CN101517932B

CN101517932B - 用于多无线电多跳无线网状网络的多信道分配方法

Info

Publication number: CN101517932B
Application number: CN200780034742.4A
Authority: CN
Inventors: 若尔热塔·耶特切瓦; 西瓦库马尔·凯拉斯; 萨钦·卡诺迪亚; 莫汉·纳塔拉詹
Original assignee: Firetide Inc
Current assignee: Firetide Inc
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: US9686792B2; US20150201415A1; CA2663135A1; US8824380B2; CN101517932A; TW200828873A; GB0905686D0; GB2455939B; CA2663135C; US20090175238A1; TWI355167B; WO2008036756A3; GB2455939A; WO2008036756A2

Abstract

本发明描述了用于在具有两个或更多的无线电的节点并仅有少量信道可用的多跳网状网络中自动地确定准静态每个链路信道分配的技术。方法向在网络中的所有节点的无线电优化地分配信道，以实现在链路之间的最低干扰和最高的可能带宽。

Description

用于多无线电多跳无线网状网络的多信道分配方法

技术领域

需要多无线电(multi-radio)网状网络的进步，以提供性能、效率、以及实用性方面的改进。

背景技术

对于所有的目的，文中引用的(如果有的话)包括专利、专利申请、以及公开在内的所有参考，其全部内容结合于此作参考，无论是否具体结合了其全部内容。

由于多无线电网状网络具有比单一无线电网络更高的潜在运输能力，所以多无线电网络在商业配置中变得日益受欢迎。可以将网状节点的每个无线接口(或无线电(radio))调谐至不同信道并且可以与该节点的其它无线接口并行使用。在理想情况下，含N个无线接口的节点将具有含单一无线接口的节点的N倍容量。当含单一无线电(radio)的节点的网络与含N个无线电的节点的相同网络相比较时，由于信道分配减少了邻近链路之间的干扰和多跳衰减，第二个网络的容量可以在第一个网络的容量上增加N倍还多。

网状网络趋于具有稠拓扑，这是为了增加它们的冗余。当节点失败时，通过备用转发路径的使用，这能够实现快速恢复。然而，拓扑的密度增加了网络中的干扰，尤其当少量无线电和信道可用时，造成最佳信道分配困难。

为了完成网状网络中的信道分配，我们可以仅选择N个信道并且将每个信道分配至每个节点的N个无线电。然而，这种信道分配没有尝试减少网络中的无线干扰或者更进一步改善性能，而由于多无线电节点的存在，这是可能的。无线环境中的干扰比无线装置的传输范围跨越了更大的距离(通常假设干扰范围为标称传输范围的两倍)并且结果，为了达到链路上的最大通过量，在该链路的干扰范围内的所有节点(通常假设为2次无线跳跃离开的节点)应该被配置至与链路上的信道不同的信道。

发明内容

大纲

可以以多种方式实现本发明，包括：像过程、制造品、装置、***、物质组成、以及诸如计算机可读存储介质的计算机可读介质或在光学或电子通讯链路上传送程序指令的计算机网络。在该说明书中，这些实现方法或本发明可以采取的任意其它形式可以被称作技术。通常，在本发明的范围内可以改变所公开的过程的操作顺序。具体实施方式提供了本发明的一个或多个能在上面确定的领域中实现有用的性能、效率和实用性方面的改进的实施例的说明。具体实施方式包括说明书以便于更快速地理解详细描述的剩余部分。说明书可以包括根据文中所讲授的概念精炼地总结了说明性的***和方法的实例结合。如在结论中更详细讨论的，本发明包括在所发布的权利要求范围内的所有可能的修改和变形。

附图说明

图1示出了结构树，其中，每个节点具有至根的一条路径；根是所有与它直接连接的节点的父节点，而它们是它的子节点。

图2示出了信道部过程。

图3示出了信道选择的实例。

具体实施方式

下文中，连同示出本发明的原理的附图一起提供了本发明的一个或多个实施例的详细描述；连同实施例描述了本发明。

导言

包括本导言只为了便于更快速地理解具体实施方式；因为任何导言的段落必然是整个主题的简要认识并且不意味着是详尽的或限定的描述，所以本发明不受限于导言中所提出的概念(如果有的话，包括明确的实例)。例如，以下导言仅向某些实施例提供了受限于空间和组织的综述信息。存在多个其它实施例，包括将贯穿导言的平衡最终提取、讨论权利要求的实施例。

术语

在文中其它部分的术语被用于描述所选元件以及不同实施例和实施方面。在紧随的段落中提供了所选术语的用法实例。然而，应该在整篇说明书的上下文中解释术语，而不是孤立地解释。此外，因为通常组件或过程可以具有多种特性或功能，术语没有必要相互排斥并且多个术语可以潜在地应用于给定的组件或过程，尤其是从不同观点考虑时。除非是公开的或众所周知的清楚地确定，否则文中提到的技术和概念(包括用于上下文的术语定义，或比较目的)不应该被认为是这种技术和概念已经预先公开的标志或先有技术的其它部分。

节点：节点的实例为电子装置。

数据包：数据包的实例为节点彼此之间传送细分成为数据包的信息。

链路：链路的实例为彼此通信的两个(或多个)节点的容量的概念表述。链路可以是有线的(通过诸如电子或光学的相互连接等用于运载信息的物理介质连接节点)或无线的(在物理介质的情况下连接节点，例如，通过无线电技术)。

路径/路线：路径/路线的实例为一个或多个的链路的序列。

路径度量：路径度量的实例是反映期望路径的数量。例如，链路的数量，例如，路径的跳跃计数是一种可能的度量。具有较低跳跃计数的路径优于具有较高跳跃记数的路径。优点包括较少的资源使用(由于转发减少)和较小的丢失数据包的可能性(由于在数据包到达各个目的地之前，丢失机率较小)。

最佳路径：根据预定标准，最佳路径的实例是当数据包穿过(顺序地)时导致了从源至目的地的高效移动的节点的顺序表。由于参数和操作条件随时间改变，所以任意最佳路径也是“已知”最佳路径；例如，基于标准在特定时间点评估的最佳路径，并且在不同时间点不同的最佳路径可以是可用的。最佳路径也可以根据参照负责确定最佳路径的路由协议所测量的一个或多个度量被认为是“近似最佳”。

网络：网络的实例为能够经由有线或无线链路的任意组合而彼此通信的一组节点。

网状网络：网状网络的实例为自组织成为多跳网络的一组节点。在一些使用情况下，网状网络具有有限的资源(例如，可用带宽、可用计算能力、以及可用能量)。

多网状网络：多网状网络的实例是一组看起来像来自由多网状网络提供的资源用户透视图的单一网络一样工作的相互连接的网格。

共享接入网络：共享接入网络的实例为这种在网络中由任意节点发送的数据包被所有其它节点串音的网络。这种网络实现的实例是802.3 LAN。

入口网格：入口网格的实例为数据包进入多网格的网格。

出口网格：出口网格的实例为数据包退出(或离开)多网格的网格。

入口网格节点：入口网格节点的实例为数据包进入网格的节点；例如，将来自非网状链路的数据包转发至网状链路/网络上的节点。

出口网格节点：出口网格节点的实例为数据包退出网格的节点；例如，将来自网状链路的数据包转发至非网状链路/网络上的节点。

网格桥(节点)：网格桥的实例为每次同时参加多于一个网状网络的节点；例如，节点同时连接到至少两个网状网络。桥节点使在第一网格(或者部分第一网格)上所连接的节点能够与在第二网格上(或者部分第二网格)所连接的节点进行通信。

(网格)桥链路：网格桥链路的实例为在用于两个网格之间前向传输的两个桥节点(每个连接至各自的网格)之间的链路。

入口桥节点：入口桥节点的实例为数据包退出(或离开)入口网格的网格桥。

出口桥节点：出口桥节点的实例为数据包进入出口网格的网格桥。

网格入口：网格入口的实例为作为网状网络的一部分并且还连接至另一个(共享接入)网络的节点。网格入口使连接至网格或作为网格的一部分的节点能够与作为共享接入网的一部分或者可以通过共享接入网到达的节点进行通信。在一些实施例中，网状网络在外部网络看起来像透明的层2传输，即，在一个入口处注入网格的数据包在未修改的另一入口处退出网格。

入口网格入口：入口网格入口为数据包进入网格的入口，例如，将来自非网状链路/网络的数据包转发至网状链接/网络上的入口。

出口网格入口：外出网格入口的实例为数据包退出网格的入口，例如，将来自网状链路/网络的数据包转发至非网状链接/网络上的入口。

有线网格入口(wired mesh portal)：大多数传输信息通过一个(一组)(有线)网格入口进入并且退出网络。在网状网络中的大多数传输信息趋于在网状节点中的一个和有线网格入口之间。

网状客户接口：网状客户接口的实例为用于连接至客户装置的接口(为网状网络的部分节点)。

网状网络网关接口(网状NGI)：网状NGI的实例是作为网状网络的一部分(例如，具有配置为网状网络一部分的接口)并且还连接至另一网络(例如，具有配置在其它网络上的界面)的节点。网状NGI使连接至网状网络或者作为网状网络的一部分的节点能够与作为共享接入网的一部分或者可以通过共享接入网到达的节点进行通信。在一些实施例中，网状网络在外部网络看起来像透明的层2传输：在一个NGI处注入网格的数据包在未修改的另一NGI或客户接口处退出网格。

入口网格接口：入口网格接口的实例是数据包进入网格的接口，例如，将来自非网状链路的数据包转发至网状链路/网络上的接口。

出口网格接口：外出网格接口的实例是数据包退出网格的接口，例如，将来自网状链接的数据包转发至非网状链接/网络上的接口。

单播：单播的实例为两个节点之间的通信。

广播：广播的实例为要从一个节点到达多个节点的通信。在某些使用情况下，多个节点包括在网络上的所有节点。在某些情况下中，广播不可以到达所有计划节点(例如，由于数据包丢失)。

流量：流量的实例是由节点发送的由接收广播的每个节点依次转播的广播，从而潜在的到达了网络中的所有节点。

路由协议：路由协议的实例是在网状网络中的每个节点上实现的一套机制，其中，该机制用于发现网络相关的信息并且使网络上的每个节点能与网络中的其它节点进行通信，即使当另一些节点是远离各自的节点多个跳跃时。

路径叠加：路径叠加的实例是当每个节点转发数据包时，将其各自的地址添加至数据包。

非降级路径：不包括任何链路的路径使用彼此足够近的相同信道进行干扰，从而具有沿着路径没有容量减少的干扰。

临近节点与接口的分配：当节点具有多个接口并且可以通过一个以上的接口到达的一个或多个它的邻近节点时，因为节点可能没有必要保持通过所有可能接口至邻近节点的能到达性，所以我们可能只能确定它们从哪个接口是可达的。

我们可互换地使用术语“无线电”和“无线接口”。

信道分配思路

文中讲授了在多无线电多跳网状网络中用于为每个无线电自动确定准静态每个链路信道分配的方法。为了理解该方法，我们首先提出以下有关这种网络中信道分配的思路和约束：

1)对相同信道或干扰的邻近信道没有留下未分配的无线电并且没有分配无线电通常是有利的，因为那样的话它们会削弱彼此的性能。

2)以一种方式而不是随机地向无线接口分配信道通常是有利的。分配信道使得网络保持连接通常更有利。例如，如果节点A和节点B在无线接口I_A1和I_B1上分别是可达的，那么I_A1和I_B1应该分配相同的信道，使得节点A和节点B保持彼此连接。假设，当所有的接口被调谐至相同的信道时，即使节点使用其若干接口具有到达彼此的能力，也足以仅沿着单一的一对接口(无线或有线)保持一对节点之间的连通性。

3)每个节点可以在需要无线连接的网格中具有多个邻近节点，但是它可以具有比邻近节点少的无线接口。这表示一个或多个的无线电被用于均与多于一个的其它节点进行通信通常是有利的，从而将在若干节点之间共享某些无线电上的带宽。这不仅减少了可完成的带宽，而且造成了额外的挑战：现在，信道分配方法需要考虑向节点的哪个无线接口分配哪个邻近节点，使得它可以达到最佳性能。我们称该问题为“邻近节点到接口的分配问题”。

4)考虑在每个链路的几个跳跃内的干扰对于信道分配通常是有利的，使得沿着路径发送的传输信息与自身没有干扰，即，多跳路径应该是非降级的。

5)存在明显增加信道分配问题的复杂性的附加应用限制：

a)部分地由于成本原因以及部分地因为由于政府规定所导致的信道数量有限，所以通常无线电的数量限于2个或3个。鉴于少量的可用信道，因为当存在分配每个节点的多个无线电时，信道分配方法将被迫更经常地重复信道，所以每个节点具有较多无线电将仅增加穿过网络的干扰。

b)链路可以具有不同度量，所以分配具有影响给定节点基于哪个链路被用于与每个邻近节点进行通信，以及哪个链路经历比其它链路更多的干扰(由于在干扰范围内信道的重复)获得多少带宽的能力。

c)在实际配置中，不同节点可以具有不同数量的无线电，所以该方法需要对其进行考虑。

(6)信道分配问题的解决方法需要计算可行性。否则，在真实***中实施是不实际的。

鉴于上述考虑，我们的方法至少部分地基于选择哪个链路将经历比其它链路更多的干扰最优化了总信道分配。在选择干扰链路分配中，我们使总信道分配存在以下偏见：

a)我们尝试沿着从每个节点朝向用于网状运输的进入和退出的主点(例如，有线网格入口)的路径，或者至少沿着从每个节点朝向有线网格入口的最佳路径创建非干扰分配(或非降级)。当多个入口存在时，至少在某些实施例中，我们将它们作为一个虚拟入口处理。我们将入口或虚拟入口称作分配的根。

b)对于信道分配的目的，我们概念地减少网状网络拓扑，使得拓扑在网络中仍然保持重要的连通性和快速失效转移恢复，但是这样的拓扑减少使我们能够产生导致更高容量的分配。

信道分配方法概述

用于无线多无线电多跳网状网络的输出信道分配方法能以一种它最具有挑战性的形式提出信道分配问题：具有两个以上的无线电的节点的多无线电网状网络，并且仅少量信道在网络中是可用的。由于这是最具有挑战性的情况，所以首先，我们将在上下文中描述两个无线电的解决方法，然后描述当存在两个以上的无线电时，怎样进行分配。我们假设网络可以具有任意尺寸和密度(每个节点的邻近节点数)。为了说明目的，我们假设分别是4个链路的节点可以重复沿着路径的信道，即，沿着节点的链，第5个链路可以具有与第1个链路相同的信道分配，而与其没有干扰。这与现有无线配置的干扰特征匹配。

下文中，我们描述了方法的集中版本。在其它实施例中，以分配方式计算分配。我们把计算集中分配的机器作为多信道控制器(MCC)。每当计算分配时，将它应用于网络，使网络节点调谐至为它们计算的信道。

下文中，进一步更具体地描述了，说明性实施例的信道分配方法具有以下4个阶段：

第1阶段：拓扑发现。在我们进行信道分配之前，我们发现网格的拓扑及其特性。具体而言，我们希望知道每个节点连接至哪些节点和这些邻近节点的链路特征。

第2阶段：拓扑减少。一旦我们发现了拓扑和拓扑中的链路特征时，我们以较好的立场确定哪些链路和路径比其它的更重要以及拓扑的哪部分值得保留。在拓扑减少阶段，尝试从拓扑中消除对于连通性不必要的某些链路，在这种消除链路中减少了有益于得到具有较少干扰并且可能没有干扰的分配的网络密度。

第3阶段：拓扑平衡。由于即使当节点的无线电被调谐至相同的信道时两个节点可以彼此到达，但如果它们的无线电被调谐至不同信道，节点将不能彼此到达，因此信道分配给了我们拓扑上的控制。从而我们可以利用分配控制拓扑，以从中选取最大容量。具体而言，在拓扑平衡阶段，当每个节点可以连接至拓扑中多个位置的时，为了更加均匀地分配穿过网络的潜在传输信息，我们选择性地进行关于每个节点应该连接至拓扑中何处选择。

第4阶段：信道选择。在这个阶段，我们为网络中的每个链路执行信道选择，使得我们设法具有在网络中根和每个节点之间的至少一个非降级路径。其次，我们设法尽可能多地减少邻近路径之间的干扰。

这个信道分配方法创建了每个节点和根之间(例如，(虚拟)有线入口)的非干扰路径，并且减少了在邻近/并行路径之间的干扰，平衡了在节点中的网络容量并平衡了在网络中的期望负载，以及全面的最大化性能。我们的方法即在具有全向天线的网络中起作用，又在具有定向天线的网络中起作用。

我们的方法执行拓扑减少和平衡以在频道选择之前最优化拓扑。拓扑减少是唯一的，因为它和多无线电节点一同起作用并且基于网络测量选择从每个节点至根的最佳路径，并且对于具有全向天线和定向天线的网络起作用。拓扑平衡是唯一的，因为它同时使用了网络中链路的测量性能和算入的期望负载，负载计算基于具体度量，这并入了每个节点的附属节点的数量。

信道选择本身不仅考虑了拓扑中的虚拟链路(如果它们的端点在相同的信道上，则链路将存在)而且考虑了拓扑中的物理链路并且除向每个节点提供非降级路径之外，还设法挑选在网络中最小化干扰的信道。

在一些实施例中，实现了唯一的信道分配方法恢复机制，其中，每个节点记录了它的可以在其它信道上的潜在可达的邻近节点(例如，每当计算分配时，MCC适合发送这个信息)，并且当发生断路时，节点适合于立即转换至这些邻近节点中的一个的信道(例如，向根提供最佳连通性的一个邻近节点)并且重新连接至网络。

在一些实施例中，多跳路由信息用于确定选择哪个节点作为至根的父节点。在没有及时传播根的连通性信息的情况下，仅使用1次跳跃链路级信息(而不是多跳路由信息)可以导致拓扑中回路的形成，拓扑中一些节点彼此连接，但是在没有以适时的方式传播关于与根的连通性的信息的情况下没有连接至根，这是网络中尤其是在无线网络中可能出现的情况，因为有更多的数据包丢失。

实例结合

在结束详细描述的说明书中，下面是说明性实施例的汇集，包括至少一些明确列举为“ECs”(实例结合)，根据文中所讲授的概念以稍微非正式和简洁的格式提供补充描述以强调各种实施例的类型；这些实例不意味着是相互排斥的、详尽的、或者限制性的；以及本发明不限于这些强调的实施例而是在权利要求的范围内包括所有可能的修改和变形。

EC1)在多无线电多跳网状网络中为每个无线电确定信道分配的方法，由节点和在节点之间的无线电-无线电链路构成的网络，方法包括：

确定网络的拓扑；

减少网络拓扑；

平衡网络拓扑；以及

为每个无线电选择信道。

EC2)EC1所述的方法，进一步包括：

测量网络的预定属性；以及

其中，所述减少包括至少部分地基于网络测量选择从每个节点至根的最佳路径。

EC3)EC1所述的方法，进一步包括：

测量每个链路的性能；

计算在每个链路上的期望负载；以及

其中，所述平衡至少部分地基于每个链接的测量性能和每个链路上的期望负载。

EC4)EC3所述的方法，其中，负载计算至少部分地基于每个节点的附属节点的数量。

EC5)EC1所述的方法，其中，所述选择设法挑选在网络中最小化干扰的信道。

EC6)EC1所述的方法，其中，所述选择设法为每个节点提供非降级路径。

EC7)EC1所述的方法，其中，所述选择至少部分基于拓扑中的虚拟链路和物理链路。

EC8)EC1所述的方法，进一步包括：

通过每个节点记录可以在其它信道上的潜在可达的邻近节点。

EC9)EC8所述的方法，进一步包括：

当节点从网络断开时，通过转换至先前记录的邻近节点中的一个的信道将节点重新连接至网络。

EC10)EC8所述的方法，进一步包括：

当节点从网络断开时，通过转换至先前记录的邻近节点的信道，将节点重新连接至网络，先前记录的邻近节点提供至有线入口的最佳连通性。

EC11)EC9所述的方法，其中，转换是即时的。

EC12)EC1的方法，其中，网络使用全向天线。

EC13)EC1所述的方法，其中，网络使用定向天线。

EC14)EC1所述的方法，其中，所述选择尝试沿着从每个节点朝向有线网格入口的最佳路径创建非干扰分配。

EC15)EC1所述的方法，其中，所述选择尝试沿着从每个节点朝向虚拟入口的最佳路径创建非干扰分配，虚拟入口概念性地表示多个有线网格入口。

EC16)计算机可读介质，其中存储有一系列指令，当通过处理装置执行该指令时，使得该处理装置执行程序，包括：

确定多无线电多跳网状网络的拓扑，网络由节点以及节点之间的无线电-无线电链路构成；

减少网络拓扑；

平衡网络拓扑；以及

为每个无线电选择信道分配。

EC17)EC16所述的计算机可读介质，其中，由多信道控制器以集中方式执行确定、减少、平衡、以及选择。

EC18)EC17所述的计算机可读介质，所述程序进一步包括分配信道分配的多信道控制器。

(EC19)EC17所述的计算机可读介质，所述程序进一步包括向每个节点分配节点具体信息的多信道控制器，节点具体信息包括邻近节点和信道的列表。

EC20)EC17所述的计算机可读介质，所述程序还包括从有关父节点改变的节点接收通知的多信道控制器。

EC21)EC16所述的计算机可读介质，其中，由至少某些节点以分配方式执行确定、减少、平衡、以及选择。

EC22)EC16所述的计算机可读介质，其中，所述选择尝试沿着从每个节点朝向有线网格入口的最佳路径创建非干扰分配。

EC23)EC16所述的计算机可读介质，其中，所述选择尝试沿着从每个节点朝向虚拟入口的最佳路径创建非干扰分配，虚拟入口概念性地表示多个有线网格入口。

EC24)多信道控制器，包括：

用于确定多无线电多跳网状网络的拓扑的装置，该网络由节点和在节点之间的无线电-无线电链路构成；

用于减少网络拓扑的装置；

用于平衡网络拓扑的装置；以及

用于为每个无线电选择信道分配的装置。

EC25)EC24所述的多信道控制器，其中，多信道控制器为网状网络的节点中的一个节点。

具体实施例

第1阶段：拓扑发现

首先，我们指定网格连接至有线基础设施所穿过的有线网格入口作为拓扑发现和信道分配的根。无论何时在相同的有线网络上存在多个有线入口，分配的根是物理有线入口经直接链路虚拟地连接到的虚拟入口。这些链路可以被信道分配方法忽略。图3示出了具有多个有线入口的网状网络。

在一些实施例中，根通过首先发现它的邻近节点来发现拓扑，然后，每个邻近节点发现它自己的邻近节点等等。在执行这种发现过程中，所有的节点被配置为在相同的信道上具有它们所有的无线接口。在这种最初发现之后，在一些实施例中，选择性地测量每个链路的各种性能并且向根汇报。选择性地汇报的链路的性能至少包括：链路带宽、损耗、以及信号长度中的一个。我们将称链路全面测量的性能为链路度量。在一些实施例中，测量使用沿着链路的双向传输信息。为了将链路之间的干扰效应与测量隔绝，当测量链路的度量时，在其它链路上的相同信道上没有传输信息是有益的。为了增加测量独立于外部干扰的可能性，在一些实施例中，每次测量是沿着多个信道选择性地重复的并且是汇报的最佳度量。在这些测量期间，在一些实施例中，我们记录什么信道在网络的确定区域中经历来自外部源的干扰，并且在选择信道时，对其进行考虑。

为了测量彼此不干扰，必须一个接一个地执行链路测量，或者并行地但是在非干扰信道上执行。在一些实施例中，为了保证一次仅测量一个链路，我们在网络上使用深度优先搜索(DFS)遍历。

为了避免任意两个或多个测量链路之间的干扰，DFS遍历可配置为在多个节点处同时开始并且具有每个起始点所用的一组独立信道。

在该阶段结束时，我们获得网络中的所有链路的度量。

第2阶段：拓扑减少

在至少若干2-无线接口的实施例中，在直接路径上的每个节点处，一个无线接口用于与路径上的在先节点进行通信，并且其它无线接口用于与路径上的在后节点进行通信。当节点使用相同的无线接口沿着链路与路径中在它之前或之后的节点进行通信时，该方法避免了沿着所创建路径的多跳降级。

我们采用图论树，其中，树在分配的根处(例如，(虚拟)有线入口)生根并且每个节点使用一个无线接口以连接至朝向根的父节点，并使用另一个无线接口以允许其它节点(其子节点)连接至它并通过它实现与根的连通性。图1示出了每个节点具有至根的一条路径的树。根是所有直接连接至它的节点的父节点，并且它们是它的子节点。这些节点依次作为直接连接至它们的节点的父节点。通过尝试保持至根的单一路线，该阶段通常导致网络的物理拓扑的减少。至少在若干节点处具有3个或更多可用无线电的实施例中，我们的方法尝试为根提供多个路线。至少在一些其它实施例中，没有进行这种尝试，但是我们的方法没有排除存在至根的多个路线。

下文是由在拓扑发现阶段期间发现的拓扑生成树的操作：

基于在拓扑发现阶段期间的测量链路度量性质，计算从分配的根到网络中每个节点的最佳路径度量。

在该阶段，我们还进行接口到邻近节点的分配(使得通过尽可能少的其它(子)节点使用用于与父节点通信的接口；当存在定向天线时，不能总是避免同时为节点的父节点和它的一些子节点使用相同的无线接口)。

路径度量作为在至根的路径上的最小/瓶颈链路度量(我们假设没有降级，因为这是有希望在完成分配之后将获得的)被计算，连同最低无线跳跃计数和最低总跳跃计数(以区分无线和有线跳跃)。依靠含1个无线接口的节点连接至根的节点或者经由其根的无线接口(由于定向天线的限制)连接至父节点的节点，计算1-无线接口节点的链路带宽为至该节点以及从该节点至它的以前跳跃的平均带宽的一半。

在一些实施例中，由于计算度量，每个节点保存(save)了它具有的至根的顶部2个父节点。

在一些实施例中，通过少许修改Dijstra来执行上述计算。

在该阶段结束时，对于每个节点，我们知道它的至分配根的最佳度量，和朝着根的它的两个最佳的下一跳跃(父节点)。

第3阶段：拓扑平衡

在拓扑平衡阶段，尝试修改在拓扑减少阶段所建的树，使得树变得更加平衡。这表示的是我们希望修改树，使得沿着树分配至/从根的传输信息以最大化整体的性能。为了那样做，一些节点可能不得不改变他们原父节点，因为那样可能不会产生最佳传输信息的分配。一旦完成信道分配，向不同路径分配不同信道事实上意味着向不同父节点分配不同节点，有效地隔绝了它们彼此之间的干扰。(注意，如果没有足够的信道来向每个路径分配不同节点，则可能没有必要在所有情况下保持)。这里下面的假设是我们希望在单个节点的性能上最优化网络性能，并且每个节点可能产生相同的通信量。当确定向每个父节点分配哪个节点时，通常我们计算每个节点的权值作为其子节点和派生节点的节点数量。一旦网络已经暂时运作并且我们知道通过网络的传输信息平均流量，如果执行信道分配，则我们还获得了有关可用于平衡选择使用的单个链路的负载的数据。

为了考虑依靠每个节点以到达根(每个节点的权值)的节点的数量，(从叶至根)颠倒执行平衡。无论什么时候可能，为了尽可能更加平均地分配带宽需求，我们在它们可能的父节点之间平衡子节点。

使用各种试探法来实现若干拓扑平衡的实施例。在其它实施例中，拓扑平衡包括以下逻辑操作：

找到没有未处理的派生节点的所有节点并且将它们放在集合C中。

创建具有集合C中的节点的所有父节点的集合P。通过搜索在C中的节点的邻近节点列表并且找到比在当前考虑的集合C中的节点具有至根的更好度量的所有邻近节点来构造集合P，但是仅考虑在P的子接口和C的根/父面向接口之间的父连接(这里，由于我们不想改变至邻近节点分配的接口)。

对于在P中的每个节点，创建集合D，该集合D包括为朝向根的最佳下一跳跃的C中的所有节点。由于节点具有两个用于连接至根的可用接口，所以向节点的顶部两个父节点(而不是刚好顶部一个)的D集合分配在拓扑中的叶节点。

对于在集合P中的每个节点，度量实例如下：

计算其权值W＝子权值的和(来自集合D)；(因为叶节点均具有两个父节点，所以叶节点具有0.5的权值)。

通过以上计算的权值将其度量划分至根，以为父节点获得每个派生节点的平均带宽(ABD)。

在集合P和C的子集中用于的父节点的可能子分配中，保存在所有父节点上得到最佳度量的一个，例如，穿越所有的父节点的最佳平均(average)ABD，或穿越所有父节点的最佳平均(mean)ABD、或者选择的最佳其它他度量。在一些实施例中，根据在节点中的公平性和总性能之间的预先权衡，至少有时使用平衡的不同测量。

在该点处，向在集合C中的所有节点分配了父节点。

返回至第一拓扑平衡操作。

如果作为拓扑平衡阶段的结果，节点原父节点不再是其原父节点，那么将其第二父节点设置为前原父节点。

第4阶段：信道选择

在信道选择阶段，，方法为在拓扑平衡阶段之后产生的拓扑计算分配。在计算该分配中，尝试获得从根至每个节点的非降级路径(即，没有干扰的分配)，并且如果可能，对于邻近路径，彼此不干扰。可以将该分配看作特定节点(根)的开始，并且从此散开。

注意，分配需要考虑向相同节点的两个接口分配什么接口是可以的-某些结合导致干扰并且不应该被使用。向节点的所有的子节点分配相同的信道，除了如果节点是根并且该根是含两个无线接口的物理节点，在这种情况下向其无线接口中的一个分配根的一些子节点并且向其其它无线接口分配其它节点。

一旦计算分配，每个节点信道分配和朝向物理拓扑中的根(有利于失败的恢复)的所有其潜在父节点的信道分配，连同沿着接口可到达它们的接口与每个节点进行通信。

如果仅2个信道是可用的，例如，C1和C2，则当远离根时以交变序列分配信道(如果根是虚拟有线入口，则1次跳跃远离根)。

结合图2和图3，我们现在将为有两个以上信道可用于分配的情况描述说明信道选择过程。

1.计算长度为4的信道列表，例如，C1-C4。该列表是用于从根分配第一路径的有效信道列表。

2.沿着根的第一子节点进行DFS(如果根是虚拟的，则略过第一跳跃)并且向有效信道列表中的信道分配每个节点，对于第一节点从C1开始，然后对于第二节点移动至C2上，等等。

3.如果从根返回至节点小于4次跳跃，则根据有效信道列表中接下来的信道分配第一链路(即，与节点的以前的子节点相同)，除非我们已经返回至根。在一些实施例中，当DFS遍历返回时，如果我们已经返回至根，则我们计算新信道列表，除非根的无线接口已经被全部分配。这这种情况下，我们根据DFS遍历移至紧接的节点。然后，

a.如果要分配的下一个节点远离根仍然小于4次跳跃(或者当根为虚根时，离根的子节点)，那么找出向什么信道分配了其邻近节点(根据原始/物理拓扑的邻近节点)，并且，所有其派生节点的邻近节点将其执行到底以从根跳跃4次。这些是干扰或冲突信道。

b.提出向接下来的几个节点分配的列表达到跳跃4次，使得如果可能的话，分配是非降级的并且分配信道与邻近分配不干扰。如果不可能，让干扰链路分配尽可能远离根，并且为了达到可能的最佳冗余，与并行链路重叠分配，即，分配重叠的节点具有至根的良好备用路径的临时通路。总的说来，在生成分配中，尝试尽可能不同；但是当不可能选择时，那么不同越多，就越邻近根；并且当重叠不可避免时，重叠使得达到最有益的冗余。

c.如果以性能为代价强烈期望冗余，则分配提供每个节点在分配中可以到达其第二父节点是有利的。为了这样做，当计算有效信道列表时，我们首先沿着路径向信道分配每个节点，该信道是将每个节点连接至将每个节点看作它们的第二父节点的所有邻近节点所需要的。然后，有效信道列表计算分配未分配的节点(一些节点作为上述第二父节点的结果被分配)。这不能保证所有节点将能到达它们的第二父节点，但是大大地提高了网络的冗余性(通过以性能为代价)因为该分配被迫结合了更多干扰。

d.在信道计算中，在一些实施例中，我们还考虑什么信道最小可能遭受外部干扰(如在拓扑发现阶段所计算的)。

4.第一4次跳跃的新分配沿着自根的该路径变成用于其余分配的有效信道列表。

5.由于除非信道以相同的序列重复，否则路径将经历多跳降级，所以如果分配仅具有4个有效信道，则在第一4次跳跃之后，有效信道列表没有改变通常是有利的。

6.在有效信道列表计算期间以及当我们对比4次跳跃更远的跳跃分配信道时，为没有以2个无线接口结束的叶节点提供相同分配的方法也是有利的。

7.具体情况：如果节点不具有任何派生节点，则将其树无线接口设置到其第二最佳父节点的信道(如在接口分配的邻近节点和根的度量期间计算的)或者如果没有其它邻近节点，则将无线接口设置到通过其原父节点所用的其他信道。

8.在信道选择过程中略过有线网格链路，因为不需要为其分配信道。

注意：如果根据节点的坐标存储节点，则因为将从左至右进行存储并且路径将仅在一侧(左侧)有限制，所以我们得到更加优化的分配。另外，DFS遍历配置为以基于哪条路径是更重要的(即，承载较高负载)顺序从根的处理路径，以达到更多不限定的分配。

附加机制

多于2个的无线电：在一些实施例中，在节点处具有3个可用的无线电，该节点使用一个无线电以连接至第二父节点。如果多于3个无线电是可用的，则在一些实施例中，附加无线电用于增加与根的连通性并且也用于通过在节点的可用子接口之间划分子节点来向下游子节点提供更多的连通性。

失败处理：当节点丢失至根的其父节点的连接时，其在相同信道上检查新的父节点，如果不能找到一个父节点，那么其在不同信道上寻找新的父节点(在信道分配处理期间，基于从MCC所接收的邻近节点和信道的其列表)。具有新父节点的节点通知再分配的MCC。然后，用户可以选择以后再优化。最好在***不在使用中时进行再次优化，以避免破坏网络服务。

在一些实施例中，多跳路由信息被用于确定选择哪个节点作为至根的父节点。在没有及时传播根的连通性信息的情况下，仅使用1次跳跃链路级信息(而不是多跳路由信息)可以导致拓扑中回路的生成，拓扑中中一些节点彼此连接，但是在没有以适时的方式传播关于与根的连通性的信息的情况下没有连接至根，这是网络中尤其是在无线网络中可能出现的情况，因为有更多的数据包丢失。。

分配操作：在其他实施例中，以分配的方式实现以上所提出的方法。

结论

存在多种实现本发明的方法。充分证实了既不必要、不实用、也不可能详尽地描述本发明的实施例。因此，应当理解上述实施例仅是说明性的，本发明显然不限于文中的实施例，或者不被文中任意或所有的实施例限制，并且本发明包括许多改变、修改以及等同物。

与所教导的相一致并且在所授权专利的权利要求的范围内考虑多种在结构、配置以及使用方面的改变。例如，在每个组成块中通常可以改变相互连接的平行程度或例示(即，尺寸、数量、宽度)和功能单元、时钟脉冲速度、以及所用的技术类型。对相互连接和逻辑给定的名称仅是说明性的，并且不应该解释为限制所教导的概念。通常可以改变流程图顺序、排列和流程图过程、作用、以及功能元件。此外，除非具体规定了相反的事物，否则所规定的值范围、所用的最大和最小值、或者其它详细规格仅是说明性实施例的那些，可以期望跟踪实现技术中的改进和改变，并且不应该解释为限制。

可以使用本领域的普通技术人员已知的功能上等同的技术代替所说明的技术，以实现各种组成、子***、功能、操作、程序和子程序。也可以理解，作为实现附属设计限制的功能和更快处理(有利于将以前硬件中的功能移植到软件中)和更高的集成密度(有利于将以前软件中的功能移植到硬件中)的技术趋势，在硬件(即，通常专用电路)或在软件(即，经由程序控制器或处理器的某种方式)中可以执行多种设计功能方面。

实例改变可以包括(但不限于)：分离偏差；不同的形式因素和构造；不同操作***和其它***软件的使用；不同接口标准、网络协议、或者通信链路的使用；以及当根据具体应用的唯一工程和商业限制实现在文中所教导的概念时，所期望的其它改变。在所有的多个实施例用于说明过程、方法、和/或程序指令特征方面的改变的地方，考虑根据预定的或动态确定的标准执行分别与多个多样的实施例相对应的多个操作模式中的一种的静态和/或动态选择的其它技术实现。

为了提供彻底的理解，通过超出了对所教导的概念的许多方面的最小实现方法要求的范围的细节和上下文环境已经说明了该实施例。变形可以在不改变在剩余元件中的基本协作的情况下省略公开的组件或特征。因此，可以根据权利要求实践本发明，而不是这些特定细节的一些或全部。在可以从先有技术中辨别剩余元件的程度上，省略的组件和特征不仅限于在文中所教导的概念。为了目的清晰，没有详细描述在有关本发明的技术领域中已知的技术材料，所以本发明未必不是模糊的。

在准备正文和附图过程中仅为了方便的原因，在该公开的表述中，进行了某些选择。除非存在相反事物的标志，否则这些方便的选择本质上不应该被解释为传达关于所说明的实施例的结构或者质量的附加或者暗示信息。这种方便选择的说明性实例包括：用于图形编号方式的详细组织或设计的分配和用于识别和参照实施例的特征和元件的详细组织或元件识别的分配(即，插图编号和数字指示)。为了避免说明中的单调，可以将各种字标注(包括但不限于：第一、最后、某一、具体、选择、以及可注意的)应用于实施例的独立的集合中；清楚地，如文中所用的，这种标注不意味着传达质量、或任意形式的优选或偏见，而是仅为了方便地在独立的集合中辨别。

在设计中所有的这种变形包括通过说明性实施例所传达的教导技术上的非实质性的改变。还应了解，文中所教导的概念对于其它计算和网络应用具有广泛适用性，并且不仅限于具体的应用或说明实施例的行业。因此，本发明解释为包括包含在所授权的专利的权利要求的范围内所有可能的修改和变形。

Claims

1.一种在多无线电多跳网状网络中为每个无线电确定信道分配的方法，所述网络由节点和在所述节点之间的无线电-无线电链路构成，所述方法包括以下步骤：

经由深度优先搜索遍历来确定所述网络的拓扑；

减少所述网络拓扑；

通过选择性地进行关于每个节点应该连接至所述网络拓扑中何处选择以更加均匀地分配穿过所述网络的潜在传输信息，来平衡所述网络拓扑；以及

根据所述减少以及所述平衡来为每个无线电选择信道，以及

其中在平衡所述网络拓扑时，当确定向每个父节点分配哪个节点时，计算每个节点的权值作为父节点的子节点和派生节点的节点数量。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

测量所述网络的预定属性；以及

其中，所述减少包括至少部分地基于所述网络测量来选择从每个节点至根的最佳路径。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

测量每个链路的性能；

计算在每个链路上的期望负载；以及

其中，所述平衡至少部分地基于测得的每个链路的性能和每个链路上的所述期望负载。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述负载的计算至少部分地基于每个节点的附属节点的数量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择设法挑选所述网络中最小化干扰的信道。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择设法向每个节点提供非降级路径。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择至少部分地基于所述拓扑中的虚拟链路和物理链路。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

由每个节点记录可能在其它信道上的潜在可达的邻近节点。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

当节点从所述网络断开时，通过转换至先前记录的邻近节点中的一个节点的所述信道，将所述节点重新连接至所述网络。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

当节点从所述网络断开时，通过转换至先前记录的提供至有线入口的最佳连通性的邻近节点的所述信道，将所述节点重新连接至所述网络。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述转换是即时的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络使用全向天线。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络使用定向天线。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择尝试沿着从每个节点朝向有线网格入口的最佳路径创建非干扰分配。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择尝试沿着从每个节点朝向虚拟入口的最佳路径创建非干扰分配，所述虚拟入口概念性地表示多个有线网格入口。

16.一种多信道控制器，包括：

用于经由深度优先搜索遍历来确定多无线电多跳网状网络的拓扑的装置，所述网络由节点和在所述节点之间的无线电-无线电链路构成；

用于减少所述网络拓扑的装置；

用于通过选择性地进行关于每个节点应该连接至所述网络拓扑中何处选择以更加均匀地分配穿过所述网络的潜在传输信息，来平衡所述网络拓扑的装置；以及

用于根据所述减少以及所述平衡来为每个无线电选择信道分配的装置，以及

17.根据权利要求16所述的多信道控制器，其中，所述多信道控制器为所述网状网络的所述节点中的一个节点。