字音频播放器或便 携式媒体播放器组合的移动电话。在这些实施方式之一中，通信设备101是智能电话，例如 由苹果计算机制造的iPhone或由ResearchinMotion有限公司制造的黑莓设备。在又一 实施方式中，通信设备101是配备有web浏览器以及麦克风和扬声器系统（例如电话头戴 式耳机）的膝上型或桌上型计算机。在这些实施方式中，通信设备101是启用web的，并可 接收和发起电话呼叫。
[0054] 在一些实施方式中，在网络104中的一个或多个机器101、106的状态被监控，其 通常作为网络管理的部分。在这些实施方式之一中，机器的状态可包括负载信息（例如机 器上的进程的数量、CPU和存储器利用率）、端口信息（例如可用通信端口的数量和端口地 址）、会话状态（例如进程的持续时间和类型以及进程是否是活动的或空闲的）的识别。在 这些实施方式的另一个中，这个信息可由多个度量识别，且多个度量可至少部分地应用于 负载分配、网络流量管理和网络故障恢复中的决定以及本文所述的当前解决方案的操作的 任何方面。上面描述的操作环境和部件的方面将在本文公开的系统和方面的上下文中变得 明显。
[0055] B.分布式无线电通信网络
[0056] 在讨论当前解决方案的【具体实施方式】之前，结合本文描述的方法和系统来描述软 件定义无线电（SDR)的方面可能是有帮助的。SDR可在软件中实现通常由无线电硬件提供 的功能（例如混合、滤波、放大、调制/解调、检测解码和编码）。作为例子，SDR软件可执行 射频滤波、音频滤波和/或信号增强（例如均衡化和双声道展现）。在SDR中，可由例如通 用处理器而不是专用硬件执行一些信号处理。可因此经由在计算设备（例如关于图1A-1C 所述的那些）上的软件配置来实现各种功能。
[0057] 作为例子，可由SDR配置的硬件包括嵌入式系统和包含现场可编程门阵列（FPGA) 设备的系统。在某些应用和实现中，本文公开的SDR设备的一些部件或功能可保持在硬件 (例如模数转换器）中。如本文公开的SDR软件可以是专用的和/或可配置的。因此，SDR 可被配置成能够接收并传输各种音频或通信协议。可以用各种计算机语言（例如C、汇编语 言、Python、Java、Basic或其它语言）编写SDR服务器107的软件实现模块。
[0058] 可经由模数（A/D)和数模（D/A)转换器在射频（RF)信号与数字域之间来回转换。 在SDR中，由天线接收的RF信号可在由A/D转换器（例如一个或多个软件定义的硬件部件） 采样之前被滤波和放大（例如通过一个或多个软件定义的硬件部件）。执行软件应用的处 理器可处理来自A/D转换器的样本，并可重构所传输的信息。相反的过程可获取将被传输 的信息，并可构造应用于D/A转换器（被实现为一个或多个软件定义的硬件部件）的所传 输的波形的样本。D/A转换器的输出可接着在被施加于天线之前被滤波和/或放大（例如 通过一个或多个软件定义的硬件部件）。可利用数字或模拟频率转换步骤以在样本与期望 操作频率之间来回转换（例如在一个或多个软件定义的硬件部件内）。
[0059] 在分布式无线电通信网络配置（例如在本文关于当前的方法和系统公开的那些 配置）中，SDR软件和/或相关应用可部署在一个或多个网络设备上。分布式无线电通信网 络可包括广域或普遍的无线传感器网络（WSN)或机器对机器（MM)网络。这样的网络可配置 成监控和/或提供关于水、天气和/或能量的信息给在农业、政府和国防中的用户。这样的 网络可将所产生的数据引导到集中式节点以用于处理和/或组合。在某些实施方式中，网 络可包括基于云的传感器网络（在下文中有时被称为"RadioCloud(无线电云）"）以从低 成本的、由电池供电的传感器搜集或接收数据。可部署网关的网络（例如作为RadioCloud 的部分）以将传感器传输中继到处理中心或基于云的应用。可经由例如IP网络来中继传 输，IP网络可以是无线的或另外的情况。基于云的web服务平台可提供对从传感器传输恢 复的数据的终端用户访问。
[0060] 在一些实施方式中，可使用DSR来实现分布式无线电通信网络的相当大一部分。 例如，可使用特别改写的SDR软件和应用来实现一些传感器或网关或其部件。传统的SDR 一般将前端、数字转换和软件功能组合到单个设备中，其要求网络中的所有设备都配备有 必要的硬件和软件功能以及电源以给所有部件供电。本文公开的SDR解决方案可配置特定 的设备（例如中央服务器），并可提供特定的功能但不需要全部功能。
[0061] 在某些实施方式中，分布式无线电通信网络被配置成收集关于对例如中央位置的 损害（例如干扰）的网络范围数据。分布式无线电通信网络可通过组合在多个位置（例如 网关）处接收的数据来提高通信链路裕度。在网络中，对SDR功能的更新可能需要计算机 介质（例如CDROM)的物理传播或可能需要通过通信网络的多个文件下载。使用SDR的分 布式无线电通信网络的实施方式可以推迟或再分配计算密集技术（例如天线分集或多输 入多输出（MMO)、多输入单输出（MISO)或单输入多输出（SMO))，例如从网络中的一些或 所有无线电装置（例如传感器或网关）到中央处理节点或在网络中的一个或多个位置处寄 载的特定应用。因此不需要使网络中的所有无线电装置都包含用于处理这些计算密集技术 的计算硬件和完整的软件功能。
[0062] 在一些无线电通信应用中，在与天线和/或RF电子器件遥远的特定位置处执行一 些接收机功能可能是期望的。当一些接收功能的复杂性需要昂贵的处理系统（例如MM0/ MIS0/SIM0应用）时，可出现这种情况。不是在每个接收机（例如网关或中间节点）处执行 这些功能，而是，收集RF信息的样本并经由网络将它们发送到远程位置可能是有利的，在 该远程位置处，SDR处理可被集中或在多个无线电装置之间被共享。
[0063] 通过示例，图2A示出了具有多个节点（100、101)和多个网关（102、103)的分布 式无线电通信网络。节点100、101可通过一个或多个无线电信道与一个或多个网关（102、 103)通信。每个网关（102、103)可经由网络104通过相应的有线或无线通信链路116、117 连接到一个或多个SDR服务器107。
[0064] 每个网关可包括天线、"前端模块"、A/D转换器、D/A转换器、数字上变频器、数字下 变频器和网络接口。在SDR服务器107上运行的一个或多个软件模块、应用或其它可执行 代码可针对从网关（102、103)接收的数字样本进行操作，或产生继而由网关（102、103)传 输到节点的样本。至少一个和可能多个用户（105、106)可连接到网络104。用户可访问在 SDR服务器107上的模块以查看、生成和/或取回来自节点（100、101)的信息。用户可访 问由节点1〇〇、1〇1传输的数据。作为非限制性例子，节点1〇〇、1〇1可以是测量来自环境的 某个参数（例如水位、温度、湿度、压力、用于检测火灾的红外水平、位置、放射性、声级、地 理活动等）的无线传感器。网络可收集这样的数据并可经由网页、地图、应用接口、广播等 向用户105提供一些或所有数据。用户105也可与模块108和节点100、101交互，例如通 过设置警告级别（例如对于水温），如果阈值被超过，则该警告级别将引起警报。节点100、 101可以是通过网络来传输和/或接收信息的任何设备，例如在WSN中使用的常规传感器或 定制和/或配置的传感器节点。RadioCloud系统的某些实施方式可包括发送数据的仅传输 节点，而其它实施方式可包括发送数据以及接收通信的节点，通信可包括指令、更新、配置 和用于重传的数据。
[0065] 仍然参考图2A，节点100和101可包括硬件无线电装置和/或软件定义无线电 装置。这些节点可通过射频（RF)信道发送并接收信息。节点可配备有单个（100)或多个 (101)天线。去往和来自节点100的传输112可例如经由地波传播来直接传播或行进到网 关（102、103)，或从地球的电离层109反射110、111，以形成高频（册）无线电网络。在地波 或表面波传播中，无线电波可在地球的表面附近行进而不被大气层反射或折射。使用地波 传播，HF信号可强烈地被衍射并顺着地球的曲率前进多达几十千米的距离，取决于频率。这 样的地波传播可包括在较低频率处的主导传播模式。节点也可使用视线传播来发送数据， 其中无线电波以直线行进并具有在较高频率处的主导模式。
[0066] 在一些方面中，节点可经由天波将数据传输到一个或多个网关。天波传播可出现 在短波射频处，包括无线电频谱的上中频（MF)和所有高频（HF)部分。天波传播利用了从 电离层反射或折射回到地球的无线电波的传播。由于地球的电离层的性质，在HF范围内的 信号可被反射并可行进大的距离。天波传播可用于将数据中继到在水平线之外的接收机， 一直到大陆间范围，而不管地球的曲率。天波传播出现在信号以高（NVIS)或低（长路径） 入射角从电离层反射时。特别是，具有单个低角反射的长路径传播可提供数千千米的传输 路径。
[0067] 在某些方面中，节点可经由可支持在地波和天波距离（例如大约50到650km)之 间的传输范围的近垂直入射天波（NVIS)将数据传输到一个或多个网关。NVIS无线电波可 使用在1. 8MHz和15MHz之间的频率。NVIS操作可包括对可从电离层反射的操作频率的选 择，其经历由于太阳辐射的离子化效应而引起的每日变化。NVIS的一些优点是，相应的RF 路径损耗相当低，允许低功率发射机的使用，以及在NVIS区之外的传播极大地衰减，导致 频率重用的可能性。使用经由NVIS进行传输的节点，无线电波可向上行进到电离层中，在 那里它们可向下折射回并在离发射机多达650km的区域内被接收。
[0068] 电离层传播可对RF信号造成多个损害，包括多普勒延迟扩展、由于传播中的时间 变化产生的多径、来自自然源（例如光线）的干扰以及来自在世界的其它地区中的共享相 同或附近频谱的发射机的干扰。当前的系统和方法可处理与电离层反射和干扰相关的损 害，例如多普勒和多径，并可通过组合在多个位置处接收的数据来改善通信链路裕度。
[0069] 利用WSN的HF频谱包括多个挑战，包括在地球的电离层中的每日变化、天然和人 造噪声、以及来自在世界的其它地区中的共享相同频率的发射机的干扰。RadioCloud系统 利用HF传播和低自由空间损耗，同时克服这样的挑战。通过使用SDR技术和功率有效调制， HF传播模式都可用于优化应用的WSN，该应用例如土壤湿气监控和更宽的环境数据监控， 其中对于大的地理覆盖需要少量数据的不频繁的报告。而且，RadioCloud系统被设计成利 用表面和NVIS传播模式，节点和网关的所提议的位置可用于确定每个模式的相对性能。
[0070] 通过支持在高频（例如3-30MHZ)、使用低功率并且在10km之外的传播范围的信号 传播，当前的系统和方法不同于常规WSN(例如网状网络），并提供优于常规WSN的优点。网 状网络例如依赖于从源节点通过其它节点在多个跳上被中继到达目的地设备的短程（一 般小于300m)信号。中间节点在重传之前执行所接收的信号的解调和调制。这样的额外处 理导致每个网络节点的增加的复杂度和成本。在例如在大规模耕种操作中的土壤湿气的远 程监控的应用中，蜂窝服务的电池要求和有限覆盖使蜂窝数据网络不适合于环境监控。卫 星网络比蜂窝操作起来甚至更昂贵（一般大于$15/月/节点），需要较大的天线并具有视 线限制，这排除了对高农作物或植物的使用。
[0071] 为了减小功率要求，当前的系统和方法可利用某些应用的较低数据速率（例如 100bps)要求。可使用带宽有效波形（例如相移键控（PSK))，其中需要给定带宽的较高的 链路数据速率。功率有效波形（例如PSK、M-PSK)可权衡带宽效率以减小在功率约束应用 (例如电池供电的WSN)中需要的传输功率。
[0072]来自节点101的传输114、115可利用多个天线来在网络中提供MM0或MIS0能力。 在一些情况下，节点（例如仅传输节点）可使用媒体访问控制（MAC)协议或某个其它协议 来调度它们的传输。传输可在特定的时间和/或频率下被调度以最小化与其它节点的传输 的冲突的可能性，例如使用时分复用和/或频分复用。例如，GPS坐标或其它节点标识符可 用于选择或识别相应的传输的特定时间和/或频率时隙。
[0073] 在某些实施方式中，网关（102、103)可包括收发机、天线、用于转换并放大RF信号 的一个或多个前端部件、A/D和D/A转换器、数字转换器电路和/或网络接口。网关可包括 SDR收发机或SDR接口。每个网关可配置成从一个或多个节点接收不同类型/模式的传输。 例如，网关可配置成从三个模式（地波、NVIS和长天波）中的任一个或多个接收信号。网 关可对在该网关处接收的信号执行直接采样。网关可对所接收的信号进行下变频（例如经 由数字下变频器）而不对信号解调。网关可对下变频后的信号采样，并可经由网络（例如 互联网）将这些样本传输到远程/中央位置用于处理。
[0074] 网关可在指定时间以指定频率对所接收的信号采样，例如，如由SDR服务器的软 件指示的。网关的网络接口可向网络104或从网络104中继RF频率的样本。网络可包括专 用分组交换网络、公共网络、互联网或任何其他广域网或局域网。网络接口可包括以太网或 其他接口。网络接口可使得无线电处理模块能够在网络上的任何远离的地方，而不将它们 限制在网关内或邻近地连接到网关的设备内。在某些实施方式中，经由在连接到网关（例 如经由USB)的计算设备（例如SDR服务器）上的SDR来配置无线电处理模块。网关可先 压缩样本，然后将压缩的样本中继到中央SDR服务器。
[0075] 在某些实施方式中，网关软件将所接收的信号下变频到基带，以便减小将信号样 本发送到SDR服务器以进一步处理所需的带宽。节点和网关可根据GPS信息（例如嵌入在 所接收的信号中）来同步，使得所接收的信号被适当地分组或分离，且样本被正确地时间 配准。来自节点的信号传输可包括嵌在信号的有效载荷和/或头部部分中的定时、同步和/ 或排序信息。在某些实施方式中，节点和网关可接收和/或使用来自GPS源的信息用于高 精度时间同步。在某些实施方式中，RadioCloud系统可使用GPS时间同步来恢复符号定时