CN108366393B - 无线网络通信***、网络通信方法及通信设备 - Google Patents

Abstract

一种无线网络通信***、网络通信方法及通信设备，公开了移动自组织网络通信***，其媒体访问控制(MAC)协议结合竞争和保留特征而提供混合MAC协议。使用诸如载波监听多路访问(CSMA)类型协议的随机访问实现对信道的初始访问，其中仅在可用的(非保留的)信道上发生用户间的信道竞争。一旦节点间的通信在可用信道上建立，则通过在分组头中表示其被使用来保留该信道，且其他用户不会尝试在该信道上传输，直到它被释放。保留信道上的通信不需要退避或延迟，从而形成可以提高标准多路访问协议上的吞吐量和延迟的虚拟管道。

Description

无线网络通信***、网络通信方法及通信设备

技术领域

本公开总体涉及无线网络通信，更具体地，涉及用于移动自组织网络的媒体访问控制。

背景技术

网络扩展指的是，当网络的用户数量增加时，通信网络为所有连接至该网络的用户设备提供足够的数据吞吐量的能力。由于公共资源，即可利用的无线频谱(通常也被称为无线频率(RF)带宽)共享的需要，为无线网络提供网络扩展可能会非常困难。例如，用户之间RF带宽的效率低下的过度拥挤可能会导致降低网络性能的过度的相互干扰。蜂窝无线***已经通过地理上分散所使用的RF带宽(例如，不同单元中的频率再使用)和蜂窝分割(例如，减少每个共享该带宽的区域的用户数量)避开了扩展问题。此外，当网络核心依赖于铜线、光纤和点对点微波链路进行回程数据传输时，蜂窝网络可以通过使用无线通信作为到用户的最终到达(最后一英里)来减轻对扩展的需求。这样的解决方案通常不适用于移动自组织网络和需要直接快速消息交换的通信，比如所述通信在商业上和军事上是有用的，例如在无人机(UAV)群中、汽车到汽车或自主车辆网络中、传感器网络中、机器人网络中、智能机载军需品或在战术战场环境中的士兵到士兵网络中。

因此，本领域中需要一种在超大型网络上可扩展的且可靠的通信技术，解决无线通信设备之间的频率和带宽资源共享的问题。

发明内容

在一个或多个实施例中，无线通信网络，例如移动自组织网络，具备使用多个收发机和混合通信协议的节点。混合通信协议结合了竞争和保留特性，其利用协议的竞争方面允许网络节点访问可用信道，同时利用协议的保留方面允许所建立的通信交互在一个或多个保留的信道上运行。一旦保留信道上的通信完成，可使保留的信道再次可用。

在一个或多个实施例中，无线网络通信***包括：存储器，为网络节点存储与多个通信信道相关联的信息，使得存储用于节点的信息包括表示每个通信信道是否被保留的数据；以及一个或多个硬件处理器，与存储器通信并且被配置为执行指令，以使得网络通信***通过执行操作在多个通信信道中的一个或多个上进行通信，所述操作包括：基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据更新用于节点的存储信息；基于所更新的一信道未被保留的用于节点的信息，从多个通信信道中选择该信道；在所选择的信道上竞争通信；以及响应于在所选择的信道上建立的通信，传输表示所选择的信道被保留的数据。

在另一个实施例中，公开了一种在多个通信信道上进行网络通信的方法，包括：基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据，更新用于网络节点的存储信息；基于所更新的一信道未被保留的用于节点的信息，从多个通信信道中选择该信道；在所选择信道上竞争通信；以及响应于在所选择的信道上建立的通信，传输表示所选择的信道被保留的数据。

在又一个实施例中，一种通信设备包括多个收发机以及与多个收发机中的一个或多个通信的一个或多个处理器，使得处理器被配置为执行指令以使通信设备执行操作，所述操作包括：基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据，更新存储在通信设备上的信息；基于所更新的存储信息，从多个通信信道中选择未被保留的信道；使用多个收发机中的至少一个在所选择的信道上竞争通信；以及响应于在所选择的信道上建立的通信，传输表示所选择的信道现在被保留的数据。

本公开的范围由权利要求限定，并通过引用结合于此。通过思考下列一个或多个实施例的详细描述，本领域的技术人员将能够更全面地理解本公开的实施例并且实现其额外的优点。首先将参考附图对本公开进行简要的描述。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的无线网络通信***的示意图。

图2是根据本公开的实施例的移动自组织网络的实例的操作图。

图3是根据本公开的实施例的用于操作图2的示例性移动自组织网络的表格示图。

图4是示出根据本公开的实施例的操作移动自组织网络的方法的流程图。

图5是根据本公开的实施例的移动自组织网络的另一个实例的图。

图6、图7和图8是示出根据本公开的实施例的图5中的移动自组织网络的操作实例的协议头的图。

图9是根据本公开的实施例的形成自组织移动网络的无线网络通信***的节点实例的***框图。

可通过参考下列的详细说明最好地本公开的实施例及其优点。应该理解同样的参考数字用于标识一个或多个图中所示的同样的组件，显示在这些图中的目的只是为了对实施例进行说明而不是为了对实施例加以限制。

具体实施方式

为了解决本领域中对超大型网络上的可扩展的且可靠的通信的需求，并且解决无线通信设备之间的频率和带宽资源共享的各种问题，公开了一种使用混合媒体访问控制(MAC)协议的网络通信，该协议利用带有多个移动自组织网络的收发机的网络节点，以互补的方式结合竞争(contention，争用)和保留(reservation)技术。根据一个或多个实施例的网络通信以一种与无人空中***(UAS)特别相关的方式解决了网络节点的无线通信设备间的频率和带宽资源共享的问题，该无人空中***在频谱拥挤的空域中运行各种自主协议。这种自主协议可适用于，例如在有限的或没有操作人员干预的地理区域上协同执行特定任务的(例如大量的)无人机(UAV)群。一些实例应用包括在军事和商业场景中搜索、救援和监视行动。因此，UAV群应该能够从地面站接受任务参数，在群中所有的UAV之间完成自主协作，并且通过网络中继相关传感器数据并传回地面站。使用混合协议的网络通信的实施例适用于移动自组织网络和需要直接快速消息交换的通信，例如所述通信在商业上和军事上是有用的，比如在UAV群中、汽车到汽车或自主车辆网络中、传感器网络中、机器人网络中、智能机载军需品或在战术战场环境中的士兵到士兵网络中。

根据一个或多个实施例，随机访问和退避竞争技术被用于获得对多个信道中的一个的初始访问。这种竞争只发生在被认为是可用的非保留信道上。所有的或任何的可用信道上都可能发生竞争。一旦在信道上建立通信，则可以标记数据分组头表示该信道正在使用，并且没有其他用户尝试在保留信道上传输，直到该信道被释放(例如，通过发送带有被标记为表示该信道再次可用的报头的数据分组)。在保留信道上，一旦节点之间现有的传输准备就绪，则相邻节点被提醒该传输的频谱使用，并且可以从其他信道中选择以在其上进行传输。这允许发生类似于信道保留的扩展的信道使用周期，而不考虑冲突导致吞吐量损失。因此，可以在不具有标准的退避间隔的情况下连续地发送消息，从而大大增加了可达到的吞吐量并且还提供了减小了反应时间。这种保留程序与在每个节点使用多个收发器协同工作以利用多个信道。实施例克服了单个信道使用的问题，例如来自控制信令的吞吐量损失以及一个用户的扩展使用将阻止其他用户通信的事实。

现有的标准和协议，无论是商用的还是军用的，都不能以能够扩展例如UAV群的大小的方式来解决可扩展性的问题。由于典型的UAV网络具有自组织和高移动性质，基于基础设施的网络解决方案，例如3G或4G蜂窝标准不适用于这种环境。此外，在广域UAV群部署中的大的传播延迟使得消息传输的时间同步变得不切实际，从而限制了许多时分多址(TDMA)协议的适用性。因此，UAV群环境更适合于随机接入协议，这可能体现了载波监听多路访问(CSMA)的某些概念。

最广泛使用的CSMA MAC层基于用于商业无线网络的IEEE 802.11标准波形。然而，802.11标准对用于UAV群呈现出几个困难。举例来说，长距离空中链路造成较大的传播延迟，诸如确认(ACK)、请求发送(RTS)和清除发送(CTS)的802.11控制分组不适合群环境，因为各种分组将产生干扰，并且RTS/CTS交换上的等待可能导致不可接受的延迟。因此，无法使用诸如指数退避等功能，这是因为在此简化的802.11框架下无法检测到冲突(没有控制分组)。此外，没有解决隐藏终端问题，其中两个超出范围的节点同时向公共的相邻节点发送并且未意识到竞争。该问题由于在UAV群中预期隐藏终端场景普遍存在而被放大。

通过对比，一个或多个实施例解决了这些问题，同时为UAV群级提供可扩展性。此外，可以通过包括附加的收发机来增加一些实施例的可扩展性。

由于RF带宽的公共资源的共享，很难在无线网络中实现网络扩展或可扩展性。如果存在过度共享或者如果用户之间的RF带宽共享效率低下，则可能存在过度的相互干扰。蜂窝无线***可以通过地理上分散所使用的RF带宽(即频率再使用)和蜂窝分割(即减少每个共享该带宽的区域的用户数量)尝试避开扩展问题。此外，当网络核心依赖于铜线、光纤和点对点微波链路进行回程数据传输时，蜂窝网络使用无线通信作为到用户的最终到达(最后一英里)。尽管军事网络典型地具有与商业蜂窝网格大不相同的连接体系结构，但是减轻扩展问题的方法总体上还没有像商业蜂窝无线网络那样被广泛应用。

即使蜂窝网络采用频率再使用(例如，使用多个RF信道集合)进行网络扩展，由于用户无线电具有单个通信伙伴(即基站)，每个用户无线电(例如，网络节点)在任何一个时间都与单个RF信道集合相关联。然而，在不具有永久的固定的基础设施的军事网络中，基站概念并不适用，每个用户无线电趋于具有多于一个的通信伙伴。由于用户无线电最多只能调谐到一个RF信道集合，所以所有相邻用户必须对RF信道进行时间共享，从而导致随着用户数量的增加，数据传输中贫乏的频率再使用和延迟的指数增长。

根据一个或多个实施例，能够使网络节点(例如，用户无线电)使用多于一个RF信道来保持与其相邻节点的并发通信。每个节点配备有多于一个收发机(发送-接收对)单元。每个收发机单元被调谐到不同的RF信道并且在发送或接收模式下操作。通过对比，当前的商业无线设备可以具有不同类型的多个无线电或收发机(即，多个空中接口或波形：蓝牙，WiFi，4G LTE)，而根据实施例的网络节点使用相同类型的多个收发机单元运行单个波形。

为了使用蜂窝模拟(cellular analogy)，一个实施例的方法类似于蜂窝用户无线电与多个基站同时通信，因为它们的单元覆盖区域重叠。然而，与蜂窝无线电不同，模拟无线电可以配备多个收发机单元，每个收发机单元被调谐到由不同基站使用的信道。这个模拟说明出现的两个问题：(1)因为RF信道不是像基站一样的固定的实体，如何将其分配给相邻信道？以及(2)如何在用户之间协调频率再使用，从而实现网络扩展？

在一个实施例中，存在多个RF信道，并且所有的用户无线电竞争访问一个或多个RF信道。因为每个用户都随机地且独立地从可用信道池中竞争或保留信道，所以信道接入是可扩展的。每个节点可以使用基于随机接入的竞争或基于固定接入的保留的组合来进行RF信道接入和通信。对于短数据串通信，在相应的会话结束后，RF信道被释放。对于长的通信会话，用户通知其邻居它占用的信道(保留该信道)，以避免将来其他人引起的竞争或保留。多个实施例中的一个实施例允许用户无线电在延长的周期内占用RF信道的该特点不会由于多信道、多收发机通信范例而在其他用户之间引起资源缺乏或拥塞。在应用方面，根据一个或多个实施例，用户可以在仍然参与与其他用户的群组通信的同时维护专用的点对点链路(例如，去-回或空-地)。因此，通过使用竞争和保留两种技术来解决多路访问问题，该混合MAC协议可以为UAV到UAV、UAV到有人机、以及UAV到地面通信提供一个整体的解决方案，其中典型地需要单独的独立通信链路。

根据本公开的实施例，图1示出无线网络通信***100。***100可包括任何数量的网络节点110，这些网络节点可在网络链路120上无线地彼此通信。在图1所示的实例中，网络节点110由无人空中***(UAS)或无人机(UAV)表示。每个节点110可包括具有多个无线收发机以及一个或多个处理器的通信设备，如图9所示的实例所示。因此，如图2所示，每个链路120可包括一个或多个不同信道上的通信；该链路通信可由每个节点上的一个或多个收发机执行。2013年4月22日提交的公开号为2014/0269310的美国专利提供了这种通信设备和节点间多信道通信的实例，其全部内容通过引用结合于此。根据一个或多个实施例，混合MAC协议可在这种多收发机无线电***上例如运行为链路层软件应用程序。

在***100中，一个节点110处的通信设备(也称为“无线电”或“用户无线电”)可配备例如五个收发机模块。其他节点110可配备更多的收发机模块，而其他节点110可配备更少的收发机模块。为了方便地描述几个实例，在下面的实例中可假设每个节点110配备五个收发机。尽管通常无线电可配备不同数量的收发机模块，一些较多，一些较少。每个无线电的收发机模块可以是半双工的；也就是说，它既可以发送也可以接收，但两者不是同时的。通信设备的每个收发机可被配置为通过混合协议的运行根据需要在从共享的带宽资源的几个不同的信道中选择的任何信道上运行(例如方法400)。因此，假设存在共享的带宽资源的大量信道，节点110同时使用的不同信道的数量仅由节点110处的收发机的数量限制。在下面的实例中，使用信道标识(ID)(例如1，2，3...)引用信道，这样每个信道ID都有对应的RF载波值和带宽。例如，在WiFi标准中，信道ID1为具有22MHz带宽的2.412GHz，等等。因此，这些实例适用于不同的RF频带和波形。

图2示出无线网络通信***100的移动自组织网络实施例的简单实例。图2示出图1的***100的在通信信道1、2和3上彼此通信的节点110(例如节点N1、N2、N3)的集合。对于该实例，有效范围边界112表示当N2与N1和N3都通信时，节点N1和N3实际上超出彼此的范围，且不会直接互相通信。

如图2所示，当多个无线通信设备(例如***100的网络节点N1、N2、N3)共享一组诸如无线频率信道(例如信道1、2和3)的公共网络资源时，管理设备之间资源使用的一套规则(例如协议)是必要的。对于诸如在网络节点(例如N1、N2、N3)处的通信设备之间共享的RF带宽(例如信道)的通信媒体，资源共享规则可被***地并以逻辑顺序描述为媒体访问控制(MAC)协议。根据一个实施例，图2中所示的实例属于这样的情况，其中每个通信设备(例如节点N1、N2、N3)可同时使用多个信道发送和接收利用无线电的无线电信号。一个或多个实施例解决了这些设备如何协作共享这些资源并仍能保持高效利用这些资源的问题。如以上参考图1所述，***100被配置为利用每个UAV(例如，节点N1，N2，N3)上的多个收发机使多个信道上的不同通信能够同时进行。

例如，在一个实施例中，多信道MAC协议允许将k比特分组头附加到每次传输上，其中k是节点可访问的信道的数量。当节点发送数据分组时，如果该节点当前正在信道i上接收传输，则它将所附加的分组头的第i个比特设置为1，否则设置为0。另外，每个节点维持所使用信道的表(例如，占用信道表，参见图3)，该表通过从相邻节点接收数据分组被填充。当节点尝试发送数据分组时，它在所使用的信道表中选择未显示被占用的信道，即未被使用或者可用的信道，从而防止该传输干扰现有的传输。

图2和图3提供了前述实例的简化说明。在图2中，节点N3在信道2上向节点N2发送通信。然后节点N2可在信道1上同时向节点N3发送。N2的传输包含说明信道2正在被使用的分组头。由于无线媒体的广播性质，也在信道1上接收N2的传输的节点N1将从分组头得知信道2正在被使用，并且信道1正被节点N2使用。这里，节点N1的占用信道表如图3所示。因此，节点N1可选择信道3(N1的占用信道表上的未使用信道，该信道表显示信道3、4和5未被使用)传输，这样就避免在此实例情况下的隐藏终端冲突。

图3示出了在某个时间点节点N1，N2，N3中的每一个节点的占用信道表，在刚刚呈现的实例中，刚好在N2接收到N1的传输之后，节点N1在信道1上接收到N2的传输。图3还示出了在同一时间点每个节点信道选择规则表的实例。根据一个或多个实施例，信道选择规则表可用于进一步改进使用混合MAC协议进行通信的方法(例如，方法400)的操作。

可如前述实例中所描述更新节点的占用信道表。每个节点可保持其自己的单独的占用信道表和信道选择规则表。

占用信道表(OCT)可描述如下。节点的占用信道表列出当前时刻关于该节点哪些信道被占用。如果可以在一节点处在一信道上检测到传输，则该信道关于该节点被占用，这可以通过检测特定信道上的能量来确定。一个节点处占用的信道可不被另一个节点占用。如上述实例所示，在节点N2在信道3上接收到N1的传输之后，可更新N2和N1两者的占用信道表以显示信道3正在使用中，但是同时，因为节点N3超出了有效范围边界112所表示的节点N1的范围，所以N3的占用信道表未显示信道3正在使用中。

信道选择规则表(CSRT)可描述如下。节点的信道选择规则表列出相邻节点所使用的信道。如图3所示，CSRT的每个条目都是带有使用一信道的相邻节点的列表的信道号。CSRT中的信道可能不被当前节点“占用”，也可能被占用。例如，如节点2的CSRT所示，显示信道2被N3占用且信道3被N1占用，N1和N3在它们各自的信道上向N2发送，而因为N2正在信道1上发送，所以即使在OCT中显示信道1被占用，但N2的CSRT也未显示信道1被N2占用。

使用每个节点的占用信道表和信道选择规则表的网络通信可简要描述如下。更详细的描述由图4中所示的方法400的实例给出。对于来自节点的传输，节点(例如，节点处的处理器)选择不在OCT中，也不在节点的CSRT中的信道(例如，可用信道或节点不知道的被保留的信道；通过不在OCT中的信道进行发送避免干扰当前传输；通过不在CSRT中的信道进行发送避免干扰发生在相邻节点处的传输；如果有多个可用信道，则利用例如均匀概率分布随机选取一个)。一旦获得对信道的访问，节点将k比特分组头附加到传输的数据分组上，如果该节点正在信道i上接收数据分组(即，信道i在OCT中)，则将比特i标记为1。在另一个实施例中，可以将下面更全面描述的协议头附加到数据分组中。CSRT中标记的信道仅与节点本身有关，因此，不通过k比特或协议头传送。对于在节点处的接收，所有的接收都在OCT中标记，直到检测不到更多的能量。对于接收到的数据分组，(例如，由节点处的处理器)检查分组的报头(header)，并且将分组的报头用于更新CSRT。如果数据分组被寻址到该节点，则数据分组被转发到更高的层(例如，转发到MAC层之上的层)，并且在消息(其数据分组可能仅是一部分)完成时发送(带有协议头的)确认。

图4示出根据本公开的实施例的操作移动自组织网络(例如无线通信***100)的方法400。为了清楚起见，方法400被组织为发送部分从动作401开始，而接收部分从动作411开始。然而，由于***100的每个节点可包括多个收发机，所以方法400的发送部分和接收部分可同时执行。此外，方法400的多个实例可以在一节点处同时发生，这取决于例如该节点同时通信的信道的数量。图4还示出方法400与CSRT 430和OCT 440的交互。

在动作401，传输可从节点处的处理器提供要发送的数据开始，其可包括要接收数据的网络节点的地址或标识符。如图4所示，在动作403，利用来自CSRT 430和OCT 440的信息选择可用信道。通常，如节点的CSRT 430和OCT 440所指示的，可用信道可被认为是未被保留的信道，并且可根据上面给出的实例和下面提供的更多实例来选择可用信道。在动作405，可完成访问信道的例如MAC退避的竞争，例如载波监听多路访问(CSMA)或指数退避过程。一旦信道访问的竞争完成，在动作407，可将例如如上所述的k比特头，或者在下面进一步提供的实例中所描述的协议头的协议头附加到传输分组中。如图4所示，可使用来自OCT440的信息准备协议头。在动作409，可执行具有协议头或附加的报头的数据的传输，例如，通过收发机模块的配置为在所选信道上进行发送的发送机。

在动作411，接收可由例如收发机模块的节点处的被配置为接收的接收机开始。在动作413，接收机可检测共享带宽资源的一个或多个信道上的信道活动。如图4所示，基于任何检测到的活动，接收机可更新节点处的OCT 440。如图4所示，在动作415，剥离协议头，节点可读取足够的接收到的通信，以从附加到接收的一个或多个数据分组的协议头中确定相关信息并更新CSRT 430。在动作417，节点可使用来自协议头的信息确定例如在动作403、405、407或409中是否发生传输冲突。下面参考图5-8提供这种可能的冲突的实例。如果与当前传输存在冲突，则例如与动作403、405、407或409交互，在动作419节点可中止传输并退避。在动作421，节点可确定接收的分组是否寻址到节点；如果没有，则在动作423，方法400返回动作411继续接收；但是如果是，则在动作425，节点接收数据分组，其可包括将数据分组转发到更高层(例如，转发到执行应用程序的节点处的处理器)。如图4所示，在动作425接收数据分组还可包括通过在动作427使用来自OCT440的信息添加或附加协议头来准备确认。在动作429，可在可用信道(例如与接收数据分组的信道不同的信道)上发送确认。然后，在动作423，方法400返回至动作411继续接收。

图5示出无线网络通信***100的移动自组织网络实施例的另一个实例。根据一个或多个实施例，结合图6、7和8，使用图5说明操作移动自组织网络(例如无线网络通信***100)的下列实例。图5还示出信道2的频率再使用的实例，通过节点N1和N4实际超出如有效范围边界圈所指示的彼此直接通信的范围，使该信道被节点N1和N4同时或共同使用成为可能。类似地，信道3被实际上也超出彼此直接通信的范围的节点N2和N5再使用(例如，在没有干扰的情况下同时或共同使用)。节点N7和N8表示隐藏的节点，这些节点实际上超出与节点N1-N6的网络的直接通信的范围，但是当两者之一进入节点N1-N6中至少一个的范围之内时，就可以加入这些节点的网络。

根据一个实施例，以下实例说明了图5中所示节点N1-N6之间的通信。为了说明该实例，假设每个节点的无线电或每个通信设备都配备5个收发机模块，尽管通常无线电可以配备不同数量的收发器模块，一些较多，一较少。对于该实例，还假设每个收发机工作在如上所述的半双工模式下操作，并且该实例从每个无线电既不发送也不接收开始。图6，图7和图8示出针对节点N1-N5中每一个的协议头的实例，这些实例被布置为用于所有节点的表，示出了附加于在给定的时间点由每个节点发送的数据分组的协议头。在图6，7和8中，表的每一行示出每个节点(如沿着表的左侧所标记的)所使用的报头。每列对应沿着表的顶部所标记的通信信道(例如，信道1-7中的一个)。表的条目描述每个节点的每个通信信道的状态如下：A＝可用于接收；R＝主动接收；U＝用于接收，用于向其他节点传达该节点正忙于接收；T＝主动发送；O＝开放，具有发送或接收的可能。

该实例从每个无线电既不发送也不接收开始，因此如图6所示出现协议头，所有的信道在所有的节点都是可用的。该实例从节点N3在信道1上向节点N4发送开始，表示为{1：3→4}。N3的无线电利用信道1在其传输(Tx)数据串的报头中发送[TAAAAOO]。报头表如图7所示。节点N2和节点N4(其在N3的无线电信号范围内)都在信道1上收听。它们都解码数据帧或数据分组以读取协议头。报头具有[TAAAAOO]以及数据分组所寻址的接收机ID，在这种情况下接收机ID＝N4。

节点N2丢弃该数据内容，因为它不是合法的接收者，而是记录来自无线电N3的信道使用信息，例如通过使用协议头[TAAAAOO]更新节点N2的OCT和CSRT以反映N3对信道1的使用。节点N4(例如，通过接收确认或通过传输其自己的数据)响应N3。N4选择在信道2上向无线电N3发送，{2：4→3}。N4的无线电使用信道2在其传输(Tx)数据串的报头中发送[RTAAAOO]。报头表如图8所示。

现在有三种可能的结果：

1)N3在信道1上向N4发送另一个Tx数据串，{1：3→4}，其中它将自己的报头更新为[TRAAAOO]，以此反映信道2被节点N3使用。

2)N2使用信道2向N3发送：{2：2→3}。

3)无线电2和4都使用信道2，且它们的Tx数据串重叠：{2：2→3}和{2：4→3}。

在第一个结果中，N2意识到信道2被N3使用。N2避开信道1和信道2。因此，N4已经保留了信道2的使用。

在第二个结果中，因为N4在同一时间沉默(不发送)，所以{2：2→3}成功。但是由于N3已经在信道2上接收了来自N4的传输，因此N3通过发送其带有接收机ID＝2的协议头[TUAAAOO]的Tx数据串告知N2从信道2中退避。通过该信息，N2将使用另一个信道，例如图5所示的信道3，向N3进行传输。

在第三个结果中，来自N2和N4的Tx数据串重叠，可能的结果是数据损坏。有一种可能是N2和N4中将有一个胜出并完成。这种情况下，有作为第二个结果的成功的{2：2→3}，或者如上所述的成功的{2：4→3}。但是，假设存在冲突和数据损坏。N2和N4都将不会从N3收到确认。N2和N4都将退避并且再次尝试，除非N3向N4发送带有[TRAAAOO]的Tx数据串，N2接收到该信息并且避开信道2(例如，最终采用第一个或第二个结果)。

另一个实例示出了“开放”信道情况，例如在协议头表中使用“O”的条目。无论什么原因，如果无线电想要跳转或扩展至另一个信道——例如，N3想从信道1扩展至信道7以向N4发送——则N3可使用信道1和信道7的Tx数据串发送下列报头：[TRAAAOT]。通过该信息，N4可重新配置其收发机模块。例如，N4的五个收发机模块可能已被调谐如下：模块1：在信道1上发送；模块2：在信道2上接收；模块3、4、5：在信道3、4和5上以主动模式接收。N4现在可重新配置收发器机模块5以在信道7上接收。N4’的协议头变为[RTAAOOR]。N4的模块3和4可为信道3和4保持主动接收模式。

另一个实例说明了信道释放的情况。如果节点N3没有更多内容要发送给N4，则(与之前的[TRAAAOO]相比)N3发送至N4的最后一个Tx数据串的协议头是[ARAAAOO]。范围内的每个节点(例如，N2和N4)的无线电(通信设备)意识到信道1当前可用于发送接收。N3可将其收发机模块中的一个配置为处于针对通道1的主动接收模式。

图9为根据本公开的实施例，组成移动自组织网络的无线网络通信***(例如***100)的节点600的实例的***框图。在一个实施例中，节点600可提供无线网络通信***100的节点110的一般化的实例。在一个实施例中，节点600包括处理器602、耦接于处理器602的存储设备604、一个或多个无线发送机606、一个或多个无线接收机608、输出部件610和输入部件612。

处理器602可包括，例如，一个或多个微控制器、微处理器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、场可编程门阵列(FPGA)、或者任何其他能够执行所述功能的电路。

存储设备604可包括非暂时性计算机可读存储介质，诸如随机存取存储器(RAM)、闪存、硬盘驱动器、固态驱动器、软盘、闪存驱动器、光盘、数字视频盘、和/或任何适合的存储器。例如，存储设备604可包括使本公开的各方面具体化的数据或指令，这些数据或指令可由处理器602执行(例如，处理器602可通过指令编程)，使处理器602能够完成所述功能。此外，存储设备604可包括操作***和应用程序。

无线发送机606可被配置为多个收发机模块的一部分，以在无线网络100上发射通信信号。在一个实施例中，无线发送机606可在无线频谱中发射并且利用所述通信协议操作。每个无线发送机606都可被配置为在不同的无线频道上发射。在某些实施例中，一个或多个无线发送机606被配置为在与其他发送机606不同的频谱或者通信协议中发射。

无线接收机608可被配置为多个收发机模块的一部分，以在无线网络100上接收通信信号。在一个实施例中，无线接收机608可在无线频谱上接收信号并且利用所述通信协议操作。每个无线接收机608可被配置为在不同的无线频道上接收信号。在其他实施例中，一个或多个无线接收机608可被配置为在与其他接收机608不同的频谱或者通信协议中接收。

节点600还可包括至少一个输出部件610，为用户601提供信息。输出部件610可为能够向用户601传送信息的任何部件。例如，在某些实施例中，输出部件610包括输出适配器，比如视频适配器或者音频适配器。输出适配器可***作地耦接于处理器602并且配置为操作地耦接于输出设备，比如显示设备(例如，液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、阴极射线管(CRT)或者“电子墨水”显示器)或者音频输出设备(例如，扬声器或者耳机)。在某些实施例中，至少一个这种显示设备或者音频设备包括在输出部件610中。

节点600可包括用于从用户601接收输入的至少一个输入部件612。输入部件612可包括，例如，键盘、点击设备、鼠标、记录笔、触敏板(例如触摸板或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器、音频输入设备或者到另一个设备的数据接口。诸如触摸屏的单个部件可同时起输入部件612和输出部件610的输出设备的作用。在某些实施例中，输出部件610或者输入部件612中的任何一个或该两者可包括在节点600与计算机或其他设备之间使数据或者指令通信的适配器。

利用混合协议的网络通信的实施例对于移动自组织网络和需要直接快速消息交换的通信都是适用的，所述通信比如在商业上和军事上是有用的，例如在UAV群中、汽车到汽车或自主车辆网络中、传感器网络中、机器人网络中、智能机载军需品或在战术战场环境中的士兵到士兵网络中。

实施例的更多实例反映在下列条款中：

1.一种无线网络通信***，包括：非暂时性存储器，为网络节点存储与多个通信信道相关的信息，其中为节点存储的信息包括表示所述通信信道是否被保留的数据；以及一个或多个硬件处理器，与所述存储器通信并且被配置成执行指令以使***通过执行操作在多个通信信道中的一个或多个上进行通信，所述操作包括：基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据更新用于节点的存储信息；基于用于节点的信道未被保留的更新信息从多个通信信道中选择信道；在所选择的信道上竞争通信；以及响应于在所选择的信道上建立的通信，传输表示所选择的信道被保留的数据。

2.根据条款1所述的***，进一步包括：响应于已完成在所选择的信道上通信，传输表示信道可用的数据。

3.根据条款1或2中的任一项所述的***，进一步包括：响应于已完成在所选择的信道上通信，更新用于节点的存储信息以表示所选择的信道未被保留。

4.根据条款1至4中任一项所述的***，其中：用于节点的存储信息包括占用信道表，所述占用信道表基于检测在节点处的信道上的能量表示多个通信信道中的所述信道被占用；选择未保留的信道包括基于占用信道表选择在该节点处未被占用的信道。

5.根据条款4所述的***，进一步包括，基于占用信道表传输表示在该节点处哪些信道被占用的数据。

6.根据条款4或5所述的***，其中，更新用于节点的存储信息包括，更新占用信道表以响应于节点在信道上接收通信表示该信道在该节点处被占用。

7.根据条款1至6中的任一项所述的***，其中：用于节点的存储信息包括信道选择规则表，所述信道选择规则表表示相邻节点是否正在使用该节点所使用的信道以外的信道；选择未保留的信道包括基于信道选择规则表选择相邻节点未使用的信道。

8.根据条款7所述的***，其中，更新用于节点的存储信息包括更新信道选择规则表以表示信道正在被相邻节点使用。

9.根据条款1至8中任一项所述的***，其中，选择未保留的信道包括从未被保留的多个通信信道的可用信道中随机选择。

10.根据条款1至9中任一项所述的***，其中，在所选择的信道上竞争通信包括使用退避过程。

11.一种在多个通信信道上进行网络通信的方法，包括：基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据更新用于网络节点的存储信息；基于用于节点的信道未被保留的更新信息从多个通信信道中选择信道；在所选择的信道上竞争通信；以及响应于在所选择的信道上建立的通信，传输表示所选择的信道被保留的数据。

12.根据条款11所述的方法，进一步包括：响应于已完成在所选择的信道上通信，传输表示信道可用的数据。

13.根据条款11或12中任一项所述的方法，进一步包括：响应于已完成在所选择的信道上通信，更新用于节点的存储信息以表示所选择的信道未被保留。

14.根据条款11至13中任一项所述的方法，进一步包括：通过占用信道表存储用于节点的信息，占用信道表基于检测在该节点处的信道上的能量表示多个通信信道中的所述信道被占用；并且选择未被保留的信道包括基于占用信道表选择在该节点处未被占用的信道。

15.根据条款11至14中任一项所述的方法，进一步包括：使用信道选择规则表存储用于节点的信息，信道选择规则表表示相邻节点是否正在使用该节点使用的信道以外的信道；并且选择未被保留的信道包括基于信道选择规则表选择未被相邻节点使用的信道。

16.根据条款11至15中任一项所述的方法，其中，选择未被保留的信道包括从未被保留的多个通信信道的可用信道中随机选择。

17.根据条款11至16中任一项所述的方法，其中，在所选择的信道上竞争通信包括使用退避过程。

18.根据条款14所述的方法，进一步包括基于占用信道表传输表示在该节点处哪些信道被占用的数据。

19.根据条款14或18中任一项所述的方法，其中，更新用于节点的存储信息包括更新占用信道表，以响应于节点在信道上接收通信表示该信道在该节点处被占用。

20.一种通信设备，包括多个收发机以及与多个收发器中的一个或多个通信的一个或多个处理器，其中处理器被配置为执行指令以使所述通信设备执行操作，所述操作包括：基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据更新存储在通信设备上的信息；基于所更新的存储信息，从多个通信信道中选择信道，其中所选择的信道是未被保留的；利用多个收发机中的至少一个在所选择的信道上竞争通信；以及响应于在所选择的信道上建立的通信，传输表示所选择的信道是被保留的数据。

上述公开并非旨在将本公开限制于所公开的确切的形式或特定的使用领域。因此，无论于此明确描述还是隐含描述，本公开的各种可替代的实施例和/或对本公开的修改都在本公开的范围之内。因此本领域技术人员将认识到，可以在形式上和细节上改变所描述的本公开的实施例而不背离本公开的范围。因此，本公开仅由权利要求书限制。

Claims (13)

1.一种无线网络通信***，包括：

非暂时性存储器，为网络节点存储与多个通信信道相关的信息，其中，存储用于所述网络节点的信息包括表示通信信道是否被保留的数据；以及

一个或多个硬件处理器，与所述非暂时性存储器通信，并且被配置为执行指令以使所述无线网络通信***通过执行操作在多个通信信道中的一个或多个通信信道上进行通信，所述操作包括：

基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据更新用于所述网络节点的存储信息；

基于所更新的一通信信道未被保留的用于所述网络节点的信息，从多个通信信道中选择该通信信道，其中选择该通信信道包括基于信道选择规则表选择未被相邻网络节点使用的通信信道，所述信道选择规则表表示相邻网络节点是否正在使用所述网络节点正在使用的通信信道以外的通信信道；

在所选择的通信信道上竞争通信；

响应于在所选择的通信信道上建立的通信，传输表示所选择的通信信道被保留的数据；以及

将协议头附加到传输分组中，其中所述协议头中的条目描述每个网络节点的每个通信信道的状态，

其特征在于，

该状态选自可能状态的群组，并且所述可能状态的群组包括相应的通信信道：可用于接收；主动接收；用于接收；主动发送；以及开放，具有发送或接收的可能。

2.根据权利要求1所述的无线网络通信***，进一步包括，响应于已完成在所选择的通信信道上通信，传输表示该通信信道可用的数据。

3.根据权利要求1所述的无线网络通信***，进一步包括，响应于已完成在所选择的通信信道上通信，更新用于所述网络节点的存储信息以表示所选择的通信信道未被保留。

4.根据权利要求1所述的无线网络通信***，其中：

用于所述网络节点的存储信息包括占用信道表，所述占用信道表基于检测在所述网络节点处的一通信信道上的能量来表示多个通信信道中的该通信信道被占用；并且

选择未被保留的通信信道包括基于所述占用信道表选择在所述网络节点处未被占用的通信信道。

5.根据权利要求4所述的无线网络通信***，进一步包括，基于所述占用信道表传输表示在所述网络节点处哪些通信信道被占用的数据。

6.根据权利要求4所述的无线网络通信***，其中，更新用于所述网络节点的存储信息包括更新所述占用信道表，以响应于所述网络节点在一通信信道上接收通信来表示该通信信道在所述网络节点处被占用。

7.根据权利要求1所述的无线网络通信***，其中，选择未被保留的通信信道包括从未被保留的多个通信信道中的可用通信信道中随机选择。

8.一种在多个通信信道上进行网络通信的方法，包括：

基于所接收的关于哪些通信信道被保留的数据更新用于网络节点的存储信息；

基于所更新的一通信信道未被保留的用于所述网络节点的信息，从多个通信信道中选择该通信信道，其中选择该通信信道包括基于信道选择规则表选择未被相邻网络节点使用的通信信道，所述信道选择规则表表示相邻网络节点是否正在使用所述网络节点正在使用的通信信道以外的通信信道；

在所选择的通信信道上竞争通信；

响应于在所选择的通信信道上建立的通信，传输表示所选择的通信信道被保留的数据；以及

将协议头附加到传输分组中，其中所述协议头中的条目描述每个网络节点的每个通信信道的状态，

其特征在于，

该状态选自可能状态的群组，并且所述可能状态的群组包括相应的通信信道：可用于接收；主动接收；用于接收；主动发送；以及开放，具有发送或接收的可能。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，响应于已完成在所选择的通信信道上通信，传输表示该通信信道可用的数据。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，响应于已完成在所选择的通信信道上通信，更新用于所述网络节点的存储信息以表示所选择的通信信道未被保留。

11.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

通过占用信道表存储用于所述网络节点的信息，所述占用信道表基于检测在所述网络节点处的一通信信道上的能量来表示多个通信信道中的该通信信道被占用；并且

选择未被保留的通信信道包括基于所述占用信道表选择在所述网络节点处未被占用的通信信道。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，选择未被保留的通信信道包括从未被保留的多个通信信道中的可用通信信道中随机选择。

13.一种通信设备，包括多个收发机以及与所述多个收发机中的一个或多个收发机通信的一个或多个处理器，其中，所述处理器被配置为执行指令以使所述通信设备执行包括权利要求8至12中任一项所述的方法的操作。

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