用于控制无线通信网络中的多跳传输的方法、用于处理多跳传输的方法、对应的设备、系统和计算机程序与流程

本发明的领域是无线通信网络的领域，例如蜂窝类型的无线通信网络，其包括多个中继节点，该多个中继节点被配置为接收携带由网络中的源节点发送的有用数据量的无线电信号，放大它并全部或部分地中继它，或甚至完成它。具体地，本发明涉及在所述网络中控制这种数据量的最大传输延迟。

背景技术：

1、例如蜂窝无线电类型的无线通信网络是已知的，其中源节点(例如车辆中的移动终端)发送无线电信号，并且该信号在到达其目的地之前由若干“放大和转发”中继节点中继。这也被称为多跳传输，其中每跳指的是中继节点对无线电信号的接收、放大和重新发送。应当注意，源节点不一定预先知道由源节点发送的无线电信号的目的地。无线电信号可以被发送到特定节点，但是它也可以被发送到一个或多个节点，例如验证预定条件的节点，该预定条件诸如位于距源节点小于或等于给定数量的跳数内，或者在给定地理半径内。

2、这种中继节点被配置为在将接收信号重新发送到下一中继节点之前放大接收信号的总强度。由目的地节点接收的强度由源节点发射的有用信号和由于信号在每一跳经历的干扰以及由每个中继节点对干扰和有用信号的无差别放大而导致的无用强度组成。该干扰来自以与发送信号相同的频率发送的网络的所有节点。

3、多跳传输的一个用例涉及在道路上的线路中行驶的机动车辆，诸如汽车。第一汽车将由无线电信号携带的信息发送到其后的汽车。例如，与车辆的控制有关的信息，诸如与制动或转向命令的改变有关的信息。如果合适的话，第二汽车使用嵌入在其接收到的无线电信号中的命令，将其放大并将其重新发送到线路中的下一汽车，以此类推。

4、在这种情况下，可能接收和重新发送信号的可能汽车的最大数量不一定是先验已知的。

5、然而，由源节点发送并由无线电信号携带的信息可能具有有限的有效期：例如，可以认为与在道路上行驶的车辆的控制有关的信息(诸如制动命令)可能在几秒之后或在触发车辆的控制的事件结束时变得过时，如特别是当已经触发制动命令的交通拥堵被清除时。因此，一些中继节点可以接收由源节点传送的不再相关并且不再需要本地处理和/或重新发送的信息。

6、另一用例可以是选择从adhoc网络中的源节点到该网络中确定的目的地节点的路由，以便向其发送信息(例如，如上所述的命令或任何其他类型的信息)。如在先前的用例中，可以施加时间约束。例如，发送的信息可以具有有限的持续时间，或者出于性能和用户体验的原因，可能期望信息经由adhoc网络或经由有限数量的中继节点尽可能快地到达目的地节点。

7、然而，多跳传输的操作原理使得难以确定从源节点到特定目的地节点的无线电信号的总传输延迟，特别是由于在每个中继节点处接收的干扰与有用信号同时被放大的事实。

8、本发明改善了这种情况。

9、特别地，本发明满足了保证满足源节点和目的地节点之间的信息传输延迟约束的需要，无论目的地节点是否被先验识别。

技术实现思路

1、本发明通过提出一种用于控制无线通信网络中的多跳传输的方法来响应这种需要，所述传输由包括源节点和多个中继节点的系统实现，所述多个中继节点被配置为接收、放大和重新发送由源节点发送的无线电信号。

2、所述方法包括，对于当前系统的中继节点，中继节点放置在距源节点i跳处，其中i是非空整数：

3、-针对所述当前中继节点获得所述无线电信号的强度与由所述当前中继节点接收的噪声和干扰强度之间的当前强度比；

4、-确定由所述无线电信号承载的有用数据在所述源节点或位于i-1跳的前一中继节点与所述当前中继节点之间的当前中间传输延迟，所述当前中间延迟是所获得的当前强度比、由所述当前中继节点接收的有用数据量以及该量在所述源节点或所述前一中继节点与所述当前中继节点之间的传输带宽的函数；

5、-至少根据所确定的当前中间传输延迟和先前为位于距源节点i-1跳或更少跳处的中继节点确定的至少一个中间延迟，估计从源节点到位于跳数n处的最终中继节点的无线电信号的总传输延迟，其中n是大于或等于i的整数；以及

6、-如果估计的总传输延迟达到或超过给定的最大延迟，则修改所述系统的多跳传输配置。

7、因此，本发明提出了一种用于管理无线通信网络中的多跳传输的全新且创造性的方法，该方法包括：在由参与该传输的源节点发射的有用数据的传输期间，至少基于从已经中继所接收的无线电信号的中继节点接收的强度信息来估计这些数据到位于距源节点n跳处的中继节点的总传输延迟。根据本发明，当估计的延迟超过授权的最大延迟时，修改系统的多跳传输配置。这种配置修改可以涉及用于从多个路由中选择路由或用于选择到目的地节点的新路由的参数、定义用于重新发送由中继节点接收的所有或部分有用数据量的条件的新规则(例如作为将其与源节点分开的跳数的函数)、停止在位于给定跳数处的中继节点之外的重新发送等。它可以立即应用于通信系统的当前传输或下一数据量的传输。它可以在特定动作消息中发送，或者集成到由源节点发送的下一数据量中。它可以涉及系统的通信节点中的一个或多个。

8、以这种方式，本发明使得可能检查多跳传输系统的中继节点满足预定的延迟约束。

9、根据本发明的一个方面，一旦已经获得强度比并且已经为参与传输的多个中继节点确定了中间传输延迟，并且所选择的配置被应用于源节点对下一无线电信号的传输，就实现对所述无线电信号从源节点到以跳数n放置的最终中继节点的总传输延迟的估计。

10、根据该方法，在上游估计到位于n跳的接收方的先前或导频数据量的总传输延迟，并验证满足最大延迟约束。如果不是这种情况，则修改参与传输的至少一个通信节点的配置。例如，源节点必须修改其路由选择配置，使得被选择来携带下一数据量的路由更快，并且例如包括更少的中继节点。

11、根据本发明的另一方面，在获得强度比并确定当前中继节点的中间传输延迟之后，实现从源节点到位于跳数n处的最终中继节点的所述无线电信号的总传输延迟的估计，并且配置的修改包括传送动作消息，该动作消息至少包括修改后的配置和由位于距源节点i+1跳或更多跳处的至少一个中继节点应用所述配置的顺序。

12、根据该另一实施例，由源节点发射的数据量的总传输延迟在其传输期间在运行中(on the fly)被估计。通过命令位于下游的一个或多个中继节点立即修改其多跳传输配置来执行传输控制。例如，修改涉及一个或多个规则，所述一个或多个规则与接收到的数据在其被重新发送之前的处理有关。例如，所应用的处理包括选择数据的一部分或压缩所接收的数据。替代地，修改可以涉及停止或禁用位于下游或来自给定跳数的中继节点的重新发送。

13、有利地，当n大于i时，所述方法包括至少根据当前强度比或根据存储在存储器中的针对所述下一中继节点的强度比来预测用于至少一个下一中继节点的至少一个中间延迟，所述下一中继节点位于i+1和n跳之间，并且总传输延迟的估计考虑了预测的中间延迟。

14、为了在运行中估计数据量的全部或部分直到位于更下游的中继节点(即，与当前中继节点相比，距源节点的跳数更大)的总传输延迟，不存在所有必要的中间传输延迟。面对这个问题，本发明提出了现实的假设，即针对当前正在发送的数据量或针对先前发送的数据量已经获得的强度比使得可能预测尚未获得的后续中继节点的强度比。一个优点是可以预先确定i+1跳和更多跳处的中继节点是否可以在不超过最大授权传输延迟的情况下将数据中继到位于源节点n跳处的中继，并且如果不是这种情况，则及时修改它们的多跳传输配置，即在它们中的第一个开始接收、放大和中继所讨论的数据之前。

15、有利地，该方法包括：确定与最终中继节点所位于的跳数n的最大值相对应的最大中继数量，使得满足预定条件，所述条件是对于等于最大中继数量nmax的跳数n的估计的总传输延迟未达到最大延迟，并且对于等于nmax+1的跳数的估计的总传输延迟达到或超过所述最大延迟；以及

16、-修改后的配置包括中继的最大数量和用于针对位于大于或等于中继的所述最大数量的跳数处的中继节点禁用从源节点接收的无线电信号的重新发送的规则。

17、以这种方式，位于大于或等于nmax数量的跳数处的中继节点被重新配置为禁用来自源节点的数据信号的重新发送，这保证了遵守关于最大授权传输延迟的约束。

18、根据本发明的另一方面，所述多个中继节点中的中继节点在相同频带上发送，并且总传输延迟的估计包括对距源节点n跳或更少跳的中继节点之间的中间传输延迟的求和。

19、有利地，总传输延迟表示如下：

20、

21、其中，voli是当前中继节点(eri)接收的有用数据量；

22、wi是当前中继节点(eri)处可用的传输带宽；

23、n是放置最终中继节点的跳数；以及

24、sinri表示对于从前一中继节点(eri-1)接收的无线电信号，放置在i跳的中继节点处的信号与干扰+噪声比。

25、根据本发明的又一方面，中继的最大数量的确定包括只要不满足预定条件，就将跳数n递增一个单位的步骤和估计最终中继节点的总传输延迟的步骤的迭代。

26、使用易于在计算机上运行的简单算法以数值方式获得最大数量的中继。当然，可以考虑其他算法。

27、根据本发明的另一方面，对于i等于1，位于距源节点2跳以上的中继节点的中间传输延迟被预测为等于当前强度比，并且直到位于n跳处的最终中继节点的总传输延迟根据位于i跳处的中继节点处的信噪比计算，其定义如下：

28、

29、其中

30、voli是当前中继节点接收的数据量，wi是当前中继节点处的传输带宽，以及

31、

32、其中θ是由放置在距源节点一跳处的中继节点获得的强度比。

33、根据该方法，在发送当前数据量的同时，但是一旦接收到由第一中继节点测量的强度，就执行传输控制，假设所有后续中继节点具有与其相同的强度比。一个优点是可以相对简单且快速地计算到秩为n的最终中继节点的总传输延迟dtgn。

34、根据本发明的又一方面，总传输延迟被估计为具有最大值的中继节点的中间传输延迟，并且授权的最大数量计算如下：

35、

36、其中a由下式定义

37、表示整数部分，其中dmax表示总传输延迟的最大值，vol表示由源节点发送并由中继节点中继的无线电信号承载的有用数据量，并且w表示可用于多跳传输的传输带宽。

38、一个优点是它为允许的最大跳数提供了相对简单的解析表达式。当系统的中继节点以半双工在单独的频带上发送时，或者当它们共享相同的频带但同时发送和接收(全双工)时，总传输延迟的这种表达式尤其适用。

39、本发明还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序产品，所述程序代码指令用于在由处理器执行时实现如前所述的根据本发明的多跳传输的控制方法。

40、本发明还涉及一种其上记录有如上所述的计算机程序的计算机可读存储介质。

41、这样的存储介质可以是能够存储程序的任何实体或设备。例如，介质可以包括存储器件(诸如rom，例如cd-rom或微电子电路rom)、或磁记录器件(例如usb闪存驱动器或硬盘驱动器)。

42、另一方面，这样的存储介质可以是诸如电信号或光信号的可传输介质，其可以经由电缆或光缆、通过无线电或通过其他手段承载，使得包含在其中的计算机程序可以远程执行。根据本发明的程序尤其可以在网络上下载，例如因特网网络。

43、替代地，存储介质可以是其中嵌入有程序的集成电路，该电路适于执行或用于执行上述控制方法。

44、本发明还涉及一种用于控制无线通信网络中的多跳传输的设备，所述传输由包括源节点和多个中继节点的系统实现，所述多个中继节点被配置为接收、放大和重新发送由源节点发送的无线电信号。

45、所述设备被配置为针对当前系统的中继节点实现，该中继节点被放置在距源节点i跳处，其中i是非空整数：

46、-针对所述当前中继节点获得无线电信号的强度与由所述当前中继节点接收和测量的噪声和干扰强度之间的当前强度比；

47、-确定由所述无线电信号承载的有用数据在所述源节点或前一中继节点与所述当前中继节点之间的当前中间传输延迟，所述当前中间延迟是获得的所述当前强度比、由所述当前中继节点接收的有用数据的量以及该量在所述源节点或前一中继节点与所述当前中继节点之间的传输带宽的函数；

48、-至少根据所确定的当前中间传输延迟和先前确定的至少一个中间延迟，估计所述无线电信号从所述源节点到位于跳数n处的最终中继节点的总传输延迟，其中n是大于或等于i的整数；

49、-如果估计的总传输延迟达到或超过给定的最大延迟，则修改所述系统的多跳传输配置。

50、有利地，所述设备被配置为根据其不同的实施例实现上述多跳传输控制方法。

51、有利地，所述设备可以集成到通信网络的节点中。例如，这是系统的源节点或中继节点。它也可以是网络的另一通信节点，诸如系统节点所附接到的基站。

52、相应地，本发明涉及一种用于处理无线通信网络中的多跳传输的方法，所述传输由包括源节点和多个中继节点的系统实现，所述多个中继节点被配置为接收、放大和重新发送由源节点发送的无线电信号。

53、所述方法包括，对于当前系统的中继节点，放置在距源节点i跳处，其中i是非空整数：

54、-向所述无线通信网络的控制设备发送由所述当前中继节点接收的无线电信号的至少一个强度以及噪声和干扰强度；以及

55、-从所述控制设备接收动作消息，所述动作消息包括所述系统的至少一个多跳传输配置修改和应用所述修改的命令。

56、利用本发明，用于将源节点发送的数据量传输到目的地节点的位于源节点的i跳处的中继节点被配置为根据控制设备的指令修改其多跳传输配置。

57、根据本发明的一个方面，所述修改后的配置至少包括大于或等于i的中继的最大数量以及对重新发送从源节点接收的无线电信号的禁止，并且应用命令旨在用于位于大于或等于所述中继的最大数量的跳数处的中继节点。

58、该实施例的优点是将系统内允许从源节点重新发送数据的跳数限制为确定的最大数，以保证最大延迟约束。

59、根据本发明的另一方面，该方法包括当从中继节点到接收到的数量n的跳数i大于或等于接收到的数量n时，决定执行消息中包括的应用顺序。

60、一个优点是，当动作消息旨在用于组地址时，中继节点通过将其与源节点分离的跳数i与动作消息中指定的最大中继数量nmax进行比较来确定是否执行消息中的动作。

61、本发明还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序产品，所述程序代码指令用于在由处理器执行时实现如前所述的根据本发明的多跳传输的处理方法。

62、本发明还涉及一种其上记录有如上所述的计算机程序的计算机可读存储介质。

63、这样的存储介质可以是能够存储程序的任何实体或设备。例如，介质可以包括存储器件(诸如rom，例如cd-rom或微电子电路rom)、或磁记录器件(例如usb闪存驱动器或硬盘驱动器)。

64、另一方面，这样的存储介质可以是诸如电信号或光信号的可传输介质，其可以经由电缆或光缆、通过无线电或通过其他手段承载，使得包含在其中的计算机程序可以远程执行。根据本发明的程序尤其可以在网络上下载，例如因特网网络。

65、替代地，存储介质可以是其中嵌入有程序的集成电路，该电路适于执行上述处理方法或用于执行上述处理方法。

66、本发明还涉及一种用于处理无线通信网络中的多跳传输的设备，所述传输由包括无线通信网络的源节点和多个中继节点的系统实现，被配置为接收、放大和重新发送由源节点发送的无线电信号。

67、所述设备被配置为针对当前系统的中继节点实现，该中继节点被放置在距源节点i跳处，其中i是非空整数：

68、-向所述无线通信网络的控制设备发送由所述当前中继节点接收和测量的无线电信号的至少一个强度以及噪声和干扰强度；以及

69、-从所述控制设备接收动作消息，所述动作消息包括对所述系统的多跳传输配置的至少一个修改和应用所述修改的命令。

70、有利地，所述设备被配置为根据其不同的实施例实现上述处理方法。

71、有利地，所述设备集成在系统的中继节点中。相应地，本发明还涉及无线通信网络的中继节点，被配置为接收、放大和重新发送由源节点发送并从源节点或从前一中继节点接收的无线电信号，所述中继节点包括上述处理设备。

72、本发明还涉及一种无线通信网络中的源节点，所述源节点被配置为在所述通信网络中发送无线电信号并且包括所述前述控制设备。

73、本发明还涉及一种包括上述控制设备的无线通信网络中的通信节点。

74、最后，本发明涉及一种无线通信网络中的多跳传输系统，包括被配置为在所述网络中发送无线电信号的源节点和被配置为接收、放大和重新发送由源节点发送的无线电信号的多个中继节点，该系统包括上述控制设备，并且所述中继节点包括上述处理设备。