CN1849779B - 用于在微微网通信系统内发现邻者的方法和设备 - Google Patents

Abstract

为了发现特定微微网内的相邻节点(203，207，208)，第一节点(206)确定其微微网(201)内的所有节点(205至207)，然后，将要求响应的消息发送到该微微网内的每个节点。根据从哪个节点听到，包括与该第一节点相邻的这些节点的第一节点创建清单。为了使其他微微网内的相邻节点“发现”该第一节点，该第一节点将扫描其环境，以确定其他微微网的微微网标识，然后，广播具有相邻微微网的微微网标识的“发现”消息。同样，该第一节点还扫描其环境，以确定其他节点发送的发现消息，从而确定其微微网之外的相邻节点。

Description

用于在微微网通信系统内发现邻者的方法和设备

技术领域

本发明一般地涉及微微网(piconet)通信系统，而且本发明尤其涉及一种用于在微微网通信系统内发现邻者(neighbor)的方法和设备。

背景技术

微微网是一种无线对等局域(ad hoc)数据通信系统，它允许多个数据设备(节点)作为成员互相通信。微微网本身与其它类型数据网络的区别在于，在所有方向上，节点的通信通常限制在约10米，而无论该节点是静止的，还是在运动。各典型微微网重叠，因此，它们可以构建在各种微微网内的设备之间的物理无线连接支持的逻辑通信基干。所有微微网必须具有一个微微网控制器(PNC)，或者在每个微微网中具有协调器。该协调器负责其微微网内各设备的时间同步，用于分配唯一网络地址，路由选择消息，广播设备发现和业务发现信息，而且可能用于功率控制。

在这种微微网通信系统内，可以对给定节点确定哪个相邻节点在其发送范围内。这种知识有助于确定给定节点的位置信息。同时，对于路由/中继数据和控制消息需要知道该节点的邻者。

尽管期望确定微微网内各相邻设备，但是，目前还没有办法确定哪些节点位于互相之间的通信范围内，包括不是给定节点的微微网的一部分的节点。给定节点最多可以轮询其协同设备，然后，确定位于与该协同设备进行通信的通信范围(“可听距离”)内的节点，但是，这种信息不能确保给定节点在协调器下的任意特定节点的范围内。因此，需要一种在这种微微网通信系统内发现相邻节点的方法和设备。

附图说明

图1是通信系统的方框图。

图2是图1所示通信系统的更详细方框图。

图3示出图1所示通信系统的发送方案。

图4是节点的方框图。

图5是示出图4所示节点的操作的流程图。

图6示出图1所示通信系统内的节点发送的“发现”信息。

图7是示出希望被相邻节点“发现”的节点的工作的流程图。

图8是微微网通信系统的更详细方框图。

图9示出图8所示通信系统的发送方案。

图10是图8所示通信系统的操作的流程图。

具体实施方式

为了解决上述问题，在此提供了一种微微网通信系统内用于发现邻者的方法和设备。为了发现特定微微网内的相邻节点，第一节点确定其微微网内的所有节点的清单，然后，将要求响应的消息发送到该微微网内的每个节点。根据从哪些节点收到消息，第一节点形成包含与该第一节点相邻的各节点的清单。为了使其他微微网内的相邻节点“发现”该第一节点，该第一节点还扫描其环境，以确定其他微微网的标识，然后，广播具有相邻微微网标识的“发现”消息。同样，第一节点还侦听其环境，以确定其他节点发送的发现信息，从而确定其微微网之外的相邻节点。

通过采用上述技术，微微网通信系统内的特定节点能够确定所有相邻节点，而无论是否与同一个微微网相关。如上所述，这种知识有助于确定给定节点的位置信息，以及附加到路由/中继数据和控制消息。

本发明包括一种在微微网内寻找邻者的方法，其中所述邻者受微微网控制器的控制。该方法包括步骤：确定受微微网控制器控制的所有节点；将要求响应的消息发送到受微微网控制器控制的每个节点；以及从收微微网控制器控制的多个节点接收响应。确定哪些节点对该消息做出了响应，然后，根据做出响应的节点，创建该微微网内邻者的清单。

此外，本发明还包括一种用于寻找位于第二微微网内，而与第一微微网有关的相邻节点的方法。该方法包括步骤：使节点与第一微微网相关；确定相邻微微网标识；以及在第一微微网内，在对发送预留的间隙期间，节点广播消息，其中该消息包括相邻微微网的标识，第一微微网的标识以及该节点的标识。

此外，本发明还包括一种用于操作微微网通信系统内的节点的方法。该方法包括步骤：使该节点与第一微微网控制器相关；将与第一微微网控制器相关的节点操作为独立微微网控制器的；以及确定与该节点相关，而且用作独立微微网控制器的节点。微微网控制状态停止，然后，该节点重新与第一微微网控制器相关。

本发明包括一种设备，该设备包括：收发信机，用于将要求响应的消息发送到受微微网控制器控制的每个节点，并从受微微网控制器控制的多个节点接收响应；以及逻辑电路，用于确定哪些节点对该消息做出了响应，然后，根据对该消息做出响应的节点，创建该微微网内的邻者的清单。

此外，本发明还包括用于寻找位于第二个微微网内而与第一微微网相关的相邻节点的设备，该设备包含：逻辑电路，用于使节点与第一微微网相关，并确定第二个微微网的标识；以及收发信机，用于在第一微微网内在对发送预留的间隙期间广播消息，其中该消息包括第二个微微网的标识，第一微微网的标识以及该节点的标识。

此外，本发明还包括具有逻辑电路的设备，该逻辑电路使节点与第一微微网控制器相关，使它是从属微微网控制器，用于确定与该节点相关，而用作从属微微网控制器的节点，停止微微网控制状态，以及使受第一微微网控制器控制的节点恢复正常工作。

现在参看附图，其中同样的数字表示同样的部件。图1示出根据本发明优选实施例的通信系统100。通信系统100优选采用高数据速率IEEE 802.15.3无线个人局域网定义的通信系统协议，然而，本技术领域内的普通技术人员明白，在不改变本发明范围的情况下，可以采用其它通信系统协议。例如，通信系统100可以采用诸如，但并不局限于，对等局域按需平面距离矢量路由(Ad-hoc On Demand DistanceVector Routing)(AODV)，动态源路由(DSR)，临时排序路由算法(TORA)，BluetoothTM标准(IEEE标准802.15.1)等的通信系统协议。如图所示，通信系统100包括多个微微网，每个微微网包含协同设备10和多个与协同设备通信的从节点20。节点20代表由协同设备10提供的同步互相进行通信的设备。节点20可以是可传输(移动)的，也可以将它们固定在给定位置。

如上所述，要求特定微微网内的任意给定节点20确定位于该给定节点的通信范围内的那些节点。现有技术通信系统可以使加入或连接到微微网的设备，通过利用802.15.3PNC信息请求命令或者探测命令信息向控制器询问“轮叫(roll call)”类信息，而得到该微微网的成员清单。如上所述，尽管该信息可以使微微网内的任意节点确定该微微网内的所有节点，但是，它不能提供这些节点中哪些节点处于特定节点的通信范围内的任意信息。这可以示于图2中，图2示出两个分别具有相应控制器203和204的微微网201和202。在该示意图中，节点205至207与控制器203相关(微微网201)，而节点208与控制器204相关(微微网202)。在现有技术的微微网中，特定节点(例如，节点206)可以轮询其控制器(控制器203)，以确定与控制器203通信的这些节点，然而，该信息本身不能确定处在节点206的通信范围内的那些节点。例如，在轮询时，控制器203将节点205至207的标识送到节点206，然而，在该例子中，节点205当前不在节点206的通信范围内。

尽管如此，但是，给定微微网内的节点目前还没有办法确定位于通信范围内，而与不同微微网相关的那些节点。这可以通过再参考图2进行说明。在节点206轮询其控制器时，仅对节点206提供与控制器203通信的那些节点。因此，即使节点208在节点206的通信范围内，206也没有办法知道该信息。

为了解决上述问题，配置通信系统100，以对给定微微网内的特定节点提供用于确定位于该特定节点的通信范围内，与微微网无关的那些节点的机制。为了完成该任务，首先，希望发现相邻节点的节点必须确定其微微网内位于通信范围内的节点，然后，必须确定位于通信范围内，而位于该节点的微微网之外的那些节点。下面的描述分为两部分，首先，说明特定节点为了发现其微微网内的相邻节点采用的技术，其次，说明特定节点为了发现与不同微微网相关的那些相邻节点的技术。

在描述上述技术之前，需要参考图2和图3说明背景信息。特别是，在设备之间通信期间，通信系统100采用特定发送协议，其中每个微微网在特定非重叠超帧301、302内通信，如第______号(顺序申请号10/414838)美国专利所述，在此引用该专利供参考。在图3中，微微网201完成超帧301内的所有必需发送，而微微网202完成超帧302内的所有必需发送。在超帧期间，该微微网的特定控制器在信标字段(beacon field)内广播微微网时间和控制信息，而为了进行发送，每个节点(包括控制器)具有无争用周期时隙，它是IEEE 802.15.3标准的信道时间分配(Channel Time Allocation(CTA))功能的一部分。在其确保时隙期间，特定节点对任意特定节点广播希望被执行的命令，或者发送意在到达一个节点或者一组节点的数据。这种广播必须包括节点与其相关的(各)微微网的标识(即，微微网识别符(PNID))以及源地址(SA，或者设备识别符(DEVID))，目的地地址(设备识别符(DEVID或DA))和命令(COM)。这示于图3中，它示出节点205的GTS的放大图。

确定同一微微网内的相邻节点

图4是在通信系统100内采用的节点400的方框图。如图所示，节点400包括：逻辑电路401、数据库403和收发信机405。逻辑电路401优选包括微处理器控制器，例如，但并不局限于，摩托罗拉PowerPC微处理器。数据库403优选包含存储装置，例如，但并不局限于，硬盘存储器，随机存取存储器等。最后，收发信机405包括众所周知的用于在802.15.3网络内进行通信的发送电路系统和接收电路。

作为微微网的相关成员，设备可以向控制器请求关于该微微网内的一个设备或者所有设备的网络信息。希望确定作为其微微网成员的所有物理邻者的设备将微微网信息请求命令发送到该控制器，以获得该微微网内的所有设备的清单。相反，根据微微网设备的数量和控制器超帧的时长，控制器可以以单发送的方式广播信息。然后，通过侦听该广播，节点可以确定受微微网控制器控制的所有单元。因此，通过指示收发信机405向其相关微微网轮询当前作为该微微网的一部分的所有节点清单，或者指示收发信机405周期性侦听由微微网控制器广播的该信息，逻辑电路401获得位于其微微网内的所有节点的清单。一获得该设备清单，就将该设备清单存储到数据库403内。

节点400一得到并存储了该微微网设备清单，它就通过发送具有立即确认要求，即，在其CTA期间设置的(Imm-ACK)策略字段的数据帧分组(IEEE 802.15.3的第8.8.2节，草案D15)，顺序轮询每个设备。也就是说，利用要求立即响应的命令，逻辑电路401指示收发信机405在其CTA内发送命令。如果定向帧的预定接收者正确收到该数据帧，则在同样的CTA期间，它发回Imm-ACK。因此，根据对哪些节点响应该消息所做的确定(通过逻辑电路401)，节点400肯定知道该设备是否位于物理发送范围内。因此，根据响应该消息的这些节点，可以确定邻者清单。

如果节点400应该未收到Imm-ACK，则在随后的超帧内重试最大重试次数(例如，5次)。一旦达到最大重试次数，节点400就不再尝试对该设备直接发送数据。利用这种方法，节点400得知处于其发送范围内的所有设备。这些信息存储在数据库403内。

图5是示出在获得同一个微微网下的相邻节点期间节点400的操作的流程图。在步骤501，逻辑流程开始，在步骤501，逻辑电路401获得受其微微网控制器控制的单元(节点)的清单。如上所述，这可以通过利用PNC信息请求命令或者探测命令消息，轮询控制器实现，或者，这可以通过指示收发信机405周期性地侦听作为控制器信标的一部分广播的信息实现。一获得该清单，逻辑电路401就指示收发信机405对每个单元发送要求立即响应的消息(步骤503)。从各节点接收响应，然后，在步骤505，逻辑电路401确定是从哪些节点收到的，然后，在步骤507，根据收到的确认，逻辑电路401创建清单。显然，对于图2，作出响应的节点的数量可能小于受微微网控制器控制的单元/节点总数量。

上面的技术可以使微微网内的任意节点发现该微微网内的相邻节点。然而，如上所述，目前，给定微微网内的节点还没有办法确定位于通信范围内、而与不同微微网相关的这些节点。下面的说明将解决该问题。

确定不同微微网内的相邻节点

如上所述，微微网内每个节点具有它自己的CTA。如图3所示，在CTA内进行发送期间，节点可以利用其发送期间的PNID广播各种命令。当前，802.15.3接收协议只允许节点接收来自利用PNID进行广播、与该接收节点相关的其他节点的发送。因此，现有技术802.15.3系统内的节点只能听到同一个微微网内的其他节点的发送(即，具有相同PNID)。

为了使通信系统100内的节点确定非常接近的节点，需要使每个节点听到来自其他节点的发送，而与发送期间采用的PNID无关。为了实现该任务，图1所示的通信系统采用特定消息格式。特别是，通信系统100内的每个节点周期性地广播“发现”消息，该消息具有利用802.15.3扫描过程确定的微微网的各种PNID(例如，通过扫描IEEE802.15.3信标字段确定相邻微微网和有关PNID)。更具体地说，在工作期间，逻辑电路401与第一微微网相关，而且周期性地指示收发信机405扫描可用微微网(信标)。一旦检测到特定微微网的信标，逻辑电路401就将该微微网的PNID存储到数据库403内。然后，在第一微微网内，在对发送预留的时隙期间，逻辑电路指示收发信机405广播“发现”消息。该发现消息包含扫描过程中发现的各种PNID。

图6示出其邻者希望发现的位于通信系统100内的节点发送的“发现”消息601。显然，在节点的CTA期间，它广播上面在图3描述的标准格式消息，然而，该节点采用该消息的PNID字段内的相邻PNID之一。此外，在该消息的“命令”部分期间，该节点广播其自己的PNID、DEVID(源地址)以及其微微网运行的其他必要定时信息。在图6中可以看出，在图6中，利用包括其自己的PNID(PNID1)以及其自己的标识(DEVID)(源地址(SA))的“命令”字段，与PNID1相关的节点广播寻址到PNID2和目的地地址(DA，在此必须是广播地址，例如，802.15.3定义的255)的消息。

因为相邻微微网的超帧是分离的，而且不重叠，所以不能保证在一个超帧内在其CTA内发送发现消息的装置不影响其他微微网内的其他装置的发送。实际上，因为在装置不发送时，它们在接收模式下工作，所以一个微微网内的装置可以接收，或者至少可以侦听另一个微微网内的装置的发送。因此，从根本上说，相邻装置可以将分组发送到不是其微微网成员，但是在其实际发送范围内的装置，这样可以使其非常邻近的所有装置互相发现。因此，通过仅侦听由其他节点发送的发现消息，装置就可以获取位于其发送范围内、但是不是其微微网成员的装置的清单。在其自己的超帧之外的超帧期间，装置仅侦听这些发现发送。它获取这些装置的清单，捕获其唯一PNID以及其他装置的ID(DEVID)。同样，利用默认，该装置获取位于其附近的所有微微网的清单。

上述过程用于使节点“侦听”其他节点广播的发现消息，然后，根据收听到的节点，确定邻者，然而，不能保证邻者清单在各相邻装置之间“同步”。更具体地说，因为第一节点“听到”第二节点的发现消息，所以不一定意味着第二节点同样从第一节点听到发现消息。其原因可能仅是因为第一节点还未对第二节点广播发现消息。为了确保所有邻者清单同步，收到广播的发现消息的节点将在对将广播消息发送到其的特定节点预定的GTS期间发送确认消息。这种确认技术防止消息冲突，否则，如果多个节点向其广播发回立即确认，则在广播节点可能发生消息冲突。因此，如果发送发现消息，则保证第一节点从与第一节点相关的作为邻者的所有节点接收。

图7是示出希望被相邻节点发现的节点的运行过程的流程图。该逻辑流程从步骤701开始，在步骤701，节点扫描其环境，以确定相邻微微网和相关PNID。在步骤S703，PNID存储在数据库403中，然后，在发送“发现”消息时，使用该PNID。特别是，在步骤705，从数据库403中确定相邻PNID，然后，将“发现”消息发送到所有相邻节点。如上所述，发现消息包括相邻PNID、该节点的PNID以及该节点的唯一装置标识(SA)。此外，利用来自收到该发现消息的节点的数据分组，可以确认该发现消息，以使发送该发现消息的节点可以确定听到该发现消息的所有其他节点。应该注意，即使节点在广播发现消息，该节点仍继续监视位于其他微微网内的其他节点发送的发现消息，并且利用确认响应收到的任意发现消息。

在节点发现位于不同微微网内的相邻节点的又一个解决方案中，微微网的每个装置均请求作为从属微微网控制器(PNC)。图8示出通过其控制器806连接到其父微微网801的从属微微网802。节点806仅是微微网801内的常规装置，但是，是微微网802的控制器。还存在第三微微网809以及该微微网的控制器810。图9示出父微微网和从属微微网的超帧结构901和902。通过作为从属PNC，而且有效启动其自己的微微网，装置可以获取位于其发送范围内，而且可以与其相关从而加入其微微网的所有装置的清单。

图10是示出发现其相邻节点的从属控制器的运行过程的流程图。假定节点内的逻辑电路使该节点与第一微微网控制器相关，然后，保证它可以作为其自己的从属控制器。该逻辑流程在步骤1001开始，在步骤1001，逻辑电路指示该节点作为从属微微网控制器。在步骤1003，逻辑电路401接收使节点与从属微微网控制器相关的请求。在步骤1005，逻辑电路401将这些装置的标识存储到数据库403内。

应该注意，为了使所有相邻节点与作为从属微微网控制器的节点相关，必须有要求任意节点听到从属微微网控制器，以便与该控制器相关的机制。在其节点与任意控制器无关的现有技术的微微网内存在这种情况。更具体地说，如果无关，则该节点仅加入从属微微网。然而，如果存在另一个微微网的成员，则该节点必须利用扫描操作模式寻找存在从属微微网。一旦找到，该节点必须与该从属微微网相关。要求这样做的一种方法是在指出特定节点是从属微微网的D-PNC信标内包括标志。这可以用作触发器，以将装置试图建立邻者清单通知预相关节点。该节点得知它的一种方法是需要与其当前微微网无关(节点一次只能是一个微微网的成员。802.15.3条款)，因此，它可以加入从属微微网，而且可以建立其邻者清单。

从属PNC的状态是临时的，仅足以使装置获取其所有““可听距离”邻者，而且可以完成任意测距或者通信职责。获取邻者可以使该节点确定位于““可听距离”内的这些相邻节点。此后，从属控制器装置放弃其PNC状态，然后，恢复到仅用作单微微网内的装置(步骤1007)。与令牌环网络内通过的令牌相同，从属PNC功能传递到其微微网的另一个成员，这样要执行类似的操作，以发现其邻者。

尽管参考特定实施例，具体示出和描述了本发明，但是本技术领域内的技术人员明白，在不脱离本发明实质范围的情况下，可以在形式和细节方面进行各种修改。试图使这些修改包括在下面的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于在微微网内寻找邻者的方法，其中邻者受一个微微网控制器的控制，该方法包括步骤：

确定受该微微网控制器控制的所有节点；

将要求响应的消息发送到受该微微网控制器控制的每个节点；

从受该微微网控制器控制的多个节点接收响应；

确定哪个节点响应该消息；以及

根据响应该消息的节点，创建该微微网内的邻者清单。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定受该微微网控制器控制的所有节点的步骤包括从该微微网控制器请求受该微微网控制器控制的所有节点的清单的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中请求步骤包括利用IEEE802.15.3信息请求命令向该控制器询问成员信息的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定受该微微网控制器控制的所有节点的步骤包括根据该微微网控制器发送的广播进行确定的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将要求响应的消息发送到每个节点的步骤包括将要求立即确认的消息发送到每个节点的步骤。

6.一种设备，包括：

收发信机，用于将要求响应的消息发送到受微微网控制器控制的每个节点，而且用于从受该微微网控制器控制的多个节点接收响应；以及

逻辑电路，确定哪个节点响应该消息，而且根据响应该消息的节点，创建位于该微微网内的邻者的清单。

7.根据权利要求6所述的设备，其中收发信机还将请求命令发送到微微网控制器，以确定受微微网控制器控制的每个节点。

8.根据权利要求6所述的设备，其中通过接收该微微网控制器发送的广播，逻辑电路确定受该微微网控制器控制的所有节点。

9.一种用于寻找位于第二微微网内，而且与第一微微网相关的相邻节点的设备，该设备包括：

逻辑电路，使节点与第一微微网相关，而且确定第二微微网的标识；以及

收发信机，用于在第一微微网内，在对发送预留的时隙期间广播消息，其中该消息包括第二微微网标识、第一微微网标识以及该节点的标识。

10.根据权利要求9所述的设备，其中该收发信机还在该消息内广播要求立即确认的数据，而且其中逻辑电路确定响应要求立即确认的数据的节点。

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