CN1463522A - 无线主从分布式通信网络 - Google Patents
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Abstract
主从分布式通信网络包括一个主节点(10)、多个从节点(12至22)以及按照路由方案有效地互连该主节点和从节点的链路(VL)。每个从节点都含有用于存储路由方案中下一个节点的地址的装置，该路由方案是用于将在上行链路上发送给主节点的消息的；并且每个从节点在发送数据分组给主节点时，它将添加预先存储的地址并把该数据分组转发给下一个节点。如果该下一个节点不是主节点，那么它依次把预先存储的下一个后续从节点地址加到数据分组中，从而使得该数据分组变长，并且重发该分组等等，直到该数据分组到达主节点。对于下行链路消息，使用预先存储的路由表的主节点(10)在数据分组中包括了所选路由上所有从节点的地址。在该数据分组从一个从节点行进到另一个从节点时，每个已转发该数据分组的从节点的地址将被删除，这样就缩短了数据分组的整个长度。
Description
技术领域
本发明涉及无线主从分布式通信网络，该网络具有特定的但不是唯一的、对多跳无线控制网络的应用，像用于控制路灯的网络，以及对多跳无线监控网络的应用。
背景技术
多跳无线网络典型地包括存储该主设备和从设备或节点之间的链路的路由表的主设备或节点。这样的网络已被发现很难以最佳方式安装和配置。该网络的全部知识和它的装载通常都是必要的。在从设备中预先编程该从设备的用户要求的每个预期通信路径也是必要的。这样网络质量和它的安装就依赖于安装者的能力。此外从开始时通过该网络被传送给主设备的任何消息必须包含用于该消息完成它的路由的所有寻址信息和路由信息，在若干跳的情况下，这就意味着数据分组是很长的，因为需要包括虚路由上所有从节点的地址。在低功率数据传送的领域中，已知较短的消息能够比较长的消息更可靠地通过网络来中继。如果网络改变了，例如增加或删除从节点，那么有关这些改变的信息和它们对路由表的影响不得不被有规律地输入到所有节点。如果定义的路由由于一个从节点发生故障而失败了，那么该受影响的从节点下行流的任何从节点都被孤立，直到该问题通过修复故障从节点或通过分配新路由而被纠正，新路由的质量依赖于安装者知道到各个从设备的路由。由于这些缺点，所以多跳无线网络尚未被广泛使用。但是，随着低成本的、对多种控制和监控网络的无线解决方案的出现，尤其是如果已知的缺点被克服，那么对这样的网络的兴趣将增加。
发明的公开内容
本发明的一个目的是使得多跳无线网络能适应网络上的改变。
本发明的另一个目的是使得新从节点易于加入一个多跳无线网络。
按照本发明的第一个方面，提供了包括一个主节点和多个从节点的主从分布式通信网络，该主节点和从节点可以工作地互连，其中每个从节点具有用于存储到主节点的消息的路由中下一个节点地址的装置。
按照本发明的第二个方面，提供了一种运行包含一个主节点和多个从节点的主从分布式网络的方法，该主节点和从节点可以工作地互连，其中想发送数据分组给主节点的从节点在数据中包括预先存储的、到主节点的路由中的下一节点的地址，并发送该数据分组。
借助在路由方案中存储下一个节点的地址的从节点，该网络可以在不必更新所有节点的情况下，通过增加或删除从节点而在预先存储的全部路由方案中记录这些改变。从节点到主节点的路由是动态确定的，这可以在任何改变已影响网络之后在网络的配置中提供灵活性。另一种有利特征是：对于向着主节点传播的消息的第一跳，该数据分组是最短的，这意味着对于传送，该数据分组是固有地更可靠的。
网络最初从不直接与所有从节点通信的主节点开始构建。因此，当网络增加或删除一个从节点时，仅仅在它附近的那些从节点涉及到路由决定。
按照本发明的第三个方面，提供了在包括一个主节点和多个从节点的主从分布式通信网络中用作从节点的从站，该从站包括用于与主节点和多个从节点中至少一个通信的收发装置、用于存储该从站的地址的第一存储装置、用于存储到主节点的路由中下一个节点地址的第二存储装置、以及与收发装置、第一存储装置和第二存储装置耦合的处理装置，该处理装置用来把所述的下一个节点地址加到将被发送给主节点的数据分组中。
按照本发明的第四个方面，提供了在包括一个主站和多个从站的主从分布式通信网络中使用的主站，该主站包括用于与多个从站通信的收发装置、用于存储路由数据的存储装置、以及用于从存储的路由数据中编辑路由信息并把编辑的路由信息加到数据分组中的处理装置，该路由信息包括目的地从站的地址，并且在可应用的地方它还包括数据分组通过其传送的该中间从站或每个中间从站的地址。
附图简述
现在将通过实例以及有关附图来描述本发明，其中：
图1是多跳无线网络的一种实施方案的图形表示，
图2是从节点发送的数据分组的图形表示，
图3是主节点发送的数据分组的图形表示，
图4是主设备的方框图，以及
图5是从设备的方框图。
在附图中，同样的参考数字被用来指示相应的特征。
实现本发明的方式
图1中显示的多跳无线网络包括一个主设备或节点10和多个从设备或节点12至22，这些从设备直接或间接地通过链路VL与主设备工作地耦合。包括从节点12至22和链路VL的路由表存储在主设备10中。图示的网络可以包括一个用于路灯的控制网络。如图所示，从节点12、13、14和15可直接与主设备10通信，而从节点16、17和18以及从节点19在能够与主设备10通信之前不得不在第一跳中分别与从节点13和从节点15通信。从节点20和21以及从节点22在能够与主设备10通信之前必须在第一跳分别与从节点16和从节点18通信，然后在第二跳与从节点13通信。
主设备10含有地址Addr#0，并且从节点12至22分别含有地址Addr#1至Addr#11。为便于参考，从节点12、13、14和15到主设备10的链路被称为Route#0，其中#0是主设备的地址，并且从节点16、17、18到从节点13的链路被称为Route#2，其中#2是从节点13的地址。类似地，从节点19到从节点15的链路被称为Route#4，自从节点20和21开始的链路被称为Route#5，并且从节点22到从节点18的链路被称为Route#7。
按照本发明的方法要求从节点12至22中的每一个都只知道并存储在发送数据分组给主节点10时使用的一部分路由信息，该部分信息是给主设备的消息应被传送到的、网络中下一个节点的地址。因而路由信息的存储是分布式的，这样在每个从节点中只要求相对少的用于路由信息的存储量。启动消息发送的从节点将在该数据分组中包括一个报头，其中包含在路由表中的下一个节点的地址。但是，当该消息从一个节点行进到另一个节点时，报头会变长，因为它会在路由表中包括相继节点的地址。
在主节点想发送一个消息给从节点时，它包括在到目的从节点的路由上的所有从节点的地址。在数据分组从一个从节点行进到另一个从节点时，正在发送的从节点的地址被删除，因而使得该报头较短，并且使得数据分组固有地更可靠。
图2举例说明了可以在链路VL上被发送给主设备的数据分组24的实例。该数据分组24包括八个字段，开始是分组标识PID、接着是分组长度LGTH、最终目的地地址Addr#FD(在如图1所示网络的情况下将为主设备地址或节点Addr#0)、源(S)节点地址Addr#S、下一个目的地(D)节点地址Addr#D、历史HIST(这是数据分组已经过的从节点的地址)、循环冗余校验比特CRC和数据字段DA。CRC字段可以位于数据字段之后。作为一个实例，考虑从节点20在上行链路上发送一个数据分组给主设备10，并且主设备在下行链路上响应的情况。对于上行链路的第一跳，主地址字段将是Addr#0，源节点地址将是Addr#9，目的地节点将是Addr#5，同时历史字段HIST将是空的。在从设备16中，目的地节点将变为Addr#2，并且Addr#5被插入到HIST字段中，同时数据分组在上行链路的下一跳上传送。在从节点13，目的地节点将变为Addr#0，并且Addr#2将被添加到HIST字段的内容中，同时数据分组被转发给主设备10。相应的消息可以在这些消息通过的所有从节点上进行本地握手。
图3举例说明了主设备发送给从节点的数据分组26的一个实例。该数据分组含有八个字段，除了替代图2中显示的上行链路数据分组中的HIST的完整未来路由CFR外，所有字段都与图2中显示的字段是一样的，因而将不再描述。字段CFR包含在下行链路传送时使用的所有从节点的地址，这些地址来自于存储在主设备10中的路由表。在主设备10开始发送数据分组给从节点20时，最终目的地地址Addr#FD是Addr#9，源地址Addr#S是主地址Addr#0，下一个目的地地址Addr#D是下一跳的地址Addr#2，并且CFR字段包含Addr#5和Addr#9。在从节点13中，Addr#2被Addr#5替代，同时在CFR字段中删除Addr#5。在从节点16中，目的地字段中的Addr#5被Addr#9替代，并且从CFR字段中删除Addr#9，CFR字段也就变成空的。
因而在用于提供路灯故障通知给中心控制站的无线网络的情况下，每个路灯被一个从节点监控，并且有关路灯故障的信息通过该网络传送给主设备10。
每个从节点都有一个唯一的地址。如果该网络包括一个地址服务器，那么一旦安装了它，该用户就可以请求用一个用户更友好的唯一无线电地址来替代该唯一的地址，该唯一的无线电地址较短，因而可以更经济地发送。
为了使得该网络能够动态改变以考虑像路灯的从节点加入或离开网络，各种选项都是可能的。
在新从站被安装并且除了它自己唯一的地址外，没有含任何预先存储在它里面的路由信息的情况下，它发布一个消息给范围内的所有这些从设备，以请求有关到主设备10的路由的信息。范围内的从设备通过传送回有关它们到主设备路由的第一跳的信息来响应该消息。该信息还可以另外包括其它数据，比如在数据分组到达主设备之前随后的跳数、到主设备的路由上的负荷、到主设备的路由的可靠性、以及直接涉及该从节点和它们用来传送消息的要求的因素，例如从节点是以电池供电的，并且为了节约电池而不愿传送消息。
新从节点中的处理器能基于跳数、想要的可靠性和有关它自己的消息速率的有效负荷来选择到主设备的优选路由。但是它必须在本地存储的信息仅仅是到主设备10的路由中第一个从节点的地址，以及期望时，还有有关路由的充足信息，增加到该网络的另一个从节点能够以类似方法选择路由。一旦该新从节点已经建立起它到主设备10的优选路由，它现在就能够提供到主设备的路由的服务。它发送一个网络改变消息给主设备10，以声明它已经加入到该网络中。
对于从节点，另一种可能的选项是检查它到主设备10的路由，然后如果因为已增加或删除从节点而使得现有的路由不是最佳的，则重新配置它自己。
如果网络发生改变，则广播网络改变消息，并且从节点一旦接收到该消息就使重新评估它的路由决定的选项基于该新信息。在这种模式下，该从节点因而可以自由地更改它的决定。如果从节点决定更改它到主设备的路由，那么该从节点通知其路由依赖于它的所有那些从节点，使得这些从节点能够重新评估它们的路由。通过这种不断的重新评估的过程，即使网络在结构上改变了，它也可以在一定时间内被维持。
当新从节点是第一次安装时，它发出一个“请求路由到主设备”消息。最初它将发送零作为容许的跳数。能响应该消息的唯一的节点是主设备本身。假定主设备不处于听觉所及的范围内，则该新从节点将不会接收到任何响应。于是该新从节点将增加容许的跳数值来重试，如果网络上的从节点符合标准，则允许它们响应。该新从节点将坚持该过程，一直到它接收到一个响应。该响应将把在它到主设备的路由中用作第一跳的从地址通知这个新从节点。为了确认到主设备的路由并通知主设备该新从节点的存在，该新从节点将使用它自己典型48比特长的唯一地址来发出“ping(强制回应)”给主设备。于是主设备将更新它的路由表，并回复“pong”来确认该路由的有效性，以及如果有不只一个主设备或网络，则还确认它应与之通信的主设备地址。一旦接收到pong，该新从节点就知道它有了一个到该主设备的有效注册的路由，并且现在可以开始尝试连接到分配给它的主设备(假定它们不是一样的设备)。然后该新从节点发出“指示到主设备的路由”消息，以通知邻近的从节点它有到主设备的路由的事实，从而能够提供到主设备的路由的服务。一旦接收到“指示到主设备的路由”消息，则该新从节点的本地从节点就可以重新评估它们自己到主设备的路由。
如果从节点决定改变它的路由，它将通过发送ping给主设备来证实这个新路由。该过程以与前面一样的方法来实施。一旦该新从节点已经加入到网络中，那么它就能够自己提供它到主设备的路由的服务。
不管把一个新从节点加到网络中的过程如何，网络上的所有从节点都将已存储回到主设备的路由的第一跳。利用存储在其所经过的每个节点中的路由信息，一个到主设备的消息将通过网络从一个从节点传送到另一个从节点。与必须包含有关到达主设备的整个路由历史的网络管理消息相反，对于数据分组，它不必包括这种信息，这就产生一个较短的消息。
通过构建“完整未来路由”(CFR)，主设备能够发送一个消息给网络中任何一个从节点。该主设备将使用它已知的路由表来构建这个CFR。
如果新设备应该与之通信的主设备与地址服务器的主设备不一样，那么该设备将再次发出一个将消息路由到主设备的请求，但是这次给出它正在寻求的实际主设备的地址。该过程以与前面完全一样的方法来实施。
参看图4，主设备10包括收发器30，它一方面与天线32耦合，另一方面与按照存储在ROM 36中的软件来控制主设备10的运行的处理器34耦合。RAM38存储在需要时提供给处理器的路由数据，这依赖于当前的网络结构，该网络结构会因为从节点加入或离开网络而动态更新，并且也可以因为从节点在包括故障和修复的网络更改之后决定新的最佳路由而动态更新。
参看图5，从节点包括收发器40，它一方面与天线42耦合，另一方面与按照存储在ROM 46中的软件来控制从节点的运行的微处理器44耦合。存储从节点地址的另一种ROM 48与处理器44耦合。最后RAM 50存储到主设备10的路由中下一个从节点的地址，或者如果主设备是路由中最后的站，则它存储主设备10的地址。
在本说明书和权利要求中，元素前的单词“一”并不排除存在多个这样的元素。另外单词“包括”不排除存在除了所列的这些元素或者步骤外的其它元素或者步骤。
通过阅读本发明的公开内容，可知其它修改对于本领域中的技术人员是明显的。这样的修改可以涉及在主从分布式通信网络及其组成部分的设计、制造和使用中已知的其它特征，并且这些特征可以用来替代在这里已经描述的特征或加到其中去。
工业实用性
无线主从分布式通信网络。
Claims (12)
1、一种主从分布式通信网络，包括一个主节点和多个从节点，该主节点和从节点可以工作地互连，其中每个从节点都具有用于存储到主节点的消息路由中下一个节点地址的装置。
2、如权利要求1要求的网络，其特征在于每个从节点都具有用于在要发送给主节点的消息的路由中添加该已存储的下一个节点地址的装置。
3、一种运行包括一个主节点和多个从节点的主从分布式网络的方法，该主节点和从节点工作地互连，其中想发送数据分组给该主节点的从节点在数据中包括预先存储的、到主节点的路由中下一个节点的地址，并发送该数据分组。
4、如权利要求3要求的方法，其特征在于在发送该数据分组前，接收数据分组的从节点在数据分组中包括已存储的、到该主节点的路由中下一个节点的地址。
5、如权利要求3或4要求的方法，其特征为，主节点在将被发送的数据分组中包括到目的从节点的路由上的从节点的地址。
6、如权利要求5要求的方法，其特征为，从节点接收一个数据分组，并从该数据分组中删除它自己的地址，以及发送这个更改的数据分组。
7、如权利要求3至6中任何一个要求的方法，其特征为，一个新从节点传送一个邀请消息来请求来自范围中的从节点的路由信息，该新从节点接收路由信息，并确定该范围中哪个从节点是它到主节点的路由中的优选节点，以及存储其地址。
8、如权利要求3至7中任何一个要求的方法，其特征为，在网络更改后，从节点重新检查它们到主节点的路由，以及响应于从节点发现它的路由不遵守预先定义的路由准则，该从节点通过存储它路由中的下一个节点地址来建立一个新的路由。
9、如权利要求3、4或5要求的方法，其特征为，新从节点发送含设定为预先定义的最小值的跳数的“请求路由到主节点”消息，以及响应于没有接收到回复而重复发送含已增加值的跳数的“请求路由到主节点”消息。
10、一种在包括一个主节点和多个从节点的主从分布式通信网络中用作从节点的从站，该从站包括用于与主节点和多个从节点中至少一个通信的收发装置、用于存储该从站地址的第一存储装置、用于存储到主节点的路由中下一个节点地址的第二存储装置、以及与收发装置、第一存储装置和第二存储装置耦合的处理装置，该处理装置用来把所述的下一个节点地址加到将被发送给该主节点的数据分组中。
11、如权利要求10要求的从站，其特征在于该处理装置删除由主节点发起并被该从站接收的数据分组中存在的该从站的地址。
12、一种在包括一个主站和多个从站的主从分布式通信网络中使用的主站，该主站包括用于与多个从站通信的收发装置、用于存储路由数据的存储装置、以及用于根据所存储的路由数据来编辑路由信息并把编辑的路由信息加到数据分组中的处理装置，该路由信息包括目的地从站的地址，并且在适用处还包括数据分组将通过其传送的该中间从站或每个中间从站的地址。
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