CN100407677C

CN100407677C - 用于基于协调器的无线网络之间通信的方法和系统

Info

Publication number: CN100407677C
Application number: CN2005100670004A
Authority: CN
Inventors: 成玹妸; 裵大奎; 洪真佑
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: DE602005000793D1; US7376137B2; EP1592177A1; KR20050103394A; DE602005000793T2; CN1691626A; JP2005318581A; KR100643272B1; US20050239456A1; EP1592177B1

Abstract

提供一种在基于协调器的无线环境中通过有线网连接的无线网络间通信的方法和系统。根据该通信方法，试图与最初的基于协调器的无线网络关联的有线/无线中继设备向协调器通知其充当中继设备的指示信息。协调器将该信息发送给有关的基于协调器的无线网络中的无线网络设备，且每个无线网络设备将待传送给不同的基于协调器的无线网络中的设备的数据传送给中继设备。当中继设备通过有线网将数据发送给目标无线网络设备所属的基于协调器的无线网络中的中继设备时，与目标无线网络设备处于同一基于协调器的无线网络中的中继设备将数据发送给目标无线网络设备。

Description

用于基于协调器的无线网络之间通信的方法和系统

技术领域

本发明中的装置和方法涉及无线网络，特别是涉及通过与有线网连接来实现基于协调器的无线环境中的无线网络之间的通信。

背景技术

随着通信和网络技术的发展，采用有线介质如同轴电缆或光缆的有线网环境正在向采用不同频带中无线信号的无线网络方向发展。在从有线到无线技术过渡过程中，开发了一种包含无线接口模块、实现移动性以及处理不同信息以完成特定功能的计算设备(之后称为“无线网络设备”)，且还出现了能够实现无线网络中无线网络设备之间有效通信的无线技术。

主要有两类无线网体系：基础网络和对等(ad-hoc)网络。

如图1所示，基础网络包含接入点(AP)110，而如图2所示，对等网络不需要用于通信的AP。

在基础模式中，AP 110不仅使无线网络连接到有线网络，而且提供无线网络中无线网络设备之间的通信。因此，基础网络中的所有数据流通过AP 110来中继。

在对等模式中，单个无线网中的无线网络设备相互间可直接通信，而不需要使用AP。

这种对等无线网可根据有无协调器进一步分成两类。一种类型的无线网络称为“基于协调器的无线网络”，从其中随机选择一个无线网络设备充当协调器，由它分配时段(“信道时段”)给同一个无线网络中的其他无线网络设备以传输数据，之后只允许其他无线网络设备在所分配信道时段中传输数据。与这种基于协调器的无线网络相比，另一种类型的无线网络称为“无协调器的无线网络”，其允许所有网络设备在任何期望时段传输数据，而不需要使用协调器。

基于协调器的无线网是以一个独立协调器为中心的网络。当某个区域中有数个基于协调器的无线网时，每个网络具有一个使其本身与其他网络区分的唯一ID。

因此，尽管无线网络设备可在协调器分配的信道时段中将数据传送给它们所属的基于协调器的无线网络中的其他网络设备，或从中接收数据，却不允许它们与属于基于协调器的另一个无线网络中的无线网络设备通信。

例如，在包含三个基于协调器的无线网络的家用网络系统中，如图3所示，假定无线网络-1 310、无线网络-2 320和无线网络-3 330分别建在一层起居室、二层教室以及一层卧室中。

如果用户在教室中要使用便携式电影播放器325观看起居室内媒体服务器315中存储的电影，则该用户就无法观看到这些电影，因为不存在无线网络-1 310与无线网络-2 320之间通信的方式。因此，要看这些电影，该用户就必须走到楼下的起居室中。

该问题是由于限制无线电波范围、缺乏有关基于协调器的另一个无线网络的信息以及信道时段分配所引起的。

因此，需要建造新的网络拓扑结构，用于属于不同的基于协调器无线网络的无线网络设备之间的数据传输和接收。

发明内容

本发明通过有线主干网连接多个不同的基于协调器的无线网络以提供一种实现属于不同的基于协调器无线网络的无线网络设备之间的数据传输和接收的方法和系统。

根据本发明的一个方面，提供一种网络之间通信的方法，包括：第一基于协调器的无线网络中的第一中继设备，将其存在通知给第一基于协调器的无线网络中的第一协调器；第一协调器将有关第一中继设备的信息发送给第一基于协调器的无线网络中的无线网络设备；以及接收到广播信息的第一无线网络设备将含有待传送给属于第二基于协调器的无线网络的第二无线网络设备的数据的数据帧发送给第一中继设备。

根据本发明的另一个方面，提供一种网络之间通信的方法，包括：第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备从第一基于协调器的无线网络中的第一协调器接收含有有关第一基于协调器的无线网络中的中继设备的信息的信息帧；以及第一无线网络设备将含有待传送给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据的数据帧发送给中继设备。

根据本发明的另一个方面，提供一种网络之间通信的方法，包括第一基于协调器的无线网络中的第一中继设备，将其存在通知给第一基于协调器的无线网络中的第一协调器；以及从其从第一协调器中接收含有有关第一中继设备信息的信息帧的第一无线网络设备中接收含有待从第一无线网络设备传送给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据的数据帧。

根据本发明的另一个方面，提供一种网络之间通信的方法，包括：第二基于协调器的无线网络中的第二中继设备从第一基于协调器的无线网络中的第一中继设备接收帧；以及将所接收帧封装，并将所得帧传输给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备，其中所接收帧是通过对分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一和第二中继设备的主干网物理地址用作第二源和目标地址的帧进行封装所得到的。

根据本发明的另一个方面，提供一种无线网络设备，其为传输数据给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备，该无线网络设备包括：控制单元，其产生含有待传送数据的数据帧；以及收发单元，其传输数据帧，其中数据帧是通过对分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备和中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的帧进行封装所得到的。

根据本发明的另一个方面，提供一种中继设备，其将有线网连接到无线网，包括：控制单元，其产生含有指示该中继设备用作将有线网连接到无线网以进行数据中继的设备的信息的信息帧；以及无线网络接口，其将信息帧传送给该中继设备所属基于协调器的无线网络中的协调器。

根据本发明的另一个方面，提供第一基于协调器的无线网络中的中继设备，其将有线网连接到无线网，该中继设备包括：无线网络接口，其从第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备接收待传送给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据帧；控制单元，其将数据帧封装成有线网络所支持的帧格式；以及有线网络接口，其将所得帧传送给有线网络，其中数据帧是通过对分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一无线网络设备和中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的帧进行封装所得到的。

附图说明

通过参照附图对实施例的详细描述，本发明的上述及其他方面方面将变得更明显，其中：

图1表示含有AP的无线网；

图2表示工作在对等模式下的无线网；

图3是包含多个基于协调器的无线网的家用网络系统的示意图；

图4是根据本发明示例性实施例的网络系统图；

图5是说明根据本发明示例性实施例封装了以太帧的介质接入控制(MAC)帧的格式；

图6是说明根据本发明示例性实施例的关联请求命令的格式；

图7是说明根据本发明示例性实施例的应用特有的信息要素(ASIE)帧的格式；

图8是根据本发明示例性实施例的设备框图；

图9是根据本发明示例性实施例的中继设备框图；

图10说明根据本发明示例性实施例的MAC帧与有线主干网帧之间的转换图；

图11是说明根据本发明示例性实施例将有关中继设备的信息从该中继设备发送到协调器的过程的流程图；

图12是说明根据本发明示例性实施例将Piconet(皮网)中要使用的有关中继设备的信息从协调器发送到其他设备的过程的流程图；

图13是说明根据本发明示例性实施例进行网络通信的方法的流程图；

图14是说明根据本发明示例性实施例中继设备进行通信的过程流程图。

具体实施方式

现在将参照附图更全面描述本发明中的示例性实施例。参照下面对示例性实施例和附图的详细描述，本发明以及实现本发明方法中的优点和特性会得到更好的理解。可是，本发明会以许多不同形式体现出来，因而不应该仅局限于这里所提出的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例是为了使本发明更彻底和全面，并将本发明的观念全部传达给本领域的技术人员，并且本发明仅由所附权利要求定义。在整个说明过程中，同样的标记数字指同样的要素。

此后，将参照用于解释基于协调器的无线网间通信的系统和方法的框图或流程图描述本发明。应理解可用计算机程序指令实现流程图中的每个方框以及这些方框的组合。可将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以制造机器，因此由通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创造出实现流程图方框中指定的功能的装置。

也可将这些计算机程序指令存储在计算机可使用的或计算机可读的存储器中，其指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，从而由计算机可使用的或计算机可读的存储器中存储的指令制造出一种包含实现流程图的框中指定功能的指令装置的产品。

也可将这些计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理装置中，由计算机或其他可编程装置完成一系列操作步骤，以产生用计算机实现的过程，从而由计算机或其他可编程装置中执行的指令提供了实现流程图的框中指定功能的步骤。

同时，电子和电气工程师协会(IEEE)802.15.3标准提供了与国际标准化组织制订的开放系统互联(OSI)七层网络模型中的物理层对应的无线网络物理(PHY)层以及对应于数据链路层的介质接入控制(MAC)层的规范。

为帮助更好理解本发明，将把遵循IEEE 802.15.3标准的无线个人区域网(WPAN)，尤其是在MAC层通过有线主干网将数个WPAN连接以实现属于不同WPAN的无线网络设备间数据通信的网络系统作为基于协调器的无线网络示例性实施例来描述。

为使用术语一致性，下文将无线网络设备和由一个或多个设备创建的单个网络分别称为“设备”和“Piconet”，如WPAN中定义的那样。

同时，在描述示例性实施例之前，提供下列定义以澄清这里使用的术语。从无线网络内的网络设备中随机选择一个协调器，其分配信道时段给同一网络中的其他无线网络设备以传输数据。协调器也可分配逻辑地址给其所属同一网络中的网络设备。协调器广播其所属的基于协调器的无线网络中的网络设备物理地址和逻辑地址，以便每个网络设备了解所有其他网络设备的物理/逻辑地址对。

物理地址是硬件地址，其唯一标识网络上的每个网络设备，且在设备制造期间预先设置。即每个网络设备的物理地址在整个网络中是唯一的。

逻辑地址是另一种类型的地址，其唯一标识网络上的每个网络设备，且是由协调器分配的。逻辑地址在基于协调器的无线网络中有唯一值。即当网络设备从第一基于协调器的无线网络中分离开、并与第二基于协调器的无线网络关联时，由第二基于协调器的无线网络中的协调器分配给该网络设备一个新逻辑地址，其在第二基于协调器的无线网络中是唯一的。

主干网物理地址唯一标识有线主干网上连接到有线主干网的一个网络设备。即主干网物理地址是有线主干网中使用的一个物理地址格式。

图4是根据本发明示例性实施例的网络系统图。

参照图4，根据本发明示例性实施例的网络系统400包括几个Piconet420、430和440、与Piconet 420、430和440相连的有线主干网450、以及连接到有线主干网450的网关410。Piconet 420、430和440分别包括中继设备422、432和442，其使有线和无线通信成为可能，并将第一至第三Piconet420、430和440与有线主干网450连接。每个Piconet包括执行无线通信的多个设备(设备-1到设备-7)。在该例子中，为区别起见，下文将Piconet 420、430和440分别称为第一、第二和第三Piconet 420、430和440。

此外，可从属于第一至第三Piconet 420、430和440之一的设备中选择一个充当协调器的设备。在无线个域网(WPAN)中，该设备称为“Piconet协调器”(PNC)。可将中继设备422、432和442以及设备(设备-1到设备-7)选为PNC。

为更清楚地将中继设备422、432和442区分开来，下文将他们分别称为第一、第二和第三中继设备422、432和442。根据网络拓扑类型，根据本发明示例性实施例的中继设备可以是路由器、有线/无线网桥、设备或PNC，并完成数据传输的中继功能，从而将无线网连接到有线网。

有线主干网450遵循任何基于通信介质如同轴电缆、光缆、电源线或电话线的有线网络协议。例如，有线主干网450中可使用以太网或令牌环网协议。有线主干网450使用的协议可根据本发明所应用的实际环境而改变。

在当前示例性实施例中，当设备-1 424需要与设备-2 426通信时，即当通信发生在同一Piconet中的设备之间时，它遵循传统的IEEE 802.15.3标准。

可是，当属于第一Piconet 420的设备-1 424需要与属于第二Piconet 430的设备-4 434通信时，即当通信发生在属于不同Piconet中的设备之间时，仅采用遵循传统IEEE 802.15.3标准的帧格式就难于实现这种通信机制。传统IEEE 802.15.3标准支持用8字节MAC地址作为设备的物理地址，且在生成MAC时将8字节MAC地址转换为1字节设备ID(DevID)，其是逻辑地址，以减少MAC帧头的总开销。设备ID唯一标识一个设备，且由PNC分配。可是，由于一个设备通常无法识别不同Piconet中其它设备的设备ID，因此难于完成不同Piconet中的设备间的通信。

为克服该问题，本发明提出一种新的帧格式，除包含传统IEEE 802.15.3帧格式之外，它还包含新定义的字段。通过使用下面将描述的新的帧格式就能完成不同Piconet中的设备间的数据传送。

同时，每个设备(设备-1到设备-7)生成含有待传输数据以及接收数据的目标设备和发送数据的源设备的物理地址的子帧(第一帧)。之后，该设备生成第二帧，其封装(encapsullating)了第一帧。第二帧使用逻辑地址来标识目标设备和源设备。在本发明示例性实施例中，第一帧可以是以太帧格式，下文称之为以太帧。第二帧遵循基于协调器的无线网络协议，如IEEE802.15.3协议，下文称之为MAC帧。

在描述本发明时，MAC地址和设备ID分别用作物理地址和逻辑地址。

图5说明了根据本发明示例性实施例的封装了以太帧530的MAC帧500的格式。为方便解释，图5中只对MAC帧500中用于标识设备的地址字段加以显示。

每个设备生成以太帧530来传输数据。以太帧530由以太帧头532和包含该设备所要传输数据的以太帧体534组成。以太帧头532包含源地址字段和目标地址字段，分别指定源设备和目标设备的MAC地址。

之后，该设备将以太帧530封装成MAC帧，以遵循IEEE 802.15.3标准进行通信。即以太帧530可以包含在MAC帧500的MAC帧体520中。封装了以太帧530的MAC帧500中的MAC帧头510包含源ID字段和目标ID字段，分别指定源设备和目标设备的设备ID。

例如，如果设备-1 424想要发送数据给设备-2 426，设备-1 424可生成以太帧534，其由包含待传输数据的以太帧体534以及包含设置为设备-2 426的MAC地址的目标地址字段和设置为自身MAC地址的源地址字段的以太帧头532组成。之后，设备-1 424可生成封装了以太帧534的MAC帧500。MAC帧500中的MAC帧头510包含设置为设备-2 426的设备ID的目标ID字段以及设置为设备-1 424的设备ID的源ID字段。

此外，该设备也可创建由包含待传输数据的MAC帧体和包含标识目标设备和源设备的物理和逻辑地址的MAC帧头组成的MAC帧，而不需要生成以太帧。

图6说明了根据本发明示例性实施例的关联请求命令600的格式。关联请求命令600包含除传统IEEE 802.15.3命令格式之外的一个新字段。新增加字段指定在无线和有线网络之间作中继通信的中继设备的能力。在本发明的示例性实施例中，将一个有线/无线网桥(下文称之为“网桥”)用作中继设备。

在一个示例性实施例中，当设备试图与某个Piconet关联时，该设备发送包含其自身特性的关联请求命令600给有关信道中发现的PNC。

关联请求命令600中的总能力字段610包含设备能力字段620和PNC能力字段。设备能力字段620中的子字段指定有关设备所具有的各种能力。该能力包括所支持的数据速率、首选分段大小、始终唤醒、监听源设备以及监听复播(listen to multicast)。

除传统子字段之外，本发明使用1位保留字段定义网桥能力字段621。网桥能力字段621可以取表示“不具备该能力”的0值或表示“具备该能力”的1值。“不具备该能力”表示该设备不能起网桥的作用，而“具备该能力”表示该设备能起网桥的作用。当起网桥的作用的设备试图与Piconet关联时，该设备将网桥能力字段设置为1的关联请求命令600发送给Piconet中的PNC。反之，不起网桥作用的设备将网桥能力字段设置为0的关联请求命令600发送给PNC。

此外，可使用两位或更多位定义网桥能力字段621。在该情况下，网桥能力字段621中有一位用来表示“具备该能力”或“不具备该能力”，而剩余位用作保留字段。

此外，本发明提出的帧也可为用于将有线网连接到无线网的另一种类型的中继设备。为将所提出的帧应用于另一种类型的中继设备，可修改、插入或删除特定字段，这也被认为包括在本发明中。

从该设备接收关联请求命令600的PNC生成包含有关该设备信息的应用特有的信息要素(ASIE)帧，并将包含ASIE帧的信标广播给有关Piconet中的其他设备。尤其是，在从充当网桥的设备接收关联请求命令600之后，PNC指定Piconet中的一个设备充当网桥，生成包含有关所指定设备信息的ASIE帧，并将包含ASIE帧的信标传送给Piconet中的其他设备。

图7说明了根据本发明示例性实施例的ASIE帧700的格式。

ASIE帧700可遵循传统IEEE 802.15.3格式。ASIE帧700包括表示ASIE要素ID的要素ID字段、表示除要素ID字段和长度字段之外的ASIE字段的长度的长度字段、表示用作网桥的设备的制造商的厂商机构唯一标识符(OUI)字段、以及表示用作网桥的设备的标识符的网桥标识字段。设备标识符可以是IEEE 802.15.3标准中使用的设备ID(DevID)，且网桥的设备ID可由PNC分配。尽管当前示例性实施例中为网桥标识字段分配1字节，但也可分配两字节或更多字节。

同时，当Piconet中有一个网桥存在时，可选择在Piconet中使用新关联的网桥或现有网桥。可根据各种准则选择该网桥。例如，可根据用户的选择或根据网桥的性能自动选择。此外，如果已选择了Piconet中两个或更多网桥中的一个来作为Piconet中使用的网桥，则PNC可选择另一个网桥作为Piconet中使用的网桥。每次在Piconet中选择一个新设备作为网桥时，PNC将包含其中含有有关该网桥信息的ASIE帧700的信标传送给Piconet中的其他设备。

接收到ASIE帧700的设备就知道它们所属的Piconet中有一个可使用的网桥存在。当其中一个设备想要传输数据给不同Piconet中的一个设备时，该设备将待传输MAC帧的目标ID设置为该网桥的设备ID，因此允许该网桥在不同Piconet中的设备之间交换数据。

图8是根据本发明示例性实施例的设备800的框图。

设备800包括存储标识其他设备的标识符如MAC地址和设备ID的存储单元810、生成以太帧以传输数据并将以太帧封装成MAC帧的控制单元820、以及发送和接收数据的收发单元830。

存储单元810存储设备800所属Piconet中的设备的MAC地址、设备ID以及IP地址。存储单元810也可存储有关设备800所属Piconet中可使用的中继设备的信息，如从PNC接收的信标中提取的中继设备的设备ID或MAC地址。当获得不同Piconet中设备的IP地址和MAC地址时，存储单元810也可将它们存储起来。

因此，设备800使用存储单元810中存储的有关设备的信息就能确定设备是否属于其所属的同一Piconet，或不同Piconet。

控制单元820生成以太帧以传输数据，并将它封装成MAC帧。图5示出了以太帧和MAC帧的格式。即将以太帧头中的源地址字段和目标地址字段分别设置为设备800和目标设备的MAC地址。在将以太帧封装成MAC帧时，将MAC帧头中的源ID字段和目标ID字段分别设置为设备800和目标设备的设备ID。

如果目标设备与设备800属于不同的Piconet，则控制单元820传输数据给设备800所属的Piconet中的中继设备。在这种情况下，控制单元820将以太帧中的目标地址字段设置为目标设备的MAC地址，而将MAC帧中的目标ID字段设置为中继设备的设备ID。

设备800使用存储单元810中存储的有关设备的信息就能确定目标设备是否在其所属的不同网络中。此外，在支持IP通信的环境中，控制单元820可使用地址解析协议(ARP)请求获得另一个设备的未知的MAC地址。在这种情况下，ARP请求包可包含在以太帧(图5的530)的以太帧体(图5的534)中。

设备800可以知道是否存在中继设备，或使用从PNC接收的信标中包含的ASIE信息获得该中继设备的设备ID。在接收含有指示中继设备存在的ASIE帧的信标之后，控制单元820将所识别的与ASIE帧中具有相同设备ID的设备作为中继设备，并将有关中继设备的信息存储在存储单元810中。ASIE帧的格式如图7中所示。

收发单元830将控制单元820生成的帧发送给传输媒介，或从另一个设备接收帧。

图9是根据本发明示例性实施例的中继设备900的框图；

中继设备900包括无线网络接口单元910，其将无线帧传输给Piconet或从Piconet中接收无线帧、有线网络接口单元950，其连接到有线网络450，并传输和接收有线帧、帧转换单元940，其将无线帧转换为有线帧或将有线帧转换为无线帧以在Piconet和有线网络450之间通信、存储单元920，其存储有关设备的信息如其他设备的MAC地址和设备ID、以及控制单元930，其处理无线网络接口单元910、有线网络接口单元950、帧转换单元940以及存储单元920中发生的过程。在该情况下，帧转换单元940和控制单元930可在单个集成电路芯片中实现，或帧转换单元940的功能可合并在控制单元930中。

无线网络接口单元910和有线网络接口单元950可分别与Piconet和有线网络450通信。因此，中继设备900可与其所属Piconet进行无线通信，以及与通过有线网450连接的另一个Piconet进行有线通信，以及进行不同Piconet中的设备之间的中继通信。

存储单元920可存储有关设备的信息，如它们的MAC地址、IP地址以及设备ID。可将存储单元920中存储的信息分为有关中继设备900所属的Piconet中设备的信息以及有关不同Piconet中的设备的信息。在该情况下，存储单元920可将有关中继设备900所属同一Piconet中设备的信息与其他信息分开存放。此外，存储单元920也可存储通过有线网450连接到中继设备900的另一个中继设备的MAC地址和IP地址。在该情况下，存储单元920将中继设备和与每个中继设备属于同一Piconet的设备的MAC地址按每个中继设备分组，以便中继设备900知道与每个设备所属同一Piconet的中继设备。

当中继设备900通过无线网络接口单元910接收MAC帧(图5中的500)时，控制单元930将所接收MAC帧拆封，以获得以太帧(图5中的530)。之后，控制单元930检查以太帧中的目标地址字段，并确定是否将以太帧传送到有线网450。具体而言，控制单元930使用存储单元920中存储的有关设备的信息检查以太帧中的目标地址字段是否设置为与中继设备900所属同一Piconet的设备的MAC地址，且如果目标地址字段未设置为同一Piconet中设备的MAC地址，就确定该以太帧指定用于不同Piconet中的设备

当以太帧中的目标地址字段设置为属于不同Piconet的设备的MAC地址时，控制单元930通过转换单元940将所接收无线帧转换为有线帧。这是因为通信协议的结构可根据传输媒介的特性而改变，其可导致帧格式改变。例如，当有线网450为以太网时，应将无线帧转换为适合通过以太网传输的帧。当有线网450为令牌环网时，应将无线帧转换为适合令牌环网的帧。

为进行这种转换，可将所接收MAC帧拆封后获得的以太帧封装成遵循有线网450中使用的协议的MAC帧(下文统称为“有线主干网帧”以将它与遵循无线网络协议的MAC帧区分开来)。

如果控制单元930知道通过有线网450连接到中继设备900且属于以太帧的目标地址字段中所指示的目标的设备所属同一Piconet的特定中继设备，它就通过转换单元940将以太帧封装成具有分别设置为中继设备900的主干网物理地址和特定中继设备的主干网物理地址的源地址字段和目标字段的有线主干网帧。之后将有线主干网帧传输给目标中继设备。相反，如果控制单元930不知道中继设备属于以太帧的目标地址字段中所指示的目的的设备的同一Piconet，它就广播具有设置为广播地址的目标ID字段的有线主干网帧。

当将以太帧的目标地址字段设置为属于中继设备900所属同一Piconet的另一个设备的地址时，控制单元930丢弃所接收的无线帧。

同时，如果中继设备900通过有线网络接口950接收有线主干网帧，则控制单元930通过转换单元940将有线主干网帧拆封以获得以太帧。之后控制单元930使用存储单元920中存储的有关设备的信息确定该以太帧是否指定用于属于与中继设备900同一Piconet的设备。

如果以太帧指定用于与中继设备900相同的Piconet中的设备，则控制单元930通过帧转换单元940将以太帧封装成MAC帧。由于控制单元930通常不知道以太帧的源地址字段中所指的源设备的设备ID，因此它在封装以太帧时将MAC帧中源ID字段设置为中继设备900的设备ID。可将MAC帧中的目标ID字段设置为以太帧的目标地址字段中所指的目标的设备的设备ID。反之，如果以太帧不是指定用于与中继设备900相同的Piconet中的设备，则控制单元930可丢弃所接收的有线帧。

控制单元930也可将包含指示中继设备900充当将有线网连接到无线网的中继设备的信息的信息帧传输给中继设备900所属Piconet中的PNC。信息帧可以是具有如图6中所示格式的关联请求帧(图6中的600)。

为将无线网络接口单元910所接收的信息输出到有线网络接口单元950或将有线网络接口单元950所接收的信息输出到无线网络接口单元910，帧转换单元940将无线帧转换为有线主干网帧或将有线主干网帧转换为无线帧。这是因为可根据传输介质的特性改变通信协议的结构，其可导致帧格式改变。这种转换的一个例子如图10所示。

参照图10，为无线帧的MAC帧500中的MAC帧头510可包含发送和接收该MAC帧的设备的逻辑地址。逻辑地址可遵循无线网络中使用的协议结构。MAC帧500的格式如图5所示。

另一方面，有线主干网帧头1010可包含标识发送和接收有线主干网帧1000的设备的主干网物理地址。主干网物理地址可遵循有线网中使用的协议的结构。

在从无线网络接口单元910接收MAC帧500之后，帧转换单元940将MAC帧500拆封(用箭头①表示)并获得以太帧530。当以太帧530的目标地址字段中所指目标的设备在与中继设备900所属不同Piconet中时，帧转换单元940将以太帧530封装成有线主干网帧1000(用箭头②表示)。在该情况下，将有线主干网帧1000中的主干网源地址字段和主干网目标地址字段分别设置为中继设备900的主干网物理地址和属于以太帧530的目标地址字段中所指目标的设备所属同一Piconet的中继设备的主干网物理地址。当属于以太帧530的目标地址字段中所指目标的设备所属同一Piconet的中继设备的主干网物理地址未知时，将主干网目标地址字段设置为广播地址。

另一方面，在从有线网络接口单元950接收有线主干网帧1000之后，帧转换单元940将有线主干网帧1000拆封(用箭头③表示)并获得以太帧530。当以太帧530的目标地址字段中所指设备在与中继设备900所属同一Piconet中时，帧转换单元940将以太帧530封装成MAC帧500(用箭头④表示)。在该情况下，将MAC帧500中的源ID字段和目标ID字段分别设置为中继设备900的设备ID和以太帧530的目标地址字段中所指设备的设备ID。

该转换可由帧转换单元940完成，且由控制单元930控制，或由包含帧转换单元940功能的控制单元930单独完成。

现在将参照图4和之前的描述来详细描述根据本发明示例性实施例不同Piconet中的设备之间的通信过程。

根据本发明示例性实施例，图4所示的每个中继设备为一个网桥。为更清晰区分网桥422和432，下文将它们分别称为第一和第二网桥422和432。

首先，为使设备或网桥与Piconet关联，该设备或网桥发送关联请求命令给Piconet中的PNC。关联请求命令的格式如图6中所示。PNC可以是Piconet中的设备或网桥。

为便于解释，第一Piconet 420的PNC是设备-2426，且第二Piconet 430的PNC是设备-3436。为在第一和第二Piconet 420和430的PNC之间区别，下文将它们分别称为第一和第二PNC 426和436。

例如，为使设备-1 424和第一网桥422与第一Piconet 420关联，设备-1424和第一网桥426发送关联请求命令600给第一PNC 426。在该情况下，设备-1424将关联请求命令600的设备能力字段620中的网桥能力字段621设置为0，而第一网桥422将网桥能力字段621设置为1。

从第一网桥422接收关联请求命令600的第一PNC 426生成包含有关第一网桥422的信息的ASIE帧，并将含有ASIE帧的信标传送给属于第一Piconet 420的设备。由于ASIE帧含有第一网桥422的设备ID，属于第一Piconet 420的设备可通过ASIE帧知道第一Piconet 420中充当网桥的设备的有关信息。ASIE帧的格式如图7所示。

关联请求以与不同Piconet中的情况类似的方式形成，且每个接收ASIE帧的设备知道其所属Piconet中充当网桥的设备的存在以及有关充当网桥的设备的信息。

当第一Piconet 420的设备-1424要发送数据给第二Piconet 430的设备-4434时，设备-1 424生成含有待传输数据的以太帧，并将该以太帧封装成MAC帧。以大帧和MAC帧的格式如上所述。

在生成以太帧时，设备-1 424将以太帧的源地址字段和目标地址字段分别设置为其自身MAC地址和设备-4434的MAC地址。在将以太帧封装成MAC帧时，设备-1 424将MAC帧的源ID字段设置为其自身设备ID。当不知道设备-4 434的设备ID时，设备-1 424将MAC帧的目标ID字段设置为第一网桥422的设备ID。当从第一PNC 426接收到含有ASIE帧的信标时，设备-1 424就能知道第一网桥422及其设备ID的存在。

因此，将设备-1 424生成的MAC帧传输给第一网桥422。第一网桥422将从设备-1 424接收的MAC帧拆封以获得以太帧，并检查以太帧的目标地址字段是否指其所属同一Piconet中的设备地址。第一网桥422可存储第一Piconet 420中设备的MAC地址和设备ID，以及与第一Piconet 420不同的Piconet的设备的MAC地址。

由于将MAC帧中以太帧的目标地址字段设置为设备-4 434的MAC地址，因此第一网桥422将设备-4 434的MAC地址与其存储单元中存储的有关设备的信息作比较，并确定指定用于不同Piconet中的设备的该以太帧。

第一网桥422将以太帧封装成与有线主干网协议相配的有线主干网帧，之后将有线主干网帧发送到有线网450。如果第一网桥422知道具有以太帧目标地址字段中所指MAC地址的设备属于第二网桥432所属同一Piconet，就将有线主干网帧的主干网目标地址字段设置为第二网桥432的主干网物理地址。反之，如果第一网桥422不知道该情况，它将具有设置为广播地址的主干网目标地址字段的有线主干网帧广播到有线网450。

第二网桥432将从第一网桥422接收的有线主干网帧拆封以获得以太帧，并检查以太帧的目标地址字段是否设置为其所属同一Piconet中设备的MAC地址。

由于将以太帧的目标地址字段设置为设备-4 434的MAC地址，所以第二网桥432将以太帧封装成MAC帧。在该情况下，将MAC帧的目标ID字段设置为设备-4 434的设备ID。另一方面，尽管以太帧的源地址字段设置为设备-1 424的MAC地址，第二网桥432仍可能不知道设备-1 424的设备ID，或设备-1 424可能具有与其所属Piconet中的另一个设备相同的设备ID。因此，第二网桥432将MAC帧的源ID字段设置为其自身的设备ID。

由于设备-4 434从第二网桥432接收MAC帧，因此设备-4 434将该MAC帧拆封以获得以太帧。

此外，设备-4 434可执行与以上过程相反的过程，即接收数据后发送应答给设备-1 424。

图11是说明根据本发明示例性实施例将有关中继设备的信息从该中继设备发送到PNC的过程的流程图。

参照图11，在操作S110中，当中继设备试图与Piconet关联时，该中继设备生成含有指示其充当中继设备的信息的帧。该帧可为图6所示的关联请求命令600。

在操作S120中，该中继设备将该帧发送给要关联的Piconet中的PNC。

图12是说明根据本发明示例性实施例将Piconet中要使用的有关中继设备的信息从协调器发送到其他设备的过程的流程图。

参照图12，在操作S210中，PNC从该中继设备接收包含有关中继设备信息的帧。该帧可为图6所示的关联请求命令600。

在操作S220中，PNC指定其所属Piconet中所使用的中继设备。PNC可指定新关联的中继设备为其所属Piconet中所使用的中继设备。如果该Piconet中当前有一个中继设备，PNC可重新指定新关联的中继设备或当前中继设备为该Piconet中所使用的中继设备。可根据各种准则选择中继设备。例如，可根据用户的选择或根据中继设备的性能自动选择。

此外，如果该Piconet中的两个或更多中继设备中有一个已选择为该Piconet中所使用的中继设备，该PNC随后可选择另一个中继设备。

在操作S230中，指定该Piconet中所使用中继设备的PNC生成含有有关中继设备的信息如设备ID的信息帧。该信息帧可为图7所示的ASIE帧700。在操作S240中，PNC将信息帧传输给该Piconet中的其他设备。

图13是说明根据本发明示例性实施例进行网络通信的方法的流程图。

参照图13，在操作S310中，试图传输数据的源设备生成包含数据的以太帧。以太帧的格式如上面参照图5所描述的。即，将由源设备生成的以太帧的源地址字段设置为源设备的MAC地址，而将目标地址字段设置为目标设备的MAC地址。

将以太帧封装成IEEE 802.15.3MAC帧，因为根据本发明示例性实施例的设备间无线通信遵循IEEE 802.15.3规范。因此，在使用不同协议实现无线通信时，可将以太帧封装成相应协议所支持的MAC帧。MAC帧的格式如上面参照图5所描述的。

在MAC帧中指定目标设备和源设备的设备ID。如果目标设备在不同的Piconet中，源设备可能不知道目标设备的设备ID。因此，在操作S320中，源设备确定目标设备是否在其所属同一Piconet中。

在操作S340中，当目标设备与源设备属于同一Piconet时，源设备在其存储单元中搜索目标设备的设备ID，并生成具有设置为该寻找设备ID的目标ID字段的MAC帧。

另一方面，在操作S330中，当目标设备与源设备不属于同一Piconet时，源设备将生成具有设置为其所属同一Piconet中的中继设备的设备ID的目标ID字段的MAC帧。如上所述，从源设备所属Piconet的PNC获得诸如中继设备及其设备ID之类的存在信息。

在操作S350中，将MAC帧通过源设备的收发单元传输。因此，当试图发送数据给不同Piconet中的设备时，该设备将数据发送到其所属Piconet的中继设备，从而允许中继设备在两个Piconet之间中继数据。

图14是说明根据本发明示例性实施例中继设备进行网络通信的过程流程图。

中继设备在操作S410中接收帧，并在操作S415中确定是否从有线网接收该帧。此外，中继设备可确定是否从无线网接收到该帧。

当从无线网接收到该帧时，该帧可能是上述MAC帧。在操作S420中，中继设备将MAC帧拆封以获得以太帧。在操作S425中，中继设备按照上面的描述使用以太帧的目标地址字段中指定的MAC地址确定以太帧的目标地址字段是否设置为与其所属不同Piconet的设备地址。

在操作S430中，当以太帧指定用于中继设备所属同一Piconet中的设备时，中继设备丢弃所接收的帧。当目标地址字段指明中继设备的地址时，中继设备获得以太帧中包含的数据。

当以太帧指定用于与中继设备所属不同Piconet的设备时，中继设备在操作S435中将以太帧封装成有线主干网帧，并在操作S440中将有线主干网帧传送到有线网。按如上所述将以太帧封装成有线主干网帧。

在操作S445中，当从有线网接收到该帧(例如有线主干网帧)时，中继设备将所接收帧(有线主干网帧)拆封，并获得以太帧。在操作S450中，中继设备按照上面的描述确定以太帧是否指定用于其所属同一Piconet的设备。

在操作S455中，当以太帧指定用于中继设备所属同一Piconet的设备时，中继设备按如上所述将以太帧封装成MAC帧。在操作S440中，中继设备将MAC帧传输到目标设备。

反之，在操作S460中，当以太帧未指定用于属于同一Piconet的设备时，中继设备丢弃所接收的帧。

可将设备之间、设备与中继设备之间或中继设备之间传输或接收的帧转换为用于传输或接收的包。

根据本发明示例性实施例的网络间通信的系统和方法实现了通过有线主干网连接的属于不同无线网的设备之间的相互通信。

总结所作的详细描述，本领域的技术人员将了解对示例性实施例作许多改变和修正本质上不会偏离本发明的原理。因此，本发明中所公开的示例性实施例只用于一般的叙述，而不具有限制的意图。

Claims

1.一种网络间通信的方法，该方法包括：

将第一基于协调器的无线网络中第一中继设备的存在通知给第一基于协调器的无线网络中的第一协调器；

将有关来自第一协调器的第一中继设备的信息发送给第一基于协调器的无线网络中的无线网络设备；

将含有待传送给属于第二基于协调器的无线网络的第二无线网络设备的数据的数据帧从接收信息的第一无线网络设备发送到第一中继设备，其中数据帧是通过对分别将第一无线网络设备和第一中继设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一无线网络设备和第一中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的数据帧进行第一次封装所获得的；

通过有线主干网将在第一中继设备中第二次封装的帧从第一中继设备发送到第二基于协调器的无线网络的第二中继设备；和

将在第二中继设备中第三次封装的帧传送到第二无线网络设备。

2.根据权利要求1的方法，其中将第一中继设备的存在通知给第一协调器包括：

在第一中继设备中生成含有指示第一中继设备充当中继设备的信息的信息帧；和

将该信息帧从第一中继设备发送到第一协调器。

3.根据权利要求1的方法，其中将第一中继设备的存在通知给第一协调器包括：

在第一协调器中指定在第一基于协调器的无线网络中使用的中继设备；

生成含有指定在第一基于协调器的无线网络中使用的中继设备的设备ID的信息帧；和

将该信息帧广播给无线网络设备。

4.根据权利要求1的方法，其中使用地址解析协议(ARP)获得第二无线网络设备的物理地址。

5.根据权利要求1的方法，还包括在第一中继设备中对数据帧进行第二次封装。

6.根据权利要求5的方法，其中第二次封装所得帧是通过对数据帧进行第一次拆封并生成分别将第一和第二中继设备的主干网物理地址作为第三源和目标地址的帧而获得的。

7.根据权利要求6的方法，还包括在第二中继设备中对第二次封装所得帧进行第三次封装。

8.根据权利要求7的方法，其中进行第三次封装所得帧是通过对进行第二次封装所得帧进行第二次拆封并生成分别将第二中继设备和第二无线网络设备的逻辑地址作为第四个源和目标地址的帧而获得的。

9.根据权利要求7的方法，还包括在第二无线网络设备中对第三次封装所得帧进行第三次拆封，并生成子帧。

10.一种网络间通信的方法，包括：

在第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备中从第一基于协调器的无线网络的第一协调器接收含有有关第一基于协调器的无线网络中的中继设备的信息的信息帧；

将包含待从第一无线网络设备传输到第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据的数据帧发送到中继设备，其中数据帧是通过分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一无线网络设备和中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的数据帧进行第一次封装所获得的；

11.根据权利要求10的方法，其中使用地址解析协议(ARP)获得第二无线网络设备的物理地址。

12.一种网络间通信的方法，该方法包括：

将第一基于协调器的无线网络中第一中继设备的存在通知第一基于协调器的无线网络中的第一协调器；

由第一中继设备从第一无线网络设备接收含有将要从第一无线网络设备传输到第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据的数据帧，所述第一无线网络设备从第一协调器接收含有有关第一中继设备的信息的信息帧，其中数据帧是对通过分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一无线网络设备和第一中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的数据帧进行第一次封装所获得的；

13.根据权利要求12的方法，还包括在第一中继设备中对数据帧进行第二次封装，并通过有线主干网将第二次封装所得到的帧从第一中继设备发送到第二基于协调器的无线网络中的第二中继设备。

14.根据权利要求13的方法，其中第二次封装所得帧是通过对数据帧进行第一次拆封并生成分别将第一和第二中继设备的主干网物理地址作为第三源和目标地址的帧而获得的。

15.一种从不同于第二网络的第一网络接收数据帧的方法，包括：

在第二基于协调器的无线网络中的第二中继设备中接收来自第一基于协调器的无线网络中的第一中继设备的帧；和

对第二中继设备中接收的帧进行封装，并将所得帧传送给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备；

其中第二中继设备中接收的帧是通过对分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一和第二中继设备的主干网物理地址用作第二源和目标地址的帧进行封装所获得的。

16.根据权利要求15的方法，其中对帧进行封装包括将该帧拆封并封装分别将第二中继设备和第二无线网络设备的逻辑地址作为第三源和目标地址所得到的帧。

17.一种传输数据给第二基于协调器的无线网络中的另一个无线网络设备的第一基于协调器的无线网络中的无线网络设备，该无线网络设备包括：

控制单元，其产生含有待传送数据的数据帧；和

收发单元，其传输数据帧，

其中数据帧是通过对分别对将该无线网络设备和第二基于协调器的无线网络中的另一个无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将该无线网络设备和第一基于协调器的无线网络中的中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的数据帧进行封装所得到的。

18.根据权利要求17的无线网络设备，其中另一个无线网络设备的物理地址是使用地址解析协议(ARP)获得的。

19.第一基于协调器的无线网络中的一种中继设备，其将有线网连接到无线网，该中继设备包括：

无线网络接口单元，其从第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备接收待传送给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据帧；

控制单元，其将数据帧封装成有线网络所支持的帧格式；和

有线网络接口单元，其将控制单元封装的数据帧传送给有线网络，

其中数据帧是对通过对分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一无线网络设备和该中继设备的逻辑地址用作第二源和目标地址的数据帧进行封装所得到的。

20.根据权利要求19的中继设备，其中控制单元通过将数据帧拆封并封装分别将第一基于协调器的无线网络中的中继设备和第二无线网络设备的中继设备的主干网物理地址作为第三源和目标地址所得帧来封装数据帧。

21.第二基于协调器的无线网络中的一种中继设备，其将有线网连接到无线网，该中继设备包括：

有线网络接口单元，其从第一基于协调器的无线网络中的第一无线网络设备接收待传送给第二基于协调器的无线网络中的第二无线网络设备的数据帧；

控制单元，其将数据帧封装成第二基于协调器的无线网络所支持的帧格式；以及

无线网络接口单元，其将控制单元封装的数据帧传送给第二无线网络设备，

其中数据帧是对通过对分别将第一和第二无线网络设备的物理地址用作第一源和目标地址的子帧、分别将第一和第二基于协调器的无线网络中的中继设备的主干网物理地址用作第二源和目标地址的数据帧进行封装所得到的。

22.根据权利要求21的中继设备，其中控制单元通过将所接收帧拆封并在封装分别将第二基于协调器的无线网络中的中继设备和第二无线网络设备的物理地址作为第三源和目标地址所得的帧来封装数据帧。