CN1227922C - 特设网络的重新配置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括多个终端的一个网络，至少提供一个终端用于存储在至少部分终端之间在预定的距离测量的一定的业务量比率。至少提供一个终端，基于存储的业务量比率确定网络控制器的功能是否需要从一个终端变化到另一个终端。

Description

特设网络的重新配置
技术领域
本发明涉及包括多个终端的特设网络。这样的特设网络是自组织的，并且例如可以包括多个子网。
背景技术
文件“J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du：Central Controller HandoverProcedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networks and Clusteringwith Quality of Service Guarantees(ETSI-BRAN HIPERLAN/2特设网络中央控制器切换过程和具有服务质量保证的分群组)，关于移动的特设网络及计算的第一IEEE年度工作组，2000年8月11日”讨论包括多个终端的一个特设网络。至少提供一个终端作为控制该特设网络的控制器。在某种情况下，可能需要另一个终端变成控制器。为了确定新的控制器，特别建议LDV和ICT方法。利用LDV方法(LDV＝最小的距离值)，每个终端计算到它的相应邻近终端的距离之和，并将这个和除以邻近终端的数量。具有最小值的终端变成新的控制器。利用ICT方法(ICT＝最高的分组中的业务)，选择具有与相邻的终端最高的业务的终端作为该控制器。
发明内容
本发明的目的是提供一个无线网络，它具有以简单的方式寻找具有控制功能的终端(控制器)的措施。
该目的是由在开始的段落通过下面措施定义的类型的网络实现的：
该无线网络包括多个终端，其中至少提供一个终端，基于存储的业务量比率确定网络控制器的功能是否需要从一个终端变化到另一个终端，其特征在于：至少提供一个终端用于存储在预定义的距离上测量的至少部分终端之间的业务量比率，测量两个终端之间的业务量比率，也就是测量两个终端的接收信号的强度或测量两个终端的有用的数据业务量，并且至少提供一个终端，基于存储的业务量比率确定网络控制器的功能是否需要从一个终端变化到另一个终端，至少称为控制器的终端具有用于以矩阵的形式存储至少部分终端之间的业务量比率的网络控制器的功能，提供所述控制器用于广播存储的矩阵给所有的终端，并且提供一个终端，用于根据该矩阵确定它是否接管所述控制器的功能。
根据本发明，以预定间隔存储该网络的一个或者多个终端中测量的业务量比率。它们例如可以是接收信号强度的测量或者从一个终端到另一个终端的用户数据业务量的测量。另一种可能是至少提供称为控制器的终端用于以矩阵的形式存储至少部分终端之间的业务量比率，该终端具有网络控制器的功能。在这是根据存储业务量比率或者该矩阵确定时，终端的网络控制器功能的变化(即控制器功能的变化)可能是必需的。如果所存储的矩阵被广播到这些终端，则这个决定可以由当前的控制器或者任何终端进行。
控制器变化的准则可以是终端到它的相邻的终端的所有的接收的信号强度除以相邻的终端的数量所得的结果值。具有最小值的终端则接管控制器的功能。另外的准则可以是终端和相邻的终端的有用的数据业务量总和的结果值。具有最高值的终端则变成控制器。
该网络也可以包括多个子网，每个子网具有称为控制器的终端，并且执行子网的网络控制器的相应功能。这些子网通过桥接终端交换消息和数据。子网中的至少一个终端被用于存储相应的子网的业务量比率和其它子网的业务量比率。当业务量比率变化时，该子网可以适当地接收其它控制器，因此也接收其它分配的终端。
在该网络中发送的数据例如可以根据分组传输方法产生。在已经添加附加信息的分组可以通过无线媒介作为整个分组或者作为子分组发送。无线传输被理解为无线电、红外线或者超外壳(ultrashell)传输等等。因为可以使用分组传输方法，例如异步转移模式(ATM)，它产生被称作信元的固定长度的分组。
参见以下描述的实施例来阐明本发明的这些和其它方面。
附图说明
在附图中：
图1表示包括三个子网的一个特设网络，每个子网包含用于无线电传输的终端，
图2表示图1中表示的局域网的一个终端，
图3表示图2中表示的终端的无线电设备，
图4表示提供作为两个子网之间连接的桥接终端的一个实施例，
图5表示两个子网的MAC帧和桥接终端的MAC帧结构，和
图6表示在不同的终端之间接收的信号强度的矩阵。
具体实施方式
在下面表示的实施例的例子涉及特设网络，与传统网络相比，该特设网络是自组织的。在这样一个特设网络中的每个终端可能接入到一个固定网络并且可能立即被使用。特设网络特征在于其结构和用户的数量不被固定在预定义极限值内。例如，用户的通信设备可以从该网络移走或者包括在其中。与传统的移动无线电网络相反，特设网络不限制于固定安装的基础结构。
特设网络区域的规模通常是比一个终端的传输范围大很多。因此两个终端之间的通信可能要求另外的终端接通，以使这些消息或者数据可以在两个通信终端之间发送。这样的特设网络称为多跳特设网络，其中在一个终端上传送消息和数据是必需的。特设网络的可能的结构包括有规则地形成子网或者分群。特设网络的子网例如可以由经过坐在桌子边的用户的无线电路径连接的终端形成的。这样的终端例如可以是用于消息、图象等等的无线交换的通信设备。
可以有两种类型的特设网络。它们是分散的和集中的特设网络。在分散的特设网络中，终端之间的通信是分散的，那就是说每个终端可以直接地与任何另一终端通信，只要该终端是位于另一终端的传输范围内。分散的特设网络的优点是它的简单和对差错的鲁棒性。在集中的特设网络中，一定的功能，例如一个终端到无线电传送媒介的多个接入功能(媒体访问控制＝MAC)是由每个子网一个特定的终端控制的。这个终端称为中央终端或者中央控制器(CC)。这些功能不需要总是由相同的终端实现，而是可以由担当中央控制器的终端移交给另一个终端，然后该另一个终端担当中央控制器。集中的特设网络的优点是：在这个网络中关于服务质量(QoS)协议以简单的方式是可能的。对于集中的特设网络的例子是根据HiperLAN/2家庭环境扩展(HEE)(比较J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du：Central Controller Handover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2Ad Hoc Networks and Clustering with Quality of Service Guarantees(ETSI-BRAN HIPERLAN/2特设网络中央控制器切换过程和具有服务质量保证的分群组)，关于移动的特设网络及计算的第一IEEE年度工作组，2000年8月11日)组织的。
图1表示具有三个子网1至3的特设网络实施例的一个例子，每个子网包含多个终端4至16。子网1的组成部分是终端4至9，子网2的组成部分是终端4和10至12，而子网3的组成部分是终端5和13至16。在一个子网中，属于一个相应的子网的终端通过无线电路径交换数据。图1中表示的椭圆指示子网1(1至3)的无线电覆盖区，其中很大程度上没有问题的无线电传送在属于该子网的终端之间是可能的。
终端4和5被称作桥接终端，因为它们允许分别在两个子网1和2或者1和3之间交换数据。桥接终端4被用于子网1和2之间的数据业务量，而桥接终端5用于子网1和3之间的数据业务量。
图1表示的局域网的终端4至16可以是移动的或者固定的通信设备，并且如图2中表示的，例如包括至少一个站17、一个连接控制器18和具有天线20的一个无线电设备19。站17例如可以是便携计算机、电话机等等。
正如在图3中表示的，终端6至16的无线电设备19除了天线外，还包括一个高频电路21、一个调制解调器22和一个协议设备23。协议设备23从连接控制器18收到的数据流中形成分组单元。分组单元包含数据流部分和由协议设备23形成的附加控制信息。协议设备使用LLC层(LLC＝逻辑链路控制)和MAC层(MAC＝媒体访问控制)协议。MAC层控制终端到无线电传送媒体的多个存取，并且LLC层实现流量和差错控制。
正如上面所观察的，在集中的特设网络中的一个子网1到3中，一个特定的终端负责控制和管理功能，并且称为中央控制器。此外该控制器作为在相关子网中的一个标准终端工作。该控制器例如负责在该子网中工作的终端的登记、在无线电传送媒体中的至少两个终端之间连接的建立、资源管理和在无线电传送媒介中的访问控制。例如，在登记和传输请求通知之后，子网的终端由该控制器分配用于数据(分组单元))的传输容量。
在特设网络中，根据TDMA、FDMA或者CDMA方法(TDMA＝时分多址，FDMA＝频分多址，CDMA＝码分多址)，数据可以在各终端之间交换。这些方法也可以组合。分配给局域网的每个子网1至3许多指定的信道，称为信道群。信道由频率范围、时间范围和例如在CDMA方法中由扩频码确定。例如，每个子网1至3可以具有一定的、可用于数据交换的各自不同的频率范围，其范围具有一个载频fi。在这样的频率范围中，例如利用TDMA方法可以发送数据。然后子网1可以分配载频f1，子网2分配载频f2和子网3分配载频f3。一方面，桥接终端4工作在载频f1，以便执行与子网1的其它终端交换数据，另一方面，工作在载频f2，以便执行与子网2的其它终端交换数据。第二桥接终端5包含在局域网中，其桥接终端5在子网1和3之间发送数据，工作在载频f1和f3。
正如在上面观察到的，中央控制器例如具有接入控制器的功能。这意味着中央控制器负责形成MAC层(MAC帧)的帧。为此使用TDMA方法。这样的MAC帧具有用于控制信息和有用数据的不同信道。
桥接终端实施例的一个例子的方块图表示在图4中。这个桥接终端的无线电转换装置包括一个协议设备24、一个调制解调器25和具有天线27的一个高频电路26。协议设备24连接一个无线电转换装置28，它另外连接到一个连接控制器29和一个缓冲设备30。在这个实施例中，缓冲设备30包含一个存储单元并且用于缓存数据和作为FIFO模块(先进先出)实现，即，该数据是以它们写入的顺序而被读出的。图4表示的终端也可以作为一个标准终端工作。这些站在图4中没有表示，但是连接到连接控制器29，然后通过连接控制器29提供数据给无线电转换装置28。
图4中表示的桥接终端交替地与第一和第二子网同步。同步理解为意味着集成一个终端与用于交换数据的子网的整个过程。如果桥接终端是与第一子网同步，它可以与这个第一子网的所有终端和控制器交换数据。如果连接控制器29提供数据给无线电转换设备28，其数据的目的地是第一子网的一个终端或者控制器，或者可以通过第一子网达到的另一个子网的一个终端或者控制器，则该无线电转换装置直接地传递这些数据给协议设备24。在协议设备24中缓存这些数据，直到达到控制器预定用于传输的时隙。如果来自连接控制器29的数据要发送给第二子网的一个终端或者控制器，或者通过第二子网要达到的另一个子网，则该无线电传输被延迟，直到桥接终端与第二子网同步的时隙。为此目的，该无线电转换设备将其目的地在第二子网中、或者它的目的地可以通过第二子网达到的数据传送给缓存设备30，缓存设备30缓冲该数据直到桥接终端与第二子网同步为止。
如果来自第一子网的一个终端或者控制器的数据由桥接终端接收，并且它们的目的地是第二子网的一个终端或者控制器或者是通过第二子网到达的另一个子网的一个终端或者控制器，则这些数据存储在缓冲设备30中，直到与第二子网同步。其目的地是该桥接终端的一个站的数据通过无线电转换设备28直接地传递给连接控制器29，然后控制器引导接收的数据给期望站。目的地既不是桥接终端的一个站又不是第二子网的一个终端或者控制器的数据例如发送给另外的桥接终端。
在桥接终端的同步从第一子网变化到第二子网之后，再一次以它们写入的顺序从缓冲设备30中读出位于缓冲设备30中的数据。随后，在桥接终端与第二子网同步的时间期间，目的地是第二子网或者通过第二子网到达的另一个子网的一个终端或者控制器的所有数据立即通过无线电转换设备28传递给协议设备24，而仅仅目的地是第一子网或者通过第一子网到达的另一个子网的一个终端或者控制器的数据存储在缓冲设备30中。
两个子网SN1和SN2的MAC帧通常不同步。因此，在转换时间Ts期间，而且在等待时间Tw期间，桥接终端BT不仅仅连接到子网SN1或者SN2。这可以从图5获悉，它表示子网SN1和SN2的MAC帧序列以及桥接终端BT的MAC帧结构。转换时间Ts是桥接终端能够与子网同步需要的时间。等待时间Tw表示在与该子网同步的结尾和这个子网的新的MAC帧的开始之间的时间。
假定仅仅在MAC帧的持续期间桥接终端BT连接到子网SN1或者SN2，桥接终端BT仅仅具有子网的可用信道容量的1/4的信道容量。在另一极端的情况，桥接终端BT连接到子网比较久的时间期间，该信道容量是子网的可用信道容量的一半。
正如在上面描述的，每个子网包括一个中央控制器，用于控制分配的子网。当子网进入操作时，保证仅仅一个终端接管中央控制器的功能。假定没有任何终端可以接管中央控制器的功能。当确定中心控制器时，该过程例如是：可以接管控制器功能的每个终端检查在它的接收范围中是否有可以实现控制器功能的另一个终端。如果是这种情况，则该检测终端确立它不变成该控制器。如果所有的其它终端也进行这个检查，最后有一个终端检测没有其它终端具有控制器的功能，并且因此它接管控制器的功能。
可能发生子网是重新配置。这可能是由于下面的原因：
-中央控制器切断，
-中央控制器不足的功率条件，
-一个或者许多的终端的不良连接，
-一个或者许多子网中不够的容量条件，
-新的终端在子网中集成或者断开，和
-一个终端离开该子网。
为了重新配置子网，可使用一个距离矩阵，它立即通过接收的信号强度RSS2指示在自由空间中的两个终端之间的距离。这样的距离矩阵的例子表示在图6。在距离矩阵中，这些终端称为T1至T6，且接收的信号强度为RSS2(x，y)。RSS2(x，y)代表由终端Tx测量的终端Ty的信号强度。
为了确定新的中央控制器，可以应用许多的准则。一个准则如下：每个终端计算到它的直接相邻终端的所有所接收信号强度(RSS2(x，y))之和，并且这个和除以直接相邻终端的数量。具有最小计算值的终端则变成新的控制器。在下面这个方法称为LDV(最小的距离值)。
在当前的中央控制器相邻的每个终端的最小距离值可以由这个当前的中央控制器本身确定。当前的中央控制器本身知道在它的子网中的终端的所有的接收信号强度(RSS2)。这些信号强度已经在操作期间由它的子网的各终端确定并且通知当前的控制器。此外，当前的控制器也知道它的相邻的或者另外远程子网的距离矩阵。这些距离矩阵由其它子网的控制器定期地通知当前的控制器。类似地，当前的控制器发送它的距离矩阵到其它子网的控制器。结果，当前的控制器不仅仅知道它的分配终端(在它自己的子网中的终端)接收的信号强度，而且也知道其它子网的终端的接收的信号强度。利用它自己的距离矩阵和其它子网的距离矩阵，当前的控制器可计算哪一个终端具有最小的距离值(LDV)。这也可以是当前的控制器。如果新的控制器不是当前的控制器，则进行另一个控制信息交换。
也可以提供当前的控制器以广播模式发送距离矩阵给它的子网的终端，并且这些终端各个地作出哪一个控制器变成中央控制器的决定。
每个终端以广播模式周期性地发送它自己的平均接收信号强度(RSS2)，然后由相邻的终端接收，这做为选择是可能的。然后每个终端各个地决定终端本身是否变成该中央控制器。然后可以进行下面的子程序：
终端连续地收集由相邻的终端发送的平均接收信号强度(RSS2)。接收的信号强度存储在一个终端中，并且接收的信号强度的总和除以相邻的终端的数量。在相当长时间之后，如果再没有从这个终端接收信号超过预定义时间期间，则存储的接收信号强度和终端的计算值应该擦除。这避免了该终端不考虑已经长时间的停止运行。然后如果它自己的计算值比其它终端的最小值更低，则该终端变成中心控制器。然后新的中心控制器必须接收来自当前的控制器的所有的必要的控制信息。
用于确定中央控制器的另外一种准则称为ICT方法(最高组内业务量)。计算一个终端与所有的它的相邻的终端具有的有用的数据业务的总和。具有最高有用的数据业务的该设备则变成中央控制器。然后担保在该子网内以任何速率处理有用的数据业务的大部分，因此由至少一个桥接终端减少了数据的传输。利用这个方法，可以实现关于LDV方法定义的相同的子程序，用于确定中央控制器。这里也需要形成一个矩阵，指示相应的终端中的有用的数据业务并且称作话务量矩阵。则在矩阵的交点发现指示从一个终端到另一个终端的有用的数据业务的值。
如果在上面为选择新的控制器定义的值由当前的控制器周期计算，则常常有一个终端的值比当前的控制器的值更好。如果每次严格地遵守决定准则，则当前的控制器必须移交该控制功能给更适当的终端。这将导致网络的频繁的重新配置(取决于该值计算的频率)。由于由必需的信令引起的重新配置对该网络是一个负担，所以应该不计任何代价地避免频繁的重新配置。在一个或者多个子网重新配置之前，首先应该检验当前控制器的老配置的变化是否为必需的。只有当是这个情况时，才根据相应的准则必须进行重新配置。
此外，一个或者多个子网的重新配置可能导致它们不再由桥接终端连接。因此，每个终端以规则的距离检验它是否接收不能从分配子网产生的数据或消息。它们可能是另一个载频发送的消息或数据。如果一个终端已经接收这样的另一个消息，它就发送一个询问给控制器，询问是否有分配给现在的子网的桥接终端，该桥接终端能处理这个子网的消息或数据。如果不是这样，则该终端打开一个新的子网，该子网目前连接以前不连接的两个其它子网。由新的子网的控制器请求其消息被接收的终端变成它自己的子网和最近安排的子网之间的桥接终端。如果多个终端已经发送这个请求给该控制器，则该控制器确定这些终端之一变成新的附加的控制器。

Claims (5)

1.包括多个终端的一个无线网络，其中至少提供一个终端，基于存储的业务量比率确定网络控制器的功能是否需要从一个终端变化到另一个终端，其特征在于：
至少提供一个终端，用于存储在预定义的距离测量的至少部分终端之间的一定的业务量比率，测量两个终端之间的业务量比率，也就是测量两个终端的接收信号的强度或测量两个终端的有用的数据业务量，并且
至少提供一个终端，基于存储的业务量比率确定网络控制器的功能是否需要从一个终端变化到另一个终端，
至少称为控制器的终端具有用于以矩阵的形式存储至少部分终端之间的业务量比率的网络控制器的功能，
提供所述控制器用于广播存储的矩阵给所有的终端，并且提供一个终端，用于根据该矩阵确定它是否接管所述控制器的功能。
2.根据权利要求1的无线网络，其特征在于提供一个终端，用于计算一个值，该值由该终端到其相邻终端的所有接收的信号强度的总和除以相邻终端的数量形成，并且提供具有最小值的终端用于接管网络控制器的功能。
3.根据权利要求1的无线网络，其特征在于提供一个终端，用于计算一个值，该值由一个终端与相邻终端的有用的数据业务量的总和形成，并且提供具有最高值的终端用于接管网络控制器的功能。
4.根据权利要求1的无线网络，其特征在于多个子网各个具有称为控制器的一个终端，并且执行该子网的网络控制器的相应的功能，通过桥接终端提供子网以便在子网之间交换消息和数据，提供子网中的至少一个终端，用于存储它自己的业务量比率和其它子网的业务量比率，以及在于提供存储在终端中的每个子网的业务量比率，用于确定是否需要网络控制器的功能从一个终端改变到另一个终端。
5.根据权利要求1的无线网络，其特征在于在网络控制器的功能从一个终端改变到另一个终端之后，提供具有网络控制器功能的当前的终端，用于传送控制信息给具有网络控制器功能的实际的终端。
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