CN101432989A - 用于在无线网络中将移动设备分为群集的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

说明了一种用于在无线网络中将移动设备分为群集的系统和方法。该系统包括无线接入点(“AP”)和多个移动单元(“MU”)。每个MU具有一无线换能器。这些MU中的至少两个MU根据预定参数被分组为包括头领MU和至少一个成员MU的群集。该至少一个成员MU与AP之间的通信经由该头领MU来进行。

Description

用于在无线网络中将移动设备分为群集的系统和方法
背景信息
已知的无线网络系统(例如，802.11无线网络)通常在以下两种不同模式下操作：基础设施模式和自组织(例如，对等)模式。在基础设施模式下，移动单元可经由接入点(“AP”)与无线网络内其它移动单元通信。在自组织(ad hoc)模式下，移动单元可直接相互通信。
已知的无线网络系统具有诸多不足。例如，每个移动单元通常不管其与AP的接近程度如何都以同样高的功率电平发射，因此浪费了功率且引起了干扰。另外，驻留在同一无线网络中的移动单元之间的协作通常是有限的。因此，需要一种改进的无线网络架构。
发明概述
本发明涉及用于在无线网络中将移动设备分为群集的系统和方法。该系统包括无线接入点(“AP”)和多个移动单元(“MU”)。每个MU具有一无线换能器。这些MU中的至少两个MU根据预定的参数被分组为包括头领MU和至少一个成员MU的群集。该至少一个成员MU与AP之间的通信经由该头领MU来进行。
附图简述
图1示出了根据本发明的系统的一个示例性实施例；以及
图2示出了根据本发明的方法的一个示例性实施例。
具体说明
公开了一种用于群集无线网络中的移动设备的系统和方法。尤其地，本发明涉及使用例如移动单元的位置信息来形成移动单元的群集的一种改进的无线网络架构。
图1示出了根据本发明的系统100的一个示例性实施例。系统100可包括无线通信网络10(例如，无线局域网(“WLAN”))。无线网络10可以是例如由IEEE 802.11规范描述的无线网络。无线网络10可包括诸如AP 30和/或AP 35等至少一个接入点(“AP”)。系统100还包括与无线网络10通信的服务器20。
系统100可包括例如MU 41-45以及51-54等多个移动单元(“MU”)。MU可以是包括无线换能器的为本领域的普通技术人员所知的任何移动单元和/或连网设备(例如，网络节点)。例如，MU可以是便携式条形码扫描器、移动电话、双向寻呼机、PDA等。每个MU可经由无线网络10的AP(例如，AP30)与无线网络10通信。如下所述，每个MU还可经由其它MU与无线网络10通信。
两个或多个MU可根据诸如相互间的地理接近度、内部负荷水平、电池水平、硬件配置等多种因素来被分组为群集。例如，MU 41-45可被分组为群集40而MU51-54可被分组为群集50。在本发明的优选实施例中，每个群集包括一个群集头领MU以及至少一个群集成员MU。例如，群集40可包括群集头领MU 41和群集成员MU 41-45。类似地，MU 51可以是群集50的群集头领，而MU 51-54为群集成员MU。在每个群集中，群集成员MU使用例如IEEE 802.11技术与群集头领MU通信；群集头领MU使用IEEE 802.11和/或802.16(WiMAX)技术与AP通信。在本发明的替换示例性实施例中，群集可包括两个或多个群集头领MU；或者群集还可被细分为多个子群集，其中每个子群集具有与群集相类似的结构。
如本领域的普通技术人员将理解的，可动态地改变群集的成员关系。例如，一特定群集的成员关系可根据其MU的相对位置不断地改变。如图1所示的，MU45是群集40的群集成员。然而，如果MU 45改变其位置(例如，在朝MU 51-54的方向上)，则MU 45可变为群集50的群集成员。此外，一特定MU在一个时间可以是群集头领MU，而在另一时间可以为群集成员MU(例如，取决于各MU之间的相对位置、内部负荷、电池水平等)。一个或多个MU(例如，在一特定时间/位置)还可不与任何群集相关联并可直接与AP 30通信。
图2示出了根据本发明的通信的一个示例性方法200。参照图1中的系统100对方法200进行说明。本领域的技术人员将理解，具有不同配置，例如不同数目的WLAN、AP以及MU的其它系统也可用于实现该示例性方法。
在步骤201，系统100可确定与无线网络10通信的各MU的位置和/或相对位置。系统100可使用任何实时位置系统或为本领域的普通技术人员所知的任何其它方法。例如，系统100可采用接收信号强度指标(“RSSI”)方法。服务器20可生成并经由一个或多个AP(例如，AP 30和/或35)发送信号。然后每个MU可向AP 30和/或35发送响应信号。AP 30/35可接收该响应信号并将其转发给服务器20。然后服务器20可利用(诸)响应信号的强度并将其与预定的地理标记位置或点(例如，在无线网络10的覆盖区域内)相比较以确定各MU(例如，MU 41-45和51-54)的相对位置。
系统100可替换地或者组合地采用到达时差(“TDOA”)方法来确定各MU的相对位置(步骤201)。例如，服务器20可生成信号并经由AP 30和/或35中的至少一个将其发送给各MU。各MU可各自经由至少两个AP(例如，AP30/35)向无线网络10发送响应信号。然后AP 30/35可将这些响应信号转发给服务器20。服务器20可采用使用在每个AP 30/35处的响应信号的TDOA方法并对它们进行比较以确定每个MU的精确位置。
在步骤203，服务器20可根据以上提到的多种因素将这些MU分组为若干群集。在一个优选实施例中，服务器20可根据MU的位置(例如，在无线网络10的范围内)来群集MU；服务器20还确定/指定群集头领MU。如图1所示，服务器20可将MU 41-45群集为群集40，以及将MU 51-54群集为群集50。然后可根据与在将MU分组为群集时所用的诸多因素相类似的因素，例如MU的位置、内部负荷、硬件配置和/或电池水平等，在每个群集中确定群集头领MU。例如，MU41可被指定为群集40的群集头领MU 41，而MU 51可被指定为群集50的群集头领MU 51。将MU 41指定为群集头领可以是根据其关于群集成员MU 42-45的位置和/或关于AP 30的位置；或者，这种指定可以是根据MU 41具有在其它群集成员MU中不可用的某个硬件(例如，特定类型的换能器)这一事实。
如本领域的普通技术人员将理解的，步骤201和203可以在任意的时间间隔或根据用户请求来重复。因此，群集中所包括的MU和/或群集头领MU可随着时间而改变。例如，在MU不断改变位置的无线网络10中，系统100可以在较短的间隔(例如，每几分钟)确定各MU的位置(步骤201)并对这些MU进行群集(步骤203)。在MU位置较为固定或具有有限的移动性的无线网络10中，系统100可仅在有用户请求时或在较长的时间间隔(例如，每48小时)重复步骤201-203。
在步骤205，一个或多个群集成员MU生成要发送的包。例如，群集成员MU43生成要发送给无线网络10的包。群集成员MU 43将该包发送给群集头领MU 41(步骤207)；群集头领MU 41随后可经由AP 30将这些包发送(例如，中继)到无线网络10(步骤209)。其它群集成员MU(例如，MU 42、44、45)也可在相同或不同的时间将包发送给群集头领MU 41以便进一步的发送。例如，群集头领MU 41可从各群集成员MU接收多个包，并可将这多个包聚集为较少的(例如，一个)包以便发送给无线网络10。如本领域的普通技术人员将理解的，这种包聚集可导致无线网络10中拥塞和/或干扰降低以及开销减少。
在步骤211，群集头领MU 41可经由AP30从无线网络10接收响应信号。群集头领MU 41可确定该发送是要送给群集40的群集成员MU 42-45中的哪一个，并将该响应信号(例如，包)发送给相应的MU(例如，MU 43)(步骤213)。
本发明提供了超越无线网络中已知的通信系统和通信方法的诸多优点。如上所述，去往和来自群集中的群集成员MU的数据发送可通过群集头领MU来中继。因此，群集成员MU可以用降低的功率电平来操作。
本发明的系统和方法还允许通过聚集来自各群集成员MU的包来进行多个同时发送。例如，MU 42可与MU 41通信，而在同一时间，即同时地，MU 53可与MU 51通信。此外，群集中群集头领MU的轮换(例如，步骤201-203)可导致MU中吞吐量增大以及电池寿命延长。
本发明的实施例还包括中继来自远方MU的“未侦听到的”包这一益处，由此导致更佳的资源利用。换言之，原本不能与AP通信(例如，因为其位置在AP的范围之外)的群集成员MU现在可以经由群集头领MU与AP通信。
参照具有MU 41-45和51-54、无线网络10、以及AP 30和35的实施例对本发明进行了说明。本领域的技术人员将理解，例如对于任意数目的MU、AP、和/或多个无线网络10，本发明也可成功实现。相应地，可对这些实施例作出各种修改和变化而不会背离如在所附权利要求中所阐述的本发明的最宽泛的精神实质和范围。说明书和附图相应地应从说明性而不是限制性的意义上来理解。

Claims (17)

1.一种系统，包括：
无线接入点(“AP”)；以及
多个移动单元(“MU”)，所述MU中每一个包括无线换能器，
其中所述MU中的至少两个根据预定参数被分组为群集，所述群集包括头领MU和至少一个成员MU，以及
所述至少一个成员MU与所述AP之间的通信经由所述头领MU来进行。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定参数包括所述MU的位置、所述MU的电池水平、所述MU的硬件配置以及所述MU的内部负荷中的至少一个。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述头领MU是根据另外的预定参数从所述至少两个MU中选出的，所述另外的参数包括所述至少两个MU的位置、所述至少两个MU的电池水平、所述至少两个MU的硬件配置以及所述至少两个MU的内部负荷中的至少一个。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述头领MU的选择根据所述另外的参数的预定改变而改变。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述群集根据所述参数的预定改变而改变。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述群集被进一步细分为至少两个子群集，其中每个子群集包括子群集头领和至少一个子群集成员，所述子群集成员经由所述子群集头领与所述群集头领通信。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MU中的至少两个另外的MU根据所述预定参数被分组为另外的群集，所述另外的群集包括另外的头领MU和至少一个另外的成员MU，并且所述至少一个另外的成员MU和所述AP之间的通信经由所述另外的头领MU来进行。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述头领MU和所述成员MU之间的第一通信与所述另外的头领MU和所述另外的成员MU之间的第二通信是同时进行的。
9.一种方法，包括以下步骤：
根据预定参数将多个移动单元(“MU”)中的至少两个MU分组为群集，所述群集包括头领MU和至少一个成员MU；
根据另外的预定参数从所述至少两个MU中选择所述头领MU；以及
经由所述头领MU在所述至少一个成员MU与无线接入点之间进行无线通信。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定参数包括所述MU的位置、所述MU的电池水平、所述MU的硬件配置以及所述MU的内部负荷中的至少一个。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述另外的预定参数包括所述至少两个MU的位置、所述至少两个MU的电池水平、所述至少两个MU的硬件配置以及所述至少两个MU的内部负荷中的至少一个。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述另外的参数有预定改变时重复所述选择步骤。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述参数有预定改变时重复所述分组步骤。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将所述群集细分为至少两个子群集，其中每个子群集包括子群集头领和至少一个子群集成员，
其中所述子群集成员经由所述子群集头领与所述群集头领通信。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
根据所述预定参数将所述MU中的至少另外的MU分组为另外的群集，所述另外的群集包括另外的头领MU和至少一个另外的成员MU；
根据所述另外的参数从所述至少两个MU中选择所述另外的头领MU；以及
经由所述另外的头领MU在所述至少一个另外的成员MU与所述接入点之间通信。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述头领MU和所述成员MU之间的第一通信与所述另外的头领MU和所述另外的成员MU之间的第二通信是同时进行的。
17.一种方法，包括以下步骤：
确定多个计算设备中每一个的位置，所述设备中的每一个包括无线换能器；
根据所述设备的位置选择所述设备中的至少两个设备；
创建所述至少两个设备的群集，所述群集包括头领设备和至少一个成员设备；
将所述至少两个设备中的一个指定为所述头领设备，
其中所述至少一个成员设备的无线通信经由所述群集头领来进行的。
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