技术产业已经历了基础性的改变：围绕作为“引力中心”的互 联网的集中是这一改变的鲜明特征。这一改变针对通信、计算和控 制促进了面向互联网的商业和服务范例转换(paradigm shift)。具体 地，(1)通信表示通过异构网络基础架构的综合组网，以及通过有 线和无线技术的无所不在的互联网接入；(2)计算表示网格计算和 按需实用计算，其中网格计算通过组织并利用大地理范围内的大量 计算机来释放无限的计算能力，而按需实用计算针对成本性能优化 而启用某些创新计算服务模型；以及(3)控制表示用户贡献服务模 型(例如，端到端)，其在技术产业中第一次将权力和控制移交给 用户，并且个人用户利用指数式“网络效应”交互来进行优化。
从三个方面可以看到集中道路的演进：(1)从核心传输到边缘 有线和无线接入，(2)从集中范例到分布式范例，以及(3)从以 网络为中心到以用户为中心。
具体地，用于移动通信的无线网状ad-hoc组网，也称为分组无 线电和Ad-Hoc(自组网)组网，已经在数十年内引起了学术界的兴 趣。实际上，在历史上对Ad-Hoc组网的大部分兴趣都来自于军事。 若干军队已经开发出了战场应用，其中部队和车辆都配备有Ad-Hoc 无线电。随后，这些部队在动态战场环境中形成通信网络。
随着互联网变得越来越成熟和无所不在，包括通信和贸易在内 的传统商业和服务已经迁移到互联网上。但是，一个长期存在的挑 战仍然存在，即，互联网接入或“最后一英里”问题。随着经由固 定线路(例如，ADSL、线缆和专用线路)的互联网接入已经广泛部 署，经由无线设备(移动手持机或PC)的互联网接入的发展现在转 移到通信产业演进的中心阶段。
近年来，针对移动和无线用户接入诸如互联网的有线骨干网， 已经广泛开发了基于标准WiFi/WiMax技术的无线局域网(WLAN)。 WLAN通常利用单跳连接以Ad-Hoc方式进行操作。WLAN的构成 包括接入点，称为“热点(hot spot)”，其利用有线连接(公知为 “回程”)连接至骨干网；以及用户无线设备(例如，移动手持机 或膝上型计算机)中的WLAN卡。WLAN广泛地部署在SOHO(单 独办公、家里办公)环境和集中商业区(旅馆、饭馆、商场等)， 用于无线设备的互联网接入。WLAN还支持其他互联网应用，诸如 主要用于VOIP(互联网协议上的语音)的端对端通信和直接在最终 用户之间进行的文件传输。
WLAN的关键挑战在于无线覆盖能力，因为每个接入点仅能覆 盖有限区域，归因于基础无线电传输限制，通常为几百英尺。为了 提供无所不在的无线互联网接入，热点接入点不得不以高密度部署。 另外，利用有线连接将每个接入点回程到互联网是个重要的技术和 经济挑战。最近，就以下做出了重要努力：基于WLAN技术的先进 性构建特定类型的WLAN，即，无线网状网络，以减少回程要求。 在无线网状网络中，一组无线接入点经由无线的无线电互联。在所 有接入点中，仅某些精心选择的接入点经由有线连接而连接到骨干 网(例如，互联网)；其他接入点可以通过一个或多个无线链路去 往那些选择的接入点并且从那儿前往骨干网从而连接到骨干网。由 此，WLAN中的每个接入点可以经由无线通信的“单跳或多跳”被 “回程”到骨干网。其结果是，每个接入点变成了“热点”(能够 连接到例如互联网的骨干网)，而不需要所有的接入点都有线连接 到骨干网，这会显著节约网络部署，并且驻留在无线网状网络中任 何接入点附近的任何用户能够连接到骨干网。
无线网状网络是通用无线接入网的强有力候选者，其中通用无 线接入网允许用户在任何时候于任何地方接入网络。然而，从网络 性能、财务要求和操作复杂度这些方面来讲，构建这样的网络存在 关键性的挑战：
(a)当经由多跳无线链路将用户连接到骨干网时，连接性能(带 宽吞吐量和/或延迟)将随着跳数的增加而严重降低，在考虑到无线 链路质量是随时间可变的并且不稳定(易于受到周边环境的干扰) 时，尤其是这样。某些高度智能的、依赖于实时的网络信令和路由/ 重路由协议需要进行设计以便优化服务质量。其结果是，无线的跳 数必须是有上界的，因此无线网状网络的规模受到限制，并且必须 实现和维持复杂的组网技术。
(b)由于限制了连接的跳数以改进无线网状网络的可扩展性， 仍有很可观的一部分接入点需要有线地连接到骨干网。因此，需要 大量的财务投入来部署具有足够数量的回程有线连接的足够数量的 接入点，以便构建并操作复杂的大型无线网状网络。
(c)从网络部署操作的角度，为了在商业或“露天”区域部署 大量接入点，不仅需要大量的开销来维持并管理部署的接入点，而 且为了使得这种网络部署切实可行，还必须寻求并得到市政府的批 准。
因此，构建高性能的传统无线网状网络的操作复杂性和相关成 本可能是很可怕的。因此需要一种关于如何将演进的高级无线网状 组网技术与当前的和未来可能的网络基础设施集成在一起并利用之 以进行无处不在的无线接入的解决方案。理想的解决方案能够支持 通用接入网的无缝部署，其可能由混合的有线和无线链路连接；或 混合的无线和有线通用接入网，其具有较高的性能和最小的部署和 维护操作复杂度。
以下描述的各种实施方式解决了构建这种混合有线和无线通用 接入网的上述问题。这种网络的目标在于用作添加在用于网络接入 和网络与服务交互的各种已有网络之上的“支持”网络，而该网络 是自包含的以便自己形成网络，并且还用作多用途“平台”网络， 在其上可以支持很多已有和未来新的应用和业务模型用于通信、计 算和控制。

本发明提供了一种混合有线和无线通用接入网(HUAN)，也称 为RizoNet。RizoNet包括动态部署的网关交换机，称为RizoNode， 以作为网络节点。每个网关交换机可以连接到多个已有网络，诸如， 移动蜂窝网络、互联网、PSTN、固定无线回程网络、电缆网、有线 局域网(LAN)、WiFi/WiMax网络和其组合。RizoNode经由专门 设计的无线链路或它们所连接的多个已有网络上的连接或者二者而 彼此互连。其结果是，RizoNet可以在RizoNet和添加有RizoNet的 多个已有网络之上提供服务接入和服务交互。连接RizoNet中两个 RizoNode的路径可以包括网络节点的序列，这些网络节点由有线或 无线链路的混合来互连，因为性能允许端到端服务质量。RizoNet的 可扩展性不再受到限制，因为两个RizoNode之间路径的跳数不受限 制。
网关交换机RizoNode包括处理器引擎、操作系统和协议栈、存 储器存储和大量接入和网络接口模块。在有些实施方式中，RizoNode 包括(a)传输设备的集合、(b)交换和控制设备，和(c)接收设 备的集合。传输设备的集合能够在有线或无线网络上传输语音或数 据信号。接收设备的集合能够从有线或无线网络接收语音或数据信 号。交换和控制设备能够从接收设备的集合接收进入的语音或数据 信号，并随后进行处理并将该信号转换成具有某些指明标识符的适 当格式，并通过建立去往连接至RizoNode的已有网络的不同连接、 根据用于转发至特定有线或无线网络的服务特定规则，将其发送到 特定的传输设备。在有些实施方式中，传输或接收设备包括蜂窝移 动模块、局域网(LAN)模块、无线局域网(WLAN)模块、电缆模块， 和陆上线路PSTN模块。在有些实施方式中，RizoNode包括用于系 统控制和管理的系统控制模块，和用于将业务从一种类型转换到另 一种类型以及将其从一个网络传送到另一网络的交换模块。
在有些实施方式中，服务特定规则可以包括基于用户的无线语 音服务规划的转发规则。在有些实施方式中，服务特定规则可以包 括基于用户的移动语音或数据服务规划的转发规则。在有些实施方 式中，服务特定规则可以包括基于用户的陆上线路电话语音或数据 服务规划的转发规则。在有些实施方式中，服务特定规则可以包括 基于用户的互联网语音或数据服务规划的转发规则。在有些实施方 式中，标识符包括陆上线路电话号码、无线电话号码、IP地址、VOIP 账号ID或其组合。
网关交换机RizoNode形成混合的有线和无线通用接入网 RizoNet。RizoNet后面的骨干网可以是有线或无线实体。在有些实 施方式中，骨干网可以是互联网、固定无线回程网络、电缆网、陆 上线路PSTN网络、有线局域网(LAN)及其组合。
在有些实施方式中，RizoNet可以进一步包括一个或多个子网， 称为RizoCell。RizoCell可以包括至少一个常规RizoNode，称为RN； 和至少一个超级RizoNode，称为SN，其是子网中用来协调和管理的 领导。RizoCell是网络簇，其中一个或多个SN和RN的集合形成完 整的子网域。在有些实施方式中，RizoNet包括两个或更多RizoCell， 其中两个RizoCell可以经由各个RizoCell中的SN建立的IP隧道而 连接。在有些实施方式中，每个RizoCell可以包括专用IW网关，以 及两个RizoCell可以通过各个RizoCell中两个IW网关之间的专用干 线连接。
RizoCell中的SN可以根据标准或标准的集合从RN中进行选择。 这种标准的某些示例可以是位置坐标、网络拓扑、节点的处理能力、 切换能力、服务简档、服务可用性、性能水平、路由度量、计费和 收费策略以及其他管理策略。RizoCell中的所有SN经由IP隧道完 全连接。某个专用协议被设计以在RizoCell中的SN间维护连通性。 RizoCell中的每个SN维护RizoCell的网络拓扑，并用作缺省网关路 由器，以便为RizoCell中的其他RN路由业务。
SN还可以用来为RizoCell中特定RizoNode创建和管理虚拟“聚 合链路”。注意，每个RizoNode可以自己连接到多个已有网络，并 且经由RizoCell中的单跳或多跳无线链路连接到所有其他 RizoNode。当RizoCell中的RizoNode需要大量带宽以连接到已有网 络(例如，互联网)时(例如，当下载大型视频文件或玩交互式视 频游戏时)，RizoCell中的SN可以通过组合从RizoCell中的其他 RizoNode连接到已有网络(例如，互联网)的可用(未用)带宽并 且使得组合后的带宽可供此RizoNode使用，来创建用于该RizoNode 的“聚合”链路。现在，当RizoNode要下载大型文件时，文件的片 段将经由不同的有线和无线连接从已有网络和其他邻居RizoNode发 送至该RizoNode，并随后在该RizoNode处本地重组成原始文件。专 用链路聚合软件程序在RizoCell中的SN和所有RizoNode处操作， 以支持这种带宽聚合功能。其结果是，每个RizoNode利用连接到已 有网络(例如，互联网)的更大总带宽而得到增强，其中该总带宽 取决于能够从RizoCell中的相邻RizoNode收集多少可用带宽。
每个SN还经由网络管理协议(诸如，SNMP)连接到RizoNet 的集中网络管理系统(NMS)。在有些实施方式中，RizoNet的NMS 提供了全面的所谓FCAPS管理功能：故障(F)管理、配置(C)管 理、计费(A)管理、提供(P)管理和安全(S)管理，以便管理 RizoNet中所有的RizoNode。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的RizoNet进行 通信的方法。该方法包括以下动作：(a)通过上述RizoNet或添加 了RizoNet的多个已有网络来发送语音或数字内容，(b)接收语音 或数字内容，和(c)将语音或数字内容从一个网络交互(或转换) 到另一网络。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的RizoNet进行 内容分发的方法。该方法包括以下动作：(a)验证并建立两个用户 之间或一组用户之间的端到端连接，(b)在两个用户或一组用户之 间递送内容(诸如，文本、音乐和视频)事务，以及(c)管理用于 资源分配和共享、RizoNode的虚拟“聚合”链路创建和管理、内容 分段和重组、内容缓存、内容目录管理、簿记和收费的内容分发事 务。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的RizoNet对项 目进行分布式计算的方法。该方法包括以下动作：(a)根据标准， 识别作为分布式计算机的RizoNode，以便参与分布式网格计算，(b) 根据算法划分计算项目，(c)根据算法，在选择用于计算项目的 RizoNode上分发计算项目，和(d)使用网络操作系统来在参与的 RizoNode上启动网格计算，和(e)从参与的RizoNode接收计算结 果，以及合成并报告计算项目的最终结果。
在有些实施方式中，本发明提供了对家庭组网进行控制和管理 的方法。该方法包括以下动作：(a)根据来自于作为家庭的控制和 管理中心的RizoNode的协议，与家庭电子设备(例如，电视、冰箱、 音响、空调、烹饪设备、安全系统和其他家庭娱乐设备等)通信， (b)在RizoNet上通过RizoNode来远程配置家庭电子设备，和(c) 在RizoNet上通过RizoNode远程接收并监控电子设备的状态。
附图说明
图1a示出了网关交换机RizoNode的一个实施方式，其用作用 于服务接入和网络与服务交互的网络划分与服务支持平台。
图1b示出了网关交换机RizoNode的系统架构的一个实施方式， 其也称为Y端口。
图2a示出了由网关交换机RizoNode构建的本发明的混合有线 和无线通用接入网RizoNet的整体网络架构的一个实施方式。
图2b示出了本发明的RizoNet的子网RizoCell子组网层级的一 个实施方式。
图2c示出了用于本发明的RizoNet的通信的组网/路由机制的一 个实施方式。
图3示出了本发明的RizoNet的网络管理系统(MNS)的一个实 施方式，其也称为Z中心。
图4示出了本发明的RizoNet的内容分发网络的一个实施方式。
图5示出了本发明的RizoNet的网格计算网络的一个实施方式。
图6示出了本发明的RizoNet的家庭组网网络的一个实施方式。

本发明提供了一种混合有线和无线通用接入网(HUAN)，也称 为RizoNet。RizoNet包括动态部署的网关交换机，称为RizoNode， 以作为网络节点。每个网关交换机可以连接到多个已有网络，诸如， 移动蜂窝网络、互联网、PSTN、固定无线回程网络、电缆网、有线 局域网(LAN)、WiFi/WiMax网络及其组合。RizoNode经由专门 设计的无线链路或它们所连接的多个已有网络上的连接或者二者而 彼此互连。其结果是，RizoNet可以在RizoNet和添加有RizoNet的 多个已有网络之上提供服务接入和服务交互。连接RizoNet中两个 RizoNode的路径可以包括网络节点的序列，这些网络节点由有线或 无线链路的混合来互连，因为性能允许端到端服务质量。RizoNet的 可扩展性不再受到限制，因为两个RizoNode之间路径的跳数不受限 制。
网关交换机RizoNode包括处理器引擎、操作系统和协议栈、存 储器存储和大量接入和网络接口模块。在有些实施方式中，RizoNode 包括(a)传输设备的集合、(b)交换和控制设备，和(c)接收设 备的集合。传输设备的集合能够在有线或无线网络上传输语音或数 据信号。接收设备的集合能够从有线或无线网络接收语音或数据信 号。交换和控制设备能够从接收设备的集合接收进入的语音或数据 信号，并随后进行处理并将该信号转换成具有某些指明标识符的适 当格式，并通过建立去往连接至RizoNode的已有网络的不同连接、 根据用于转发至特定有线或无线网络的服务特定规则，将其发送到 特定的传输设备。在有些实施方式中，传输或接收设备包括蜂窝移 动(GSM、CDMA、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)模块、 LAN(以太网)模块、无线局域网(WLAN、WiFi或WiMax)模块， 和陆上线路PSTN模块。在有些实施方式中，RizoNode包括用于系 统控制和管理的系统控制模块，和用于将业务从一种类型转换到另 一种类型、以及将其从一个网络传送到另一网络的交换模块。
在有些实施方式中，服务特定规则可以包括基于用户的无线语 音服务规划的转发规则。在有些实施方式中，服务特定规则可以包 括基于用户的移动语音或数据服务规划的转发规则。在有些实施方 式中，服务特定规则可以包括基于用户的陆上线路电话语音或数据 服务规划的转发规则。在有些实施方式中，服务特定规则可以包括 基于用来通过PSTN网络、电缆网、互联网、蜂窝网或WiFi/WiMax 网状无线网络建立连接(传统的或VOIP)的语音或数据服务规划的 转发规则。在有些实施方式中，标识符包括陆上线路电话号码、无 线电话号码、IP地址、VOIP账号ID或其组合。
网关交换机RizoNode形成混合的有线和无线通用接入网 RizoNet。RizoNet后面的骨干网可以是有线或无线实体。在有些实 施方式中，骨干网可以是互联网、固定无线回程网络、电缆网、陆 上线路PSTN网络、有线局域网(LAN)及其组合。
在有些实施方式中，RizoNet可以进一步包括一个或多个子网， 称为RizoCell。RizoCell可以包括至少一个常规RizoNode，称为RN； 和至少一个超级RizoNode，称为SN，其是子网中用来协调和管理的 领导。RizoCell是网络簇，其中一个或多个SN和RN的集合形成完 整的子网域。在有些实施方式中，RizoNet包括两个或更多RizoCell， 其中两个RizoCell可以经由各个RizoCell中的SN建立的IP隧道而 连接。在有些实施方式中，每个RizoCell可以包括专用IW网关，以 及两个RizoCell可以通过各个RizoCell中两个IW网关之间的专用干 线连接。
RizoCell中的SN可以根据标准或标准的集合从RN中进行选择。 这种标准的某些示例可以是位置坐标、网络拓扑、节点的处理能力、 切换能力、服务简档、服务可用性、性能水平、路由度量、计费和 收费策略以及其他管理策略。RizoCell中的所有SN经由IP隧道完 全连接。某个专用协议被设计以在RizoCell中的SN间维护连通性。 RizoCell中的每个SN维护用于RizoCell的网络拓扑，并用作缺省网 关路由器，以便为RizoCell中其他RN路由业务。
SN还可以用来为RizoCell中的特定RizoNode创建和管理虚拟 “聚合链路”。注意，每个RizoNode可以自己连接到多个已有网络， 以及经由RizoCell中的单跳或多跳无线链路连接到任何一个或所有 其他RizoNode。当RizoCell中的RizoNode需要大量带宽以连接到已 有网络(例如，互联网)时(例如，当下载大型视频文件或玩交互 式视频游戏时)，RizoCell中的SN可以通过组合从RizoCell中的其 他RizoNode连接到已有网络(例如，互联网)的可用(未用)带宽 并且使得组合后的带宽可供此RizoNode使用，来创建用于该 RizoNode的“聚合”链路。当RizoNode下载大型文件时，文件的片 段将经由不同的有线和无线连接从已有网络和其他邻居RizoNode发 送至该RizoNode，并随后在该RizoNode处本地重组成原始文件。专 用链路聚合软件程序在RizoCell中的SN和所有RizoNode处操作， 以支持这种带宽聚合功能。其结果是，每个RizoNode利用连接到已 有网络(例如，互联网)的更大总带宽而得到增强，其中该总带宽 取决于能够从RizoCell中的相邻RizoNode收集多少可用带宽。注意， 下载文件的内容必须由专用数据库服务器(例如，RizoNet的网络管 理系统服务器)进行预分段，以便协调这种用于内容分段指派和管 理(例如，内容分段检测和重传)的下载服务。以下段落更详细地 描述了此实施方式。
假设网络簇中某些或所有RizoNode连接到骨干网(例如，互联 网)。网络簇可以是RizoCell或者RizoCell的子集，并且在网络簇 中至少存在一个SN。去往用于网络簇的骨干网(例如，互联网)的 虚拟聚合链路(VAL)被定义为具有从网络簇中所有RizoNode连接 到骨干网(例如，互联网)的聚合带宽的虚拟链路。在VAL的上下 文中，去往骨干网(例如，互联网)的每个连接被称为组分链路(CL)。 所以用于网络簇的VAL由网络簇中的CL集合形成，并且可以由网 络簇中的用户以共享方式使用。为了接入骨干网：没有VAL机制时， RizoNode仅可以使用等于其CL带宽的带宽；而利用VAL机制， RizoNode现在可以使用其CL带宽(其从骨干网直接连接到 RizoNode)加上来自于其他RizoNode的CL的所有未使用带宽(其 在RizoCell或网络簇上利用一跳或多跳经由其他RizoNode而从骨干 网间接连接到RizoNode)。网络簇中的SN利用网络簇中的RizoNode 带宽共享算法管理VAL带宽共享机制(协议)。事实上，VAL机制 与已有端到端内容递送技术(例如，Napster、BitTorrent、Gnutella) 可比较：已有端到端内容递送机制支持从不同源同时高效地递送所 请求的内容(每一个源仅递送所请求内容的部分或片段，并随后在 查询者的站点处重组)，其是网络的(内容递送)应用层的“共享 机制”；然而，VAL是网络链路或基础设施层的“共享机制”。
每个SN还经由网络管理协议(诸如，SNMP)连接到RizoNet 的集中网络管理系统(NMS)。在有些实施方式中，RizoNet的NMS 提供了全面的所谓FCAPS管理功能：故障(F)管理、配置(C)管 理、计费(A)管理、提供(P)管理和安全(S)管理，以便管理 RizoNet中所有的RizoNode。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的RizoNet进行 通信的方法。该方法包括以下动作：(a)通过上述RizoNet或添加 有RizoNet的多个已有网络来发送语音或数字内容，(b)接收语音 或数字内容，和(c)将语音或数字内容从一个网络交互(或转换) 到另一网络。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的RizoNet进行 内容分发的方法。该方法包括以下动作：(a)验证并建立两个用户 之间或一组用户之间的端到端连接，(b)在两个用户或一组用户之 间递送内容(诸如，文本、音乐和视频)事务，以及(c)管理用于 资源分配和共享、内容分段和重组、内容缓存、内容目录管理、簿 记和收费的内容分发事务。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的RizoNet对项 目进行分布式计算的方法。该方法包括以下动作：(a)根据标准， 识别作为分布式计算机的RizoNode，以便参与分布式网格计算，(b) 根据算法划分计算项目，(c)根据算法，在选择用于计算项目的 RizoNode上分发计算项目，和(d)使用网络操作系统来在参与的 RizoNode上启动网格计算，和(e)从参与的RizoNode接收计算结 果，以及合成并报告计算项目的最终结果。
在有些实施方式中，本发明提供了对家庭组网进行控制和管理 的方法。该方法包括以下动作：(a)根据来自于作为家庭的控制和 管理中心的RizoNode的协议，与家庭电子设备(例如，电视、冰箱、 音响、空调、烹饪设备、安全系统和其他家庭娱乐设备等)通信， (b)在RizoNet上通过RizoNode来远程配置家庭电子设备，和(c) 在RizoNet上通过RizoNode远程接收并监控电子设备的状态。
网关交换机RizoNode
图1a示出了作为用于服务接入和网络与服务交互的网络划分和 服务支持平台的RizoNode的通用网络视图。RizoNode连接到多个已 有网络，诸如移动蜂窝网络、互联网、PSTN和WiFi/WiMax网络。 在分布式方式中，RizoNode位于上述多个已有网络之间，以将业务 从一种类型转换到另一种类型，以及将其从一个网络传送到另一网 络。
图1b示出了RizoNode的系统架构。RizoNode是网关交换机， 其包括处理器引擎、操作系统和协议栈、存储器存储和大量接入和 网络接口模块。在有些实施方式中，RizoNode包括(a)传输设备的 集合，(b)交换和控制设备，和(c)接收设备的集合。传输设备 的集合能够经由有线或无线网络传输语音或数据信号。接收设备的 集合能够从有线或无线网络接收语音或数据信号。交换和控制设备 能够从接收设备的集合接收进入的语音或数据信号，并随后进行处 理并将该信号转换成具有某些指明标识符的适当格式，并根据用于 转发至特定有线或无线网络的服务特定规则，将其发送到特定的传 输设备。在有些实施方式中，传输或接收设备包括蜂窝移动(GSM、 CDMA、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)模块、LAN(以太网) 模块、无线局域网(WLAN、WiFi或WiMax)模块和陆上线路PSTN 模块。在有些实施方式中，RizoNode包括用于系统控制和管理的系 统控制模块，和用于将业务从一种类型转换到另一种类型、并将其 从一个网络传送到另一网络的交换模块。
在有些实施方式中，服务特定规则可以包括基于用户的无线语 音服务规划的转发规则。在有些实施方式中，服务特定规则可以包 括基于用户的移动语音或数据服务规划的转发规则。在有些实施方 式中，服务特定规则可以包括基于用户的陆上线路电话语音或数据 服务规划的转发规则。在有些实施方式中，服务特定规则可以包括 基于用来通过PSTN网络、电缆网、互联网、蜂窝网或WiFi/WiMax 网状无线网络建立连接(传统的或VOIP)的语音或数据服务规划的 转发规则。在有些实施方式中，标识符包括陆上线路电话号码、无 线电话号码、IP地址、VOIP账号ID或其组合。
混合通用接入网RizoNet
网关交换机RizoNode形成混合的有线和无线通用接入网 RizoNet。RizoNet背后的骨干网可以是有线或无线实体。在有些实 施方式中，骨干网可以是互联网、固定无线回程网络、电缆网、陆 上线路PSTN网络、有线局域网(LAN)及其组合。
图2a示出了由网关交换机RizoNode构建的本发明的混合有线 和无线通用接入网RizoNet的总体网络架构。RizoNet连接到一个或 多个骨干网，骨干网可以是互联网、移动蜂窝网络、电缆网、陆上 线路PSTN或公共无线网络。
RizoNet中的节点是网关交换机RizoNode，它们以两种方式连 接：(1)垂直方式，RizoNode是连接到互联网、移动网络、电缆网、 PSTN的网关，并在这些网络之间交换业务，和(2)水平方式， RizoNode通过WiFi/WiMax彼此连接，以形成无线网状网络。其结 果是，RizoNet是三维混合接入网，其中两个RizoNode可以通过多 跳WiFi/WiMax(水平)连接，或互联网/移动/电缆/陆上线路(垂直) 连接，或混合有两种类型连接的路径来连接。此外，RizoNet是“五 合一”接入网，其集成了五个网络并在其上进行互操作：互联网、 移动、电缆、PSTN和WiFi/WiMax网络。从网络拓扑的角度，RizoNet 是基于“超级图(hyper-graph)”的网络，即，基于网络拓扑图中 节点对之间的多个异构直接链路。
RizoNode是部署在用户站点的“即插即用”网关交换机，并且 仅当用户订阅来自RizoNet的某些服务供应时，才部署在用户站点。 RizoNode不需要特殊维护。RizoNet具有某些唯一特性：(1)RizoNet 是随机的且普遍的：(a)用户的网络，没有用户，便没有网络，(b) “平等交换”两重性-“给予”(加入网络)大于“索取”(使用服 务)，(2)RizoNet是自组织的：(a)不需要传统的组网规划，(b) 不需要部署专用网络传输基础设施，(c)网络“随意”增长-用户指 哪，网络便向那里增长，(3)RizoNet在网络容量方面是“自我增 强”的：用户越多，网络的容量越大。这些使得RizoNet的可扩展性 不受限制。此外，RizoNet可以提供大量的语音(例如，VOIP)、 数据(例如，文本、音乐、视频)、网络(端到端、内容分发、网 格计算)和家庭组网服务。
图2b示出了根据本发明的多方面的、本发明RizoNet的子网 RizoCell子网组网层级。在有些实施方式中，RizoNet可以进一步包 括一个或多个子网，称为RizoCell。RizoCell可以包括至少一个常规 RizoNode，称为RN；和至少一个超级RizoNode，称为SN，其是子 网中用来协调和管理的领导。RizoCell是网络簇，其中一个或多个 SN和RN的集合形成完整的子网域。在有些实施方式中，RizoNet 包括两个或更多RizoCell，其中两个RizoCell可以经由各个RizoCell 中的SN建立的IP隧道而连接。在有些实施方式中，每个RizoCell 可以在RizoCell的边界处包括专用IW网关，并且两个RizoCell可以 通过各个RizoCell中两个IW网关之间的专用干线(例如，专用线路 或微波链路)连接。
RizoCell中的SN可以根据标准或标准的集合从RN中进行选择。 这种标准的某些示例可以是位置坐标、网络拓扑、节点的处理能力、 切换能力、服务简档、服务可用性、性能水平、路由度量、计费和 收费策略以及其他管理策略。RizoCell中的所有SN经由IP隧道完 全连接。某个专用协议被设计以在RizoCell中的SN间维护连通性。 RizoCell中的每个SN维护RizoCell的网络拓扑，并用作缺省网关路 由器，以便为RizoCell中的其他RN路由业务。每个SN还经由网络 管理协议(诸如，SNMP)连接到RizoNet的集中网络管理系统 (NMS)。
图2c示出了用于本发明的RizoNet通信的组网/路由机制的一个 实施方式。
每个RizoCell具有至少一个RizoNode作为SN。SN充当该SN 所驻留的RizoCell的网关，以与其他RizoCell和添加有RizoNet的 已有网络进行连接。
理论上，RizoNode可以具有连接至多个邻居RizoNode的多个无 线链路，其中这些邻居RizoNode位于该RizoNode的无线覆盖可达 的范围内。给定分组从起始RizoNode被发送至的RizoNode的目的 地，可以设计路由算法，从而基于路由计算算法计算从起始RizoNode 到目的地RizoNode的一条或多条路径。路径包括RizoNode的序列， 称为“跳”，从起始RizoNode到目的地RizoNode，连接RizoNode 序列的链路可以是混合的，或者是无线链路，或者是IP隧道。在所 选择的多条路径中，一条路径被称为“主”路径，其用作“缺省路 径”，而在主路径中从起始RizoNode的下一RizoNode被称为“缺 省下一跳”(或，简称为“下一跳”)。所有其他路径被称为按某 个优先级顺序的“备份路径”：当主路径不可用时(例如，由于沿 着该路径的链路或节点损坏时)，第一备份路径将成为主路径，并 且如果第一备份路径不可用，则第二备份路径可以成为主路径，以 此类推。
设计具有路径计算算法的节点发现和路由协议以确定下一跳和 端到端路径。该算法是基于QoS的“最短路径”路由算法，其为网 络中任何两对节点之间的一条或多条“最短”路径计算下一跳和端 到端。对于给定的RizoNet，水平(无线)链路是基于无线覆盖确定 的，而RizoCell和SN且因此垂直的(SN之间的IP隧道，和两个 RizoCell的两个IW网关之间的专用干线)链路是基于SN选择和 RizoCell分区算法确定的。每个链路被指派了“距离”，该距离是基 于性能度量(例如，带宽和延迟、链路的稳定性等)和管理度量(例 如，链路的类型、链路的位置、链路的开销等)的。在RizoCell中 的SN，其运行路径计算算法，以计算从RizoCell中的每个RizoNode 到网络中每个其他RizoNode的所有路径。SN存储这些路径，并将 这些路径分发到RizoCell中相应的RizoNode，以用于它们的分组转 发。当通过SN的网络条件改变时(诸如，新的RizoNode加入网络， 某些链路损坏等)，SN会重新计算并更新路径，每个RizoNode保 持最新的网络拓扑视图和去往RizoNet中每个其他RizoNode的预先 计算的路径。
路径计算算法考虑了网络拓扑中的水平链路和垂直链路。在有 些实施方式中，对于RizoCell内的路径，路径计算算法可以主要考 虑RizoCell内路径的水平链路，而对于跨越多个RizoCell的路径， 路径计算算法可以考虑RizoCell间路径的垂直链路。
图2c示出了将分组从源节点，节点1，路由到目的节点，节点n， 的路由协议过程。节点1在其无线范围内具有邻居节点2、3和4。 根据路由算法，路径(节点1、节点2、节点7、...、节点n)是主 路径，而路径(节点1、节点4、节点6、...、节点n)是备份路径。 当节点1传输分组到节点n时，在分组报头中将节点2的地址作为 下一跳地址。尽管节点2是分组的预定下一跳，不过分组仍然到达 节点2、节点3、节点4(因为它们是无线范围中的邻居)。节点间 的示例性分组通信在以下进行描述：
a)当节点2收到分组时，其检查分组报头并发现自己是预定接 收者。所以，其获取该分组并检查该分组的目的地地址，其中该目 的地地址是节点n的地址。由此，节点2将节点7的地址作为下一 跳，并将其重传以到达作为预定接收者的节点7而去往节点n；以及
b)当节点3和节点4收到分组时，它们检查分组报头并发现它 们不是预定接收者。所以节点3和节点4丢弃该分组。注意，节点3 和节点4不再在网络中进一步广播该非预定的分组。
对于此通信会话，在节点1的所有邻居中，有效的是，对于路 由而言，在网络拓扑中节点2是“活跃”的，而节点3和节点4是 “不活跃”的。如果主路径出于某些原因不可用，则备份路径现在 成为主路径。现在，节点1将节点4的地址作为下一跳地址放在分 组报头中，并在接收该分组后，节点2和节点3将丢弃该分组(因 为它们不是预定接收者)，但是节点4将处理该分组，并将节点6 的地址作为下一跳，以及将其重传以到达作为预定接收者的节点6 而去往节点n。
RizoNet对于邻居和社区组网而言可能是理想的。在邻居组网中， 安装在家庭的RizoNode支持家庭之间的连接。此网络用于邻居间的 通信并且作为ISP的接入网。家庭中的计算机和PDA利用RizoNode 作为接入点。在无线覆盖不可用的区域，RizoNet动态地扩展无线覆 盖。ISP(互联网服务提供商)可以构建一个或多个网络POP(入网 点Point-of-Presence)，以将RizoNet中的若干RizoNode连接到每个 家庭的接入用户，并将他们带到互联网。其他服务提供商或业务实 体可以利用RizoNet来提供增值服务，诸如，房地产管理和邻居安全 服务(例如，监控摄像头)。
RizoNet的网络管理系统
图3示出了本发明的RizoNet的网络管理系统(MNS)的一个实 施方式，也称为Z中心。
Z中心是服务器或者服务器集合，用来在互联网上管理RizoNet 中的RizoNode(SN和RN)。其可以从SN驻留的订阅站点、经由 互联网接入来接入SN，随后经由无线连接从SN接入其他RN。在 有些实施方式中，设计诸如SNMP的管理协议以在Z中心与 RizoNode之间传送管理信息。在有些实施方式中，RizoNet Z中心的 NMS提供全面的FCAPS管理功能，包括故障管理、配置管理、计 费管理、提供管理和安全管理，以便管理RizoNet中所有的RizoNode。
具体地，Z中心提供以下功能：RizoNode认证和注册、启用或 禁用RizoNode、需要时的SN指派(覆盖RizoCell中的RizoNode的 自发起指派算法)、支持RizoNode用于其他任务/应用(例如，内容 分发、网格计算)。
对RizoNet的接入可以限于授权节点，但是不受限的接入也是可 以的。每个RizoNode在安装在网络中之前，其被指派有硬编码的专 用节点标识，即节点ID。当RizoNode由用户安装在用户站点处时， RizoNode的初始化程序会自动建立去往Z中心的IP连接以便注册自 己。在从Z中心成功注册和认证之后，RizoNode被指派某些其他标 识符(诸如，其自己的IP地址、其所驻留的RizoCell中的SN IP地 址)并可以开始与其在RizoCell中的邻居和SN交换消息。
网络中的每个RizoNode可以过滤去往/来自接入网的业务，并放 弃通过该节点的接入权。基本认证可以基于任何两个节点之间的认 证或它们各自与Z中心的认证。匿名节点可以利用接受的授权证书 加入RizoNet。
针对用户接入RizoNet的注册和认证，用户必须通过整个注册过 程，诸如，访问RizoNet的网站来注册并得到指派的ID。利用指派 的用户ID，用户可以在RizoNet覆盖的任何地点从任何RizoNode接 入RizoNet。
此外，在有些实施方式中，Z中心可以包括其他专用服务器，以 便管理其他服务。例如，可以提供注册和回退(fall-back)服务器， 以便支持端到端内容分发网络，可以提供某些应用服务器以便支持 基于位置的服务网络，并且可以提供资源管理服务器以便支持网格 计算网络。
RizoNet的内容分发网络
图4示出了本发明的RizoNet的内容分发网络(CDN)的一个实 施方式。RizoNet可以支持各种应用，包括文件共享、大型存储系统 (构建在基本位置和路由系统顶部)，以及媒体流传输与内容分发。
在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的系统进行内 容分发的方法。该方法包括以下动作：(a)验证并建立两个用户之 间或一组用户之间的端到端连接，(b)在两个用户或一组用户之间 递送内容(诸如，文本、音乐和视频)事务，以及(c)管理用于资 源分配和共享、RizoNode的虚拟“聚合”链路创建和管理、内容分 段和重组、内容缓存、内容目录管理、簿记和收费的内容分发事务。
在有些实施方式中，RizoNet的CDN维持端到端架构，其中某 些RizoNode彼此是对等体。资源共享直接发生在对等体之间，并且 对等体可以在任何时候加入或离开CDN。RizoNet的P2P CDN可以 是(1)完全分散的，所有对等体是平等的，(2)具有集中目录的 P2P，其中对等节点直接交互，而Z中心的中央服务器提供目录服务 (3)混合P2P，基于SN的对等体向基于RizoNet的RN的对等体提 供诸如位置和路由之类的特殊服务。在有些实施方式中，RizoNet的 P2P CDN提供对等体的分类和对等体群组，其在位置方面具有对等 体的重叠结构。对等体被组织成哈希表或树(例如，分布式哈希表)， 使得文件或其他对象的位置基于该结构。用于内容分发网络的文件 路由是基于该结构进行的，并且利用之前提到的用于RizoNet的通信 的底层路由协议。
当RizoNode的群组加入RizoNet的CDN时，需要确定CDN的 拓扑。某些准则(例如，基于相邻性、通信的延迟等)可以被设置 以确定在CDN方面，哪些邻居彼此相邻。设计路由算法以确定如何 为请求选择邻居和下一跳。路由算法考虑邻居和下一跳的选择的几 何方面。
当对等体想要搜索特定文件(例如，音乐，视频)时，其向基 于SN的对等体发送要求该文件的请求。如果SN对等体知道哪些对 等体具有该文件，则其利用保有该文件的潜在对等体来对查询对等 体做出响应。查询对等体随后ping潜在对等体，并选择最佳对等体 (例如，基于最短路径、传输速率等)来设置用来下载的直接连接。 请求RizoNode(或请求对等体)所驻留的RizoCell中的SN将通过 组合来自于RizoCell中其他RizoNode的群组的可用(未使用)带宽 来为请求RizoNode建立虚拟“聚合”链路。所识别的保有该文件的 RizoNode(对等体)会将文件的片段发送到请求RizoNode和其他 RizoNode的群组，以便中继到请求RizoNode。在到达请求RizoNode 之后，文件的分段被重组回原始文件。
如果SN对等体不知道哪些对等体具有所请求的文件，则其将询 问RizoCell中的所有对等体以得到答复。如果没有收到答复，则SN 将该请求传递到RizoCell中的其他SN，以此类推。基于以上原理的 搜索算法是针对基于RizoNet的CDN而设计的。
RizoNet的CDN提供了大量应用。其支持不同的群组，这些群 组具有通信需求以及其他潜在的交互需求。利用旧有通信系统，很 难以成本节约且高效的方式来支持这些需求。例如，青少年属于这 些群组的若干类型。这些群组可以是教室、朋友群组、伙伴群组、 邻居群组、游戏群组等。这些群组的通信包括：1)游戏：建立网络 游戏群组；2)聊天：多个群组，每个人可以建立群组；3)内容/文 件传输(音乐特征等)；4)多媒体消息传递，包括：文本、绘图、 图片、声音剪辑、视频剪辑、文件；5)经由网关连接到互联网和支 持本地服务器；6)短程语音和视频呼叫；7)多播，支持高层语音 流的多播；和8)推送服务、基于位置的服务。具体地，推送服务被 定义为应用服务器发起的去往移动或主机设备的服务。推送服务的 示例包括：发送广告、新闻、即时消息传递、多媒体消息传递、终 止VoIP呼叫等。推送服务可以与基于位置的服务合并，创造起始服 务的附加价值。网络的用户可以构成不同的群组和俱乐部，其在开 放共享的底层网络上服务层(口令保护/加密)形成封闭结构。
RizoNet的网格计算网络
图5示出了本发明的RizoNet的网格计算网络(GCN)的实施方 式。在有些实施方式中，本发明提供了使用在此描述的系统对项目 进行分布式计算的方法。该方法包括以下动作：(a)根据标准，识 别作为分布式计算机的RizoNode，以便参与分布式网格计算，(b) 划分计算项目，(c)在选择用于计算项目的RizoNode上分发计算 项目，和(d)在参与的RizoNode上启动网格计算，和(e)从参与 的RizoNode接收计算结果，以及合成并报告计算项目的最终结果。
理论上，为项目进行网格计算涉及以下关键要素：
a)应用：将要计算的项目；
b)规划：数据位置、副本选择、计算选择和存储节点；
a.元数据服务：基于数据属性的位置；
b.副本位置服务：一个或多个物理副本的位置；
c.信息服务：网格资源的状态、性能测量和预测；
d.安全和策略。
c)执行：发起数据传输和计算：
a.计算资源：用于项目的计算；
b.存储资源：数据移动和数据接入。
在有些实施方式中，RizoNet的GCN服务于基础设施，其提供 了如下的能力：将RizoNode的资源与Z中心中的其他服务器/数据 库动态链接在一起，以作为整体来支持大型、资源密集型和分布式 应用的执行。
在有些实施方式中，RizoNet的GCN可以是分布式计算或分布 式系统，其管理并共享异步资源，并在组合强大资源、联合计算和 安全结构中提供协作环境。其在动态多组成虚拟组织中协调资源共 享和问题解决，因为它们可以随时随地接入GCN。用户会被呈现单 个超级计算机，而不是单独机器的集合的错觉。作为计算机的 RizoNode之间的边界变得不可见。GCN调度参与的RizoNode上的 应用组件来进行计算、管理数据传输以及提供通信和同步。
在有些实施方式中，RizoNet的GCN在以下4层中提供功能和 服务：
a)结构层：此层提供了存储系统、计算系统和网络。这些是由 RizoNet的RizoNode提供的。
b)连接层：此层提供了通信协议(例如，TCP/IP协议栈)和安 全、认证和授权协议。这些协议由RizoNode和Z中心中的某个GCN 安全服务器操作。
c)资源共享层：此层提供了资源共享能力。其包括数据接入协 议、存储资源管理、数据过滤或转换服务、数据库管理服务、计算 资源管理服务(例如，本地超级计算机调度器)、资源监控和审核 服务。这些服务和功能由Z中心的某个GCN资源共享服务器提供。
d)集合层：此层提供了用于协调多个资源的通用服务。其包括 数据传输服务、数据联合服务、数据过滤或转换服务、通用数据发 现服务、存储管理/代理、计算管理/代理、监控/审核服务、请求解 释和规划服务、工作流管理服务、专用数据发现服务、社区认证服 务、具有可变一致性水平的一致性服务，包括数据版本、订阅、分 布式文件系统或分布式数据库。这些服务和功能由Z中心的某个 GCN资源协调服务器提供。
在有些实施方式中，RizoNet的GCN提供服务代理的中间件层， 以呈现支持分布式网络环境中公共的应用集合所需的服务。这些服 务包括内容接入、组合、协作、计算和安全。中间件层驻留在Z中 心的GCN服务器中，客户端驻留在RizoNode中。
在有些实施方式中，为用户提供服务入口以与RizoNet的GCN 交互从而接入服务。服务入口的主要功能包括：事件和记日志、目 录和编索引、代理服务器、消息传递和协作、应用工厂服务。
在有些实施方式中，RizoNet的GCN将P2P技术(为RizoNet 的内容分发网络而部署的)用于服务注册，将P2P缓存技术用于数 据存储，以减少网格计算的接入延迟。
RizoNet的家庭组网网络
家庭组网表示家庭环境中的局域组网。家庭组网正采取其第一 步。有线组网具有线缆问题，其需要专门技术和构建工作。无线自 配置网络对于解决此应用区域挑战而言是理想的。当家庭具有若干 计算机时，就出现了这样组网首先需求。而且，娱乐电子设备(电 视、机顶盒、DVD、立体声、游戏控制台等)需要组网，其中将使 用Ad-Hoc网络以便例如传输内容或控制信息。电表、煤气表、水表、 电冰箱、烹饪设备、采暖和空调系统以及安全系统需要控制和远程 接入。最后，智能家庭设施也可以组网。
图6示出了本发明的RizoNet的家庭组网网络(HNN)的一个 实施方式。RizoNode安装在家庭中以作为RizoNet的节点，并且还 用作家庭的HNN的控制和管理中心。RizoNode RN通过无线链路连 接到家庭消费电子设备，诸如电视、机顶盒、DVD、立体声、游戏 控制台、电表、煤气表、水表、电冰箱、烹饪设备、采暖和空调系 统以及安全系统(假设消费电子设备具有内置的无线模块)。在有 些实施方式中，无线链路可以包括WiFi、蓝牙、Zigbee和其他短程 无线电技术。在有些实施方式中，本发明提供了控制和管理用于家 庭组网的HNN的方法。该方法包括以下动作：(a)根据家庭中 RizoNode操作的通信协议，与家庭电子设备通信，(b)在RizoNet 和互联网上通过RizoNode来远程配置家庭电子设备，和(c)在 RizoNet上通过RizoNode远程接收并监控电子设备的状态。
如所示，存在很多不同应用，它们可以受益于RizoNet。所提 供的关键优势在于：通过利用当前网络基础设施而建立了RizoNet 的益处，并且其仍然保持为自包含且本地独立的。
尽管示出并描述了本发明的特定实施方式，但是对于本领域技 术人员而言，可以在不脱离本发明最宽泛方面的前提下，做出改进 和修改。因此，所附权利要求用来覆盖所有这种改变和修改的范围， 因为它们落入本发明的真实精神和范围内。