CN1682496B - 确定无线网络中的父入口的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于透明无线网桥中父选举的方法，所述网桥包括至少两个网桥入口。所述方法包括步骤：对于每一个网桥入口，确定能够与其它无线设备相连的端口数目，根据这种端口的数目，选举作为父的网桥入口，以及将其它网桥入口与所选举的父入口相连。

Description

确定无线网络中的父入口的方法

技术领域

本发明涉及一种确定无线网络中父入口(parent portal)的方法，具体地，当该无线网络构成了对于与入口相连的设备透明的网桥时。还涉及一种入口设备。 

背景技术

已知利用一个或多个有线或无线网桥来互连几个有线通信总线。网桥可以包括两个或更多的入口，每一个入口与总线或子网相连。在获得的网络中，每一个总线或子网可以保持差异(例如，每一个总线保持其自身的总线标识符)，尽管设备可能或不可能与其它总线或子网上的设备进行通信，这取决于其能力和其对网桥的认识。其它方法使用了对于一定设备或至少这些设备的一定软件层是不可见的所谓透明网桥。例如，不可能利用透明网桥互连两个或多个IEEE1394总线来创建单个的“虚拟”IEEE 1394总线。引导与真实总线之一相连的设备，使其相信在单个总线上存在网络的所有设备。 

在专利申请的申请人提交的两个专利申请中开发了该方法。2002年12月5日公开、标题为“Method for managing a communicationnetwork comprising wireless links with more than two wireless devices”的PCT申请WO02/098061说明了在包括透明网桥的网络中的体系结构、关联和复位处理和连接的建立。2002年11月7日公开、标题为“Interface circuit”的PCT申请WO02/089421在其上下文中详细说明了用于接收和发送网桥入口使用的复位相关信息的物理层。这两个申请均以Thomson Licensing S.A.的名义提交。 

来自使用透明网桥的总线或子网互连的虚拟总线或网络遵循真实总线或网络服从的规则。例如，在IEEE 1394的情况下，虚拟具有类 似的拓扑，特征在于通过在复位处理中使用的入口来连接父和子设备。此外，在特定的实例中，虚拟总线上的设备的总数不超过63个设备。 

虚拟总线的设备的端口可以是物理端口，例如物理上将真实总线上的子设备与父设备相连，或可以是虚拟的，例如出于单个虚拟总线的仿真目的，逻辑上连接无线网桥上的两个入口。 

问题在于，为了考虑到对于真实总线或子网有效的规则，例如在IEEE 1394总线的情况下，可以将设备的端口数限制在16。作为结果，取决于虚拟总线中的入口拓扑，如果对应“虚拟”端口在父入口上不可用，则不可能连接新的入口。该问题由图3示出，图3示出了包括第一入口设备(入口1)的网络的拓扑，所述第一入口通过相同数目的物理端口经IEEE 1394总线与15个设备相连，并通过第16个“虚拟”端口经透明总线与第二入口设备相连。如果第一入口在例如IEEE 1394拓扑的意义上是父设备且如果新入口要与无线网络相连，则不存在连接新入口的可能性。 

发明内容

本发明涉及透明无线网桥中的父选举，所述网桥包括至少两个网桥入口，入口包括无线接口和到有线总线的接口，所述方法包括步骤： 

-对于每一个网桥入口，确定能够与其它无线设备相连的端口数目， 

-根据这种端口的数目，选举作为父的一个网桥入口， 

-将其它网桥入口与所选举的父入口的端口相连。 

根据本发明，改变拓扑，以便在无线网络中选择新的父入口，其中根据可用虚拟端口来选择该新的父入口。 

根据本发明的实施例，将虚拟端口的数目和网桥入口的物理端口的数目总和限制在预定数目，其中虚拟端口和物理端口的数目是可配置的。 

根据本发明的实施例，所选举的入口只能是与该所选举的入口相连的本地总线上不是根入口的入口。 

根据本发明的实施例，该方法还包括步骤：在进行新网桥入口的关联之后，触发父网桥入口的选举。 

根据本发明的实施例，该方法还包括步骤：在触发选举之前，验证当前父入口是否具有空闲虚拟端口，在肯定的情况下，将新入口与该入口相连，无需触发选举。 

根据本发明的实施例，该方法还包括步骤：如果新入口的连接会导致无效拓扑，则拒绝新入口的连接。 

根据本发明的实施例，该方法还包括步骤：在入口设备层，存储以下内容的至少其中之一：入口与父入口的连接的失败原因、入口与无线网桥的中央控制器的关联的失败、成为父入口的失败原因。 

根据本发明的实施例在网络的最初配置中被选举为父入口的入口是具有最多虚拟端口数目的入口。 

本发明还涉及一种用于将包括第一接口的无线网桥与有线总线相连以及将第二接口与无线网桥相连的网桥入口设备，其特征在于包括微处理器装置，用于管理其无线接口上的端口，以便根据针对有线总线定义的拓扑规则来与无线设备相连，所述微处理器装置适于参与父入口选举处理，所述处理是网桥的入口设备的无线接口上的空闲端口的可用性的函数。 

附图说明

现在借助构成了本发明主要部分的附图来说明本发明的非限制性实例。 

图1，示意地表示了包括由无线网桥相连的两个总线的网络。 

图2示出了包括修改的PHY层的入口设备的部分方框图。 

图3是图1的网络的第一拓扑图。 

图4是当添加入口和选举新父入口之后的图3的网络图示。 

具体实施方式

图1示出了其之间具有IEEE 1394总线节点和无线网桥的两个IEEE 1394总线。第一IEEE 1394总线具有参考号7。多个IEEE 1394 设备与该总线相连，其中只示出了具有参考号1、2、13、和14的几个设备。这种设备可以是例如电视机、VCR、可携式摄像机、机顶盒、DVD播放器等的消费电子设备，或例如PC、笔记本电脑等的计算机。这些设备中的每一个均是标准的符合IEEE 1394的设备并具有对应的IEEE 1394接口10。 

通过参考号3表示了用于无线网桥或链路9的第一收发器框。也被称作“入口”的该框需要具有IEEE 1394接口，这是由于其还与1394总线线路7相连。对应的接口在图1中具有参考号11。该接口与例如设备1盒2的设备的接口不同。如下所述，IEEE 1394接口11具有附加功能。入口3还具有用于无线传输的另一个接口12。已经存在支持高速通信的无线协议。在本实施例中，使用Hiperlan系统，但本发明并不局限于该情况。文献“Broadband Radio Access Networks(BRAN)；Hiperlan Type 2；Packet based convergence layer；Part 3：IEEE1394 Service Specific Convergence Sublayer(SSCS)”定义了在ETSIBRAN Hiperlan 2无线网络上模拟IEEE 1394链路层的子层。用于无线链路的无线通信协议的其它实例是IEEE 802.11标准和蓝牙标准。 

注意到，“入口”还可以是不与例如IEEE 1394总线的子网相连的单机无线设备。 

存在图1所示的具有其自身IEEE 1394总线8的另一簇(cluster)IEEE 1394设备。示出了具有标准IEEE 1394接口10的两个1394设备4和5。用于无线网桥9的第二框6也与总线8相连。需要包括无线收发器框3和6的该簇中的总线站的总数小于或等于63。这是因为利用无线网桥9，将两个簇结合在一起，根据IEEE 1394设备的观点，除了一个簇中的设备之间的通信以外，来自不同簇的设备之间的数据通信决不能不同。因此，至少适于单个簇的某些规则也应用于整个网络，将其称作“虚拟”IEEE 1394总线或簇。在IEEE1394簇中，总线节点的最大允许数是63。 

图2示出了集成在每一个入口3、6或15中的IEEE 1394接口10的结构。将IEEE 1394接口细分为两部分：物理层部分21和数据链路层部分20。这两部分可以集成到单个芯片或两个不同芯片中。原 则上，还可以按照运行在微控制器上的软件来实现数据链路层部分。修改的IEEE 1394接口11具有相同的基本结构。然而，其包含用于存储下面将解释的自ID分组相关信息的存储器22。 

入口还包括微处理器和存储器，用于执行根据本发明的处理。还包括Hiperlan 2堆栈。 

为了理解物理层芯片的修改，首先解释在总线复位的情况下发生了什么是有益的。当每一次从总线上去除IEEE 1394节点或连接IEEE1394节点到总线时，执行总线复位。可以从总线去除节点或连接节点到总线，而无需关闭网络。通过总线线路上特定电压的改变来实现节点的插入或去除。这由电子装置检测到并触发总线复位。总线复位之后，出现用于网络的自配置阶段。在自配置阶段期间，每一个节点将其自ID分组发送到总线，以将其的存在通知网络中的其它所有节点。 

自ID分组包括64比特，其中后32比特是前32比特的逆。在IEEE1394标准中对自ID分组的字段内容进行了解释。这里将对其中一些进行解释。在自ID分组的开始处，可以发现节点的物理ID号。该字段具有与号0…63相对应的6比特长度。在自ID分组的末尾处，存在用于节点的端口P0到P2的2比特字段。该2比特不仅指示了节点中端口的存在，该实施了该端口是否有效并且是与总线拓扑中的父还是子相连。根据IEEE 1394总线标准，节点可以配备最多16个端口。如果节点具有的端口超过三个，则在第二或第三自ID分组中报告这些其它端口的状态。自ID分组中的最后一个比特m指示了节点是否还具有一些其它端口。利用IEEE 1394总线，数据通信可以具有半双工操作模式。因此，只有一个节点向总线发送数据，其余的监听。取决于总线拓扑(具体是该节点是分支还是叶)，总线按照确定性方式来授权节点。从零开始，将物理ID号按照总线授权的顺序来分配给节点。为了寻址数据分组，不仅使用物理ID号(节点ID)。每一个总线还具有在寻址期间需要考虑的总线ID。 

在图1所示的总线结构的情况下，在总线复位之后的自配置期间 会出现大量问题。设备没有考虑到网络中的无线链路。网桥进行总线复位隔离。需要将自ID分组经过无线链路从一个簇转发到另一个。 

作为实例，考虑在总线7上发生的总线复位。簇中的所有站1、2、3检测到了复位。总线复位之后，节点逐一地发送其自ID分组。簇中的每一个节点收集例如事务层的更高软件层中的对应信息，以便能够随后产生正确的地址。入口3中的接口11还接收每一个自ID分组并将其经过无线链路转发到第二入口6。此外，入口3产生自ID分组并将其发送到IEEE 1394总线7。在第一次尝试中，设备3按照传统模式进行操作并产生自ID分组，无需考虑由IEEE 1394电缆替换网桥的情况，其具有不同的物理ID号。 

当从簇总线收集了所有的自ID分组之后，入口3通过软件手段发起总线上的总线复位。再次在簇总线上传输自ID分组。差别在于当轮到入口3发送其自ID分组时，其不仅产生其自身的自ID分组，还产生远程簇上的节点的所有自ID分组，由此，入口3在考虑到拓扑的情况下产生自ID分组，这是由IEEE 1394电缆替换无线链路的结果。下面，在簇中节点的表述中，将由入口3产生的自ID分组称作人工自ID分组。 

接下来，在入口6中，还由软件手段来发起远程总线8上的总线复位。入口6从簇总线收集所有的自ID分组，并在该阶段产生对应的人工自ID分组。该阶段之后，自配置结束，并且能够开始或继续正常的数据通信。 

如上所述，IEEE 1394节点能够具有最多16个端口。由于从拓扑的观点，在其本地总线上连接入口和节点的物理端口与无线介质上连接入口和另一个入口的虚拟端口没有区别，在真实和虚拟端口之间拆分这16个端口。 

例如图1的第一入口，入口可以具有添附在IEEE 1394设备上的15个端口，而一个端口添附在另一个入口上，例如入口2。如果入口1是拓扑中的父，与其它所有入口相比，对于集成到虚拟总线，不能连接其它入口。 

本发明认为除父入口以外的其它入口可以具有空闲虚拟端口。然 后，对于拓扑中的剩余入口，选择这些其它入口之一作为父。在图3的实例中，入口2具有13个空闲端口。图4是示出了连接了参考号为15的第三入口之后的新拓扑。根据优选实施例，如果将新入口添加到网络中，则应当将其与当前父入口的“空闲”端口之一相连。于是，相连的设备只看到拓扑中的最小变化(例如，新分支的添加)，这会使总线业务量最小(如果采用了适当的节点标识过程，例如1999年5月21日提交的专利申请EP0961453中所述，设备不需要再次得知所有相连设备的身份)。如果不能保持当前的父，而是似乎可以通过选举不同的父来建立有效拓扑，则进行该操作。如果不能确定有效配置，不连接新入口，并保持当前配置。 

分配给有线和无线侧的端口数目可以是固定或可配置的。即使有大量物理端口可用，可以不使用这些端口中的一些，使其称为用于无线子的连接的空闲端口。本发明假设修改的PHY不能处理多于一个虚拟端口。 

根据优选实施例，基于先来先用(first come first serve)，要连接到真实端口的设备和要连接到虚拟端口的设备具有相同的优先权。 

当设备与入口设备相连时，将该设备的端口设为有效，无论相连的设备是IEEE 1394设备还是其它入口。可以将端口分配到有线或无线设备。 

根据变体的实施例，入口通过虚拟端口使到另一个入口的连接不可用，以便能够连接到真实端口上的设备。于是，IEEE1394设备在入口具有优先权。反之则不成立：入口不能断开其本地有线总线上的设备来由虚拟端口上的入口代替。根据优选实施例，每一种类型的端口数目固定，但是根据变体的实施例，其是可变的并且最终是用户可配置的。 

在第一情况下，有线端口和无线端口的数目固定。每一个数目取决于入口具有的功能。如果入口要与许多有线设备相连，增加有线端口的数目。如果计划使用无线网桥中作为父的入口，增加无线端口的数目，以牺牲真实端口的数目作为代价。 

在每一个类型的端口数目可配置的情况下，用户能够动态地设置 真实端口和虚拟端口的数目。 

如果用户希望将设备与几个有线设备相连，他/她可以选择分配用于此目的的多个端口。 

父入口节点选举 

现在说明父入口的选举。除非特别指明，由优选是父入口的入口执行处理。 

当入口上的虚拟端口数目不同时，应用以下操作。如果每一个入口上的数目相同，则选举基于除了虚拟端口的数目以外的其它规则。 

第一情况在于将入口添加到已有的无线网络中。 

如果将新入口添加到网络中，则应当将其与当前父入口的“空闲”虚拟端口之一相连，除非认为结果拓扑是无效的(例如，在结果拓扑中有过多的节点)。然后，相连的设备只看到拓扑中的最小变化(即，新分支的添加)，这使总线业务量最小。如果由于缺乏空闲端口而不能保持当前父入口，但似乎可以通过选举不同的父入口来获得有效拓扑，则执行之。如果在将所有入口考虑为潜在父入口(包括新入口)之后，不能确定有效的配置，则不连接新入口，并保持当前的配置。 

现在说明详细的过程。 

按照以下方式执行在连接已有网络的情况下的关联： 

当新入口加入无线网络时，在Hiperlan 2网络的中央控制器和新入口之间执行无线链路控制层(rlc)关联过程。入口现在能够交换信息；这使得加入的入口能够检测到其它入口中的哪一个当前是父。 

尽管与Hiperlan 2意义中的无线网络相关联，在集成到IEEE 1394虚拟总线拓扑中的意义下，没有连接新入口。新入口在其本地簇上执行总线复位(这可以在关联之前和之后进行)。优选地，入口试图成为其本地总线上的根入口。这可以通过产生试图强制变化(force)根的几个总线复位来进行。根据优选实施例，当总线复位出现在新入口不是根入口的总线上时，只有在之前的根入口离开总线的情况下，入口才应当试图成为根入口。在之前的根入口仍然处于总线上的情况下，入口不会试图成为根入口。由于作为根入口的节点可能会阻止入 口成为根入口，因此这不是必要的。这避免了总线复位风暴。 

然后，新入口向当前的父告知有关其能力(例如能够实现的虚拟端口的数目)和有关本地配置(包括与其本地总线相连的设备的数目和其是否成为根入口的拓扑数据)的适当信息。 

当前的父处理该信息和其保存的有关网络的其余当前配置的信息。 

如果新入口不是其总线上的新入口，当前的父具有可与其相连的空闲虚拟端口，以及设备的结果数目不超过63，则连接该端口，并在网络中执行适当的复位以创建新拓扑。根据变体的实施例，新配置的跳数必须不能16。 

如果设备的结果数目超过了63，不连接新入口，并保持当前的父。于是，总线复位过程不是必要的。但是，如果执行了复位，当前的父试图保持作为父。 

如果新入口不是其总线上的根入口，并且具有足够的能力(有关可用端口)，当前的父检查其自身是否是总线上的根入口。如果是这种情况，新入口成为父。如果不是，当前的父发起总线复位过程，以便成为根入口。如果这不能成功，不连接新入口。 

如果当前的父不具有足够的虚拟端口，如果另一个入口(包括新来者)具有足够多的虚拟端口，则其验证该入口是否成为父。如果所有入口均是其各自本地总线上的根入口或存在不是根入口的单个入口，且该入口具有足够的能力，则其应当成为新的父。如果不是这种情况(即，当前的父不能成为根入口)，则不连接新入口。 

为了能够进行适当的复位信号传播，其总线上最多有一个不是根入口的入口，且如果存在这样的入口，则其必需是父。 

连接过程的其余部分遵循引言中所述的PCT申请WO02/098061中所述的过程。 

第二情况有关总线复位的出现。 

如果父入口是根入口且总线复位出现在子入口是失去了其根入口状态的总线上，规则是如果子具有足够多的虚拟端口，则子成为新的父。 

如果父不是根入口且总线复位出现在子失去了其根入口状态的总线上，则断开子。 

如果父是根入口且总线复位同时出现在多于一个总线上，导致对于几个子入口失去了根入口状态，则选择一个子作为新的父，如果其具有足够多的虚拟端口。断开其它的子。 

如果父不是根入口且总线复位同时出现在多于一个的总线上，导致对于几个子入口失去了根入口状态，则断开这些子入口。 

第三情况有关无线网络的初始配置。 

当最初建立无线网络时，不存在父入口。根据优选的实施例，这里提出了分配过程。 

另一种可能性是使用与针对第一情况所述的相同的过程，但是如下所定义，由“最有能力(most capable)”的入口来代替当前的父。 

当建立新的无线网络时(按照与当新入口加入网络时相似的方式)，在以上所述的父应用中，向中央控制器执行rlc关联过程。然后，入口能够交换信息。 

所有入口执行其本地簇上的总线复位。这可以在关联之前或之后进行。每一个入口试图成为其本地总线上的根入口，除非它已经是根入口。然后，每一个关联入口向所有其它关联入口告知有关其能力(即，其能够实现的虚拟端口的数目)和有关本地配置(包括设备的数目和其是否成为根入口的拓扑数据)的信息。 

每一个入口处理所收集的信息。 

将“最有能力”入口定义为支持最多数目的虚拟端口的入口。如果几个入口支持相同的数目，执行以下过程：例如，利用内置在框中的唯一标识符，使所有入口同意分等级和选择相同的入口作为最有能力入口，并在候选者中选择具有最高的逆标识符的入口。 

如果只有单个入口不是根入口，其应当成为父。 

如果几个入口不是根入口，最有能力的应当成为父。 

如果所有入口都是根入口，最有能力的应当成为父。 

父决定其将其它哪一个入口连接到其无线端口。这应当通过考虑有关设备的结果数目的限制(不超过63)来进行。根据已述的变体 实施例，还可以考虑新配置的跳数(hop count)必须不能超过16的条件。 

其余的连接过程遵循上述专利申请中所述的过程。 

根据优选实施例，提议了在保存有关最后配置/关联过程的结果的本地信息的每一个入口中的存储器(例如，在如IEEE P1212中定义的配置ROM结构中利用寄存器)，如每一个入口所见。在入口之间标准化该信息存储器的编码，以便利用有线总线上的适当应用程序，设备能够读取该信息并通知用户有关配置的失败原因。 

例如，到用户的消息可以是：“该入口没有足够数目的虚拟端口用于连接所有其它入口”，或“该入口未能成为根入口并且没有连接”，或“该入口未能关联”。 

根据变体的实施例，入口包括第二信息存储器，保存了有关最后配置/关联过程的结果的全局信息，如父所见。应当通过rlc消息的交换来写该信息存储器，由于在父和没有连接的任意入口之间也应当能够进行信息交换。只有是父入口时，入口才能使用该信息存储器。如前，设备的适当应用程序能够对其进行读取，以便向用户提供反馈。 

尽管本实施例基于与Hiperlan 2无线网络相连的IEEE 1394总线，本领域的技术人员能够容易地将本发明应用到其它总线、子网络和网桥介质。 

Claims (9)

1.一种用于在透明无线网桥(9)的网桥入口中进行父选举的方法，所述网桥包括至少两个网桥入口(3，6，15)，入口包括无线接口和到有线总线的接口，所述方法包括步骤：

-对于每一个网桥入口(3，6，15)，确定能够与其它无线设备相连的端口数目，

-选举具有最多数目的能够与其他无线设备相连的端口的网桥入口(6)作为父入口，

-将其它网桥入口(3，15)与所选举的父入口(6)的端口相连。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将此后被称为虚拟端口的在网桥入口的无线接口上的端口的数目和在有线总线接口上的网桥入口的物理端口的数目的总和限制为预定数目，其中虚拟端口的数目和物理端口的数目是可配置的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所选举的入口只能是与该所选举的入口相连的本地总线上作为根入口的入口。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：在进行新网桥入口的关联之后，触发父网桥入口的选举。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于还包括步骤：在触发选举之前，验证当前父入口是否具有空闲虚拟端口，在肯定的情况下，将新入口与该空闲虚拟端口相连，无需触发选举。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：如果新入口的连接会导致无效拓扑，则拒绝新入口的连接。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：在入口设备层，存储以下内容的至少其中之一：入口与父入口的连接的失败原因、入口与无线网桥的中央控制器的关联的失败、成为父入口的失败原因。

8.根据权利要求2所述的方法，其中物理端口是可用于连接有线总线上的设备的端口。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所选举的入口只能是与该所选举的入口相连的本地总线上并非根入口的入口。

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