CN101371531B - 用于网络的改进的路由确定方法 - Google Patents

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Abstract

邀请消息(112，116，120)从集中器(102)被发送到网络中的节点。每个节点记录(124)它从其接收该消息的节点或集中器的标识符(126)，并且把该消息转发到(122)它的邻居。节点(108)然后经由邀请消息在到达该节点时所经过的中间节点(106，104)把跟踪消息(132，134，136)发送到集中器(102)，并且把中间节点的标识符添加到其上。集中器然后使用源路由来通过使用被包括在跟踪消息中的标识符而发送随后的消息(144，146，148)到该节点(108)。邀请消息和/或随后的消息包括集中器的(多个)特性(200)，其中一个或多个特性然后被节点存储，包括节点(108)。所述(多个)特性被使用于决定(206，208)发送另外的跟踪消息，由此调整网络带宽的使用。

Description

用于网络的改进的路由确定方法
本发明涉及确定网络中的路由信息，具体地，涉及到用于确定多跳无线网中这样的信息的方法和系统。 
多跳无线网的拓扑可以变化，因为特定节点的存在可能是时有时无的(例如，由于移动性，或为了节省电池功率而当前不进行通信等等)。所以在这种网络的节点之间建立和维持数据路由是成问题的。 
缓和这种问题的一种已知技术是为随后的消息建立从源节点到目的地节点的路由。源节点发出邀请消息到网络中的其它节点。当邀请消息经过网络时，接收到该消息的每个节点存储供应该消息的节点的身份，然后把该消息转发到它的相邻节点。随后，对该邀请消息作出响应的目的地节点经由该邀请消息所经过的中间节点把跟踪路由消息发送到源节点，当该跟踪路由消息行进到源节点时它获取每个这样的中间节点的身份。用这种方法，源节点从接收到的跟踪路由消息中得出到目的地节点的明显的“源路由”。随后，由源节点发送到目的地节点的消息也包含由中间节点使用来把该消息路由到目的地节点的路由信息。显然，源节点需要存贮器来存储用于目的地节点的源路由信息，源节点需要用它来随后进行通信。 
为合并有集中器(concentrator)的ZigBee网络提出了一种类似于以上概述的技术。集中器是数据聚集器(aggregator)，它例如服务于和管理一群ZigBee节点。ZigBee系统中的关键问题是低成本——网络中的每个节点都应当是低成本的，包括集中器在内。ZigBee网络是多跳无线网，所以，可以从上述的技术固有地获益。然而，对于大的网络，该技术或是需要使用具有大存贮容量的昂贵的集中器来存储用于许多节点的源路由，或是由于需要重新建立从集中器到目的地节点的路由信息而导致效率低的网络带宽利用。而且，网络包括几个具有不同特性的集中器会使得难以达到最佳解决方案。 
文献“D.Johnson等人：“Dynamic Source Routing in Ad-hocWireless Networks(Ad-hoc无线网中的动态源路由)”[online]1996，XP002432152”描述了在自组无线网中的动态源路由。该网络中的路由由广播标识目的地节点(目标)的第一消息(路由请求)的源发现。第一消息(经由多跳)传播到目标。当到达目标时，第二消息(路由回答)返回到源，它 确定和存储用于发送第三消息(数据)的路由。 
WO00/41365描述了在发送器与接收器之间的数据流控制。信用列表从接收器被传送到发送器。信用指示在接收器处可得到的接收缓冲器尺寸。发送器使用该信用来使可得到的缓冲器尺寸匹配于所传输的数据分组总量。当发送器已使用所有的信用时，它应当制止发送另外的分组。因此，在发送器与接收器之间的数据流被调整，以避免溢出错误。 
目的是改进已知的技术。 
按照本发明的第一方面，提供了如在权利要求1中定义的方法。 
有利地，接收到包括所述特性的第一消息的网络节点于是知道集中器的(多个)特性，以及在决定是否把跟踪路由的另外的第二消息发送回集中器时可以考虑这一点。显然，能够发送消息到一个以上的集中器的节点可以按照它打算与其通信的具体的集中器，来调整另外的第二消息的发送。本发明的固有的性能是在包括具有不同特性的集中器的网络中有效地运行的能力。 
另一个优点是，集中器可以任选地通过把它的(多个)特性包括在预定给特定节点的第三消息中而把它的特性通知给该特定节点。在一个例子中，告知该节点：集中器正几乎耗尽存储器，所以该节点应当在以后的时机发送第二消息，因为集中器不再能保证高速缓存(存储)用于该节点的源路由数据。在另一个例子中，不管由集中器使用第一消息告知各节点的一般特性如何，集中器告知特定的节点不发送另外的第二消息，因为在该节点与集中器之间的数据业务量水平较高，由此节省网络带宽。在这种情形下，集中器将保证高速缓存(存储)用于该节点的源路由数据。 
有利地，于是也使接收到包括所述特性的第三消息的第一节点知道集中器的(多个)特性，以及在决定是否把跟踪路由的另外的第二消息发送回集中器时可以考虑这一点。接收到第一消息的其它网络节点知道集中器的存在，但在没有被提供明显的(多个)特性的情形下，假设在决定是否把跟踪路由的另外的第二消息发回集中器时要考虑用于集中器的一个或多个缺省特性。作为例子，缺省集中器特性是其中用来存储源路由数据的容量受到约束，这暗示需要网络节点发送另外的第二消息。在本例的情形中，有利地，经常与集中器通信的节点可以由集中器使用第三消息来向其提供特性信息，该第三消息告知该节点：用于该节点的源路由数据将被集中器 存储，由此因不需要由该节点发送另外的第二消息而减小网络带宽使用。 
在优选实施例中，被发送到节点的集中器特性是指示符，其表示可用于存储那些构成到一个或多个节点源路由的节点标识符的存贮容量的量。可对节点有用的集中器的另外或替换的特性可被标识出来。而且，正如以上推断的，集中器的这样的特性可以以动态方式被传送到个体节点或多个节点，由此按照网络中装载的应用和/或业务量的瞬时实时要求，调节节点的动作(例如，发送另外的第二消息)。 
所描述的方法适用于任何多跳有线或无线网络，例如，在包括互联网的广域网中的路由器之间的通路，或在无线IrDA、Wi-Fi或蓝牙网络等等内的通路。该方法可缩放到任何数目的节点和集中器，而同时保持所述的优点。在优选实施例中，第一消息是经修改的ZigBee路由请求帧，而第二消息是ZigBee路由记录命令帧或经修改的ZigBee网络层数据帧。任选地，第三消息是经修改的ZigBee网络层数据帧。 
按照本发明的其它方面，提供了用于按照上述方法确定对于节点的网络的路由信息的系统，正如在读者所参看的所附权利要求中规定的。总之，本发明提供了一种用于可扩展成更大网络的多跳有线或无线网络的有用的解决方案，而同时保证网络数据带宽的高效使用和多半在实际实施的系统中存在的集中器混合的成本经济的使用。它具有动态地适配于改变的环境——例如与实时网络业务量有关的那些环境——的进一步能力。 
现在参照附图、以举例方式来描述本发明的实施例，其中： 
图1显示了描述用于确定对于节点网络的路由信息的现有技术方法的示意图； 
图2a和2b描绘了用于确定对于节点网络的路由信息的方法的示意图； 
图3显示了包括两个集中器和多种节点的网络；以及 
图4显示了包括头标、有用负荷和集中器特性的示例性第一消息结构。 
在本说明中，定义以下的术语。术语“集中器”是指例如服务于和管理一群网络(例如ZigBee)节点的数据聚集器。 
图1显示了描述用于确定对于节点网络的路由信息的现有技术方法的示意图。消息传递是按照粗体箭头，时间从图的顶部到底部增加，如箭头100所表示的。表示为集中器102的网络实体执行聚集网络中的许多节点的数据的功能。集中器102在110处发送第一消息112到节点node_x 104。在ZigBee网络中，第一消息的例子是经适当修改的ZigBee路由请求帧。在到达节点node_x 104后，该节点记录(为了清晰起见，图上未示出)集中器102的标识符。节点node_x 104还把第一消息转发到它的相邻节点，正如总地由箭头114表示的，并且转发到特定的相邻节点node_y 106，正如由第一消息116表示的。在到达节点node_y 106后，节点node_y记录(为了清晰起见，图上也未示出)节点node_x的标识符。节点node_y 106还把第一消息转发到它的相邻节点，正如总地由箭头118表示的，并且尤其是转发到节点node_z，正如由箭头120表示的。在第一消息120到达节点node_z 108后，节点node_z记录124节点node_y的标识符126，并把第一消息转发到它的相邻节点，正如总地由箭头122表示的。在130处，节点node_z把第二消息132发送到节点node_y，正如由所存储的节点node_y的标识符所引导的。在ZigBee网络中，第二消息的例子是ZigBee路由记录命令帧或经适当修改的ZigBee网络层数据帧。第二消息132包含节点node_z的标识符(z)，正如图上所指示的。接收到第二消息132的节点node_y进而又添加它的标识符y，并把第二消息134转发到节点node_x。转发的第二消息134包含该消息已经通过的节点的标识符(y，z)。在第二消息134到达节点node_x后，节点node_x把它的标识符x添加到 第二消息，并把这个消息136转发到集中器102。转发的第二消息136包含标识符(x，y，z)。集中器在接收到转发的第二消息136后，存储138该节点标识符(x，y，z)以作为用于节点node_z 108的源路由数据140。 
在获取用于节点node_z的源路由数据后，集中器102能够在142处把包括相关的源路由数据140的第三消息144发送到节点node_z 108。在ZigBee网络中，第三消息的例子是经适当修改的ZigBee网络层数据帧。第三消息144从集中器102被发送到节点node_x 104，节点node_x由该消息内的源路由数据的节点标识符x指示。在到达节点node_x 104后，第三消息由节点node_x检查，以识别出节点node_y作为在传递第三消息到节点node_z时的下一跳。第三消息146从节点node_x 104被传递到节点node_y 106。在到达节点node_y 106后，第三消息146被检查，以及从被包含在消息146内的源路由数据中将节点node_z识别为用于该消息的下一跳。第三消息148然后从节点node_y 106被传递到节点node_z 108。按照某些预定的政策，另外的第二消息从节点node_z发送或不发送到集中器102，正如图上的链节式箭头指示的。如果要发送这样的消息，则处理过程是与先前对于初始的第二消息所描述的过程相同的，包括在152处生成该消息、并经由节点node_y和节点node_x发送该第二消息，正如由图上的项目154、156、158所代表的，该处理过程在集中器102处存储160源路由数据。 
图2a描绘了用于确定对于节点网络的路由信息的方法的示意图。与图1的那些所共有的特性用相同的参考标号表示。集中器102的一个或多个相关的特性200被包括在发送110的第一消息中。特性的典型的例子是指示集中器是否可存储源路由数据，如果是的话，则这通知网络节点：重复地发送第二消息是不必要的。特性的另一个例子是集中器可以存储源路由数据的持续时间--这可以通知网络节点：在持续时间时段期满之前再发送第二消息是不必要的。其它例子可以涉及到应用要求，例如在其中节点相对于集中器是可移动的、从而它到集中器的通路(经由中间节点)可随时间而改变的情形下。应当指出，集中器特性可以随时间动态地改变，例如由于应用的要求或其它节点的网络活动性影响集中器，集中器的用来存储源路由数据的容量可以临时地或甚至永久地变为受约束的。同样地，集中器可以向节点通知正面的影响，例如，或许由于较低的网络活动性或甚至是硬件升级，它不再受约束。有利地，集中器可以独立于用户或网络管 理人员(如果有的话)的参与(involvement)而把特性通知给网络节点。 
回来参考图2a，第一消息112被传递经过节点node_x和节点node_y，正如先前相对于图1已经描述的。在第一消息120到达节点node_z后，节点node_z 108附加地存储202一个或多个集中器特性204。该方法然后进行到130，发送第二消息，正如先前相对于图1已经描述的。同样地，在142处生成第三消息，并且把它从集中器102转发到节点node_z 108，正如先前相对于图1也描述过的。 
在决定是否需要把另外的第二消息从节点node_z 108发送到集中器102时，在图2a所示的例子中，节点node_z 108检验206所存储的特性，以确定集中器是否受到约束，即它是否具有受限的容量来存储用于节点的源路由数据。如果它受到约束，则使能208另外发送第二消息。因此，另外的第二消息从节点node_z 108被发送152到集中器102，正如先前相对于图1已经描述的。替换地，或另外地，按照集中器特性的类型的检验是可能的，正如本领域技术人员例如基于以上概略地讨论的示例性特性而认识到的。 
作为可选项，并如用虚线所示的，由节点node_z 108接收的第三消息148可以任选地更新210由特定的节点(诸如象图中所示的节点node_z108)持有的集中器特性。这对于为被选择的一个节点或多个节点使能例外情形(相对于其它节点具有与集中器通信的不同基础)是有益的。例如，在节点node_z通常定期发送许多消息到集中器的场合下，特性可通过第三消息发送，以允许在发送第二消息中的挂起(suspension)，即便集中器先前已告知节点：它在表面上(ostensibly)被约束(通常不能存储源路由数据)。因此对于这个节点，集中器实际上将高速缓存(存储)源路由数据。这样，网络带宽被保留用于经常与受到约束的集中器通信的节点。例外情形的其它例子可以被识别出来。作为例子，为了保证与特定节点的鲁棒的通信，可以告知该节点发送另外的第二消息，即便集中器具有用来存储源路由数据的容量。 
图2b描绘了用于确定对于节点网络的路由信息的替换方法的示意图。与图1和图2a的那些所共有的特性用相同的参考标号表示。不同于图2a所描述的方法，在图2b的方法中，集中器102的一个或多个相关的特性200被包括在发送142的第三消息中，没有一个初始地在第一消息112中被发送110。第三消息144被传递经过节点node_x和节点node_y，正如 先前相对于图1和图2a已经描述的。在第三消息148到达节点node_z后，节点node_z 108附加地存储202一个或多个集中器特性204，替代已为集中器102存储的一个或多个缺省特性(图2b上未示出)。 
在决定是否需要把另外的第二消息从节点node_z 108发送到集中器102时，节点node_z 108检验206所存储的特性，以确定集中器是否受到约束。在它受到约束的情况下，则使能208另外发送第二消息。与图2a的方法相比较，图2b所示的方法提供了一种替换的机制，用来调整网络带宽使用，而同时避免使用第一消息来发送集中器(多个)特性。 
显然，图2a和2b所示的方法的组合也是可能的，例如在集中器特性的子组通过使用第一消息被发送的场合下，该子组随后通过使用第三消息被扩充或被更新。 
图3总地以300显示了一个包括两个集中器和多种节点的网络。集中器302分别使用无线链路308和310与节点node_u 304和node_t 306通信。集中器302还与节点node_x 312无线地通信314。节点node_x 312进而又经由无线链路316与节点node_v 318通信，以及经由无线链路320与节点node_y 322通信。节点node_y 322进而又经由无线链路324与节点node_w 326通信，以及经由无线链路328与节点node_z 330通信。节点node_z 330还使用无线链路342与集中器340通信。强调的集中器302、节点node_x 312、节点node_y 322和节点node_z 330的网络实体代表以上相对于图1、2a和2b讨论的集中器和节点。特别要指出的是，节点node_z维持(图上未示出)它与之通信的每个集中器302、340的、所存储的特性，以及取决于它当前持有的每个集中器的(多个)特性，调节发送另外的第二消息到该集中器。本领域技术人员将会认识到，通常在包括一个以上的集中器的网络中运行的节点也需要存储相关联的集中器标识符连同当第一消息(例如，图1、2a和2b的消息112，116，120)经过网络时所记录的节点标识符。该方法可应用于一系列有线网和无线网，包括诸如互联网那样的广域网、和无线IrDA、Wi-Fi或蓝牙网络等等。它特别适用于其中成本较重要的状况，诸如ZigBee网络集中器和节点。 
图4显示了包括头标402、有用负荷404和用于集中器特性的字段406的示例性第一消息结构。显然，可以采用任何适用的分组构造来实施本发明，正如本领域技术人员可以容易地确认的。在优选的例子中，ZigBee路由请求帧被适当地修改成合并有用于集中器特性的字段。作为可选项，当 把这样的特性用信号通知特定的节点时，修改的ZigBee网络层数据帧被适当地修改成合并有用于集中器特性的字段。集中器特性字段的语法可以按照应用或协议的要求以及标识的集中器特性的范围而被确定，这是本领域技术人员可以容易地确认的。 
以上的方法和实现仅仅作为例子被给出，它们代表可以被本领域技术人员容易地确认来充分利用本发明优点的各种方法和实现的一种选择。 
在以上参照附图的说明中提供了一些方法和系统，其中邀请消息112、116、120从集中器102被发送到网络中的节点。每个节点记录124它从其接收消息的节点或集中器的标识符126，并把该消息转发122到它的邻居。节点108然后经由邀请消息在到达该节点时所经过的中间节点106、104把跟踪消息132、134、136发送到集中器102，并且把中间节点的标识符添加到其上。集中器然后使用源路由来通过使用被包括在跟踪消息中的标识符把随后的消息144、146、148发送到节点108。邀请消息和/或随后的消息包括集中器的(多个)特性200，其中的一个或多个特性然后被节点存储，包括节点108。所述(多个)特性被使用于决定206、208发送另外的跟踪消息，由此调整网络带宽的使用。 

Claims (12)

1.一种用于确定对于多跳网络的路由信息的方法，该多跳网络包括节点和至少一个集中器，该方法包括：
- 把第一消息从该集中器发送(110)到网络中的所述节点，其中每个节点记录它从其接收该第一消息的节点或集中器的标识符，然后把该第一消息转发到它的相邻节点；
- 把标识第一节点的第二消息发送(130)到集中器，该第二消息经过第一消息到达第一节点所经过的任何中间节点，并使每个这样的中间节点的标识符添加到该第二消息上；以及
- 按照被包括在第二消息中的标识符，确定第三消息从集中器到第一节点的路由；
其特征在于，第一或第三消息还包括集中器的至少一个特性，所述集中器的至少一个特性包括与集中器存储源路由数据的能力相关的指示，该方法还包括：
- 在第一节点处记录(202)至少一个特性；以及
- 至少部分地取决于所述至少一个特性而决定是否把跟踪路由的另外的第二消息发送(152)回该集中器。
2.如在权利要求1中要求的方法，其中集中器的特性是表示能用于存储标识符的存贮容量的量的指示符。
3.如在权利要求1或2的任一项中要求的方法，其中第一消息是经修改的ZigBee路由请求帧。
4.如在权利要求1或2的任一项中要求的方法，其中第二消息是ZigBee路由记录命令帧。
5.如在权利要求1或2的任一项中要求的方法，其中第二消息是经修改的ZigBee网络层数据帧。
6.如在权利要求1或2的任一项中要求的方法，其中第三消息是经修改的ZigBee网络层数据帧。
7.一种用于确定对于多跳网络的路由信息的系统，该多跳网络包括节点和至少一个集中器，该系统包括：
- 该集中器(302,340)可操作来发送第一消息到网络中的所述节点；
- 第一节点(330)，可操作来：
- 记录它从其接收该第一消息的节点或集中器的标识符；
- 把该第一消息转发到它的相邻节点；
- 把标识第一节点的第二消息发送到集中器，该第二消息经过第一消息到达第一节点所经过的任何中间节点，并使每个这样的中间节点的标识符添加到该第二消息上；以及
- 集中器(302, 340)然后可操作来：
- 接收该第二消息；以及
- 按照被包括在该第二消息中的标识符，确定第三消息从集中器到第一节点的路由；
其特征在于，
- 集中器(302,340)还可操作来把集中器的至少一个特性包括在第一或第三消息中，所述集中器的至少一个特性包括与集中器存储源路由数据的能力相关的指示，以及
- 第一节点(330)还可操作来：
- 在第一节点处记录至少一个特征；以及
- 至少部分地取决于所述至少一个特性而决定是否把跟踪路由的另外的第二消息发送回该集中器。
8.如在权利要求7中要求的系统，其中集中器的特性是表示能用于存储标识符的存贮容量的量的指示符。
9.如在权利要求7或8的任一项中要求的系统，其中第一消息是经修改的ZigBee路由请求帧。
10.如在权利要求7或8的任一项中要求的系统，其中第二消息是ZigBee路由记录命令帧。
11.如在权利要求7或8的任一项中要求的系统，其中第二消息是经修改的ZigBee网络层数据帧。
12.如在权利要求7或8的任一项中要求的系统，其中第三消息是经修改的ZigBee网络层数据帧。
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