CN100555967C - 用于发现连接到因特网协议网络的设备的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种方法，用于由要连接到因特网协议网络的设备发现执行所述方法并连接到所述网络的设备。本发明涉及因特网协议(IP)网络，并且尤其涉及局域网，例如家庭网络。本发明涉及连接到这种网络的设备获得并更新对连接到网络的其它兼容设备的知晓的方式。为此，本发明基于包括连接状态、断开状态和备用状态的有限状态机。一旦收到来自设备的消息、请求或答复，或者一旦在没有收到消息的情况下定时器期满了，状态改变就发生。

Description

用于发现连接到因特网协议网络的设备的方法及其设备
技术领域
本发明涉及RFC791中描述的因特网协议(IP)网络，并且尤其涉及局域网，例如家庭网络。本发明涉及连接到这种网络的设备获得并更新关于连接到网络的其它兼容设备的知识的方式。
背景技术
在使用“IEEE标准1394-1995高性能总线，1996-08-30(IEEE Std1394-1995High Performance Bus，1996-08-30)”文件中所述的高性能总线IEEE 1394技术的家庭网络中，网络中的设备的连接或断开造成了总线的重新初始化，由此启动连接设备发现阶段。
在因特网协议(IP)网络中，设备的连接或断开不在网络上促成很可能被其它设备检测到的特定行动。某些应用或某些协议需要连接到网络的设备能够识别参与该应用或执行相同协议的其它设备。例如，我们可以引用例如在欧洲专利申请公开号EP 1 253 762A1中描述的SmartRight数字内容复制保护协议。执行该协议的设备必须以这样一种方式检测与该协议兼容的新设备到达网络，以便能够启动密钥管理阶段(key managementphase)、以确保网络一致性。
在IP网络上存在服务发现协议，例如在可以从因特网工程任务组(IETF)得到的“draft-cai-ssdp-v1-03.txt”文件中描述的“简单服务发现协议(Simple Services Discovery Protocol)”。然而，该协议除了适于发现服务并且尤其是超文本传输协议(HTTP)服务、而不适于发现设备以外，还不保证对网络上的设备到达的快速、可靠检测。实际上，该检测基于由到达网络的设备执行的通告消息的发送，该消息是利用RFC768中描述的“用户数据报协议”(UDP)来发送的。网络设备可能永远也收不到该通告消息，这是因为UDP协议没有回弹能力、并且不能保证可能的消息丢失不发生。而且，该消息一般基于指示连接的事件，该事件由“媒体访问控制”(MAC)层产生。
诸如“动态主机配置协议”的其它协议使到达网络的设备能够获得关于网络的信息。然而，一旦设备连接，除了这些协议不提供用于被告知随后的新设备连接的装置以外，这些协议执行与这里无关的常规IP客户-服务器功能。实际上，对于我们的应用，希望没有设备担任拒绝成为网络管理中心的服务器的使用的特定角色。
因此这产生了发现一种基于IP的方法的问题，该方法独立于基础的网络层、并且使得能够对执行相同方法的设备到达网络和离开网络进行检测。该方法不能基于以下服务器的存在：该服务器执行网络管理角色，以便能够在没有预备的简单和即时配置的情况下、在执行该方法的所有设备之间起作用。
发明内容
因此，本发明使执行该方法的设备能够迅速地发现它们自己到网络的连接，以及一旦连接，就迅速地发现网络上新的兼容设备的到来。在特殊实施例中，本发明也使得能够维持兼容连接设备的列表、以及能够发现兼容设备从网络的离开。
本发明涉及一种方法，该方法用于由要连接到IP网络的设备来发现执行所述方法并连接到所述网络的设备。本发明包括以下阶段：在设备被认为处于断开状态的情况下，设备以重复和自动的方式在IP网络上发送请求。本发明也包括以下阶段：一旦设备从不同设备收到根据所述方法的至少一个消息，就切换到连接状态。
根据本发明的特定实施例，一旦收到来源于不同设备的请求，设备就在网络上发送答复。
根据本发明的特定实施例，在设备处于连接状态、并且在第一给定时间段内没有收到根据所述方法的消息的情况下，设备在IP网络上发送请求、并切换到消息接收备用状态(massage reception standby state)。
根据本发明的特定实施例，在设备处于消息接收备用状态、并且在第二给定时间段内没有收到根据所述方法的消息的情况下，设备切换到断开状态。
根据本发明的特定实施例，在设备处于消息接收备用状态、并且收到根据所述方法的消息的情况下，设备切换到连接状态。
根据本发明的特定实施例，设备以组播方式向一个地址和已知端口发送根据所述方法的消息，借此设备收听(listen)该地址和该端口。
根据本发明的特定实施例，在设备处于消息接收备用状态、并且没有收到任何根据所述方法的消息的情况下，该设备在切换到断开状态之前，在第二给定时间段内重复给定次数的请求和消息接收备用的发送。
根据本发明的特定实施例，在设备处于断开状态的时候发送的被称为第一请求的请求与在设备处于连接状态的时候发送的请求不同，以及在从断开状态切换之后发送的第一答复与后面的答复不同。
根据本发明的特定实施例，一旦收到第一请求或第一答复，设备就发信号通知网络上新设备的到达。
根据本发明的特定实施例，设备维持连接设备的列表。
根据本发明的特定实施例，设备对响应于请求而收到的答复与设备列表进行比较，以便从该设备列表删除没有答复的设备。
本发明也涉及一种要连接到IP网络的设备，该设备具有用于在IP网络上发送请求的装置、用于在IP网络上发送答复的装置、以及用于激活定时器的装置，其特征在于，该设备具有用于根据来自不同设备的请求或答复的接收、或者根据定时器的期满来在断开状态、连接状态和备用状态之间切换的装置。
附图说明
通过阅读以下参考附图的说明，本发明将变得更容易理解，并且本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1显示了有限状态自动机形式的方法。
图2显示了执行该方法的设备的典型体系结构。
具体实施方式
本发明基于使设备能够知道它是连接的、断开的、还是处于等候答复的备用状态的有限状态机的原理。一旦从其它设备收到消息、或者一旦定时器期满了，状态改变就发生了。
设备在启动切换到断开状态之后、在网络上发出请求，请求其它任何兼容设备答复。然后，该设备等候答复。如果在给定时间内没有收到答复，则该设备重复请求，同时保持为断开状态。
如果该设备收到了指示网络上存在设备的答复，则它切换到连接状态，并开始监测网络。指示设备存在的消息、请求或答复的接收向该设备证实了其连接设备状态。一旦收到请求，该设备自己也发送答复。
如果该设备在给定时间段内没有收到消息，则它可以切换到消息接收备用状态。该状态表示，设备不再知道它是否仍然连接到网络。然后，该设备试图发现这一点。为此，它在网络上发送请求，请求所有存在的设备答复。如果它没有收到答复，则有可能在更新其请求之后，它切换到断开状态，在断开状态下它发送周期的请求，以便检测新的到网络的连接。
一旦在备用状态下收到了消息，设备就再次切换到连接状态。
该备用状态的使用有助于防止消息接收的临时失败被解释为断开。如果网络是无线网络、这将是尤其有用的，在无线网络中对无线电接收的短期干扰能够造成网络的临时中断，而没有实际失去连接。
例如，可以通过根据请求是连接后的第一请求还是后来的请求区分请求，来检测新设备。类似，将根据答复是连接后的第一答复还是后来的答复，来区分设备一旦收到请求就发送的答复。这样，收到第一请求或第一答复的任何设备都将知道新设备已连接到网络。
图1描述了本发明实施例的有限状态自动机。当设备启动时，它一开始就在网络上发送以附图标记A1表示的“Who_is_there(谁在那里)”请求。通过该行动，设备切换到以附图标记E1表示的断开状态。进入到该状态激活了定时器T1，定时器T1的值可以是例如1秒。可以减小该值，以便提高在检测设备的连接期间的系统响应性。
在断开状态E1下，如果定时器T1期满了，则设备被认为仍然是断开的。因此，设备再发送“Who_is_there(谁在那里)”请求，并回复到状态E1，由此重新初始化定时器T1。
在断开状态E1下，如果设备从网络上的不同设备收到了“I_am_alive(我存在)”答复，该消息向它表明它是连接的，于是它例如通过设备的高级应用可访问的事件管理器、来发信号通知该事件。因此设备发送“连接”事件。因此，设备切换到以附图标记E2表示的连接状态。进入到该状态E2激活了新定时器T2，定时器T2典型地为几分钟的量级，至少如果不需要快速地检测设备从网络的断开。
在断开状态T1下，如果设备从网络上的不同设备收到“I_am_here(我在这里)”答复，则它象在先前收到“I_am_alive(我存在)”答复的情况一样进行响应。这两个答复之间的唯一差别是，“I_am_here(我在这里)”、而不是“I_am_alive(我存在)”表示发送该答复的设备刚刚连接、并且这是其第一答复。由此检测网络中新设备的到达，并且通过除发送“连接”事件之外还发送“New_device(新设备)”，来发信号通知该事件。
在断开状态E1下，如果设备从网络上的其它设备收到“Who_is_there(谁在那里)”或“Who_is_alive(谁存在)”请求，则该消息向它通知它是连接的、以及另一个设备正在设法找出谁在网络上。然后，设备切换到连接状态E2。指示设备连接到网络的“连接”事件被通知。设备用“I_am_here(我在这里)”答复来回答请求，“I_am_here(我在这里)”答复指示该设备在网络上、以及这个答复是自从该设备连接以后发送的第一答复。如果发生“Who_is_there(谁在那里)”请求，则“New_device(新设备)”事件也被通知，因为发送请求的设备刚刚连接到网络。
进入到连接状态E2激活了定时器T2。如果在没有从网路收到消息的情况下、定时器T2期满了，则设备认为它自己可能从网络断开了。为了证实该断开，它在网络上发送“Who_is_alive(谁存在)”请求，并切换到备用状态、以便在备用状态E3下等候答复。
在连接状态E2下，一旦收到“I_am_alive(我存在)”答复，设备就切换到状态E2，由此对定时器T2重新初始化。
在连接状态E2下，一旦收到“Who_is_alive(谁存在)”请求，设备就切换到状态E2，由此对定时器T2重新初始化。它也发送“I_am_alive(我存在)”答复，以指示它在网络上。
在连接状态E2下，一旦收到“Who_is_there(谁在那里)”请求，设备就切换到状态E2，由此对定时器T2重新初始化。它也发送“I_am_alive(我存在)”答复，以指示它在网络上。它也发送“New_device(新设备)”事件，以指示发送请求的设备到达网络。
在连接状态E2下，一旦收到“I_am_here(我在这里)”答复，设备就切换到状态E2，由此对定时器T2重新初始化。它也发送“New_device(新设备)”事件，以指示发送请求的设备到达网络。
进入到消息接收备用状态E3激活了定时器T3，定时器T3典型地为几秒的量级。因为“Who_is_alive(谁存在)”请求刚刚被发出，因此该状态是等候来自于连接到网络的设备的答复的备用状态。如果在没有收到答复的情况下该计数器期满了，则设备认为它自己从网络断开了。设备发送“断开”事件以指示该状态，并切换到断开状态E1。
在备用状态E3下，一旦收到了指示存在连接到网络的不同设备的“I_am_alive(我存在)”答复，设备就切换到连接状态E2。
在备用状态E3下，一旦收到了指示存在连接到网络的不同设备的“I_am_here(我在这里)”答复，设备就切换到连接状态E2。因为“I_am_here(我在这里)”答复还指示发送所述答复的设备刚刚连接到网络，因此该设备发送指示新设备的到达的“New_device(新设备)”事件。
在备用状态E3下，一旦收到了指示存在连接到网络的不同设备的“Who_is_alive(谁存在)”请求，设备就切换到连接状态E2。它也发送“I_am_alive(我存在)”答复，以指示它在网络上。
在备用状态E3下，一旦收到了指示存在连接到网络的不同设备的“Who_is_there(谁在那里)”请求，设备就切换到连接状态E2。它也发送“I_am_alive(我存在)”答复，以指示它在网络上。它也发送“New_device(新设备)”事件，以指示发出请求的设备到达网络的。
对于发送请求，有几种替换方法是可能的。第一种方法涉及在网络上广播这些消息。在该方法中，在网络上发送的消息被传送给网络上存在的所有设备，而与设备是否与所述方法兼容无关。另一种方法涉及定义所有设备都知道的“组播”地址和端口。这可以是网络上的所有设备公共的参数，或者可以是由互联网编号分配机构(IANA)定义的众所周知的地址和端口。后一种解决方法是优选的。一旦该地址和该端口被定义了，所有请求就都将在该组播地址上被发送，由此执行该方法的每个设备都必须监测该组播地址上的通信。这样，只有有关的设备将收到与该协议有关的消息。
优选的选择将是，以“单播”方式将答复直接从源发送到发送请求的设备。
一种更能容忍总有可能发生的请求或答复丢失的方法涉及，规定只有当设备没有答复连续的给定数量的请求时、该设备才被认为是断开的。该数量的选择影响检测设备从网络断开的速度，并且同样地影响该检测的可靠性。该数量越小，检测就越快，但是具有在设备的答复只不过丢失了的时候、声称该设备是断开的风险。该数量越大，当设备仍然连接时、由设备发送的所有答复将丢失的风险就越低，但是检测实际断开所需的时间将由此而增加。实际上，该数量的选择将取决于使用的网络的可靠性，并且例如，对于无线网络该数量将较大，典型地为3，而对于高度可靠的有线以太网该数量为1。
该算法可以被扩展，以便维持在给定时间连接的设备的列表。
优选地选择对算法的以下简单更改：一旦收到消息，该算法更改不必在连接状态E2下重新初始化定时器T2。发送请求或答复的任何设备的标识符(例如IP地址)必须被加到设备列表上。定期地，每T2，设备发送“Who_is_alive(谁存在)”请求、并切换到状态E3，以便连同它自己的断开一起、检验列表上的设备存在于网络上。在给定时间例如T4内没有从设备收到答复被解释为它从网络断开了。在该情况下，该设备必须从列表被删除。如果在T3的结尾没有设备答复，则设备被认为从网络断开了。然后，设备切换到状态E1，并且必须清除它的连接设备列表。
本领域技术人员可以开发其它变型，例如以便利用“组播”或“广播”方式的答复来优化网络通信。相反，这些变型可能需要其它算法更改。
如上所述的机制可能具有以下缺点：如果定时器T2对于所有设备都是相同的，则造成了网络上“Who_is_alive(谁存在)”请求的发送高潮。实际上，在最后的消息在网路上循环之后，在T2期满时所有设备都将发送这样的请求。解决该问题的一种方法是，在规定的范围内随机地选择T2。这样，只有具有最短T2的设备将发送将被网络中的所有设备接收、并且将促成所有设备的定时器T2的重新初始化的请求。
也有可能，例如如果发生了网络超负荷、消息将丢失，这导致了在设备实际上仍然处于连接状态但是在时间T3期间没有收到消息的时候、该设备切换到断开状态。为了减小对设备断开的虚假检测的风险，在认为设备处于断开状态之前、如果没有答复，可以重复发送几次“Who_is_alive(谁存在)”请求。
优选地利用“用户数据报协议”(UDP)来发送消息。实际上，组播方式的使用要求使用UDP，并且因此，将其使用推广到任何应用似乎是合理的，与使用的分发方式无关。
就消息格式而言，因为源地址和目的地址被包含在消息的IP头中，因此对消息类型编码的单个字节将足以确保所述方法正确地执行。显然，在不超出本发明的范围的情况下可以增加消息内容。一个编码例子涉及一字节的消息体内的传输，其中值0x0用于“Who_is_there(谁在那里)”请求、0x1用于“I_am_here(我在这里)”答复、0x2用于“Who_is_alive(谁存在)”请求、以及0x3用于“I_am_alive(我存在)”答复。
图2显示了以附图标记2.1表示的、用于执行该方法的设备的一般体系结构的例子。这种设备包括以附图标记2.6表示的网络接口，网络接口2.6用于将设备连接到以附图标记2.7表示的网络上。设备2.1还包括以附图标记2.5表示的非易失性存储器，非易失性存储器2.5用于存储为执行该方法所需的程序，并且非易失性存储器2.5包括管理因特网协议(IP)通信的栈、网络接口管理层和根据所述方法管理消息交换的程序。这些程序将被加载到以附图标记2.3表示的随机存储器中，以便被以附图标记2.2表示的中央处理器运行。所有这些构件都将通过以附图标记2.4表示的通信总线来互相连接。对于本领域技术人员，显然可以在这些装置的配置上对该体系结构进行改变，并且该体系结构只不过是能够执行所述方法的设备的体系结构的例子。
不用说，虽然在以使用UDP的组播方式来发送消息的情况下、描述了本发明，但是本领域技术人员可以在不超出本发明的范围的情况下、在使用的传输方式和协议方面对本发明进行更改，例如使用传输控制协议(TCP)。

Claims (9)

1.一种用于由要连接到因特网协议IP网络的第一设备发现所述第一设备到所述IP网络的连接的状态的方法，所述IP网络包括至少一个可兼容第二设备，所述方法包括由所述第一设备执行的以下步骤：
在启动时，切换到断开状态(E1)，并且在所述IP网络上发送要求所述至少一个可兼容第二设备进行答复的请求；
在断开状态(E1)中，当在第一给定时间段内没有从所述至少一个可兼容第二设备接收到消息时，重复地在所述IP网络上发送要求所述至少一个可兼容第二设备答复的请求；
一旦从所述至少一个可兼容第二设备接收到至少一个消息，就从断开状态(E1)切换到连接状态(E2)；
当在第二给定时间段(T2)内没有从所述至少一个可兼容第二设备接收到消息时，从连接状态(E2)切换到消息接收备用状态(E3)；
当在第三给定时间段(T3)内从所述至少一个可兼容第二设备接收到至少一个消息时，从所述消息接收备用状态(E3)切换到连接状态(E2)；以及
当在所述第三给定时间段(T3)内没有从所述至少一个可兼容第二设备接收到消息时，从所述消息接收备用状态(E3)切换到所述断开状态(E1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦接收到来源于所述至少一个可兼容第二设备的请求，所述第一设备就在网络上发送答复。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述第一设备处于连接状态(E2)、并且在所述第二给定时间段(T2)内没有从所述至少一个可兼容第二设备接收到消息的情况下，所述第一设备在因特网协议网络上发送请求、并切换到所述消息接收备用状态(E3)。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，所述第一设备以组播方式向一个地址和对于所有设备已知的端口发送根据所述方法的消息，以及所述第一设备监测该地址和该端口上的业务量。
5.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，在所述第一设备处于消息接收备用状态(E3)的情况下，如果在切换到断开状态之前，在所述第三给定时间段(T3)内没有从所述至少一个可兼容第二设备接收到任何消息，所述第一设备重复给定次数的请求的发送。
6.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，在所述第一设备处于断开状态(E1)的时候发送的被称为第一请求的请求与在所述第一设备处于连接状态(E2)的时候发送的请求不同，以及在从断开状态(E1)切换之后发送的第一答复与后面的答复不同。
7.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，一旦收到第一请求或第一答复，所述第一设备就发信号通知网络上新设备的到来，所述第一请求用于请求至少一个可兼容第二设备答复，所述第一答复指示了在网络上存在所述至少一个可兼容第二设备。
8.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，所述第一设备维持连接设备的列表。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一设备对响应请求而收到的答复与设备列表进行比较，以便从该设备列表删除没有答复的设备。
CNB2005100559859A 2004-03-30 2005-03-24 用于发现连接到因特网协议网络的设备的方法及其设备 Expired - Fee Related CN100555967C (zh)

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