknoten 256 gesendet wird, wird ein zweiter Versuch für die Übertragung gemacht durch Senden einer weiteren RTS-Nachricht in der Übertragung 308. Nach diesem Versuch wird die RTS von dem Zielknoten 256 wie angegeben bei der Empfangs-Transaktion 310 empfangen, und der Zielknoten 256 sendet eine Sendebereitschafts (CTS)-Nachricht an die Quellknoten-PHY/MAC-Schicht 254 in der Übertragung 312. Nach Empfangen der CTS-Nachricht überträgt die PHY/MAC-Schicht 254 des Zellknotens das Übertragungspaket zu dem Zielknoten 256 in der Übertragung 314. Nach Empfangen des Übertragungspaketes sendet der Zielknoten 256 eine Acknowledgement-Nachricht (ACK) entlang der Übertragung 316 zu der Quellknoten-PHY/MAC-Schicht 254. Diese ACK-Nachricht wird dann an die Quellknoten-Routing-Schicht 252 entlang der Flussrichtung 318 übergeben, und die Quellknoten-Routing-Schicht 252 berechnet die Wirkung der Feedback-Zusammenfassungs-Nachricht (d. h. der Nachricht, welche anzeigt, dass die Übertragung erfolgreich abgeschlossen wurde) auf die Routing-Schicht, insbesondere die Link-Quality-Bibliothek der Routing-Schicht in dem Vorgang 320.
Wie bei dem Beispiel aus 8 gezeigt wird die Routing-Schicht bei dem Verkehr, der an dem endgültigen Ziel empfangen wird (d. h. der an dem endgültigen Ziel eingehende Verkehr), den Routing-Header entfernen, das Empfangs-Feedback verarbeiten und das Paket an die Netzwerk-Schicht übergeben. Das bedeutet, dass der Quellkonten 350, der irgendeine Art von wie oben diskutierten Knoten 102, 106 und 107 sein kann, ein Datenpaket entlang des Flusspfades 360 zu der PHY/MAC-Schicht 352 des Zielknotens sendet, der auch irgendeine Art von Knoten 102, 106 oder 107 sein kann. Die Zielknoten-PHY/MAC-Schicht 352 sendet die empfangenen Daten entlang des Flusspfades 362 zu der Zielknoten-Routing-Schicht 354, welche den Header von dem empfangenen Datenpaket in dem Vorgang 364 entfernt. Das empfangene Datenpaket wird dann entlang des Flusspfades 366 zu der Zielknoten-Netzwerkschicht 356 gesendet.
Wie bei dem Beispiel aus 9 gezeigt, wird die Routing-Schicht für eingehenden Routing-Verkehr, der an seinem endgültigen Ziel angekommen ist, das empfangene Datenpaket verarbeiten. Das bedeutet, wenn der Zielknoten kein Zwischenknoten entlang des Pfades ist, sondern vielmehr das endgültige Ziel für das Routing-Paket, wird der Zielknoten sich nach dem Routing-Paket richten. Wie angegeben sendet der Quell knoten 350, der irgendeine Art von wie oben diskutierten Knoten 102, 106 oder 107 sein kann, ein Routing-Paket entlang des Flusspfades 370 zu der PHY/MAC-Schicht 352 des Zielknotens, der auch irgendeine Art von Knoten 102, 106 oder 107 sein kann. Die Zielknoten-PHY/MAC-Schicht 352 sendet die empfangenen Daten entlang des Flusspfades 372 zu der Zielknoten-Routing-Schicht 354, welche das Routing-Paket in dem Vorgang 374 verarbeitet.
10 stellt ein Beispiel von Transaktionen dar, die an dem weiterleitenden Knoten stattfinden, d. h. an einem Zwischenknoten entlang eines Pfades von einem Quellknoten zu einem Zielknoten. Bei diesem Beispiel sendet der Quellknoten 400 ein Datenpaket zu einem Zielknoten 404 über einen weiterleitenden Zwischenknoten. Der Quellknoten, der Zielknoten und der weiterleitende Knoten können jeweils irgendeine Art von wie oben diskutierten Knoten 102, 106 oder 107 sein.
Wie angegeben sendet der Quellknoten 400 ein Übertragungs (Tx)-Paket 460 entlang des Übertragungspfades 462 an die PHY/MAC-Schicht 452 eines weiterleitenden Knotens. Die PHY/MAC-Schicht 452 des weiterleitenden Knotens sendet eine Empfangs-Daten-Nachricht entlang des Flusspfades 464 zu der Routing-Schicht 454 des weiterleitenden Knotens, welche in dem Vorgang 466 den nächsten Hop-Knoten sucht. Die Routing-Schicht 454 des weiterleitenden Knotens sendet übertragene Daten entlang des Flusspfades 468 zu der PHY/MAC-Schicht 452 des weiterleitenden Knotens, welcher dann eine RTS-Nachricht in der Übertragung 470 an den Zielknoten 404 sendet. Bei diesem Beispiel sendet der Zielknoten 404 eine CTS-Nachricht in der Übertragung 472, welche an der PHY/MAC-Schicht 452 des weiterleitenden Knotens empfangen wird. Die PHY/MAC-Schicht 452 überträgt dann das Datenpaket in der Übertragung 474 an den Zielknoten 404, welcher das Paket in dem Vorgang 476 als das endgültige Ziel des Datenpaketes empfängt. Der Zielknoten 404 sendet dann eine ACK-Nachricht in der Übertragung 478 an die PHY/MAC-Schicht 452 des weiterleitenden Knotens, welche eine Übertragungs-Vollendungs-Nachricht entlang des Flusspfades 480 zu der Routing-Schicht 454 des weiterleitenden Knotens sendet. Die Routing- Schicht 454 des weiterleitenden Knotens berechnet dann den Effekt der Übertragung in dem Vorgang 482.
Overhead-Information und normalisierter Feedback
Einzelheiten von Beispielen der Overhead-Information und der Feedback-Information, welche bei den oben diskutierten Transaktionen ausgetauscht wird, wird unten diskutiert.
Overhead-Tabelle
Um sicher zu stellen, dass die Verbindungsanpassungs-Algorithmen und Routing-Protokolle unabhängig von Spezifitäten unterer Schichten sind, kann die Datenübertragungs-Overhead-Information abstrahiert werden. Die Datenübertragungs-Overhead-Tabelle umfasst Information, die sich z. B. auf die Signalisierungszeit, die Acknowledgement (ACK)-Verarbeitungszeit, die ACK-Zeit, das ACK-time-out, die Rückhaltezeit (back-off-Zeit), die Kulanzzeit (Fairness Time) und die Stauzeit (Congestion Time) bezieht. Die Overhead-Information wird kompiliert unter Verwendung der Gesamtübertragungszeit (für jede Datenrate und quantisierte Paketgröße) und zusätzlichen Übertragungsverzögerungen (für jede Datenrate und quantisierte Paketgröße). Zum Zwecke der Verbindungsanpassung kann dieser Overhead übersetzt werden in Werte mit maximal wirksamem Durchsatz, welche wiederum in Einstellparameter übersetzt werden können. Diese Einstellparameter sind abhängig von der MAC-Schicht/physikalischen Schicht, aber sie sind in einer solchen Art und Weise abstrahiert, dass ihre Wirkung auf die Verbindungsanpassungs-Algorithmen und Routing-Entscheidungen konsistent ist (d. h. wenn zwei MAC-Schichten/physikalische Schichten einen Durchsatz von 500 Kbps für bestimmte Datenraten und Paketgrößen bereitstellen, werden ihre Einstellwerte identisch sein, auch wenn die tatsächlichen Datenraten und Paketgrößen unterschiedlich sind). Es sei bemerkt, dass die Overhead-Information verwendet werden kann zum Optimieren der Latenzzeit an Stelle des effektiven Durchsatzes.
Normalisierter Feedback
Der zweite Schritt beim Sicherstellen, dass Verbindungsanpassungs-Algorithmen und Routing-Entscheidungen unabhängig von Spezifitäten von unteren Schichten sind, ist die Feedback-Information zu normalisieren. Die wird z. B. durchgeführt durch Übersetzen der Signalstärkeinformation in standardisierte Werte. Außerdem werden MAC-spezifische Ereignisse in Ereigniskategorien gruppiert, d. h. erfolgreiche und nicht erfolgreiche Daten- oder Steuerpaket-Übertragungen werden als unabhängig betrachtet. Der normalisierte Feedback wird über die Transaktions-Zusammenfassung, die unten beschrieben ist, bereitgestellt.
Wie von einem Fachmann verstanden wird, basieren die Verbindungsanpassungs-Algorithmen, die in Zusammenhang mit der Hardware-Abstraktionsschicht 218 (siehe 4) verwendet werden, auf gemessenen Erfolgsrate. Bei solchen Algorithmen kann die erwartete Erfolgsrate von externen Faktoren abhängen, wie z. B. MAC-Spezifizitäten oder gegebenenfalls der Größe der Netzwerkumgebung. Beispiele für Verbindungsanpassungsverfahren, welche diese Hardware-Abstraktionsschicht verwenden, sind in einer am 24. Mai 2005 eingereichten US-Patentanmeldung von Guenael Strutt et al. mit dem Titel „Method and System for Controlling the Transmission Power of at Least One Node in a Wireless Network" mit der Seriennummer 11/138,241 sowie in einer am 24. Juni 2005 eingereichten US-Patentanmeldung von Guenael Strutt et al. mit dem Titel „An Adaptive Rate Selection Algorithm For Wireless Systems" mit der Seriennummer 11/166,578 beschrieben, wobei der gesamte Inhalt von beiden durch in Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Andererseits normalisieren die Techniken gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche hierin beschrieben sind, die Feedback-Information von der physikalischen Schicht in Zusammenhang mit einer Overhead-Tabelle, um eine Metrik zu bestimmen, während die Rechenkomplexität beschränkt wird.
Transaktions-Zusammenfassung
Wie von einem Fachmann einzusehen ist sammeln die meisten Knoten 102, 106 und 107 Übertragungs- und Empfangs-Statistiken. Solche Statistiken können gesammelt, kompiliert und analysiert werden von z. B. dem Controller 112 eines Knotens und seiner zugehörigen Hardware. Die hierbei beschriebenen Felder müssen nicht notwendigerweise in all den Statistiken vorgesehen sein. Das bedeutet, dass wenn ein bestimmter Teil an Information fehlt, das Routing-Protokoll in der Lage sein wird, die Daten zu verarbeiten, vorausgesetzt dass bestimmte Voreinstellungswerte verwendet werden.
Werte, welche einen Übertragungsversuch beschreiben, enthalten von dem Sender spezifizierte absolute Parameter, wie z. B. eine Datenrate, die Übertragungsleistung und die Rahmenlänge. Sie können außerdem Messungen enthalten, die von einem Empfangsknoten erfasst werden, wie z. B. dem Empfangsleistungspegel, der Bitfehlerrate oder der Signalqualität. An dem Empfangsknoten gemachte Messungen können durch die Acknowledgement-Nachrichten an den Senderknoten zurückgeleitet werden. Solche weitergeleiteten Messungen werden als „benachrichtigte" Messungen bezeichnet.
Übertragungs- und Empfangs-Statistiken leisten verschiedene kritische Funktionen, insbesondere bei der Verbindungsanpassung und der Verbindungsqualitäts-Abschätzung. Diese Funktionen beinhalten die Bestimmung von zukünftigen Datenraten, die Bestimmung der Verbindungsqualität/Routing-Metrik, und die Bestimmung der Übertragungsleistungen. Wie aus dem obigen ersichtlich, sind die Verbindungsanpassung und die Verbindungsqualitäts-Abschätzung unabhängig von den Parametern der physikalischen Schichten. Außerdem verwendet jeder dieser Prozesse redundante Information. Eine bestimmte Datenstruktur wird verwendet zum Sammeln aller nützlichen Statistiken auf einmal, nämlich ein Transaktions-Zusammenfassungs-Bericht. Ein Beispiel von Kennzeichen eines Transaktions-Zusammenfassungs-Berichts wird unten ausgeführt: Transaktions-Zusammenfassungs-Bericht
Wenn ein wie in 1 gezeigter Knoten 102, 106 oder 107 Daten sendet oder empfängt, stellen die in 4 gezeigten Integrations-Vorgänge das Feedback auf die Ergebnisse zum Treiben des Verbindungs-Evaluierungssystems bereit. Diese Ergebnisse werden bereitgestellt unter Verwendung von einem oder mehren Transaktions-Zusammenfassungs-Objekten. Der Controller 112 und seine damit verbundene Hardware kann den Transaktions-Zusammenfassungs-Bericht an irgendeinem bestimmten Knoten 102, 106 und 107 erzeugen.
Wie unten diskutiert sorgen sowohl der Übertragungs- als auch der Empfangs-Feedbackpfad für mehrere Transaktions-Zusammenfassungs-Objekte in einem Array. Mehrere Transaktionen können verwendet werden zum Beschreiben der Steuer- und Nachrichten-Transaktionen, die einem einzelnen Paketempfang oder -übertragung entsprechen. Sie können auch verwendet werden zum Spezifizieren der einzelnen Ergeb nisse jedes Teils einer mehrfach fragmentierten Paketübertragung.
Beim Bereitstellen von Übertragungs-Feedback:
Der Sender eines Rahmens kennt implizit die Parameter, mit denen der Rahmen übertragen wurde. Der Sender muss daher den frameType und die frameSize spezifizieren. Er muss außerdem die Ergebnisse der Übertragung durch Zählen von Erfolgen und Fehlschlägen auf dem Rahmen bereitstellen. Das txFailCount stellt eine Angabe der Anzahl von fehlgeschlagenen Versuchen des Rahmens bei einer bestimmten Rate und Leistung bereit. Das txSuccessCount stellt die Anzahl von Erfolgen bereit. Mehrfache Erfolge können verwendet werden z. B. zum Anzeigen von erfolgreich übertragenen Fragmenten gleicher Rahmengröße. In jedem Fall muss txSuccessCount plus txFail-Count für eine gültige Transaktion zumindest 1 sein. Die Rate und die Leistung der Übertragung können ausdrücklich spezifiziert werden oder als „INVALID" markiert werden, wenn sie nicht bereitgestellt werden können. Wenn die Plattform und das Protokoll des Funkgerätes dafür sorgen, dass der Sender von den Messungen (wie z. B. dem Feedback über einen ACK-Rahmen) informiert wird, können irgendwelche bekannten Messungen in den „rx"-Feldern spezifiziert werden. Ansonsten sollten sie auf INVALID gesetzt werden. Es sei außerdem bemerkt, dass wenn mehrfache Erfolge angezeigt werden, die „rk"-Felder als ein Durchschnitt über die gegebene Zahl von Erfolgen interpretiert werden wird.
Beim Bereitstellen von Empfangs-Feedback
Der Empfänger eines Rahmens kennt implizit den frameType und die frameSize und muss diese genauso bereitstellen. Der txFailCount wird ignoriert, da Empfangsfehlschläge nicht zurückverfolgbar zu irgendeinem bestimmten Sender sein können und nicht in dem Algorithmus verwendet werden. Der txSuccessCount kann die Anzahl der erfolgreichen Empfänge des spezifizierten Rahmentyps und -größe anzeigen, aber wiederum werden die „rx"-Messungen dann als Mittelwerte interpretiert werden. Wenn dem Empfänger bekannt, können die txRate und txPower spezifiziert werden, aber ansonsten sollten sie auf INVALID gesetzt werden. Irgendwelche von dem Empfänger vorgenommenen Messungen können in den „rx"-Feldern bereitgestellt werden, oder auf INVALID gesetzt werden, wenn sie nicht gemessen oder nicht verfügbar sind.
Merkmale der Transaktions-Zusammenfassung:
Ein Beispiel der Kennzeichen eines Transaktions-Zusammenfassungs-Berichtes ist unten ausgeführt:
Zeitunabhängigkeit der Transaktions-Zusammenfassung
Wenn die Netzwerkschicht oder genauer die Verbindungsanpassungsschicht (abhängig davon, wie das System implementiert ist) physikalisch unterscheidbar von den MAC/PHY-Schichten ist (z. B. wenn die Netzwerk- und die Verbindungsanpassungsschichten in einem Treiber innerhalb des Betriebssystems eines Host-Computers laufen und die MAC/PHY-Schichten in einer Peripherie-Vorrichtung wie z. B. einer PC-Karte laufen), dann wird es Verzögerungen geben, wenn das Feedback bereitgestellt wird. Dies wird keine Konvergenz-Probleme verursachen, wenn das Feedback die Parameter enthält, die anfänglich den physikalischen Schichten bei der Übertragung bereitgestellt wurden. Dies kann durchgeführt werden durch Zurücksenden der ursprünglich ausgewählten Datenrate mit dem notwendigen Feedback (RSSI und ACK/NACK) innerhalb des Transaktions-Zusammenfassungsberichtes. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass ein Feedback nicht unverzüglich sein muss: ein verzögertes Feedback wird den Verbindungsanpassungs-/Verbindungsqualitäts-Abschätzungs-Algorithmen ermöglichen, trotzdem zu konvergieren.
Recheneffizienz der Transaktions-Zusammenfassung
11 zeigt ein Blockdiagramm des Datenraten-Auswahlverfahrens (welches die Transaktions-Zusammenfassung zum Einstellen der Datenrate verwendet). Die rechenintensiven Berechnungen, wie z. B. diejenigen welche die Einstellparameter bestimmen (z. B. durch das Abschätzen des effektiven Durchsatzes), werden offline über die Overhead-Tabelle wie oben beschrieben durchgeführt. Echtzeit-Berechnungen werden somit auf ein Minimum reduziert.
Dementsprechend wird, wie in 11 gezeigt, das Datenratenauswahlverfahren 500 durchgeführt auf der Grundlage von Information, die sich auf den Treiber oder auf zu dem Knoten zugehöriger Firmware 510 bezieht. Solche Information kann Konfigurations- und Spezifikations-Information 514 enthalten, die offline als abstrahierte Overhead-Information 506 berechnet wird. Die abstrahierte Overhead-Information 506 kann verwendet werden z. B. zum Einstellen von Ratenschwellwerten in dem Vorgang 504, wie angegeben. Die im Vorgang 504 eingestellten Ratenschwellwerte werden umgekehrt das Ratenauswahlverfahren in dem Vorgang 502 beeinflussen. Die ausgewählte Datenrate wird der PHY/MAC-Schicht 522 des Modems 520 (z. B. im in 2 gezeigten Transceiver 108) des Knotens bereitgestellt zum Steuern der Übertragung des Datenpaketes mit der ausgewählten Datenrate. Empfangene Information, wie z. B. eine ACK-Nachricht, welche an dem Modem 520 empfangen wird, wird als Feedback-Information 512 bereitgestellt, um zum Einstellen von zukünftigen Ratenschwellwerten verwendet zu werden, wie gezeigt ist.
Abstrahierte Routenmetrik
Der grundlegende Vorteil beim Verwenden einer Abstraktionsschicht zum Durchführen von Routing in einem drahtlosen Kanal ist die Möglichkeit, eine Metrik zu verwenden, die einen Vorteil aus den Spezifitäten der physikalischen Schicht zieht. Wie von einem Fachmann einzusehen, stellen bestimmte Modem/Funk-Schnittstellen hohe Datenraten mit beträchtlicher Konkurrenz und unzuverlässigen Verbindungen (d. h. 802.11b) bereit, während andere geringe Datenraten mit regulären Übertragungen und zuverlässigen Verbindungen (d. h. Funkgeräte vom zellularen Typ). Daher sollte die Metrik solche Änderungen berücksichtigen. Zum Beispiel kann eine auf einer end-to-end-Latenzzeit für ein markiertes Paket basierende Metrik verwendet werden:
wobei t_s,i und t_e,i die Parameter an dem Knoten i sind, die von dem Systemintegrator bereitgestellt werden müssen, damit die Hardware-Abstraktionsschicht ihre Funktionen durchführt. t_s,i ist die Gesamtübertragungszeit an dem Knoten i, wenn er an den Knoten i + 1 sendet (einschließlich jeder Overhead- und Verarbeitungszeit) und t_e,i ist die zusätzliche Zeit, welche von dem Knoten i hinzugefügt wird, wenn eine Übertragung fehlschlägt. t_q,i ist die Warteschlangenverzögerung an dem Knoten i – sie variiert gemäß dem lokalen Stau und möglicherweise der Prioritätsstufe des Knotens oder des Verkehrstyps. Die Paket-Bewältigungsrate (Packet Completion Rate) kann gemessen werden unter Verwendung der Verfahren, die in der am 07. Juni 2004 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/863,069 von Guenael T. Strutt mit dem Titel „A Method to Provide a Measure of Link Reliability to a Routing Protocol in an Ad Hoc Wireless Network" beschrieben sind, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird. Dieses Verfahren ist eng in die Übertragungs-Zusammenfassungs-Architektur integriert. Die Datenrate kann die genaue Datenrate sein, welche zu der Zeit verwendet wurde, zu der die Metrik bestimmt wurde, oder eine durchschnittliche Datenrate auf der Grundlage einer Anzahl von vergangenen Proben.
Alle Parameter, welche zum Durchführen der Verbindungsanpassung und Verbindungsqualitätsbestimmung verwendet werden, sind über die Übertragungs-Zusammenfassung und die Overhead-Tabelle erhältlich. Somit ist die Routenmetrik in der Lage, die Leistungsfähigkeit einer Route in Abhängigkeit von der Natur der zum Einrichten der Route verwendeten physikalischen Verbindungen zu qualifizieren.
Mehrfach-Funkgerät-Routing-Protokoll
Wie oben kurz diskutiert werden die Routing-Protokolle für mobile Ad-hoc-Netzwerke von der MANET-Arbeitsgruppe der IETF standardisiert. Die Gruppe hat derzeit drei Routing-Protokolle als „Experimental RFCs" vorgeschlagen, nämlich: Ad Hoc On Demand Distance Vector (AODV) Routing (RFC 3561), welches unter http://www.ietf.org/rfc/rfc3561.txt zu finden ist; das Optimized Link State Routing Protocol (RFC 3626), das unter http://www.iet£org/rfc/rcf3626.txt zu finden ist; und das Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF) (RFC 3684), das unter http:/Iwww.iet£org/rfc/rfc3684.txt zu finden ist, wobei der gesamte Inhalt dieser Dokumente hier durch in Bezugnahme mit aufgenommen wird. Diese drei Routing-Protokolle arbeiten auf der Schicht 3, d. h. sie verwenden IP-Adressen für das Routing in dem Netzwerk und wurden auf eine solche Art und Weise spezifiziert, dass die mehrere Schnittstellen unterstützen (d. h. sie unterstützen mehrere Funkgeräte). Z. B. benötigt AODV den Protokollstapel zum Informieren der Routing-Schicht über die bestimmte Schnittstelle (oder das Funkgerät) über das Pakete ankommen, insbesondere die Routing-Pakete. Diese Schnittstellen (Funkgeräte) werden dann in dem Routing-Tabelleneintrag für den bestimmten Knoten (z. B. einem Knoten 102, 106 oder 107, wie er in 1 gezeigt ist) aufgezeichnet zusammen mit allen anderen geeigneten Routinginformationen. Auf diese Art und Weise kennt die Routing-Schicht die bestimmte Schnittstelle (oder das Funkgerät), durch das das Ziel erreicht werden kann.
Somit kann jede hierin diskutierte Abstraktion leicht angewendet werden auf irgendeinen Protokollstapel, der eine modifizierte Version der zuvor erwähnten Routing-Protokolle verwendet. Diese Abwandlungen werden benötigt, da diese Routen-Protokolle „Hops" als die Metrik verwenden zum Vergleichen von Routen, während einfach das Verwenden von „Hops" als Metrik zu einer schlechten Leistungsfähigkeit führt, wie in einem Artikel von Douglas S. J. De Couto, Daniel Aguayo, John Bicket und Robert Morris mit dem Titel „A High-Throughput Path Metric for Multi-Hop Wireless Routing", in: Proceedings of the 9th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom '03), San Diego, Kalifornien, September 2003 gezeigt ist, deren gesamter Inhalt hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird. Andererseits ist die oben beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besonders geeignet für ein solches modifiziertes Protokoll, da es eine einheitliche Schnittstelle zu mehreren Kommunikationsvorrichtungen bereitstellt und die Parameter der physikalischen Schicht abstrahiert, um konsistente Routenmetriken zu berechnen.
Bei der vorhergehenden Beschreibung sind spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung wie er in den anschließenden Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen. Demgemäß sind die Beschreibung und die Figuren mehr in einem veranschaulichenden als in einem beschränkenden Sinn aufzufassen, und alle derartigen Abwandlungen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung enthalten aufzufassen. Der Nutzen, die Vorteile und Lösungen der Probleme und beliebige Elemente, die einen solchen Vorteil oder Lösung bewirken oder vorhersagen, sind nicht als kritisch, erforderlich oder essentielle Merkmale oder Elemente für irgendeinen oder alle Ansprüche auszulegen. Die Erfindung wird lediglich durch die beigefügten Ansprüche einschließlich von Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung gemacht werden, und allen Äquivalenten zu diesen Ansprüchen, wie ausgegeben, bestimmt.
Zusammenfassung
Ein System und ein Verfahren, das eine Abstraktion der physikalischen Schicht eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes (100), insbesondere eines drahtlosen Ad-hoc-Peer-to-Peer-Kommunikationsnetzwerkes (100), erzeugt und das das Feedback von der physikalischen Schicht normalisiert, um mehreren Arten von Knoten (102, 106, 107) in dem drahtlosen Netzwerk zu ermöglichen, unter Verwendung eines gemeinsamen Wireless-Routing-Protokolls zu arbeiten. Dieses Routing-Protokoll verwendet eine Verbindungsqualitäts-Metrik zum Bestimmen der besten Route unabhängig davon, wie es tatsächlich die Route auswählt oder solche Verbindungsqualitäts-Information verbreitet. Die verallgemeinerte Routing-Metrik kann erhalten werden für irgendeinen Knoten (102, 106, 107), unabhängig von dessen Leistungsfähigkeit oder dessen Media-Access-Control (MAC)-Technologie. Das System und das Verfahren erzeugen auch eine Transaktions-Zusammenfassung, die für die Verbindungsanpassung und die Verbindungsqualitätsbeurteilung verwendet werden können zum Bestimmen von z. B. zukünftigen Datenraten, Verbindungsqualitäts-/Routing-Metriken und Übertragungsleistungen.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von die abstrahierte physikalische Schicht betreffender Information an ein Wireless-Routing-Protokoll eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von Transaktions-Zusammenfassungs-Information auf der Grundlage von Datenübertragungen zwischen Knoten in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk; Erzeugen von Overhead-Information auf der Grundlage von Merkmalen der Knoten in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk; Erzeugen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information auf der Grundlage der Transaktions-Zusammenfassungs-Information sowie der Overhead-Information; und Bereitstellen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information an das Wireless-Routing-Protokoll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Transaktions-Zusammenfassungs-Information zumindest eine Paketgrößen-Information oder eine Datenraten-Information oder ein Signal-Rausch-Verhältnis oder eine Signal-Qualität oder ein Rauschen oder eine Bit-Fehlerrate oder einen Frequenzkanal oder einen Zeitschlitz oder eine Antennen-Information oder eine Signalstärkenberurteilungs-Information umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Overhead-Information Information umfasst, die sich auf zumindest eine Signalisierungszeit oder eine Acknowledgement (ACK)-Verarbeitungszeit oder eine ACK-Zeit oder einen ACK-time-out oder eine back-off-Zeit oder eine Kulanz-Zeit oder eine Datenstau-Zeit bezieht, welche sich auf die Kommunikation zwischen den Knoten beziehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Schritt des Erzeugens der abstrahierten physikalischen Schicht die die abstrahierte physikalische Schicht betreffende Information zum Zwecke der Beurteilung der Verbindungsqualität erzeugt unter Verwendung von Overhead-Information und der gemessenen Erfolgsraten (Completion Rates), die sich auf die Kommunikation zwischen den Knoten beziehen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei: die Verbindungsqualitätsbeurteilung unabhängig von den Parametern der physikalischen Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Schritt des Erzeugens der abstrahierten physikalischen Schicht, die die abstrahierte physikalische Schicht betreffende Information zum Zwecke der Verbindungsanpassung erzeugt, wobei die Overhead-Beurteilung und gemessene Erfolgsraten von Datenübertragungen zwischen den Knoten verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei: die Verbindungsanpassung unabhängig von den Parametern der physikalischen Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: das Erzeugen einer Routing-Metrik auf der Grundlage der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information, um den Knoten mit unterschiedlichen Eigenschaften der physikalischen Schicht zu ermöglichen, innerhalb des Netzwerkes zu kommunizieren.
System zum Bereitstellen von die abstrahierte physikalische Schicht betreffender Information an ein Wireless-Routing-Protokoll eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, wobei das System umfasst: einen Controller, der in einem Knoten angeordnet ist, welcher eingerichtet ist für die Kommunikation in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk und weiter eingerichtet ist zum Erzeugen von Transaktions-Zusammenfassungs-Information sowie Overhead-Information auf der Grundlage von Kommunikation zwischen dem Knoten und zumindest einem weiteren Knoten in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk, sowie weiter eingerichtet ist zum Erzeugen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information auf der Grundlage der Transaktions-Zusammenfassungs-Information und der Overhead-Information, und zum Bereitstellen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information an das Wireless-Routing-Protokoll.
System nach Anspruch 9, wobei: die Transaktions-Zusammenfassungs-Information zumindest eine Paketgrößen-Information oder eine Datenraten-Information oder ein Signal-Rausch-Verhältnis oder eine Signalqualität oder ein Rauschen oder eine Bit-Fehlerrate oder einen Frequenzkanal oder einen Timeschlitz oder eine Antenneninformation oder eine Signalstärkenbeurteilungs-Information umfasst, welche sich auf die Kommunikation zwischen dem Knoten und dem anderen Knoten beziehen.
System nach Anspruch 9, wobei: die Overhead-Information Information umfasst, die sich auf zumindest eine Signalisierungszeit, oder eine Acknowledgement (ACK)-Verarbeitungszeit oder eine ACK-Zeit oder einen ACK-time-out oder eine back-off-Zeit oder eine Kulanzzeit oder eine Datenstauzeit bezieht, welche sich auf die Kommunikation zwischen dem Knoten und dem anderen Knoten beziehen.
System nach Anspruch 1, wobei: der Schritt des Erzeugens der abstrahierten physikalischen Schicht die die abstrahierte physikalische Schicht betreffende Information zum Zwecke der Verbindungsqualitätsbeurteilung erzeugt, wobei Overhead-Information und gemessene Erfolgsraten verwendet werden, welche sich auf die Kommunikation zwischen dem Knoten und dem anderen Knoten beziehen.
System nach Anspruch 12, wobei: die Verbindungsqualitätbeurteilung unabhängig von den Parametern der physikalischen Schicht ist.
System nach Anspruch 9, wobei: der Controller weiter eingerichtet ist zum Erzeugen der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information zum Zwecke der Verbindungsanpassung, wobei Overhead-Beurteilung und gemessene Erfolgsraten der Datenübertragungen verwendet werden.
System nach Anspruch 14, wobei: die Verbindungsanpassung unabhängig von den verwendeten Parametern der physikalischen Schicht ist.
System nach Anspruch 9, wobei: der Controller weiter eingerichtet ist zum Erzeugen einer Routing-Metrik auf der Grundlage der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information, um den Knoten mit verschiedenen Eigenschaften der physikalischen Schicht zu ermöglichen, innerhalb des Netzwerkes zu kommunizieren.
Verfahren zum Ermöglichen, dass Knoten mit verschiedenen Eigenschaften der physikalischen Schicht innerhalb eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes kommunizieren, wobei das Verfahren umfasst: das Erzeugen von eine abstrahierte physikalische Schicht betreffender Information auf der Grundlage von Transaktions-Zusammenfassungs-Information und Overhead-Information, welche sich auf die Kommunikation zwischen Knoten in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk beziehen; und das Betreiben der Knoten derart, dass sie Datenpakete gemäß Parametern senden, die in der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 17, weiter umfassend: das Sammeln von Transaktions-Zusammenfassungs-Information und Overhead-Information an einer Routing-Schicht des Netzwerkes.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: der Schritt des Erzeugens weiter das Erzeugen der abstrahierten physikalischen Schicht auf der Grundlage der Transaktions-Zusammenfassungs- und Overhead-Information, sowie zumindest Verbindungsqualitätseigenschaften oder Datenrateneigenschaften umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: der Schritt des Betreibens das Betreiben der Knoten derart umfasst, dass sie Datenpakete gemäß Parametern übertragen, die in der die abstrahierte physikalische Schicht betreffenden Information enthalten sind, wobei das gleiche Wireless-Routing-Protokoll verwendet wird.