CN1394416A - 包括多个用于确定桥终端的子网络的网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个包括多个子网络的网络，每个子网络可通过桥终端互相连接，以及每个子网络包括用于控制一个子网络的控制器。控制器被提供来建立在两个子网络之间通过可能的桥终端的连接。连接建立的次序首先由两个子网络之间的最小数目的可能的桥终端确定，其次由连接质量确定。

Description

包括多个用于确定桥终端的子网络的网络
本发明涉及包括多个子网络的网络，每个子网络可通过桥终端互相连接，以及每个子网络都包括用于控制一个子网络的控制器。这样的网络是自组构的，以及可以包括例如多个子网络。它们也被称为特设网络。
文件“J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du：Central ControllerHandover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networksand Clustering with Quality of Service Guarantees(用于ETSI-BRAN HIPERLAN/2特设网络的中央控制器越区切换程序和具有业务质量保证的集群)，1st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad HocNetworking & Computing，August 11，2000”，讨论了包括多个终端的特设网络。至少一个终端被提供作为用于控制特设网络的控制器。在一定的条件下，另一个终端可能必须变成为控制器。如果这样的网络达到一定的规模，则必须把它再划分成子网络。被安排作为桥终端的终端可以被用来与子网络进行通信。
本发明的目的是提供一种能够以简单的方式确定桥终端的网络。
这个目的是由在开头段落中规定的那种网络通过以下措施达到的：
一个网络包括一些子网络，每个子网络可通过桥终端互相连接，以及每个子网络包括用于控制一个子网络的控制器，该控制器被提供来建立在两个子网络之间通过可能的桥终端的连接，其中连接建立的次序首先由两个子网络之间的最小数目的可能的桥终端确定，其次由连接质量确定。
在网络中被发送的数据例如可以按照分组传输方法被生成。这些分组可以作为整个分组或在另外的信息被附加在其上后作为子分组通过无线媒介被发送。无线传输被理解为是指无线电、红外或超薄壳(ultrashell)传输等等。作为可以使用的分组传输方法，例如，异步传输模式(ATM)，它产生被称为信元的固定长度的分组。
通过下面描述的实施例将明白本发明的这些和其它方面。
在图中：
图1显示包括三个子网络的特设网络，每个子网络包含用于无线传输的终端，
图2显示如图1所示的局域网的终端，
图3显示图2所示的终端的无线设备，
图4显示作为在两个子网络之间的连接而提供的桥终端的实施例，
图5显示两个子网络的MAC帧和桥终端的MAC帧结构，
图6显示包括五个子网络的特设网络的例子，以及
图7显示被存储在控制器的一个以符号表示的矩阵，用于找到桥终端。
以下所显示的实施例的例子涉及到自组织的特设网络，它与传统的网络不同。在这样的特设网络中的每个终端使得有可能接入到固定网络，以及可被立即使用。特设网络的特征在于，其结构和用户的数目在预定的限制值范围内不是固定的。例如，用户的通信设备可以从网络中去除或被包括在网络内。与传统的移动无线网不同，特设网络不限于固定安装的基础结构。
特设网络的区域的规模通常比一个终端的传输范围大得多。在两个终端之间的通信因而可能需要接通另一些终端，从而使这些消息或数据可以在两个通信的终端之间传输。这种必须通过终端传送消息和数据的特设网络被称为多跳特设网络。特设网络的一种可能的结构包含有规律地形成子网络或集群。特设网络的子网络可以由经过位于一个表上的用户的无线路径连接起来的终端而构成。这样的终端可以是用于消息、图象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，在终端之间的通信是分散的，也就是说，每个终端可以直接与任何其它的终端通信，只要这些终端位于该其它的终端的传输范围内。分散的特设网络的优点在于它的简单性和对于误码的健壮性。在集中的特设网络中，某些功能，诸如终端对无线传输媒介的多址接入功能(媒介接入控制＝MAC)，由对于每个子网络的一个特定的终端进行控制。这个终端被称为中央节点或中央控制器(CC)。这些功能不需要总是由同一个终端来执行，但是可以由一个起着对另外的终端的中央控制器的终端来处理，这个终端于是就起中央控制器的作用。集中的特设网络的优点在于，在这个网络中有关业务质量(QoS)的约定有可能以简单的方式达到。集中的特设网络的例子是按照HiperLAN/2家用环境扩展而被组构的网络(比较J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du，“Central ControllerHandover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networksand Clustering with Quality of Service Guarantees(用于ETSI-BRAN HIPERLAN/2特设网络的中央控制器越区切换程序和具有业务质量保证的集群)”，1st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad HocNetworking & Computing，August 11，2000)。
图1显示具有三个子网络1-3的特设网络的例子，每个子网络包含多个终端4-16。子网络1的组成部件是终端4-9，子网络2的组成部件是终端4和10-12，以及子网络3的组成部件是终端5和13-16。在子网络中，属于各个子网络的终端通过无线路径交换数据。图1所示的椭圆表示子网络1-3的无线覆盖，其中在属于子网络的终端之间的无重大问题的无线传输是可能的。
终端4和5被称为桥终端，因为它们使得能够分别在两个子网络1和2或者1和3之间交换数据。桥终端4被使用于在子网络1和2之间的数据业务，以及桥终端5被使用于在子网络1和3之间的数据业务。
图1所示的局域网的终端4-16可以是移动的或固定的通信设备，以及包括至少一个台站17、一个连接控制器18和一个带有天线20的无线设备19，如图2所示。台站17可以是便携式计算机、电话等等。
如图3所示，终端6-16的无线设备19，除了天线以外，还包括高频电路21、调制解调器22和协议设备23。协议设备23从连接控制器18接收的数据流形成分组单元。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。协议设备使用用于LLC层(LLC＝逻辑链路控制)和用于MAC层(MAC＝媒介接入控制)的协议。MAC层控制终端到无线传输媒介的多址接入，以及LLC层实行流量和误码控制。
如上所看到的，在集中的特设网络的子网络1-3中，一个特定的终端负责控制和管理功能，它被称为中央控制器。控制器还用作为在相关的子网络中的一个正常的终端。控制器负责对在子网络中工作的终端的登录、在无线传输媒介中至少两个终端之间的连接建立、资源管理、和无线传输媒介的接入控制。例如，在登录和宣布传输请求以后，控制器向子网络的终端分配数据的传输容量(分组单元)。
在特设网络中，数据可以按照TDMA、FDMA或CDMA方法在终端之间进行交换(TDMA＝时分多址，FDMA＝频分多址，CDMA＝码分多址)。这些方法也可被组合。被称为信道组的多个特定的信道被分配给局域网的每个子网络1-3。信道由频率范围、时间范围、以及在CDMA方法中由扩频码确定。例如，每个子网络1-3可以具有分别不同的一定的频率范围以供数据交换之用，该频率范围具有一个载频fi。在这样的频率范围中，数据可借助于TDMA方法被发送。子网络1可被分配以载频f1，子网络2可被分配以载频f2，以及子网络3可被分配以载频f3。一方面，桥终端4工作在载频f1以执行与子网络1的其它终端之间的数据交换，另一方面，工作在载频f2以执行与子网络2的其它终端的数据交换。被包含在局域网中的第二桥终端5工作在载频f1和f3，以及该桥终端5在子网络1和3之间传输数据。
正如以上看到的，中央控制器具有接入控制器的功能。这意味着，中央控制器负责形成MAC层的帧(MAC帧)。为此，要使用TDMA方法。这样的MAC层具有用于控制信息和有用的数据的各种信道。
图4上显示一个桥终端的实施例的例子的方框图。这个桥终端的无线交换设备包括协议设备24、调制解调器25和带有天线27的高频电路26。无线交换设备28被连接到协议设备24，接下来连接到连接控制器29和缓存器装置30。在这个实施例中，缓存器装置30包含一个贮存单元，并且被使用来缓存数据，以及被实现为FIFO模块(先进先出)的形式，也就是说，数据从缓存器装置30以它们被写入的次序被读出。图4所示的终端也可作为通常的终端工作。那些在图上未示出的、但被连接到连接控制器29的台站，于是通过连接控制器29提供数据给无线交换设备28。
图4所示的桥终端交替地与第一和第二子网络同步。同步被理解为把终端与子网络综合在一起以便进行数据交换的整个处理过程。如果桥终端与第一子网络同步，则它可与所有的终端交换数据以及与这个第一子网络的控制器交换数据。如果连接控制器29提供数据到无线交换装置28，则该数据的目的地是第一子网络的终端或控制器、或是通过第一子网络能达到的另一个子网络的终端或控制器，无线交换装置把这些数据直接输送到协议设备24。在协议设备24中，数据被缓存，直至一个要被该控制器用来进行发送的时隙到来为止。如果来自连接控制器29的数据要被发送到第二子网络的终端或控制器、或能通过第二子网络达到的另一个子网络，则无线传输要被延时到这样一个时隙为止，在该时隙中，桥终端与第二子网络同步。为此，无线交换装置输送其目的地位于第二子网络的数据，或其目的地可以通过第二子网络而达到的数据，这些数据将被输送到缓存器装置30，数据在这里一直缓存到桥终端与第二子网络同步为止。
如果来自第一子网络的终端或控制器的数据被桥终端接收，以及它们的目的地是第二子网络的终端或控制器、或是可通过第二子网络达到的另一个子网络的终端或控制器，则这些数据被存储在缓存器装置30中，直至与第二子网络同步为止。其目的地是桥终端的台站的数据通过无线交换设备28被输送到连接控制器29，该控制器然后把接收的数据引导到想要的台站。其目的地既不是桥终端的台站、也不是第二子网络的终端或控制器的数据将被发送到另一个桥终端。
当桥终端的同步从第一子网络改变到第二子网络后，位于缓存器装置30中的数据再次从缓存器装置30按它们被写入的次序被读出。随后，在桥终端与第二子网络同步期间，所有其目的地是第二子网络的终端或控制器、或是可通过第二子网络达到的另一个子网络的数据通过无线交换设备28被立即输送到协议设备24，以及只有那些其目的地是第一子网络的终端或控制器、或是可通过第一子网络达到的另一个子网络的数据被存储在缓存器装置30。
两个子网络SN1和SN2的MAC帧通常不同步。所以，桥终端BT不仅在转换时间Ts期间而且也在等待时间Tw期间被连接到子网络SN1或SN2。这可以从图5看出，图5显示子网络SN1和SN2的MAC帧的序列以及桥终端BT的MAC帧结构。转换时间Ts是桥终端能够与子网络同步所必须的时间。等待时间Tw表示在与子网络同步的结尾与这个子网络的新MAC帧的起始端之间的时间。
假设桥终端BT只在MAC帧的持续时间内被连接到子网络SN1或SN2，桥终端BT只具有子网络的可提供的信道容量的1/4的信道容量。在另一个极端情形下，其中桥终端BT在更长的时间间隔内被连接到子网络，该信道容量是子网络的可提供的信道容量的一半。
如上所述，每个子网络包括一个中央控制器，用于控制分配的子网络。当子网络进行运行时，必须确保只有一个终端接管中央控制器的功能。假设没有任何终端可以接管中央控制器的功能。当中央控制器被确定时，其程序是：可接管控制器的功能的每个终端检验在它的接收范围内是否有另一个终端能够执行控制器的功能。如果是这种情形的话，则正在进行检测的终端确定：它将不成为控制器。如果所有其它的终端都进行这个检验，则最终将有一个终端检测到没有其它终端具有控制器的功能，因此它接管控制器的功能。
在形成各个子网络后，要确定那些使得能够在各个子网络之间进行通信的桥终端。为此，与所分配的控制器相隔一定距离之内的所有的终端将以有规律的距离扫描整个许可的频率范围，以便弄清楚它们是否位于另一个控制器的无线范围内。当是这种情形时，终端把这一情况通知给被找到的控制器。于是它们可以使用该终端作为桥终端。如果两个子网络可以通过多个桥终端互相连接，则一个能够提供最好的群集(constellation)的桥终端可通过下面描述的程序被找出。
图6上显示这方面的一个例子，在图6中显示了带有五个子网络31-35和五个被分配的控制器36-40(C1-C5)的特设网络。控制器36(C1)和37(C2)可以通过桥终端41和42被连接，控制器36(C1)和37(C2)可以通过桥终端41和42(T1和T2)被连接，控制器36(C1)和38(C3)可以通过桥终端42和43(T2和T3)被连接，控制器36(C1)和39(C4)可以通过桥终端44(T4)被连接，控制器36(C1)和40(C5)可以通过桥终端45(T5)被连接，以及控制器37(C2)和38(C3)可以通过桥终端42(T2)被连接。因此图6显示两个桥终端42(T2)和43(T3)，它们是被用作为连接子网络31和33的桥终端的可能的候选者。对于子网络32和38的连接，可以只使用桥终端42(T2)。
为了提供两个子网络的有效的连接，至少一个桥终端被使用来连接这两个子网络。如果桥终端42(T2)被选择用于子网络31和33的连接，则没有留下任何桥终端用于子网络32和33的连接。这样的情形必须避免。
在下面，给出一个允许选择用于各个子网络之间的连接的桥终端的最佳方案的处理过程。首先两个子网络之间的所有的桥终端要建立连接，而最低数目的桥终端是用于这样的连接的候选者。
处理过程由每个处理器来执行。已知的数据然后由每个控制器在本地存储。在可提供的网络群集中可被用作为桥终端的所有的终端可以由一个三维矩阵F(1...n；1...n；1...t)来描述，其中n是该处理控制器所已知的控制器的数目，以及t是可能的桥终端的数目。如果m个桥终端是可提供的，它们可建立在具有识别号i和j(i＜j)的两个子网络之间的连接，桥终端的识别号被存储在矩阵位置F(i，j，1...m)。这样的识别号唯一地标识每个终端。然后，把矩阵重新分类。分类的准则是每个桥终端的连接质量。具有最好连接质量的桥终端被分类在矩阵位置F(i，j，1)。图7上显示这种以符号表示的矩阵结构。
以下的程序被重复地进行，直至矩阵变为空为止：
(a)通过每个步骤，所述处理控制器搜索具有最小的m的、用于两个子网络i和j(i＜j)之间的连接的矩阵位置。m表示可能的桥终端的数目。
(b)被登记在矩阵位置F(i，j，1)的、具有识别号tk的终端，被选择作为用于子网络i和j的桥终端。
(c)对于这个矩阵位置F(i，j，1)的所有的项目被擦除。
(d)在整个矩阵中搜索识别号tk，以及擦除该识别号。
借助于这一运行，具有最好特性的桥终端被确定，因此，可以找到有关所述桥终端的最佳结构。

Claims (2)

1.一种包括多个子网络的网络，其中每个子网络可通过桥终端互相连接以及其每个子网络都包括用于控制一个子网络的控制器，该控制器被提供来建立在两个子网络之间通过可能的桥终端的连接，其中连接建立的次序首先取决于两个子网络之间的最小数目的可能的桥终端，其次取决于连接质量。
2.权利要求1中要求的网络，其特征在于，控制器被安排来用于：
-把所有可能的桥终端存储在矩阵F(1...n；1...n；1...t)中，其中n是各个已知的控制器的数目，以及t是可能的桥终端的数目，
-根据连接质量将矩阵单元进行分类，
-重复地搜索具有最小数目t的可能的桥终端以作为桥终端，以及在选择后，擦除该矩阵单元。
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