專利名稱：在多載波多跳無線通信系統(tǒng)中聯(lián)合分配資源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例實(shí)施例涉及通信系統(tǒng)，例如在多跳無線通信系統(tǒng)中聯(lián)合分配資源的方法。

背景技術(shù)：
正交頻分多址(OFDMA)已經(jīng)被采用為用于多種無線通信系統(tǒng)的多址技術(shù)，這些系統(tǒng)包括根據(jù)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802.16e標(biāo)準(zhǔn)(也稱為WiMAX)、目前由第三代伙伴項(xiàng)目(3GPP)標(biāo)準(zhǔn)化的通用移動(dòng)電信系統(tǒng)長期演進(jìn)(UMTS-LTE)以及目前由第三代伙伴項(xiàng)目2(3GPP2)標(biāo)準(zhǔn)化的高速分組數(shù)據(jù)修訂版C來操作的系統(tǒng)。
在傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中，可用帶寬被劃分為多個(gè)子載波頻率(通常稱為帶、子通道(tone)、或者子載波，在本文中可以同樣互換使用)，時(shí)間被分段為符號(hào)。頻帶上相鄰或分布的一個(gè)或多個(gè)子載波可以被分組為子信道。此外，一個(gè)或多個(gè)符號(hào)可以被分組為時(shí)隙，時(shí)隙可以被分組為幀。典型地，基站負(fù)責(zé)在時(shí)間和頻率上為基站和用戶站之間、基站和中繼站之間或者基站和基站之間的所有單跳通信鏈路分配資源單位。單跳是指兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間沒有幫助通信的中間節(jié)點(diǎn)的直接通信鏈路，而多跳是指兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過中間節(jié)點(diǎn)路由的通信。這些鏈路可以是單向性質(zhì)或者雙向性質(zhì)的。為了獲得更高的系統(tǒng)吞吐量，可以基于信道質(zhì)量信息來分配資源，其中信道質(zhì)量信息可能隨時(shí)間、頻率和/或空間變化。典型地，更好的信道質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生更高的吞吐量。
在傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)中，基站本地地分配資源。也即，例如，基站只為在該基站處發(fā)起或終止的鏈路分配資源。資源分配決策基于這些本地鏈路上的信道質(zhì)量信息。另外，跨功率、子通道分配、調(diào)度和路由的資源決策傳統(tǒng)地獨(dú)立執(zhí)行以降低復(fù)雜度(例如，分層)。然而，這樣做可能會(huì)極大地降低系統(tǒng)性能。


發(fā)明內(nèi)容
示例實(shí)施例提供用于聯(lián)合地確定多載波、多跳網(wǎng)絡(luò)中的所有鏈路的子通道/子信道、功率、調(diào)度和/或路由，以便實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)和目的地節(jié)點(diǎn)之間某些期望的吞吐量目標(biāo)的方法。示例實(shí)施例可以在諸如施加到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的每個(gè)鏈路的功率、調(diào)度和流約束之類的鏈路路由約束下增強(qiáng)或優(yōu)化每個(gè)目的地路由器所接收的吞吐量。
至少一個(gè)示例實(shí)施例提供一種在無線網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的方法。該多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以經(jīng)由多個(gè)無線鏈路互連。在該方法中，可以基于用于從該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中選擇的每個(gè)源/目的地對(duì)的至少一個(gè)期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征和與該多個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的一組鏈路路由約束確定用于在該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的至少一個(gè)鏈路路由特征。數(shù)據(jù)可以根據(jù)該至少一個(gè)鏈路路由特征在該多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以基于該至少一個(gè)數(shù)據(jù)吞吐量特征建立與該多個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的一組鏈路路由約束。該至少一個(gè)鏈路路由特征可以包括分配給該多個(gè)無線鏈路的多個(gè)子通道、與每個(gè)子通道相關(guān)聯(lián)的傳輸功率、用于每個(gè)源/目的地對(duì)的路徑和經(jīng)由每個(gè)路由路徑傳輸?shù)脑?目的地業(yè)務(wù)的量中的至少一項(xiàng)。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以基于至少一個(gè)數(shù)據(jù)吞吐量特征來確定至該多個(gè)無線鏈路中每個(gè)無線鏈路的多個(gè)子通道中的至少一個(gè)子通道?？梢曰谂c多個(gè)無線鏈路相關(guān)聯(lián)的信號(hào)與干擾加噪聲比將至少一個(gè)子通道分配給多個(gè)無線鏈路中每個(gè)無線鏈路?？梢曰谥辽僖粋€(gè)數(shù)據(jù)吞吐量特征和與多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的功率約束將傳輸功率分配給每個(gè)所分配的子通道。該組鏈路路由約束包括路由、媒體接入和物理層約束中的至少一項(xiàng)。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以選擇對(duì)應(yīng)于所確定的至少一個(gè)鏈路路由特征的一組鏈路調(diào)度以便獲得期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征。數(shù)據(jù)可以基于所選擇的鏈路調(diào)度來傳輸。期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征可以是多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的凈業(yè)務(wù)流。可以基于所選擇的鏈路調(diào)度和至少一個(gè)鏈路路由約束來確定用于對(duì)所傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行路由的路由路徑。數(shù)據(jù)經(jīng)由所確定的路由路徑來傳輸。該至少一個(gè)鏈路路由約束可以是每節(jié)點(diǎn)平均總功率約束，其表示多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)在多個(gè)無線鏈路之一上的多個(gè)子通道之一上進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)間長度。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以基于至少一個(gè)鏈路路由約束和期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征來確定用于傳輸數(shù)據(jù)的一組聚合流。期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征可以是至每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)的期望進(jìn)入業(yè)務(wù)流。數(shù)據(jù)可以根據(jù)該組聚合流來傳輸?？梢詫⒃摻M聚合流確定為使得多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)源節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)大于或等于遞送給多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)的凈吞吐量。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以基于一組所分配的傳輸功率將鏈路能力分配給多個(gè)無線鏈路中的每個(gè)無線鏈路?？梢曰谥辽僖粋€(gè)期望的吞吐量特征來分配傳輸功率?？梢曰谒峙涞逆溌纺芰泶_定至少一個(gè)鏈路路由特征。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以基于與每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的總速率度量來確定用于傳輸數(shù)據(jù)的一組聚合流?？偹俾识攘靠梢员硎局料嚓P(guān)聯(lián)的目的地節(jié)點(diǎn)的總業(yè)務(wù)流。數(shù)據(jù)可以根據(jù)該組聚合流來傳輸。



根據(jù)下文中給出的具體描述和附圖，本發(fā)明將得到更全面理解，附圖中相同的元件用相同的參考標(biāo)記來表示，其僅僅是示例性地給出的并因此不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。附圖中 圖1示出了其中可以實(shí)現(xiàn)示例實(shí)施例的示例網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)； 圖2是對(duì)應(yīng)于圖1所示示例網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的有向圖； 圖3是示出了根據(jù)示例實(shí)施例的方法的流程圖； 圖4示出了其中可以實(shí)現(xiàn)示例實(shí)施例的示例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌? 圖5示出了其中可以實(shí)現(xiàn)示例實(shí)施例的另一個(gè)示例網(wǎng)絡(luò)； 圖6示出了可以為其選擇可行鏈路調(diào)度的示例聚合流； 圖7示出了根據(jù)示例實(shí)施例的可行模式選擇調(diào)度； 圖8示出了根據(jù)示例實(shí)施例的另一可行模式選擇調(diào)度； 圖9示出了用于圖5所示目的地的示例路由路徑； 圖10是根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖； 圖11是示出了根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖； 圖12是示出了根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖；以及 圖13是示出了根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖。

具體實(shí)施例方式 盡管示例實(shí)施例的原理可能特別地適合于基于諸如802.16e、802.16m、WiMax和EV-DO修訂版C的第四代(4G)無線通信系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)并可能在本示例上下文中描述，但是這些示例實(shí)施例本意僅僅是示例性的而不是任何形式的限制。示例實(shí)施例還可以適用于其他無線網(wǎng)絡(luò)。同樣，為了應(yīng)用到其他無線通信系統(tǒng)而進(jìn)行各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的并且可以通過本文的啟示而想到。
在下文中使用時(shí)，術(shù)語“網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)”是指經(jīng)由多載波或基于正交頻分多址(OFDMA)的無線鏈路與其他節(jié)點(diǎn)互連并連接到“高帶寬”有線或回傳網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)可以被視為同義于、并且在下文中有時(shí)也稱為網(wǎng)關(guān)、具有網(wǎng)關(guān)功能性的基站或者源節(jié)點(diǎn)。
在下文中使用時(shí)，術(shù)語“網(wǎng)狀路由器”是指使用多載波或基于正交頻分多址(OFDMA)的無線鏈路互連并具有業(yè)務(wù)路由能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)狀路由器可以被視為同義于、并且在下文中有時(shí)也稱為接入點(diǎn)或匯節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)示例實(shí)施例，網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)可以用作業(yè)務(wù)源(下行鏈路)，網(wǎng)狀路由器可以例如經(jīng)由通過中間節(jié)點(diǎn)(例如其他網(wǎng)狀路由器)的多跳路由從網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)接收業(yè)務(wù)。
在下文中使用時(shí)，術(shù)語“移動(dòng)終端”可以被視為同義于、并且在下文中有時(shí)也稱為移動(dòng)臺(tái)、移動(dòng)體、移動(dòng)用戶、用戶設(shè)備(UE)、訂戶、用戶、遠(yuǎn)程站、接入終端、接收機(jī)、網(wǎng)狀客戶端等，并且可以描述無線通信網(wǎng)絡(luò)中的無線資源的遠(yuǎn)程用戶。
如本文所描述的，網(wǎng)元或節(jié)點(diǎn)可以代指網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)、網(wǎng)狀路由器和移動(dòng)終端中的任意一項(xiàng)或所有項(xiàng)，術(shù)語“基站路由器”可以代指網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)和網(wǎng)狀路由器中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。在某些示例實(shí)施例中，網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)和網(wǎng)狀路由器可以位于固定或靜止的基站處。
為了討論的目的，術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”可以代指一個(gè)或多個(gè)基站路由器和移動(dòng)終端。也即，例如，在此討論的“網(wǎng)絡(luò)”可以代指單個(gè)基站路由器和移動(dòng)終端、上百個(gè)基站路由器和移動(dòng)終端、上千個(gè)基站路由器和移動(dòng)終端等。
總之，示例實(shí)施例可以針對(duì)在多載波、多跳無線通信系統(tǒng)中聯(lián)合分配資源的方法。示例實(shí)施例提供了能夠聯(lián)合確定功率控制、頻率選擇性O(shè)FDMA調(diào)度和多跳路由以便實(shí)現(xiàn)某些速率最大化目標(biāo)的用于上述無線網(wǎng)狀的跨層優(yōu)化框架。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例的方法可以由稱為中央資源分配器單元的單元來執(zhí)行。中央資源分配器單元可以與基站、網(wǎng)狀路由器、網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)在功能上協(xié)同定位，并可以是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能夠?qū)⑿帕钚畔魉徒o多個(gè)基站、網(wǎng)狀路由器和/或網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)的單個(gè)實(shí)體。如在本文中所討論的，可以進(jìn)行跨層優(yōu)化的鏈路包括網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)鏈路、網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)到網(wǎng)狀路由器鏈路、網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)到移動(dòng)終端鏈路、網(wǎng)狀路由器到網(wǎng)狀路由器鏈路、網(wǎng)狀路由器到移動(dòng)終端鏈路等中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
圖1示出了包括連接到有線網(wǎng)絡(luò)的一組網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。參考圖1，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以包括具有到因特網(wǎng)100的有線線路連通性(用黑色實(shí)線表示)的網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)102和104，以及具有到網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)102和104、移動(dòng)終端118-124和其他網(wǎng)狀路由器的無線鏈路(用虛線表示)的網(wǎng)狀路由器106、108、110、114和116。
圖1所示的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以被映射到圖2所示的有向圖G＝(M，A)上，該圖包括一組節(jié)點(diǎn)M和一組鏈路和/或源/目的地對(duì)A。該組節(jié)點(diǎn)M可以用M＝{1，2，3，4，5，6，7}給出，該組鏈路可以用A＝{(1，2)，(1，4)，(1，5)，(2，5)，(2，6)，(3，2)，(3，5)，(3，6)，(3，7)，(4，5)，(5，2)，(5，4)，(5，6)，(6，2)，(6，5)，(6，7)，(7，6)}給出。該組節(jié)點(diǎn)M和/或該組鏈路A可以基于諸如進(jìn)入數(shù)據(jù)的目的地、進(jìn)入業(yè)務(wù)的量等的業(yè)務(wù)特征從網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中選出。參考圖1和圖2，圖1的網(wǎng)狀路由器106、108、110、114和116可以分別對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)4、2、5、6和7，網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)102和104可以分別對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)1和3。
參考圖2，Cij(例如，C54和C45)代表在網(wǎng)絡(luò)中第i個(gè)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路(i，j)上的可獲得的速率，xij代表在第i個(gè)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路(i，j)上的流的量。也即，例如，在給定時(shí)間由第i個(gè)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路所承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的量。根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，xijf＝aijf，其中aijf可以包含多個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)(例如，網(wǎng)狀路由器、移動(dòng)終端等)的業(yè)務(wù)，而aijf的至少一部分可以屬于目的地節(jié)點(diǎn)d。鏈路上可獲得的速率也可以稱為“鏈路能力”。
因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)被視為業(yè)務(wù)源，圖2中的節(jié)點(diǎn)1和3中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以被稱為能夠提供Ti比特/秒的源節(jié)點(diǎn)，其中Ti代表通過源節(jié)點(diǎn)i(其中在圖2中，i＝1和3)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)以便分發(fā)給位于網(wǎng)狀路由器(或者匯節(jié)點(diǎn))的服務(wù)范圍內(nèi)的網(wǎng)狀客戶端(例如，圖2中未示出的移動(dòng)終端)的業(yè)務(wù)總量。如上面所討論的，匯節(jié)點(diǎn)能夠?qū)δ康牡貫槠渌?jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)進(jìn)行路由。對(duì)于每個(gè)匯節(jié)點(diǎn)，凈進(jìn)入流假定為T比特/秒。更概括地，目的地為第j個(gè)匯節(jié)點(diǎn)的凈進(jìn)入流可以用Tj來代表。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)j，Tj＝T的特殊情況對(duì)應(yīng)于普通速率解決方案，可獲得的速率可能受到最差“瓶頸”節(jié)點(diǎn)的限制。
對(duì)于具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，有向圖表示中最大鏈路數(shù)目為|D|＝N*(N-1)-Ns*(N-1)＝(N-Ns)*(N-1)，其中Ns表示源節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，N*(N-1)是節(jié)點(diǎn)對(duì)之間可能的雙向鏈路的數(shù)目，項(xiàng)Ns*(N-1)刪除了進(jìn)入源的進(jìn)入鏈路(例如，無反向業(yè)務(wù))。在圖2中，有向圖表示中的最大鏈路數(shù)目是|D|＝7*(6)-2*(6)＝(5)*(6)＝30。
為了解釋的目的，假定集合M被劃分為兩個(gè)子集M＝Mso∪Msi，其中Mso是源節(jié)點(diǎn)的集合，Msi是匯節(jié)點(diǎn)的集合。如上所述，在圖2中，Mso＝{1，3}，Msi＝{2，4，5，6，7} 集合Msi中的每個(gè)匯節(jié)點(diǎn)接入帶寬分別為WHz的L個(gè)信道?？梢酝ㄟ^假定節(jié)點(diǎn)對(duì)之間有L個(gè)不同鏈路來說明多個(gè)正交信道的存在。換言之，假定第1個(gè)、第2個(gè)、......、第L個(gè)信道中的每一個(gè)信道分別具有W1、W2、......、WL Hz的帶寬，并且構(gòu)成單個(gè)鏈路。為了解釋的目的，上標(biāo)f表示這些信道中的每一個(gè)。也即，例如，xijf表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的第f個(gè)信道上的流。
第f個(gè)信道上的可獲得的速率或鏈路能力Cijf可以基于第f個(gè)信道的信道特征來確定，這些特征例如包括信道帶寬、第f個(gè)信道的傳輸功率和第f個(gè)信道的信道條件。也即，例如，第f個(gè)信道上的可獲得的速率Cijf可以使用下面示出的等式(1)來計(jì)算。
Cijf＝W*log2(1+ρijf)bits/sec(1) 在等式(1)中，ρijf表示在第f個(gè)信道上接收到的信號(hào)與干擾加噪聲比(SINR)，可以等于ρijf＝pijf*hijf。在本例中，pijf表示第f個(gè)信道上傳輸?shù)墓β?，hijf表示信道條件(例如，路徑損耗，由于衰落、干擾、熱噪聲等造成的信道衰減)。盡管在此為了簡潔而不予討論，但是在第f個(gè)信道上的可獲得的速率Cijf可以根據(jù)其他基于pijf和hijf的方法(例如調(diào)制編碼方案查找表)來確定，hijf可以由基站來估計(jì)和/或由移動(dòng)終端來計(jì)算并以任何已知方式發(fā)信號(hào)通知基站。
圖3是示出根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的方法的流程圖。為了清楚起見，圖3所示方法的步驟S101和S102將針對(duì)圖2所示的有向圖來描述。然而，圖3的方法可以應(yīng)用于任意其他網(wǎng)絡(luò)。
圖3的方法可以被用于基于用于從多個(gè)節(jié)點(diǎn)中選出的每個(gè)源-目的地對(duì)的至少一個(gè)期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征和與多個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的一組鏈路路由約束(例如，下文所示的等式(2)-等式(7))來確定用于在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的至少一個(gè)鏈路路由特征(例如，鏈路能力、聚合流、鏈路調(diào)度和/或路由路徑)。
參考圖3，在步驟S101，為f個(gè)信道的每個(gè)信道和集合A中的所有鏈路分配傳輸功率pijf(例如，這可以稱為鏈路能力分配步驟)。也即，例如，在步驟S 101，可以確定在集合A＝{(1，2)，(1，4)，(1，5)，(2，5)，(2，6)，(3，2)，(3，5)，(3，6)，(3，7)，(4，5)，(5，2)，(5，4)，(5，6)，(6，2)，(6，5)，(6，7)，(7，6)}中的鏈路上的f個(gè)信道中的每個(gè)信道的傳輸功率pijf。可以在集合A的鏈路上確定f個(gè)信道的每個(gè)信道的傳輸功率pijf，并且可以針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路中的f個(gè)信道的每個(gè)信道來確定可獲得的速率Cijf。這也可以總稱為分配鏈路能力。
在一個(gè)例子中，可以使用統(tǒng)一的功率分配來分配鏈路能力。也即，例如，可以使用統(tǒng)一的功率分配來分配傳輸功率。如在本領(lǐng)域中公知的，在本例中可以根據(jù)最大功率約束P來統(tǒng)一地設(shè)置pijf，P可以是一個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。由于統(tǒng)一的功率分配在本領(lǐng)域中是公知的，在此為了簡潔省略具體討論。
在另一個(gè)例子中，可以使用空間注水來分配鏈路能力。該例將針對(duì)圖4所示的示例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪砀敿?xì)地描述。
參考圖4，從節(jié)點(diǎn)i出去的鏈路的集合假定為Aout(i)。參考圖4，Aout(10)＝{(10；20)；(10；30)；(10；40)；(10；50)}。對(duì)于集合Aout(i)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)，存在L個(gè)可用信道(也稱為子載波或者子通道)。在本示例實(shí)施例中，空間注水將針對(duì)所有的L個(gè)子通道在Aout(i)中的對(duì)上分發(fā)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的可用傳輸功率。根據(jù)下文描述的至少一個(gè)(例如可用的)調(diào)度約束，每個(gè)子通道一次只能在單個(gè)鏈路上激活，并且因此，可以為每個(gè)子通道選擇單個(gè)鏈路。為了增強(qiáng)或最大化特定節(jié)點(diǎn)的總速率輸出，可以將每個(gè)子通道分配給一個(gè)在該子通道上具有最高信號(hào)與噪聲加干擾比(SINR)的對(duì)應(yīng)鏈路。
在又一個(gè)例子中，可以利用注水使用隨機(jī)鏈路分配來分配鏈路能力。仍假定從第i個(gè)節(jié)點(diǎn)出去的鏈路的集合為Aout(i)，每個(gè)子通道可以被分配給一個(gè)可能是從集合Aout(i)中隨機(jī)選出的鏈路，并且可以通過在這些隨機(jī)選出的鏈路/子通道對(duì)上進(jìn)行注水來分配總節(jié)點(diǎn)傳輸功率。隨機(jī)鏈路分配相對(duì)于空間注水可以改善網(wǎng)絡(luò)連通性，但是不能改善和/或最大化頻譜效率。
也可以使用基于鏈路的注水來分配鏈路能力。在本例中，基于鏈路的注水提供了上述兩種注水方案之間的折中方案。利用基于鏈路的注水，單獨(dú)地考慮每個(gè)源/目的地對(duì)，并且每一對(duì)具有非零能力以幫助確保相對(duì)于空間注水的更好的網(wǎng)絡(luò)連通性。此外，基于注水的功率分配可以為具有充分或良好信道條件的子通道產(chǎn)生更高的速率，并因此可以提高優(yōu)化所產(chǎn)生的速率。當(dāng)注水在每一對(duì)上執(zhí)行時(shí)，功率級(jí)別可以假定為節(jié)點(diǎn)傳輸功率約束P。不過如果到N個(gè)鄰居的所有出去的鏈路/子通道同時(shí)激活，這可能導(dǎo)致總節(jié)點(diǎn)傳輸功率為NP。因?yàn)槊總€(gè)子通道僅在N個(gè)鏈路中的一個(gè)鏈路上被調(diào)度為激活的，實(shí)際上利用了NP的約1/N，并且平均節(jié)點(diǎn)傳輸功率可以約為P。此外，這些僅僅是用以產(chǎn)生鏈路能力的初步試探式功率分配，并且在以后的優(yōu)化步驟中使用的平均模式功率約束可以保證滿足平均功率約束。
當(dāng)在步驟S 101中分配鏈路能力后，在步驟S102中，可以使用線性程序來利用以下在等式(2)-等式(7)中所示的至少一個(gè)鏈路路由約束確定網(wǎng)絡(luò)中的鏈路(例如，i和j的有效組合)上的f個(gè)信道的聚合流xijf。
在等式(2)中，Aout(i)和Ain(i)分別是針對(duì)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的出去和進(jìn)入鏈路的集合，Cijf是在第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路的第f個(gè)信道上的可獲得的速率。等式(2)所給出的鏈路路由約束是示例的媒體接入(例如MAC)約束。如果等式(2)中的約束得到滿足，則當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以半雙工操作(例如，不能同時(shí)在同一信道f上接收和發(fā)送)并且多個(gè)節(jié)點(diǎn)不同時(shí)在同一信道f上向同一節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，存在支持凈流xijf的可行的鏈路調(diào)度策略。常數(shù)β＝2/3以及β＝1分別代表獲得可行鏈路調(diào)度策略的充分條件和必要條件。
下文的等式(3)給出了另一鏈路路由約束。等式(3)所示的約束實(shí)行每節(jié)點(diǎn)平均總功率約束，其中xijf/Cijf代表第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在信道f上進(jìn)行發(fā)送的時(shí)間分段，而其余項(xiàng)代表獲得速率Cijf所需的功率。
等式(3)中的第二項(xiàng)等效于上文中的等式(1)所給出的pijf。如果利用作為pijf的函數(shù)的Cijf的不同推導(dǎo)，則相應(yīng)地修改乘積中的第二項(xiàng)。等式(3)給出的鏈路路由約束是物理層約束的例子。
下文中的等式(4)-等式(7)所示的鏈路路由約束是業(yè)務(wù)流約束，用于確定通過源節(jié)點(diǎn)分發(fā)的業(yè)務(wù)的量(等式(4))，用于抑制和/或防止反向業(yè)務(wù)進(jìn)入源節(jié)點(diǎn)(等式(5))，用于確定在匯節(jié)點(diǎn)接收的業(yè)務(wù)的量(等式(6))，以及確保來自源節(jié)點(diǎn)的總業(yè)務(wù)與目的地匯節(jié)點(diǎn)所接收的業(yè)務(wù)總和相匹配(等式(7))。
等式(4)-等式(7)給出的鏈路路由約束是凈流路由或路由約束的例子。
根據(jù)示例實(shí)施例，使受到等式(2)-等式(7)的鏈路路由約束的T最大化的該組聚合流xijf可以改善、增強(qiáng)和/或最大化到每個(gè)目的地匯節(jié)點(diǎn)的進(jìn)入業(yè)務(wù)T。在步驟S101中確定了每個(gè)Cijf后，針對(duì)xijf等式(2)-等式(7)是線性的，并且可以使用線性程序來確定該組聚合流xijf。
返回圖3，在步驟S102中確定了聚合流xijf后，在步驟S103中，可以從多個(gè)候選鏈路調(diào)度中選擇對(duì)應(yīng)于聚合流xijf且獲得至少一個(gè)期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征(例如，期望的到每個(gè)匯節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流)的一組鏈路調(diào)度。如上所述，等式(2)確保調(diào)度的可行性。
根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，可以基于所分配的鏈路能力和聚合流來選擇該組鏈路調(diào)度。圖3所示的步驟S103僅僅作為針對(duì)圖5和圖6所示的示例網(wǎng)絡(luò)的例子來描述。在圖5和圖6中，節(jié)點(diǎn)51是源節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)52-54是匯節(jié)點(diǎn)。
如上所述，對(duì)于具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，有向圖表示中可能的最大鏈路數(shù)目為|D|＝N*(N-1)-Ns*(N-1)＝(N-Ns)*(N-1)，其中Ns表示源節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，N*(N-1)是節(jié)點(diǎn)對(duì)之間可能的雙向鏈路的數(shù)目，項(xiàng)Ns*(N-1)刪除了進(jìn)入源的進(jìn)入鏈路(例如，無反向業(yè)務(wù))。對(duì)于圖5和圖6中所示的示例網(wǎng)絡(luò)，鏈路數(shù)目為|D|＝4*(4-1)-1*(4-1)＝9。
在這|D|個(gè)鏈路中，只有不違反等式(2)所給出的鏈路路由約束(例如，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以連接到一個(gè)出去或進(jìn)入的鏈路)的那些鏈路才可以被選擇。被準(zhǔn)許為同時(shí)激活的一組鏈路可以被稱為“模式”。一組鏈路調(diào)度可以包括一個(gè)或多個(gè)模式。
根據(jù)示例實(shí)施例，可以使用激活模式以及每個(gè)模式為激活的持續(xù)時(shí)間來達(dá)到期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征或者期望的流要求。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在|D|個(gè)鏈路時(shí)，存在2|D|個(gè)可能的鏈路子集，但是只有滿足等式(2)所給出的鏈路路由約束的那些鏈路子集才能夠被考慮為候選模式。對(duì)于無線回傳應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬?duì)固定，并且因此可以例如通過針對(duì)合理網(wǎng)絡(luò)大小以窮舉搜索方法來離線確定可用的模式。備選地，以多項(xiàng)式時(shí)間產(chǎn)生可行模式的試探式圖著色算法可以用于任何的網(wǎng)絡(luò)大小。諸如貪婪圖著色算法之類的這些算法中的一些算法在本領(lǐng)域中是公知的，因此為了簡潔起見在此省略對(duì)其的詳細(xì)描述。為了討論的目的，假定可行模式通過窮舉搜索或使用任何已知的試探式算法來產(chǎn)生。
對(duì)于圖5和圖6中的示例網(wǎng)絡(luò)，通過窮舉搜索來確定針對(duì)信道1和信道2中每個(gè)信道的候選模式(分別在圖7和圖8中示出)。在本例中，對(duì)于信道1和信道2中每個(gè)信道存在15個(gè)候選模式。每種模式應(yīng)當(dāng)為激活的時(shí)間百分比可以如下計(jì)算。
設(shè)αk表示模式k為激活的時(shí)間百分比，并設(shè)表示模式k的能力矢量，其中當(dāng)節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路包含在模式k中時(shí)否則為了滿足流要求，必須滿足在本例中，以下的線性程序(LP-1)求解出每種模式為激活的必要時(shí)間分段。
find[αk](ormin0×[αk])(LP-1) αk≥0，
為了在圖6中的節(jié)點(diǎn)之間提供期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征(例如，滿足速率要求)，可以為信道1和信道2中的每個(gè)信道選擇一組模式。表1和表2示出了針對(duì)信道1和信道2中每個(gè)信道求解問題(LP-1)的示例時(shí)間分段。在本例中，為了支持圖6中所示的示例速率要求，例如，可以從如圖7所示的用于信道1的候選模式中選擇模式1、模式2、模式4和模式10，從圖8所示的用于信道2的候選模式中選擇模式12。在每個(gè)鏈路上的聚合流達(dá)到圖6所示的所需速率，并且模式選擇滿足等式(2)給出的鏈路路由約束(例如，進(jìn)入節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)出去的信道的總利用率應(yīng)當(dāng)為2/3)，并且所得到的流滿足平均節(jié)點(diǎn)功率約束。
表1 表2 在步驟S103中確定了鏈路調(diào)度之后，在步驟S104中確定針對(duì)每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)的路由路徑。如上所述，針對(duì)鏈路(i，j)上的第f個(gè)信道的流分配由xijf＝aijf給出。根據(jù)至少某些示例實(shí)施例，aijf可以包含用于多個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)，aijf的至少一部分可以屬于目的地節(jié)點(diǎn)d。該部分可以用aijf(d)來表示，并且因此aijf可以由下面的等式(C1)給出。
如進(jìn)一步描述地，傳遞給每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)的凈吞吐量用T bps表示，每個(gè)源節(jié)點(diǎn)注入Ti bps，并且源節(jié)點(diǎn)和匯節(jié)點(diǎn)的集合的索引分別用Mso和Msi表示。與節(jié)點(diǎn)i相關(guān)聯(lián)的出去和進(jìn)入的鏈路分別用Aout(i)和Ain(i)表示。在本例中，等式(C2)示出的等式適用于源節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)。
對(duì)于匯節(jié)點(diǎn)，以下在等式(C3)中所示的路由路徑約束暗示了匯節(jié)點(diǎn)不對(duì)它們自己的業(yè)務(wù)進(jìn)行路由。
匯節(jié)點(diǎn)可以路由彼此的業(yè)務(wù)的事實(shí)用以下在等式(C4)中所示的路由路徑約束來表示。
i，d∈Msi(C4) 在等式(C4)中，左側(cè)表示要由屬于目的地d的節(jié)點(diǎn)i所路由的業(yè)務(wù)。右側(cè)表示已路由的業(yè)務(wù)?？梢酝ㄟ^求解受到等式(C1)-(C4)所給出的路由路徑約束的線性可行性問題來識(shí)別各個(gè)路由路徑。也即，例如，為了識(shí)別各個(gè)路由路徑，可以求解下面的線性程序。
(C1)-(C4) a≥0 重新參考圖5，對(duì)于這一示例網(wǎng)絡(luò)，圖9所示的針對(duì)三個(gè)目的地的每一個(gè)目的地的路由路徑滿足約束(C 1)-(C4)，并且因此，求解上述線性程序。在圖9所示的例子中，Ti＝9966kbps，且T＝3322kbps。
圖10是示出根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖。與針對(duì)圖3的情況相同，圖10所示的方法可以適用于圖1和圖2中的網(wǎng)絡(luò)。
參考圖10，在步驟S201，可以以與上文針對(duì)圖3所述的方式相似的方式確定聚合流，只不過可以使用等式(8)來代替等式(3)。也即，例如，可以使用線性程序來確定用于使受到上述的等式(4)-(7)以及下述的等式(8)所代表的鏈路路由約束的T最大化的聚合流。在本示例實(shí)施例中，等式(8)利用log(1+x)～x來近似等式(3)。
在步驟S202中，可以為每個(gè)鏈路分配鏈路能力。例如，可以使用等式(9)來確定足以獲得可行鏈路調(diào)度的最小鏈路功率。
(9)
等式(9)是幾何優(yōu)化問題，其在變量進(jìn)行對(duì)數(shù)函數(shù)變換后可以被轉(zhuǎn)換為簡單凸優(yōu)化問題。
在步驟S203和S204中，可以以分別與針對(duì)步驟S103和S104所討論的方式相同的方式來確定調(diào)度和路由。
圖11是示出根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖。在這一示例實(shí)施例中，步驟S301和S302可以與以上針對(duì)圖5所描述的步驟S201和S202相同或基本相同。
在步驟S303中，可以使用在步驟S302中確定的一組傳輸功率pijf來確定一組可獲得的速率Cijf。然后可以利用該組可獲得的速率Cijf來求解針對(duì)圖3中的步驟S102所描述的線性程序。也即，例如，這些可獲得的速率Cijf可以用于求解使受到等式(2)-(7)給出的鏈路路由約束的T最大化的線性程序。在步驟S304和S305，可以以與針對(duì)圖3的步驟S103和S104所討論的方式相同或基本相同的方式來確定調(diào)度和路由。
圖12是示出根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖。參考圖12，步驟S401、S403和S404可以分別與步驟S101、S103和S104相同或基本相同。然而在步驟S402中，可以使用線性程序來確定使用于等式(2)、(3)、(4)、(5)所給出的鏈路路由約束以及下面的等式(10)和(11)所給出的鏈路路由約束的總速率度量∑Ti最大化的聚合流xijf，其中Ti表示用于目的地節(jié)點(diǎn)i的業(yè)務(wù)。
圖13是示出根據(jù)另一示例實(shí)施例的方法的流程圖。參考圖13，在步驟S501中，可以以與針對(duì)圖3所述的方式相同的方式來確定聚合流xijf和通常達(dá)到的速率T。在步驟S502中，可以使用線性程序來確定根據(jù)諸如總速率度量ΣTi之類的目標(biāo)函數(shù)、但是受到等式(2)、(3)、(4)、(5)、(10)、(11)所給出的約束以及下面的等式(12)所給出的約束的聚合流xijf。


Ti≥T(12) 步驟S503和S504可以分別與步驟S103和S104相同或基本相同。
根據(jù)在此描述的示例實(shí)施例，圖3以及圖10-圖14所示的方法可以被用于基于用于從多個(gè)節(jié)點(diǎn)中選出的每個(gè)源-目的地對(duì)的至少一個(gè)期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征和與多個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的一組鏈路路由約束(例如，等式(2)-(7))確定用于在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的至少一個(gè)鏈路路由特征(例如，鏈路能力、聚合流、鏈路調(diào)度和/或路由路徑)，并且數(shù)據(jù)可以使用一個(gè)或多個(gè)所確定的鏈路路由特征在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸。例如，數(shù)據(jù)可以使用用于在上述的OFDMA鏈路上傳輸數(shù)據(jù)的公知方法來傳輸。
盡管在此針對(duì)線性程序進(jìn)行了討論，但是也可以使用幾何程序。此外，線性和幾何程序以及用于使用這些程序來求解等式的方法在本領(lǐng)域是公知的，例如，在Stephen Boyd等人所著的“Convex Optimization”(2004年，紐約，劍橋大學(xué)出版社(Cambridge University Press，NewYork，NY，2004))中討論了有關(guān)內(nèi)容。
由此描述了本發(fā)明，顯然可以以很多方式改變本發(fā)明。這些改變應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為沒有偏離本發(fā)明，且所有這些修改都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在無線網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由多個(gè)無線鏈路互連，所述方法包括
基于用于從所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中選擇的每個(gè)源/目的地對(duì)的至少一個(gè)期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征和與所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的一組鏈路路由約束來確定用于在所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的至少一個(gè)鏈路路由特征；以及
根據(jù)所述至少一個(gè)鏈路路由特征在所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)鏈路路由特征包括分配給所述多個(gè)無線鏈路的多個(gè)子通道、與每個(gè)子通道相關(guān)聯(lián)的傳輸功率、用于每個(gè)源/目的地對(duì)的路由路徑和經(jīng)由每個(gè)路由路徑傳輸?shù)脑?目的地業(yè)務(wù)的量中的至少一項(xiàng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確定步驟還包括
基于與所述多個(gè)無線鏈路相關(guān)聯(lián)的信號(hào)與干擾加噪聲比將至少一個(gè)子通道分配給所述多個(gè)無線鏈路中的每個(gè)無線鏈路；以及
基于至少一個(gè)數(shù)據(jù)吞吐量特征和與所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的功率約束將傳輸功率分配給每個(gè)所分配的子通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一組鏈路路由約束包括路由、媒體接入和物理層約束中的至少一項(xiàng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟還包括
選擇對(duì)應(yīng)于所確定的至少一個(gè)鏈路路由特征的一組鏈路調(diào)度以便獲得所述期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征；以及其中
所述傳輸步驟基于所選擇的鏈路調(diào)度來傳輸所述數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)鏈路路由約束是每節(jié)點(diǎn)平均總功率約束，其表示所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)在所述多個(gè)無線鏈路之一上的多個(gè)子通道之一上進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)間長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟還包括
基于所述至少一個(gè)鏈路路由約束和所述期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征來確定用于傳輸所述數(shù)據(jù)的一組聚合流，所述期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征是至每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)的期望進(jìn)入業(yè)務(wù)流；并且其中
所述傳輸步驟根據(jù)所述一組聚合流來傳輸所述數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括
基于一組所分配的傳輸功率將鏈路能力分配給所述多個(gè)無線鏈路中的每個(gè)無線鏈路，基于所述至少一個(gè)期望的吞吐量特征來分配所述傳輸功率；并且其中
所述確定步驟基于所分配的鏈路能力來確定所述至少一個(gè)鏈路路由特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定步驟還包括
基于與每個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的總速率度量來確定用于傳輸所述數(shù)據(jù)的一組聚合流，所述總速率度量表示至相關(guān)聯(lián)的目的地節(jié)點(diǎn)的總業(yè)務(wù)流；并且其中
所述傳輸步驟根據(jù)所述一組聚合流來傳輸所述數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括
選擇對(duì)應(yīng)于所確定的至少一個(gè)鏈路路由特征的一組鏈路調(diào)度以獲得所述期望的數(shù)據(jù)吞吐量特征；
基于所選擇的鏈路調(diào)度和至少一個(gè)鏈路路由約束來識(shí)別用于路由所傳輸數(shù)據(jù)的路由路徑；其中
所述傳輸步驟經(jīng)由所確定的路由路徑在所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。
全文摘要
用于在多載波、多跳網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合地確定鏈路的子通道、功率、調(diào)度和路由以在源節(jié)點(diǎn)與目的地節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)某些期望的吞吐量目標(biāo)的方法。該方法在諸如施加到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的每個(gè)鏈路的功率、調(diào)度和流約束之類的節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)約束下有效地增強(qiáng)或優(yōu)化每個(gè)目的地路由器所接收的吞吐量。
文檔編號(hào)H04W40/12GK101682581SQ200880020032
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者K·巴拉錢德朗, J·H·坎格, K·M·卡拉卡雅利, M·S·科迪亞拉姆 申請(qǐng)人:朗訊科技公司