用于多跳中继定向无线通信的方法和系统技术方案

多跳中继定向波束形成无线通信(mm波网状网络)方法和装置，其发生在PHY层。当从始发STA，通过中间STA到目的地STA进行通信时，通过改进邻近STA之间的路由协议来增强网络能力。该路由考虑了天线扇区选择以限制与邻近STA的干扰，以及考虑了信道时间利用以增加吞吐量。建立链路度量和信道时间以优化路由及始发STA和目的地STA之间的中间站的确定。所述装置和方法平衡了端到端路径链路质量和干扰影响。

Method and system for multi hop relay oriented wireless communication

Method and device of multi hop relay directional beamforming wireless communication (mm wave mesh network), which occurs in PHY layer. When communicating from the originating STA to the destination sta through the intermediate STA, the network capability is enhanced by improving the routing protocol between the neighboring sta. The route considers antenna sector selection to limit interference with adjacent STA, and channel time utilization to increase throughput. Link measurement and channel time are established to optimize the routing and the determination of the intermediate station between the originating sta and the destination sta. The device and method balance the end-to-end path link quality and interference effects.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多跳中继定向无线通信的方法和系统对相关申请的交叉引用不适用关于联邦政府资助的研究或开发的声明不适用计算机程序附录的通过引用并入不适用受版权保护的素材通知本专利文献中的部分素材受到美国和其它国家的版权法的版权保护。版权拥有者不反对任何人对专利文档或专利公开内容按照在美国专利商标局的公开可用的文件或记录中出现那样进行的传真复制，但是除此之外在任何情况下都保留所有版权。版权所有者并不因此放弃其维持本专利文献保密的任何权利，包括但不限于依据37C.F.R.§1.14的权利。
技术介绍
1、
本公开的技术一般而言涉及站之间的定向无线通信，并且更具体地涉及多跳中继定向无线通信。2、
技术介绍
讨论毫米波(mm波)技术，诸如在30GHz和300GHz之间，更优选地大约60GHz，是用于高带宽通信的有前景的物理(PHY)层(例如，七层OSI模型)技术。mm波PHY层中的某些通信设备被配置用于使用定向传输来减轻其差的链路预算。由于传输是波束形成的，因此有可能减轻对其它邻居STA的干扰。从理论上讲，这导致更高的系统容量，因为与非波束形成的PHY(诸如2.4GHz或5GHzWLAN)相比，频谱可以由邻近的STA更积极地重用。但是，由于它们的配置，现有系统无法达到这些理论极限。
技术实现思路
存在对改进的定向无线路由协议的需求。因而，本公开描述一种高效的多跳(multi-hop)通信网络，其使用PHY层(即，mm波PHY)中的定向传输，并且在本文中被称为mm波网状网络。应当注意的是，即使对于波束形成的传输，mm波PHY的链路预算也仍然是差的。添加多跳中继能力是克服mm波PHY的一些缺点的有前景的技术组合。虽然mm波网状网络的概念并不新颖，但是关于如何操作和管理这样的网络存在许多未知数，并且当前的产品具有许多缺点。本公开提供了具有新操作和优化处理的mm波网状网络。更具体而言，所公开的系统、装置和/或方法提供了在mm波PHY上操作时改进无线网状网络的现有路由协议的部件。此外，教导了一种通过促进邻居站(STA)之间的频谱重用来最大化网络容量的方法。在本公开中可以发现许多术语，其含义通常如下所述使用。AODV：自组织按需距离向量，用于自组织无线网络中的数据分组的路由协议。网状网络：在网状网络拓扑中，每个节点中继网络的数据，并且所有网状节点在网络中的数据分布中协作。网状网络是一种类型的自组织(自发、即兴或即时构建)网络。邻居列表：包含关于邻居STA的信息的数据表。一旦STA在其1跳通信区域中从另一个STA接收到诸如信标帧之类的管理帧，它就将关于邻居STA的信息存储在其存储器中。STA通过从邻居STA接收管理帧来创建数据表。STA可以收集多个邻居STA信息并将其信息存储在邻居列表中。P2P：当两个或更多个站被连接并且共享资源而不经过单独的控制器/服务器时，出现对等(P2P)通信。P2P网络可以是自组织连接。路由表：存储关于到目的地STA的路由的信息的数据表。当STA尝试将帧发送到目的地STA时，STA查找路由表以确定它应当向哪个直接邻居STA(下一跳STA)发送帧。RREQ：路由请求，用在数据路由协议中以发现源STA和目的地STA之间的路径的分组。RREP：路由应答，响应于路由协议中的RREQ而传输的分组。在源STA接收到RREP后，它可以开始传输数据分组。RSS：接收信号强度(RSS)是接收到的无线电信号中存在的功率的测量值。SSW：扇区扫掠，是一种操作，其中在不同的扇区(方向)中执行传输，并且收集关于接收到的信号、强度等信息。STA：站；作为到无线介质(WM)的介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)接口的单个可寻址实例的逻辑实体。在典型的网状网络中，通过为端到端路径选择中间STA来确定从始发STA到目的地STA的路由。常常选择中间STA以使得使用的链路提供最佳链路质量，如AODV示例中所看到的。出于网络容量优化的目的，期望选择网状链路以使得传输不影响其它传输。但是，如果传输信号被辐射到其邻近STA，那么难以管理干扰。在使用定向传输的mm波PHY中，有可能通过选择适当的天线扇区来限制对其它邻居STA的干扰影响。使用在我们的先前专利申请中公开的无线定向网状网络领域中的技术，STA有可能学习一跳邻居STA当中的每个天线扇区的链路质量。本公开教导例如如何通过以下各项中的每一项来优化多跳mm波网状网络：(a)运行路由协议以确定端到端路由；(b)在设置路由时挑选适当的天线扇区；(c)考虑邻居STA信道时间利用和对邻居STA处正在进行的(ongoing)流量的影响；(d)在路由设置时指派信道时间；(e)累积前向链路和反向链路度量以确定路由；以及(f)确定多跳路径的中间STA。这种技术的另一方面是扩展路由决定协议，以便既包括挑选适当的中间STA又包括天线扇区以用于优化mm波网状网络。这种技术的另一方面是平衡端到端路径链路质量和干扰影响的能力。本文描述的技术的其它方面将在说明书的以下部分中提出，其中具体实施方式是为了完全公开本技术的优选实施例而不对其进行限制。附图说明通过参考以下附图将更完全地理解本文描述的技术，这些附图仅用于说明目的：图1是例示如根据本公开的实施例使用的多个站(STA)之间的通信的无线电节点拓扑图。图2是例示如根据本公开的实施例使用的用于多个站(STA)之间的通信的天线扇区方向的无线电节点拓扑图。图3是如根据本公开的实施例使用的站硬件的框图。图4是如根据本公开的实施例的在STA上使用的波束图案图。图5是如根据本公开的实施例使用的扇区扫掠学习序列。图6是如根据本公开的实施例使用的邻居列表的数据表。图7是如根据本公开的实施例使用的用于邻居信息交换的数据字段格式。图8是如根据本公开的实施例的用于邻居信息交换的空中时间图。图9是如根据本公开的实施例使用的用于邻居列表构造的数据表格式。图10是如根据本公开的实施例使用的邻居列表数据结构内的数据格式。图11是如根据本公开的实施例的在邻近STA之间的路由表的数据格式。图12A和图12B是如根据本公开的实施例使用的RREQ和RREP帧的数据字段格式。图13是根据本公开第一实施例的用于在建立从始发STA到目的地STA的路由时进行帧交换的消息序列。图14是如根据本公开的实施例使用的始发RREQ传输逻辑的流程图。图15A和图15B是根据本公开的实施例的将RREQ传播到邻居STA的流程图。图16A和图16B是根据本公开的实施例的确定到邻近STA的发送天线扇区的流程图。图17是如根据本公开的实施例使用的用于STA1@P1的通信场景的邻居列表和路由表结构示例。图18A和图18B是根据本公开的实施例的RREQ接收过程的流程图。图19是如根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用定向传输/接收在站(STA)之间进行无线通信的装置，包括：/n(a)无线通信站(STA)，被配置用于mm波通信，其中所述STA和该装置的附近STA实例被配置用于执行扇区扫掠和反馈信令以交换天线扇区信息；/n(b)所述无线通信站(STA)的发送器，被配置用于生成到范围内的其它无线无线电通信设备的定向无线电传输；/n(c)所述无线通信站(STA)的接收器，被配置用于接收来自其它无线无线电通信设备的无线电传输；/n(d)计算机处理器，耦合到所述发送器和所述接收器，用于控制其自身与其它无线无线电通信设备之间的通信；/n(e)非瞬态计算机可读存储器，存储可由计算机处理器执行的指令；/n(f)其中所述指令在由计算机处理器执行时执行包括以下的步骤：/n(i)与一个或多个邻近站交换量化的信道增益、或路径损耗、每个天线扇区的信息；/n(ii)记录从与邻近站的通信接收到的量化的信道增益信息；/n(iii)在建立从始发站到目的地站的多跳路由路径时，向邻近站生成路由发现消息；以及/n(iv)通过以下来处理接收到的路由发现消息：(A)确定与生成路由发现消息的邻近站的链路度量，(B)在确定到作为路由路径中的潜在下一跳的邻近站的发送天线扇区时考虑干扰影响；(C)如果该站不是目的地站，则将路由发现消息传播到邻居站。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170609 US 15/618,5771.一种用于使用定向传输/接收在站(STA)之间进行无线通信的装置，包括：
(a)无线通信站(STA)，被配置用于mm波通信，其中所述STA和该装置的附近STA实例被配置用于执行扇区扫掠和反馈信令以交换天线扇区信息；
(b)所述无线通信站(STA)的发送器，被配置用于生成到范围内的其它无线无线电通信设备的定向无线电传输；
(c)所述无线通信站(STA)的接收器，被配置用于接收来自其它无线无线电通信设备的无线电传输；
(d)计算机处理器，耦合到所述发送器和所述接收器，用于控制其自身与其它无线无线电通信设备之间的通信；
(e)非瞬态计算机可读存储器，存储可由计算机处理器执行的指令；
(f)其中所述指令在由计算机处理器执行时执行包括以下的步骤：
(i)与一个或多个邻近站交换量化的信道增益、或路径损耗、每个天线扇区的信息；
(ii)记录从与邻近站的通信接收到的量化的信道增益信息；
(iii)在建立从始发站到目的地站的多跳路由路径时，向邻近站生成路由发现消息；以及
(iv)通过以下来处理接收到的路由发现消息：(A)确定与生成路由发现消息的邻近站的链路度量，(B)在确定到作为路由路径中的潜在下一跳的邻近站的发送天线扇区时考虑干扰影响；(C)如果该站不是目的地站，则将路由发现消息传播到邻居站。


2.如权利要求1所述的装置，其中响应于检查供使用的多个天线扇区并基于链路质量和/或对邻近站(STA)的干扰影响来选择扇区而考虑干扰影响。


3.如权利要求1所述的装置，其中在建立多跳路由路径时利用信道时间利用和对邻近站处正在进行的流量的影响来确定干扰影响。


4.如权利要求3所述的装置，其中所述无线通信站(STA)在路由发现发生之前与邻近站相互交换量化的信道增益信息和流量活动信息。


5.如权利要求1所述的装置，其中在从始发站到目的地站的多跳路由路径时指派信道时间。


6.如权利要求5所述的装置，其中响应于在路由发现消息内发送指派的信道时间信息而指派信道时间。


7.如权利要求1所述的装置，还包括在确定路由路径时从路由发现消息累积和利用前向链路和反向链路度量。


8.如权利要求7所述的装置，其中所述发现消息被用于在路由发现处理期间发送接收到的信号质量信息。


9.一种用于使用定向传输/接收在站(STA)之间进行无线通信的装置，包括：
(a)无线通信站(STA)，被配置用于mm波通信，其中所述STA和该装置的附近STA实例被配置用于执行扇区扫掠和反馈信令以交换天线扇区信息；
(b)所述无线通信站(STA)的发送器，被配置用于生成到范围内的其它无线无线电通信设备的定向无线电传输；
(c)所述无线通信站(STA)的接收器，被配置用于接收来自其它无线无线电通信设备的无线电传输；
(d)计算机处理器，耦合到所述发送器和所述接收器，用于控制其自身与其它无线无线电通信设备之间的通信；
(e)非瞬态计算机可读存储器，存储可由计算机处理器执行的指令；
(f)其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：迫田和之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP