专利名称：通信网状网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种给时隙分配时隙编号的方法和相关的计算机软件和硬件。
在本说明书中，使用了多个标题和小标题。应当指出使用这些标题和小标题仅是为了清楚和方便，而不应当具有任何法律效果。
背景技术：
在我们的国际专利申请WO-A-98/27694中，其全部内容在此引用作为参考，公开了一种包括一个网络的通信设备，所述网络的形式是互连节点的“网状网络(mesh)”。网状网络内的每个节点可以利用沿着链路基本上单向的(即高度定向的)无线电传输通过节点之间的各条相应的点到点无线电链路与多个其它的节点进行通信，即信号不是被广播而是被定向到特定节点，能够沿着链路在两个方向上传送信号。所使用的频率例如可以至少约1GHz。可以使用高于2.4GHz或4GHz的频率。实际上，也可以使用40GHz、60GHz，甚至200GHz的频率。还可以使用比射频更高的频率，例如100000GHz(红外)量级。在优选实施例中，网状网络内的每个节点具有多根天线，这些天线提供多个可用的与其它节点的点到点传输链路。例如，每个节点可以具有四根或八根天线，每根天线提供一条到另一个节点的链路。(应当指出在本文中，应广泛地理解“天线”，它包括可发送或接收定向波束的任何配置。例如可以通过多根物理上独立的可分别选择的天线，通过一个或多个物理上可控制的天线，或者通过相控阵天线来提供所述的多根天线。)在一个例子中，使用时分双工(TDD)，通过将发送和接收时间帧划分成分立的时隙来交替节点上的发送和接收。
在WO-A-98/27694中阐述了这种“网状网络”方法的主要优点，包括在整个网状网络上分配带宽，其相关的容量优于替代系统(例如点对多点或广播系统)；到至少大多数节点的多条业务路径的可用性，这可以允许在不考虑特定节点是否已经故障的情况下保持业务，从而提供了很高的弹性；在不需要多种无线电链路，而仅使用可变数量的数据路径来承载数据业务的情况下，能够向不同的节点提供变化很大的数据业务量。与有线系统相比，无线系统的明显优点在于它不需要挖掘路面等来铺设和维护缆线。
在完全建立好的互连节点的网状网络内，至少一些和优选大多数节点将与一个用户有关，该用户可以是自然人或者组织，例如公司、大学、等等。每个用户节点通常将用作专用于该用户的链路的端点(即作为数据业务的信源和信宿)，并用作承载目标是其它节点的数据的分布式网络的组成部分。然而，网状网络的运营商一开始可以在“种子网络”内部署一组“种子”节点。种子节点通常是在向潜在用户提供网络业务之前由网络运营商部署的非用户节点(尽管随后可转换成用户节点)，并且通常部署使大量的潜在用户高度可见。(在此使用的“可见”和“视线”或类似的术语是指当两个节点或站据称彼此“可见”或彼此在“视线”内时，当在该位置上安装适当的发射和接收装置时，原则上位于这些站点上的节点可以在该网络内使用的一个或多个频率上无线地相互通信。)在种子网络内，每个节点是至少一个其它节点可见的。当运营商提供网络业务时，种子网络允许适当的最小数目的用户节点直接通过这些种子节点连接到网状网络。种子节点通常将仅用作转接节点，而不用作网络业务的信源或信宿(无论是用户业务还是网络管理业务)。种子节点在适当的时候可以与用户相关，因此转变成用户节点。
一旦已经建立合适的种子网络或者另一组节点，其中每个节点原则上是至少一个其它节点可视的，必需从节点之间的所有可能的视线链路(即节点之间的潜在无线传输链路)中选择出最适合于用作节点之间的实际无线传输链路的链路。在此将这一过程称作“网状网络构造”或类似用语。
在此使用术语“网状网络适配”一般指以这种方式将一种网状网络结构改成另一种网状网络结构所需要的处理。
参考于2000年10月10日提交的美国专利申请US 60/238784、于2001年7月20日提交的美国专利申请US 60/306446和于2001年10月9日提交的美国专利申请US 09/971655，这些专利申请已被转让给本申请的受让人，其所公开的全部内容在此引用作为参考，其中公开了涉及通信网状网络的各种概念。在这些专利申请中，公开了一种构造网状网络的方法，其中计算一组连接。这些连接可以通过上述的无线电链路、有线链路或两者之组合。应当指出对于任一网状网络来说，通常存在一些构造网状网络的方法。
着色在此使用的术语“着色”是指给网状网络内链路上的每个时隙分配时隙编号的处理。在此使用这个术语是因为类似于图论。在网状网络的优选实施方式中，将时间划分成一个时间帧内编号的分立时隙。例如，可以在时隙1内执行从第一节点到另一个节点的一条无线传输链路上的无线传输；在随后的时隙2内执行从第一节点到又一个节点的另一条无线传输链路上的无线传输；在时隙3内在第一节点上接收来自另一个节点的无线传输；依此类推。在下文中，术语“颜色”用于指这些时隙编号以便时间帧内的不同时隙在概念上与不同的“颜色”相关。假设在任一特定节点上，希望避免在同一时隙编号内执行到其它节点的发送或接收(即任一特定节点在任一时刻上最好仅从另一个节点接收或向其发送)，这个实施例内的到和自节点的每条链路必需具有不同的时隙编号或“颜色”。(这假设所有的发送和接收发生在同一载频上。在下文中给出更普通情况的讨论，其中可以使用不同的频率信道)。因而，给节点上的链路分配时隙的问题类似于公知的图论中给图形着色的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种给用于在节点网络内的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法，其中每个节点能够通过所述每个节点和所述至少一个其它节点之间的传输链路与至少另一个节点通信，至少一些节点具有到多个其它节点中每个节点的相应传输链路，在从第一节点到第二节点的链路上的每个信号传输发生在一个时隙内，该方法包括步骤以在每个时隙上可选择的时隙编号递增的顺序来按顺序地给每个时隙分配时隙编号。
根据本发明的第二方面，提供一种给用于在节点网络的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法，其中每个节点能够通过所述每个节点和所述至少另一个节点之间的传输链路与至少一个其它节点通信，至少一些节点具有到多个其它节点中每个节点的相应传输链路，在一个时隙内执行在第一节点到第二节点的链路上的每个信号传输，该方法包括步骤(a)识别具有用于发送或接收信号的最多时隙的节点；(b)为步骤(a)内识别出的节点，给该节点上的每个所述时隙分配不同的时隙编号；(c)确定哪个时隙尚未分配一个时隙编号且具有最少可选择的时隙编号，并给如此确定的时隙分配一个时隙编号；和(d)重复步骤(c)直到已经给所有的时隙分配时隙编号。
在这个方面的步骤(a)中，如果存在多个具有用于发送或接收信号的时隙总数的多个节点，则可以选择这些节点中的任一个节点。
在步骤(b)中，可任意分配时隙编号。
根据本发明的另一方面，提供一种给用于在节点网络的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法，其中每个节点能够通过所述每个节点和所述至少另一个节点之间的传输链路与至少一个其它节点通信，至少一些节点具有到多个其它节点中每个节点的相应传输链路，在一个时隙内执行在第一节点到第二节点的链路上的每个信号传输，该方法包括步骤(a)为每个时隙设置一个变量，其值等于可用时隙编号中最大数的两倍；(b)识别具有将用于发送或接收信号的时隙的最大总数的节点；
(c)为步骤(b)中识别出的节点，给该节点上的所述时隙的每个时隙分配不同的时隙编号；(d)为与在步骤(c)中分配了时隙编号的时隙共享一个节点的每个其它时隙，为所述共享节点的每个情况，使变量值降低一个常数；(e)选择具有最小变量值的时隙；(f)为与在步骤(e)中选择的时隙共享一个节点的每个其它时隙，为所述共享节点的每个情况，使变量值降低一个常数；(g)重复步骤(e)和(f)，直到已经选择所有时隙；和(h)以步骤(e)至(g)中选择的顺序，给步骤(e)至(g)中选择出的每个时隙分配时隙编号。
在这一方面的步骤(b)中，如果存在多个具有用于发送或接收信号的时隙总数的多个节点，则可以选择这些节点中的任一个节点。
在步骤(b)中，可任意分配时隙编号。
在这些方面的任一方面中，分配一个时隙的时隙编号最好是在时隙两端上的节点上空闲的第一时隙编号。
可以考虑因为在另一条链路上的传输可能在使用中在一条链路上引起的干扰来确定可用的时隙编号。
当给时隙分配时隙编号时，例如可以通过(i)选择最少使用的时隙编号或(ii)选择使用最多的时隙编号或(iii)选择为将要分配时隙编号的最少数目的时隙减少选择的时隙编号。
该方法还包括步骤为每个时隙分配一个频率信道，在该时隙内在该频率信道上执行无线传输。这也可以用作降低节点间干扰的方式。所分配的频率例如可以是最少使用的频率或最多使用的频率。
可以考虑在使用时在所述至少一条链路上在传输过程中因为并非所述节点网络一部分的发送/接收设备可能引起的干扰或导致对其的干扰来选择分配给至少一条链路上的每个时隙的频率信道。因而，在网状网络运行之前，可以解决因为另一个(“异类”)发送/接收设备导致的或者对其的干扰影响。
最好以从一个节点到另一个节点的链路编号的递减顺序来排序可用的频率信道，对于此链路来说，在传输过程中来自并非所述节点网络一部分的发送/接收设备的干扰或对其的干扰将是不可接受的，其中分配给所述至少一条链路上的每个时隙的频率信道是以所述顺序的第一个可接受的频率信道。
确定频率信道是否可接受最好考虑在该频率信道上在传输过程中并非所述网络节点一部分的发送/接收设备可能引起的干扰或对其的干扰。
在至少一条链路上，可以为发送分配至少两个连续时隙，以便在所述至少一条链路上在多个时隙上连续地发送用户业务。最好在将时隙编号分配给并不具有分配以发送的两个连续时隙的任一条链路之前，将一时隙编号分配给所述至少一条链路。
所有的时隙最好具有相同的持续时间。
根据本发明的另一个方面，提供一种计算机程序，包括用于使计算机执行上述方法的程序指令。
根据本发明的又一个方面，提供一种存储媒体，具有在其上或其中存储的上述计算机程序。
所述存储媒体可以是计算机存储器。所述存储媒体可以是只读存储媒体。适当的只读存储媒体包括CD-ROM或半导体ROM。所述存储媒体可以是可重写存储媒体。合适的可重写存储器媒体包括硬或软磁盘和可重写CD。
根据本发明的另一方面，提供一种编程以执行上述方法的计算机。
应当广泛地理解术语“计算机”。术语“计算机”可包括多个分布式分立计算设备或其组件。
现在将参考附图通过例子来描述本发明的实施例，在附图中
图1示意性地图示由互连节点的网状网络提供并连接到干线的网络的例子。
将理解在此所述的方法通常将通过在合适计算机设备上运行的适当软件来执行，通常将使用在计算机技术中公知的变量和变量标签或标记。通常将使用计算机数据库和/或合适的数据结构来存储和组织数据。
I.网状网络首先参见图1，计算机网络1包括多个节点A-H(在图1中仅图示了八个节点)，这些节点通过节点对A-H之间的相应点到点数据传输链路2相互逻辑连接，从而提供互连节点的网状网络。节点A-H间的链路2由基本上单向(即定向)的无线电传输来提供，即不是广播信号，而是将信号定向到特定节点，信号能够在链路2的两个方向上传送。传输频率通常将至少1GHz。每个节点A-H具有多个天线，提供到其它节点的潜在点到点传输链路。在一个典型的例子中，每个节点A-H具有四个天线，因此可最多连接到四个或更多的节点。
在图1示意性图示的例子中，互连节点A-H的网状网络1连接到干线3。在此将数据业务通过干线3的点称作干线网络连接点(“TNCP”)4。如上所述，应当将这个术语广泛地理解为到任一外部网络的连接点，而并不限制于到常规中继网络的连接。TNCP 4和网状网络1之间的连接通常将通过网状网络插入点(“MIP”)5。MIP 5通常将包括标准节点51，它具有与网状网络1的节点A-H相同的物理结构，并通过馈线链路53连接到专用适配节点52。专用适配节点52通过到TNCP 4的合适(无线电)链路54提供高数据传输速率连接，TNCP 4又具有以这些高数据传输速率发送和接收的适当装置。在一个例子中，将存在一个MIP 5和一个TNCP 4。在其它例子中，将存在至少两个MIP 5和两个TNCP 4，可能存在通过相应TNCP 4提供到干线3(或多条干线)的多条连接的多个MIP 5。每个TNCP 4可以连接到多个MIP 5。
通常，TNCP 4的位置将主要由构成现有干线3的缆线经过的路径来确定。通常由网状网络1的运营商考虑包括可用TNCP 4的位置和网状网络1的节点A-H的位置的多种因素来选择MIP 5的位置。如上所述，网状网络1的运营商一开始可以部署一组战略或“种子”节点，从而在向潜在用户提供网络业务之前建立一个种子网络，从而确保大量的潜在用户一旦需要就可以连接到网状网络1。节点A-H(用户节点或种子节点)的位置显然将主要由放置设备的合适位置的可用性来确定。用户节点通常将位于或接近于相关用户的建筑物。
一旦已经建立节点A-H的物理位置，如可理解的和如从图1可看出的，可以确定节点A-H之间的视线。换句话说，可确定哪些节点是其它节点“可见的”(在上述的含义中，即相互“可视”或“视线”内的两个节点可以在网状网络1所使用的一个或多个频率上无线地相互通信)。可以通过多种方式来确定哪些节点实际上是相互可见的，例如通过在相关节点位置上的实际物理观测和测试、使用适当的调查或者两者之组合。实际上将发现一些节点不是相互可视的。例如，在图1中，虽然节点A和节点C、D、F和G是相互可视的，但是节点A和节点B、E或H不是相互可视的，因为高层建筑6阻挡了节点A和B、节点A和E和节点A和H之间的传输。此外，哪些节点是其它节点可视的问题会随着时间改变，因为建筑物被修建或拆除，树木会生长或被砍伐，等等。
II.“着色”II.1介绍如在我们的美国专利申请US 60/238784、US60/306446和US09/971655中所描述的优选构造方法能够应用使用各种不同无线电传输技术的方法。如上面所指出的，这些网状网络包括在分立时隙的重复时间帧内执行在无线电链路上所有传输的网状网络种类，例如以时分双工(TDD)模式操作的网状网络。存在以TDD模式运行网状网络的多种方式。在一种运行的优选模式中，在每个分立时隙内，每个节点可以向另一个节点发送，从另一个节点接收或者停止工作。为了下面讨论的目的，每个分立时隙将分配有一个时隙编号。如果存在numTimeSlots个分立时隙，则可以从1到numTimeSlots编号这些时隙。
优选的构造处理产生适合于这种TDD操作的网状网络，因为它确保在每条链路上分配足够的时隙以承载分配给该链路的业务，而同时确保了在任一节点上分配给所有链路的时隙总数不超过TDD帧内的时隙数量。
在一个网状网络以TDD模式运行的情况下，在构造处理之后和部署网状网络之前最好执行附加处理，其中为该网状网络内每条无线电链路上所需要的每个时隙分配一个时隙编号。如上面已经简要讨论的和根据下文将显而易见的，这种方法类似于在图论领域中公知的数学问题，称为着色问题，因而在此称作“着色”一个网状网络或类似用语使一个时间帧内的不同时隙与不同的“颜色”在概念上相互关联。然而，对于一个网状网络来说存在一些其它目的，即这种方法最好应当解决在图论中的标准着色问题内未曾出现的问题。这些目的与无线电通信网状网络操作的实际方式有关。
在这个类比中，标准着色问题仅涉及将时隙分配给链路，从而每个节点要求每个编号时隙将在最多一条无线电链路上有效地使用。换句话说，假设在任一特定节点上希望避免在同一时隙编号内执行到其它节点的发送或从其接收(即任一特定节点在任一时刻上最好仅向一个其它节点发送或者从其接收)，在这个实施例中向节点发送和从其接收所用的每个时隙必需具有不同的时隙编号或“色彩”。(这假设所有的发送和接收在同一载波频率上执行。)用于网状网络的处理方法最好还应当考虑一个或多个下述附加因素。
无论何时由一个节点使用一个时隙在任一链路上发送，则使用同一时隙进行发送的所有其它节点都可以从这个发送节点接收到某些干扰。如果发送节点距离另一节点足够远，则根据节点间的距离和所考虑时隙的时间长度，另一节点还可以在随后的时隙内接收到一些干扰。在网状网络内使用定向天线降低了干扰的影响，但是着色处理最好生成这样一组时隙分配，允许每条链路操作以在每个接收时隙内接收的有用信号的强度比在该时隙内接收到的总干扰强度高出足够的余量。
为了生成将相容地工作的一组网状网络链路，着色处理最好生成一组功率电平，每条链路上的每个时隙应当在这些功率电平上工作。
根据无线电链路的工作频率，在这些链路上的衰减可能受到天气条件改变的影响。在一些天气条件下，例如在移动的大雨前，网状网络内的各种信号或干扰路径可能同时以不同方式受天气条件的影响。着色处理所生成的该组功率电平最好考虑到这些天气条件生成一组链路配置，它们能够完全正比于时间相容地工作。
通常可以给网状网络分配多个用于操作的频率信道；节点最好可以在每个时隙内使用任一条这样的信道。在一条链路上的发射机和另一条链路上的接收机之间的干扰电平在它们工作于不同频率上时将被降低；着色处理最好在多信道网状网络内利用这一事实来实现理想的着色，以避免这样的着色在工作于较少信道上的网状网络内将无法实现。
在节点装备有多个分立天线的情况下，因为成本原因，这些天线可以使用单个无线电发射机和单个无线电接收机来操作。在这种情况下，实际上，从预定天线的每个有用发送可能伴随有所有其它天线上的(通常更低功率的)发送，同时在预定天线上接收到的每个信号可能伴随有来自其它天线的附加干扰影响。在其它天线上发送和接收的电平最好远低于通过预定天线的发送和接收。着色处理最好适应这种附加干扰，并且不仅当所有天线是静态的和在规定位置上时，而且当除了预定天线之外的任何其它天线是移动的或者在随机方向上，都要如此处理。这确保了网状网络在天线移动时能够继续正确地工作，例如可能在修改过程中出现的。
II.2示例性的着色方法考虑这些附加因素的着色网状网络的优选方法如下。该方法基于Knig(1916)和Vizing(1964)定理和基于这些定理的公用领域算法。在此将描述在本文中应用的公用领域算法，然后将描述添加以考虑某种网状网络特殊因素的优选的或可选的附加步骤。为了这些算法将每个网状网络节点视为一幅图的顶点；
将从节点N1到节点N2的发送所需要的每个时隙视为一个边沿。在一个边沿上发送的方向对于干扰计算来说很重要；在顶点上汇集的边沿数量是将用于在作为顶点的节点上发送或接收的时隙总数；通过向一个边沿分配一个时隙编号来对其“着色”。
在网状网络的情况下，优选的着色处理还包括给边沿分配频率信道及合适的功率电平。
如果首先着色具有最少可用选择的边沿，则发现成功着色的机会最大(尽管这不能保证)。因此，可以执行下述步骤C1)扫描所有顶点以发现具有最多边沿的顶点；C2)任意地着色这些边沿。一个边沿的每个着色使在其每个端顶点上可用的颜色数量减一；C3)对于每个边沿，将变量dblMaxChoice初始化设置为可用颜色数量的两倍，所述可用颜色的数量代表在它的每个端顶点上可用的颜色总数；C4)对于与一个刚刚着色的边沿共享一个端顶点的每个边沿，使dblMaxChioce的值为每次共享减一；C5)选择具有dblMaxChoice最小值的一个边沿，并将其放在将要着色的边沿列表的第一位置上；C6)为共享此边沿的每个顶点，使用于每个其它边沿的每个其它边沿的dblMaxChoice减一；C7)重复前面两个步骤，每次在列表内的下一个最高位置放置具有最小dblMaxChoice的一个边沿。继续直到列表完全排序；C8)给将要着色的下一个边沿分配在两个端顶点上空闲的第一颜色；C9)如果在两个端点上无空闲颜色，则删除前一颜色分配(这称作“回溯”)，并考虑在该边沿的两个端顶点上空闲的下一个颜色；C10)重复前两个步骤，直到该处理回溯到将要着色的第一边沿，并且没有颜色可以尝试，或者所有的边沿都已经被着色。
这一程序具有在放弃之前探究每种可能着色的能力，但是在普通回溯中将需要比最佳方法更多的时间，所以在着色过程中耗费的时间可能非常多。这是因为该程序通常在步骤C8将发现在两个顶点上没有空闲的公共颜色。
为了降低在这种情况下的回溯量，可以使用下述的方法，该方法对应于Knig在其定理中公开的方法。这种方法处理时隙在一条边沿的每个端点上空闲但是是在每个顶点上的不同时隙的情况。这种方法试图重新分配现有的时隙分配，直到一个公用时隙变得可用。因此，当在一条边沿的两个端点上没有公用空闲颜色时并不回溯，在步骤C8上可以尝试Knig的方法。如果这种方法失败，则该算法可以回溯。
在上述的基本算法步骤中，存在在步骤C1至C7中执行的边沿的仅一次排序。一种可选的优选实施方式在每次着色一条边沿时重新排序。并不保存如先前所述的dblMaxChoice变量，在每个着色步骤上，确定实际上有多少个颜色可用于每条边沿和随后着色具有最少可用颜色的边沿。通过降低回溯量或者通过Knig方法的重新分配，这个附加处理可以节省更多的处理。因为需要考虑在每次颜色重分配过程中的干扰影响，与在标准的图形着色问题(它当然是针对其设计的)相比，Knig的重新分配方法在网状网络的情况下效率较低。
II.3适应网状网络内的干扰为了获得适应因网状网络的节点间出现的干扰导致的干扰限制，最好使用两个矩阵。第一个矩阵是干扰矩阵Inter[][]，其中Inter[i][j]表示在两个边沿使用同一频率信道着色的情况下边沿[i]引入到边沿[j]的干扰程度。注意这个矩阵(通常)不是对称的Inter[i][j](通常)不等于Inter[j][i]。为了建立Inter[][]，必需首先执行为每个边沿选择信号电平的方法。
对于每个边沿来说，最好将在边沿的接收端上的信号电平选择为在接收机上解码该信号所需要的最小电平。这通常通过参考接收装置内的噪声功率电平来确定，所述噪声功率电平通常称作它的“固有噪声电平”，所需要的信号功率电平通常将是固有噪声电平的多倍。这个多倍通常被称作“解调余量”。这在不同的边沿上可能是不同的，例如作为应用于边沿的无线电调制的函数。
这样一种设置接收功率电平的方法通常用于最小化网状网络内的总发送能量，并允许链路在它们的最大可能长度上工作。然而，发射机的动态范围可能是有限的，所以在一些短链路上，接收机上的最低可能信号功率大于以解调余量超过固有噪声电平所需要的功率。
所有的无线电链路最好被操作以便用于每个边沿的接收信号功率保持恒定。当天气和其它条件改变时，这要求调整每个边沿的发送功率，从而补偿沿着链路的功率电平损耗的变化。这最好通过每条链路上的反馈技术来实现，通过该技术，链路的接收端向发送端指出发送端应当如何增加或降低它的发射功率以将接收功率电平恢复到其预期电平。
最好为每个边沿选择最大发送功率，以便该链路能够在恶劣天气和其它条件下在某个最大电平上工作。如果来自接收机的反馈指出需要比这个最大值更高的功率，则将发送功率维持在这个最大值。例如，在特定位置上，可能已知降雨量在0.01％的时间上超过平均值，则将需要允许链路在这个降雨量上工作的最大发送功率以允许该链路在其余的99.99％的时间上工作。最好在接收机和发送机内提高最大发射功率以允许无线电系统内的任意功率设置或测量容限或误差，从而实际上能够确保在这样一个时间百分比上的操作。
假设接收功率电平组和解调余量，可以构造矩阵Allowed[j]以代表在一条边沿的接收端上可允许的最大干扰电平，这是位于以解调余量加上上述类型的容限或误差所需要的任意允许误差低于接收信号功率的干扰电平。
如果已经为每条边沿确定最大发射功率，则现在可以建立Inter[i][j]。因为在网状网络的优选实施例中，边沿i和j对应于沿着每条边沿定位的定向天线对，根据远离干扰路径定位天线的情况，通常将降低边沿i对边沿j的干扰。干扰还将取决于天气和其它条件。
在一种优选实施方式中，根据将生成对边沿j的最大干扰的天气条件计算干扰电平，而根据在边沿i上生成最小接收信号的天气条件计算信号电平。这允许在出现天气影响时的正确操作，例如当链路路径经历暴雨时，所以其发射功率将增加，而干扰路径不经历暴雨，所以没有因为暴雨而降低干扰。
在另一种优选实施方式中，将干扰电平计算为下述两者中的较大者当信号和干扰路径同时经历天气条件的一个极限时所出现的干扰电平；以及当信号和干扰路径同时经历天气条件的另一个极限时所出现的干扰电平。
第二种方法基于信号和干扰路径之间的完全不同的条件很少出现，并可以包含在链路不能正确工作的时间的百分比内。这种方法比前一方法更好，因为它允许大大降低信号和干扰之间的余量，因此提高了使用传输信道的固定分配可以支持的业务密度。
在每个天线与单独的无线电接收机和发射机单元相关的情况下，最好仅参考对应于相关边沿的天线位置来计算干扰。如上面所指出的，在多个天线与一个公用无线电接收机和发射机单元聚集的情况下，实际上这可能会导致对如此相关的所有天线的干扰，在未将天线分配给链路的情况下，最好通过在每个节点内实现的隔离界限来降低干扰。为了确定在静态工作网状网络内允许聚集天线的干扰影响，通过考虑下述之组合来确定产生干扰的最坏情况在干扰的信源节点上任一个聚集天线；和在干扰的接收机节点上任一个聚集天线。
所述情况最好还适应于未分配给任一边沿和在任意方向上定向的该组内的天线。如上面所指出的，这防止了在天线移动过程中特殊产生的干扰影响，例如在修改过程中可能会出现。通过考虑在干扰的信源节点和接收机节点上天线的两种情况的所有四个组合来允许这种情况这两种情况是分配给边沿在其分配的方向上的天线和在该组中定向到其它节点但是经受隔离界限的另一个天线。
已经确定从每个边沿到每个其它边沿的相关干扰电平；和所允许的到每个边沿的总干扰；可以使用这个信息来修改先前所述的着色处理的行为。
当将一种颜色分配给一个边沿时，则在多个频率信道可用的情况下，每次分配最好包括一个信道编号。信道编号通常将影响对其它边沿的干扰。该算法最好首先尝试在所有颜色中分配最低信道编号，并仅在下述情况下考虑其它信道。
当将一种颜色分配给一个边沿[i]时，这种颜色将变得不可用于所有边沿[j]，因为它将导致该颜色内的总干扰超过Allowed[j]。应当指出与在边沿的两个端顶点上使用一种颜色不同，因为所述颜色依然可用于在边沿[j]的另一端上终止的其它边沿，如果它们不受来自[i]的干扰的话。
因此，除了要求在一条边沿的任一端顶点上可用同一时隙之外，优选的算法应用下述条件在新的着色边沿和现有着色边沿之间不能存在过度干扰。如果这排除了所有用于此边沿的时隙，仅考虑最低频率的信道，则可以考虑使用其它的频率信道，优选最低编号的可用信道。
注意到在干扰的信源和接收机彼此靠近时，特定时隙内的传输通常将导致仅在同一编号时隙内的干扰。然而，在更远距离的情况下，干扰也可能出现在随后的时隙内。在确定所经受的干扰时最好考虑这种情况。在这一方面，应当想到因为时隙模式重复，时隙编号1是在时隙编号numTimeSlots之后的时隙。
可以对上述程序进行一些修改，现在将讨论这些修改。
II.4约束着色在第一网状网络当前在操作并建议它改变成第二网状网络的情况下，例如网状网络适配中的一个步骤，通常将存在在两个网状网络内都出现的一组边沿。最好可以为第二网状网络计算着色使得尽可能多地保留与第一网状网络共同的颜色。在此称之为“约束着色”。
在下文中，将半链路定义为用于从节点N1向节点N2发送的边沿组。约束着色的优选方法将着色处理划分成三个部分。部分1处理每个半链路，它要求在第二网状网络内比在第一网状网络内分配相同的编号和更多的边沿将用于这个来自第一网状网络的半链路的着色简单地复制到第二网状网络；这些半链路所需要的任何其它边沿将在部分3中着色。部分2处理在第一和第二网状网络内同时出现的所有其它的半链路。因为这些半链路在部分1中未处理，因此，它们在第二网状网络内具有比第一网状网络内更少的边沿需要着色。对于这些半链路来说，执行上述的全部着色算法，但是对于每条边沿来说，所允许的仅有候选色彩是在第一网状网络内使用的色彩。然后，部分3处理需要着色其它边沿的半链路以及所有新的半链路的其它边沿。在部分3中，完全不修改地执行着色处理。注意到追溯可以仅出现在部分3中，但是可以改变在部分1和部分2中分配的着色。
优选地，可以为约束着色计算选择设置时间限制，例如时间限制是在第二网状网络上执行非约束着色所需时间的若干倍。这防止在出现大量回溯的情况下，以及由于回溯过程中的改变，在第二网状网络的着色方案不可能比非约束着色的第一网状网络更有用的情况下继续计算。
II.5级联在网状网络无线电装置支持时隙级联的情况下，可以增强着色处理以生成要求使用降低数量的频率信道的网状网络，现在将进行讨论。
通常，仅低于100％的p％的一个时隙的持续时间用于传输业务。预留其余部分用于开销传输，例如用于无线电链路维护，还允许“保护频带”。在优选网状网络的情况下使用保护频带的一个原因在于考虑到在从节点N1到节点N2的时隙内发送的无线电信号的飞行时间，确保在N2要求在随后时隙内开始与另一个节点通信之前完全接收到所述信号。
如果级联C个连续编号的时隙，则这意味着在同一半链路上和具有相同的附加着色参数，例如功率电平和频率信道编号，来使用这些时隙。因此，发送节点可以在C个时隙上连续地发送，因而使用级联中的前C-1个时隙的100％和最后一个时隙的p％。这可以降低承载给定业务量所需要的时隙数量。这又减少了在一些顶点上所需要的边沿数量；实际上，这些顶点通常是最受限制的顶点，这意味着能够执行着色方案以使用更少的频率信道。
在一种优选实现方式中，在所有半链路上所需要的总容量应当是在不使用级联的情况下依然可以提供的容量，而不需要超过在任一顶点上可用的边沿数。在这种情况下，成功的级联着色可能有助于提高频谱性能，但这不是实现规定容量的前提条件。
为了利用级联，着色方案最好获知每条半链路上所需要的总容量、从时隙的100％使用率中获得的容量以及p的值。应当指出p的值通常取决于半链路的物理长度。
给出上述信息，可以为一个网状网络计算所有的最佳级联。在任一半链路上，如果在半链路上替代非级联时隙使用将允许在半链路上使用至少一个时隙，从而提供所需要的总容量，C个时隙的级联是有益的。对于存在至少一个有益级联和使用这一级联可减少至多D个时隙的半链路来说，最佳的单个级联是最短的有益级联，长度为B时隙，允许减少D个时隙。如果不能将最佳的单个级联分割成使用总共B个时隙并允许减少总共D时隙的两个或更多的级联，则最佳的单个级联是用于该半链路的最佳级联，反之，用于该半链路的最佳级联是两个或更多的更小的级联。优选地，在存在多组这样的更小级联的情况下，最佳级联是具有任一个更小级联的最小的最大长度的那组级联。
假设在一些网状网络内对于半链路的子集来说存在最佳级联，则可以修改着色算法以包含这种情况。优选地，在着色处理开始时全部着色所有这些级联，而不是在具有最多边沿的顶点上开始。最好以C的递减顺序着色最佳级联。对于级联的着色来说，着色算法查找可使用单一值的功率设置/频率信道编号的C个时隙的连续块。在每种情况下，如果不存在，则必需着色全部的非级联边沿。在试图级联的着色之后，如上所述地继续着色其余单个边沿的处理。
在同时使用约束着色和级联的情况下，则在上面讨论的约束着色方法的部分1和2中，作为上述的约束着色处理的一部分，最好复制第一网状网络的所有未改变的最佳级联。然后，通过试图首先着色其余的级联，接着是所有其余的单个边沿，开始上面讨论的约束着色方法的部分3。
II.6.与其它无线电系统共存可能存在至少一个“异类”无线电系统(作为并非网状网络一部分的无线电系统)，包括在与网状网络所使用的一个或多个频率信道接近或相同的频率上工作的发射机和/或接收机，以便如果不适当地着色，则网状网络的一个或多个边沿将经受来自所述异类无线电系统的干扰或者造成对其的干扰。给定与这样的异类无线电系统的特性的一些相关信息，最好给着色处理添加附加的步骤以便在并不生成所述干扰的情况下生成着色方案。
现在将给出来自一个网状网络的干扰或者对其干扰的例子。
II.6.1对网状网络的干扰可能存在在与网状网络相同的区域内运营的无线电系统，它使用与网状网络所使用的频率信道接近的频率信道。例如，可以是蜂窝无线电系统。通常可以获得这样的蜂窝系统内基站的位置、所使用的频率、发射功率和天线形状的相关信息。这样的基站将发射高功率的信号，此信号可能会对网状网络的一个或多个边沿造成干扰。
更常见地，可能存在干扰的异类发射机，在与网状网络相同的地理区域内，靠近或远离所述网状网络，在与网状网络内所使用的一个或多个频率接近或相同的频率上发射，所以该网状网络内的一个或多个边沿可能会接收到来自这样的异类发射机的干扰。可能导致干扰的一个远程发射机的例子是卫星无线电发射机。可以如上所述将这种发射机的存在及其位置和其它特性通知给网状网络系统的运营商，因而构成在着色处理过程中可以使用的信息。
如果异类发射机的相关信息不可获知或者仅仅为了安全起见，在这些节点上的网状网络无线电设备可以分配一些时隙来检测来自异类发射机的显著的干扰电平。然后，可以在着色处理过程中使用这些测量电平的信息。例如，在美国专利申请US 60/306446和US 09/971655中，描述了可以为干扰测量预留时隙。在本文中，可以分配一些这样的预留时隙以便在这些时隙内没有网状网络设备执行发射。在这些时隙内，可以安排网状网络设备测量由于异类设备导致的总干扰，为一个或多个频率信道和一个或多个天线位置执行这样的测量。
在一些情况下，异类发射机的确切位置可能是未知的，或者可能随着时间改变，因而可能希望生成容忍在某个地理区域内的任意位置高达某个干扰功率的发射。例如，在临近区域内可能存在一个无线电网络，其拓扑结构随着时间改变和它的最大发射功率是已知的。
在所有这些情况下，可以为网状网络的边沿和在该网状网络内可用的频率信道的每个组合计算来自异类发射机的总干扰。在已经测量干扰的情况下，其值可以直接包括在总干扰的计算之中。在预测出干扰来自特定的发射机位置或区域的情况下，可以考虑接收干扰的网状网络设备的天线位置、天线形状和信道排除来计算其最差情况的数值。
作为上述优选的着色处理的一部分(参见上面的部分II.3)，已经选择用于网状网络内每条边沿的发射信号功率电平。因为在优选实施例中已经确定了每条边沿的发射信号电平，还可以确定每条边沿上干扰的阈值电平，超过该阈值，此边沿将不能正确地工作。如果边沿/信道组合表明来自异类系统的干扰超过这个电平，则将该边沿/信道组合标记为不可用。反之，在着色处理中，可以组合该异类干扰与网状网络干扰。
通常，异类发射机将不使用与网状网络内相同的时隙模式。在这种情况下，最好将所计算的干扰视为施加于所有的时隙，如果在特定边沿上的特定频率信道上使用，而不是具体到单个的边沿/时隙/频率的组合。
II.6.2来自网状网络的干扰来自网状网络的干扰的例子包括在与网状网络相同的地理区域内工作的无线电系统，它使用与在网状网络内使用的频率信道接近的频率信道。例如，可以是蜂窝无线电系统，在这种情况下，通常将可以获得在这样一个蜂窝系统内基站的位置、所使用的频率、干扰灵敏度和天线形状的相关信息。该网状网络的一个或多个边沿可能会导致到这样一个基站的干扰。
更常见地，可能存在异类无线电接收机，它可以在与网状网络相同的地理区域内，靠近它或者远离它，在与网状网络内所使用的一个或多个频率接近或相同的频率上接收信号，所以该网状网络内的一个或多个边沿可能会导致对这样的异类接收机的干扰。可以如上所述将存在这样一个接收机、它的位置和其它特性通知给网状网络系统的运营商，因而可以是在着色处理中可以使用的信息。这样一个接收机的例子是无线电望远镜，它检测与网状网络内所使用的一个或多个频率相同或接近的频率上的信号。
在一些情况下，异类接收机的确切位置可能是未知的，或者可以随着时间改变，因此可能希望生成一个着色，它产生在规定地理区域内不超过特定干扰电平的干扰。例如，在临近区域内可能存在已知特性的无线电网络，其各个无线电系统的位置是未知的。
如上所述，作为上述优选着色处理的一部分(参见上面的II.3小节)，已经选择了用于网状网络内每个边沿的发射信号功率电平。给定这些信号电平，可以为在该网状网络所使用的每个频率信道上的传输计算从每个边沿到每个异类接收机位置或区域的最差情况的干扰。这种最差情况干扰的计算最好考虑网状网络发射机相对于异类接收机的方向和网状网络发射机的天线形状。在可以使用合适信息的情况下，最好还考虑异类接收机的方向及其天线形状。作为这个处理的结果，标记边沿和频率信道的每个组合以表示在该边沿上是否可以使用该信道如果到所有异类接收机的干扰电平低于可接受的电平，则可以仅使用边沿和频率信道的特定组合。
通常，异类接收机将不使用与网状网络内所使用的时隙模式相同的时隙模式。在这种情况下，如果在用于特定边沿的具体频率信道上使用，则最好将所计算的干扰视为应用于所有的时隙，而不是更具体地应用于各个时隙/频率组合。
II.6.3考虑在色彩选择过程中的异类干扰作为执行上述步骤的结果，可以标记每个边沿/信道组合来表示考虑网状网络和异类系统之间的干扰，边沿/信道组合是否不可接受；如果否，则在边沿/信道组合上产生的干扰电平是否因异类发射机产生。
上述的优选着色处理可以考虑这些因素，其方式与考虑来自网状网络的其它边沿的干扰相同，每次分配一个颜色以在一个边沿上使用。在这一方面，再次参考上面的II.3小节。
假设不可接受的边沿/信道组合的数量是总组合的一小部分，则在不改变操作此网状网络所需要的频率信道数量的情况下，通常能够实现适应这些共存要求的着色。
对与典型网状网络共处的典型蜂窝系统的分析表明能够向位于同一工作区域内的基站提供不可接受的干扰电平的网状网络发射机的比例不超过2.5％，这可以仅针对网状网络发射机可用的信道中的一条特定信道。该图并未考虑链接到这些网状网络发射机的网状网络边沿的方向。假设优选的网状网络系统使用高度定向的天线，则仅对于在网状网络发射机上可能的边沿方向的特定子集来说，网状网络发射机将是基站的潜在干扰源这进一步减少了不可接受的边沿/信道组合的数量。类似的讨论适用于可以从基站接收干扰的边沿部分。
实际上，可以围绕蜂窝基站定义“安全区域”，以便仅安全区域内的网状网络发射机可能(但是并不必然)导致对基站的干扰，而安全区域之外的任一网状网络发射机都不会导致对基站的干扰(因为网状网络发射机所发射的信号信号的衰减导致任意一个干扰降低到可接受的电平之下)。在典型的例子中，围绕基站的安全区域具有大约60至200米的半径。在考虑对异类接收机的干扰的优选着色处理中，仅考虑位于安全区域内的那些网状网络发射机的发送就足够了。这可能有助于加速计算处理，但是对于上述的更普通的方法是不必要的。
在共存约束影响大量的边沿/信道组合的情况下，最好使用下述对着色程序的修改以避免或最小化对附加频率信道的要求。以每条信道不可用的边沿编号的递减顺序排序这些频率信道。当将要将一个频率分配给任一边沿时，根据这个顺序将信道视为候选信道，直到根据干扰电平发现一条可接受的信道(在网状网络内和与异类系统相关)。考虑这个顺序的结果是最多地使用具有最大异类干扰约束的频率信道，因而当必需适应具有严重异类干扰约束的边沿时提供了最佳的选择。
应当指出，在不需要网状网络和异类无线电系统的运营商之间的任何特殊协调的情况下，通过适当地着色该网状网络，能够有效地避免对异类无线电系统和来自异类无线电系统的干扰。通常，在网状网络的频谱效率上也存在并不明显的效果。
II.7.其它修改当为新的边沿分配一种颜色时，在这个边沿存在多种时隙选择的情况下，在其中选择的策略包括a)优选最少使用的时隙(通过到目前为止分配的边沿数)；或b)优选最多使用的时隙(通过到目前为止分配的边沿数)；或c)选择这样的时隙，它将减少将要着色的最少数目的边沿的选择。
注意到除了在超过累积限制的情况下，时隙的选择将不改变受干扰影响的其它边沿的数量。在此仅根据拓扑来选择时隙。例如，(c)的目的是尽可能少地引入新的拓扑约束。
选择(c)寻求最大化在整个着色处理过程中可以选择的时隙数量。选择(a)的目的是尽可能均匀地使用时隙，从而降低由于干扰组合在所有时隙中抵达死端点位置的概率。选择(b)基于留下尽可能少地使用的一些时隙，然后可以使用它们来解决最限制性的干扰约束。当没有时隙选择可用时，如上面的II.3中所描述的，使用最低信道编号来选择最低编号可用信道工作在类似于选择(b)的基础上，因为它留下了尽可能不使用的最高编号信道。在上面的II.6.3中所描述的修改信道顺序也工作在类似的基础上。
在一些网状网络中，将存在彼此非常靠近的节点。例如多个节点可以共处以降低接入回传网络的成本的TNCP 4。在这些情况下，根据天线偏心拒斥和解调余量的大小，很可能会用于在这些节点之一上发送的时隙可用于在另一个上接收；和相同的时隙和信道组合可用于在两个这样的节点上接收。
因为对着色处理可能存在非常严格的限制，则根据上面的普通方法，最好首先解决这些限制以避免大量的回溯。因此，在一种优选的实施方式中，无论何时着色到这样一个节点或者来自这样一个节点的一条链路上的边沿，都试图使用相同的时隙编号来着色彼此相邻节点上的边沿。
尽管在此参考附图描述的本发明的实施例原则上包括在计算机设备上执行的计算机处理和计算机设备本身，本发明还扩展到计算机程序，尤其是在一个载体上和内部的计算机程序，适合于实现本发明。所述程序可以是源代码、目标代码、代码中间源和目标代码，例如以部分编译的形式，或者以适合于在执行根据本发明的处理中使用的任何其它形式。所述载体可以是能够承载程序的任一实体或设备。例如，载体可以包括存储媒体，例如ROM或磁记录媒体，所述ROM例如是CD ROM或半导体ROM，所述磁记录媒体例如是软盘或硬盘。
已经参考附图中示意性地图示的例子描述了本发明的实施例。然而，在本发明的范围内，显然可以对所述的例子进行改变和修改。
权利要求
1.一种给用于在节点网络内的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法，在该网络中每个节点能够通过所述每个节点和至少一个其它节点之间的传输链路与所述至少另一个节点通信，至少一些节点具有到多个其它节点中每个节点的相应传输链路，在从第一节点到第二节点的链路上的每个信号传输发生在一个时隙期间，该方法包括步骤以在每个时隙上可选择的时隙编号的递增顺序按顺序地给每个时隙分配时隙编号。
2.一种给用于在节点网络内的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法，在该网络中每个节点能够通过所述每个节点和至少一个其它节点之间的传输链路与所述至少另一个节点通信，至少一些节点具有到多个其它节点中每个节点的相应传输链路，在从第一节点到第二节点的链路上的每个信号传输发生在一个时隙期间，该方法包括步骤(a)识别具有要用于发送或接收信号的时隙的最大总数的节点；(b)对于步骤(a)内识别出的节点，给该节点上的每个所述时隙分配不同的时隙编号；(c)确定尚未被分配一个时隙编号的时隙中哪一个具有最少可选择的时隙编号，并给如此确定的时隙分配一个时隙编号；和(d)重复步骤(c)直到已经给所有的时隙分配时隙编号。
3.一种给用于在节点网络内的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法，在该网络中每个节点能够通过所述每个节点和至少一个其它节点之间的传输链路与所述至少另一个节点通信，至少一些节点具有到多个其它节点中每个节点的相应传输链路，在从第一节点到第二节点的链路上的每个信号传输发生在一个时隙期间，该方法包括步骤(a)为每个时隙设置一个变量，其值等于可用时隙编号中最大数的两倍；(b)识别具有将用于发送或接收信号的时隙的最大总数的节点；(c)对于步骤(b)中识别出的节点，给该节点上的所述时隙的每个时隙分配不同的时隙编号；(d)对于与在步骤(c)中被分配了时隙编号的时隙共享一个节点的每个其它时隙，为所述共享节点的每个情况，使所述变量值减少一个常数；(e)选择具有最小变量值的时隙；(f)对于与在步骤(e)中选择的时隙共享一个节点的每个其它时隙，为所述共享节点的每个情况，使所述变量值减少一个常数；(g)重复步骤(e)和(f)，直到已经选择所有时隙；和(h)以步骤(e)至(g)中进行选择的顺序，给步骤(e)至(g)中选择出的每个时隙分配时隙编号。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求的方法，其中分配给一个时隙的时隙编号是在时隙两端的节点上空闲的第一时隙编号。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求的方法，其中考虑由于在另一条链路上的传输可能在使用中在一条链路上引起的干扰来确定时隙编号为可用的。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求的方法，包括步骤为每个时隙分配一个频率信道，在该时隙内在该频率信道上执行无线传输。
7.根据权利要求6的方法，其中考虑可能在使用时在至少一条链路上传输过程中由并非所述节点网络一部分的发送/接收设备引起的干扰或导致对其的干扰，来选择分配给所述至少一条链路上的每个时隙的频率信道。
8.根据权利要求7的方法，其中以从一个节点到另一个节点的链路编号的递减顺序来排序可用的频率信道，对于所述链路来说，在传输过程中来自并非所述节点网络一部分的发送/接收设备的干扰或对其的干扰将是不可接受的，以及其中分配给所述至少一条链路上的每个时隙的频率信道是以所述顺序的第一个可接受的频率信道。
9.根据权利要求7或8的方法，其中确定频率信道是否可接受要考虑在该频率信道上在传输过程中可能在使用时由并非所述节点网络一部分的发送/接收设备引起的干扰或对其的干扰。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求的方法，其中在至少一条链路上，分配至少两个连续时隙用于发送，以便在使用时在所述至少一条链路上在多于一个时隙上连续地发送用户业务。
11.根据权利要求10的方法，其中在将时隙编号分配给并不具有被分配用于发送的两个连续时隙的任一条链路之前，将一时隙编号分配给所述至少一条链路。
12.根据权利要求10或11的方法，其中所有的时隙具有相同的持续时间。
13.一种计算机程序，包括用于使计算机执行权利要求1至12中任一方法的程序指令。
14.一种存储媒体，具有在其上或其中存储的根据权利要求13的计算机程序。
15.根据权利要求14的存储媒体，其中所述存储媒体是计算机存储器。
16.根据权利要求14的存储媒体，其中所述存储媒体是只读存储媒体。
17.根据权利要求14的存储媒体，其中所述存储媒体是可重写存储媒体。
18.一种被编程以执行权利要求1至12中任一权利要求的方法的计算机。
全文摘要
一种给用于在节点(A－H)的网络(1)内的节点之间发送和接收信号的时隙分配时隙编号的方法。每个节点(A－H)能够通过所述每个节点(A－H)和所述至少一个其它节点(A－H)之间的传输链路(2)与至少另一个节点(A－H)通信。至少一些节点(A－H)具有到多个其它节点(A－H)中每个节点的相应传输链路(2)。在从第一节点(A－H)到第二节点(A－H)的链路(2)上的每个信号传输发生在一个时隙内。该方法包括步骤以在每个时隙上可选择的时隙编号递增的顺序按顺序地给每个时隙分配时隙编号。
文档编号H04L12/44GK1557071SQ02818377
公开日2004年12月22日 申请日期2002年3月11日 优先权日2001年7月20日
发明者史蒂文·埃德斯, 菲利普·汤玛斯·休斯, 马尔科姆·查理斯·泰勒, 汤玛斯 休斯, 史蒂文 埃德斯, 姆 查理斯 泰勒 申请人:辐射网络公司