СПОСОБЫ НА ОСНОВЕ РОЕВОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОВМЕСТНОЙ СВЯЗИ В ЯЧЕИСТОЙ СЕТИ
SWARM INTELLIGENCE BASED METHODS TO ENABLE COOPERATIVE COMMUNICATION IN MESH NETWORK

Уровень техники
Мобильная сеть или MANET может быть мобильной "специальной" или мобильной ячеистой сетью. MANET может формироваться самоконфигурирующейся сетью устройств связи или мобильных устройств. Такие устройства могут соединяться друг с другом посредством беспроводных линий связи. Устройства, соединяющиеся друг с другом в сети MANET, считаются соседними устройствами. Каждое устройство может свободно и независимо перемещаться и изменять соседей по мере того, как устройство двигается через сеть MANET. Устройства время от времени могут передавать график, не связанный с их собственным использованием (то есть, информацию о проходах от имени других устройств) и действовать в качестве маршрутизатора для других устройств. В целом, устройства могут упоминаться как "узлы " в сети (MANET).
Сети MANET могут быть реализованы для различных применений и сред. Примерами таких реализаций являются среды классной комнаты (то есть, образовательные учреждения); конференц-залы; развертывание военных подразделений; больницы и клиники (например, мониторинг жизненно важных показаний пациента); сенсорные сети, развернутые для контроля среды; смарт-сеть; нефтепроводы; железнодорожные пути и другие инфраструктуры. К другим реализациям MANET относятся вычислительные среды многочисленных клиентов, где машины клиентов (то есть, узлы) объединяются в сеть (то есть, соединяются) вместе, чтобы удовлетворить потребности пользователя в вычислениях и обеспечить сотрудничество. Кроме того, "умные" дома с бытовыми устройствами и/или приборами, которые объединяются вместе в сеть для развлечений, домашних вычислений и для целей экономии энергии, могут использовать сети MANET.
В сетях MANET могут возникать проблемы и задачи, способные ухудшить качество обслуживания или QoS. Один из аспектов QoS содержит уверенность, что передачи эффективно посылаются от исходных узлов к узлам назначения в пределах требований по задержке. Динамическая ячеистая сеть, такая как MANET, характеризуется производительностью адресации и простоями линий связи (например, от узла к узлу). В идеале, MANET должна обеспечивать совместный распределенный процесс между узлами с низкими накладными расходами. В типичных сетях MANET сотрудничающие узлы могут определяться без каких-либо алгоритмов для выбора таких сотрудничающих узлов.
Определенные высокопроизводительные ячеистые сети могут разрастаться за счет множества пользовательских узлов, образующих полную связность посредством схемы маршрутизации с мультиретрансляцией. Когда ретрансляции внутри ячеистой сети (например, MANET) испытывают возмущения со стороны динамической среды, схема маршрутизации может потребовать пересмотра, что может значительно увеличивать накладные расходы из-за передачи по сети служебных сигналов и отнимает время.
Краткое описание чертежей
Подробное описание приводится со ссылкой на сопроводительные чертежи. На чертежах крайняя левая цифра(-ы) ссылочной позиции указывает чертеж, на котором ссылочная позиция появляется впервые. Для ссылки на схожие признаки и компоненты на всех чертежах используются одни и те же ссылочные номера.
Фиг.1 - мобильная ячеистая сеть узлов, осуществляющая совместную связь на основе роевого интеллекта.
Фиг.2 - подсеть, показывающая, как передачи поддерживаются соседними узлами.
Фиг.3 - подсеть, показывающая роевый интеллект совместной связи при осуществлении эстафетной передачи.
Фиг.4 - блок-схема примера устройства или узла, реализующего роевый интеллект для осуществления совместной связи.
Фиг.5 - блок-схема последовательности выполнения операций роевого интеллекта, позволяющая осуществление совместной связи между узлами в ячеистой сети.
Осуществление изобретения
Краткий обзор
Варианты осуществления, описанные здесь, направлены на улучшение качества обслуживания (QoS), производительности и снижение простоев звеньев связи в динамической ячеистой сети, такой как мобильная сеть или MANET. Может быть осуществлен распределенный совместный процесс, называемый "роевым интеллектом", с низкими накладными расходами. В определенных вариантах осуществления, в сети, где связность устанавливается или определяется схемой маршрутизации с мультиретрансляцией, может быть сделана компенсация, чтобы учесть динамически возмущенные интервалы ретрансляции.
В частности, могут быть реализованы следующие концепции: сотрудничество в системе связи и модель распределения ресурсов, основанная на пороговых значениях. Традиционно сотрудничество между узлами может осуществляться для систем связи, использующих протоколы мультиретрансляции в ячеистых сетях, но сотрудничество может обходиться дорого и стоимость может быть значительной. Поэтому, предлагается, чтобы реализовывался гибридный автоматический запрос повторной передачи или HARQ, способ/подход с управляемым сотрудничеством, который может вести к пониженным накладным расходам и более высокой эффективности использования ширины полосы/мощности. Модель распределения ресурсов, основанная на пороговых значениях, базируется на наблюдении за сообществами "муравьев", где индивидуальные "муравьи" могут решать, когда, где и как реагировать и участвовать в решении задачи, чтобы наилучшим образом удовлетворить потребности "колонии" без связи с другими муравьями. В этой аналогии узлы являются "муравьями" и сеть является "колонией". Другими словами, узлы решают, как сотрудничать друг с другом. Все вместе концепции, которые осуществляются, могут рассматриваться как "роевый интеллект" для использования при совместной связи узлов в сети. Концепции направлены на обеспечение схемы, содержащей автоматическое решение о сотрудничестве в MANET или мобильной специальной сети без квитирования связи в реальном времени среди сотрудничающих узлов. Это может увеличить надежность системы, автоматически повышая отношение сигнал-шум (SNR) системы и не вызывает накладных расходов и помех.
Определение может быть сделано для сотрудничающих узлов, способных обеспечить наиболее эффективную помощь и снизить уровни помех в сети распределенным способом. Кроме того, при применении к установке MANET, описанные алгоритмы могут позволить осуществление совместной связи в приоритетной форме, определяя лучшие звенья связи, через которые должно осуществляться сотрудничество, чтобы гарантировать меньшее число ретрансляций, необходимых по совместным звеньям связи, и, таким образом, позволить иметь более высокую производительность, эффективность использования спектра и эффективность использования энергии.
Пример сети
На фиг.1 представлена сеть 100, осуществляющая роевый интеллект для совместной связи между узлами. Сеть 100 может быть одной из различных сетей, и в частности мобильной сетью или мобильной "специальной" сетью, обычно называемой MANET. Сеть 100 содержит многочисленные узлы, которые могут добавляться или изыматься. Каждое устройство или узел могут перемещаться свободно и независимо и менять соседей по мере движения по сети 100. В этом примере показаны: узел A 102, узел B 104, узел C 106, узел D 108, узел E 110, узел F 112, узел G 114, узел H 116, узел I 118, узел J 120, узел K 122, узел L 124, узел M 126, узел N 128, узел O 130, узел P 132, узел Q 134, узел R 136, узел S 138 и узел T 140. Предполагается, что в определенных реализациях могут быть также реализованы нерегулярно размещаемые места расположения узлов.
Узлы 102-140 могут осуществлять связь друг с другом, используя различные протоколы или стандарты связи. К примерам стандартов относятся IEEE 802.11 и многостанционный доступ с кодовым разделением (CDMA). Узлы 102-140 осуществляют связь через беспроводные интерфейсы. Данные или сообщения могут передаваться как пакеты, которые могут кодироваться, используя различные схемы/стандарты кодирования.
Будучи мобильными устройствами, узлы 102-140 способны двигаться по всей сети 100, как обсуждалось выше. Узлы 102-140 могут использоваться в качестве маршрутизаторов или ретрансляторных устройств для своих соседних узлов. Каждый из узлов 102-140 может передавать график (то есть, пакеты), которые могут быть не связаны с использованием частного узла, действующего в качестве маршрутизатора для других узлов.
В этом примере узел K 122 считается "узлом-источником", который желает передать или послать сообщение "узлу-получателю" 130. Схема маршрутизации определяется, используя промежуточные узлы, чтобы передать пакет. В данном случае, пакет проходит от "узла-источника" K 122 к узлу L 124 (представлено звеном связи 142); узел L 124 ретранслирует сообщение узлу M 126 (представлено звеном связи 144); узел M 126 ретранслирует сообщение узлу N 128 (представлено звеном связи 146); и узел N 128 ретранслирует сообщение узлу O 130 (представлено звеном связи 148). Схема маршрутизации в этом примере должна быть такой: узел K 122/узел L 124/ узел M 126/ узел N 128/узел O 130.
Обратимся теперь к фиг.2, где представлена подсеть, показывающая, как передачи могут поддерживаться соседними узлами. Как уже обсуждалось, MANET или сеть 100 являются полной ячеистой сетью с регулярно расположенными узлами 102-140. Могут быть обеспечены схемы маршрутизации, согласно которым каждый узел снабжается таблицей маршрутизации. В этом примере каждый узел может осуществлять связь только с его восемью непосредственно соседними узлами. Например, "узел-источник" узел K 122 осуществляет связь с узлом F 112, узлом G 114, узлом L 124, узлом P 132 и узлом Q 134. Узел K 122 может осуществлять связь с тремя предыдущими узлами (не показаны); однако, поскольку передача пакета продвигается вперед, показаны только соответствующие сотрудничающие узлы. Поэтому узел F 112 может использоваться в качестве сотрудничающего узла для передачи пакета от узла K 122 к узлу L 124, как показано связями 200 и 202. Аналогично, узел G 114 может быть реализован подобным образом, что представлено связями 204 и 206; узел P 132 может быть реализован подобным образом, что представлено связями 208 и 210; и узел Q 134 может быть реализован подобным образом, что представлено связями 212 и 214. Поэтому соседние узлы могут "слышать" сообщения (передачу пакета) и доступны, чтобы помочь при передаче сообщений. Однако необходимо определить, когда соседние узлы должны оказывать помощь. Используя сотрудничество или помощь соседних узлов, мощность пакета или сообщения может быть увеличена (то есть, больше узлов, передающих пакет последующим узлам). В определенных случаях для узлов может быть нежелательным помогать/сотрудничать, так как это может увеличивать шум в других узлах сети. Дополнительно ниже обсуждается определение со ссылкой на функцию эстафетной передачи f(P(forwarding)).
Теперь обратимся к фиг.3, где представлена подсеть, показывающая роевый интеллект совместной связи. В частности, показано роевое перемещение сотрудничающих узлов. Связи 300-326 показывают маршруты прохождения пакетов передачи, через которые могут посылаться пакеты; в этом примере усеченным маршрутом является маршрут от узла L 124 к узлу 0130 (весь маршрут, как обсуждалось выше, является путем от узла K 122 к узлу O 130).
Полагая, что таблица маршрутизации (схема маршрутизации) была установлена как пакеты, которые должны быть доставлены от "узла-источника" K 122 к "узлу-получения" O 130, проблема может быть в том, как позволить осуществить надежную связь через сотрудничество между узлами на интервалах от узла K 122 к узлу O 130, после того, как установлена таблица маршрутизации. Когда любой интервал(-ы) ретрансляции на этом маршруте с мультиретрансляцией испытывает помеху, соседние узлы могут автоматически решить принять участие в совместной схеме, чтобы успешно скомпенсировать любые непригодные участки схемы маршрутизации с мультиретрансляцией. Эта схема описывается ниже.
Для узлов, которые смогли правильно декодировать пакеты, предназначенные для соседних узлов, они могут решить передавать пакеты на следующий интервал ретрансляции согласно функции f(P(forwarding)), полученной из следующей модели распределения ресурсов колонии "муравьев":
<mrow><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>f</mi><mi>o</mi><mi>r</mi><mi>w</mi><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>g</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>N</mi><mi>B</mi><mi>R</mi><mo>_</mo><mi>R</mi><mi>H</mi><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>u</mi><mi>l</mi><mi>u</mi><msup><mi>s</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>u</mi><mi>l</mi><mi>u</mi><msup><mi>s</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>s</mi><mi>h</mi><mi>o</mi><mi>l</mi><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Значение NBR_RH является "достижимым соседним узлом" и задается значением, равным 1, когда место назначения следующего интервала ретрансляции является непосредственным соседом и достижимо для текущего узла согласно таблице маршрутизации. В противном случае, NBR_RH равно 0. Переменная stimulus является фунщией нижеследующего:
кодирование пакета/коэффициент модуляции пакета с более эффективным кодированием/коэффициентом модуляции увеличивает уровень показателя, так как они имеют более высокую вероятность коэффициента ошибок пакета;
классификация пакета согласно QoS с пакетами реального времени увеличивает уровень показателя, так как эти пакеты должны быть приняты правильно и не могут быть ретранслированы;
разность SNR = (оценка отношения сигнал-шум (SNR) для звена связи от текущего узла до узла следующей ретрансляции) - (оценка SNR звена связи от первоначального узла до узла следующей ретрансляции) и при более высокой разности SNR имеет более высокое значение показателя. Это подразумевает, что, если отношение SNR звена связи между исходным узлом и следующим узлом ретрансляции высокое, что выражается как низкая разность SNR, сотрудничество, вероятно, не требуется. С другой стороны, если отношение SNR звена связи между исходным узлом и узлом следующего переприема низкое, что выражается как высокая разность SNR, узел является хорошей помощью в качестве сотрудничающего узла. Следовательно, наш алгоритм позволяет сотрудничество, только когда оно необходимо, и исключается автоматически, когда в нем нет необходимости и он будет лишь создавать дополнительные помехи в системе;
уровни питания от батареи устройств клиентов, узлы с более низким значением уровня электропитания могут быть выбраны или не выбраны для оказания помощи, в то время как узлы с достаточной мощностью могут быть выбраны для оказания помощи.
Переменная threshold (пороговое значение) пропорциональна уровню перегрузки/ помехи сети, который может быть определен интенсивностью конфликтов, обнаруженных в текущем узле или в результате измерения помехи, выполняемого в текущем узле. Когда соседи (то есть, подсеть или сеть 100), окружающие текущий узел, обнаруживаются как занятые, текущий узел будет молчать и не будет взаимодействовать с передачами от других узлов. Однако когда соседи молчат, текущий узел может помочь соседним узлам посредством сотрудничества.
Определение сотрудничества/эстафетная передача пакетов
Способом, который может использоваться для определения эстафетной передачи, является вероятность эстафетной передачи (P(forwarding)). Пример функции выглядит следующим образом:
<mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>f</mi><mi>o</mi><mi>r</mi><mi>w</mi><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>g</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>f</mi><mi>o</mi><mi>r</mi><mi>w</mi><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>g</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Эта функция способствует более высоким значениям P(forwarding) и понижает более низкие значения P(forwarding) путем возведения в квадрат. В каждом узле может генерироваться случайное число между 0 и 1. Если случайное число будет меньше, чем f(P(forwarding), то текущий узел будет участвовать в передаче. В противном случае, текущий или активный узел останется молчащим. Могут также быть выбраны другие функции.
Приведенное ниже является иллюстративным сценарием. Возвращаясь теперь обратно к фиг.1, после того, как узел K 122 передаст пакет узлу L 124, все узлы F 112, P 132, G 114, L 124 и Q 134 могут "слышать" передачу. Если узел L 124 не принял правильно пакет, узел L 124 может передать сообщение NACK (отсутствие подтверждения) узлу K 122 или никакого подтверждения АСК не будет послано от узла L 124 к узлу K 122 и ретрансляция от узла K 122 может иметь место. Если это происходит, узлы F 112, P 132, G 114 и Q 134 могут "услышать" NACK или быть не в состоянии услышать АСК и могут сотрудничать с узлом K 122, чтобы снова передать пакет узлу L 124. При реализации узлы G 114 и Q 134 могут иметь более высокую вероятность сотрудничества с узлом K 122, чем узлы F 112 и P 132, так как узлы G 114 и Q 134 находятся ближе к узлу L 124. Узлы G 114 и Q 134 могут также иметь более высокую вероятность P(forwarding) за счет более высоких оценок SNR от узлов G 114 или Q 134 к узлу L 124. Количество времени, которое каждый узел будет ждать перед повторной передачей, может быть определено и передаваться между всеми соседями во время периодических квитирований передачи для целей синхронизации. Например, если используется квитирование CTS/RTS (готовность к передаче/запрос на передачу), все соседние узлы могут знать, когда узел должен начать передачу после приема RTS (запрос на передачу), так как эта информация может быть указана в стандартном протоколе. Для передач без квитирования CTS/RTS может проводиться обмен информацией синхронизации и информацией о следующей ретрансляции во время периодического квитирования передачи, необходимого для целей обслуживания и сетевой маршрутизации и синхронизации.
Если предполагается, что узел L 124 и все узлы F 112, P 132, G 114 и Q 134 приняли пакеты правильно, пакет может быть передан от узла L 124 к узлу M 126. Заметим, что узлы F 112 и P 132 не будут участвовать в эстафетной передаче пакета, поскольку узел M 126 не является непосредственным соседом узлов F 112 и P 132 и их значение P(forwarding) будет нулем, так как NBR_RH=0. Алгоритм может автоматически отсечь узлы, которые не будут участвовать в сотрудничестве, и снизить общий уровень помех системы, позволяя участвовать в сотрудничестве только узлам, которые могут действительно помочь.
Время, которое узел будет ожидать прежде, чем передать пакет на следующий интервал ретрансляции, может быть известно среди соседей, так как во время периодического квитирования передачи при синхронизации может проводиться обмен этой информацией. И опять, если используется квитирование CTS/RTS, все соседние узлы из стандартной спецификации протокола могут знать, когда узел начнет передачу после приема RTS. Можно предположить, что узел L 124 передает пакет узлу M 126 с помощью со стороны узла G 114 и/или Q 134.
Затем, когда пакет прибывает на узел M 126, хотя узлы A 102, B 104, C 106, H 116, M. 126, F 112, K 122, P 132, Q 134 и R 136, применяя алгоритм, могут принимать передачу, так как находятся в пределах диапазона передачи, только узлы H 116 и R 136 могут сотрудничать с узлом M 126 при эстафетной передаче пакета к узлу N 128. У всех других узлов функция P(forwarding) будет равна нулю, так как узел N 128 не является непосредственным соседом узлов A 102, B 104, C 106, F 112, K 122, P 132 и Q 134. Точно также для последнего интервала ретрансляции от узла N 128 к узлу O 130, только узлы I 118 и S 138 могут сотрудничать с узлом N 128 при передаче пакета от узла N 128 к узлу O 130.
Выигрыш в пропускной способности канала на узле назначения благодаря сотрудничеству
Может быть выполнен пример анализа, чтобы показать выигрыш в пропускной способности благодаря сотрудничеству при передаче от узлов H 116, M 126 и R 136 к узлу N 128. Из-за коротких расстояний между соседними узлами и периодической синхронизации, можно предположить, что соседние узлы более или менее синхронизированы. Для упрощения, последующий сценарий предполагает три канала с одиночным входом, одиночным выходом (SISO) с равным усилением, объединяющиеся при приеме в узле N 128. Более сложные способы, использующие MIMO и схемы когерентной оценки канала могут обеспечивать еще больший выигрыш. Сигнал приема в узле N для пилот-сигналов и поднесущих передачи данных определяется следующим образом:
<mrow><msub><mi>γ</mi><mi>H</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>H</mi><mo>→</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>M</mi><mo>→</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>R</mi><mo>→</mo><mi>H</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mi>n</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
H→N
R→N
где h+h обозначает канал от передающего узла H/M/R к принимающему узлу N соответственно;
N
γ обозначает принимаемый сигнал на узле N 128 от узлов H 116, M 126 и R 136;
QAM
QAM
S обозначает символ QAM, переданный на поднесущей к узлу N 128. Если поднесущая является пилот-сигналом, S известен на узле N 128; и
n обозначает тепловой шум на узле N 128.
Конечный декодированный символ может быть определен следующим образом:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mi>N</mi></msub><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>M</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>R</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>m</mi></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>‖</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>M</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>R</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>t</mi></mrow><mo>‖</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>H</mi><mo>→</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>M</mi><mo>→</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>R</mi><mo>→</mo><mi>N</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>'</mo><mo>=</mo><msub><mi>γ</mi><mi>N</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
H→N
M→N
R→N
где (')* представляет комплексно сопряженную величину, и ||'|| представляет квадрат значения комплексного числа векторов и (h+h+h)' измеряется из пилотных поднесущих. В узле N 128 значение SNR с сотрудничеством и без сотрудничества от узлов H 116 и R 126 соответственно определяются следующими выражениями:
<mrow><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>N</mi><msub><mi>R</mi><mrow><mi>C</mi><mi>O</mi><mi>O</mi><mi>P</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mrow><mo>‖</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>M</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>R</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub></mrow><mo>‖</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>δ</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mi>n</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>S</mi><mi>I</mi><mi>N</mi><msub><mi>R</mi><mrow><mi>N</mi><mi>O</mi><mo>_</mo><mi>C</mi><mi>O</mi><mi>O</mi><mi>P</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mrow><mo>‖</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>M</mi><mo>−</mo><mi>N</mi></mrow></msub></mrow><mo>‖</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>δ</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mi>n</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>δ</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>δ</mi><mi>n</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
где
и
- соответственно мощность сигнала и мощность шумов при приеме.
<mrow><msubsup><mi>δ</mi><mrow><mi>Q</mi><mi>A</mi><mi>M</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>δ</mi><mi>n</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Предполагая наихудшим случаем Рэлеевские каналы с замиранием (c h, генерируемым, используя Гауссову переменную с нулевым средним значением, и дисперсией, равной единице, и устанавливая
), кумулятивный график распределения (CDF) SNR при сотрудничестве показывает улучшение SNR по сравнению с CDF для SNR без сотрудничества. При относительно более низком SNR можно заметить улучшение SNR на 5 дБ. При преобразовании в пропускную способность канала, используя "формулу Шеннона", сотрудничество может обеспечить более высокую пропускную способность при низком SNR, преобразуясь в возможность использования или не использования канала при низких значениях SNR.
Пример устройства узла
На фиг.4 представлен пример устройства или узла 400, который реализует роевый интеллект, для обеспечения совместной связи. Узел 400 может быть примером варианта осуществления ранее обсуждавшихся узлов, таких как узлы 102-140. Как обсуждалось выше, узел 400 может быть одним из различных беспроводных устройств и является частью мобильной ячеистой сети или сети MANET. Узел 400 может входить в такую сеть и выходить из нее. Дополнительно, узел 400 осуществляет связь и сотрудничает с другими узлами в сети.
Узел 400 содержит один или более процессоров 402. Процессоры выполняются с возможностью связи с памятью(-ями) 404. Память 404 может содержать различные типы памяти и/или запоминающих устройств, в том числе, в частности, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), внутреннюю память и внешнюю память. Память 404 может дополнительно содержать специальные микросхемы с наборами микропроцессоров, которые осуществляют описанные здесь процессы. Память 404 может содержать считываемые компьютером команды, что осуществляется устройством 102. Следует понимать, что описанные здесь компоненты могут быть интегрированы или быть частью памяти 404.
Узел 400 может использовать один или более различных протоколов и стандартов входных и выходных интерфейсов беспроводной связи, такие как CDMA, IEEE 802.11 и его (подстандарты) стандарты и т.д. Узел 400 содержит беспроводной ввод-вывод для такого беспроводного интерфейса(-ов), как представлено блоком 406.
Память 404 содержит таблицу 408 маршрутизации, которая реализуется, как обсуждалось выше. Память 404 также содержит алгоритмы 410, чтобы адресовать совместные связи. Алгоритмы 410 содержат алгоритмы/уравнения, которые обсуждались выше, чтобы поддерживать роевый интеллект и совместную связь.
В этом примере узел 400 также содержит кодер/декодер 412 для поддержки передачи пакетов. Другими словами, кодер/декодер 412 может использоваться для шифрования и дешифрования пакетов и сообщений.
Пример процесса для роевого интеллекта
На фиг.5 представлена блок-схема последовательности осуществления операций примера процесса 500 для роевого интеллекта при совместной связи в ячеистой сети. В качестве примера, роевый интеллект для совместной связи может выполняться устройством или узлом 400. Порядок, в котором описывается способ, не предназначен для использования в качестве ограничения и любое количество блоков описанного способа могут объединяться, чтобы осуществить способ или альтернативный способ. Дополнительно, отдельные блоки могут быть исключены из способа, не отступая от сущности и объема описанного здесь предмета изобретения. Дополнительно, способ может быть осуществлен с помощью любого соответствующего аппаратного обеспечения, программного обеспечения, встроенных программ или их комбинации, не отступая от объема изобретения.
На этапе 502 выполняется создание схемы маршрутизации и/или таблицы маршрутизации. Схема маршрутизации и таблицы маршрутизации могут быть заранее определены и использоваться для описания маршрута прохождения пакета или сообщения от узла к следующему узлу и, в конечном счете, к узлу назначения. Схема маршрутизации является частным путем прохождения от узла до узла назначения, а таблица маршрутизации предоставляет информацию об узлах, которые могут использоваться для пропускания пакета или сообщения.
На этапе 504 выполняется определение соседних узлов, чтобы помочь в сотрудничестве или оказании помощи при прохождении пакета или сообщения. В структурированной матричной сети, имеющей консистентную и однородную структуру, как описано выше, возможные узлы для оказания помощи или сотрудничества должны, например, быть смежными или соседствовать с восемью узлами. Подразумевается, что сеть может не иметь однородной структуры и что возможные узлы для оказания помощи и сотрудничества могут изменяться. Для таких сетей соседние для узла узлы определяются как узлы, которые могут напрямую связываться с текущим узлом. Когда соседние узлы определены, выполняются регулярные периодические квитирования, чтобы обмениваться информацией для целей маршрутизации, эстафетной передачи и синхронизации.
На этапе 506 каждый соседний узел может решить, способен ли он сотрудничать или помогать в отправке пакета/сообщения. Решение может быть основано на функции эстафетной передачи, как обсуждалось выше. В частности, может быть осуществлена функция вероятности эстафетной передачи. В любом случае, предполагается, что каждый узел может определить соседние узлы, которые используются для сотрудничества или оказания помощи при эстафетной передаче пакета/сообщения. Это решение независимо от сети и/или других узлов.
На этапе 508 выполняется эстафетная передача пакета/сообщения. Узел посылает пакет/сообщение узлам следующего интервала ретрансляции тем узлам, которые могут помочь или сотрудничать при посылке пакета/сообщения к узлам следующего интервала ретрансляции.
Заключение
Хотя конкретные подробности иллюстративных способов описываются со ссылкой на чертежи и другие блок-схемы последовательности выполнения операций, представленные здесь, следует понимать, что определенные действия, показанные на чертежах, не требуют выполнения в описанном порядке и могут модифицироваться и/или могут быть полностью пропущены, в зависимости от обстоятельств. Как описано в настоящей заявке, модули и механизмы могут осуществляться, используя программное обеспечение, аппаратурное обеспечение, встроенные программы или их комбинацию. Кроме того, описанные действия и способы могут быть осуществлены компьютером, процессором или другим вычислительным устройством, основываясь на командах, хранящихся в памяти, причем память содержит один или более считываемых компьютером носителей (CRSM).
CRSM может быть любым доступным физическим носителем, принимаемым компьютерным устройством, чтобы осуществлять хранящиеся на нем команды. CRSM может содержать, в частности, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROM), флэш-память или твердотельную память по другим технологиям, постоянное запоминающее устройство на компакт-дисках (CD-ROM), цифровые универсальные диски (DVD) или другое хранилище данных на оптическом диске, запоминающее устройство на магнитных дисках или другие устройства на магнитных накопителях или любой другой носитель, который может использоваться для хранения требуемой информации, и к которому может получать доступ компьютерное устройство.