CN101242334A - 动态平衡无线网络拓扑系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态平衡无线网络拓扑系统，该系统具有至少一个附属无线网络拓扑系统，各附属无线网络拓扑系统分别具有复数个无线撷取点，其中仅有一个无线撷取点连接到有线网络并自动收敛成根源无线撷取点，且根源无线撷取点自动动态地衍生出各不同且唯一的衍生群组识别码，且各附属无线网络拓扑系统的根源无线撷取点得以各自分别运作在不同的频道上，其余未连接到有线网络的无线撷取点，依各附属无线网络拓扑系统的负载与流量，加入其中一个附属无线网络拓扑系统，并自动收敛成纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点，使其在与所连接的根源无线撷取点相同的频道运行。本发明可以使各附属无线网络拓扑系统间互不干扰，且达到负载平衡与流量控管的目的。

Description

动态平衡无线网络拓扑系统

技术领域

本发明有关一种无线网络拓扑系统，尤指一种无线网络拓扑系统能够动态地形成高效率、低负载且拓扑简单的至少一个附属无线网络拓扑系统。

背景技术

由于，无线网络的特性可弥补有线网络的许多缺点，近年来，以IEEE802.11无线网络协议为基础的网络拓扑系统，已成为目前无线网络发展的主要方向，虽然此一发展趋势已相当明显，即如何根据无线撷取点(AccessPoint，简称AP)间的互连架构，以发展无线网络拓扑系统。然而，因为在IEEE在制定该协议之初，未预期到IEEE 802.11会发展的如此快速，故以IEEE802.11无线网络为基础的网络拓扑，至今仍然没有IEEE的标准协议，甚至连相关的草案都还未成型。因此，目前许多网络厂商均已开始发展自己的无线网络拓扑系统。

无线网络与有线网络的物理特性有极大的差异，无线网络所提供的服务不仅有别于有线网络，其与有线网络整合时也存在着一些潜在的问题，目前各网络厂商所自行发展出的已知无线网络拓扑系统，大多不能满足使用者的真正需求，其与有线网络的拓扑相较，不仅显得较不具弹性，且无论在网络架设、拓扑的生成与维护及网管等各方面，都仍存在若干待解决的问题，所述问题也为在无线分散系统模式(Wireless Distribution System，以下简称WDS)下发展无线网络拓扑系统所必须面对与克服的问题。

另外，无线网络系统的效能，与无线网络拓扑有着密不可分的关系，主因在于无线介质为共享的有限资源，必须依存在载子感测多存取/碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，简称CSMA/CA)的架构上，故如何有效地分享无线频宽资源即显得格外重要。此外，干扰与噪声的问题对无线连结的传输效能，也会有影响，此由许多无线网络的相关文献可知，每多增加一个无线连结，会导致传输效率降低一半，甚者，无线网络也可能因为拓扑长成，而不具最佳化，导致网络长时间处于忙碌状态，但整体效能却乏善可陈。

基于上述的问题，发明人曾提出的三件发明专利申请案(中国台湾专利申请号：094109930、094120743及094133467等专利前案)，在无线撷取点设定预设群组识别码，则无线网络拓扑系统便可自动的形成，并且可以协商出一台已接上有线网络的根源(Root)无线撷取点以提供所有的后端纯粹(Pure)无线撷取点服务，而其它已接上有线网络但不提供后端服务的备援(Backup)无线撷取点则作为备援之用，如此，同一群组内的纯粹无线撷取点可随时的检测其所连结的根源无线撷取点是否持续存在，且当纯粹无线撷取点检测其所连结的根源无线撷取点不存在时，同一群组内连上有线网络的备援无线撷取点都可在无线网络拓扑系统重新协商之后，而被选为提供后端服务的根源无线撷取点，用以解决上述的问题。

但是发明人发现在专利前案的技术架构下，请参阅图1所示，相当于中国台湾专利申请号：094120743的第三个实施例，无线撷取点AP6与无线撷取点AP7连结上同一个有线网络，且其中无线撷取点AP6以根源无线撷取点的角色存在，而无线撷取点AP7则以备援无线撷取点的角色存在，此时，无线撷取点AP7实际上并未与无线撷取点AP6同时提供后端的纯粹无线撷取点的连结，即可避免回路(Loop)的产生，但是无线撷取点AP6必须要承载后端五个纯粹无线撷取点的流量。故，前述的无线网络拓扑系统存在下列的问题，有待解决：

1、连上有线网络的根源无线撷取点未能提供服务给后端的纯粹无线撷取点，使得每一个直接连上有线网络的根源无线撷取点未能充分的发挥其功效，令整体无线网络的效能降低。

2、动态无线网络拓扑系统的跳跃计数目并未适当的获得调整，即、动态无线网络拓扑系统的复杂度很高，则动态无线网络拓扑系统的整体负载无法以最有效率的方式减轻。

3、封包在无线传输的过程中所需经过的无线跳跃计数并未相对的减少了，因此，封包在无线传输的过程中途仍有相当程度的相互干扰，故也降低了整体无线网络的效能。

4、连上有线网络的根源无线撷取点(注：根源无线撷取点为最可能形成传输阻塞的设备)的负载无法有效的降低，由于动态无线网络拓扑系统的所有流量，都经由同一个根源无线撷取点以传送到有线网络，故动态无线网络拓扑系统的负载无法被平均化(平衡化)，使得动态无线网络拓扑系统的负载相当的沉重。

5、由于图1的无线网络拓扑系统运作于同一个频道上，使得个别频道无法被有效的使用。

6、需要对无线撷取点设定预设群组识别码，才可达到拓扑的自动形成。

故当有线网络同时连结多数个根源无线撷取点时，如何令其在发展无线网络拓扑时，后端的纯粹无线撷取点能依其各种信号的传输状态，选择与不同的根源无线撷取点，形成较简单的无线网络拓扑系统，并精简无线撷取点连结上有线网络的跳跃计数，且以较少的跳跃计数加入该网络拓扑，以得到较佳的无线网络传输效能，有效降低对系统引起的负荷及可能导致的干扰，进而令无线网络的连结最佳化、有效降低频宽浪费及负载不均的问题，即成为各无线网络业者极为重视，且尚待努力解决的一重要课题。

发明内容

有鉴于前述传统无线撷取点在加入一无线网络拓扑系统后，所发生连结不佳、浪费频宽及负载不均的问题，发明人根据多年来从事网络设备及系统开发的技术经验，及所累积的专业知识，针对无线撷取点特性，悉心研究各种解决方案，并经不断研究、实验与改良后，终于开发设计出本发明的一种动态平衡无线网络拓扑系统，其令不同无线撷取点在无线分散系统的运作模式下，能针对无线网络介质特性，快速且自动地发展出最佳化的无线网络拓扑系统，并令系统中的无线撷取点能以最佳的路径连结上有线网络，即以最少无线连结数连结上有线网络，形成网络效能较佳的网络拓扑，以达成平衡负载与流量控管的目的，形成一高效率、低负载且拓扑简单的动态无线网络拓扑系统。

本发明的一目的在于提供一种动态平衡无线网络拓扑系统，在该无线网络拓扑系统中所有无线撷取点都事先设有一预设群组识别码，而所有无线撷取点尚未建立连接或建立过的连结被打断且自动收敛成为一初始无线撷取点(Init AP)，而当无线撷取点连接到有线网络时，则自动收敛成一根源无线撷取点，各根源无线撷取点分别动态地自动衍生出各不相同且具唯一性的一衍生群组识别码，各该根源无线撷取点经过检测后，各自分别在不同的频道上运作，且当该无线网络拓扑系统中未连接到有线网络的初始无线撷取点，已直接或间接连上根源无线撷取点时，自动收敛成一纯粹无线撷取点或一逃脱无线撷取点，且该纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点也能自动产生与其所连接的根源无线撷取点相同的衍生群组识别码，并与其所连接的根源无线撷取点在相同的频道上运作，如此，不同根源无线撷取点与其后端所连接的纯粹无线撷取点，分别形成互不干扰的附属无线网络拓扑系统。

本发明的另一目的在于提供一种动态平衡无线网络拓扑系统，该无线网络拓扑系统中未连接到有线网络的无线撷取点初始无线撷取点，根据该无线网络拓扑系统的目前的各种不同角色的无线撷取点的存在状态，而选择与该存在状态中负载、流量最低的无线撷取点建立连接，且该初始无线撷取点在已直接或间接连上根源无线撷取点后，若其预设群组识别码，与其所连接的无线撷取点的预设群组识别码相同，则自动收敛成该纯粹无线撷取点，否则，即自动收敛成逃脱无线撷取点，并令备纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点的封包，仅能透过具有相同衍生群组识别码的根源无线撷取点传送到有线网络，以达到提供包含负载平衡与流量控管的特点。

附图说明

图1是现有的无线网络系统的示意图；

图2是本发明的一实施例的无线网络系统的示意图；

图3是本发明的无线撷取点的角色状态变化示意图；

图4是本发明的一无线撷取点加入无线网络拓扑系统的示意图；

图5是本发明的各无线撷取点依序先后被激活形成无线网络拓扑系统的示意图。

主要组件符号说明：

无线撷取点AP1～AP13。

具体实施方式

为便于贵审查委员能对本发明的目的、理念及技术原理，有一更清楚的认识与了解，特举实施例配合附图，详细说明如下：

本发明是一种动态平衡无线网络拓扑系统，在一无线网络拓扑系统中所有无线撷取点都事先设有一预设群组识别码，而所有无线撷取点尚未建立连接或建立过的连结被打断且自动收敛成为一初始无线撷取点(Init AP)，往后，当任一初始无线撷取点被连接到一有线网络，则该初始无线撷取点即自动收敛成为一根源无线撷取点(Root AP)，且该根源无线撷取点能够自动地以动态形式衍生出具备唯一性的一衍生群组识别码，使得该根源无线撷取点的衍生群组识别码与其它根源无线撷取点的衍生群组识别码各不相同，又该根源无线撷取点经过检测后，该根源无线撷取点所运作的频道与其它根源无线撷取点不相同，并都以周期性的广播(Broadcast)探测要求(Probe request)封包声称自己的存在状态；

而该无线网络拓扑系统中未被连接到该有线网络，且仅能够接收到已建立连接的其它无线撷取点的探测要求封包的初始无线撷取点，即根据所有接收到的探测要求(Probe request)封包的存在状态，而选择其中一个具有负载、流量最低的存在状态的已建立连接的无线撷取点建立连接，且在该初始无线撷取点完成建立连接后，若该初始无线撷取点的预设群组识别码与其所连接的无线撷取点的预设群组识别码相同，则自动收敛成纯粹无线撷取点，否则，即自动收敛成逃脱无线撷取点，且该纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点自动衍生出的衍生群组识别码，与其所连接的无线撷取点的衍生群组识别码相同，并在其直接或间接连接的根源无线撷取点的频道上运行，除此之外，该纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点，也都以周期性的广播(Broadcast)探测要求(Probe request)封包声称自己的存在状态，且该纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点所发出的探测要求封包；

承上所述，该无线网络拓扑系统，根据连上有线网络的根源无线撷取点的数目，而发展出相对数量的附属无线网络拓扑系统，且各个根源无线撷取点与其后端所连接的无线撷取点(包括纯粹无线撷取点及逃脱无线撷取点)，分别运行在各不相同的频道上，使得各个附属无线网络拓扑系统互不干扰，及各根源无线撷取点后端所连接的无线撷取点的封包，仅能透过具有相同衍生群组识别码的根源无线撷取点传送到有线网络，用以达到负载平衡与流量控管的目的。在此须特别强调的是，由于同一附属无线网络拓扑系统的所有无线撷取点(包括根源无线撷取点纯粹无线撷取点及逃脱无线撷取点)，都在同一频道内运作，而初始无线撷取点则是会在所有的频道扫瞄，用以取得已建立连接的其它无线撷取点的探测要求封包，因此，同一附属无线网络拓扑系统的所有无线撷取点，只要在其运作的频道发出探测要求封包，该初始无线撷取点即接收到各探测要求封包。

在本发明的一实施例中，各附属无线网络拓扑系统的所有无线撷取点，分别存在一运作群组识别码，其中各该根源无线撷取点以事先设定的预设群组识别码，分别作为该运作群组识别码，而该纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点的运作群组识别码，与所连接的根源无线撷取点的运作群组识别码相同。

又，由于在各式的网络设备中都具有一媒体存取控制地址(MediumAccess Control Address，简称MAC Address)，该媒体存取控制地址即属一种具备唯一性的可辨识单元，故，在该实施例中，该衍生群组识别码能够以该根源无线撷取点的媒体存取控制地址，及运作群组识别码合并所产生的，例如：[MAC Address_运作群组识别码]或[预设运作群组识别码_MACAddress]。

或者，该根源无线撷取点以其具有的媒体存取控制地址与运作群组识别码作为参数进行运算，用以转换形成该衍生群组识别码，而该纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点的衍生群组识别码，则以连接的根源无线撷取点的媒体存取控制地址与运作群组识别码作为参数进行运算，用以转换形成的。在本发明中，该可辨识单元以MAC Address作为说明，但是在本发明中不一定以媒体存取控制地址为限，只要是具有不可重复性质且可被无线撷取点所读取的可辨识单元，不论其以何种型态表示，都在本发明所主张的范畴内，故在此特别强调。

据上所述，虽然各附属无线网络拓扑系统中所有无线撷取点的运作群组识别码相同，但各附属无线网络拓扑系统的衍生群组识别码各不相同，是以各该附属无线网络拓扑系统中的所有根源无线撷取点，依据衍生群组识别码作为识别与协商的符号，并且持续维护，使得各附属无线网络拓扑系统即各自在不同的频道上运作，使得各附属无线网络拓扑系统间互不干扰。

为能清楚的了解本案的技术特征，及所达到的功效，以下举例说明，请参阅图2所示，在此一无线网络拓扑系统中，无线撷取点AP1～AP5并未连接到有线网络，无线撷取点AP6与无线撷取点AP7则连结上同一个有线网络，而其中无线撷取点AP6以根源(Root)无线撷取点的角色存在该无线网络拓扑系统中，而无线撷取点AP7则自动收敛成另一个根源无线撷取点的角色存在该无线网络拓扑系统中，且其中根源无线撷取点AP6承载后端三个纯粹无线撷取点AP1～AP3的流量，而另一根源无线撷取点AP7则承载后端二个纯粹无线撷取点AP4～AP5的流量，如此，另一根源无线撷取点AP7与根源无线撷取点AP6各自形成比图1较为简单的两个附属无线网络拓扑系统。即、图2的无线网络拓扑系统中另一根源无线撷取点AP7与根源无线撷取点AP6分别为其附属无线网络拓扑系统的根源无线撷取点，其中根源无线撷取点AP6，相较于图1无线网络拓扑系统的根源无线撷取点AP6的负载减轻了许多。

又，本发明以管理封包(Management Frame)的功能，将其特性运用到不同无线撷取点间，以使任二台无线撷取点间的实体链接，即无线撷取点间的无线连结有最初步的依据。由于，管理封包主要依据所包含的信息单元(Information Element，简称：IE)，以达到沟通的作用，故无线撷取点必须根据本身的设定与状态，来维护信息单元，并将信息单元适当地由管理封包传送出去。因此，在本发明中，无线撷取点即由新增一信息单元，声明其于无线分散系统模式(Wireless Distribution System，以下简称WDS)下的存在状态，任何一台无线撷取点都可根据所接收到的信息单元，决定是否建立无线连结，而该信息单元中所包含的字段(Field)内容，逐一定义，并详细说明如下：

a)信息单元识别(Element ID)字段(Field)：为IEEE规定的一必要字段，为IE的第一个字段，其长度为一个字节，用以存放IE的识别码(ID)，其内容必须有别于已经被使用过的识别码。

b)长度(Length)字段：为IEEE规定的一必要字段，为IE的第二个字段，其长度为一个字节，用以存放IE的总长度，即用以记录IE自第三个字节起到最后一个字段终止的位数总和。

c)预设群组识别码(Default Address Group ID，简称DAGID)字段：为一新增的字段，字段长度可为固定，用以表示无线撷取点预设希望加入的群组识别码(Group ID)，即具有最高优先权加入的群组，然而，在实际运作中，预设群组不必然为最后加入的群组，而是提供一优先级的参考。换言之，具有相同预设群组识别码的不同无线撷取点间，可拥有较高的优先权，以建立彼此的无线连结，实现群组的基本概念。此一特性，意味着每一无线撷取点均具有最高优先(highest priority)加入某一特定无线撷取点群组(group)的机会。但在某些特定模式下，具有不同预设群组识别码的不同无线撷取点间，也可建立无线连结。又，该预设群组识别码可以事先被设定在所有无线撷取点，且所有无线撷取点的预设群组识别码事后能被更改，再者，任何一个附属无线网络拓扑系统的无线撷取点，都具备独特的衍生群组识别码，依此特性，无线撷取点可以在不需要做任何设定的情况下，而自动地形成无线网络拓扑系统。但是由于该预设群组识别码具有排它性，是以在实用上仍有其存在的必要性。

d)运作群组识别码(Current Group ID，简称CGID)字段：为一新增的字段，字段长度可为固定，用以表示无线撷取点在运作时实际运行的群组识别码，以提供其它无线撷取点认知某一特定群组是否实际存在且运行，故该字段为一必要的字段。

e)角色(Role of AP)字段：为一可新增的字段，字段长度固定，用以表示无线撷取点在运作时的角色，而由于在运作的过程中无线撷取点的角色变换会自动收敛角色，故不需要再作预设的动作，该字段与信息方式字段(Hello字段)间需择一作为必要字段。

(1)根源(Root)无线撷取点：指无线撷取点目前处于连结上有线网络的状态，可用以为后端未连结上有线网络的无线撷取点提供服务，以建立无线连结。

(2)纯粹(Pure)无线撷取点：指无线撷取点目前处于没有连结上有线网络的状态，需透过其它的无线撷取点，包括根源无线撷取点、纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点提供服务，以连结上有线网络。请参阅图2所示，由于，无线撷取点AP1的信号不及于根源无线撷取点AP6及另一根源无线撷取点AP7，则需要透过间接的方式，以已连上有线网络的纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点，连上有线网络。

(3)逃脱(Escape Pure，简称Escape)无线撷取点：指无线撷取点目前处于透过连结上具有不同预设群组识别码的无线撷取点，以连结上有线网络。此部分在图3中，并没有示出，被包含于纯粹无线撷取点当中。

(4)初始(Initial Pure，简称Initial)无线撷取点：指无线撷取点目前处于角色还未稳定时的瞬时，此时，无线撷取点尚未建立无线连结或已经将建立过的无线连结打断。

在本发明中，请参阅图3所示，无线撷取点的角色字段的目前角色状态，会随着各无线撷取点的链接状态而有所变化，以下即对无线撷取点的角色状态的变化进行说明：

“0”：无线撷取点激活后(即无线撷取点开机接上电源后)，无线撷取点直接设定角色字段为初始无线撷取点的状态。

“1”：在初始无线撷取点的状态下，无线撷取点会自动地在各个频道上检测是否有无线网络拓扑系统的存在；倘若无法检测到其它无线撷取点的存在且本身也未直接连上有线网络，则该无线撷取点周期性的对各频道检测有无根源无线撷取点的存在。

“2”：该无线撷取点被连接上有线网络，则其状态变为根源无线撷取点，并且得根据其已经检测到的其它根源无线撷取点所使用的频道，而选择干扰较少的频道运行。

“3”：根源无线撷取点必须具备连上有线网络的条件，因此必须要周期性的确认该有线网络是否仍然存在。

“4”：一旦检测到有线网络已经断线时，则该无线撷取点不再能提供后端纯粹无线撷取点服务，因而回到初始无线撷取点的状态。

“5”：当无线撷取点未连上有线网络，而检测到有其它根源无线撷取点的存在时，则无线撷取点得根据所接收到的信息单元，改变状态为纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点，又为其过程在分述如下：

“5-1”：不论无线撷取点是否设定预设群组识别码，则无线撷取点自检测到的根源无线撷取点当中，首先选出预设群组识别码相同的根源无线撷取点，并且再根据负载情况，而直接或间接连上负载较佳的根源无线撷取点。

“5-2”：若无线撷取点持续无法找到预设群组识别码相同的根源无线撷取点以连上有线网络，则可以进入逃脱无线撷取点模式，以透过任何已检测到的根源无线撷取点以直接或间接加入无线网络拓扑系统。

“6”：成为纯粹无线撷取点后，必须要确保其无线拓扑系统的根源无线撷取点是否正常运行，若持续检测的到根源无线撷取点正常运行中，则状态不改变。另外，在此状态下也得声称纯粹无线撷取点存在于无线拓扑系统中，并且得提供其它无线撷取点建立联机，以扩展无线网络拓扑系统。

“7”：相对于前述，若发现无线网络拓扑系统的根源无线撷取点已不在，则状态回到初始无线撷取点。

“8”：若该无线撷取点被直接连上有线网络，则其将具备提供服务给其它无线撷取点的条件，由于，为提升无线撷取点效能与降低干扰，因此，无线撷取点会先回到初始无线撷取点的状态，以便检测各个频道的使用情况，进而选择适当的频道，以为运行于根源无线撷取点之用。

f)信息方式(Hello)字段：为一可新增的字段，字段长度可为固定，用以表示无线撷取点在传送信息单元时，以何种角色传送，该字段与角色字段需择一作为必要字段。

g)建立无线连结(Run Out of Vport)字段：为一可新增的字段，字段长度固即可，用以表示无线撷取点是否可再建立新的无线连结，即是否具有产生更多实体上无线连结(physical wireless links)的能力。由于，是否可再建立新的无线连结，是依据建立联机数目的多寡而定，目的为提供负载的平衡，故该字段并非必要字段，而为一可附加的字段。此外，当一无线撷取点尚可以建立联机时，该字段可依据实时的网络流量，区分出该无线撷取点目前的负载程度，以作为其它无线撷取点联机时的依据。建立无线连结的模式包括下列几种：

(1)模式一：不允许该无线撷取点与其它无线撷取点建立新的无线连结；及

(2)模式二：该无线撷取点仍可建立无线连结。为有效运用此一字段，提供实际的流量情况，故于模式二时，此一字段必须提供该无线撷取点最实时的网络流量情况，以作为其它无线撷取点建立联机时的判断依据。

h)序号(Sequence)字段：为一新增的字段，字段长度固定，其内容用以表示目前最新的一个已知的信息单元的序号，以显示特定群组的存在。

换言之，根源无线撷取点每发送一个带有信息单元的管理封包，就会对该字段累加一个数值，而其它同一群组的无线撷取点、即根据在环境中所接收到该字段的最大值作为传送的内容，也为一必要的字段。

i)根源无线撷取点媒体存取控制地址(MAC of Root AP)字段：为一新增的字段，字段长度固定，用以表示该无线撷取点群组中根源无线撷取点的媒体存取控制地址，由于，媒体存取控制地址具有不重复性及固定性，故依其特性，该字段也为一必要的字段。在本发明中，各根源无线撷取点直接将本身的媒体存取控制地址写入该MAC of Root AP字段，且各根源无线撷取点后端的无线撷取点(包括纯粹无线撷取点或逃脱无线撷取点)，分别将其所链接的根源无线撷取点的媒体存取控制地址写入该MAC of Root AP字段。但是在此必须特别强调的是，无线撷取点并不只限于根源无线撷取点媒体存取控制地址字段取得媒体存取控制地址，其它带有媒体存取控制地址的字段，都可以被取出并与运作群组识别码组成衍生群组识别码。

j)频道(Channel)字段：为一可新增的字段，字段长度固定即可，用以表示群组的工作频道，由于，在其它管理封包中也有相类似的频道信息，故该字段并非必要的字段。

k)名称(AP Management Name)字段：为一可新增的字段，字段长度依据设定的名称长度而定，以方便网管人员的网络管理，此字段并非必要的字段。

1)逃脱模式(Escape无线撷取点)字段：为一可新增的字段，字段长度固定即可，用以表示一无线撷取点可否接受与另一具有不同预设群组识别码的无线撷取点建立连结的依据，以方便网管人员的网络管理，此字段为可附加的字段，其所包含的模式如下：

(1)模式一：无线撷取点可接受逃脱模式；

(2)模式二：无线撷取点不可接受逃脱模式；及

(3)模式三：同一群组的无线撷取点都为不可接受逃脱模式，该模式并不需要对同一群组的所有无线撷取点作逐一设定，而经由根源无线撷取点，透过该信息单元告知其它无线撷取点，该模式的优先权高于其它模式。

m)跳跃计数(Hop Count)字段：为一可新增的固定长度字段，用以表示一台处于无线网络拓扑的无线撷取点欲连结上有线网络，其所须经过的无线连结与有线连结的总连结数目，其中必有一个有线网络连结，其它都为无线网络的连结，其所包含的模式如下：

(1)模式一：当该无线撷取点未建立联机而处于瞬时时，该字段记载最佳化跳跃计数(Optimal Hop Count)，是指一特定无线撷取点于其可接收信号的范围内，其所接收到封包中跳跃计数的最小值；由此，其它无线撷取点得以知道该无线撷取点可建立联机的最佳跳跃计数；及

(2)模式二：当该无线撷取点已经建立联机而处于稳态时，该字段记载目前的跳跃计数，即该无线撷取点连结上有线网络所经过的总跳跃计数，其中包含了一个有线的链接，其它都为无线的链接。

n)服务跳跃计数(Service Hop Count)字段：为一可新增的固定长度字段，用以表示未直接连结上有线网络的无线撷取点，都必须透过某一特定无线撷取点的服务，方可连结上有线网络，所述未直接连结上有线网络的无线撷取点数量，为该特定无线撷取点的服务跳跃计数，其所包含的模式如下：

(1)模式一：当该无线撷取点未建立联机而处于瞬时时，该字段记载具有最佳化跳跃计数的所有无线撷取点中服务跳跃计数最佳的值；由此，其它无线撷取点得以知道该无线撷取点可建立联机的最佳服务跳跃计数；及

(2)模式二：当该无线撷取点已经建立联机而处于稳态时，该字段记载该无线撷取点目前的服务跳跃计数。

o)唯一选择链接(Unique Selection Link)字段：用以表示某一特定无线撷取点其信号范围可及的所有无线撷取点中，存在且唯一具有跳跃计数字段最小的无线撷取点。

在此需注意的是，前述定义的各该字段中，只有信息单元识别码字段及长度字段有顺序性，其它字段间只要是固定的先后顺序即可，至于各该字段的长度，除信息单元识别码字段及长度字段需依规定固定长度外，其它字段可视实际需要设定其长度。此外，本发明所定义的信息单元由各该字段所组成，但本发明在实施时，也可依需要或方便性，令每一个信息单元呈现一个或数个字段的信息。此外，该衍生群组识别码由媒体存取控制地址及运作群组识别码所产生的，而该媒体存取控制地址及运作群组识别码，分别存在该根源无线撷取点媒体存取控制地址字段及运作群组识别码字段中，因此，在本发明中，只要所有的无线撷取点具有共同的组合或运算机制，即可自动动态地衍生出该衍生群组识别码，故，该信息单元不必然需要增加一个新的字段存放该衍生群组识别码。

再由本发明所定义的该衍生群组识别码及运作群组识别码(CGID)字段可知，本发明在无线绕送机制中导入了群组的概念，其目的在令不同无线撷取点间可透过管理封包中所挟带的信息单元，来判别无线撷取点的属性，再依属性的协调性与否，作为建立实体连结的另一个依据。由于，群组中的无线撷取点具有属性的可协调特质，因此，此一判断依据可抑制无线网络拓扑的恣意扩张，进而大幅缩减了无线网络拓扑的复杂度，也避免了因无线网络拓扑恣意成长所降低的传输效能。

另，由于不同地域的无线撷取点必然会有不同的介质属性与传输品质特性，故，令属性差异极大的无线撷取点无法直接建立实体连结，将可确保无线网络的频宽被有效地运用。例如：同一栋大楼内不同楼层间的无线撷取点中，位于同一楼层的所有无线撷取点乃具有相近的介质属性与传输品质，而位于相邻的楼层的无线撷取点的介质属性与传输品质相差较大，因此，位于同一楼层的无线撷取点较易与同一楼层的无线撷取点连接，即令无线网络的频宽被有效地运用。

在本发明的第一实施例，请参阅图4所示，用以说明一无线撷取点加入无线网络拓扑系统的图例，其中无线撷取点AP8与无线撷取点AP9分别为纯粹无线撷取点，无线撷取点AP8的跳跃计数(Hop Count)为2及服务跳跃计数(Hop Count Service)为3，而无线撷取点AP9的跳跃计数(Hop Count)为3及服务跳跃计数(Hop Count Service)为3，并且其信号范围都包含到无线撷取点AP10：

由于，无线撷取点AP8与无线撷取点AP9都已加入无线网络拓扑系统，故，无线撷取点AP8与无线撷取点AP9都以周期性的广播(Broadcast)封包传送探测要求(Probe request)封包，并将信息单元的各字段的内容夹带在探测要求封包中，使得无线撷取点AP10得以收到无线撷取点AP8与无线撷取点AP9的探测要求封包，即可取得各字段的内容并纪录于自己的数据库中(由于，数据库的使用方式其过程，在资讯工程中普遍可知的，故以下只就逻辑上的运作描述)，从而无线撷取点AP10依据其数据库所记录的内容判断应该要与哪一台无线撷取点建立连结，从图4中可知，无线撷取点AP10在标记A处的时间点，判断出无线撷取点AP8的链接服务数明显比无线撷取点AP9的链接服务数少，即、无线撷取点AP8的负载较轻，此时，无线撷取点AP10会选择与无线撷取点AP8建立联机，并且将跳跃计数字段与服务跳跃计数字段填入与自无线撷取点AP8收到的相同参数，然后透过单播(Unicast)的方式将探测要求封包传送到无线撷取点AP8，则无线撷取点AP8在收到该封包之后，经过比对跳跃计数字段与服务跳跃计数字段以便确认是否提供连结的建立(注：其它相关字段也须经过确认)，若符合，则无线撷取点AP8再以单播的探测要求封包传送给无线撷取点AP10，而无线撷取点AP10在收到此探测要求封包时也在回送探测要求封包(如图标中标记B处的时间点)。至此，则无线撷取点AP8与无线撷取点AP10之间的双向无线连结得以建立。当无线撷取点AP10与无线撷取点AP8建立链接后，无线撷取点AP10的跳跃计数字段的参数“2+1＝3”(比无线撷取点AP8多一个跳跃计数)及服务跳跃计数字段的参数修改“0”，而无线撷取点AP8的跳跃计数字段的参数仍然为“2”，服务跳跃计数字段由“3”增加为参数“4”，在图4无线撷取点AP8的跳跃计数与服务跳跃计数未加入无线撷取点AP10前的状态。

在本发明的第二实施例，图5用以说明各无线撷取点依序先后被激活，并且无线撷取点AP11与无线撷取点AP12都为连上有线网络，而无线撷取点AP13则未连上有线网络：

首先，当无线撷取点AP11激活后且无线撷取点AP12尚未起动时，因为没有检测到其它根源无线撷取点，故无线撷取点AP11直接在其频道上，将状态激活到根源无线撷取点，并且透过周期性的广播(Broadcast)封包传送探测要求封包以声称自己的存在状态；

当无线撷取点AP12激活后(如图5所标记的C点处)，也会针对所有的频道检测无线网络拓扑系统，则无线撷取点AP12得知无线撷取点AP11的存在与其运作的频道，又无线撷取点AP12也连上有线网络，故无线撷取点AP12将会转换至一干扰较少的频道，并以根源无线撷取点的状态运作，而且如同无线撷取点AP11以周期性的发送探测要求封包的广播封包。

无线撷取点AP13被激活后，也检测各频道上的状况，则可得知无线撷取点AP11与无线撷取点AP12的存在，并且依据前述图4的范例，用以选择一特定的根源无线撷取点以建立连结(如图5所标记的D点处)，又本发明引进衍生群组识别码的唯一性，则若无线撷取点AP13与无线撷取点AP11建立联机后，无线撷取点AP13会与无线撷取点AP11具有相同的衍生群组识别码，则无线撷取点AP13不再与无线撷取点AP12建立联机，因无线撷取点AP12的衍生群组识别码与无线撷取点AP13所服务的附属无线网络拓扑系统的衍生群组识别码不一样。据此，图5最后形成如图2所示的两个附属无线网络拓扑系统，并且运行于不互相干扰的频道。

综上所述，本发明可令任何一台无线撷取点均根据本身的设定与状态，来维护信息单元(IE)中各字段的信息，并由管理封包(Management Frame)将其传送出去，且在接收到由其它无线撷取点传来的管理封包时，可根据其中IE的各字段所挟带的信息，判断出其它无线撷取点的运作情况，据以决定是否与其它无线撷取点建立实体链接，并对已建立的实体链接做实时的状态维护，达成下列的功能及效果：

1.连上有线网络的各无线撷取点都能提供服务给后端的无线撷取点。每一个直接连上有线网络的无线撷取点都充分的发挥其功效，以提供整体无线网络的效能。

2.无线网络拓扑系统中的附属无线网络拓扑系统的跳跃计数目减少了，也整体无线网络系统的复杂度降低了，则无线网络拓扑系统的负载相对的减轻。

3.封包在无线传输的过程中所需经过的无线跳跃计数减少了，因此，途中会造成的相互干扰也相对的减少，故也提升了整体网络的效能。

4.连上有线网络的无线撷取点(注：该点为最可能形成阻塞设备)的负载相对降低了。由于网络的流量可以经由不同的无线拓扑系统以传送到有线网络，故负载相对的平均了，而单一系统中的负载也就减少了。

5.并且由于图2已形成两个较简单的附属无线网络拓扑系统，故可以分别运作于不互相干扰的频道上，以避免附属无线网络拓扑系统之间的相互影响，及提升个别频道的有效使用。

6.可以完全不需要对无线撷取点做设定便可达到拓扑的自动形成(如后衍生群组识别码的功效说明)。

7.承专利前案的架构，本发明可以扩展原有的负载平衡功能，以使任一无线撷取点都可动态地实行负载平衡并且兼具前述构想的功能与效用。

以上所述，仅为本发明最佳的一具体实施例，本发明的特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，都可涵盖在以下本发明专利范围。

Claims (22)

1. 一种动态平衡无线网络拓扑系统，其特征在于，所述系统包括：

至少一个根源无线撷取点，由一无线网络拓扑系统中被连接到一有线网络的各个初始无线撷取点分别被自动收敛所形成的，所述根源无线撷取点分别动态地衍生出各不相同且具备唯一性的一衍生群组识别码，且各所述根源无线撷取点经过检测后，各自分别在不同的频道上运作，并都以周期性的声称自己的存在状态；

至少一个纯粹无线撷取点，是所述无线网络拓扑系统中未被连接到所述有线网络的各个初始无线撷取点，乃根据其所接收到的各个已建立连接的无线撷取点的存在状态中的负载、流量，而选择其中一个负载、流量最低的无线撷取点建立连接，并与无线撷取点完成建立连接后，即被自动收敛而形成的，且所述纯粹无线撷取点具备其所连接的根源无线撷取点的相同衍生群组识别码，又所述纯粹无线撷取点运作的频道，与其所连接的根源无线撷取点相同，且所述纯粹无线撷取点都周期性的声称自己的存在状态；及

所述根源无线撷取点与其后端所连接的纯粹无线撷取点，各自形成附属无线网络拓扑系统，且同一附属无线网络拓扑系统的无线撷取点，都在同一个频道进行数据传输，又，不同附属无线网络拓扑系统的频道各不相同，令各纯粹无线撷取点的封包，分别透过具有相同衍生群组识别码的根源无线撷取点传送到有线网络。

2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线网络拓扑系统中所有无线撷取点都事先设有一预设群组识别码，而所有无线撷取点尚未建立连接或建立过的连结被打断且自动收敛成为所述初始无线撷取点。

3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线网络拓扑系统还包括：

至少一个逃脱无线撷取点，其是所述无线网络拓扑系统中未被连接到一有线网络的无线撷取点，且所述逃脱无线撷取点所预设的预设群组识别码，与所述无线网络拓扑系统中的各根源无线撷取点或纯粹无线撷取点所设的预设群组识别码不相同，并根据所接收到的根源无线撷取点或纯粹无线撷取点的存在状态，选择其中一个具有负载、流量最低的存在状态的根源无线撷取点或纯粹无线撷取点建立连接，并与根源无线撷取点或纯粹无线撷取点完成建立连接后，即被自动收敛而形成的，且所述逃脱无线撷取点能够自动动态地产生与其所连接的根源无线撷取点相同的衍生群组识别码，又，所述逃脱无线撷取点运作的频道，与其所连接的根源无线撷取点相同，且所述逃脱无线撷取点都周期性的声称自己的存在状态。

4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述无线撷取点都以广播传送一探测要求封包，所述存在状态则封装在所述探测要求封包内。

5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，各所述探测要求封包中分别增设一信息单元，所述存在状态以所述信息单元被封装在所述探测要求封包内，所述信息单元包括：

一信息单元识别栏，用以存放信息单元的识别码，其内容必须有别于已经被使用过的识别码；

一长度字段，用以存放信息单元的总长度，即用以记录信息单元自第三个字节起到最后一个字段终止的位数总和；

一预设群组识别码字段，用以表示无线撷取点预设希望加入的群组识别码；

一运作群组识别码字段，用以表示无线撷取点在运作时实际加入的群组识别码，以提供其它无线撷取点认知某一特定群组是否实际存在且运行，所述特定群组的识别码即为无线撷取点所加入的附属无线网络拓扑系统的衍生群组识别码；

一角色字段，用以表示无线撷取点在本发明的机制运作时的目前角色；

一序号字段，用以表示目前最新的一个已知的信息单元的序号，以显示特定群组的存在；

一根源无线撷取点MAC字段，用以表示所述无线撷取点群组中根源无线撷取点的MAC地址；

一跳跃计数字段，用以表示一台处于无线网络拓扑的无线撷取点欲连结上有线网络，其所须经过的无线连结与有线连结的总连结数目，其中必有一个有线网络连结，其它都为无线网络的连结；及

一服务跳跃计数字段，用以表示未直接连结上有线网络的无线撷取点，都必须透过某一特定无线撷取点的服务，方可连结上有线网络。

6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述角色字段可为一信息方式字段，所述信息方式字段用以表示所述无线撷取点在传送所述信息单元时，以何种角色传送。

7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述序号字段的值，根源无线撷取点每发送一个带有信息单元的探测要求封包，就会对所述字段的值累加一个数值，而其它同一群组的无线撷取点、即根据在环境中所接收到所述字段的最大值作为传送的内容。

8. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述根源无线撷取点MAC字段，是各根源无线撷取点直接将本身的MAC地址写入所述根源无线撷取点MAC字段；

而各纯粹无线撷取点，是分别将其所链接的根源无线撷取点的MAC地址写入所述根源无线撷取点MAC字段。

9. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信息单元还包括一建立无线连结字段，用以表示无线撷取点是否可再建立新的无线连结，即是否具有产生更多实体上无线连结的能力。

10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述建立无线连结字段的值包括：

一不允许所述无线撷取点与其它无线撷取点建立新的无线连结的模式；

一所述无线撷取点可与其它无线撷取点建立无线连结的模式，在所述模式下，此一字段必须提供所述无线撷取点最实时的网络流量情况，以作为其它无线撷取点与其建立联机时的判断依据。

11. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信息单元还包括一频道字段，用以表示群组的工作频道。

12. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信息单元还包括一逃脱模式字段，用以表示一无线撷取点可否接受与另一具有不同预设群组识别码的无线撷取点建立连结的依据。

13. 如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述逃脱模式字段的值用以表示无线撷取点为一可接受逃脱模式、一不可接受逃脱模式或同一群组的无线撷取点都为不可接受逃脱模式。

14. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信息单元还包括唯一选择链接字段，用以表示某一特定无线撷取点其信号范围可及的所有无线撷取点中，存在且唯一具有跳跃计数字段最小的无线撷取点。

15. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，各所述无线撷取点依据所述角色字段的值所表示的角色状态，包括所述根源无线撷取点、所述纯粹无线撷取点、所述初始无线撷取点及一逃脱无线撷取点，所述逃脱无线撷取点指无线撷取点目前处于透过连结上具有不同预设群组识别码字段的无线撷取点，以连结上有线网络。

16. 如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述初始无线撷取点会自动的在各个频道上检测是否有无线网络拓扑系统的存在，当无法检测到其它无线撷取点的存在且本身也未直接连上有线网络，则所述无线撷取点周期性的对个频道检测根源无线撷取点的存在。

17. 如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述初始无线撷取点被连接上有线网络，则其状态变为根源无线撷取点，并且得根据其检测的其它根源无线撷取点所使用的频道，而适当的选择干扰较少的频道运行。

18. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述根源无线撷取点周期性的确认所述有线网络是否仍然存在，且当检测到有线网络已经断线时，则所述无线撷取点不再能提供后端纯粹无线撷取点服务，因而回到初始无线撷取点的状态。

19. 如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述纯粹无线撷取点时，必须要确保其无线拓扑系统的根源无线撷取点是否正常运行，若持续检测的到，则角色字段的值所表示的纯粹无线撷取点状态不改变，并在此状态下也得声称无线拓扑系统的存在，并且得提供其它无线撷取点建立联机，以扩展无线网络拓扑系统。

20. 如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述纯粹无线撷取点被直接连上有线网络，则其将具备提供服务给其它无线撷取点的条件，纯粹无线撷取点会先回到初始无线撷取点的状态，以便检测各个频道的使用情况，进而选择适当的频道，以为运行于根源无线撷取点之用。

21. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述跳跃计数字段的值包括：

一最佳化跳跃计数，是在所述无线撷取点未建立联机而处于瞬时时，在其可接收信号的范围内，所接收到封包中炼结数的最小值，用以记载其最佳的跳跃计数；及

一目前的跳跃计数，是在所述无线撷取点已经建立联机而处于稳态时，用以记载其目前的跳跃计数。

22. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述服务跳跃计数字段的值包括：

一最佳化服务跳跃计数，是在所述无线撷取点未建立联机而处于瞬时时，用以记载其具有最佳化跳跃计数的所有无线撷取点中最佳的服务跳跃计数；及

一目前的服务跳跃计数，是在所述无线撷取点已经建立联机而处于稳态时，用以记载其目前的服务跳跃计数。

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