CN102164386A - 自组网络的网络节点及在自组网络中提供应用服务的方法 - Google Patents

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R-T·京德尔
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Abstract

本发明涉及一种自组网络的网络节点(Ni)，自组网络包含大量同类网络节点(Nj)，网络节点通过无线连接(2)为彼此提供应用服务(Sn)，网络节点(Ni)生成列出其它网络节点(Nj)为该网络节点(Ni)提供的所有应用服务(Sn)及相应的质量等级(QECin)的列表(LASTi)，并将该列表(LASTi)提供给其它网络节点(Nj)作为由该网络节点(Ni)以该质量等级(QECin)提供的应用服务(Sn)的列表，质量等级(QECin)至少取决于提供应用服务(Sn)所经由的连续的网络节点的数量及由最后的网络节点给出的质量等级(QECjn)。本发明还涉及一种在自组网络中提供应用服务的方法。

Description

自组网络的网络节点及在自组网络中提供应用服务的方法
技术领域
本发明涉及一种自组(Ad-hoc)网络的网络节点，该自组网络包含大量同类的网络节点，这些网络节点通过无线连接为彼此提供应用服务。本发明还涉及一种用于在自组网络中提供应用服务的方法，该自组网络的网络节点通过无线连接为彼此提供应用服务。
背景技术
无线自组网络—即由一组自发汇聚的成员(网络节点)构成并且由于网络节点的运动和更换而通常是高度动态的网络—是一个新生的研究领域，其应用和推广与日俱增。本发明尤其涉及在所谓的“车载自组网络”(VANETs)中使用自组网络技术来进行汽车的网络连接。
对于VANETs已经提出过很多的路由算法，用于为数据包找到从一个网络节点到另一个网络节点的尽可能好的路径。然而，用于VANET网络图建模的公知的路由算法不适于提供令人满意的网络范围的应用服务交换(Applikationsdienstevermittlung)。本发明的任务在于满足这一需求。
发明内容
在第一个方面，本发明为此目的提供了开头所述类型的一种网络节点，这种网络节点的特点在于，该网络节点生成一个列表列出其它网络节点为该网络节点提供的所有应用服务及相应的质量等级，并将该列表提供给其它网络节点作为由该网络节点以该质量等级提供的应用服务的列表，其中所述质量等级至少取决于连续的网络节点的数量以及由这些网络节点中最后一个网络节点给出的质量等级，其中该 应用服务经由所述连续的网络节点而被提供。
采用这种方式在每个网络节点中以该网络节点可用的所有应用服务及其各自的服务质量的所述列表的形式形成本地的应用概览，所述列表在此也被称为“本地可用服务列表”(Local Available ServiceTable：LAST)。网络节点的LAST列表—类似递归地—由能被该网络节点接收的邻近节点的LAST列表组成，而所述邻近节点的LAST列表又是由它们的邻近节点的LAST列表组成，如此类推。因此，LAST列表可以由每一个网络节点本地地并且自主地生成但却描述在整个自组网络中当前可用的所有应用服务的完整的概况，而为此并不需要中央的分配机制或概观机制或特定的路由或路径寻找算法。
优选地，所述质量等级还取决于最后的无线连接的连接质量，其中通过该无线连接提供应用服务，其中连接质量又尤其优选地取决于无线连接的带宽、等待时间和/或运动矢量。由此也可以考虑高度动态和高度机动的网络拓扑。
根据本发明的一个优选的实施方式，网络节点还包含预订的应用服务的列表，针对预订的应用服务检查对其提供的应用服务的LAST列表并在一致的情况下通知网络节点中的应用。由此可以检测进入到某一服务覆盖区域并且例如自动开始相应的应用。
优选地，所提供应用服务的列表对于每个应用服务还包括接入权限等级，例如根据费用负担或用户组划分该接入权限等级。
根据本发明的网络节点尤其适合于车载自组网络(VANETs)，在这种情况下，网络节点是车载单元(OBU)，如其目前例如应用于根据DSRC、WAVE或GPS/GSM标准的无线收费系统那样。
在第二个方面，本发明提供了一种用于在自组网络中提供应用服务的方法，该自组网络的网络节点通过无线连接为彼此提供应用服务，其特征在于包括以下步骤：
在网络节点中：制定一个列表列出其它网络节点为该网络节点提供的所有应用服务与相应的质量等级，并且将该列表提供给其它网络节点作为由该网络节点以该质量等级提供的应用服务的列表，
其中所述质量等级至少取决于连续的网络节点的数量以及由这些网络节点中最后一个网络接点给出的质量等级，其中应用服务经由所述连续的网络节点而被提供。
关于根据本发明的方法的其它特征和优点参考上述关于网络节点的实施。
附图说明
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步的介绍，其中：
图1示出了具有根据本发明的网络节点的车载自组网络的概览；
图2示出了图1所示网络的一部分的细节示意图；
图3示出了网络节点中LAST列表的结构；以及
图4以示意图示出了从网络节点到网络节点的质量等级及其变化。
具体实施方式
图1所示为自组网络1的一幅快照，该自组网络包括大量(这里为11个)网络节点N0、N1、...N10，这些网络节点彼此之间可以通过无线连接2进行通信。无线连接2的有效距离通常是有限的，因此网络节点Ni只与紧邻的网络节点直接地—即仅经由一个无线连接2(“单跳：single-hop”)—进行通信，然而与其它网络节点间接地—即经由多个连续的无线连接2或者中间的网络节点Ni(“多跳：multi-hop”)—进行通信。
无线连接2可以是现有技术中的任何一种类型，例如DSRC(专用短程通信)连接、移动无线连接或WLAN连接，尤其是根据WAVE(汽车环境中无线存取：Wireless Access in a Vehicle Environment)标准的连接。
在所示实施例中，网络节点Ni中有几个是随汽车一起运动的所谓的车载单元(OBUs)，其它的网络节点是例如固定的网络节点， 如示例性的无线收费站N8(收费路标)、冰雪告警设备N9或无线因特网接入点N10。任意其它类型的网络节点Ni都是可能的，例如用于门票、停车券、城市收费票据等的无线自动售货机，通信终端、交通监控设备、移动接入点等等。
在所示实施例中，车载网络节点N0-N7在一条四车道的高速公路上运动，其中该高速公路的两条车道3、4驶向一个行驶方向而另两条车道5、6驶向另一个行驶方向。箭头7象征性地表示移动OBU网络节点N0-N7的当前的速度矢量(速度、方向)。
网络节点Ni通过无线连接2为彼此提供应用服务Sn，即不仅提供那些直接起源于相应的进行提供的网络节点的服务，参见例如网络节点N9的冰雪告警服务S1，还提供那些仅是通过网络节点进一步传递的服务，如OBU网络节点N0-N7主要是这种情况。通过同样的方式，为网络节点Ni提供的应用服务Sn不仅可以由该网络节点自身使用—例如由在该网络节点Ni上运行的软件应用使用，而且还可以被该网络节点继续进一步传递给其它网络节点。
为了所述目的，每个网络节点Ni生成列表LASTi，该列表列出其他(通过无线连接2能接收的)网络节点Ni为其提供的应用服务Sn。现在参照图2至4对该列表LASTi作进一步介绍。
图2从网络节点N0的角度显示了图1所示的自组网络的一个简化的部分，该网络节点N0基于与其直接相邻的网络节点N1、N2、N4、N5、N6和N8的直接无线连接2生成其LAST列表LAST0。网络节点N1、N2、N4、N5、N6和N8又具有各自的—从其本地的角度生成的—列表LASTi。一般而言，列表LASTi分别由能接收的网络节点Ni的列表类似“递归地”生成。
每个列表LASTi对于网络节点Ni能使用的每个应用服务Sn都包含该应用服务Sn的质量等级QECin(QEC：质量评估等级)。质量等级QECin由连续的无线连接2或网络节点Ni的数量、以及由最后的网络节点Nj在其列表LASTj中给出的质量等级QECjn组成，其中应用服务Sn经由所述连续的无线连接2或网络节点Ni提供(“跳： hops”)；以及优选地还包括最后的无线连接2的连接质量Qij，其中最后的网络节点Nj经由该最后的无线连接2为网络节点Ni提供应用服务Sn。
一个例子：由网络节点N9在其列表LAST9中作为具有例如为“0”(代表“零跳(Zero Hop)”、高可用性和高带宽)的最优质量等级QEC91的服务S1而提供的服务“冰雪告警”将在经由连接质量为Q39的无线连接2传输后在下一个网络节点N3的列表LAST3中被归入为“1”的较差质量等级QEC31，其中为“1”的质量等级例如代表“单跳(SingleHop)”，高可用性以及稍微减小的、例如由无线连接2的连接质量Q39决定的90％的带宽。
在朝向网络节点N0的传播路径上的下一个网络节点N1又基于邻近网络节点的LAST列表(其中包括网络节点N3的列表LAST3)构造其列表LAST1，并且在考虑到现在已经存在两跳以及考虑到从网络节点N3到网络节点N1的连接质量Q13的情况下，重新为冰雪告警服务S1计算质量等级QEC11。此外，网络节点N0以同样的方式又由列表LAST1的数据通过将跳数加1、考虑连接质量Q01并重新将冰雪告警服务S1的服务质量归类到为“3”的质量等级QEC01从而生成其列表LAST0，其中“3”代表“三跳(Triple Hop)”、高可用性和例如60％的带宽。
如果在一个网络节点Ni中(例如在网络节点N0中)，同一个服务(例如网络节点N9的冰雪告警服务S1)在自组网络1中能够经由不同的路径获得，例如这里经由N9-N3-N2-N0、N9-N3-N1-N0、N9-N3-N8-N0等等，那么这些不同的可能性可以作为各自具有相应的质量等级QECin的不同的服务条目被录入列表LASTi中，或者可以只分别将具有最优质量等级QECin的条目保存在列表LASTi中，这导致隐含的最优路径搜索。
无线连接2的连接质量Qij可以取决于多个参数，例如带宽和/或无线连接2的等待时间和/或应用服务Sn自身的等待时间(如果该应用服务例如是处理服务的话)，优选地，网络节点可以自己确定这 些参数。连接质量Qij优选地还可以考虑各无线连接2的伙伴的运动矢量7：因此例如可以考虑：根据其矢量7预计只是短暂相遇的网络节点(例如参见图1中相对网络节点N4运动的网络节点N6或者超过网络节点N5的网络节点N4)对于经由该网络节点提供的应用服务而产生的质量等级要低于其它动态性更小的无线连接2，例如在两个差不多同样速度朝同一方向运动的网络节点之间的无线连接。
下表1显示了质量等级QEC的几个例子，其中质量等级可以基于无线连接或参与的网络节点的数量、带宽、等待时间和/或方向矢量，以及/或者服务提供者的可用性等级而确定。
表1
  QEC＝1   单跳，可用性概率100％
  QEC＝2   单跳，可用性概率90％(例如100kbit/s长达30秒)
  QEC＝3   三跳，可用性概率80％
  QEC＝4   双跳，可用性概率60％
如图4所示，在网络节点Ni或Nj的列表LASTi中列出的应用服务Sn的质量等级QECin或QECjn也可以被看作在多维空间9中的由各个参数(如跳数、带宽、可用性等)界定(aufspannen)的受限(abgegrenzt)区域8或8’。这些参数中一个或多个发生改变—如例如在将应用服务Sn从一个网络节点Nj继续传播到另一个网络节点Ni时所出现的那样—可能因此在下一个网络节点Ni的列表LASTi中导致归类于与之前区域(8)不同的区域8’中，并且由此导致与之前等级(QECjn)不同的质量等级QECin。
除了质量等级QEC之外，列表LASTi对于每个应用服务Sn还可以包含服务等级SC，见图3和下表2：
表2
  SID＝0   安全告警服务车
  SID＝1   安全告警服务基础设施
  SID＝2   传感器服务车
  SID＝3   传感器服务基础设施
  SID＝4   服务点
  SID＝5   基础设施收费点服务
  SID＝6   基础设施收费信息点服务
服务等级SC可以例如由网络节点Ni或其应用使用，以便“预订”某一服务等级SC的应用服务Sn。这样，当某一服务等级SC的应用服务Sn可用时，网络节点Ni上的软件应用例如可以被自动地通知；当然特定的应用服务Sn也可以直接根据其名称(服务名称，SN)在网络节点Ni中被预订。
列表LASTi对于每个应用服务Sn还可以包含接入权限等级(接入等级)AC，见图3和下表3：
表3
  AC＝1   任何人都能自由接入
  AC＝2   安全用户，要求证书，固定费用
  AC＝3   方便用户，要求证书
  AC＝4   收费服务提供者，要求证书
  AC＝5   路旁告警服务提供者，无证书
接入权限等级AC可以由网络节点Ni或者其软件应用使用，以便检查对某一应用服务的接入权限。
对于对提供给网络节点Ni的应用服务Sn的使用要求，可以实现网络范围的证书系统。为此，网络节点Ni—或在其上运行的应用—可以相对于所要求的应用服务Sn例如借助于相应的公钥/私钥证书进行验证，如现有技术中公知的那样。其中还可能的是使用有时间限制 的证书，因此由网络节点连同有时间限制的证书一起发送给应用服务提供者的应用服务要求可以被认证并且以时间控制的和/或时间检验的方式而被执行。
本发明并不限制于所示的实施方式，而是包含落在所附权利要求范围内的所有变形和修改。

Claims (10)

1.一种自组网络的网络节点，所述自组网络包含多个同类的网络节点，这些网络节点通过无线连接为彼此提供应用服务，其特征在于，网络节点(Ni)生成列出其它网络节点(Nj)为该网络节点(Ni)提供的所有应用服务(Sn)及相应的质量等级(QECin)的列表(LASTi)，并将该列表(LASTi)提供给其它网络节点(Nj)作为由该网络节点(Ni)以该质量等级(QECin)提供的应用服务(Sn)的列表，其中所述质量等级(QECin)至少取决于提供相应应用服务(Sn)所经由的连续的网络节点的数量以及由这些连续的网络节点中最后一个网络节点给出的质量等级(QECjn)。
2.如权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述质量等级(QECin)还取决于提供相应应用服务(Sn)所经由的最后一个无线连接(2)的连接质量(Qij)。
3.如权利要求2所述的网络节点，其特征在于，所述连接质量(Qij)取决于无线连接(2)的带宽和/或等待时间。
4.如权利要求2或3所述的网络节点，其特征在于，所述连接质量(Qij)取决于无线连接(2)的运动矢量(7)。
5.如权利要求1至4之一所述的网络节点，其特征在于，所述网络节点还包含所预订的应用服务的列表，并且将被提供的应用服务(Sn)的列表(LASTi)针对所预订的应用服务进行检查并在一致的情况下通知网络节点(Ni)中的应用。
6.如权利要求1至5之一所述的网络节点，其特征在于，被提供的应用服务(Sn)的列表(LASTi)对于每个应用服务(Sn)还包括接入权限等级(AC)。
7.如权利要求1至6之一所述的网络节点，用于车载自组网络，其特征在于，所述网络节点为车载单元(N0-N7)。
8.一种用于在自组网络(1)中提供应用服务的方法，该自组网络的网络节点(Ni)通过无线连接(2)为彼此提供应用服务(Sn)，其特征在于包括以下步骤：
在网络节点(Ni)中：制定列出其它网络节点(Nj)为该网络节点(Ni)提供的所有应用服务(Sn)及相应的质量等级(QECin)的列表(LASTi)，并且将所述列表(LASTi)提供给其它网络节点(Nj)作为由该网络节点(Ni)以该质量等级(QECin)提供的应用服务(Sn)的列表，
其中所述质量等级(QECin)至少取决于提供相应应用服务(Sn)所经由的连续的网络节点的数量以及这些连续的网络节点中最后一个网络节点给出的质量等级(QECin)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述质量等级(QECin)还取决于提供相应应用服务(Sn)所经由的最后一个无线连接(2)的连接质量(Qij)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述连接质量(Qij)取决于无线连接(2)的带宽、等待时间和/或运动矢量(7)。
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