無線網狀網絡中的動態信標的制作方法

專利名稱：無線網狀網絡中的動態信標的制作方法
無線網狀網絡中的動態信標背景技術將無線網絡中的節點用作中繼點以擴大無線傳輸的范圍和/或提 高無線傳送的功率效率的方法越來越具有吸引力。例如，在無線局域網(WLAN)中，可配置網絡設備以接收和轉發最終將到達不同設備的 通信。 一般稱這類網絡為"網狀"網絡，其中網絡節點可形成通路網， 通信經由這些通路到達其目的地。無線網絡可利用信標傳送(beacon transmission)以通告該網絡的存 在，也可提供關于該網絡的信息以及與該網絡相關的性能。在這之前已在無線網絡中利用過各種信標技術。例如，電氣和電 子工程師協會(正EE)的IEEE標準802.11-1997規定了兩類不同信標機 制的使用， 一種用于基礎架構模式網絡(也稱為基本服務集(BSS)網 絡)，另 一種用于自組模式(ad-hoc mode)網絡(也稱為獨立基本服務集 (IBSS)網絡)。在基礎架構網絡中，接入點(AP)是負責生成信標的實體，而在自 組網絡(ad-hoc network)中，所有的網絡節點(包括用戶站點)均參與信 標的生成。自組網絡信標(稱為IBSS信標)可用于通告網絡整體(該網 絡包含所有節點)，而基礎架構網絡信標由AP生成，只用于通告該單 個AP的存在。雖然在一般性質上說，自組網絡與網狀網絡是相關的，但在本說 明書中不將自組網絡視為網狀網絡。基本上可認為自組網絡是單跳網 絡，因為其網絡設計M于該網絡中所有節點間可相互監聽的假設而 建立的。相反，這里所用的無線網狀網絡支持多跳無線通信網絡，網 絡中的一個節點(或網絡點)可以不必監聽其它所有的網絡節點。依常規，自組網絡中信標的生成由所有的網絡站點執行。例如，每個站點在信標間隔的結尾選取隨機的延遲，如果在當前信標生成窗 口內沒有傳送其它信標，則定時器到時就傳送信標。此常規機制依賴 于所有自組網絡節點間共享的并可用于(單跳)自組網絡的時間同步功能(TSF)。然而，對于多跳網狀網絡來說，其中的節點可能聽不到出現 在相同網絡中的所有其它節點，不能依靠用于自組網絡的集中TSF。因此，需要一種不要求節點間時間同步的用于無線網狀網絡的信 標機制。此外，具有能提供充分的信標覆蓋的信標機制有利于通過由 處于網狀服務區域內任何位置的站點運行的被動掃描以促使有效網 絡發現，同時優選地能控制密集網狀網絡中的信標的帶寬開銷。


通過以下參考附圖對本發明進行描述后，本發明實施例的各個方 面、優點、特性將變得顯而易見，附圖中相似的數字指示類似的元件。 在這些圖中圖1是說明根據本發明的各種實施例的無線網狀網絡所舉例子的簡圖；圖2是顯示在根據本發明的一個實施例的無線網狀網絡中動態地 傳送信標的步驟的流程圖；圖3和4是分別顯示根據本發明的各種實施例的信標傳送時間模 式的序列圖；以及圖5是顯示根據本發明的各個方面的無線裝置的例子的結構圖。
具體實施方式
雖然以下詳細地描述了本發明關于WLAN的實施例，但本發明 的應用不限于此，將本發明應用于其他類型的無線網絡也可取得類似 的得益。可應用本發明實施例的這些網絡特別包括無線個人局域網 絡(WPAN)、無線城域網絡(WMAN)、 和/或諸如蜂窩網絡等及類似 的無線廣域網絡(WWAN)。此外，可就關于在利用正交頻分復用(OFDM)調制的無線網絡中的應用對本發明實施例加以討論。然而， 本發明實施例并不限于此，例如，在適宜應用的情況下也可利用其它 調制和/或編碼方式實施本發明實施例。以下的本發明實施例可用于多種包括無線系統發射器和接收器 的應用。在本發明范圍內的無線系統特別包括但不限于網絡接口卡 (NIC)、網絡適配器、移動臺、基站、接入點(AP)、網關、網橋、集線 器和路由器。此外，在本發明范圍內的無線系統可包括蜂窩無線電 話系統、衛星系統、個人通信系統(PCS)、雙向無線系統和雙向尋呼機， 以及包括無線系統的計算機設備，諸如個人電腦(PCs)及其相關周邊設 備、個人數字助理(PDA)、個人計算機配件和所有本質上相關的和適 合應用本發明實施例原則的現有及未來將出現的系統。參照附圖1,根據本發明的實施例，無線通信系統100可包括一 個或多個用戶站點110， 112, 114, 116和/或一個或多個中央網紹4妻 入站120。站點110-120即所指網絡點。系統100可以是i者如WPAN， WLAN， WMAN或WMAN中的任何一種無線網絡，其中網絡點 110-116和/或120之間可以通過無線(OTA)接口進行通信。系統100可按需要另外包括一個或多過附加的有線或無線的網絡 i殳備。在某些實施例中，系統100可通過利用諸如OFDM和/或OFDMA 等多載波調制的無線接口進行通信，雖然在這方面本發明實施例并不 受限制。網絡點110-120可以是能夠使用符合一個或多個不同IEEE 802 無線標準協議的設備，這些標準包括例如，有關WLAN的802.11 (a), (b)， (g)和/或(n)標準，有關WPAN的802.15標準，和/或有關WMAN 的802.16標準，雖然任何通過無線接口進行通信的協議均可使用。網絡信標才/U制可用于網絡點110-120,因此在網絡100范圍內的 新設備可發現該網絡。然而，在密集的網狀網絡中，不是每個網絡點 都需要總是傳送信標，因為網狀網絡中的信標是為了通告整個網絡的 存在而不是為了識別各個單一的節點。此外，通常來說，如能降低可能由任何網絡中不必要的傳送所消耗的網絡開銷就更理想。根據本發明的某些實施例，可通過考慮以下兩個基本目標來確定哪個網絡點110-120應該在給定的信標間隔內傳送信標①保證充分 的信標覆蓋以通過范圍內的站點運行的被動掃描而促使網狀網絡發 現，和(ii)控制由過量的信標所消耗的帶寬開銷。然而，這兩個目標，卻對參與信標處理的網絡點的數目提出了相 反的要求。例如，需要更多節點的參與可達到(i)目標，而要通過限制 傳送信標的節點數目才可達到目標(ii)。這樣，通過平衡這兩個目標才 能達到理想的信標性能。參照附圖2,根據本發明的實施例， 一種用于網狀網絡中的信標 傳送的方法200通常可包括網絡點(例如圖1中的任何網絡點110-120) 觀測205來自一個或多個鄰近網絡點的信標傳送(如果有的話)，基于 觀測而確定210是否網絡點應在信標間隔期間傳送信標(beacon)。如 果215該網絡點確定應傳送信標，該網絡點4秦著可確定220應在信標 間隔期間的什么時刻傳送信標，然后在那個時間傳送225信標。以這何時傳送信標，而不需要^i壬何集中的網絡時間同步功能。 在以下描述實施的例子中，所用術語具有以下含義 以下是為給定網狀網絡而定義的常量 MeshID是用于識別特定網狀網絡的ID(字符串)。 Tscan是網絡點在切換到另 一信道之前掃描和監聽各信道上的網絡信標(mesh beacon)的時間間隔。T是所有網絡點都采用以用于特定網狀網絡(由特殊的MeshID來標示)的固定信標間隔。例如，如果網絡點發送自身信標，則它應每T時間單元就發送一個信標；Tmin和Tmax是兩個信標閾值(以時間單元計)，其中Tmin =<Tmax, Tmin是兩個連續的網絡信標之間理想最短時間，Tmax是兩個連續的網絡信標之間理想最長時間。Pmin是網絡點生成網絡信標的最低概率。△ P是每當需要調整時應用于網絡點(MP)信標發送概率(P)的線 性調整值。(這些參數的最佳值可以按需要選擇，例如，可通過考慮諸如網 絡性能和/或所利用裝備等因素進行選擇)。 以下是每個網絡點可追蹤的變量 MP—k是網絡點k的標示符。Imax(MP—k)是網絡點k能夠觀測的由相同網狀網絡(具有相同的 MeshID)中其它網絡點在T間隔內發出的兩個網絡信標間最長的靜默 間隔。P(MP一k)是網絡點k將生成網絡信標的概率。觀測205相鄰節點的信標傳送可通過多種方式執行。在一個實施 例中，網絡點可掃描和/或監聽網絡信標一段時間(Tscan),比如在網絡 點切換到另一個信道之前在各信道上。每個新網絡點在激活后，可持 續掃描Tscan時間以得知現有的網絡點(如果有)、它們的MeshID和以 網絡信標中通告的信標間隔(T)。如果新網絡點在Tscan時間內沒有監 聽到任何信標，可選取自身信標間隔T(比如，T<Tscan)，以及可開始 發送225自己的周期性信標，每T時間發一次。如果新網絡點監聽到來自它想要加入的網狀網絡的其它網絡點 的信標，可首先發起網絡點關聯過程(與本說明書所公開的范圍無關)， 然后在第一信標間隔內(例如，持續時間T)識別網絡信標的信標傳送 時間模式(BTTP)。網絡點k(MP—k)觀測的兩個網絡信標間的最長靜默 間隔Imax(MP—k)可由BTTP導出，以下參考圖3和4將進一步舉例予 以討論。確定210網絡點是否應傳送信標可以通過多種不同方式扭J亍。在 一個實施例中，網絡點k可利用BTTP以確定在下個信標間隔T內發 送網絡信標的積克率P(MP—k)。例如，在一個實施例中，當網絡點MP—k開始加入網絡時可以將概率P(MP—k)設定為l(即是說，新網絡點在進入網絡時總會傳送信 標)。取決于BTTP以及觀測的最長靜默間隔imax(MP—k),可將隨后 傳送信標的概率P(lVQ^k)在上一個值的基礎上向上或向下調整AP。 在描述實施而本發明實施例不受其所限的例子中，可基于以下方程調 整傳送信標的概率P(MP一k):(1) 如果Imax(MP—k)〉Tmax， P(MP—k)=min(l ， P(MP—k) + AP);(2) 如果Imax(MP—k)<Tmin，那么P(MP—k)=max(Pmin ， P(MP—k)-△ P);(3) 否則，P(MP-k)保持不變。在方程1中，調整傳送信標的概率P(MP—k)意味著網絡點k將提 高它生成信標的概率，因為兩個信標間(來自其它網絡點)的靜默期間 比理想最大閾值(Tmax)大。方程1的作用可以保證在網絡點服務區域 內的任何位置都有充分的網絡信標覆蓋。相反，在方程2中的調整意味著網絡點應該降低傳送信標的概率， 因為兩個網絡信標的間隔比理想最小閾值(Tmax)小。當網絡變得太過 密集和其他網絡點產生太多信標的時候，這個方程可幫助控制信標開 銷。在一個實施例中，當為特定信標間隔T確定傳送信標的相克率 P(MP—k)，可生成介于0到1之間的一個隨機數字，并將該數字與所 定的概率P(MP—k)相比4交，雖然在這個方面，本發明實施例并不受其 所限。如果該隨機數字比P(MP一k)大，那么網絡點k確定210它應生 成自身信標，反之，則不生成信標。如果215確定了網絡點k應在下一信標間隔T期間生成自身信 標，而它已在上一信標間隔期間傳送過信標，在一個實施例中，網絡 點k可在它傳送上一個信標之后每T時間單元傳送225 —個信標。然而，如果215確定了網絡點k應在下一信標間隔期間生成自身 信標，而它在上一信標間隔期間沒有傳送信標，網絡點k應確定220 何時傳送信標。在一個實施例中，參照圖3和4，這可通過檢查其它網絡節點(例如MP一1 ， MP一2， MP一3)的信標傳送予以執行，例如從 BTTP 300中檢查。在圖3中，網絡點k可觀測到，在信標間隔T內連續的信標間最 長的間隔(例如Imax(MP—k))出現在來自網絡點MP—3的信標和來自網 絡點MP一1的下一信標間。因此，網絡點k確定220應在來自MP_3和 MP一1的信標之間的某個時間點傳送自身信標，并在這個時間點傳送 自身信標。在圖4中顯示了更新的信標傳送時間模式400,圖中網絡點MP一k 在來自MP一3和MP一1的信標之間插入了一個信標。應該認識到圖3 和4只以簡化的例子圖解BTTPs，現實中BTTPs可能更復雜和/或包 括來自鄰近網絡點的更多信標。在各種實施例中，像在用于常規WLAN的基礎架構才莫式或自組 模式網絡，網絡信標傳送可依照包括適度載波傳感和退避機制的基礎 々某體訪問機制進行。因此，本發明實施例可幫助保證兩個隱藏的網絡 點不可能重復發生網絡信標沖突，因為隨機退避算法在實際的信標傳 送時間中加上了隨意性。再者，在某些實施例中，如果網絡點監聽到 附近有信標傳送或將有信標將要傳送，則在那個信標間隔可延遲傳送 信標。參照圖5,用于無線網狀網絡的裝置500可包括處理電路550， 處理電路550包括邏輯(例如電路、處理器和軟件，或者他們的組合)， 可如以上在一個或多個程序中所描述的動態地確定是否以及4可時傳 送網絡信標。在某些實施例中，裝置500通常可包括射頻(RF)接口 510、基帶和MAC處理器部件550。在舉為例子的實施例中，射頻接口 510可以是被適配以發送或接 受調制信號(例如OFDM)的任何元件或元件組合，雖然本發明并不限 于任何特定的調制方式。射頻接口 510可包括例如接收器512、發 射器514和頻率合成器516。如有需要，接口 510也包括偏差控制、 晶體振蕩器、和/或一根或多根天線518、 519。此外，射頻接口 510ii可按需要可選地或另外增加使用外接壓控振蕩器(vco)、表面聲波濾波器、中頻(IF)濾波器和/或射頻(RF)濾波器。本領域人員都熟悉各種 射頻接口的設計和操作，所以在此省略了對其配置的描迷。在一些實施例中，可配置接口 510以提供符合一個或多個關于 WPAN, WLAN, WMAN或WWAN的正EE標準的OTA鏈路訪問， 雖然在這方面本發明實施例不受其限制。處理部件550可與射頻4^口 510通信/協作以進行^接受/發射信號， 以及，舉例來說可包括用以對所收到信號進行下變頻處理的才莫擬數 字轉化器552、用以對所收到信號進行上變頻處理的4莫擬數字轉化器 554、用以分別對接收/發射信號進行物理(PHY)鏈路層處理的基帶處理 器556。處理部件550也可包括用于MAC/數據鏈路層處理的處理電 洛559,或由其組成。在本發明的某些實施例中，MAC電路559可包括動態信標控制 器558，其功能如前所述可控制網絡信標。可選地或附加地。PHY電 路556可與MAC處理器559共同實施或獨立于MAC處理器559單 獨實施其中的某些功能。如果有需要，可將MAC和PHY處理集成 到單一電路。裝置500舉例來說可以是移動臺、無線基站或AP、用于電子設 備的無線路由器和/或網絡適配器。因此，可根據需要添加或省略前述 功能和/或裝置500的特定配置。裝置500的實施例可利用單輸入單輸出(SISO)結構予以實施。然 而，如圖5所示，某些實施可利用具有多天線(例如518、 519)的多輸 入多輸出(MIMO)結構用以傳送和接收。此外，對于OTA鏈路訪問， 本發明實施例可利用多載波調制碼分復用(MC-CDMA)、多栽波調制 直接序列碼分復用(MC-DS-CDMA)，或符合本發明實施例特性的任何其它現有或未來出現的調制或復用方式。裝置500的元件和特性可利用分立電路、專用集成電路(ASIC)、 邏輯門和/或單片結構的任何組合予以實施。此外，裝置500的特性可利用微控制器、可編程邏輯陣列和/或微處理器、或在合適的情況下利 用它們的任意組合予以實施0皮整體地或單獨地稱為"邏輯")。應該認識到，以上作為例子的裝置500只代表以例子對許多可能的實施進行功能上的描述。因此，不能根據在附圖中所描述的對區塊 功能的分離、省略或包括就推斷出用于實施這些功能的硬體元件、電 路、軟件和/或元件在本發明的實施例中必須被分離、省略或包括。除非沒有現實可行性，發明人構想的是文中所描述的方法(i)可 以任何順序和/或任何組合予以執行；以及(ii)各個實施例的元件可以 用任何方式組合。雖然已經描述了本新型發明實施例的例子，但可對其進行變化和 修改而不偏離本發明的范圍。因此，本發明實施例不受以上具體描述 的技術公開所限制，而僅受限于所附權利要求范圍及與其具有同等法 律效力的權利范圍。
權利要求
1.一種用于在無線網狀網絡中通信的方法，所述方法包括觀測來自一個或多個鄰近網絡點的信標傳送，如果存在的話，及基于所述觀測而動態地確定是否以及何時傳送信標。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，動態地確定何時傳 送所述信標^支4丸行，而不依賴于所述一個或多個鄰近網絡點間的時間 同步。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，觀測信標傳送包括 確定所述鄰近網絡點的信標傳送時間^t式。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，動態地確定是否以 及何時傳送所述信標包括基于所述信標傳送時間模式而確定傳送所 述信標的概率。
5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括在基于所述 信標傳送時間;漠式所選定的可用時間處傳送所述信標。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所迷無線網狀網絡 包括如下一種無線局域網(WLAN)、無線個人局域網(WPAN)、或無 線城域網(WMAN)。
7.—種無線設備包括包括邏輯的處理電^各，以確定一個或多個相鄰無線網絡點的信標 傳送時間模式，并基于所確定的信標傳送時間模式而動態地確定是否 以及何時傳送其自身信標。
8. 根據權利要求7所述的無線設備，其特征在于，所述邏輯包括 介質訪問控制(MAC)電路，以至少部分基于給定時間量內由所述一個 或多個相鄰無線網絡點傳送的多個信標而計算所述無線設備傳送自 身信標的概率。
9. 根據權利要求7所述的無線設備，其特征在于，動態地確定何 時傳送自身信標包括在由所述一個或多個相鄰無線網絡點生成的其間具有最長間隔的兩個連續信標間選擇時間。
10. 根據權利要求7所述的無線設備，其特征在于，所述設備包 括移動臺。
11. 根據權利要求7所述的無線設備，其特征在于，所述設備包 括網絡接入站點。
12. —種用于無線網狀網絡的系統，所述系統包括 處理電路，用以確定一個或多個相鄰無線網絡點的信標傳送時間模式，并基于所確定的信標傳送時間模式而動態地確定是否以及何時傳送其自身信標；射頻(RF)接口，可通信地耦合到所述處理電路；以及 至少一個大致全向的天線，耦合到所述射頻接口。
13. 根據權利要求12所述的系統，其特征在于，動態地確定何時 傳送所述信標被執行，而不依賴于所述一個或多個鄰近網絡點間的時 間同步。
14. 根據權利要求12所述的系統，其特征在于，動態地確定是否 傳送所述信標包括基于所述信標傳送時間模式而確定傳送所述信標 的概率。
15. 根據權利要求12所述的系統，其特征在于，所述無線網狀網 絡包括如下之一無線局域網(WLAN)、無線個人局域網(WPAN)、 或無線城域網(WMAN)。
16. 據權利要求12所述的系統，其特征在于，所述系統包括移動
17. 據權利要求12所述的系統，其特征在于，所迷系統包括基站。
18. —種制品，包括有形介質存儲機器可讀代碼，當所述機器可 讀代碼由處理設備處理時會導致)!見測來自 一個或多個相鄰無線網絡點的信標傳送，如果存在的 話；及基于所述觀測而動態地確定是否應傳送信標，如果應該，則確定何時傳送所述信標。
19. 根據權利要求18所述的制品，其特征在于，不依賴于所迷一 個或多個相鄰無線網絡點間的時間同步而執行動態地確定何時傳送 所述信標。
20. 根據權利要求18所述的制品，其特征在于，還包括如下代碼 當所述代碼由所述處理設備運行時會導致記錄所述相鄰無線網絡點的信標傳送時間模式。
全文摘要
本發明公開了用于在無線網狀網絡(100)中進行通信的方法、裝置和系統，其可以涉及網絡點(110，112，114，116，120)觀測一個或多個鄰近網絡點(205)的信標傳送，并基于所觀測的信標傳送動態地確定是否及何時傳送自身信標。無需通過一個或多個鄰近網絡點之間的時間同步就可以確定何時傳送信標，并可以基于所觀測的鄰近網絡點的傳送時間模式被動態地選擇何時傳送信標。也披露了各種附加的細節和實施例。
文檔編號H04L12/56GK101326779SQ200680046472
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月7日 優先權日2005年12月15日
發明者B·薩德吉, L·楊 申請人:英特爾公司