CN108476417B - 用于管理邻居表的方法和适用于管理邻居表的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在通信设备中管理邻居表的方法，该方法包括以下步骤：通信设备维持包括与相应的相邻节点相对应的多个相邻表条目的邻居表，其中相应的相邻节点是在通信设备的直接通信范围中的通信节点，所述维持包括：依据邻居表容量已达到阈值的确定，基于新的相邻节点是通信伙伴的确定，利用与新的相邻节点相对应的新的邻居表条目来替换邻居表中与相邻节点相对应的邻居表条目，其中如果至少一个以下条件被满足，则通信节点被定义为通信伙伴：条件a包括通信伙伴作为源地址的消息已被通信设备接收，或条件b包括通信伙伴作为目的地址的消息已被通信设备传送，其中相邻节点或不是通信设备的通信伙伴或是通信伙伴，其中在通信设备与相邻节点之间的链路质量低于在通信设备与新的相邻节点之间的链路质量。

Description

用于管理邻居表的方法和适用于管理邻居表的通信设备

技术领域

本发明涉及通信网络以及例如包括形成网络的通信节点的多个通信设备的无线通信网络，在示例中，照明网络。

背景技术

随着例如用于建筑物的无线照明的当前趋势，网络中通信节点的数量增加，并且例如在单个楼层上具有超过500的照明器并不少见。这种趋势导致非常密集的网络。此外，现代无线电芯片的传输范围是相当令人满意的。例如，对于典型的办公室室内环境来说，具有大约20-30米的传输范围的无线电芯片并不少见。

利用这样的传输范围，这样的通信网络能够被表征为密集的电气安装，这是因为典型地具有每2-4米安装的照明器。结果，在一些网络中，通信设备能够容易听到在一个传输范围内100+其他的通信节点。

为了优化通信和数据消息的路由选择(routing)，通信设备应该跟踪(keep trackof)邻居表(NBT)中它能够与之直接通信的通信节点。这个邻居表包括多个邻居表条目，其中每一个邻居表条目分别对应于相邻节点。相邻节点是能够被所考虑的通信设备在单个通信跳跃(hop)内到达的通信节点。

然而，为了保持通信设备的低成本，其无线电单元典型地是资源受限的，并且尤其存储器受到限制。因此，在通信设备附近的所有通信节点的邻居表中存储穷举列表并不是一种选择。典型地，应该被并入邻居表中的节点能够以通信设备与相邻节点之间的链路质量为基础。然而，这从通信和网络吞吐量观点来看可能是次优的。实际上，如果只有展现出最佳链路质量的相邻节点被包括在邻居表中，则这些节点典型地将是更靠近的通信节点，并且这将导致更短的跳跃以及对于所考虑的路由而言更高的跳跃计数。

发明内容

本发明的目的是缓解上述问题。

本发明的另一目的是提议优化邻居表的内容以便在通信网络中允许更有效的路由选择的方法。

为此，根据本发明的第一方面，提议一种在通信设备中管理邻居表的方法，该方法包括以下步骤：

通信设备维持(maintain)包括与相应的相邻节点相对应的多个相邻表条目的邻居表，其中相应的相邻节点是在通信设备的直接通信范围中的通信节点，

所述维持包括：依据邻居表容量已达到阈值的确定，基于新的相邻节点是通信伙伴的确定，利用与新的相邻节点相对应的新的邻居表条目来替换邻居表中与相邻节点相对应的邻居表条目，其中如果至少一个以下条件被满足，则通信节点被定义为通信伙伴：

条件a 包括通信伙伴作为源地址的消息已被通信设备接收，或者

条件b 包括通信伙伴作为目的地址的消息已被通信设备传送，

其中相邻节点或不是通信设备的通信伙伴或是通信伙伴，其中在通信设备与相邻节点之间的链路质量低于在通信设备与新的相邻节点之间的链路质量。

因而，邻居表的内容针对通信进行优化。与通信设备的通信伙伴相对应的邻居表条目具有比其他的邻居表条目更高的优先级，这允许基于这个邻居表的消息的路由选择将优先具有单跳路由。在其中消息被从通信节点中继到通信节点的网络中，这因而减少网络中转发的数量，并从而减少系统的干扰。另外，由于数据消息的每一次转发具有被丢失的概率，通过减少转发的数量，这减少丢失分组的数量并需要较少的重发，从而再次参与干扰的减少。

如果邻居表条目与不是通信伙伴的通信节点相对应，或者如果只有通信伙伴在邻居表中被列出，并且如果与这个通信节点相关联的链路质量低于其他的通信伙伴的链路质量，则这个邻居表条目被移除或被替换。这使之能够仅保持最佳的通信伙伴（更可靠的），如果邻居表仅被填充通信伙伴的话。

实际上，在这个实施例中提议：在管理邻居表时，与通信伙伴相对应的邻居表条目具有比与其他的通信节点相对应的邻居表条目更高的优先级，与通信伙伴相对应的条目优先于单纯邻居通信节点的条目。

在能够与以前实施例相结合的本发明的第一方面的变体中，在通信设备与所述相邻节点之间的链路质量低于与邻居表的邻居表条目相对应并且不是通信节点的通信伙伴的所有相邻节点的链路质量。这允许通过在进行某邻居表条目替换时首先移除最低链路质量邻居表条目而仅维持与具有最佳链路质量的邻居通信节点相对应的邻居表条目。

在本发明的所有上面变体中，可能有益的是：在条件a中，所述消息包括通信设备作为目的地址，以及在条件b中，所述消息包括通信设备作为源地址。因而，通信伙伴的定义将被限制于单跳路由的实例，即，源节点与目的节点能够直接到达彼此。这使之能够进一步减少干扰，如上所解释的。

在本发明的示例中，源的源地址的含义能够在网络层上而非在数据链路层上进行查看。这使之能够区分消息的真实源（在网络层上）和非转发节点（或在数据链路层上的以前跳跃）。类似地，目的节点的目的地址的含义能够在网络层上而非在数据链路层上进行查看，以区分消息的最终目的地（在网络层上）和非路由上的下一转发器（或在数据链路层上的下一跳跃）。

在本发明的所有上面变体中，其中新的相邻节点通过配置而被定义为通信伙伴的进一步条件c可以包括在安装时的预配置或在利用网络控制器进行的网络操作期间的配置。这个预配置可以被实行，以便在操作期间通信伙伴不需要获悉：其识别符已被存储在通信设备中。随后，当通信设备发现通信伙伴在其附近时，它被自动添加至邻居表，从而在邻居表是满的情况下导致另一条目的替换。类似地，通信伙伴列表可以在操作期间在网络中进行分发。

在能够与以前示例相结合的本发明的第一方面的另一变体中，该方法进一步包括：确定期满的邻居表条目的有效期的期满，和删除所述期满的邻居表条目，除非所述期满的邻居表对应于通信伙伴。因而，例如对于一些时间未被使用（或者没有利用任何其他的处理被重新验证）的邻居表条目将被删除，如果它不是与通信伙伴相对应的条目的话。这使之能够在邻居表中释放一些空间，同时仍保留通信伙伴。

在以前变体中，通信设备可以在邻居表中利用指示通信伙伴是不可达的标志来保持通信伙伴的期满的邻居表条目。因而，与通信伙伴相对应但是对于一些时间一直未被使用的条目被维持在邻居表中。

在利用以前实施例的示例中，依据来自被标志为不可达的第一通信伙伴的输入消息的接收，通信设备通过移除所述标志来更新与第一通信伙伴相对应的邻居表条目的值，以便该邻居表条目被重新激活。因而，如果直接从通信伙伴接收到分组，则能够立即重新激活对应的邻居表条目。

在能够与上面详述的所有示例相结合的第一方面的另一变体中，维持依据使之能够确定与相邻节点的链路质量的控制消息的接收而发生。在这个示例中，可以由网络中的所有通信节点不时地发送控制消息，以使得其相应的相邻通信节点能够估计链路质量。因而，依据这样的控制消息的接收的根据这个实施例的通信设备可以检查是否与所接收的控制消息相对应的相邻通信节点是通信伙伴。如果是这样的话，它具有进入邻居表的较高优先级，可选地，替换某一其他条目，如果该表是满的话。

根据本发明的第二方面，提议一种通信设备，其包括：

存储器，其包括邻居表，该邻居表包括与相应的相邻节点相对应的多个相邻表条目，

发射机，用于传送消息至所述多个相邻节点，其中所述多个相邻节点是在通信设备的直接通信范围中的通信节点，

接收机，用于从所述多个相邻节点接收消息，

控制器，适于维持在存储器中存储的邻居表，包括：依据邻居表容量已达到阈值的确定，控制器适于基于新的相邻节点是通信伙伴的确定、利用与新的相邻节点相对应的新的邻居表条目来替换邻居表中与相邻节点相对应的邻居表条目，其中如果至少一个以下条件被满足，则通信节点被定义为通信伙伴：

条件a 包括通信伙伴作为源地址的消息已被通信节点接收，或者

条件b 包括通信伙伴作为目的地址的消息已被通信节点传送，

其中相邻节点或不是通信设备的通信伙伴或是通信伙伴，其中在通信设备与相邻节点之间的链路质量低于在通信设备与新的相邻节点之间的链路质量。

本发明的第一方面的所有变体同样适用于本发明的这个第二方面。

值得注意：本发明的第一方面可以利用计算机来实现，并因而，本发明的另一方面涉及包括指令集的计算机程序产品，其中这些指令适于当由处理单元执行时导致所述处理单元实行本发明的第一方面的方法。

本发明的这些和其他方面从下文描述的实施例中将是显然的并将参考这些实施例来阐述。

附图说明

现在将参考附图通过示例来更详细描述本发明，其中：

图1是根据本发明的实施例的通信网络的框图；

图2是根据本发明的实施例的通信设备的框图；

图3是表示根据本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及例如在图1所示的通信网络1中使用的通信设备。

在这个通信网络1中，形成通信节点10a-j的多个通信设备正在网络中通信。当通信节点10a需要将数据消息传送至没有在范围中的遥远通信节点10j时，该数据消息通过转发通信节点而被转发或被中继。例如，在自通信节点10a至通信节点10j的数据消息的情况中，该数据消息被通信节点10b中继，随后被通信节点10c中继，之后被通信节点10d中继，然后被通信节点10e中继，直至它到达通信节点10j。这些通信设备可以被用在致动器(actuator)中，例如，以控制照明网络中的照明器。因而，通信设备10a可以与开关11a（例如墙壁开关、存在传感器、光度检测器）相关联，以便发送被通信设备10j接收的命令来控制相关联的照明器11j。

为了协助这个路由选择，如图2所示；通信设备10包括：包括发射机21a和接收机21b的收发信机21，例如耦合到天线的RF单元，存储相应的邻居表以及对于收发信机的操作而言相关的配置数据的存储器22。如上所解释的，邻居表(NBT)被用于跟踪在通信设备的范围中的通信节点。这个邻居表包括多个邻居表条目，其中每一个邻居表条目分别对应于相邻节点。相邻节点是能够被所考虑的通信设备在单个通信跳跃内到达的通信节点。作为图1中的示例，通信节点10a在通信节点10b和10d的范围中，并且对应的条目被包括在其邻居表中。

如图2所示，通信设备10也包括控制器23，以便与存储器22相关联来操作收发信机21，例如，基于IEEE802.15.4的ZigBee^®模块。进一步，通信设备能够包括测量单元24来对控制消息实行一些测量，以估计与其他的通信节点的链路质量。

在本发明的实施例中，每一个通信设备跟踪例如在通信伙伴列表中其相应的“通信伙伴”。如上所述，这些通信伙伴能够被定义为通信设备从中接收分组或通信设备必须发送分组至其的通信节点。

在较早详述的图1的示例中，源地址是通信节点10a的地址，而目的地址是与通信节点10j相对应的地址。

如果碰巧这些“通信伙伴”之一也是邻居的话，它获得被并入邻居表中的优先权，在邻居表填满的情况下有可能替换不是通信伙伴的另一节点。

相反地，已在邻居表中的“通信伙伴”节点将不会利用不是通信伙伴的相邻节点来替换。

作为第一实施例的示例，将研究通信节点10d的实例。鉴于通信节点10d的范围100d，所有的通信节点10a-f能够进入与这个通信节点10d进行的直接通信。然而，在这个示例中，邻居表被限于四个条目。因此，如果通信节点10d不知道任何的通信伙伴，在这个示例中，只有具有最佳链路质量的四个通信节点被列在邻居表中，在这里，10a、10b、10c和10e。

链路质量在这个示例中在接收到允许通信（节点）10d测量某些特征例如RSSI的特殊控制消息时被估计。能够使用其他的特征，例如SIR、BER等等。相反地，通信节点10d可以以规则间隔发送某种类型的信标或心跳消息，其被所有的窃听(overhearing)通信节点例如利用其感知的链路质量的指示来应答。

因而，通信节点10d例如通过在ZigBee®中接收这个链路状态消息来以这种方式收集邻居信息。这些消息是控制消息。只要数据消息到达（例如命令消息），通信节点10d就检查是否始发者(originator)在邻居表中，而如果是的话，则它被标记为通信伙伴。类似地，当从本地较高层接收到将被发送出的数据分组时（例如当开关被致动时），针对邻居表中对应的邻居表条目的存在来检查目的地址。如果是的话，这个目的地也被标记为通信伙伴。当从邻居进一步接收到链路状态消息时，即使存在具有更好链路质量的邻居，也绝不从NBT中移除这些通信伙伴。

在我们的示例中，如果从通信节点10f始发的数据分组被接收，则通信节点10d确定通信节点10f是通信伙伴。在这个实施例的第一变体中，通信节点10d将通信节点10f添加至通信伙伴列表。随后，如果如上详述通信节点10d从通信节点10f接收到控制消息，则通信节点10d检查通信伙伴列表并且检索与通信节点10f相对应的条目。然后，通信节点10d决定将通信节点10f添加到然而是满的相邻列表中。因而，它必须利用这个条目来替换已存在的条目。在这个示范性的实施例中，通信节点10d将选择不是通信（节点）10d的通信伙伴并且具有与通信节点10b、10c和10e相比而言最低的链路质量的通信节点10a。在这个实施例的变体中，它能够考虑进一步的特征，如同每一个相邻通信节点的邻居的数量（以避免成为孤儿(orphaning)的类型）。

在这个实施例的另一变体中，通信节点10d窃听到以通信节点10d作为目的地址的来自通信节点10f的原始传输。在这种情况下，即使它没有接收到控制消息，通信节点10d也直接进行邻居表条目替换，如上所讨论的。这具有避免在每一个通信节点中保持通信伙伴表的益处。

在本发明的变体中，如果在邻居表中列出并且也是通信伙伴的相邻通信节点对于一些时间没有被听到，它并没有被简单地从邻居表中剔除，而是被标记为不可达。在那种情况下，需要被发送至那个节点的进一步消息需要经由正常的路由选择程序来行进，即，被中间通信节点转发。然而，如果数据消息被直接从它接收到，则它应该立即在邻居表中被重新激活而不必等待控制消息，例如链路状态消息。

在第二实施例中，节点的通信伙伴不是如上动态地被确定，而是在安装时间或稍后通过管理界面被编程到节点中。

在本发明的另一方面中，现在描述图3所示的方法。如上所解释的，在步骤S100，通信设备接收控制消息或数据消息。在步骤S101，通信（设备）检查是否这个消息涉及还没有在邻居表中的通信节点，例如：

接收到与还没有在邻居表中的新的相邻通信节点相对应的链路质量消息，或者

窃听到被寻址到这个通信设备并且从还没有在邻居表中的通信节点始发的数据消息。

如果该消息对应于邻居表的已存在条目，在步骤S102，通信设备更新邻居表（链路质量被更新，通信伙伴标志被更新，条目的老化可选地被重置）。

如果该消息对应于潜在的新条目，则通信设备在步骤S103检查是否邻居表是满的。如果在邻居表中具有足够的空间用于这个新条目，则通信设备在步骤S104将这个新条目添加到邻居表中。如果相反地在步骤S103确定邻居表是满的，则通信设备在步骤S105检查是否这个潜在的新条目对应于通信伙伴。如果不是这样的话，在步骤S106，仅仅基于链路质量（和/或其他的参数）并且与不对应于通信伙伴的其他条目相比来实行替换。如果通信设备在步骤S105确定这个潜在的新条目对应于通信伙伴，则在步骤S107，通信设备利用这个新条目来替换与不是通信伙伴的通信节点相对应的条目之一。优选地，这个被移除的条目对应于与邻居表的最低链路质量相对应的非通信伙伴条目。因而，通信伙伴条目在邻居表中具有较高的优先级。然而，如果邻居表的所有条目对应于通信伙伴，则也有可能：基于其他的标准，作为示例，基于自最近使用以来流逝的时间、使用的频率、链路质量，替换邻居表中的通信伙伴条目。

本发明的实施例对于大规模无线网络来说能够是有益的，其中如对于照明控制安装而言典型的只有少量的发送机/接收机组合：许多照明器发送至单个网关，或反之亦然，但是在这些照明器本身之间没有通信。

值得注意：本发明允许修改的ZigBee®堆栈仍然是与标准的ZigBee®设备向后兼容的。因此，与第三方ZigBee®设备的互操作性将不会受到危害。

虽然在这些图和前面的描述中举例说明和描述了本发明，但是这样的举例说明和描述将被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中通过研究这些图、公开内容和所附的权利要求书能够明白和实施针对所公开实施例的其他变化。在权利要求书中，词“包括”并不排除其他的元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不指示不能有利使用这些措施的组合。权利要求书中的任何参考符号不应被解释为限制该范畴。

Claims (11)

1.一种在通信设备中管理邻居表的方法，所述方法包括以下步骤：

所述通信设备维持包括与相应的相邻节点相对应的多个相邻表条目的邻居表，其中所述相应的相邻节点是在所述通信设备的直接通信范围中的通信节点，

所述维持包括：依据邻居表容量已达到阈值的确定，基于新的相邻节点是通信伙伴的确定，利用与新的相邻节点相对应的新的邻居表条目来替换所述邻居表中与相邻节点相对应的邻居表条目，其中如果至少一个以下条件被满足，则通信节点被定义为通信伙伴：

条件a：包括所述通信伙伴作为源地址的消息已被所述通信设备接收，或者

条件b：包括所述通信伙伴作为目的地址的消息已被所述通信设备传送，

其中所述相邻节点或不是所述通信设备的通信伙伴或是通信伙伴，其中在所述通信设备与所述相邻节点之间的链路质量低于在所述通信设备与所述新的相邻节点之间的链路质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中如果以下条件c被满足：所述新的相邻节点通过配置而被定义为通信伙伴，则所述新的相邻节点进一步被定义为通信伙伴。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在条件a中，所述消息包括所述通信设备作为目的地址，以及在条件b中，所述消息包括所述通信设备作为源地址。

4.根据权利要求2所述的方法，其中条件c包括在安装时的预配置或在利用网络控制器进行的网络操作期间的配置。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定邻居表条目的有效期期满，并且删除具有期满有效期的所述邻居表条目，除非所述邻居表对应于通信伙伴。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述通信设备利用指示通信伙伴是不可达的标志在所述邻居表中保持具有通信伙伴的期满有效期的邻居表条目。

7.根据权利要求6所述的方法，其中依据来自被标志为不可达的第一通信伙伴的输入消息的接收，所述通信设备通过移除所述标志来更新与第一通信伙伴相对应的邻居表条目的值，以便所述邻居表条目被重新激活。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述维持依据使之能够确定与相邻节点的链路质量的控制消息的接收而发生。

9.一种通信设备，其包括：

存储器，其包括邻居表，所述邻居表包括与相应的相邻节点相对应的多个相邻表条目，

发射机，用于传送消息至所述多个相邻节点，其中所述多个相邻节点是在所述通信设备的直接通信范围中的通信节点，

接收机，用于从所述多个相邻节点接收消息，

控制器，适于维持在所述存储器中存储的邻居表，其中依据邻居表容量已达到阈值的确定，所述控制器适于基于新的相邻节点是通信伙伴的确定、利用与新的相邻节点相对应的新的邻居表条目来替换所述邻居表中与相邻节点相对应的邻居表条目，其中如果至少一个以下条件被满足，则通信节点被定义为通信伙伴：

条件a：包括所述通信伙伴作为源地址的消息已被所述通信设备接收，或者

条件b：包括所述通信伙伴作为目的地址的消息已被所述通信设备传送，

其中所述相邻节点或不是所述通信设备的通信伙伴或是通信伙伴，其中在所述通信设备与所述相邻节点之间的链路质量低于在所述通信设备与所述新的相邻节点之间的链路质量。

10.根据权利要求9所述的通信设备，其中如果所述新的相邻节点通过配置而被定义为通信伙伴，则所述新的相邻节点进一步被定义为通信伙伴。

11.一种存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序包括指令集，所述指令适于当由被包括在通信设备中的处理单元执行时导致所述通信设备实行权利要求1的方法。

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