CN1756235A - 无线网络中的广播方法和使用该广播方法的通信设备 - Google Patents

Abstract

一种无线网络中的广播方法和使用该广播方法的通信装置。当接收到广播分组时，所述广播方法确定该广播分组是否是第一次接收。如果确定表明该分组是第一次接收，则存储该广播分组并将其转播到邻节点。随后，将邻节点中从中接收过广播分组的节点标记为“已转递”。当从中接收过广播分组的所有邻节点没有都被标记为“已转递”时，转播该广播分组。当从中接收过广播分组的所有邻节点都被标记为“已转递”时，破坏该广播分组。因此，提供了一种有效的基于链路的广播方法。

Description

无线网络中的广播方法和使用该广播方法的通信设备

技术领域

本发明一般地涉及无线网络中的广播方法和使用该广播方法的通信设备。特别地，本发明涉及无线网络中的广播方法和使用该广播方法的通信设备，其能够在遵循IEEE 802.15.4标准的ZigBee网络中通过基于链路的广播来有效地广播数据。

背景技术

与局域网(LAN)或广域网(WAN)相比，个人区域网络(PAN)是由个人拥有的网络。个人拥有的装置相互连接以构成网络，以便为所有者提供便利。电气和电子工程师协会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.)(IEEE)802.15工作组开发了用于短距离无线网络的WPAN来标准化和实施PAN。IEEE 802.15标准有四个任务组。更特别地，IEEE 802.15.1标准化公知的蓝牙技术，而IEEE 802.15.3和IEEE 802.15.3a标准化高速率WPAN。此外，别名为ZigBee的IEEE 802.15.4标准化对应于小于250kbps的数据速率的低速率WPAN。

ZigBee的目标之一是标准化在用于无线传感器网络的媒体访问控制(MAC)层之上的协议栈。为此，目前的ZigBee规范支持网络层的可靠数据广播。在ZigBee规范中详细说明的广播方法由三个主要部分组成，其包括网络范围的广播，本地广播修复和有限范围(radius)广播。

图1到图4示出根据ZigBee规范的传统广播方法。现在参考图1到4，ZigBee规范的传统广播方法和与该传统广播方法相关的缺点描述如下。

图1示出在ZigBee规范中详细说明的ZigBee网络中的网络范围的广播机制。根据ZigBee规范，网络范围的广播机制是基于树的广播，其中广播分组仅通过树结构转发。

例如，如果广播分组的源是如图1所示的网络中的节点A，则因为广播分组仅沿树结构传递，所以该广播分组必须通过其父节点传送以到达邻节点(neighbor node)。因而，如图1所示，广播分组从节点A到节点B或节点C的传送需要沿着树结构的六次传送和转递(relay)。然而，通过使用物理链路代替树结构，广播分组能够沿着如图1中虚线所示的链路经由3个或4个节点而被传递到节点B或节点C(图1)。因此，沿着根据ZigBee规范的树结构的广播分组的传送不必要地延迟了广播分组的传递。

图2示出ZigBee网络中的本地广播修复机制。如在上面所解释的，ZigBee规范的广播方法使用基于树结构的父和子关系。如果节点与其父节点失去联系，则广播分组不能再向前传递。本地广播修复机制用于修复这种情形中的丢失链路。

ZigBee规范详细说明了：与其父节点失去联系的子节点使用分组报头中包括的分组控制字段中的“丢失父节点(Lost Parent)”位来进行本地广播修复。然而，当父节点与子节点失去联系时，对于来自父节点的广播分组的传递则没有解决方案。例如，如图2所示，如果节点C和节点B之间的链路断开，则节点F能够通过节点C的另一分支从诸如节点G的节点接收分组。然而，由于从节点G接收的分组不是从其父或子节点传递的，因此该分组被丢弃。因而，节点B下面的子树没有被覆盖。

图3示出在ZigBee网络中使用的有限范围广播机制。根据有限范围广播机制，可以使用范围计数器(RC)值来设置广播分组到达的范围。参考图3，节点0进行RC＝2的有限范围广播。每当从每个节点重传广播分组时，RC值减少1。当RC值变为零时，该广播分组不能再向前重传。

允许树结构的有限范围广播可能出现意想不到的结果。例如，如图4所示，如果节点F和G是一跳(one-hop)的邻节点并且节点F试图进行RC＝3的有限范围广播，那么广播分组将不会被传递到节点G。为了到达节点G，有限范围广播必须以RC＝4来进行。也就是说，不必要地需要RC值较大来覆盖邻节点，从而不必要的流量增大。

发明内容

为了解决关于对应于ZigBee规范的传统广播方法的上述问题，本发明的一个方面提供了一种无线网络中的基于链路的广播方法。

为了实现本发明的上述方面，该无线网络中的广播方法包括以下步骤：接收广播分组；确定广播分组是否是第一次接收；当广播分组是第一次接收时，存储该广播分组，并将该广播分组转播(rebroadcast)到邻节点；以及，当广播分组不是第一次接收时，破坏该广播分组。所述无线网络是遵循IEEE802.15.4标准的ZigBee网络。

该广播方法还包括：将邻节点中从中接收广播分组的节点标记为‘已转递’；在预定时间之后，检查是否所有邻节点都被标记为‘已转递’；以及当从中接收过广播分组的所有邻节点没有都被标记为‘已转递’时，转播该广播分组。该广播方法还包括当从中接收过广播分组的所有邻节点都被标记为‘已转递’时破坏该广播分组的步骤。

转播计时器计算所述预定时间，从而设置转播时间。该预定时间可根据所接收的广播分组的链路质量指示符(LQI)值来设置。

将转播步骤以预定时间间隔重复对应于预定值的次数，直到所有邻节点都转递了该广播分组为止。因此，防止了不受限转播。

标记步骤设置对应于与邻节点相关的信息的邻居列表(neighbor list)，并标记在邻居列表中列出的节点。邻居列表使用基于所列出的邻节点的索引的位图来设置。所列出的邻节点位于距广播源一跳之内。根据ZigBee地址将所列出的邻节点分组，并检查分组后的邻节点以确定这些分组后的邻节点是否被标记为‘已转递’。

与本发明一个方面一致的是，一种无线网络中的广播方法包括以下步骤：接收广播分组；确定广播分组报头中的指定字段是否已设置；当指定字段没有设置时，根据可靠广播方法转播该广播分组；以及当指定字段已设置时，根据不可靠广播方法转播该广播分组。上面提到的无线网络是遵循IEEE802.15.4标准的ZigBee网络。

如果广播分组是第一次接收，则可靠广播方法转播该广播分组，并且如果在邻节点中存在没有转递该广播分组的节点，则在预定时间之后转播该广播分组。如果分组不是第一次接收，则可靠广播方法破坏该广播分组。如果广播分组是第一次接收，则不可靠广播方法转播该广播分组，而如果广播分组不是第一次接收，则破坏该广播分组。

所述指定字段是在广播分组报头中包括的分组控制字段中的‘丢失父节点’字段。

与本发明一个方面一致的是，一种使用无线网络中的广播方法的通信设备，包括：用于接收广播分组的装置；用于确定该广播分组是否是第一次接收的装置；用于在该广播分组是第一次接收时存储该广播分组并将其转播到邻节点的装置；以及用于在该广播分组不是第一次接收时破坏该广播分组的装置。

该通信方法还包括：用于将邻节点中从中接收过广播分组的节点标记为‘已转递’的装置；用于在预定时间之后检查是否所有邻节点都被标记为‘已转递’的装置；以及用于在所有邻节点没有都被标记为‘已转递’时转播该广播分组的装置。该通信设备还包括用于在所有邻节点都被标记为‘已转递’时破坏该广播分组的装置。

附图说明

根据结合附图的对示例实施例的以下描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得清楚和更容易理解，其中：

图1到图4是根据ZigBee规范的传统广播方法的图；

图5A和5B是根据本发明第一实施例的广播方法的流程图；

图6是邻居列表的示例实施例的图；

图7是分组控制字段的示例实施例的图；以及

图8是示出通过将邻节点分组来构建邻居列表的图。

具体实施方式

现在将对本发明的示例实施例进行详细介绍，其示例在附图中示出，其中，相同的附图标记指的是全部附图中的相同元件。在下面描述示例实施例，以便通过参考附图来解释本发明。

根据本发明示例实施例的无线网络中的广播方法使用基于链路的广播而不是根据基于树的广播的父节点和子节点关系。因此，基于树结构的父节点和子节点关系并不是可以参与传递广播分组的唯一节点。换句话说，根据本发明的广播方法，所有节点都可以参与传递广播分组。根据本发明的无线网络中的广播方法主要应用到遵循IEEE 802.15.4标准的ZigBee网络。然而，根据本发明的广播方法不限于ZigBee网络。例如，可以使用任何符合对应于本发明实施例的标准的网络。

图5A和图5B是根据本发明第一实施例的无线网络中的广播方法的流程图。首先参考图5A，链接到无线网络的节点接收广播分组(S100)，并且该节点确定所接收的分组是否是第一次接收(S105)。第一次接收的分组表明所接收的分组与先前接收的分组不同。通过在广播事务(transaction)表(BTT)的广播事务记录(BTR)中检查对应于所接收分组的分组信息的存在，对该分组是否是第一次接收进行确定。

如果在步骤S105进行的确定显示该分组是第一次接收，则创建对应于所接收的分组的BTR，并将其存储在BTT(S110)中。所创建的对应于所接收的分组的BTR包含该分组的源地址和广播序列号码(BCSN)。

创建BTR后，将所接收的广播分组存储在缓冲器中，并且设置转播计时器(S115)。转播计时器用于确定转播时间。随后，在步骤S120，转播所接收的分组。

在步骤S125，如图6所示，邻居列表中从中接收过广播分组的每个邻节点都被检查并标记为‘已转递’。根据本发明，邻居列表组织与距广播源一跳之内的邻节点有关的信息。为了标记邻居列表的已转递字段，使用基于每一节点的索引的位图。位图的长度等于邻居列表中的邻节点数目。

如果在步骤S105确定该分组已经被接收过，则当所接收的分组的源地址对应邻居列表中的邻节点时，邻居列表中从中接收过广播分组的每个邻节点都被检查并标记为‘已转递’(S130)。在步骤S130将邻居列表中的邻节点标记为‘已转递’之后，在步骤140破坏所接收的分组。因此，处理了所接收的广播分组。

参考图5B，当所设置的转播计时器在预定时间之后终止时(S150)，对邻居列表中的所有邻节点是否都被标记为‘已转递’进行确定(S155)。如果该确定显示不是每个邻节点都被标记为‘已转递’，则在步骤S170转播所接收的分组，并且在步骤S175重置转播计时器。增大对转播已发生的次数进行计数的最大重传极限参数(S180)。如果最大重传极限参数小于预定值(S195)，则重复步骤S150到S180。因此，转播可发生的次数受限于所述预定值。因此，不允许不受限制的转播。

如果在步骤S155邻居列表中的所有邻节点都被标记为‘已转递’，则清除缓冲器中存储的分组(S160)并且清除BTR(S165)。换句话说，当从中接收过分组的所有邻节点都被标记为‘已转递’时，破坏该分组。因此，确保了所有邻节点根据基于链路的广播收到广播分组。

根据本发明第二实施例的广播方法有选择地使用可靠广播方法和不可靠但尽力服务(best-effort)的广播。根据本发明的第二实施例，‘不可靠广播’字段是新定义的，并且根据是否设置了‘不可靠广播’4字段来选择该广播方法。例如，如果没有设置‘不可靠广播’字段，则采用根据第一实施例的使用邻居列表的广播方法。换句话说，当没有设置‘不可靠广播’字段时，如果广播分组是第一次接收，则可靠广播方法转播该广播分组，并且在预定时间之后，如果在邻居列表中列出的邻节点中存在没有转发广播分组的节点，则转播该广播分组。如果该分组不是第一次接收，则可靠广播方法破坏该广播分组。反之，如果设置了‘不可靠广播’字段，则根据本发明第一实施例中的可靠方法，不转发该广播分组。取而代之的是，根据不可靠广播方法，如果广播分组是第一次接收，则转发该分组，而如果广播分组不是第一次接收，则破坏该广播分组。此外，当设置了‘不可靠广播’字段时，保留BTR的创建。然而，标记邻居列表中的对应邻节点为‘已转递’不被使用。

参考图7，‘不可靠广播’字段可使用在网络层添加到报头中的分组控制字段中的‘丢失父节点’字段。分组控制字段中的‘广播’位、‘丢失父节点’位、和‘广播范围呈现(present)’位分别与ZigBee规范的网络范围广播、本地广播修复和有限范围广播有关。如前面所述，根据本发明示例实施例的广播方法允许所有节点参与转发广播分组。这样，不需要使用本地广播修复来查找到父节点的链路。因此，可以将‘丢失父节点’字段用作‘不可靠广播’字段。

根据本发明第三实施例的广播方法有选择地使用基于树和基于链路的有限范围广播。为此，将‘基于树的广播’子字段添加到分组控制字段的报头中。作为缺省，不设置‘基于树的广播’子字段，并使用根据本发明第一实施例的基于链路的有限范围广播。然而，如果设置了‘基于树的广播’子字段，则根据ZigBee规范的传统广播方法使用基于树的有限范围广播。

当构建包括关于距广播源一跳之内的节点的信息的邻居列表时，有可能通过使用ZigBee地址、基于父和子关系将节点分组。

图8示出通过将邻节点分组来构建邻居列表。参考图8，分别为第一至第三区域200、300和400构建第一至第三邻居列表210、310和410。节点6和7在第一和第二邻居列表210和310中是父和子关系。节点8、9和10在第三邻居列表410中是父和子关系。

在将父和子关系的邻节点分组之后，并且一旦从特定组中的节点之一接收到广播分组，就根据邻居列表中的广播分组的正常接收，检查对应组中的所有节点，并将其标记为‘已转递’。共享超帧的组中的节点允许组内的可靠传送。此外，减少了源节点处的等待时间。

当确定转播时间时，可以通过设置与所接收的广播分组的链路质量指示符(LQI)值成比例的补偿值，按照对应于离开源节点的距离的顺序将所接收的广播分组转播到节点。在此情形中，如果接收到在离源节点最远的节点处产生的转播分组，则靠近该源节点的节点以通常方式接收该分组。由于距源节点最远的节点进行转播，因此可以在整个网络上进行高速广播。

按照前述，根据基于链路的广播，链接到无线网络的每个节点都可参与转发广播分组。

由于沿着链路传递广播分组，因此比基于树的广播更快地进行广播分组。

根据本发明的实施例，不使用树结构，因而不需要本地广播修复机制来修复树结构。

由于使用基于链路的有限范围广播，因此有可能有效地设置广播分组的传送范围，并且RC值表示实际的有限跳。

如果需要，有可能有选择地使用可靠广播和不可靠但尽力服务的广播。

通过使用ZigBee地址或根据LQI值来将邻居列表分组，可以有效地设置转播时间。

尽管已经描述了本发明的示例实施例，但当本领域技术人员获悉本发明的基本概念时，本领域技术人员可以想到对示例实施例的其它改变和修改。因此，意图是所附权利要求应被解释为包括前述示例实施例以及落在本发明的精神和范围内的所有这样的改变和修改。

相关申请交叉引用

本申请要求2004年10月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2004-84309号和2004年2月13日向美国专利和商标局提交的美国临时专利申请第60/544226号的优先权，其公开通过引用而合并于此。

Claims (20)

1、一种无线网络中的广播方法，包括以下步骤：

接收广播分组；

确定该广播分组是否是第一次接收；

当该广播分组是第一次接收时，存储该广播分组，并将该广播分组转播到邻节点；以及

当该广播分组不是第一次接收时，破坏该广播分组。

2、如权利要求1所述的广播方法，其中第一次接收的分组是与先前接收的分组不同的所接收的分组。

3、如权利要求1所述的广播方法，还包括以下步骤：

将邻节点中从中接收过广播分组的节点标记为‘已转递’；

在预定时间之后，检查是否所有邻节点都被标记为‘已转递’；以及

当从中接收过广播分组的所有邻节点没有都被标记为‘已转递’时，转播该广播分组。

4、如权利要求3所述的广播方法，还包括当从中接收过广播分组的所有邻节点都被标记为‘已转递’时破坏该广播分组的步骤。

5、如权利要求3所述的广播方法，其中转播计时器计算所述预定时间，从而设置转播时间。

6、如权利要求3所述的广播方法，其中根据所接收的广播分组的链路质量指示符(LQI)值来设置所述预定时间。

7、如权利要求3所述的广播方法，其中将转播步骤以预定时间间隔重复对应于预定值的次数，直到所有邻节点都转递了广播分组为止。

8、如权利要求1所述的广播方法，其中所述无线网络是遵循IEEE802.15.4标准的ZigBee网络。

9、如权利要求8所述的广播方法，其中标记步骤设置对应于与邻节点有关的信息的邻居列表，并标记在该邻居列表中列出的节点。

10、如权利要求9所述的广播方法，其中，使用基于所列出的邻节点的索引的位图来设置邻居列表。

11、如权利要求9所述的广播方法，其中所列出的邻节点位于距广播源的一跳之内。

12、如权利要求9所述的广播方法，其中，基于ZigBee地址将所列出的邻节点分组，并且检查分组后的邻节点，以确定分组后的邻节点是否被标记为‘已转递’。

13、一种无线网络中的广播方法，包括以下步骤：

接收广播分组；

确定是否设置该广播分组报头中的指定字段；

当设置了所述指定字段时，根据可靠广播方法转播该广播分组；以及

当未设置所述指定字段时，根据不可靠广播方法转播该广播分组。

14、如权利要求13所述的广播方法，其中所述无线网络是遵循IEEE802.15.4的ZigBee网络。

15、如权利要求14所述的广播方法，其中如果广播分组是第一次接收，则可靠广播方法转播该广播分组，并且在预定时间之后，如果在邻节点中存在没有转递过该广播分组的节点，则转播该广播分组，以及

其中，如果该广播分组不是第一次接收，则可靠广播方法破坏该分组。

16、如权利要求14所述的广播方法，其中如果广播分组是第一次接收，则不可靠广播方法转播该广播分组，而如果该广播分组不是第一次接收，则破坏该广播分组。

17、如权利要求14所述的广播方法，其中所述指定字段是广播分组报头中包括的分组控制字段中的‘丢失父节点’字段。

18、一种使用无线网络中的广播方法的通信设备，包括：

用于接收广播分组的装置；

用于确定该广播分组是否是第一次接收的装置；

用于在该广播分组是第一次接收时存储该广播分组并将其转播到邻节点的装置；以及

用于在该广播分组不是第一次接收时破坏该广播分组的装置。

19、如权利要求18所述的通信设备，还包括：

用于将邻节点中从中接收过广播分组的节点标记为‘已转递’的装置；

用于在预定时间之后检查是否所有邻节点都被标记为‘已转递’的装置；以及

用于在所有邻节点没有都被标记为‘已转递’时转播该广播分组的装置。

20、如权利要求19所述的通信设备，还包括用于在所有邻节点都被标记为‘已转递’时破坏广播分组的装置。

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