基于无线网络中的学习来选择中继节点的中继设备和方法
【专利摘要】本发明提供一种基于无线网络中的学习来选择中继节点的中继设备和方法。例如，由中继设备来执行选择中继节点的方法，所述方法包括：从前驱节点和后继节点接收包信息；基于根据接收到的包信息计算的中继质量信息(RQI)来确定中继设备是否可用作被优化的对数据包进行中继的节点。还提供了用于计算RQI信息的技术。
【专利说明】基于无线网络中的学习来选择中继节点的中继设备和方法
[0001] 本申请要求于2013年9月26日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0114301号 韩国专利申请的权益，为了所有目的，所述专利申请的整个公开通过引用合并于此。
【技术领域】
[0002] 以下描述涉及一种在无线网络中对数据进行中继的设备和方法。
【背景技术】
[0003] 为确保稳定的通信，用于使用整个网络或网络的一部分在用户之间共享内容的应 用技术可采用基于单播的终端到终端通信方案。因为在一对一通信方案中，内容需要被顺 序地发送，所以这种通信方案的通信效率会随着共享内容的终端的数量增加而降低。
[0004] 为防止通信方案的通信效率由于终端数量的增加而降低，可利用基于广播的通信 方案，以代替基于单播的通信方案。为覆盖多跳网络，基于广播的通信方案可需要使用被配 置为从内容的拥有者传送或中继内容的中继节点。例如，这种中继节点可被配置为将内容 从源节点传送或中继到网络中的特定目标节点或所有节点。
【发明内容】
[0005] 提供本
【发明内容】
以按简化的形式介绍概念的选择，以下在【具体实施方式】中进一步 描述概念的选择。本
【发明内容】
不意图确定所要求的主体的关键特征或必要特征，也不意图 用于帮助确定所要求的主题的范围。
[0006] 在一个总体方面，由中继设备选择中继节点的方法包括：从前驱节点和后继节点 接收包信息；基于根据包信息计算的中继质量指标（RQI)信息来确定中继设备是否将被选 为用于对数据包进行中继的中继节点。
[0007] 包信息可指示数据包是否被接收到。
[0008] 接收的步骤可包括：从前驱节点接收与前驱节点关联的数据包；响应于与前驱节 点关联的数据包与在当前序列中首次从前驱节点接收到的数据包相应，将关于与前驱节点 关联的数据包的包信息反映在计算的RQI信息上。
[0009] 接收的步骤可包括：从发生数据丢失的后继节点接收否定确认（NACK)包；响应于 NACK包与在先前序列中由中继设备中继的数据包相应，将NACK包反映在计算的RQI信息 上。
[0010] 将NACK包反映在计算的RQI信息上的步骤包括：将在预定范围的最后序列期间接 收到的NACK包的总数量乘以权重，并将加权后的NACK包的总数量反映在计算的RQI信息 上。
[0011] 所述方法还可包括：响应于中继设备确定对数据包进行中继，把将由中继设备中 继的数据包的数量反映在计算的RQI信息上。
[0012] 确定的步骤可包括：通过将计算的RQI信息和包括在数据包中的RQI信息进行比 较，来确定中继设备是否将对数据包进行中继。
[0013] 确定的步骤可包括：通过将计算的RQI信息和RQI历史信息进行比较来确定中继 设备是否将对数据包进行中继，其中，RQI历史信息包括在先前序列中接收到的数据包的RQI彳目息。
[0014] 确定的步骤还可包括：对在当前序列中对数据包进行中继的节点进行计数，和基 于所述计数来更新中继设备的RQI历史信息。
[0015] RQI信息可基于从前驱节点接收到数据包的概率和数据包被发送到后继节点的概 率中的至少一个概率被确定。
[0016] 所述方法还可包括：响应于不存在在先前序列中对数据包进行中继的节点，通过 将计算的RQI信息和中继设备的RQI历史信息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进 行中继。
[0017] 所述方法还可包括：响应于不存在在先前节点中对数据包进行中继的节点，基于 调整值和计算的RQI信息来调整中继设备的RQI历史信息，其中，RQI历史信息被用于确定 在后续序列中将对数据包进行中继的节点。
[0018] 在另一总体方面，用于对数据包进行中继的中继设备包括：接收器，被配置为从 前驱节点和后继节点接收包信息；处理器，被配置为基于根据包信息计算的中继质量指标 (RQI)信息来确定中继设备是否将被选为用于对数据包进行中继的中继节点。
[0019] 包信息可指示数据包是否被接收到。
[0020] 接收器可从前驱节点接收与前驱节点关联的数据包，并且响应于与前驱节点关联 的数据包与在当前序列中首次从前驱节点接收到的数据包相应，处理器可将关于与前驱节 点关联的数据包的包信息反映在计算的RQI信息上。
[0021] 关于与前驱节点关联的数据包的包信息可包括由前驱节点发送的数据包的总数 量和由中继设备从前驱节点接收到的数据包的总数量中的至少一个总数量。
[0022] 接收器可从发生数据丢失的后继节点接收否定确认（NACK)包，并且响应于NACK 包与在先前序列中由中继设备中继的数据包相应，处理器可将NACK包反映在计算的RQI信 息上。
[0023] 处理器可将在预定范围的最后序列期间接收到的NACK包的总数量乘以权重，并 将加权后的NACK包的总数量反映在计算的RQI信息上。
[0024] 当中继设备确定对数据包进行中继时，处理器可把将由中继设备中继的数据包的 数量反映在计算的RQI信息上。
[0025] 处理器可通过将计算的RQI信息和包括在数据包中的RQI信息进行比较来确定中 继设备是否将对数据包进行中继。
[0026] 处理器可通过将计算的RQI信息和RQI历史信息进行比较来确定中继设备是否将 对数据包进行中继，其中，RQI历史信息包括在先前序列中接收到的数据包的RQI信息。
[0027] 处理器可对在当前序列中对数据包进行中继的节点进行计数，并基于所述计数来 更新中继设备的RQI历史信息。
[0028] RQI信息可由处理器基于从前驱节点接收到数据包的概率和数据包被发送到后继 节点的概率中的至少一个概率来确定。
[0029] 响应于不存在在先前序列中对数据包进行中继的节点，处理器可通过将计算的 RQI信息和中继设备的RQI历史信息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进行中继。
[0030] 响应于不存在在先前序列中对数据包进行中继的节点，处理器可基于调整值和计 算的RQI信息来调整中继设备的RQI历史信息，其中，RQI历史信息被用于确定在后续序列 中将对数据包进行中继的节点。
[0031] 在另一总体方面，一种由中继设备选择中继节点的方法包括：确定中继设备和多 个中继候选节点中的至少一个候选中继节点是否在先前序列中对数据包进行中继；基于所 述确定的结果和中继设备的中继质量指标（RQI)信息，确定中继设备是否将在当前序列中 对数据包进行中继。
[0032] 确定中继设备是否将在当前序列中对数据包进行中继的步骤可包括：当中继设备 在先前序列中成功地对数据包进行中继时，在当前序列中对数据包进行中继。
[0033] 所述方法还可包括：响应于在先前序列中数据包被中继，更新中继设备的RQI历 史息。
[0034] 确定中继设备是否将在当前序列中对数据包进行中继的步骤可包括：响应于在先 前序列中数据包不被中继，并响应于中继设备的RQI信息等于或大于RQI历史信息，对数据 包进行中继。
[0035] 确定中继设备是否将在当前序列中对数据包进行中继的步骤可包括：当在先前序 列中数据包未被中继时，响应于中继设备的RQI信息小于RQI历史信息，调整中继设备的RQI历史信息；基于中继设备的RQI信息和调整的RQI历史信息，确定中继设备是否将在当 前序列中对数据包进行中继。
[0036] 在另一总体方面，一种计算中继节点的中继质量指标（RQI)的方法包括：确定中 继节点的前驱节点的接收历史；当节点执行中继时，确定中继节点的后继节点的接收历史； 基于中继节点的前驱节点的接收历史来计算RQI值，并且当节点执行中继时接收中继节点 的后继节点的接收历史。
[0037] 计算的步骤可包括：基于中继节点的前驱节点的接收历史和当节点执行中继时中 继节点的后继节点的接收历史的加权乘积来计算RQI值。
[0038] 确定中继节点的前驱节点的接收历史的步骤可包括：使接收到的包的总数量除以 发送的包的总数量。
[0039] 当节点执行中继时确定中继节点的后继节点的接收历史的步骤可包括：使被中继 的包的总数量和NACK包的总数量的差除以被中继的包的总数量。
[0040] 从以下的详细描述、附图和权利要求，其他特征和方面将会是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1是示出无线网络拓扑的示例的示图；
[0042] 图2是示出节点的RQI的示例的示图；
[0043] 图3是示出数据包的结构的示例的示图；
[0044] 图4是示出否定确认（NACK)包的结构的示例的示图；
[0045] 图5是示出选择中继节点的方法的示例的流程图；
[0046] 图6是示出中继设备的示例的示图；
[0047] 图7A和图7B是示出基于RQI信息选择中继节点的方法的示例的流程图；
[0048] 图8是示出反映NACK包的操作的示例的流程图；
[0049] 图9示出选择中继节点的方法的另一示例的流程图。
[0050] 贯穿附图和【具体实施方式】，除非另有描述或提供，否则相同的附图标号将被理解 成是指相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，附图可不按比例缩放，并且可夸大 附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
【具体实施方式】
[0051] 提供以下详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理 解。然而，在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同形式将对本领域的普 通技术人员是显而易见的。所描述的处理步骤和/或操作的进展是示例；然而，除了必需按 特定顺序发生的步骤和/或操作之外，步骤和/或操作的顺序不限于在此阐述的顺序，并且 可如本领域公知地改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略对本领域的普通技术人员公知 的功能和构造的描述。
[0052] 在此描述的特征可以以不同形式实现，并且不应被解释为限于在此描述的示例。 相反，提供在此描述的示例，使得本公开将是彻底和完整的，并且在此描述的示例将向本领 域的普通技术人员传达本公开的全部范围。
[0053] 申请人:要说明的是：在整个说明书中使用术语"反映"以表示："反映"在值上的一 条信息限定该值考虑"反映"在该值上的该条信息。
[0054] 近来，可使用由用户用来配置无线网络和与整个网络或网络中的多个其他用户共 享内容的技术。这种技术包括例如群组播放（GroupPlay)、共享音乐（ShareMusic)等。 以上技术可将无线网络用作用于分配这种内容的全部或部分网络。例如，无线网络为无线 局域网（WLAN)、Wi-Fi直连网络或类似网络。这种网络允许容易地配置和管理无线网络以 促进内容分配。
[0055] 在另一示例中，内容共享技术被用于企业对企业（B2B)领域。例如，B2B内容共享 用于促进电子会议、智能校园和类似应用。随着参与这种网络的用户的数量增加以及这种 内容共享网络的网络规模增加，能够支持多跳通信的无线自组织（adhoc)网络是提供足够 网络性能的一种途径。
[0056] 在用于选择典型无线自组织网络中的中继节点的方案中，收集拓扑信息和网络连 接信息。例如，拓扑信息和网络连接信息包括诸如两跳邻近节点、无线链路状态的信息以及 与网络的多方面有关的类似信息。预先收集的这种信息用于基于这种信息选择覆盖整个网 络的最佳中继节点。
[0057] 在以上的方案中，为了获取选择中继节点所需的预先信息（例如网络连接信息）， 交换控制包。因此，对于这种信息获取，需要额外的流量和时间。此外，网络连接信息（例 如无线链路状态）和网络连接的类似方面随着时间变化。由于这种变化，因此可周期性地 收集和更新预先信息，使得采用以上方案的网络动态地适应任何网络变化，诸如对网络配 置的更改。
[0058] 以下，参照附图详细地描述各种示例。在以下描述中，中继设备表示被配置为执行 选择中继节点的方案的设备。这种中继设备是一件具有相应结构的硬件，其中，所述相应结 构允许该硬件执行选择中继节点的方案。中继候选节点表示在中继区域中包括的节点。另 夕卜，中继节点表示中继候选节点之中被确定为在当前序列中执行中继的节点。
[0059] 图1示出无线网络拓扑的示例。在诸如无线自组织网络的无线网络中，由预定源 发送的包可通过多跳广播方法在整个网络上传播。例如，接收包的一部分节点可重复对包 的中继。通过重复对包的中继，将包从节点中继到节点，直到网络中的所有节点都接收到该 包。
[0060] 在图1的示例中，前驱节点X111包括在前驱区域110中，中继候选节点A121、B 122、C123、D124和E125包括在中继区域120中，后继节点Y131和Z132包括在后继 区域130中。中继区域120可包括多个组成中继区域。例如，这种组成中继区域包括第一 中继区域、第二中继区域和第n中继区域。
[0061] 在后继节点Y131和Z132对从包括在第一中继区域中的中继候选节点接收到的 数据包进行中继的示例中，后继节点Y131和Z132可充当中继候选节点，包括后继节点Y 131和Z132的后继区域130与第二中继区域相应。
[0062] 在另一示例中，后继节点Y131和Z132直接从前驱节点X111接收数据包。在 此示例中，Y131和Z132对接收到的数据包进行中继，进而充当中继候选节点。可基于通 信方案、节点的分布、节点的数量、无线网络的通信环境以及指示如何将节点分配给前驱区 域110、中继区域120和后继区域130中的每个区域的网络的其他参数，来适当地确定前驱 区域110、中继区域120和后继区域130中的每个区域。
[0063] 以上描述的多跳广播技术可应用于图1的示例无线网络拓扑。例如，当从位于前 驱区域110中的前驱节点X111接收到数据包时，包括在中继区域120中的中继候选节点A121、B122、C123、D124和E125中的一个或更多个中继候选节点对包进行中继，使得 包被传播到包括在后继区域130中的中继节点Y131和Z132。尽管对接收到的包进行中 继的中继候选节点A121和D124从X111进行接收，但因为中继候选节点A121和D124 在图1的示例中未链接到后继节点Y131和Z132,且如图所示不包括到后继节点Y131和 Z132的网络连接，因此后继节点Y131和Z132不从中继候选节点A121和D124接收包。 当具有到后继节点Y131和Z132的网络连接的中继候选节点B122、C123和E125中的 至少一个中继候选节点对从X111接收到的包进行中继时，包被传播到后继节点Y131和 Z132。因此，为了使包从前驱区域110中继到后继区域130,应将网络配置为使得在中继区 域中存在这样的至少一个节点：所述至少一个节点具有足以从前驱区域110接收包并将包 传送到后继区域130的网络连接。
[0064] 在由中继设备执行的选择中继节点的方法的示例中，内容从单个内容拥有者（例 如源节点）广播到整个网络或无线网络环境中的多个用户。这种广播允许高效、快速和可 靠地将内容传送到位于距源节点一段距离的终端。所述方法适用于大文件的发送或实时流 传输，其中，实时流传输使用至少一个包的连续发送将划分为所述至少一个包的单个内容 进行发送。
[0065] 每当包被发送时，每个中继候选节点能够学习作为中继节点时自身的性能状态， 从而通过学习过程来调整运行时的自身的性能状态。当每个中继候选节点执行这种学习以 具有最佳性能状态时，每个中继候选节点视情况被选为中继节点。因为获取预先信息不是 此方法的一部分，所以能够消除获取预先信息所引起的开销。因此，此方法能够通过使用学 习方法快速地应对动态环境变化以确定如何广播内容而不需要与预先信息有关的开销。 [0066]如针对图1的示例所示，在无线自组织网络中，中继设备支持具有高可靠性的多 跳广播，同时还以高速进行操作。
[0067] 图2示出节点u229的中继质量指标（indicator)。这里，中继质量指标称为 "RQI"。在图2中，RQI用于在从前驱节点接收包的中继候选节点（例如，图1的中继候选 节点A121、B122、C123、D124和E125)之中选择对包进行中继的最佳中继节点。
[0068] 例如通过以下等式1获得指示节点u229的RQI的RQI(u)的值。然而，等式1仅 是计算RQI(u)值的方式的一个示例，在其他示例中使用用于计算RQI度量（metric)的其 他技术和方法。节点u229可以是例如包括在中继区域220中的中继候选节点中的一个， 或在中继设备中包括的另一中继候选节点，其中，中继设备被配置为对包进行中继并执行 选择中继节点的方法。
[0069] 等式 1
[0070]
【权利要求】
1. 一种由中继设备选择中继节点的方法，包括： 从前驱节点和后继节点接收包信息； 基于根据包信息计算的中继质量指标（RQI)信息来确定中继设备是否将被选为用于 对数据包进行中继的中继节点。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，包信息指示数据包是否被接收到。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，接收的步骤包括： 从前驱节点接收与前驱节点关联的数据包； 响应于与前驱节点关联的数据包与在当前序列中首次从前驱节点接收到的数据包相 应，将关于与前驱节点关联的数据包的包信息反映在计算的RQI信息上。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，接收的步骤包括： 从发生数据包丢失的后继节点接收否定确认（NACK)包； 响应于NACK包与在先前序列中由中继设备中继的数据包相应，将NACK包反映在计算 的RQI信息上。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，将NACK包反映在计算的RQI信息上的步骤包括： 将在预定范围的最后序列期间接收到的NACK包的总数量乘以权重，并将加权后的NACK包 的总数量反映在计算的RQI信息上。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括： 响应于中继设备确定对数据包进行中继，把将由中继设备中继的数据包的数量反映在 计算的RQI信息上。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，确定的步骤包括：通过将计算的RQI信息和包括在 数据包中的RQI信息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进行中继。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，确定的步骤包括：通过将计算的RQI信息和RQI历 史信息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进行中继，其中，RQI历史信息包括：在先 前序列中接收到的数据包的RQI信息。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，确定的步骤还包括：对在当前序列中对数据包进行 中继的节点进行计数，并基于所述计数来更新中继设备的RQI历史信息。
10. 如权利要求1所述的方法，其中，RQI信息基于从前驱节点接收到数据包的概率和 数据包被发送到后继节点的概率中的至少一个概率被确定。
11. 如权利要求1所述的方法，还包括： 响应于不存在在先前序列中对数据包进行中继的节点，通过将计算的RQI信息和中继 设备的RQI历史信息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进行中继。
12. 如权利要求1所述的方法，还包括： 响应于不存在在先前序列中对数据包进行中继的节点，基于调整值和计算的RQI信息 来调整中继设备的RQI历史信息，其中，RQI历史信息被用于确定在后续序列中将对数据包 进行中继的节点。
13. -种用于对数据包进行中继的中继设备，包括： 接收器，被配置为从前驱节点和后继节点接收包信息； 处理器，被配置为基于根据包信息计算的中继质量指标（RQI)信息来确定中继设备是 否将被选为用于对数据包进行中继的中继节点。
14. 如权利要求13所述的中继设备，其中，包信息指示数据包是否被接收到。
15. 如权利要求13所述的中继设备，其中，接收器从前驱节点接收与前驱节点关联的 数据包， 其中，响应于与前驱节点关联的数据包与在当前序列中首次从前驱节点接收到的数据 包相应，处理器将关于与前驱节点关联的数据包的包信息反映在计算的RQI信息上。
16. 如权利要求15所述的中继设备，其中，关于与前驱节点关联的数据包的包信息包 括由前驱节点发送的数据包的总数量和由中继设备从前驱节点接收到的数据包的总数量 中的至少一个总数量。
17. 如权利要求13所述的中继设备，其中，接收器从发生数据包丢失的后继节点接收 否定确认（NACK)包， 其中，响应于NACK包与在先前序列中由中继设备中继的数据包相应，处理器将NACK包 反映在计算的RQI信息上。
18. 如权利要求17所述的中继设备，其中，处理器将在预定范围的最后序列期间接收 到的NACK包的总数量乘以权重，并将加权后的NACK包的总数量反映在计算的RQI信息上。
19. 如权利要求13所述的中继设备，其中，当中继设备确定对数据包进行中继时，处理 器把将由中继设备中继的数据包的数量反映在计算的RQI信息上。
20. 如权利要求13所述的中继设备，其中，处理器通过将计算的RQI信息和包括在数据 包中的RQI信息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进行中继。
21. 如权利要求13所述的中继设备，其中，处理器通过将计算的RQI信息和RQI历史信 息进行比较来确定中继设备是否将对数据包进行中继，其中，RQI历史信息包括：在先前序 列中接收到的数据包的RQI信息。
22. 如权利要求21所述的中继设备，其中，处理器对在当前序列中对数据包进行中继 的节点进行计数，并基于所述计数来更新中继设备的RQI历史信息。
23. 如权利要求13所述的中继设备，其中，RQI信息由处理器基于从前驱节点接收到数 据包的概率和数据包被发送到后继节点的概率中的至少一个概率来确定。
24. 如权利要求13所述的中继设备，其中，响应于不存在在先前序列中对数据包进行 中继的节点，处理器通过将计算的RQI信息和中继设备的RQI历史信息进行比较来确定中 继设备是否将对数据包进行中继。
25. 如权利要求13所述的中继设备，其中，响应于不存在在先前序列中对数据包进行 中继的节点，处理器基于调整值和计算的RQI信息来调整中继设备的RQI历史信息，其中， RQI历史信息被用于确定在后续序列中将对数据包进行中继的节点。
26. -种由中继设备选择中继节点的方法，包括： 确定中继设备和多个中继候选节点中的至少一个中继候选节点是否在先前序列中对 数据包进行中继； 基于所述确定的结果和中继设备的中继质量指标（RQI)信息，确定中继设备是否将在 当前序列中对数据包进行中继。
27. 如权利要求26所述的方法，其中，确定中继设备是否将在当前序列中对数据包进 行中继的步骤包括：当中继设备在先前序列中成功地对数据包进行中继时，在当前序列中 对数据包进行中继。
28. 如权利要求26所述的方法，还包括： 响应于在先前序列中数据包被中继，更新中继设备的RQI历史信息。
29. 如权利要求26所述的方法，其中，确定中继设备是否将在当前序列中对数据包进 行中继的步骤包括：响应于在先前序列中数据包未被中继，并响应于中继设备的RQI信息 等于或大于RQI历史信息，对数据包进行中继。
30. 如权利要求26所述的方法，其中，确定中继设备是否将在当前序列中对数据包进 行中继的步骤包括： 当在先前序列中数据包未被中继时，响应于中继设备的RQI信息小于RQI历史信息，调 整中继设备的RQI历史信息； 基于中继设备的RQI信息和调整的RQI历史信息，确定中继设备是否将在当前序列中 对数据包进行中继。
【文档编号】H04W40/12GK104519545SQ201410367304
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】金泰弘, 徐锡冲, 张明郁, 洪性翼 申请人:三星电子株式会社