CN1606848A

CN1606848A - 用于同步移动ad－hoc网络中的设备的方法

Info

Publication number: CN1606848A
Application number: CN02825483.XA
Authority: CN
Inventors: 杰里米·伯尔
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: ATE422759T1; EP1436948B1; US20030078062A1; US7190961B2; HK1064231A1; EP1436948A1; DE60231133D1; TWI242961B; CN100452731C; WO2003034663A1

Abstract

一种设备，对于在移动ad－hoc网络中新发现的设备，扫描其范围。一旦检测到新发现的设备，这两个设备判优如何同步它们的内部时钟。然后，这两个设备将按时重新同步，以便能够进行数据传输。这两个设备可以动态地对同步进行重复判优。该网络总体上具有设备对之间对等关系的应急特性。

Description

用于同步移动AD-HOC网络中的设备的方法

相关的申请数据

本申请涉及2001年1月31日提交的、标题为“使在多个用户之间能够进行受限通信”的美国专利申请No.09/773,682；2001年8月15日提交的、标题为“在移动AD-HOC网络中使用伙伴列表(buddylist)来发现并路由的方法”的美国专利申请No.09/930,779；2001年9月6日提交的、标题为“在移动AD-HOC网络中使用伙伴列表进行受限通信的方法”的美国专利申请No.09/948,300；2001年9月6日提交的、标题为“在移动AD-HOC网络中使用属性来发现并路由的方法”的美国专利申请No.09/948,270，以及＿＿＿＿提交的、标题为“在移动AD-HOC网络中以应用程序的形式通过使用先验知识来发现并路由选择的方法”的美国专利申请No.＿＿＿＿。

发明领域

本发明涉及移动ad-hoc网络，具体地，涉及在移动ad-hoc网络中的通信。

发明背景

与其他人通信的能力始终是人的一种重要功能。首先是电报，然后是电话通过使远距离通信成为可能，使通信发生了革命性的变化。当人们不再被约束到具有固定物理位置的电话时，蜂窝电话标志着通信中的又一个转折点。并且新近的蓝牙标准(蓝牙系统规范，1.1版本，2001年2月22日)和802.11a标准(IEEE标准802.11a-1999，可以在电子和电气工程师协会的网站 http://standards.ieee.org/reading/ieee/std/lanman/802.11a-1999.pdf上获得)描述了如何使用移动设备来实现无线通信。

在移动设备尝试相互通信的地方，建立移动的ad-hoc网络(MANET)。与常规设计的计算机网络相比，MANET不是由分开的服务器和客户机组成。而是每个移动设备既充当客户机又充当服务器。也就是说，每个移动设备不仅要负责发送与其本身有关的消息，而且要负责路由消息。此外，每个移动设备需要能够路由通过不同设备发送的消息，同时发往不同的目的地。

图1A示出了移动ad-hoc网络设备105的分布。在图1A中，多个移动设备围绕一个区域分布。该区域可以是小的体育竞技场、城市或者任何类型的区域，不受任何限制。在下面的讨论中，为了描述的简明起见，使用移动设备的每个人将被描述为能够与其他人进行通信，尽管实际上其是彼此相互通信的移动设备。例如，尽管下面的描述讨论Aaron 110与Bell 125的通信，但实际上是Aaron的设备与Beth的设备进行通信。

每个移动设备都有一个有限的范围：例如，Aaron的设备110具有如虚线圈示出的范围115。这样，不是每个其它移动设备都有一个与所有其它设备的直接通信线路。例如，Bell 125在Aaron 110的直接通信范围内，但是Charlie 130就不在Aaron 110的直接通信范围内。

用于管理MANET的直观方法是使每个设备都知道在MANET中的所有其它设备。图1B示出了在图1A的移动ad-hoc网络设备中建立的一个移动ad-hoc网络195。正如在图1B中可以看到的，Aaron 110可以直接与Beth 125、Elizabeth 140、Harry 155以及Isis 160通信，但是不能与Charlie 130或者David 135直接通信。尽管如此，Aaron 110可以通过Beth 125或者Isis 160分别与Charlie 130或者David 135通信。

即使一个人在MANET中，他也可能联系不上。例如，考虑Oscar190。即使Oscar的设备在该网络中是有效的，而且指定了Oscar的位置，Oscar 190可以仅仅通过Mark 180与MANET中的其它设备通信。如果Mark 180离开该网络(例如，通过关掉它的设备)，则Oscar 190可能既不发送也不接收来自MANET中的任何其它人的消息。

管理MANET的直观方法对MANET强加了整体限制，其可能影响在局部水平的状况。例如，在MANET中的设备一次可能仅与一个设备进行通信。因此，这些设备必须安排它们与邻近设备的通信。

本发明针对与现有技术相关这个问题以及其它问题。

附图简述

图1A示出了移动ad-hoc网络设备的一种常用设置。

图1B示出了在图1A的移动ad-hoc网络设备中建立的一个移动ad-hoc网络。

图2示出了根据本发明实施例的、在图1B的移动ad-hoc网络中运行的一个移动设备。

图3A示出了根据本发明实施例的、在引入Aaron的设备之前对图1B的移动ad-hoc网络中的移动设备进行同步的时序图。

图3B示出了根据本发明实施例的、在引入Aaron的设备之后对图1B的移动ad-hoc网络中的移动设备进行同步的时序图。

图4示出了根据本发明实施例的、在图1B的移动ad-hoc网络中的两个移动设备之间进行数据传送的时序图。

图5示出了根据本发明实施例的、包括一个同步表的图2中的移动设备。

图6示出了根据本发明实施例的、由图2中的移动设备用来与图1B的移动ad-hoc网络中的其它移动设备进行同步的过程。

图7A和7B示出了根据本发明实施例的、由图2中的移动设备用来将数据传送到图1B的移动ad-hoc网络中的其它移动设备的过程。

详细说明

现在参考图1B，下面的讨论仅参考由用户Aaron 110、Beth 125、David 135、Elizabeth 140、Frank 145以及Joshua 165组成的子网络198。本领域普通技术人员会认识到如何将本发明的实施例扩展到所示出的整个移动ad-hoc网络(MANET)195。

图2示出了根据本发明实施例的、在图1B的移动ad-hoc网络(MANET)中工作的移动设备。在图2中，移动设备205用于与其它邻近的移动设备进行通信。尽管作为个人数字助理(PDA)被示出，但是本领域普通技术人员将理解，移动设备205可以是能够与邻近设备典型地以无线方式进行交互的任何设备。例如，移动设备205可以是合理地被配置与邻近设备进行交互的蜂窝电话或者笔记本计算机。实际上，移动设备205没有必要真正是移动的：设备205可以是一个固定的访问点(诸如在环境中的桌上型计算机或者信息站)。但是出于下面讨论的目的，设备205将被认为是可移动的。

移动设备205包括接收机210、发射机215、同步系统220、存储器225以及其它部件。接收机210用于接收来自其它邻近移动设备的通信信息。发射机215用于向其它附近的移动设备发射通信信息。尽管在优选实施例中，接收机210和发射机215被设计为以无线方式操作，但是本领域普通技术人员应当理解接收机210和发射机215也可以基于有线。同步系统220将设备205与其它邻近设备进行同步。以及存储器225被用于在移动设备205中存储临时的或半永久特性的信息。

同步系统220包括三个部件。第一个是判优器230。判优器230被用于判优与其它邻近设备进行同步的定时和方式。第二个是同步表更新器235。同步表更新器235利用由判优器230判优的数据更新同步表(在下面讨论)。最后，时钟240是设备205的内部时钟，并且被用于监控过去的时间，正如由设备205所观察到的。

在移动设备205中，存储器225包括同步表245。同步表245存储有关设备205和其它邻近设备之间的同步信息。具体地，同步表245存储设备标识符、设备205与其它邻近设备通信的频率、以及设备205与其它邻近设备一致以发现数据是否被传送的定时间隔。

由同步系统220管理的各种操作之一是在设备205的范围内设备的进入和退出。具体地，当设备进入和离开时，可以与移动设备205通信的邻近设备改变。同步系统220负责确定邻近设备的变化，并且建立与新的邻近设备的通信协议(使用判优器230)。

图3A示出了根据本发明实施例的、在引入Aaron的设备之前对图1B的移动ad-hoc网络中的移动设备进行同步的时序图。横向代表时间。排列着的用于两个不同设备的相似阴影线框代表两个设备之间的通信。例如，框305和框310示出了Frank和Joshua正在同步。

应当注意，不同的设备对可以同时同步。例如，正如框315和317以及框320和322所示出的，Beth和David可以在与Elizabeth和Frank相同的时间同步。

图3B示出了根据本发明实施例的、在引入Aaron的设备之后对图1B的移动ad-hoc网络中的移动设备进行同步的时序图。正如行325所示，Aaron已经与其它设备同步。Aaron已经同意与Aaron范围内的设备Beth，Elizabeth和Joshua一致频率和同步周期/间隔。例如，正如框335和35所示出的，Aaron和Elizabeth同意了相互可接收的同步周期。

关于同步周期的几点说明将按次序给出。第一、设备对可以对任何相互可接受的频率、通信技术和同步周期进行判优。该频率是设备进行通信的电磁波谱中的一个特定信道。该通信技术详细说明了该频率如何被用于通信。以及该同步周期标识设备彼此之间如何频繁地进行同步。对判优完全没有限制。如果被提出的同步周期与用于其中一个设备的另一个同步周期相冲突(在频率，通信技术，或同步定时中)，则该设备对可以确定一个不同的同步周期。

如上简述，通信技术详细说明了设备如何使用该频率用于通信。存在多种不同的设备可利用的通信技术。例如，设备可以同意跳频方案，以便它们时常改变它们的通信频率。或者这些设备可以使用碎片代码，使用密钥来扩展在一个频率范围上的通信。在没有密钥识别出正确的信号的情况下，通信听起来就像是静止的。本领域的普通技术人员应当意识到可以使用其它的通信技术。

应当注意，邻近的设备对可以使用相同的频率通信，只要这些设备对能够区分通信。例如，如果两邻近的设备对的密钥允许它们充分地分开通信，那么这两个邻近的设备对就都可以在同一个频率上使用碎片代码。

第二、同步周期之间的间隔可以改变。要么一个短的要么一个长的等待时间可以是所希望的，这取决于设备之间的通信类型。例如，如果移动设备正在发送话音，就希望一个短的等待时间来避免话音输出中的长时间中断。另一方面，如果其中一个移动设备是传感器，而另一个设备是使用该传感器来检查状态的系统，仅需要偶尔进行更新，并且长的等待时间是可接受的。

第三、同步的长度可以改变。适当的同步可以或多或少是临界的。通过提供更长的同步周期，可以实现更高的同步确定度。

第四、可以由设备对选择不同的通信频率。如果所有的设备不得不使用相同的频率，那么从一对设备发出的任何信号可能对邻近的通信设备对引起破坏性干扰。但是，如果设备对能够同意不同的频率和/或通信技术，那么来自一设备对的破坏性干扰将不会损害其它的邻近设备。

第五、注意，同步周期可以是动态的。具体地，基于环境改变，一设备对可以开始一种新的判优并且确定一个新的同步周期。例如，考虑上面提到的传感器。如果由传感器检测到的值超出了范围，则传感器可能需要更加频繁地报告它的值。该传感器可能重复判优其与一个邻近设备的同步周期，以允许更加频繁的报告。本领域技术人员应当认识到，同步周期的其它成分，诸如频率、通信技术或间隔，也可以按照需要来改变。

第六、本领域技术人员应当认识到，同步周期的持续时间通常要尽可能地短。设备进入同步要尽可能地快，以便花费实际上尽可能多的时间来发送网络业务，或者节约功率。然而，本领域普通技术人员应当意识到，持续时间也可以协商，具体地，可以比所需的最小时间更长。

其它因素可以影响频率、同步周期和时间间隔的判优。例如，业务的模式、数据的紧急性、服务质量的要求、电池的状态以及设备的寿命期望都可以影响判优。本领域技术人员也可以意识到其它的因素。

应当注意，在用于判优和同步的交互期间，没有消息或应用数据被发送。在这些时间上仅仅发送判优和同步数据。同步被用于确定设备的时钟是相关的。(应当注意，时钟不必使用相同的时间周期，仅仅是设备知道如何同意一个共同的时间间隔。)数据在其它时侯被发送，具体地，在像同步这样的预定事件之间。

但是，在设备可以发送数据之前，该设备必须通知预定接受者有关通信的数据。在同步周期执行这种通知。这样，如果一个设备具有待传送的数据，则该设备等待直到与预定接受设备的同步周期。然后，该设备通知预定的接受者：有数据要传送。在对两个设备开始的第一时间间隔处，传送数据。

图4示出了根据本发明实施例、用于在图1B的移动ad-hoc网络中的两个移动设备之间进行数据传送的时序图。在图4中，Aaron具有将被传送到Joshua的数据。在同步周期(框402和403)，Aaron将被传送的数据通知给Joshua。然后，在当两个设备都空闲时的下一个时间间隔，(框405和410)，Aaron传送数据给Joshua。在将被传送的数据通知给Joshua之后，两个设备都等待它们第一个共同的空闲间隔。在图4中，两个设备在它们共同的同步周期之后就立即空闲。因此，正如框405和410所示，Aaron开始传送数据给Joshua。

注意，在开始传输后不久，Aaron忙于与另一个移动设备(由框415所示)同步。在这期间，Aaron可能不给Joshua传送数据(注意，Joshua在该时间间隔期间是空闲的)。但是一旦Aaron和Joshua再一次都空闲，则Aaron继续重新传输数据给Joshua(正如框420和425所示)。

图5示出了根据本发明实施例的图2的移动设备。在图5中，示出了同步表505的细节，假设移动设备205属于Aaron。同步表505中的每一个条目表示与另一个设备通信。注意，同步表包括四条数据：与其通信的设备标识符、通信发生时的频率、在与该设备通信中使用的通信技术以及通信发生时的时间间隔。因此，条目510规定了用于与Elizabeth同步的信息，条目515规定了用于与Frank同步的信息，以及条目520规定了用于与Joshua同步的信息。

可以以多种方式来规定时间间隔：例如，在每个同步周期，两个设备可以商定它们下次通信的时间，在这种情况下，商定的时间(根据本地时钟)被存储在同步表505中。或者，可以规律的间隔发生同步，而且时间间隔可以规定第一次出现与设备同步的时间(并且模数算法可以被用于确定下一个同步时间)。

注意，在上面的所有讨论中，仅仅包含一设备对。每个设备对的判优和同步创建了设备对之间的对等关系。该网络总体上具有设备对之间对等关系的紧急特性。例如，返回来参考图1B，David 135不能直接与Frank145通信。但是如果David 135有一个用于Frank 145的消息，则David 135将使用在David 135和Elizabeth 140之间建立的同步周期将消息传送到Elizabeth 140。Elizabeth 140将依次使用在Elizabeth 140和Frank 145之间建立的同步周期将该消息传送到Frank145。在这种方式下，利用对等关系建立网络。

图6示出了根据本发明实施例的、由图2中的移动设备来与图1B的移动ad-hoc网络中的其它移动设备进行同步的过程。在图6中，在块605处，设备发现了在范围内的第二设备。在块610处，这些设备通信，以便协商一个同步周期。最后，在块615处，这些设备判优用于同步的频率和时间间隔。

图7A和7B示出了根据本发明实施例的、由图2中的移动设备用来将数据传送到图1B的移动ad-hoc网络中的另一个移动设备的过程。在图7A中，在块705处，设备等待与预定接受者一致的同步周期。在块710处，这些设备进行同步。在块715处，这些设备重新设置它们的本地时钟。在判定点720处，这些设备检测是否有数据传送到其它设备。如果没有数据传送，则设备返回到块705来等待下一个同步周期。(通常，该设备将等待与另一设备进行同步，但是该设备可以重新开始传输数据到第三设备或者从第三设备接收数据，如果通信被打断以便与其它设备同步的话)。

如果有将要传送的数据，则在块725(图7B)处，设备将数据通知给另一个设备。在块730处，这些设备等待一个共同空闲的时间间隔。最后，在块735处，传送数据，以及设备返回到块705来等待另一个同步事件。

如果没有将要传送或接收的数据，则设备可以部分地(收发信机)或者全部(整个设备)关机以减少功率消耗。设备将在商定的同步周期处自然地再次开机。

在本发明的实施例中，已经示例并描述了本发明的原理，对本领域的普通技术人员来说是显而易见的是，可以对本发明在排列和细节上做出修改，同时不背离这些原理。申请人要求保护落入到附加的权利要求的精神和范围内的所有修改。

Claims

1、在包括至少三个设备的网络中的设备，包括：

接收机，用于接收来自至少另一个设备接收的通信；

发射机，用于将消息传送到至少另一个设备；以及

同步系统，用于与第二设备进行同步。

2、根据权利要求1的设备，进一步包括列出了用于该设备的同步信息的同步表。

3、根据权利要求2的设备，其中，该同步表包括设备标识符、通信频率、通信技术以及用于重新同步的时间间隔。

4、根据权利要求1的设备，其中，该同步系统包括判优器，用于判优与所述第二设备的通信频率、通信技术和时间间隔。

5、根据权利要求4的设备，其中，该同步系统进一步包括一个同步表更新器，用于更新同步表，以反映所述第二设备的设备标识符、通信频率、通信技术以及时间间隔。

6、一种第一设备与第二设备在一网络中通信的方法，该网络包括至少该第一设备、该第二设备和第三设备，该方法包括：

发现第二设备；

确定与第二设备的同步周期；以及

独立于第三设备，与第二设备进行同步。

7、根据权利要求6的方法，进一步包括：

发现第三设备；

确定与第三设备的同步周期；以及

独立于第二设备，与第三设备进行同步。

8、根据权利要求7的方法，进一步包括：

通过第二设备来发现第三设备；

确定第二设备与第三设备之间的同步周期；以及

独立于第一设备，使第二设备与第三设备同步。

9、根据权利要求6的方法，其中，发现第二设备包括在第一设备的范围内发现第二设备。

10、根据权利要求6的方法，其中，确定一个同步周期包括判优同步之间的时间间隔。

11、根据权利要求10的方法，进一步包括在该时间间隔之后与第二设备重新同步。

12.根据权利要求6的方法，其中，确定同步周期包括判优用于在第一设备与第二设备之间进行通信的频率。

13、根据权利要求6的方法，其中，确定同步周期包括判优用于在第一设备与第二设备之间进行通信的通信技术。

14、根据权利要求6的方法，其中，与第二设备的同步包括在第一设备中重新设置时钟。

15、根据权利要求6的方法，其中，与第二设备的同步包括将第一设备具有将要传送的数据通知给第二设备。

16、根据权利要求14的方法，进一步包括：

判优将该数据传送到第二设备的时间；以及

在判优的时间将该数据传送到第二设备。

17、根据权利要求6的方法，进一步包括确定与第二设备的新的同步周期。

18、根据权利要求17的方法，其中，确定新的同步周期包括确定新的频率、新的通信技术和新的时间间隔其中至少之一。

19、一种物品，包括：

存储媒介，所述存储媒介在其上存储指令，当通过在包括至少第一设备、第二设备和第三设备的网络中的第一设备执行所述指令时导致：

发现第二设备；

确定与第二设备的同步周期；以及

独立于第三设备，与第二设备进行同步。

20.根据权利要求19的物品，进一步包括

发现第三设备；

确定与第三设备的同步周期；以及

独立于第二设备，与第三设备进行同步。

21、根据权利要求19的物品，进一步包括

通过第二设备来发现第三设备；

确定在第二设备与第三设备之间的同步周期；以及

独立于第一设备，同步第二设备与第三设备。

22、根据权利要求19的物品，其中，发现第二设备包括在第一设备的范围内发现第二设备。

23、根据权利要求19的物品，其中，该存储媒介具有进一步在其上存储的指令，当通过第一设备执行所述指令时，导致确定一个同步周期包括判优同步之间的时间间隔。

24、根据权利要求23的物品，进一步包括在该时间间隔之后，与第二设备重新同步。

25、根据权利要求19的物品，其中，确定同步周期包括判优用于在第一设备与第二设备之间通信的频率。

26.根据权利要求19的物品，其中，确定同步周期包括判优用于在第一设备与第二设备之间通信的通信技术。

27、根据权利要求19的物品，其中，与第二设备的同步包括在第一设备中重新设置时钟。

28、根据权利要求19的物品，其中，与第二设备的同步包括将第一设备具有将要传送的数据通知给第二设备。

29、根据权利要求28的物品，其中，该存储媒介具有进一步在其上存储的指令，当通过第一设备执行所述指令时导致：

判优将该数据传送到第二设备的时间；以及

在判优的时间传送该数据到第二设备。

30、根据权利要求19的物品，其中，该存储媒介具有进一步在其上存储的指令，当通过第一设备执行所述指令时，导致确定与第二设备的新同步周期。

31、根据权利要求30的物品，其中，确定新同步周期包括确定新的频率、新的通信技术和新的时间间隔其中至少之一。