现在将参考示出了本发明优选实施例的附图，在下文中更全面地描 述本发明。然而，本发明可以以很多不同形式实施，并且不应当被解释 为局限于此处阐述的实施例。相反，提供了这些实施例，以便使这个公 开内容变得彻底和完整，并且向本领域的技术人员全面传达本发明的范 围。相同标号始终引用相同的单元，并且原始标记和多个原始标记用来 表示可选实施例中的类似单元。
初始参考图1，根据本发明的MANET 20说明性地包括多个移动节 点21-28。在所示示例中，移动节点21用作源节点，而移动节点25用 作源节点试图与其通信的目标节点。节点21-28可以是能够在MANET 内通信的任何适当类型的移动设备，如计算机、个人数据助理(PDA)等 等，例如包括无线通信设备30、以及本领域的技术人员所理解的其它设 备。当然，还应当理解，如果需要的话，在某些应用中，节点21-28中 的某些节点可以可选地连接到固定通信基础设施。
此外，源移动节点21说明性地包括控制器31，下面将描述其操 作。举例来说，如本领域的技术人员所理解的那样，可以使用微处理 器、存储器、软件等来实现控制器31。此外，如图所示，无线通信设备 30可以包括无线调制解调器、无线局域网(LAN)设备、蜂窝电话设备 等，以及相关的天线。举例来说，如本领域的技术人员所理解的那样， 可以使用一个或多个相控阵列天线(以及其它适当的天线)。还应当理 解，移动节点23-28同样也优选地包括适当的无线通信设备/控制器，为 说明清楚起见，其没有在图1中示出。
控制器31执行的一个功能是在源移动节点21和目标移动节点25 之间建立一个或多个路由，以便在其间传输数据。在示例性实施例中， 说明性地示出了单个路由，其经过移动节点22-24并且包括无线通信链 路29a-29d。应当注意，虽然为说明清楚起见，仅仅示出了单个路由， 但是根据本发明可以使用任何数目的路由。
如本领域技术人员所理解的那样，例如，MANET路由可以将任何 数目的中间节点包括在其中，这取决于网络大小和节点之间的邻近度。 典型地，沿着路由的每个中间节点被称为“跳跃点(hop)”，这样，经过 多个中间节点的路由有时被称为“多跳”路由。应当理解，虽然为说明清 楚起见，在本例中示出了相对少数目的中间节点22-24，但是 MANET20可以将任何数目的节点包括在其中。此外，应当理解，到目 标移动节点25的部分路由还可以包括有线基础设施。
还应当理解，控制器31建立路由的方式将取决于在MANET 20中 实现的具体MANET路由选择协议。如上所述，这可以使用先应式协 议、反应式协议或者通过其组合来实现，其中先应式协议连续地保持路 由选择信息最新，而反应式协议在存在将数据发送到目标节点22的需 要时按需发现路由。根据本发明，可以使用任何适当的MANET协议例 如上述MANET协议来建立路由。
虽然MANET仍然处于其的相对初期并且尚未采用任何通用标准， 但是如同其它无线网络(例如，无线LAN)一样，在MANET内的数据通 信将很可能遵循开放式系统互连(OSI)架构(或其的某种变体)。作为背 景，OSI是网络协议分级结构，其包括七个不同的控制层，即(从最高 到最低)，应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和 物理层。
一般而言，在OSI模型中，在始发节点或终端处，从应用层开始直 至物理层，控制从一层传递到下一层。然后，跨越网络发送数据，并且 当其到达目标终端/节点时，以相反次序沿着分级结构向上(即，从物理 层到应用层)处理它。此外，典型地，与每个特定层相对应的数据在网 络级被组织到被称为分组的协议数据单元(PDU)中。
根据本发明，控制器31类似地根据多层协议分级结构32操作，以 便为QoS操作提供集成框架。一般而言，多层协议分级结构包括较高 协议层33、一个或多个中间协议层34和较低协议层35，在其上执行补 充的QoS操作，以便提供增强的QoS功能性。
更具体地说，在图2中说明性地示出了多层协议分级结构32′的示 例性实施例，并且在图8和9中示出了用于使用其的相关方法。应当注 意，为说明和理解清楚起见，说明性地用虚线示出和标注了执行图8和 9所示的方法步骤的各个协议层。根据多层协议分级结构32′，从块80 开始，控制器31可以在应用层36′，对跨越MANET 20的数据传输设 立服务质量(QoS)阈值(块81)。更具体地说，应用层36′优选地是创建或 处理要被传送的数据的层。
QoS阈值(或服务类型，TOS)将根据在该较高层运行的特定应用而 改变。例如，诸如视频或音频数据的时间敏感数据可以要求大于文本数 据文件的QoS阈值，以便维护其完整性。定义特定应用所需的QoS阈 值的一种常见方式是通过对于数据传输能够容忍的总计端到端延迟。然 而，根据本发明，可以使用很多其它QoS参数来定义QoS阈值。例 如，如本领域的技术人员所理解的那样，这样的参数可以包括可用带 宽、出错率、端到端延迟变化、跳数、期望路径持久性、优先级等中的 一个或多个。
在块82，在应用层36′下面的QoS支持层37′，控制器31基于QoS 阈值和模式，确定是否需要数据接收确认。也就是，如本领域的技术人 员所理解的那样，在某些情形下，将期望让接收移动节点确认所传送数 据的接收(“Ack”)，并且/或者当不能确认数据的正确接收(“Nack”)时， 通知源移动节点21。 QoS支持层37′可以在概念上被看作相对于OSI模 型的会话和/或传输层，如图2所示。
例如，当源移动节点21需要执行到相邻节点的“可靠”多点传送操 作时，数据分组接收确认可能是特别有用的。举例来说，如果将移动节 点组织成群集或组，并且源移动节点21用作群集领导节点，则它可能 需要将更新的网路拓扑信息或其它控制数据发送到其群集中的其它节 点。这样，源移动节点21可以请求这些节点确认该重要数据的接收。 当然，在很多其它情形下，可以基于数据的重要性和额外Ack/Nack传 送所需的开销，根据需要而使用数据确认。
此外，可以在QoS支持层37′执行的另一特别有利的功能是高级许 可控制。更具体地说，从块89(图9)开始，控制器31可以基于从其它移 动节点接收的各自QoS路由请求和源节点21的内部QoS量度，确定是 否许可来自其它移动节点的业务。也就是，控制器31基于其自己的 QoS要求/资源以及请求访问源节点21的资源的其它移动节点的QoS要 求/资源，基本上确定目前它可以支持什么类型的业务。
举例来说，内部QoS量度可以包括可用功率、可用带宽、最近出错 率和最近延迟中的一个或多个。为说明清楚起见，许可控制操作被示出 为在与图2中的QoS支持层37′相独立的块47′中执行。然而，可以由 相同的控制器或处理器在QoS支持层37′执行这些操作中的一些或全部 (不过，也可以由独立的处理器并且在其它层执行它们)。在2002年4月 29日提交的、并且转让给本受让人的、共同未决的美国申请序列号 10/134,173中提供了关于这样的许可控制操作的更多细节，在此将其全 文引作参考。
在块83，在QoS支持层37′下面的QoS分组编码层38′，控制器31 对来自应用层36′的数据进行编码，以便传送到(一个或多个)目标移动节 点25。当然，本领域的技术人员应当理解，还可以在QoS分组编码层 38′以及使用与由发送移动节点使用的编码算法互补的解码算法，对要 由应用层36′的控制器31使用的、从其它移动节点接收的数据分组进行 解码。
一种特别有利的编码方案是使控制器31使用前向纠错(FEC)算法对 数据进行编码，以基于QoS阈值生成数据的纠错数据。而且，控制器 31还可以选择多个路由，以便将数据传送到目标移动节点25。在此情 况下，在块91，控制器31可以有利地交织要被传送的纠错数据和数据 分组，并且在多个选定路由之间分配所交织的数据。
这样，通过执行FEC并且在多个路由之间分配所交织的数据，即 使当失去一个路由时，MANET也允许纠正被破坏的数据分组，从而允 许如果必要的话在建立新路由时继续传送。此外，可以在多个路由之间 分散与FEC编码相关联的附加数据量，这样减轻了增加的带宽要求。 在2003年2月19日提交并且转让给本受让人的、共同未决的美国申请 序列号10/369,313中，提供了关于可以在QoS分组编码层38′执行的 FEC/交织操作的更多细节，在此将其全文引作参考。
在块84，可以在QoS编码层38′下面的QoS路由选择层39′执行路 由选择。一般而言，控制器31使得将QoS路由请求发送到相邻移动节 点，以便发现到(一个或多个)期望目标移动节点的潜在路由。然后，将 路由确认返回到源移动节点21，其包括路由可以支持或提供什么QoS 级别的指示或量度。然后，可以将可用路由列表存储在路由选择表45′ 中，控制器31基于路由选择算法，从其选择(一个或多个)期望路由。在 以下申请中描述了若干特别有利的、用于在MANET内建立一个或多个 路由并且跨越其发送数据的方案，即，2002年8月8日提交的共同未决 美国申请序列号10/214,997、2002年6月19日提交的共同未决美国申 请序列号10/174,721、以及标题为“ROUTE SELECTION IN MOBILE AD-HOC NETWORKS BASED ON TRAFFIC STATE INFORMATION”、律师事务所案号为GCSD-1468(51334)的共同未决 申请，这些申请全都被转让给本受让人，并且在此将其全文引作参考。
此外，在块92，控制器31可以可选地基于QoS阈值和传送外出数 据所需的能量使用级别(即，功率)，在QoS路由选择层39′对外出数据 执行负载调整。这有利地允许针对给定情形，适当地平衡给定应用所需 的功耗、可用QoS和QoS。在标题为“LOAD LEVELING IN MOBILE AD-HOC NETWORKS TO SUPPORT END-TO-END DELAY REDUCTION，QoS AND ENERGY LEVELING”的、律师事务所案号为 GCSD-1470(51336)的共同未决申请中，提供了关于负载调整操作的更 多细节，在此将其全文引作参考。
另外，在块93，在QoS路由选择层39′下面的QoS转发层40′，控 制器31优选地在单点传送通信模式和多点传送通信模式之间选择。更 具体地说，控制器31可以在应用层36′针对给定应用指示将在QoS转 发层40′选择的特定类型的通信模式(例如，用于群集领导节点广播的可 靠多点传送通信)。
对于其它应用，可以不必在应用层36′指定具体的通信模式。如 此，控制器31可以基于QoS阈值，确定哪个通信模式是适当的。当 然，这个确定还可以考虑其它因素，例如，特定的无线通信设备30资 源的可用性，特定类型的传送是否有可能对其它移动节点造成非故意的 干扰等。特别地，即使在应用层36′指定了具体的通信模式，控制器也 可以在QoS转发层40′确定基于上述因素中的一个或多个而应该使用不 同的通信模式。
此外，在块85，在QoS转发层40′下面的QoS业务层41′，控制器 31优选地控制数据业务流，并且还可以管理其数据队列，以维护QoS 阈值。特别地，在一个有利的实施例中，上述QoS路由请求可以具有 各自的业务流标识符、以及与其相关的第二QoS阈值或上限。如此， 在块94，控制器31可以有利地基于各自的业务流标识符而管制所许可 的业务，以便确保所许可的业务不超出各自的第二QoS阈值。在2002 年4月29日提交的、转让给本受让人的、共同未决的美国申请序列号 10/134,714中，提供了关于这样的业务管制的更多细节，在此将其全文 引作参考。
此外，如本领域的技术人员所理解的那样，在QoS业务层41′下面 的至少一个较低协议层，控制器31与无线通信设备30协作，以便基于 从较高层提供的命令/数据，通过(一个或多个)选定路由传送数据到目标 移动节点25，从而结束图8所示的方法(块87)。
此外，当单点传送和多点传送模式都由控制器31实现时，控制器 可以有利地与无线通信设备30协作，以便基于选定的具体通信模式传 送数据。也就是，在块95-98，根据正被使用的特定类型的通信模式、 以及(一个或多个)选定路由的QoS量度，可以调整或裁制(tailor)各种信 号传送特征，从而结束图9所示的方法(块99)。下面将进一步讨论信号 传送和接收特征的调整。
更具体地说，分级结构32′的较低协议层优选地包括在QoS业务层 41′下面的无线适配层42′、在无线适配层下面的介质访问(MAC)层 43′、以及在MAC层下面的物理(PHY)层44′。无线适配层42′在较高协 议层与MAC和PHY层之间提供接口，其中后者是控制器31在物理上 与无线通信设备30接口之处。当然，本领域的技术人员应当理解，其 它层也可以包括在分级结构32′内，例如链路层，并且在特定实施例 中，可以在不同层实现在此描述的某些功能。
因此，在块95，在物理层44′，控制器31优选地与无线通信设备 30协作，以便确定(一个或多个)选定路由的QoS量度，其可以用来确定 是否需要进行任何QoS调整，或者是否在该路由上完全不再可能进行 通信。还应当理解，QoS量度不仅用于为已建立的路由维护QoS，而且 它们还典型地用于路由发现和选择，这在图2中由操作块46′说明性地 示出。另外，应当注意，虽然为说明清楚起见，与无线适配层42′相独 立地示出了块46′，但是事实上可以在无线适配层(或其它层)执行在其中 示出的操作。
在块96，通过监控选定路由的QoS量度，控制器31在QoS路由选 择层39′可以确定QoS量度是否低于QoS阈值。如果是，则在块97， 在物理层44′，控制器31可以与无线通信设备30协作，以调整一个或 多个信号特征，以便改善QoS量度。
现在附加地参考图3-7和10-11，现在将描述可以如何调整信号特 征，以便改善QoS的具体示例。第一个示例是这样的时候，即QoS量 度表明到期望的移动节点如沿着选定路由的下一个移动节点的信号连接 性已经降至不合要求的级别(例如，低于QoS阈值)。
关于图3所示的MANET 50，其包括源移动节点51和与其相邻的 移动节点52-58，源移动节点在由半径r1限定的区域59′上传送。这 样，如图4所示，在如上所述设立QoS阈值，确定QoS量度并且选择 (一个或多个)期望的路由(块100-103)之后，当确定了QoS量度低于 QoS阈值(块104)时，控制器31在PHY层44′与无线通信设备30协 作，以便提高信号传送功率。如本领域的技术人员所理解的那样，可以 基于一个或多个QoS因素如出错率、接收信号强度等而确定降低的信 号连接性。
结果，MANET 50′的传送区域59′现在由具有大于半径r1的半径r2 的圆圈来限定。这样，例如，如果源移动节点51最初与移动节点54通 信，并且它移出范围(如图3)，则提高信号传送功率将使得这个节点处 于传送区域59′之内。
当然，可以采取相反的方案，以便避免无意地对相邻的邻近移动节 点造成干扰。考虑图5所示的MANET 60，其说明性地包括源移动节点 61和彼此干扰的邻近移动节点62。特别地，从源移动节点61到移动节 点63-67的传送在移动节点62处造成非故意的干扰。这样，例如，如 果QoS量度表明来自移动节点62的干扰导致不满足QoS阈值，则控制 器31可以确定移动节点61和62这两个节点彼此干扰，并且相应地降 低其信号传送功率。如此，其信号传送区域68从由半径r11限定的圆圈 (图5)减至由半径r21限定的较小圆圈(图6)，这将不再造成对移动节点 62′的干扰。
除了信号功率之外，还可以调整其它信号特征，以便实现类似的结 果(即，提高的节点间连接性，或者减少的干扰)。例如，在图7所示的 情况下，如图所示，改变了信号传送天线模式(或波束形状)，以便从传 送区域68″中排除移动节点62″。如本领域的技术人员所理解的那样， 另一类似的技术是在期望方向上调整信号传送增益，这也影响传送区 域。
此外，通过基于QoS量度低于QoS阈值的确定而调整信号传送功 率、信号传送增益和/或信号传送模式，控制器31还可以有利地调整信 号传送范围，以便并入更多的移动节点。例如，当需要附加路由时，或 者当新的节点加入群集或节点组时，这可能是特别有益的。
在块106，还可以可选地调整其它信号特征，以便提供改善的 QoS。如本领域的技术人员所理解的那样，例如，可以改变正被执行的 错误编码。类似地，控制器31可以与无线通信设备30协作，以便如果 QoS量度大于或等于QoS阈值则使用第一调制技术，否则使用第二调 制技术来调制数据。举例来说，适合的调制技术可以包括TDMA、 CDMA、FDMA和SDMA等。然后，在块107，根据调整后的信号特 征执行传送，从而结束所示方法(块108)。
此外，控制器31与无线通信设备30协作，以便以期望数据速率传 送数据。如此，如本领域的技术人员所理解的那样，控制器31还可以 与无线通信设备30协作，以便基于可用QoS，在必要时调整数据速 率。
还应当理解，还可以使用类似技术来减少特定节点从相邻干扰节点 接收的干扰。也就是，目标移动节点可以确定在其上接收数据的路由的 QoS量度已经低于在应用层36′设置的QoS阈值(其可以由源移动节点 提供，由两个节点达成协议，或者独立地设立)。在此情况下，在块 110′和111′(图11)，例如，如在上面类似地描述的那样，控制器31可以 调整总体信号接收增益和/或信号接收模式，以便减少在接收数据时由 干扰移动节点造成的干扰。
另外，无线通信设备30还可以在由图2中的MAC/PHY列47a′- 47c′说明性地代表的多个信道上操作。这样，如果给定路由与多个信道 中的一个相关联，则控制器31可以与无线通信设备30协作，以便当选 定路由的QoS级别低于QoS阈值时，搜索或者监控一个或多个其它可 用的物理信道。在2002年4月29日提交并且转让给本受让人的美国申 请序列号10/134,862中，提供了这样的信道监控和选择的更多细节，在 此将其全文引作参考。当然，应当注意，列47a′-47c′也可以对应于其它 物理层设置或“调节器(knob)”，例如调制类型、通信模式类型等。
因此，本领域的技术人员应当理解，本发明的协议分级结构提供了 一种QoS框架，其用于高效且方便地组织协作QoS操作，以便提供增 强的QoS。而且，本发明提供了一种全体且集成的框架，其允许针对特 定应用的、基于组件的开发，并且使用场景(scenario)。此外，它还提供 了使用业务状态(例如，利用、剩余容量、跳数、传输延迟等)来帮助产 生多个可选的源到目标的分组路由。
而且，根据本发明，无线适配层42′可以有利地允许使用多个无线 接口(例如，不同的无线类型、接口、物理信道等)。此外，本发明还提 供了QoS驱动的PHY层适配，以便改善覆盖范围，减少干扰，增加所 达到的邻近节点的数目，并且提高可靠性。另外，根据需要，可以在较 高协议层对数据分组进行编码，以便提供更强的纠错等，并且还可以有 利地使用多个路由来提供更高的可靠性和吞吐量，以及减小端到端的延 迟。