CN101006693A

CN101006693A - 通过确定和使用本地拓扑信息建立无线网

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Publication number: CN101006693A
Application number: CNA2005800282609A
Authority: CN
Inventors: M·巴尔; M·库特深鲁特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: DE502005009684D1; EP1779613A1; CN100592714C; US20070263638A1; DE102004040070B3; EP1779613B1; WO2006018383A1; US7801097B2

Abstract

在建立由多个通信设备组成的无线网络时，通常没有关于本地拓扑的信息可供通信设备使用。在移动环境中的大无线网络情况下合理的是，实现大网络的独立的建立，其中，集成还未连接的各个通信设备和/或子网。本发明的任务是说明一种方法，利用所述方法确保大网络的动态自组织，并且其中，将还未连接的通信设备包含在内。这根据按照权利要求1的本发明通过如下方式来实现，即通过在通信设备之间的消息交换独立地确定本地拓扑信息，并且在建立网络时集成如此收集的隔离的各个通信设备和子网。

Description

通过确定和使用本地拓扑信息建立无线网

本发明涉及一种用于通过确定和使用本地拓扑信息建立无线网的方法。

用于在多个通信设备之间传输数据的有线网络技术是与灵活性损失和从而也与舒适性损失相联系的。与此相反，在无线(drahtungebunden)网络技术情况下可以通过短的距离传输数据，而在灵活性方面不受限制。通信设备为此可以自发和自主地连接。

在第一方法中，第一通信设备首先收到具有其它通信设备的清单，所述第一通信设备可以与所述其它的通信设备连接。通过在清单中的逐步行动或手动操作，第一通信设备决定，该第一通信设备在哪个其它的通信设备处请求建立连接。

在用于建立无线网的第二方法(蓝牙系统规范，版本1.2，核心(Specification of the Bluetooth System，Version 1.2，Core))中，在通信设备中在承担通信控制的通信控制设备和由该通信控制设备所控制的通信设备之间进行区分。一般两个通信控制设备或两个受控制的通信设备不能互相连接。通过技术的和/或管理的措施可以限制可由通信控制设备控制的通信设备的数量。如果通信控制设备只能控制有限数量的通信设备，则这导致网络的大小由它的通信控制设备的用户容量来限制。通过将单个网络组合成较大的总网，可以实现较大数量的通信设备。存在着用以在两个通信控制设备之间建立对此所必要的桥式连接的两种可能性。一种可能性是，设备在第一网络中作为通信控制设备起作用，而在第二网络中作为受控制的通信设备起作用。另一种可能性是，通过受控制的通信设备来连接两个通信控制设备。在此可以实现不同的网络拓扑，例如树状的、链状的或网目状的拓扑。

在启动每个设备时，按照在以色列海法技术研究所Technion(Technion，Israel Institute of Technology in Haifa)的第二种方法的无线网的实现需要关于所述设备是应该作为通信控制设备还是应该作为受控制的通信设备被运行的信息。通过定位和接通设备的顺序，于是可以生成不同的拓扑(http://www-comnet.technion.ac.il/～cn9w02)。在ETH苏黎世已建立了具有树状拓扑的这种网络(http://www.tik.ee.ethz.ch/～beutel/bt_node.html)。形成算法不被进一步公知。

在这些方法中不利的是，没有关于本地的网络拓扑的信息可供想建立连接的通信设备使用。这可能导致单个通信设备或整个子网不被集成到总网中。此外只能静态地实现网络的建立，并且因此在利用多个通信设备的无线传输时未正确地对待动态请求。

基于本发明的任务在于说明一种方法，通过该方法，包括多个通信设备的总网本身可以组织起来，并且在建立该网络时，随同考虑还未连接的各个通信设备和/或子网。

根据本发明，通过具有权利要求1中所说明的特征的方法来解决该任务。在从属权利要求中说明了本发明的有利的改进方案。

本发明的一个基本方面是本地拓扑信息的确定。根据按照权利要求1的本发明方法，这通过通信设备之间的消息交换来实现。第一通信设备为此向与该第一通信设备相连接的第二通信设备发送具有其它通信设备的标志的清单的询问消息，其中可向所述其它通信设备建立连接。至少一个第二通信设备向第一通信设备发送应答消息，在所述第二通信设备中存在第二通信设备和在询问消息中所标明的其它通信设备中的一个之间的连接，和/或该第二通信设备本身是在询问消息中被标明的通信设备。从应答消息中可以确定与第二通信设备相连接的其它通信设备的标志，和/或如果第二通信设备本身是在应答消息中被标明的通信设备，则可获取所述第二通信设备的标志。

第一通信设备请求建立通向至少一个其它通信设备的连接，其中所述其它通信设备在询问消息中被标明，并且在第二通信设备侧不存在通向所述其它通信设备的连接。在成功的请求时实现连接建立。

在不限制该概念的一般性的情况下，通信设备例如应当被理解为PC和计算机外围设备、移动设备(膝上型电脑、手持式PC、PDA)，电信设备(手机、ISDN设备)、视频和TV设备、音频设备和家电设备(洗衣机、冰箱)。这些设备例如可以用IrDA、蓝牙或WLAN模块来联网。

按照本发明的另一有利的扩展方案，在第二通信设备的应答消息中列出与第二通信设备相连接的、在询问消息中被标明的其它通信设备的标志，和/或如果第二通信设备本身是询问消息中的通信设备，则列出所述第二通信设备的标志。这要求较少的存储位置需求，并且因此确保更迅速和更有效的消息交换。

以有利的方式，通过在消息交换时的步距来影响无线网络的网目规格，该步距表示在网络拓扑之内发送询问消息所经由的通信设备的数量。在此形成了网络的网目状的拓扑。步距越大，总网则是越粗网目的。网目状的拓扑提供了以下的优点，所述拓扑与像树状拓扑或链状拓扑那样的其它拓扑相比是更失效安全(ausfallsicher)的。当网络中的一个路由失效时，总是还有第二可能路由的可能性。在设备或子网失效时，通常已经在参与的通信设备的下一次消息交换之后可以修复总网。网目状拓扑的附加的优点是数据的更快速的转发。通过在两个设备之间的连接时情况下多个可能的路由，形成在单个设备/路由上的较小的通信业务负荷。此外，在两个通信设备之间的路由与例如在链状拓扑中的情况相比由于形成网目而较短。

按照本发明的有利的改进方案，通过在通信控制设备之间的消息交换来确定本地拓扑信息。

第一通信控制设备通过由通信控制设备控制的通信设备向与该第一通信设备连接的第二通信设备发送具有其它通信设备的标志的清单的询问消息，其中通向所述其它通信设备可以建立连接。至少一个第二通信控制设备向第一通信控制设备发送应答消息，在该第二通信控制设备中存在着第二通信控制设备和在询问消息中被标明的其它通信设备中的一个之间的连接，和/或该第二通信控制设备本身是在询问消息中被标明的通信设备。从应答消息中可以确定与第二通信控制设备相连接的其它通信设备的标志，和/或如果第二通信控制设备本身是在应答消息中被标明的通信设备，则可获取所述第二通信控制设备的标志。

第一通信控制设备请求建立通向至少一个其它通信设备的连接，所述其它通信设备在询问消息中被标明，并且在第二通信控制设备侧不存在通向所述其它通信设备的连接。在成功的请求时实现连接建立。

例如在不限制该概念的一般性的情况下，通信控制设备按照蓝牙通信协议应当被理解为主设备，或按照IrDA通信协议被理解为主站(primary station)。受控制的通信设备据此按照蓝牙协议对应于从设备，而按照IrDA协议对应于次站(secondary station)。

以下借助于实施例根据附图来阐述本发明。

图1示出具有多个通信控制设备和受控制的通信设备的示范性网络拓扑的示意图，

图2示出根据图1的在以步距n＝2执行算法之后的网络拓扑的示意图，

图3示出根据图1的在以步距n＝4执行算法之后的网络拓扑的示意图。

在图1-3中，六个黑色的圆象征通信控制设备，而十四个白色的圆象征受控制的通信设备。在此不能将两个通信控制设备或两个受控制的通信设备直接互相连接。在两个通信控制设备之间的连接只有通过通信设备才是可能的，所述通信设备在该实施例中可最多与两个通信控制设备相连接。一般可以扩展通过受控制的通信设备可连接的通信控制设备的数量。在以下的实施例中将受控制的通信设备简称为通信设备。设备被用作用于通信控制设备和受控制的通信设备的集合名词。

在图1中示出了具有四个通信控制设备1、2、3、5和十个通信设备7、8、9、10、11、15、16、17、18、19的子网，不与该子网相连接的具有两个通信控制设备4、6和三个通信设备12、13、20的子网，和单个的通信设备14。画入的部分圆22以图形方式表明了通信控制设备1的作用范围。实线21象征在设备之间存在的连接，在本实例中对于线21象征在通信控制设备1和通信设备15之间的连接。

作为第一步骤，通信控制设备1收到具有在其作用范围之内的设备14、16、17、19、2、18、3、15、11、4、6、12、20、13的标志的清单。通信控制设备1首先从其清单中除去与其直接相连接的通信设备15和16的标志，从而所述清单含有设备14、17、19、2、18、3、11、4、6、12、20、13的标志。

示范性地针对步距n＝2考察一次和针对步距n＝4考察一次算法的流程。

n＝2：

在通信控制设备1已将清单发送给在步距n＝2之内与该通信控制设备相连接的通信控制设备之后，该通信控制设备从通信控制设备3收到具有设备3、18的应答消息。在收到该消息之后，通信控制设备1从它的清单中删除在应答消息中所列举的标志，所述清单从而含有设备14、17、19、2、11、4、6、12、20、13的标志。

通信控制设备1成功地建立通向通信设备14的连接。现在生成具有设备17、19、2、11、4、6、12、20、13的标志的新的询问消息。在本实例中没有应答消息，因为通信设备14不具有通向不同于通信控制设备1的通信控制设备的连接。

通信控制设备1现在建立通向通信设备17的连接，这也成功了。现在生成和发送具有以下设备19、2、11、4、6、12、20、13的标志的新的询问消息。通信控制设备1从具有设备2、19的标志的通信控制设备2收到应答消息。在收到消息之后，通信控制设备1从它的清单中删除在应答消息中所列举的标志，所述清单从而含有设备11、4、6、12、20、13的标志。

通信控制设备1成功地建立通向通信设备11的连接。现在生成和发送具有设备4、6、12、20、13的标志的新的询问消息。虽然通信设备11与通信控制设备5相连接，但是通信控制设备1没有从通信控制设备5收到应答消息，因为对于通信控制设备5而言已知的设备不是应答消息的部分。

通信控制设备1现在尝试建立通向通信控制设备4的连接，但是这失败了，因为通信控制设备4本身是一个通信控制设备。从清单中删除通信控制设备4。建立通向通信控制设备6的连接的尝试，出于同样的原因失败了。从清单中删除通信控制设备6。通向通信设备12的连接建立也失败了，因为通信设备12已经与两个通信控制设备相连接。从清单中删除通信设备12。

通信控制设备1成功地建立通向通信设备20的连接。现在生成和发送具有通信设备13的标志的询问消息。虽然通信设备13与通信控制设备6相连接，但是通信控制设备1没有从通信控制设备6收到应答消息，因为通信控制设备1未曾询问或者与通信控制装置6直接相连、或者是其自身的设备。

通信控制设备1成功地建立通向通信设备13的连接。从清单中删除通信设备13，该清单从而是空的。以此终止算法的流程。

图2示出了在以步距n＝2实施了上述算法之后的根据图1的网络拓扑。这表明，由通信控制设备1已将单个的通信设备14和具有设备4、6、12、13、20的子网集成到网络中。

n＝4：

在通信控制设备1已将清单发送给在步距n＝4之内与该通信控制设备相连接的通信控制设备之后，该通信控制设备从通信控制设备3收到具有设备3、18的标志的应答消息，从通信控制设备2收到具有设备2、18、17、19的标志的应答消息，和从通信控制设备5收到具有通信设备11的标志的应答消息。在收到消息之后，通信控制设备1从它的清单中删除在应答消息中所列举的标志，所述清单从而含有设备14、4、6、12、20、13的标志。

通信控制设备1成功地建立通向通信设备14的连接。现在生成具有以下设备4、6、12、20、13的标志的新的询问消息。没有应答消息，因为通信设备14不具有通向不同于通信控制设备1的通信控制设备的连接。

通信控制设备1现在尝试建立通向通信控制设备4的连接，但是这失败了，因为通信控制设备4本身是一个通信控制设备。从清单中删除通信控制设备4。建立通向通信控制设备6的连接的尝试，出于同样的原因失败。从清单中删除通信控制设备6。通向通信设备12的连接建立也失败了，因为通信设备12已经与两个通信控制设备相连接。从清单中删除通信设备12。

通信控制设备1成功建立通向通信设备20的连接。现在生成和发送具有通信设备13的标志的询问消息。由于通信设备20与通信控制设备6相连接，和由于步距n＝4，从而也到达通信控制设备4，所以通信控制设备1从具有通信设备13的标志的通信控制设备4收到应答消息。从清单中删除通信设备13，该清单因此是空的。以此终止算法的流程。

图3示出了在以步距n＝4已实施上述算法之后根据图1的网络拓扑。这表明，已由通信控制设备1将单个的通信设备14和具有设备4、6、12、13、20的子网集成到网络中。此外，与图2相比，显然通过具有更大步距n＝4的算法形成粗网目的拓扑。

本发明的应用不局限于这里所述的实施例。

Claims

1.用于建立无线网的方法，其中

-第一通信设备向与该第一通信设备相连接的第二通信设备传送具有其它通信设备的标志清单的询问消息，至所述其它通信设备可以建立连接，

-如果在第二通信设备和在询问消息中被标明的其它通信设备中的一个之间存在连接、和/或如果第二通信设备是在询问消息中被标明的通信设备，则至少一个第二通信设备向第一通信设备发送应答消息，

-可以从应答消息中确定与第二通信设备相连接的、在询问消息中被标明的其它通信设备的标志，和/或如果第二通信设备本身是在询问消息中被标明的通信设备，则可获取所述第二通信设备的标志，

-第一通信设备请求建立通向至少一个其它通信设备的连接，所述至少一个其它通信设备在询问消息中被标明，并且在第二通信设备侧不存在至所述至少一个其它通信设备的连接，

-在成功的请求时实现连接建立。

2.按权利要求1的方法，其中在第二通信设备的应答消息中列出与第二通信设备相连接的、在询问消息中被标明的其它通信设备的标志，和/或如果第二通信设备本身是所述询问消息中的通信设备，则列出所述第二通信设备的标志。

3.按权利要求1的方法，其中在第二通信设备的应答消息中列出不与第二通信设备相连接的、在询问消息中被标明的其它通信设备的标志，和/或如果第二通信设备本身不是所述询问消息中的通信设备，则列出所述第二通信设备的标志。

4.按权利要求1的方法，其中可以确定在消息交换时的步距，该步距表示在网络拓扑内发送询问消息所经由的通信设备的数量。

5.按权利要求1的方法，其中

-第一和第二通信设备对应于通信控制设备，

-通过由通信控制设备控制的通信设备在通信控制设备之间建立连接。

6.按权利要求1的方法，其中按照蓝牙核心规范版本1.2，通信控制设备对应于主机，而由通信控制设备控制的通信设备对应于从机。

7.按权利要求1的方法，其中

-第一和第二通信设备对应于主机，

-在两个主机之间连接时，通信设备既作为主机也作为从机起作用(主/从桥接)。

8.按权利要求1的方法，其中设备的标志对应于媒体接入控制地址。