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    • 专利摘要:
    Es wird eine Erfindung offenbart, wobei ein drahtloser Netzwerkknoten, der mit zwei oder mehr Funksendeempfängern ausgestattet ist, die statisch auf nicht interferierende Frequenzkanäle eingestellt sind, Entscheidungen treffen kann, betreffend welcher Kanal zu benutzen ist, wenn er mit einem benachbarten drahtlosen Knoten kommuniziert. Ein Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll , das in einem drahtlosen Knoten implementiert ist, koordiniert die Benutzung mehrerer drahtloser Netzwerkschnittstellenkarten und stellt eine virtuelle Schicht bereit, die die mehreren physikalischen Netzwerkschnittstellen vor höheren Schichten einer Netzwerkprotokollstapelung eines Knotens verbirgt. Die Erfindung ist auf drahtlose Netzwerke im Allgemeinen anwendbar, einschließlich derjenigen, in welchen manche Knoten nicht mehrere Funkgeräte haben oder das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll nicht erkennen. Die Erfindung ermöglicht simultane Übertragungen, die verfügbare Kanäle benutzen, wobei sie Interferenz und Verzögerung reduziert, während sie die Gesamtkapazität des Netzwerks erhöht.An invention is disclosed in which a wireless network node equipped with two or more radio transceivers statically set to non-interfering frequency channels may make decisions regarding which channel to use when communicating with an adjacent wireless node. A multi-radio unification protocol implemented in a wireless node coordinates the use of multiple wireless network interface cards and provides a virtual layer that hides the multiple physical network interfaces from higher layers of network protocol stacking of a node. The invention is generally applicable to wireless networks, including those in which some nodes do not have multiple radios or do not recognize the multi-radio unification protocol. The invention enables simultaneous transmissions using available channels, reducing interference and delay while increasing the overall capacity of the network.
    公开号:DE102004030852A1
    申请号:DE200410030852
    申请日:2004-06-25
    公开日:2006-08-24
    发明作者:Atul Redmond Adya；Paramvir Sammamish Bahl；Jitendra D. Kirkland Padhye；Alastair Seattle Wolman；Lidong Sunnyvale Zhou
    申请人:Microsoft Corp；
    IPC主号:H04L29-06
    专利说明:
    [0001] DieseErfindung beansprucht Prioritätbasierend auf US Provisional-PatentanmeldungNr. 60/456,128, angemeldet am 20. März 2003, welche hiermit durchVerweis in ihrer Gesamtheit einbezogen wird.TheseInvention claims prioritybased on US provisional patent applicationNo. 60 / 456,128, filed March 20, 2003, hereby byReference in its entirety is included.
    [0002] Dievorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf drahtloseNetzwerke und spezieller auf drahtlose Netzwerke, in welchen einoder mehrere Netzwerkkoten mit mehr als einem Funksendeempfänger ausgestattetsind.TheThe present invention generally relates to wirelessNetworks and more specifically to wireless networks in which oneor more than one network account with more than one radio transceiverare.
    [0003] DrahtloseDatenkommunikationsnetzwerke wie diejenigen, die mit IEEE 802.11-Standards konforme Bauteileumfassen, haben im Allgemeinen Knoten, die mit einer einzigen drahtlosenLAN-(WLAN-)Karte ausgestattet sind, die einen einzigen Funksendeempfänger enthält. DiePerformanzskalierbarkeit von Multietappen-(„multi-hop"-) IEEE 802.11-WLANswar durch niedrige Netzwerkkapazität limitiert. Der End-zu-End-Durchsatzsinkt, wenn die Knotendichte und die Anzahl von Netzwerketappensteigt. Die geringe Kapazitätwar ein Hindernis im Einsatz solcher Netzwerke trotz ihrer vielenvorteilhaften Einsatzmöglichkeiten.Beispielsweise erlauben drahtlose KommunikationsmaschennetzwerkeNachbarn, einen schnellen und kostengünstigen Internet-Gateway gemeinsamzu benutzen und Vorteil aus lokal vertriebenen Anwendungen, Datenund Speichern zu ziehen.wirelessData communication networks such as those compliant with IEEE 802.11 standardsgenerally have nodes that use a single wirelessLAN (WLAN) card, which contains a single radio transceiver. ThePerformance scalability of multi-hop (IEEE 802.11) WLANswas limited by low network capacity. The end-to-end throughputdecreases when the node density and the number of network stagesincreases. The low capacitywas an obstacle in the use of such networks despite their manyadvantageous uses.For example, wireless communication mesh networks allowNeighbors, a fast and affordable Internet gateway in commonto use and benefit from locally distributed applications, dataand save drag.
    [0004] Esgibt viele Faktoren, die zu der geringen Skalierbarkeit von drahtlosenMultietappen-IEEE 802.11-LANs beitragen. Ein Grund für die geringeSkalierbarkeit von drahtlosen 802.11-Mehrfachetappennetzwerken ist,dass ein konventionelles WLAN-Funkgerät nicht zur selben Zeit Datensenden und empfangen kann. Das limitiert insbesondere die Skalierbarkeitin Mehrfachetappennetzwerken, in welchen ein Knoten agieren kann,um Daten von einem Quellknoten an einen Zielknoten weiterzuleiten.In einem solchen Netzwerk ist die Kapazität von Knoten, die Daten weiterleiten,die Hälftedessen, was sie wäre,wenn simultanes Empfangen und Senden möglich wären.ItThere are many factors that contribute to the low scalability of wirelessMulti-lingual IEEE 802.11 LANs. One reason for the lowScalability of 802.11 wireless multi-gate networksthat a conventional wireless LAN device is not data at the same timecan send and receive. This limits in particular the scalabilityin multiple-tile networks where a node can act,to forward data from a source node to a destination node.In such a network, the capacity of nodes that forward data isthe halfof what she would be,if simultaneous receiving and sending would be possible.
    [0005] In802.11-konformen drahtlosen Netzwerken ist die Skalierbarkeit weitehinlimitiert durch die Benutzung von suboptimalen Back-Off-Algorithmensowohl in Medienzugangskontroll- (MAC-, „Medium Excess Control"-) als auch in Transportschichtprotokollen.Zusätzlichbenutzen 802.11-konforme WLAN-Funkgeräte nicht das gesamte verfügbare Frequenzspektrum,indem sie stattdessen auf einem kleinen Teil des Spektrums (einem „Kanal") arbeiten. Obwohlmehrere, nicht interferierende („orthogonale") Kanäle verfügbar sind,ist die 802.11-Bitübertragungsschicht(PHY, „physicallayer") so konzipiert,dass sie zu jeder gegebenen Zeit nur einen einzigen Kanal benutzt.Darüberhinaus ist in 802.11-Ad-Hoc-Netzwerken die Skalierbarkeit limitiert,weil alle Knoten in einem gegebenen LAN auf demselben Kanal arbeiten.In802.11-compliant wireless networks, scalability is farlimited by the use of suboptimal back-off algorithmsboth in media access control (MAC) and transport layer protocols.additionally802.11 compliant WLAN radios do not use the entire available frequency spectrum,by working instead on a small part of the spectrum (a "channel")several non-interfering ("orthogonal") channels are available,is the 802.11 physical layer(PHY, "physicallayer ") designed tothat it uses only a single channel at any given time.About thatIn addition, scalability is limited in 802.11 ad hoc networks,because all nodes in a given LAN are working on the same channel.
    [0006] Eineweitere Limitierung der Skalierbarkeit wird durch die Art und Weiseverursacht, auf welche das 802.11-MAC das Hidden-Terminal-Problemhandhabt. Unter der 802.11-MAC-Spezifikation geht einer Datenübertragungein Austausch von Sendeanfrage- (RTS-, „Request To Send"-) und Sendefreigabe-(CTS-, „Clear ToSend"-) Rahmen voraus.Alle Knoten, die innerhalb eines Bereichs entweder des Senders oderdes Empfängerssind, müssenwährendder Datenübertragungstill sein. ÄhnlicheBedingungen bestehen unter den meisten anderen vorgeschlagenen undimplementierten drahtlosen Netzwerk-MAC-Protokollen, um das Hidden-Terminal-Problemzu bekämpfen.AFurther scalability limitation is by the waycausing the 802.11 MAC the hidden-terminal issuehandles. Under the 802.11 MAC specification is a data transferAn Exchange of Request for Broadcast Request (RTS) and Send Request(CTS, "Clear ToSend "-) frame ahead.Any nodes within a range of either the sender orRecipientare, mustwhilethe data transmissionhush. SimilarConditions exist among most other suggested andimplemented wireless network MAC protocols to address the hidden-terminal problemto fight.
    [0007] Ininfrastrukturbasierten WLANs kann zusätzliche Netzwerkkapazität erhaltenwerden, indem der physikalische Raum in „Zellen" unterteilt wird und arbeitende Nachbarzellenauf orthogonalen Kanälenbedient werden. Solch eine Lösungist jedoch auf drahtlose Multietappennetzwerke nicht anwendbar.Wenn ein erster drahtloser Knoten einen Kanal wählt, der orthogonal zu demKanal ist, der von einem seiner Nachbarn gewählt wurde, dann werden diesebenachbarten Knoten nicht in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren.(In dieser Spezifikation und in den beigefügten Ansprüchen, außer der Kontext gibt anderesan, ist ein erster Knoten ein Nachbarknoten oder ein benachbarterKnoten bezüglicheines zweiten Knotens, wenn der erste Knoten innerhalb des Kommunikationsbereichseines oder mehrerer Sendeempfängerist, die auf dem zweiten Knoten lokalisiert sind.)Ininfrastructure-based WLANs can receive additional network capacityby dividing the physical space into "cells" and working neighboring cellson orthogonal channelsto be served. Such a solutionhowever, is not applicable to multi-tap wireless networks.When a first wireless node selects a channel that is orthogonal to the channelChannel is that was chosen by one of his neighbors, then this will beadjacent nodes will not be able to communicate with each other.(In this specification and in the appended claims, unless the context gives otherwiseOn, a first node is a neighbor node or an adjacent oneKnot regardinga second node, if the first node within the communication areaone or more transceiversis located on the second node.)
    [0008] DynamischesKanalwechseln durch Ein-Funkgerät-Knotenist noch keine geeignete Lösungfür das Kapazitätsproblem.Unter dem derzeitigen Stand der Technik könnte dynamisches Kanalwechselndas Hidden-Terminal-Problem wieder einführen: Ein Knoten könnte einenRTS/CTS-Austausch auf einem Kanal versäumen, während er auf einem anderenKanal hört.Die Einführungvon dynamischem Wechseln macht ein Mittel erforderlich, Kommunikationsknotenmit Bezug auf einen gemeinsamen Kanal zu koordinieren. Solch eineKoordination ist ohne einen weiteren Kommunikationskanal oder überrestriktivevorverhandelte Zeitpläne schwerzu erreichen. Überdiesneigt die mit Kanalwechseln verbundene Verzögerung dazu, in der Größenordnungvon hunderten Millisekunden zu liegen, welche selbst zu einer substanziellenDegradierung in der Performanz führenwürde.Eine andere relativ ungeeignete Lösung ist es, ein neues MAC-Protokollzu konzipieren. Dies würdeextensive Veränderungenan existierenden WLAN-Standards und die Entwicklung neuer Hardwareerfordern. Drahtlose Mehrfachetappennetzwerke arbeiteten deshalbim Allgemeinen auf der Basis eines Funkgeräts pro Knoten und eines Kanalspro Knoten und limitierten die erreichbare Bandbreite für solche Netzwerke.dynamicChannel change by single-radio nodeis not yet a suitable solutionfor the capacity problem.Under the current state of the art, dynamic channel switching could occurreintroduce the hidden-terminal problem: a node might have oneMissing RTS / CTS exchanges on one channel while being on anotherChannel is listening.The introductionof dynamic switching requires a means, communication nodeto coordinate with respect to a common channel. Such aCoordination is without another communication channel or overridingpre-negotiated schedules difficultto reach. moreoverThe delay associated with channel changes tends to be on the order of magnitudeof hundreds of milliseconds, which itself is a substantial oneDegradation in performance leadwould.Another relatively unsuitable solution is a new MAC protocolto design. This wouldextensive changeson existing WLAN standards and the development of new hardwarerequire. Wireless multi-tab networks therefore workedgenerally based on one radio per node and one channelper node and limited the achievable bandwidth for such networks.
    [0009] Diehierin beschriebene Erfindung befähigt einen drahtlosen Netzwerkknoten,vollen Nutzen aus dem verfügbarenFrequenzspektrum zu ziehen, indem er zwei oder mehr Funkgeräte hat,die auf orthogonale Kanäleeingestellt sind. Striping (Streifen) ist ein möglicher Ansatz, um mehrereFunkgerätepro Netzwerkknoten auszunutzen. Jedoch, Vorschläge für das Striping von Netzwerkverkehr über mehrereNetzwerkschnittstellen pro Netzwerkknoten liefern keine zufriedenstellendeLösungfür dieKapazitätsproblemedrahtloser Netzwerke. Die meisten Stripingvorschläge sindfür Netzwerkekonzipiert, die als drahtgebunden und ein-etappig angenommen werdenkönnen.Stripingvorschlägeerfordern typischerweise Veränderungenan existierenden Anwendungs-, Transport- und Routing-Protokollen.Manche Stripingvorschlägesind mit verschlechterter Performanz und reduzierter Aggregatbandbreiteverknüpft.Wenn Striping mit dem TCP-Transportprotokoll benutzt wird, erhöht das Sendenmehrerer Pakte desselben Datenstroms über verschiedene Kanäle die Wahrscheinlichkeiteiner Ankunft von Paketen in gestörter Reihenfolge, welche durchTCP als Anzeichen von Paketverlust interpretiert und in einer Anpassungdes TCP-Kongestionsfensters resultieren kann. Stripingvorschläge funktionierenim Allgemeinen nicht in Netzwerken die heterogene Knoten (manchemit mehreren Netzwerkschnittstellen und manche mit einer einzigenNetzwerkschnittstellenkarte), ein praktisches Hindernis für inkrementellenEinsatz, enthalten.Theinvention described herein enables a wireless network node,take full advantage of the availableFrequency spectrum by having two or more radios,on orthogonal channelsare set. Striping (stripes) is one possible approach to multipleradiosexploit per network node. However, there are suggestions for striping network traffic over severalNetwork interfaces per network node do not provide satisfactorysolutionfor thecapacity problemswireless networks. Most striping suggestions arefor networksdesigned to be wired and one-armedcan.Stripingvorschlägetypically require changesto existing application, transport and routing protocols.Some striping suggestionsare with degraded performance and reduced aggregate bandwidthconnected.When striping is used with the TCP transport protocol, sending increasesmultiple packets of the same data stream across different channels the probabilityan arrival of packets in disturbed order, which byTCP interpreted as a sign of packet loss and in a customizationof the TCP congestion window. Striping suggestions workgenerally not in networks the heterogeneous nodes (somewith multiple network interfaces and some with a single oneNetwork interface card), a practical obstacle to incrementalInsert, included.
    [0010] DasFolgende stellt eine vereinfachte Übersicht über manche Ausgestaltungender Erfindung dar, um ein grundlegendes Verständnis der Erfindung bereitzustellen.Diese Übersichtist kein extensiver Überblick über dieErfindung. Sie ist nicht dazu gedacht, Schlüssel- oder kritische Elementeder Erfindung zu identifizieren oder den Schutzbereich der Erfindungabzugrenzen. Ihr alleiniger Zweck ist es, manche Ausgestaltungen derErfindung in einer vereinfachten Form als Auftakt zu der detaillierterenBeschreibung darzustellen, die unten bereitgestellt wird.TheThe following provides a simplified overview of some embodimentsof the invention to provide a basic understanding of the invention.This overviewis not an extensive overview of theInvention. It is not meant to be key or critical elementsto identify the invention or the scope of the inventiondelineate. Its sole purpose is to make some embodiments of theInvention in a simplified form as a prelude to the more detailedDescription provided below.
    [0011] Gemäß bestimmterAusgestaltungen der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt,wobei ein erster drahtloser Knoten, der mit mehreren, auf orthogonaleKanäleeingestellten Funksendeempfängernausgestattet ist, einen der Sendeempfänger, und somit einen der Kanäle, für eine Kommunikationan einen benachbarten zweiten drahtlosen Knoten auswählt. Dererste Knoten entdeckt den Nachbarn und erhält Information bezüglich seinerverfügbarenNetzwerkschnittstellen. Gemäß einesAspekts der Erfindung kann der erste Knoten zusätzlich bestimmen, ob der Nachbarselbst fähigist, dasselbe Kanalauswahlverfahren für eine Kommunikation an denersten Knoten durchzuführen.Der erste Knoten nimmt dann periodisch eine Abschätzung derQualitätjedes füreine Kommunikation an den Nachbarn verfügbaren Kanals vor. Basierendauf den Kanalqualitätsabschätzungenwählt dererste Knoten einen der Kanäleaus und benutzt diesen Kanal füreine Zeitperiode füreine Kommunikation an den Nachbarn. Der erste Knoten kann das Verfahrenbezüglichjedes seiner benachbarten Knoten durchführen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindungkann der erste Knoten Abschätzungender Kanalqualitätbasierend auf einer geglättetenRound-Trip-Verzögerungsmessungvornehmen.According to certainEmbodiments of the invention provide a method,wherein a first wireless node, with multiple, orthogonalchannelsset radio transceiversis equipped, one of the transceiver, and thus one of the channels, for communicationto an adjacent second wireless node. Of thefirst node discovers the neighbor and receives information regarding itavailableNetwork interfaces. According to oneIn accordance with the invention, the first node may additionally determine whether the neighborself capableis the same channel selection method for communication to theperform first node.The first node then periodically takes an estimate of thequalityeach one fora communication to the neighbor available channels. Basedon the channel quality estimateschooses thefirst node one of the channelsout and use this channel fora period of time fora communication to the neighbor. The first node can do the procedurein terms ofperform each of its neighboring nodes. According to one embodiment of the inventioncan be the first node estimatesthe channel qualitybased on a smoothedRound-trip delay measurementmake.
    [0012] Gemäß einemweiteren Aspekt der Erfindung führtein drahtloses Netzwerkgerät,das mit mehreren, auf wechselseitig orthogonale Kanäle eingestelltenFunksendeempfängernausgestattet ist, einen Treiber aus, wobei das Gerät einender Sendeempfänger,und damit einen der Kanäle,für eineKommunikation an ein benachbartes drahtloses Gerät auswählt.According to onefurther aspect of the invention leadsa wireless network device,that with several, on mutually orthogonal channels setRadio transceiversequipped with a driver, the device has athe transceiver,and thus one of the channels,for oneSelects communication to an adjacent wireless device.
    [0013] Gemäß einemweiteren Aspekt der Erfindung führtein drahtloser Netzwerkknoten, der mit mehreren, auf orthogonaleKanäleeingestellten Funkgerätenausgestattet ist, eine Tabelle fürein Speichern von Information, die die Auswahl eines Kanals für eine Kommunikationan einen benachbarten drahtlosen Netzwerkknoten basierend auf Abschätzungender Qualitätjedes füreine Kommunikation an den benachbarten Knoten verfügbaren Kanalsbetrifft. Fürjeden benachbarten Knoten gibt es einen separaten Eintrag in dieTabelle.In accordance with another aspect of the invention, a wireless network node equipped with a plurality of radios tuned to orthogonal channels maintains a table for storing information indicative of the selection of a channel for communication to an adjacent wireless network node based on estimates of the quality of each channel available for communication at the neighboring nodes. For each adjacent node, there is a separate entry in the table.
    [0014] Gemäß einemweiteren Aspekt der Erfindung stellt ein erstes Gerät, das zweioder mehr drahtlose Netzwerkschnittstellenkarten hat und fähig ist,sich auf drahtlose Netzwerkdatenkommunikation mit einem anderenGerät durcheine mehrschichtige Netzwerkprotokollstapelung, die im ersten Gerät implementiertist, einzulassen, innerhalb der Protokollstapelung eine virtuelleSchicht bereit, die die Existenz mehrerer Netzwerkschnittstellenverbirgt und höherenSchichten der Protokollstapelung nur eine einzige Netzwerkschnittstelle darlegt.According to oneAnother aspect of the invention provides a first device, the twoor more wireless network interface cards and is capable ofon wireless network data communication with anotherDevice througha multilayer network protocol stack that implements the first deviceis to let a virtual within the protocol stackLayer ready, the existence of multiple network interfaceshides and higherLayers of the protocol stacking only a single network interface sets out.
    [0015] WeitereMerkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibungersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungengebracht wird, in welchen: FurtherFeatures of the invention will become apparent from the following detailed descriptionbe apparent when taken in conjunction with the accompanying drawingsis brought, in which:
    [0016] 1 einDiagramm ist, das ein einfaches beispielhaftes drahtloses Netzwerkdarstellt, innerhalb dessen eine Ausgestaltung der vorliegendenErfindung eingegliedert sein kann; 1 Fig. 12 is a diagram illustrating a simple exemplary wireless network within which an embodiment of the present invention may be incorporated;
    [0017] 2 einDiagramm einer beispielhaften Netzwerkprotokollstapelung in einemdrahtlosen Netzwerkknoten ist, innerhalb dessen eine Ausgestaltungder Erfindung eingegliedert sein kann; 2 Figure 3 is a diagram of exemplary network protocol stacking in a wireless network node within which an embodiment of the invention may be incorporated;
    [0018] 3 einDiagramm der Architektur einer Ausgestaltung der Erfindung ist,die innerhalb eines drahtlosen Netzwerkknotens untergebracht ist; 3 Figure 3 is a diagram of the architecture of an embodiment of the invention housed within a wireless network node;
    [0019] 4 einBlockdiagramm ist, das die Felder eines Nachbartabelleneintragsin einer Ausgestaltung der Erfindung darstellt, 4 is a block diagram illustrating the fields of a neighbor table entry in an embodiment of the invention,
    [0020] 5 einFlussdiagramm ist, das allgemein Schritte veranschaulicht, die durcheinen drahtlosen Knoten mit Bezug auf eine Anfangskommunikationmit einem Nachbarn gemäß einerAusgestaltung der Erfindung vorgenommen werden; 5 Fig. 10 is a flowchart generally illustrating steps taken by a wireless node with respect to an initial communication with a neighbor according to an embodiment of the invention;
    [0021] 6 einFlussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einendrahtlosen Knoten mit Bezug auf eine Klassifikation eines Nachbarngemäß einerAusgestaltung der Erfindung vorgenommen werden; 6 Fig. 10 is a flowchart illustrating steps performed by a wireless node with respect to a classification of a neighbor according to an embodiment of the invention;
    [0022] 7 einFlussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einendrahtlosen Knoten mit Bezug auf ein Senden von Testnachrichten aneinen Nachbarn gemäß einerAusgestaltung der Erfindung vorgenommen werden; 7 Fig. 10 is a flowchart illustrating steps performed by a wireless node with respect to sending test messages to a neighbor according to an embodiment of the invention;
    [0023] 8 einFlussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einendrahtlosen Knoten mit Bezug auf ein Empfangen von Testantwortenund ein Aktualisieren von Kanalqualitätsabschätzungen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindungvorgenommen werden; und 8th Fig. 10 is a flowchart illustrating steps performed by a wireless node with respect to receiving test responses and updating channel quality estimates in accordance with an embodiment of the invention; and
    [0024] 9 einFlussdiagramm ist, das Schritte veranschaulicht, die durch einendrahtlosen Knoten mit Bezug auf eine Kanalauswahlentscheidung gemäß einerAusgestaltung der Erfindung vorgenommen werden. 9 Figure 5 is a flow chart illustrating steps performed by a wireless node with respect to a channel selection decision according to an embodiment of the invention.
    [0025] Inder folgenden Beschreibung werden Ausgestaltungen der vorliegendenErfindung beschrieben. Für Zweckeder Erläuterungwerden bestimmte spezielle Konfigurationen und Details dargelegt,um ein adäquates Verständnis derAusgestaltungen bereitzustellen. Jedoch, es wird Fachleuten auchersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung angewandt werdenkann, ohne diese Konfigurationen und Details einzuschließen. Darüber hinauskönnenbekannte Merkmale und insbesondere Merkmale, die Fachleuten desComputings und der Computernetzwerke bekannt sind, ausgelassen odervereinfacht sein, um die beschriebene Ausgestaltung nicht zu verschleiern.InThe following description will be embodiments of the present inventionInvention described. For purposesthe explanationcertain specific configurations and details are set outfor an adequate understanding ofTo provide embodiments. However, it will become professionals tooit can be seen that the present invention is appliedcan without including these configurations and details. Furthermorecanknown features, and in particular features that are known to those skilled in the artComputings and the computer networks are known, omitted orbe simplified so as not to obscure the described embodiment.
    [0026] Diehierin beschriebene und beanspruchte Erfindung ist nicht daraufbeschränkt,auf eine spezielle Art von drahtlosen Netzwerken angewandt zu werden.Sie ist anwendbar auf drahtlose Mehrfachetappennetzwerke, drahtloseAd-Hoc-Netzwerke,drahtlose Infrastrukturnetzwerke, drahtlose Maschennetzwerke undandere drahtlose Netzwerke. Ein oder mehrere Knoten im Netzwerkkönnenzusätzlichmit anderen Netzwerken verbunden sein, einschließlich einem drahtgebundenenNetzwerk und einschließlicheinem Weitverkehrsnetzwerk, in weichem Fall ein Knoten innerhalbdes drahtlosen Netzwerks auch als Gateway zu dem anderen Netzwerkfungieren kann. Währenddie hierin dargelegte detaillierte Beschreibung von Ausgestaltungender Erfindung veranschaulichenden Bezug auf drahtlose Netzwerkgeräte nehmenkann, die mit IEEE 802.11-Standards konform sind, ist die Erfindungnicht auf drahtlose Netzwerkknoten limitiert, die spezielle Artenvon drahtloser Netzwerkschnittstellenhardware und von Unterschichten-Netzwerkprotokollenund -Spezifikationen benutzen, und die Erfindung ist nicht auf Hardwarelimitiert, die mit einem oder mehreren existierenden drahtlosenNetzwerkstandards konform ist.The invention described and claimed herein is not limited to being applied to a particular type of wireless network. It is applicable to wireless multi-gate networks, ad hoc wireless networks, wireless infrastructure networks, wireless mesh networks, and other wireless networks. One or more nodes in the network may additionally be connected to other networks, including a wired network and including a wide area network in which case a node within the wireless network may also act as a gateway to the other network. While the detailed description of embodiments of the invention set forth herein may illustratively refer to wireless network devices compliant with IEEE 802.11 standards, the invention is not limited to wireless network nodes, the specific types of wireless network interface hardware, and sub-layer network protocols and specifications and the invention is not limited to hardware that complies with one or more existing wireless networking standards.
    [0027] DerBegriff „computerlesbaresMedium", wie erin dieser Spezifikation und ihren beigefügten Ansprüchen benutzt wird, schließt jedesMedium fürein Speichern von Daten ein, das fähig ist, von einem Computergerät gelesenzu werden, einschließlicheinem Computergerät,das als drahtloser Netzwerkknoten fungiert. Beispiele solcher computerlesbarenMedien schließen,ohne Limitierung, volatile und non- volatile Primärspeicher, herausnehmbare undnicht herausnehmbare magnetische Speicherplatten, optische Speicherplattenund Netzwerkkommunikationsmedien ein.Of theTerm "computer readableMedium ", like himis used in this specification and its accompanying claims, each includesMedium forstoring data that is capable of being read by a computing deviceto be inclusivea computer device,which acts as a wireless network node. Examples of such computer-readableClose media,without limitation, volatile and non-volatile primary storage, removable andnon-removable magnetic storage disks, optical storage disksand network communication media.
    [0028] Ausgestaltungender Erfindung sind anwendbar auf ein drahtloses Datenkommunikationsnetzwerk, daseine Vielzahl von Netzwerkknoten umfasst. Ein Knoten in einem beispielhaftendrahtlosen Netzwerk kann ein stationäres, mobiles oder tragbaresComputergerätumfassen, das mit einer oder mehreren drahtlosen Netzwerkschnittstellenkarten(NICs, „NetworkInterface Cards")wie einer 802.11-konformenWLAN-Karte, verbunden ist oder solche darauf enthält. Einedrahtlose NIC hat konventionellerweise eine eindeutige physikalischeAdresse, wie eine 48-Bit-802.11-MAC-Adresse,und enthälteinen Funksendeempfänger,für einSenden von Daten an andere drahtlose Knoten oder ein Empfangen vonDaten von anderen drahtlosen Knoten. Die Erfindung ist dazu gedacht,innerhalb eines drahtlosen Netzwerks angewandt zu werden, in welchemein oder mehrere Knoten mit mehr als einer drahtlosen NIC ausgestattetsind. (Fürdie Einfachheit der Erläuterungin der gesamten Spezifikation einschließlich der beigefügten Ansprüche, außer derKontext gibt anderes an, werden „NIC", „Netzwerkschnittstelle", „Funkgerät" und „Sendeempfänger" als austauschbareBegriffe behandelt.)refinementsof the invention are applicable to a wireless data communications networkincludes a plurality of network nodes. A knot in an exemplarywireless network can be a stationary, mobile or portablecomputing deviceinclude with one or more wireless network interface cards(NICs, "NetworkInterface Cards ")like an 802.11 compliant oneWi-Fi card, connected or contains on it. AWireless NIC conventionally has a unique physicalAddress, such as a 48-bit 802.11 MAC address,and containsa radio transceiver,for aSend data to other wireless nodes or receiveData from other wireless nodes. The invention is intendedto be applied within a wireless network in whichone or more nodes equipped with more than one wireless NICare. (Forthe simplicity of explanationthroughout the specification including the appended claims, except theContext indicates otherwise, "NIC", "Network Interface", "Radio" and "Transceiver" are considered interchangeableTreated terms.)
    [0029] Gemäß der Erfindungist ein Knoten in einem drahtlosen Netzwerk mit zwei oder mehr drahtlosenNICs ausgestattet, die bei Inbetriebnahme auf feste zugeordneteorthogonale Kanäleeingestellt sind. Die folgende Tabelle zeigt das Spektrum und dieKanalstruktur der 802.11a-, 802.11b- und 802.11g-Standards in denVereinigten Staaten, zusammen mit der Anzahl von Kanälen, dienominal orthogonal sind.According to the inventionis a node in a wireless network with two or more wireless onesEquipped NICs, which are assigned to fixed at commissioningorthogonal channelsare set. The following table shows the spectrum and theChannel structure of 802.11a, 802.11b and 802.11g standards in theUnited States, along with the number of channels thatare nominally orthogonal.
    [0030] Theoretischsollten Funkgeräte,die auf nicht überlappendenKanälenarbeiten, nicht miteinander interferieren. Praktisch, aufgrund vonSignalleistungsstreuverlust, könnenFunkgeräte,die physikalisch nah beieinander sind, wie im Falle eines weiterleitendenKnotens mit mehreren Funkgerätenin einem Mehrfachetappen netzwerk, miteinander interferieren, selbstwenn sie auf nicht überlappendenKanälenarbeiten.Theoreticallyshould radio devices,on non-overlappingchannelswork, do not interfere with each other. Practically, due toSignal loss performance, canRadios,which are physically close to each other, as in the case of a forwarding one anotherNode with multiple radiosin a multiple stages network, interfere with each other, evenif not on overlappingchannelswork.
    [0031] Gemäß der Erfindungbenutzt ein Mehrfach-NIC-Knoten ein Protokoll und damit verbundeneVerfahren und Mechanismen wobei der Knoten zu verschiedenen Zeitpunkteneinen Kanal auswählt,für einKommunizieren von Daten an einen speziellen Nachbarknoten, wobeider Kanal derjenige ist, auf den eine seiner NICs eingestellt wordenist. In einer Ausgestaltung der Erfindung versucht die Auswahlentscheidungden Kanal mit der leichtesten Last aus einem Set von Kanälen zu identifizieren,die füreine Kommunikation an den Nachbarn verfügbar sind, aber die Erfindungist auf andere Arten von Kanalqualitätsmetriken anwendbar.According to the inventiona multiple NIC node uses a protocol and associatedMethods and mechanisms where the node at different timesselect a channel,for aCommunicating data to a specific neighbor node, whereinthe channel is the one to which one of its NICs has been setis. In one embodiment of the invention, the selection decision attemptsidentify the channel with the lightest load from a set of channelsthe fora communication to the neighbor are available, but the inventionis applicable to other types of channel quality metrics.
    [0032] 1 stelltein einfaches Beispiel eines drahtlosen Netzwerks dar, in das Aspekteder vorliegenden Erfindung eingegliedert werden können. Insolch einem drahtlosen Netzwerk, wie auch in drahtlosen Netzwerkenmit komplexeren Topologien, kann die Verfügbarkeit mehrerer Funkgeräte gekoppeltmit der Möglichkeit simultanenSendens und Empfangens von Daten auf nicht interferierenden orthogonalenKanälengemäß der Erfindungdie Netzwerkkapazitäterhöhen.Eine Kette von drei Knoten 101, 103, 105 istgezeigt. Es kann von jedem Knoten angenommen werden, dass er zweiNICs (nicht explizit gezeigt) hat, wobei jede NIC ein Funkgerät enthält. An jedemKnoten ist ein Funkgerätauf Kanal 1 eingestellt, und das andere Funkgerät in jedem Knoten ist auf Kanal11 eingestellt. Es wird in diesem Beispiel angenommen, dass Kanäle 1 und11 orthogonal und nicht interferierend sind. Die überlappendengestrichelten Kreise 107, 109, 111, diejeden Knoten umgeben, stellen die drahtlosen Übertragungsbereiche jedes Knotensdar. (Fürdie Einfachheit wird in dieser Veranschaulichung angenommen, dassein Knoten einen einzigen Bereich hat, der auf alle seine Funkgeräte anwendbarist.) In dem veranschaulichten Netzwerk wird angenommen, dass jederKnoten nur mit seinem angrenzenden Nachbarn kommunizieren kann.Somit ist Knoten 103 der einzige Nachbar des Knotens 101,Knoten 103 ist der einzige Nachbar des Knotens 105,und Knoten 103 hat zwei Nachbarn, Knoten 101 und 105. 1 illustrates a simple example of a wireless network into which aspects of the present invention may be incorporated. In such a wireless network as well as in wireless networks with more complex topologies, the availability of multiple radios coupled with the possibility of simultaneously transmitting and receiving data on non-interfering orthogonal channels according to the invention can increase network capacity. A chain of three knots 101 . 103 . 105 is shown. It can be assumed by each node that it has two NICs (not explicitly shown), with each NIC containing one radio. At each node, one radio is tuned to channel 1 and the other radio in each node is tuned to channel 11. It is assumed in this example that channels 1 and 11 are orthogonal and non-interfering. The overlapping dashed circles 107 . 109 . 111 Surrounding each node represent the wireless transmission areas of each node. (For simplicity, this is used In the illustrated network, it is assumed that each node can only communicate with its adjacent neighbor. Thus, node is 103 the only neighbor of the node 101 , Knots 103 is the only neighbor of the node 105 , and knots 103 has two neighbors, knots 101 and 105 ,
    [0033] DasNetzwerk aus 1 kann als ein einfacher Falleines drahtlosen Mehrfachetappen-Ad-Hoc-Netzwerkes gesehen werden.Hier kann der Mittelknoten 103 als Weiterleitungsknotendienen, der Pakete zwischen den zwei Endknoten 101, 105 weitergibt.Zwei aktive drahtlose Datenübertragungenwerden durch die gezackten Linien 113, 115 dargestellt.Eine Übertragungerfolgt zwischen den NICs auf Knoten 101 und Knoten 103,die auf Kanal 1 eingestellt sind, und die andere Übertragungerfolgt zwischen den NICs auf Knoten 103 und Knoten 105,die auf Kanal 11 eingestellt sind. Die Verfügbarkeit von mehreren Funkgeräten zusammenmit der vorliegenden Erfindung erlaubt es, dass die Übertragungensimultan sind.The network off 1 can be seen as a simple case of a wireless multi-hop ad hoc network. Here is the middle node 103 serve as forwarding nodes, the packets between the two end nodes 101 . 105 passes. Two active wireless data transfers are through the jagged lines 113 . 115 shown. A transfer occurs between the NICs on nodes 101 and knots 103 which are set on channel 1 and the other transmission is between the NICs on nodes 103 and knots 105 , which are set to channel 11. The availability of multiple radios together with the present invention allows the transmissions to be simultaneous.
    [0034] 2 stellteine Ansicht einer Ausgestaltung der Erfindung bereit, wie sie ineinem drahtlosen Netzwerkknoten untergebracht ist, der eine Netzwerkprotokollstapelunghat. Fürveranschaulichende Zwecke ist die hier dargestellte Protokollstapelungkonform mit dem bekannten OSI-Referenzmodell. Fachleute werden erkennen,dass das OSI Modell in seiner Natur konzeptuell ist und dass aktuelleNetzwerkknoten Netzwerkprotokollstapelungen implementieren, dieauf verschiedene Weise von dem Modell abweichen. Im OSI-Modell sindNetzwerkprotokolle innerhalb einer Hierarchie von 7 logischen Schichtenuntergebracht: Anwendung 201, Darstellung 203,Kommunikationssteuerung 205, Transport 207, Netzwerk 209,Sicherung 211 und Bitübertragung 213.Einheiten von Daten werden überSchnittstellen zwischen den Schichten übergeben. Wenn eine Dateneinheitvon höherenzu tieferen Schichten einen Quellknoten hinunter übergebenwird, wird sie in jeder Schicht sukzessive gemäß mit dieser Schicht verbundenenProtokollen verkapselt, und sie wird tatsächlich in der tiefsten Schicht übertragen.Am Zielknoten wird sie die Schichten hinauf übergeben und sukzessive werdenihre einkapselnden Kopfeinheiten abgestreift. 2 provides a view of an embodiment of the invention as housed in a wireless network node having network protocol stacking. For illustrative purposes, the protocol stack shown here is compliant with the known OSI reference model. Those skilled in the art will recognize that the OSI model is conceptual in nature and that current network nodes implement network protocol stacks that differ from the model in several ways. The OSI model accommodates network protocols within a hierarchy of 7 logical layers: Application 201 , Presentation 203 , Communication control 205 , Transport 207 , Network 209 , Fuse 211 and bit transfer 213 , Units of data are passed through interfaces between layers. When a data unit is passed down a source node from higher to lower layers, it is successively encapsulated in each layer according to protocols associated with that layer, and it is actually transmitted in the deepest layer. At the destination node she will pass up the layers and successively their encapsulating head units will be stripped off.
    [0035] Gemäß einerAusgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 215 (imfolgenden auch als „MUP", „multiradiounification protocol",bezeichnet) in der Sicherungsschicht 211 der Protokollstapelunguntergebracht. Das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 215 stellthöherenSchichten der Protokollstapelung eine virtuelle Schicht 217 dar,wie unten erklärtwird. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 215 alseine Zwischenschicht zwischen der Sicherungsschicht 211 undder Netzwerkschicht 209 implementiert sein.In accordance with one embodiment of the present invention, a multiple-radio unification protocol is disclosed 215 (hereinafter also referred to as "MUP", "multiradio unification protocol") in the link layer 211 the protocol stacking housed. The Multi-Radio Unification Protocol 215 makes higher layers of the protocol stack a virtual layer 217 as explained below. In one embodiment of the invention, the multiple-radio unification protocol may be used 215 as an intermediate layer between the link layer 211 and the network layer 209 be implemented.
    [0036] 3 stellteine detailliertere Architektursicht einer Ausgestaltung der Erfindungdar, die innerhalb eines drahtlosen Netzwerkknotens untergebrachtist. Als Beispiel wird hier angenommen, dass der Knoten 802.11 oder ähnlichedrahtlose Unterlevelnetzwerkprotokolle implementiert und ein odermehrere Oberschichtennetzwerkkommunikationsprotokolle 309 unterstützt, wieTCP/IP, NetBEUI oder IPX/SPX. Der Knoten ist mit mehreren drahtlosenNICs 301, 303, 305 ausgestattet. Über denverschiedenen NICs befindet sich das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 307,dessen HauptfunktionalitätKanalauswahl ist. Gemäß der Erfindungverbirgt dieses Protokoll die Komplexität der mehreren NICs vor höheren Schichtender Protokollstapelung 309, indem es diesen höheren Schichteneine einzige virtuelle MAC Schnittstelle 311 darlegt. Bezüglich TCP/IPbeispielsweise enthalten die höherenSchichten IP, das in 2 an der OSI Netzwerkschicht 209 untergebrachtist, und Schichten oberhalb von IP. 3 FIG. 12 illustrates a more detailed architectural view of an embodiment of the invention housed within a wireless network node. FIG. As an example, it is assumed here that the node implements 802.11 or similar wireless subnet network protocols and one or more upper layer network communication protocols 309 supports such as TCP / IP, NetBEUI or IPX / SPX. The node is with multiple wireless NICs 301 . 303 . 305 fitted. Above the various NICs is the multiple-radio unification protocol 307 whose main functionality is channel selection. In accordance with the invention, this protocol hides the complexity of the multiple NICs from higher layers of protocol stacking 309 by making these higher layers a single virtual MAC interface 311 setting out. For example, with respect to TCP / IP, the higher layers contain IP in 2 at the OSI network layer 209 is housed, and layers above IP.
    [0037] DasMehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll 307 vereinheitlichtsomit mehrere physikalische Funkgeräte und stellt dabei Frequenzdiversität bereit,währendes sicherstellt, dass alle Knoten Teil desselben logischen Netzwerkssind. Eine einzige virtuelle MAC-Adresse 311 verbirgt dieMAC-Adressen der verschiedenen NICs 301, 303, 305.In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die virtuelle MAC-Adresseeine mit 802.11-MAC-Spezifikationen konforme 48-Bit-Adresse. DasMehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokoll führt einMultiplexen von Paketen durch, die die Netzwerkprotokollstapelunghinunter übergebenwerden, so dass sie entlang einer geeigneten Netzwerkschnittstelle übertragenwerden können,und es vereinigt empfangene Pakete, bevor es sie die Protokollstapelunghinauf übergibt.Aus der Anwendungsperspektive arbeitet der Knoten, als ob es nureine drahtlose Netzwerkschnittstelle gäbe. Dieses Design erlaubt esdem Netzwerkverkehr, die mehreren Netzwerkschnittstellen zu benutzen,ohne irgendwelche Modifikationen an Netzwerkanwendungen oder Oberschichtenanwendungs-,Transport- und Routingprotokollen zu erfordern.The Multi-Radio Unification Protocol 307 It unifies multiple physical radios, providing frequency diversity while ensuring that all nodes are part of the same logical network. A single virtual MAC address 311 hides the MAC addresses of the various NICs 301 . 303 . 305 , In one embodiment of the invention, the virtual MAC address is a 48 bit address compliant with 802.11 MAC specifications. The multi-radio unification protocol multiplexes packets that are handed down the network protocol stack so that they can be transmitted along a suitable network interface, and consolidates received packets before handing them up the protocol stack. From the application perspective, the node operates as if there were only one wireless network interface. This design allows network traffic to use the multiple network interfaces without requiring any modifications to network applications or layered application, transport and routing protocols.
    [0038] Eindrahtloser Knoten, der das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokollbenutzt, führteine Nachbartabelle 317 mit einem Eintrag für jedenbenachbarten Knoten. Die Tabelle speichert Information über Nachbarn,mit denen der Knoten kommuniziert hat, einschließlich ob der Nachbar selbstMUP-befähigtist. Die Tabelle speichert auch die eindeutige Adresse, die mitjeder Netzwerkschnitte eines Nachbarn verbunden ist, sowie die entsprechendeKanalqualitätund Kanalauswahlinformation.A wireless node using the multi-radio unification protocol maintains a neighbor table 317 with one entry for each adjacent node. The table stores information about neighbors with which the node has communicated, including whether the neighbor itself is MUP enabled. The table also stores the unique address associated with each network cut of a neighbor, as well as the corresponding channel quality and channel selection information.
    [0039] 4 zeigtein Beispiel der Datenfelder, die ein Nachbartabelleneintrag ineiner Ausgestaltung der Erfindung enthalten kann. Die dargestellteReihenfolge dieser Felder dient nur beispielhaften Zwecken, und Fachleutewerden leicht erkennen, dass die Nachbartabelle wechselnde Formatehaben kann, einschließlich andererReihenfolgen der Komponentendatenfelder. Ein erstes Feld 321 enthält die IP-Adresse des Nachbarn. Ineiner anderen Ausgestaltung kann dieses Feld einen anderen eindeutigenIdentifikator enthalten, der mit dem Nachbarknoten verbunden ist,wie einen Domain-Name-Service- (DNS-) Namen. 4 Figure 14 shows an example of the data fields that a neighbor table entry may include in an embodiment of the invention. The illustrated order of these fields is for illustrative purposes only, and those skilled in the art will readily appreciate that the neighbor table may have alternate formats, including other orders of component data fields. A first field 321 contains the IP address of the neighbor. In another embodiment, this field may include another unique identifier associated with the neighboring node, such as a Domain Name Service (DNS) name.
    [0040] Einzweites Feld 323 wird benutzt, um anzugeben, ob der Nachbardas Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokollversteht. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, in einem drahtlosen Netzwerkangewandt zu werden, in dem alle Knoten mit mehreren Funkgeräten ausgestattetsind und in dem alle Knoten fähig sind,gemäß MUP zukommunizieren. Die Erfindung kann in einem drahtlosen Netzwerk angewandtwerden, in dem manche Knoten Legacy-Knoten (Knoten mit nur einereinzigen drahtlosen NIC oder die andernfalls nicht gemäß dem Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokollarbeiten) sind. Dieses Merkmal der Erfindung erlaubt inkrementellenEinsatz in einem drahtlosen Netzwerk.A second field 323 is used to indicate whether the neighbor understands the multi-radio unification protocol. The invention is not limited to being applied in a wireless network in which all the nodes are equipped with a plurality of radios and in which all the nodes are able to communicate according to MUP. The invention may be applied to a wireless network in which some nodes are legacy nodes (nodes having only a single wireless NIC or otherwise not operating according to the multiple-radio unification protocol). This feature of the invention allows incremental deployment in a wireless network.
    [0041] Eindrittes Feld 325 im Nachbartabelleneintrag enthält das Setindividueller MAC-Adressen,die mit jeder der Netzwerkschnittstellen des Nachbarknoten verbundensind. Ein viertes Feld 327 enthält das Set von Kanalqualitätswerten,die unten detaillierter erklärtwerden. Ein fünftesFeld 329 enthältden aktuellen Kanal, der derzeitig für ein Kommunizieren mit demNachbarn ausgewähltist. Ein sechstes Feld 331 enthält die letzte Zeit, zu dereine Kanalauswahlentscheidung getroffen worden ist. Ein siebtesFeld 333 enthältdie letzte Zeit, zu der ein Paket an diesen Nachbarn gesandt odervon diesem Nachbarn empfangen wurde. Ein achtes Feld 335 enthält für jede derNetzwerkschnittstellen des Nachbarn die letzte Zeit zu der eineunbestätigteTestnachricht übertragenworden ist. Die Benutzung von Testnachrichten gemäß der Erfindungwird unten detaillierter beschrieben. Wenn später eine Antwort auf den unbestätigten Testempfangen wird, kann die Test-Round-Trip-Zeit berechnet werden, basierendauf der Information im achten Feld 335; die Testübertragungszeitkann auch zusammen mit einer Zeitüberschreitungsschwelle benutztwerden, um zu bestimmen, ob eine Testnachricht verloren gegangenist.A third field 325 in the neighbor table entry contains the set of individual MAC addresses associated with each of the neighboring node's network interfaces. A fourth field 327 contains the set of channel quality values, which are explained in more detail below. A fifth field 329 Contains the current channel that is currently selected to communicate with the neighbor. A sixth field 331 contains the last time a channel selection decision was made. A seventh field 333 contains the last time a packet was sent to or received by this neighbor. An eighth field 335 contains for each of the network interfaces of the neighbor the last time that an unacknowledged test message has been transmitted. The use of test messages according to the invention will be described in more detail below. If a response to the unacknowledged test is received later, the test round trip time may be calculated based on the information in the eighth field 335 ; the test transmission time may also be used along with a timeout threshold to determine if a test message has been lost.
    [0042] Wennein MUP-befähigterKnoten zuerst eine Kommunikation mit einem benachbarten Knoten initiiert, nimmter nicht an, dass der Nachbar MUP-fähig ist. Daher wird eine Kommunikationmit einem speziellen Nachbarn durch ein Element 319 derErfindung initiiert, das im Blockdiagramm der 3 dargestelltist und das bekannte Adresslösungsprotokoll(ARP, „AdressResolution Protokoll")benutzt. Dies stellt sicher, dass sich MUP-befähigte Knoten richtig verhalten,wenn sie mit Legacy-Knoten kommunizieren, die MUP nicht unterstützen, undes erlaubt, dass die verfügbarenNetzwerkschnittstellen des Nachbarn entdeckt werden. Die mit einerAusgestaltung dieses Entdeckungsaspekts der Erfindung verbundenenSchritte sind in 5 veranschaulicht. Eine ARP-Anfragewird überalle drahtlosen Schnittstellen ausgestrahlt (Schritt 337).Wenn der Zielnachbarknoten eine ARP-Anfrage an einer Schnittstelle empfängt (Schritt 339),sendet er entlang dieser Schnittstelle eine ARP-Antwort aus (Schritt 341).Die ARP-Antwort enthältdie MAC-Adresse, die der Netzwerkschnittstelle entspricht, an derder Nachbar die ARP-Anfrage empfangen hat. Eine ankommende ARP-Antwort,die durch den erzeugenden Knoten empfangen wird (Schritt 343),passiert die MUP-Schicht des Knotens. MAC-Adresseninformation ineiner ankommenden ARP-Antwort wird in der Nachbartabelle aufgezeichnet(Schritt 345). Wenn der erzeugende Knoten eine ARP-Antworteinmal vom Zielnachbarknoten empfangen hat, kann er anfangen, mitdem Nachbarn entlang der Schnittstelle zu kommunizieren, an derdie Antwort empfangen worden ist (Schritt 347). Wenn anschließend irgendwelchezusätzlichenARP-Antworten empfangen werden, werden die zusätzlichen MAC-Adressen, diein diesen Antworten enthalten sind, in der Nachbartabelle aufgezeichnet(Schritt 349).When a MUP-enabled node first initiates communication with a neighboring node, it does not assume that the neighbor is MUP-capable. Therefore, a communication with a specific neighbor through an element 319 of the invention, which is shown in the block diagram of 3 Using known address resolution protocol (ARP), this ensures that MUP-enabled nodes will behave correctly when communicating with legacy nodes that do not support MUP, and will allow the available Neighborhood Network Interfaces The steps associated with one embodiment of this aspect of discovery of the invention are described in U.S. Patent Nos. 4,917,331; 5 illustrated. An ARP request is broadcast over all wireless interfaces (step 337 ). If the destination neighbor node receives an ARP request on an interface (step 339 ), it sends an ARP response along this interface (step 341 ). The ARP response contains the MAC address corresponding to the network interface at which the neighbor received the ARP request. An incoming ARP response received by the originating node (step 343 ), the MUP layer of the node passes. MAC address information in an incoming ARP response is recorded in the neighbor table (step 345 ). Once the originating node has received an ARP response from the destination neighbor node, it may begin to communicate with the neighbor along the interface at which the response was received (step 347 ). Subsequently, when any additional ARP responses are received, the additional MAC addresses contained in those responses are recorded in the neighbor table (step 349 ).
    [0043] Ineiner Ausgestaltung der Erfindung initiiert ein MUP-befähigter Knoten,der mit einem gegebenen Nachbarn zu kommunizieren begehrt, nachder Anfangs-ARP-Phaseauch einen Klassifikationsprozess, um zu bestimmen, ob der NachbarMUP-befähigt ist.Der Prozess ist im Flussdiagramm der 6 veranschaulicht.Eine CS- („ChannelSelect"-, Kanalauswahl-)Nachricht wird überalle gelöstenSchnitt stellen gesendet (Schritt 351). Wenn der NachbarMUP-befähigtist, wird er mit einer CS-ACK- („Channel Select Acknowledgement"-, Kanalauswahlbestätigungs-)Nachricht anworten und wird somit klassifiziert, wenn die CS-ACKempfangen wird (Schritt 355). Ein Zeitüberschreitungsmechanismus wirdbenutzt, um, wenn nötig,CS-Nachrichten wiederzuübertragen(Schritt 353). Nach einer bestimmten Anzahl von fehlgeschlagenenWiederübertragungen (Schritt 359)wird der benachbarte Knoten als ein Legacy-Knoten klassifiziert(Schritt 361).In one embodiment of the invention, a MUP-enabled node that desires to communicate with a given neighbor also initiates a classification process after the initial ARP phase to determine whether the neighbor is MUP-enabled. The process is in the flow chart of 6 illustrated. A CS ("Channel Select") message is sent over all disconnected interfaces (step 351 ). If the neighbor is MUP-enabled, it will respond with a CS-ACK (Channel Select Acknowledgment) message and is thus classified when the CS-ACK is received (step 355 ). A timeout mechanism is used to retransmit CS messages, if necessary (step 353 ). After a certain number of failed retransmissions (step 359 ), the adjacent node is classified as a legacy node (step 361 ).
    [0044] EinEintrag füreinen speziellen Nachbarknoten in der Nachbartabelle wird gelöscht, wennfür einebestimmte Zeitperiode kein Verkehr mit dem Nachbarn ausgetauschtwird. Wenn die nächsteKommunikation mit dem Nachbarn initiiert wird, beginnt der Entdeckungs-und Klassifikationsprozess von neuem.An entry for a specific neighbor node in the neighbor table is deleted if for a be time period no traffic is exchanged with the neighbor. When the next communication with the neighbor is initiated, the discovery and classification process begins again.
    [0045] Wennein Nachbar als nicht MUP-befähigtbestimmt wird, aber nicht alle MAC-Adressen des Nachbarn entdeckt wordensind (Schritt 357), gibt es einen expliziten Versuch, umdie MAC-Adressen auf den verbleibenden Kanälen des Nachbarn zu lösen. Dererzeugende Knoten sendet ARP-Anfragen entlang jedes seiner verfügbaren Kanäle, bezüglich welcherdie entsprechenden MAC-Adressen des Nachbarknotens noch nicht bekanntsind (Schritt 363). Ein Zeitüberschreitungsmechanismus wirdfür eineWiederübertragungvon ARP-Anfragen benutzt (Schritt 365). Nach einer festenAnzahl von fehlgeschlagenen Wiederübertragungen (Schritt 367)wird das spezielle Funkgerät,mit Bezug auf welches die Zeitüberschreitungerfolgt ist, als fürZwecke der Kommunikation mit diesem Nachbarn deaktiviert betrachtet(Schritt 369).If a neighbor is determined not to be MUP enabled, but not all MAC addresses of the neighbor have been discovered (step 357 ), there is an explicit attempt to resolve the MAC addresses on the remaining channels of the neighbor. The originating node sends ARP requests along each of its available channels, with respect to which the corresponding MAC addresses of the neighbor node are not yet known (step 363 ). A timeout mechanism is used for retransmission of ARP requests (step 365 ). After a fixed number of failed retransmissions (step 367 ), the particular radio with respect to which the timeout has occurred is considered disabled for purposes of communication with that neighbor (step 369 ).
    [0046] Gemäß der Erfindungversucht ein drahtloser Netzwerkknoten, der mit mehreren Funkgeräten ausgestattetist und das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokollunterstützt,lokal optimale Entscheidungen zu treffen, bezüglich welcher Kanal für ein Kommunizierenmit einem seiner Nachbarknoten zu benutzen ist. Die Entscheidungenbasieren auf derzeitigen Bedingungen die dem Knoten bekannt sindund jeden der Kanäle betreffen,die potenziell benutzt werden können,um ein Paket an einen speziellen Nachbarn zu senden. Es wurde gezeigt,dass ein Finden einer global optimalen Lösung für das Problem der Kanalauswahl wahrscheinlichNP-vollständigist. Überdiesgibt es keine bekannten geeigneten Approximationsalgorithmen für das global optimaleKanalauswahlproblem.According to the inventiontried a wireless network node equipped with multiple radiosis and the multiple-radio unification protocolsupportto make optimal local decisions regarding which channel to communicate withto use with one of its neighboring nodes. The choicesare based on current conditions known to the nodeand affect each of the channels,that can potentially be usedto send a packet to a special neighbor. It was shown,that finding a globally optimal solution to the problem of channel selection is likelyNP-completeis. moreoverThere are no known suitable approximation algorithms for the globally optimal oneChannel selection problem.
    [0047] Inbestimmten Ausgestaltungen der Erfindung basiert lokal optimaleKanalauswahl fürein Kommunizieren mit einem speziellen Nachbarn auf Abschätzungender derzeitigen Netzwerklast auf jedem verfügbaren und potenziell für ein Kommunizierenmit diesem Nachbarn benutzbaren Kanal. In einer Ausgestaltung wird dieKanallast abgeschätzt,wobei eine Round-Trip-Zeitmetrik benutzt wird. Ein Knoten sendetperiodisch Testnachrichten an jeden Nachbarn, mit dem er zu kommunizierenwünscht,wenn dieser Nachbar dafürbekannt ist, dass er gemäß dem Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokollarbeitet. Testnachrichten werden entlang jeder Netzwerkschnittstellegesendet die fürein Kommunizieren mit dem Nachbarn verfügbar ist, um die derzeitigeRound-Trip-Zeit zu messen. Der Testsende- und -empfangsprozess kanndurch eine ausgeprägte Kanalqualitätskomponenteder Erfindung durchgeführtwerden, wie im Block 313 in der 3 dargestellt.Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung auf andere Verfahren,eine Angabe des Kanals mit der leichtesten Last zu erhalten, anwendbarist. Überdiesist die Erfindung auf andere, nicht lastbasierte Kanalqualitätsmetrikenanwendbar. Beispielsweise könntees wünschenswertsein, die Verbindung mit der niedrigsten Paketverlustrate auszuwählen, welchewahrscheinlich unabhängigvon der Last auf dem Kanal ist.In certain embodiments of the invention, locally optimal channel selection for communicating with a particular neighbor is based on estimations of the current network load on each available channel and potentially usable for communicating with that neighbor. In one embodiment, the channel load is estimated using a round-trip time metric. A node periodically sends test messages to each neighbor with whom it wishes to communicate, if that neighbor is known to be operating in accordance with the multiple-radio unification protocol. Test messages are sent along each network interface available for communicating with the neighbor to measure the current round-trip time. The test send and receive process may be performed by a distinct channel quality component of the invention, as in the block 313 in the 3 shown. It should be understood that the invention is applicable to other methods of obtaining an indication of the lightest load channel. Moreover, the invention is applicable to other non-load-based channel quality metrics. For example, it may be desirable to select the connection with the lowest packet loss rate, which is likely to be independent of the load on the channel.
    [0048] DasFlussdiagramm der 7 zeigt die Schritte, die beimAussenden von Testnachrichten mit Bezug auf einen Nachbarn und eineNetzwerkschnittstelle, die fürein Kommunizieren mit diesem Nachbarn verfügbar ist, unternommen werden.Bei Schritt 401 wartet der Knoten für eine feste Zeitperiode (einehalbe Sekunde in der Ausgestaltung, die in 7 veranschaulichtist) und sendet dann bei Schritt 403 eine Testnachrichtentlang eines speziellen verfügbarenKanals an den Nachbarn. Nachdem der Test gesendet worden ist, kehrtder Knoten zu Schritt 401 zurück, um auf eine Testantwortzu warten, und der Prozess beginnt von neuem. Dieser Prozess wirdfür jedenKanal, der fürein Kommunizieren mit einem Nachbarn verfügbar ist, und für jedenNachbarn durchgeführt.In einer Ausgestaltung werden die Testnachrichten, die an einenspeziellen Nachbarn adressiert sind, nicht zur selben Zeit ausgesandt.Stattdessen wird in der Bestimmung, wann eine Testnach richt für einenspeziellen Nachbarn und Kanal zu senden ist, eine Randomisierungsverzögerung benutzt.The flowchart of 7 Figure 12 illustrates the steps taken in sending test messages with respect to a neighbor and a network interface available for communicating with that neighbor. At step 401 the node waits for a fixed period of time (half a second in the embodiment that is in 7 is illustrated) and then sends in step 403 a test message along a special available channel to the neighbor. After the test has been sent, the node returns to step 401 back to wait for a test response, and the process begins again. This process is performed for each channel available for communicating with a neighbor and for each neighbor. In one embodiment, the test messages addressed to a particular neighbor are not sent out at the same time. Instead, a randomization delay is used in the determination of when to send a test message for a particular neighbor and channel.
    [0049] DieWahl eines Testwartezeitparameters basiert auf einer Anzahl von Überlegungen.Je häufigerder Quellknoten Testpakete auf einem speziellen Kanal aussendet,desto mehr Last generiert der Knoten auf diesen Kanal rein dadurch,dass er sich mit der Messung von Lastbedingungen beschäftigt. Andererseits,je häufigerTestpakete ausgesandt werden, desto besser kann eine Anpassung anKurzzeitveränderungenin bestehenden Bedingungen auf dem Kanal vorgenommen werden.TheChoice of a test wait time parameter is based on a number of considerations.The more commonthe source node sends test packets on a special channel,the more load the node generates on this channel purely bythat he deals with the measurement of load conditions. On the other hand,the more oftenTest packages are sent out the better an adaptation canShort-term changesbe made in existing conditions on the channel.
    [0050] Ineiner Ausgestaltung der Erfindung wird ein Prioritätsmechanismusverwendet, um sicherzustellen, dass Testpakete auf dem gegebenenKanal vor allen anderen Paketen übertragenwerden, die in der Übertragungsschlangedes sendenden Knotens warten. Solch ein Prioritätsmechanismus kann z. B. bereitgestelltwerden, indem NICs benutzt werden, die mit dem IEEE 802.11e-Standardkompatibel sind.InAn embodiment of the invention becomes a priority mechanismused to ensure that test packages on the givenTransfer channel before all other packetsbe in the transmission queuewaiting for the sending node. Such a priority mechanism may e.g. B. providedby using NICs that comply with the IEEE 802.11e standardare compatible.
    [0051] EinRound-Trip-Messung schließtein Bestimmen der Zeitlängeein, die ein Nachbarknoten braucht, um eine Testnachricht zu empfangenund eine Antwort zurückzugeben.Testnachrichten, die entlang eines schwer belasteten Kanals gesendetwerden, brauchen wahrscheinlich länger, um Zugang zum Mediumdes Nachbarn zu erhalten, als Tests, die auf einem leicht benutztenKanal gesendet werden.A round-trip measurement involves determining the length of time that a neighbor node needs to receive a test message and return a response. Test messages sent along a heavily loaded channel may take longer to gain access to the medium of the Neighbors, as tests sent on a lightly used channel.
    [0052] DasFlussdiagramm der 8 veranschaulicht die Schritte,die im Empfang von Testantworten von einem Nachbarn unternommenwerden. Der Knoten wartet, bis er eine Testantwort empfängt (Schritt 501).Er konsultiert seine Nachbartabelle, um die entsprechende Testanfragezu finden (Schritt 503), die in einer Ausgestaltung durch übereinstimmendeSequenznummern angegeben ist. Der Knoten benutzt diese Information, umdie Round-Trip-Zeit fürden Test zu bestimmen (Schritt 505). Bei Schritt 507 berechnetder Knoten ein exponenziell gewichtetes Mittel, das eine geglättete Round-Trip-Zeit(SRTT, „smoothedround-trip time")genannt wird, gemäß der folgendenFormel: SRTTneu = α RTTneu + (1 – α) SRTTalt The flowchart of 8th illustrates the steps taken in receiving test responses from a neighbor. The node waits until it receives a test response (step 501 ). He consults his neighbor table to find the appropriate test request (step 503 ), which in one embodiment is indicated by matching sequence numbers. The node uses this information to determine the round-trip time for the test (step 505 ). At step 507 the node calculates an exponentially weighted average called a smoothed round-trip time (SRTT) according to the following formula: SRTT New = α RTT New + (1-α) SRTT old
    [0053] Indieser Formel ist RTTneu die letzte Round-Trip-Zeit-Messungfür dengegebenen Nachbarn und Kanal, und α ist eine parametrische Konstante,die die Form des exponenziell gewichteten Mittels kontrolliert.Ein großer α-Wert wirdzur letzten Messung mehr Gewicht addieren. Ein kleinerer α-Wert wirdzur vorigen Abschätzungder gewichteten Round-Trip-Zeit (in der Formel bezeichnet als SRTTalt) mehr Gewicht addieren. Die SRTT wirdbenutzt, um die Stabilitätvon Kanalauswahlentscheidungen überdie Zeit zu erhöhen.Bei Schritt 509 aktualisiert der Knoten die Nachbartabelle,wobei er die neue SRTT als die neue Kanalqualitätabschätzung für den gegebenen Kanal benutzt.Der Knoten geht dann in der Schleife zurück zu Schritt 501 undnimmt sein Warten auf Testantworten wieder auf.In this formula, RTT is again the last round-trip time measurement for the given neighbor and channel, and α is a parametric constant that controls the shape of the exponentially weighted mean. A large α value will add more weight to the last measurement. A smaller α value will add more weight to the previous estimate of the weighted round-trip time (in the formula called SRTT old ). The SRTT is used to increase the stability of channel selection decisions over time. At step 509 the node updates the neighbor table using the new SRTT as the new channel quality estimate for the given channel. The node then goes back to the loop in the loop 501 and picks up his waiting for test answers.
    [0054] DasFlussdiagramm der 9 veranschaulicht, wie Kanalauswahlin einer Ausgestaltung der Erfindung gehandhabt wird. Jedes ausgehendePaket wird entlang des Kanals gesendet, der derzeit für ein Kommunizierenmit dem Zielknoten ausgewähltist. In randomisierten Intervallen wird eine Entscheidung getroffen, bezüglich welcherKanal zu benutzen ist, wenn mit dem Nachbarn kommuniziert wird.The flowchart of 9 illustrates how channel selection is handled in one embodiment of the invention. Each outbound packet is sent along the channel currently selected for communicating with the destination node. At randomized intervals, a decision is made as to which channel to use when communicating with the neighbor.
    [0055] Wenndie Kanalauswahlentscheidung einmal getroffen ist, wird sie für eine bestimmteZeitperiode aufrecht erhalten. Verschiedene Dämpfungsmechanismen (zusätzlich zurBenutzung der SRTT anstelle einer tatsächlichen derzeitigen Round-Trip-Zeit)werden in einer Ausgestaltung der Erfindung benutzt, um Kanalwechselzu kontrollieren, teilweise um oszilierendes Kanalwechselverhaltenin einem Set von Nachbarknoten zu vermeiden.IfOnce the channel selection decision has been made, it will be for a particular oneTime period maintained. Various damping mechanisms (in addition to theUsing the SRTT instead of an actual current round-trip time)are used in one embodiment of the invention to change channelsto control, in part to oscillating channel change behaviorto avoid in a set of neighboring nodes.
    [0056] In 9 wartetder Knoten bei Schritt 601 für eine Zeitperiode, die einefeste minimale Verweilzeit und ein zusätzliches Randomisierungsintervallumfasst. Das Randomisierungsintervall stellt sicher, dass mehrere Knoteninnerhalb des gegenseitigen Bereichs die Wechselentscheidung nichtzur selben Zeit durchführen.Bei Schritt 603 wird die Nachbartabelle konsultiert, undder Kanal mit der besten Qualität(in einer Ausgestaltung der Kanal mit der niedrigsten SRTT-Abschätzung) wirdbestimmt.In 9 the node waits at step 601 for a period of time comprising a fixed minimum dwell time and an additional randomization interval. The randomization interval ensures that multiple nodes within the mutual area do not make the switch decision at the same time. At step 603 the neighbor table is consulted and the best quality channel (in one embodiment, the lowest SRTT estimate channel) is determined.
    [0057] BeiSchritt 605 wird in der Bestimmung, ob auf den Kanal mitder besten Qualitätzu wechseln ist, eine verbesserte Schwelle benutzt. Die Schwellewird hier als der Parameter p bezeichnet. Es könnte z. B. erforderlich sein,dass die SRTT des Kanals mit der besten Qualität um 20% kürzer ist als die SRTT des Kanals, derderzeit benutzt wird, um mit dem gegebenen Nachbarknoten zu kommunizieren.Wenn die Verbesserung nicht überder Schwelle liegt, wird der derzeitige Kanal aufrechterhalten,und der Ablauf kehrt zu Schritt 601 zurück. Wenn die Verbesserung über derSchwelle liegt, wechselt der Knoten in Schritt 607 aufden Kanal mit der besten Qualität,und der Ablauf kehrt zu Schritt 601 zurück.At step 605 is used in determining whether to switch to the channel with the best quality, an improved threshold. The threshold is referred to here as the parameter p. It could be z. For example, it may be necessary for the SRTT of the best quality channel to be 20% shorter than the SRTT of the channel currently being used to communicate with the given adjacent node. If the improvement is not above the threshold, the current channel is maintained and the process returns 601 back. If the improvement is above the threshold, the node changes to step 607 on the channel with the best quality, and the process returns to step 601 back.
    [0058] Ineiner Ausgestaltung der Erfindung können das Mehrfach-Funkgerät-Vereinheitlichungsprotokollund seine mit ihm verbundenen Mechanismen und Abläufe klugmit einem Striping von Netzwerkverkehr über mehrere Netzwerkschnittstellenpro Knoten kombiniert werden. In dieser Ausgestaltung berücksichtigenStriping-Algorithmen die unterschiedlichen Qualitäten verfügbarer Kanäle.InAn embodiment of the invention may be the multiple-radio unification protocoland its related mechanisms and processes are smartwith a striping of network traffic across multiple network interfacescombined per node. Consider in this embodimentStriping algorithms the different qualities of available channels.
    [0059] DieBenutzung der Begriffe „ein/eine" und „der/die/das" und ähnlicheAusdrückeim Kontext der Beschreibung der Erfindung (speziell im Kontext derfolgenden Ansprüche)soll so ausgelegt werden, dass sie sowohl den Singular als auchden Plural abdecken, außeres ist hierin anders angegeben oder klar durch den Kontext widersprochen.Die Begriffe „umfassend", „habend", „einschließend" und „enthaltend" sollen als offene Begriffe(d.h. als bedeutend „einschließend abernicht limitiert auf")ausgelegt werden, außeranderes ist angemerkt. Aufzählungenvon Wertebereichen hierin sind nur dazu gedacht, als Abkürzungsverfahrenzu dienen, um individuell auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereichfällt,Bezug zu nehmen, außeranderes ist hierin angegeben, und jeder einzelne Wert ist in dieSpezifikation eingegliedert als ob er individuell hierin aufgezählt wordenwäre. Allehierin beschriebenen Verfahren könnenin jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, außer hierinist anderes angegeben oder es ist ansonsten klar durch den Kontextwidersprochen. Die Benutzung eines oder aller Beispiele oder desbeispielhaften Sprachgebrauchs (z. B. „wie"), die hierin bereitgestellt wurde,ist nur dazu gedacht, Ausgestaltungen der Erfindung besser zu beleuchtenund ist keine Limitierung des Schutzbereichs der Erfindung, außer anderesist beansprucht. Kein Sprachgebrauch in der Spezifikation sollteso ausgelegt werden, dass er irgendein nicht beanspruchtes Elementals wesentlich fürdie Anwendung der Erfindung angibt.The use of the terms "a / a" and "the" and similar expressions in the context of the description of the invention (especially in the context of the following claims) shall be construed to cover both the singular and the plural, unless otherwise stated herein or clearly contradicted by the context. The terms "comprising,""having,""including," and "containing" are to be construed as open-ended terms (ie, "significant, including, but not limited to," unless otherwise noted). unless otherwise indicated herein, and each value is incorporated into the specification as if individually listed herein. All Methods Described Here are methods of abbreviation to refer to each individual value falling within the scope, unless otherwise specified herein can be performed in any suitable order unless otherwise stated herein or it is otherwise clearly contradicted by the context. Use of any or all of the examples or example language (eg, "such") provided herein is intended to better illuminate aspects of the invention and is not a limitation of the scope of the invention, unless otherwise claimed. No language in the specification should be construed as indicating any unclaimed element as essential to the practice of the invention.
    [0060] BevorzugteAusgestaltungen dieser Erfindung sind hierin beschrieben, einschließlich derbesten Weise, die den Erfindern für ein Ausführen der Erfindung bekanntist. Variationen dieser bevorzugten Ausgestaltungen können Fachleutenersichtlich werden, wenn sie die vorangehende Beschreibung lesen.Die Erfinder erwarten von Fachleuten, dass sie solche Variationenentsprechend anwenden, und die Erfinder beabsichtigen, dass dieErfindung anders als hierin speziell beschrieben angewandt wird.Entsprechend enthältdiese Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen aufgezählten Inhalts,wie es durch anwendbares Recht gestattet ist. Überdies wird jede Kombinationder oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon durchdie Erfindung umfasst, außeranderes ist hierin angegeben oder es ist ansonsten klar durch denKontext widersprochen.preferredEmbodiments of this invention are described herein, includingbest way known to the inventors for carrying out the inventionis. Variations of these preferred embodiments may occur to those skilled in the artbecome apparent when reading the previous description.The inventors expect from professionals that they have such variationsapply accordingly, and the inventors intend that theInvention other than as specifically described herein.Contains accordinglythis invention all modifications and equivalents of the content listed in the appended claims,as permitted by applicable law. Moreover, every combinationthe elements described above in all possible variations thereofthe invention includes, exceptotherwise stated herein or it is otherwise clear from theContext contradicted.
    权利要求:
    Claims (36)
    [1]
    Ein Verfahren in einem drahtlosen Netzwerk, daseine Vielzahl von Knoten umfasst, zum Auswählen eines Kanals durch einenersten Knoten fürein Kommunizieren mit einem zweiten Knoten, wobei der erste Knotenmindestens zwei Netzwerkschnittstellen mit Funkgeräten hat,die auf orthogonale Kanäleeingestellt sind, wobei das Verfahren umfasst: Entdecken vonNetzwerkschnittstellen des zweiten Knotens, die für ein Kommunizierenmit dem ersten Knoten verfügbarsind; Periodisches Vornehmen einer Kanalqualitätsabschätzung bezüglich jederverfügbarenNetzwerkschnittstelle des zweiten Knotens; und Treffen einerKanalauswahl.A method in a wireless network thatcomprises a plurality of nodes for selecting a channel by onefirst node forcommunicating with a second node, wherein the first nodehas at least two network interfaces with radios,on orthogonal channelsare set, the method comprising:Discover fromNetwork interfaces of the second node that are for communicatingavailable with the first nodeare;Periodically making a channel quality estimate with respect to eachavailableNetwork interface of the second node; andMeeting oneChannel selection.
    [2]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das EntdeckenverfügbarerNetzwerkschnittstellen umfasst: Ausstrahlen einer Adresslösungsprotokollanfrage; Empfangeneiner ersten Adresslösungsprotokollantwortvom zweiten Knoten auf einem ersten Kanal; Aufzeichnen vonMedienzugangskontrolladressinformation, die in der ersten Adresslösungsprotokollantwort enthaltenist; anfänglichesAuswählendes ersten Kanals fürein Kommunizieren mit dem zweiten Knoten; und für jede zusätzlicheAdresslösungsprotokollantwortdie von dem zweiten Knoten empfangen wird, Aufzeichnen von Medienzugangskontrolladressinformation,die in der zusätzlichenAdresslösungsprotokollantwortenthalten ist.The method of claim 1, wherein detectingavailableNetwork interfaces include:Broadcasting an address solution protocol request;Receivea first address solution protocol responsefrom the second node on a first channel;Record fromMedia access control address information included in the first address solution protocol responseis;initialChoosethe first channel forcommunicating with the second node; andfor each additionalAddress resolution protocol responsereceived from the second node, recording media access control address information,which in the additionalAddress resolution protocol responseis included.
    [3]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das EntdeckenverfügbarerNetzwerkschnittstellen gemäß einem Protokollist, und wobei das Entdecken verfügbarer Netzwerkschnittstellenweiterhin ein Entdecken umfasst, ob der zweite Knoten fähig ist,gemäß dem Protokollzu arbeiten.The method of claim 1, wherein detectingavailableNetwork interfaces according to a protocoland discovering available network interfacesfurther comprising detecting whether the second node is capable ofaccording to the protocolto work.
    [4]
    Das Verfahren aus Anspruch 3, wobei das Entdecken,ob der zweite Knoten fähigist, gemäß dem Protokollzu arbeiten, umfasst: Senden einer Kanalauswahlnachricht entlangjeder bekannten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens; wennvon jeder bekannten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens eineKanalauswahlbestätigungsantwort empfangenwird, Klassifizieren des zweiten Knotens als fähig, gemäß dem Protokoll zu arbeiten; wennvon einer bekannten Netzwerkschnittstelle nach Ablauf einer Zeitüberschreitungsperiodekeine Kanalauswahlbestätigungsantwortempfangen wird und wenn eine Maximalzahl von unbestätigten Wiederübertragungennicht überschrittenworden ist, Wiederübertrageneiner Kanalauswahlnachricht entlang der Schnittstelle; und wenneine Maximalzahl unbestätigterWiederübertragungen überschrittenworden ist, Klassifizieren des zweiten Knotens als nicht fähig, gemäß dem Protokollzu arbeiten.The method of claim 3, wherein discovering,whether the second node is capableis, according to the protocolto work includes:Sending a channel selection message alongany known network interface of the second node;iffrom every known network interface of the second nodeReceive channel selection confirmation replyclassifying the second node as being able to operate according to the protocol;iffrom a known network interface after expiration of a timeout periodno channel selection confirmation responseis received and if a maximum number of unconfirmed retransmissionsnot exceededhas been retransmitteda channel selection message along the interface; andifa maximum number of unconfirmedRetransmissions exceededClassifying the second node as not capable, according to the protocolto work.
    [5]
    Das Verfahren aus Anspruch 4, weiterhin umfassend,wenn der zweite Knoten als fähigklassifiziert ist, gemäß dem Protokollzu arbeiten, aber eine Medienzugangskontrolladresse einer bekanntenNetzwerkschnittstelle des zweiten Knotens noch nicht entdeckt wordenist: Senden einer Adresslösungsprotokollanfrageentlang der Netzwerkschnittstelle; wenn eine Adresslösungsprotokollantwortnicht vor Ablauf einer Zeitüberschreitungsperiodeempfangen wird und wenn eine Maximalzahl fehlgeschlagener Wiederübertragungennicht überschrittenworden ist, Wiederübertrageneiner Adresslösungsprotokollanfrage;und wenn eine Maximalzahl unbestätigter Wiederübertragungen überschrittenworden ist, Betrachten der Netzwerkschnittstelle als eine, die einendeaktivierten Funksendeempfängerhat.The method of claim 4, further comprising, when the second node is classified as capable of operating in accordance with the protocol, but a media access control address of a known network interface of the second node has not yet been discovered: sending an address solution protocol request along the network interface; if an address solution protocol response is not received before the expiration of a timeout period and if a maximum number of failed retransmissions has not been exceeded, retransmitting an address solution protocol request; and if a maximum number of unacknowledged retransmissions has been exceeded, considering the network interface as having a deactivated radio transceiver.
    [6]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Vornehmeneiner Kanalqualitätsabschätzung umfasst: Sendeneiner Testnachricht entlang der Netzwerkschnittstelle; Empfangeneiner Antwort auf die Testnachricht von dem zweiten Knoten; und Berechnen(„Calculating") einer Round-Trip-Verzögerungszeit,die mit dem Senden der Testnachricht und Empfangen der Antwort verbundenist.The method of claim 1, wherein the performinga channel quality estimate includes:Senda test message along the network interface;Receivea reply to the test message from the second node; andTo calculate("Calculating") a round-trip delay time,which involves sending the test message and receiving the responseis.
    [7]
    Das Verfahren aus Anspruch 6, weiterhin umfassend: Berechnen(„Computing") eines geglätteten Round-Trip-Zeit-(SRTT-) Wertes entsprechend einer Formel: SRTT = α·RTTneu + (1 – α)·SRTTalt wobei α ein Parameterist, der mit einem Wertebereich von 0 bis 1 gewählt wurde, wobei RTTneu eine letzte Round-Trip-Verzögerungszeitmessungist und wobei SRTTalt ein zuvor errechneterSRTT-Wert ist.The method of claim 6, further comprising: computing a smoothed round trip time (SRTT) value according to a formula: SRTT = α · RTT New + (1-α) SRTT old wherein α is a parameter that has been selected with a value range of 0 to 1, where RTT a final round-trip delay time measurement is new and which are old SRTT SRTT a previously calculated value.
    [8]
    Das Verfahren aus Anspruch 6, wobei der Testnachrichtein höchsterZeitplanprioritätslevelbeigeordnet ist, so dass die Testnachricht vor anderen Paketen übertragenwerden kann.The method of claim 6, wherein the test messagea supremeSchedule Priority Levelis coordinated so that the test message is transmitted before other packetscan be.
    [9]
    Das Verfahren aus Anspruch 8, wobei die Netzwerkschnittstellekonform mit dem IEEE-Standard 802.11e ist.The method of claim 8, wherein the network interfacecompliant with the IEEE 802.11e standard.
    [10]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Treffeneiner Kanalauswahl zu einer Zeit durchgeführt wird, die durch ein randomisiertesIntervall bestimmt ist.The method of claim 1, wherein the meetinga channel selection is performed at a time by a randomizedInterval is determined.
    [11]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Treffeneiner Kanalauswahl umfasst: Auswählen eines Kanals, der miteiner Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens verbunden ist, dieeine beste Kanalqualitätsabschätzung hat.The method of claim 1, wherein the meetinga channel selection includes:Select a channel witha network interface of the second node is connectedhas a best channel quality estimate.
    [12]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Treffeneiner Kanalauswahl umfasst: wenn eine erste Netzwerkschnittstelledes zweiten Knotens eine Kanalqualitätsabschätzung hat, die gegenüber Kanalqualitätsabschätzungenanderer Netzwerkschnittstellen des zweiten Knotens zu bevorzugenist, und wenn die Kanalqualitätsabschätzung derersten Netzwerkschnittstelle eine Verbesserung über einem Schwellwert über dieKanalqualitätsabschätzung einerderzeitig ausgewähltenNetzwerkschnittstelle des zweiten Knotens liefert, Auswählen derersten Netzwerkschnittstelle; und ansonsten beibehalten derderzeitig ausgewähltenNetzwerkschnittstelle.The method of claim 1, wherein the meetinga channel selection includes:if a first network interfaceof the second node has channel quality estimation versus channel quality estimatesother network interfaces of the second node to preferis and if the channel quality estimate is thefirst network interface has an improvement over a threshold over theChannel quality estimate onecurrently selectedNetwork interface of the second node supplies, selecting thefirst network interface; andotherwise maintainedcurrently selectedNetwork interface.
    [13]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, weiterhin umfassend: Treffenmindestens einer zusätzlichenKanalauswahl, wobei das Kommunizieren mit dem zweiten Knoten ein Stripingvon Daten unter ausgewähltenKanälenumfasst.The method of claim 1, further comprising:To meetat least one additionalChannel selection where communicating with the second node is stripingof data under selectedchannelsincludes.
    [14]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Kommunizierenmit dem zweiten Knoten ein Weiterleiten eines von einem drittenKnoten empfangenen Pakets umfasst.The method of claim 1, wherein communicatingforwarding one of a third with the second nodeNode received packet.
    [15]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das drahtloseNetzwerk ein Multietappennetzwerk, ein Ad-Hoc-Netzwerk, ein Infrastrukturnetzwerkoder ein drahtloses Community-Netzwerk ist.The method of claim 1, wherein the wirelessNetwork a multi-tenant network, an ad-hoc network, an infrastructure networkor a wireless community network.
    [16]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei das drahtloseNetzwerk mit einem zweiten Netzwerk verknüpft ist.The method of claim 1, wherein the wirelessNetwork is linked to a second network.
    [17]
    Das Verfahren aus Anspruch 16, wobei das zweiteNetzwerk ein drahtgebundenes Netzwerk ist.The method of claim 16, wherein the secondNetwork is a wired network.
    [18]
    Das Verfahren aus Anspruch 16, wobei das zweiteNetzwerk ein Weitverkehrsnetzwerk ist.The method of claim 16, wherein the secondNetwork is a wide area network.
    [19]
    Das Verfahren aus Anspruch 1, wobei eine oder mehrereNetzwerkschnittstellen in dem drahtlosen Netzwerk konform mit demIEEE-Standard 802.11, dem IEEE-Standard 802.11a, dem IEEE-Standard802.11b oder dem IEEE-Standard 802.11g sind.The method of claim 1, wherein one or moreNetwork interfaces in the wireless network compliant with theIEEE standard 802.11, the IEEE standard 802.11a, the IEEE standard802.11b or the IEEE 802.11g standard.
    [20]
    Computerlesbarer Datenträger, der ein oder mehrere Modulespeichert, die einen Treiber umfassen, der ein Verfahren zum Auswählen einesKanals fürdrahtlose Kommunikation von einem ersten Gerät an ein zweites Gerät implementiert,wobei das erste Gerätmindestens zwei Netzwerkschnittstellen hat, die Funkgeräte umfassen,die auf orthogonale Kanäleeingestellt sind, und wobei das Verfahren umfasst: EntdeckenverfügbarerNetzwerkschnittstellen des zweiten Geräts; Periodisches Vornehmeneiner Kanalqualitätsabschätzung bezüglich jederverfügbarenNetzwerkschnittstelle des zweiten Geräts; und Treffen einerKanalauswahl.Computer readable disk containing one or more modulesstores comprising a driver, which is a method for selecting aChannels forimplemented wireless communication from a first device to a second device,being the first devicehas at least two network interfaces that include radios,on orthogonal channelsare set, and wherein the method comprises:DiscoveravailableNetwork interfaces of the second device;Periodic makinga channel quality estimation with respect to eachavailableNetwork interface of the second device; andMeeting oneChannel selection.
    [21]
    Der computerlesbare Datenträger aus Anspruch 20, wobeider Treiber ein Betriebssystem-Kernmodustreiber ist.The computer-readable medium of claim 20, whereinthe driver is an operating system kernel driver.
    [22]
    Ein computerlesbarer Datenträger, auf dem eine Datenstrukturfür Benutzungdurch einen ersten drahtlosen Netzwerkknoten bei einer Auswahl einesKanals fürein Übertragenvon Daten an einen zweiten drahtlosen Netzwerkknoten gemäß einemProtokoll gespeichert ist, wobei die Datenstruktur umfasst: einDatenfeld fürein Identifizieren des zweiten Knotens; ein Datenfeld für ein Angeben,ob der zweite Knoten dafürbekannt ist, das Protokoll zu benutzen; ein Datenfeld für ein Speicherneiner physikalischen Adresse, die mit jeder bekannten Netzwerkschnittstelle deszweiten Knotens verbunden ist; ein Datenfeld für ein Speicherneiner Kanalqualitätsabschätzung, diemit jeder bekannten Netzwerkschnittstelle des zweiten Knotens verbundenist; ein Datenfeld fürein Identifizieren eines derzeitig bevorzugten Kanals für ein Übertragenvon Daten an den zweiten Knoten; ein Datenfeld für ein Aufzeichneneiner letzten Zeit, zu der ein Kanal ausgewählt wurde; ein Datenfeldfür einAufzeichnen einer letzten Zeit, zu der eine Nachricht entweder anden zweiten Knoten gesendet oder von ihm empfangen wurde; und einDatenfeld fürein Speichern von Zeiten, die mit unbestätigten Nachrichten verbundensind.A computer-readable medium on which a data structurefor useby a first wireless network node in a selection of aChannels fora transferof data to a second wireless network node according to aProtocol is stored, the data structure comprising:oneData field foridentifying the second node;a data field for indicatingwhether the second node for itit is known to use the protocol;a data field for a savea physical address associated with each known network interface of thesecond node is connected;a data field for a savea channel quality estimate thatconnected to any known network interface of the second nodeis;a data field foridentifying a currently preferred channel for transmissiondata to the second node;a data field for recordinga last time a channel was selected;a data fieldfor aRecord a recent time to which a message is either tothe second node has been sent or received by it; andoneData field fora saving of times associated with unconfirmed messagesare.
    [23]
    Der computerlesbare Datenträger aus Anspruch 22, wobeidas Datenfeld fürein Identifizieren des zweiten Knotens eines aus (a) einer Internetprotokolladresse,(b) einer Medienzugangskontrolladresse oder (c) einem DNS-Namen speichert.The computer-readable medium of claim 22, whereinthe data field foridentifying the second node of one of (a) an internet protocol address,(b) stores a media access control address or (c) a DNS name.
    [24]
    Der computerlesbare Datenträger aus Anspruch 22, wobeidas Datenfeld fürein Speichern einer physikalischen Adresse, die mit jeder bekanntenNetzwerkschnittstelle des zweiten Knotens verbunden ist, eine Medienzugangskontrolladressespeichert.The computer-readable medium of claim 22, whereinthe data field forstoring a physical address associated with each knownNetwork interface of the second node is connected, a media access control addressstores.
    [25]
    Ein Gerätfür einAnwenden als Knoten in einem drahtlosen Netzwerk, umfassend: eineVielzahl von drahtlosen Netzwerkschnittstellenkarten; eineNetzwerkprotokollstapelung, die eine Vielzahl von Schichten umfasst;und eine virtuelle Schicht innerhalb der Netzwerkprotokollstapelungund oberhalb der Vielzahl von drahtlosen Netzwerkschnittstellenkarten,wobei die virtuelle Schicht höherenSchichten in der Netzwerkprotokollstapelung eine einzige Netzwerkschnittstelledarstellt.A machinefor aApply as a node in a wireless network, including:aVariety of wireless network interface cards;aNetwork protocol stacking comprising a plurality of layers;anda virtual layer within the network protocol stackand above the plurality of wireless network interface cards,where the virtual layer is higherLayers in the network protocol stack a single network interfacerepresents.
    [26]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei die drahtlosen NetzwerkschnittstellenkartenFunksendeempfänger umfassen,die auf orthogonale Frequenzkanäleeinstellbar sind.The deviceof claim 25, wherein the wireless network interface cardsInclude radio transceivers,on orthogonal frequency channelsare adjustable.
    [27]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei das Gerätbenutzt werden kann, um Daten von einem ersten drahtlosen Netzwerkknotenan einen zweiten drahtlosen Netzwerkknoten weiterzuleiten.The deviceof claim 25, wherein the devicecan be used to get data from a first wireless network nodeto forward to a second wireless network node.
    [28]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei die virtuelle Schicht als Sicherungsschichtprotokollimplementiert ist.The deviceof claim 25, wherein the virtual layer is a link layer protocolis implemented.
    [29]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei die virtuelle Schicht unterhalb einer Netzwerkschichtder Netzwerkprotokollstapelung untergebracht ist.The deviceof claim 25, wherein the virtual layer is below a network layerthe network protocol stack is housed.
    [30]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei eine oder mehrere drahtlose Netzwerkschnittstellenkartenkonform mit dem IEEE-Standard 802.11 sind.The deviceof claim 25, wherein one or more wireless network interface cardscompliant with the IEEE 802.11 standard.
    [31]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei eine oder mehrere drahtlose Netzwerkschnittstellenkartenkonform mit dem IEEE-Standard 802.11b sind.The deviceof claim 25, wherein one or more wireless network interface cardscompliant with the IEEE 802.11b standard.
    [32]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei eine oder mehrere drahtlose Netzwerkschnittstellenkartenkonform mit dem IEEE-Standard 802.11a sind.The deviceof claim 25, wherein one or more wireless network interface cardscompliant with the IEEE 802.11a standard.
    [33]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei eine oder mehrere drahtlose Schnittstellenkartenkonform mit dem IEEE-Standard 802.11g sind.The deviceof claim 25, wherein one or more wireless interface cardscompliant with the IEEE 802.11g standard.
    [34]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei das Gerätals ein Knoten in jedem beliebigen aus einem Mehrfachetappennetzwerk,einem Ad-Hoc-Netzwerk, einem Infrastrukturnetzwerk, einem drahtlosenMaschennetzwerk oder einem drahtlosen Community-Netzwerk anwendbarist.The deviceof claim 25, wherein the deviceas a node in any one of a multi-tab network,an ad hoc network, an infrastructure network, a wirelessMesh network or a wireless community networkis.
    [35]
    Das Gerätaus Anspruch 34, wobei das Gerätals Maschen-Router anwendbar ist.The devicefrom claim 34, wherein the deviceis applicable as a mesh router.
    [36]
    Das Gerätaus Anspruch 25, wobei das Gerätals ein Knoten in einem drahtlosen Netzwerk anwendbar ist, das miteinem zweiten Netzwerk verknüpftist.The deviceof claim 25, wherein the deviceis applicable as a node in a wireless network usinglinked to a second networkis.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-04-21| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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