CN1875645A - 用于通信系统中的路由发现的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种通信系统(100)，其包括外层通信系统和内层ad－hoc通信系统。通过向外层通信系统通知源和目的地节点，发生了ad－hoc通信系统中的路由发现。外层通信系统指令源和目的地节点之间的全部基站，指令全部节点参与路由发现。

Description

用于通信系统中的路由发现的方法和装置

技术领域

本发明通常涉及通信系统，并且特别地，涉及一种用于该通信系统中的路由发现的方法和装置。

背景技术

通信系统中的路由发现是公知的。特别地，出现了消息扩散过程，其通常是按需路由发现和网络初始化的基础。消息扩散基本上被定义为覆盖整个网络的广播过程。其如下操作：当网络中的节点或远程单元希望发现通向网络中的另一节点的路由时，向它的全部近邻广播指定了目的地地址的消息。在接收到该消息时，这些全部的近邻节点将向它们的近邻重新广播该消息。当节点再次接收到相同的消息时，其将该消息丢弃。该过程自身重复，直至到达网络中的全部节点，或者关于该消息的生存时间期满。如所讨论的，路由算法中使网络扩散的目的基本上是找到向目的地发送数据的路径。消息内容通常是路由发现请求。

尽管消息扩散是用于在网络中找到路由的可靠的方法，但是扩散被证实生成了过量的系统业务和干扰。特别地，由于搜索区域中的每个主机必须重新广播路由发现分组，因此引起了信令消息的指数增长，这导致了严重的冗余、争用和冲突。因此，需要一种用于通信系统中的路由发现的方法和装置，其使由消息扩散引起的系统干扰最小。

附图说明

图1是通信系统的框图。

图2说明了通知消息。

图3是收发信机的框图。

图4是示出了用作希望发现通向目的地节点的路由的源节点的节点的操作的流程图。

图5是示出了协助路由发现的节点的操作的流程图。

图6是示出了外层通信系统的操作的流程图。

具体实施方式

为了致力于通信系统中的路由发现的需要，提供了一种通信系统(100)，其包括：外层通信系统和内层ad-hoc(自组织)通信系统。通过向外层通信系统通知源和目的地节点，进行了ad-hoc通信系统中的路由发现。外层通信系统指令源和目的地节点之间的全部基站，以指令全部节点参与路由发现。

由于仅有某些节点将参与扩散，因此RT_DISC消息的扩散将仅出现在目的地节点的方向中。这在很大程度上减少了通信系统100中的扩散量。此外，上文的扩散过程未向ad-hoc网络的容量或等待时间强加任何限制；因此，在站之间形成的ad-hoc网络可以是非常大的。

本发明包括一种用于ad-hoc通信系统中的源节点和目的地节点之间的路由发现的方法。所述方法包括以下步骤：接收来自所述源节点的路由发现请求，定位服务于所述源节点和所述目的地节点的源基站和目的地基站，和确定所述源和所述目的地基站之间的插入基站。指令同所述插入基站通信的插入节点参与路由发现。

此外，本发明包括一种用于在内层通信系统中扩散的方法。所述方法包括以下步骤：接收指令节点参与路由发现的通知消息，其中所述通知消息包括第一会话标识，接收包括第二会话标识的路由发现消息，和确定所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配。基于所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配，转发所述路由发现消息。

此外，本发明还包括一种用于ad-hoc通信系统中的路由发现的方法。所述方法包括以下步骤：接收扩散消息，确定ad-hoc通信系统中的特定节点在蜂窝覆盖范围外部，和利用以下指征重新广播所述扩散消息，即所述指征基于确定所述特定节点在蜂窝覆盖范围外部，指出了所述节点在蜂窝覆盖范围外部。

此外，本发明还包括一种路由发现消息，其包括：源地址、目的地地址、和标识出特定的路由/目的地组合的会话标识。

此外，本发明还包括一种装置，包括：接收机，其接收来自内层通信系统中节点的路由发现请求，以同所述内层通信系统中的目的地节点通信；逻辑电路，其定位所述源和所述目的地节点，并且确定所述源和所述目的地节点之间的插入基站；和发射机，其发射指令，以指令同所述插入基站通信的插入节点参与路由发现。

此外，最后，本发明还包括一种装置，包括：接收机，其接收指令节点参与路由发现的通知消息，其中所述通知消息包括第一会话标识，所述接收机还接收包括第二会话标识的路由发现消息；逻辑电路，其确定所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配；和发射机，其基于所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配，转发所述路由发现消息。

现在转到附图，其中相似的数字表示相似的部件，图1是通信系统100的框图。通信系统100包括：ad-hoc内层通信系统，其包括多个节点103。内层通信系统优选地是neuRfon^TM通信系统，可获得自Motorola，Inc(摩托罗拉公司)，其被修改以执行下文叙述的功能。然而，在本发明的可替换的实施例中，内层通信系统可以包括任何ad-hoc网络，诸如，但不限于，典型地利用IEEE 802.11b ad-hoc网络协议的WLAN网络或者由Nokia，Inc.(诺基亚公司)制造的RoofTop^TM WirelessRouting网状网络。如本领域的普通技术人员将认识到的，内层通信系统100中的每个节点103

此外，通信系统100还包括外层通信系统，诸如蜂窝通信系统。外层通信系统包括：多个收发信机101，收发信机101适于同通信范围中的节点103通信。全部的收发信机101均同基站控制器(BSC)106通信。在本发明的优选实施例中，收发信机101优选地是蜂窝基站，其每个均具有相关联的覆盖区域102，然而，在可替换的实施例中，收发信机101可以包括其他的发射/接收设备，诸如信标。此外，BSC 106用作链路基站101，由此可以实现基站之间的通信。尽管没有示出，但是可以想象，蜂窝基站101同时同ad-hoc网络中的节点103通信。

如本领域的普通技术人员将认识到的，内层通信系统中的两个节点之间的传输通常通过插入节点发生，且插入节点接收源传输，并且“重复”该源传输，直至该源传输到达其目的地节点。因此，希望向第二节点(例如节点105)发射信息的第一节点(例如节点104)必须首先确定第一和第二节点之间的路由(即，那些插入节点)。在现有技术的系统中，这是经由消息扩散实现的。

如上文所讨论的，消息扩散是用于找到通信系统100中的路径的可靠的方法，但是扩散生成了过量的系统干扰。为了致力于该问题，在本发明的优选实施例中，外层通信系统协助内层通信系统确定路由。特别地，当内层通信系统中的第一节点需要确定通向第二节点的路由信息时，第一节点向外层通信系统中的收发信机发射路由需求(RT_NEED)。路由需求消息向外层通信系统通知需要确定从第一节点(源)到第二节点(目的地)的路由，并且包括第一节点和第二节点此两者的身份。

一旦外层收发信机(被称为源蜂窝基站)接收到路由需求消息，则将该消息传递到基站控制器(BSC)106上，其中BSC 106通过确定目的地节点同哪个基站101(被称为目的地蜂窝基站)最接近，确定目的地节点的大体位置。这是在蜂窝用户向最近的基站注册其位置时，利用用户位置更新过程中收集自该蜂窝用户的位置区域信息实现的。

一旦确定了关于目的地节点的粗略位置，则BSC 106确定存在于源蜂窝基站和目的地蜂窝基站之间的多个插入基站101。然后BSC 106指令源基站、目的地蜂窝基站和全部插入基站向其覆盖区域(图1中的阴影区域)中的节点103广播通知(NOTIF)消息。该通知消息通过重复任何扩散，或者尝试发现源和目的地节点之间的路由的路由发现(RT_DISC)消息，通知节点103参与源节点和目的地节点之间的路由发现。

由于存在并发的ad-hoc路由发现过程，因此，来自扩散区域外部的小区/扇区可能是其他的扩散区域的一部分，其中位于该小区中的节点也将收听RT_DISC消息，并且可以潜在地重新广播近邻区域中始发的RT_DISC消息。为了避免该问题，蜂窝网络将在NOTIF消息中广播专用的会话标识，其唯一地标识路由。因此，如图2所示，NOTIF消息包括：源节点标识、目的地节点标识和会话标识。如果路由标识符同蜂窝网络在NOTIF消息中广播的路由标识符相匹配，则ad-hoc网络中的节点将仅重新广播该RT_DISC消息。通过使用专用的路由标识符用于每个扩散过程，确保了使RT_DISC消息的扩散仅限于发送方和目的地站之间的小区/扇区中。应当注意，如果节点参与多于1个ad-hoc路由发现过程，则其将存储全部发现过程的会话标识。

一旦节点103接收到NOTIF消息，则节点103立即唤醒并且监视包括特定的路由标识符的路由发现(RT_DISC)消息。然后，仅对于那些接收到具有参与扩散过程的特定路由标识符的NOTIF消息的节点，进行正常的扩散协议。

当源节点103接收到具有特定的路由标识符的NOTIF消息时，其立即通过广播RT_DISC消息(包含该路由标识符)开始扩散过程，以便于标识源和目的地节点之间的路由。在接收到RT_DISC消息之后，全部的近邻节点将向其近邻重新广播该消息。该过程自身重复，直至到达网络中的全部节点，或者关于消息的生存时间期满。这导致了目的地节点通过分析RT_DISC消息而确定针对源节点的路由信息，以确定插入在源和目的地节点之间的那些节点。路由信息消息包括这样的信息，诸如对应于从第一节点到第二节点的每个节点的插入IP地址的序列。

在本发明的优选实施例中，通过目的地节点将路由信息发射到目的地基站，路由信息被传递回BSC 106。该路由信息可以包括若干路由。然后，BSC 106可以确定源和目的地节点之间的最佳路由。这些路由可以基于多种标准，诸如，但不限于，具有下列特征的路由：

·源和目的地节点之间的最短路径，

·源和目的地节点之间的最少的插入节点，和

·具有最大的电池电量的插入节点。

最后将最佳路由提供给源节点，由此可以实现源和目的地节点之间的通信。可替换地，可以将路由信息传递到内层通信系统中的参与源和目的地节点之间通信的至少一个节点。该路由信息可以简单地包括关于参与通信的节点的“下一跳”信息，其中“下一跳”简单地是用于传递通信的节点地址。

由于仅有某些节点将参与扩散，因此RT_DISC消息的扩散将仅出现在目的地节点的方向中。这在很大程度上减少了通信系统100中的扩散量。此外，上文的扩散过程未向ad-hoc网络的容量或等待时间强加任何限制；因此，在站之间形成的ad-hoc网络可以是非常大的。

图3是根据本发明的优选实施例的收发信机300的框图。在本发明的优选实施例中，全部的节点103和收发信机101均包含收发信机300中示出的元件。如所示出的，收发信机300包括：逻辑电路301、接收电路302、发射电路303和存储器304。为了简化，收发信机300被示出为具有单一的发射机302和接收机303，然而，本领域的普通技术人员应认识到，收发信机300可包括多个发射机和接收机，用于经由外层网络和ad-hoc网络进行通信。

继续，逻辑电路301优选地包括微处理器控制器，诸如，但不限于，Motorola PowerPC微处理器。逻辑电路301用作用于控制收发信机300的装置、用于分析消息内容以确定任何所需动作的装置、用于定位内层通信系统中的节点的装置、和用于确定节点之间的路由信息的装置。此外，接收和发射电路302～303是本领域中已知的普通电路，用于利用公知的通信协议进行通信，并且用作用于发射和接收消息的装置。例如，对于内层节点103、接收机302和发射机303是利用neuRFon^TM通信系统协议的公知的neuRFon^TM元件。其他的可行的发射机和接收机包括，但不限于，利用Bluetooth、IEEE 802.11或HyperLAN协议的收发信机。相似地，对于收发信机101、接收机302和发射机303是利用外层通信系统协议(例如，CDMA、TDMA、GSM、WCDMA，...等)的公知的元件。

收发信机300可以用作：

·希望发现通向另一节点的路由的节点，

·协助两个不同节点之间的路由发现的节点，

·外层通信系统中的参与路由发现的收发信机，如源基站、目的地基站，或者如插入蜂窝基站。

在图4～图6中示出了详细描述关于这三种情况的收发信机300的操作的流程图。

图4是示出了用作希望发现通向目的地节点的路由的源节点的节点300的操作的流程图。应当注意，ad-hoc系统中的全部节点处于待机模式，其中节点基本上执行两个操作。首先，接收机302周期性地检查，以确定其是否被寻呼，并且其次，在需要时执行位置更新(这是正常的蜂窝位置更新过程，并且仅在从一个位置移动到另一位置时出现)。

该逻辑流程开始于步骤401，其中源节点利用发射机301，向外层通信系统发射RT_NEED消息，向外层通信系统通知需要发现源节点(第一节点)和目的地节点(第二节点)之间的路由。如上文所讨论的，RT_NEED消息包括源和目的地节点此两者的标识。这使外层通信系统指令插入小区中的全部节点收听扩散消息，作为路由发现处理的一部分。因此，在步骤403处，接收机302经由蜂窝通信信道接收NOTIF消息。这触发了逻辑301，以激活接收机302和发射机303，从而能够进行ad-hoc网络通信。

如上文所讨论的，NOTIF消息包含唯一的路由标识符，或者会话ID，其标识了尝试确定的路由。由于第一节点是发送RT_NEED消息的节点，因此一旦接收到NOTIF消息，则在步骤405处，该节点立即利用ad-hoc网络通信信道开始发射扩散消息(RT_DISC)。如上文所讨论的，该扩散消息包含唯一的会话ID。该扩散消息经由正常的扩散过程，传播到全部ad-hoc网络。考虑到在扩散区域中存在足够的用户密度，RT_DISC消息将最终到达目的地节点，使目的地节点向其服务基站发送ADHOC_PATH_FOUND。该消息指出找到了路径，并且包含路径中的全部站的ID。最后，在步骤407处，基站将路由提供给源节点。

图5是示出了协助路由发现的节点的操作的流程图。该逻辑流程开始于步骤501，其中接收机302接收来自蜂窝基站接收NOTIF消息。如上文所讨论的，NOTIF消息指出ad-hoc网络中的节点希望执行路由发现，并且指令NOTIF消息的接收机参与路由发现。NOTIF消息包括关于该路由的唯一的会话ID。该会话ID由逻辑电路301存储在存储器304中(步骤503)。在步骤505处，节点接收扩散消息(RT_DISC)，并且在步骤507处，逻辑电路301确定扩散消息上的会话ID是否同存储器304中的会话ID匹配。如上文所讨论的，由于可能存在并发的ad-hoc路由发现过程，因此，来自扩散区域外部的小区/扇区可能是其他扩散区域的一部分，其中位于该小区中的节点还将收听RT_DISC消息，并且可以潜在地重新广播始发于近邻区域中的RT_DISC消息。为了避免该问题，蜂窝网络将在NOTIF消息中广播专用的会话标识，其唯一地标识路由。如果路由标识符同蜂窝网络在NOTIF消息中广播的路由标识符匹配，则ad-hoc网络中的节点将仅重新广播该RT_DISC消息。因此，如果在步骤507处，会话ID匹配，则逻辑流程继续到步骤509，其中发射机303重新广播RT_DISC消息，作为标准的扩散技术的一部分，否则逻辑流程结束于步骤511。然而，如果节点103参与了若干路由发现过程，则在其已经重新广播了所发现的全部路由的RT_DISC之后，或者如果全部的对应定时器均已期满时，将仅进行到步骤511。

图6是示出了外层通信系统的操作的流程图。如上文所讨论的，外层通信系统包括多个蜂窝基站，每个蜂窝基站能够用作源、目的地或插入基站。该逻辑流程图开始于步骤601，其中源基站中的接收机接收来自源节点的路由发现请求(TR_NEED消息)，其指出需要源节点和目的地节点之间的路由。在步骤603处，将源和目的地节点的标识传递到BSC 106，其中BSC 106使用逻辑电路(未示出)确定源基站、目的地基站和全部的插入基站。这是在节点向最近的基站注册其位置时，利用在位置更新过程中收集自该节点的位置区域信息实现的。BSC106定位源和目的地节点，并且随后确定源和目的地节点之间的插入基站。

继续，一旦BSC 106确定了源、目的地和插入基站，则BSC 106利用蜂窝通信信道和发射机303，指令基站向源、目的地和插入基站的通信范围中的全部节点广播NOTIF消息(步骤605)。如上文所讨论的，这立即使源节点激活其ad-hoc网络收发信机并开始扩散，并且接收到NOTIF消息的全部节点也将激活它们的ad-hoc网络收发信机，使它们能够接收和重新广播扩散消息，并且因此参与路由发现。

扩散最终导致了目的地基站接收到来自目的地节点的路由信息(步骤607)。在步骤609处，该信息被传递到BSC 106，其中BSC 106确定源和目的地节点之间的至少一个路由(步骤611)。BSC 106将该信息提供给源基站，其接下来将至少一个路由提供给源节点(步骤613)，由此可以进行源和目的地节点之间的通信。

上文的过程仅导致了小量的潜在的节点参与消息扩散。这在很大程度上减少了系统干扰。在本发明的可替换的实施例中，上文描述的过程还可被扩展为，包括覆盖范围外的节点(即，那些未处于任何覆盖区域104中的节点)。在该情况中，不具有蜂窝覆盖的节点将不能直接接收来自任何基站的NOTIF消息，并且将因此不能用于路由。为了允许该用户参与路由，蜂窝覆盖范围外部的站将周期性地唤醒，并且收听RT_DISC广播，即使其不了解所收听的会话ID。如果覆盖范围外部的站接收到RT_DISC消息，则其通过专用的标志转发该消息，该标志将其标识为覆盖范围外部的中继站。该RT_DISC消息(具有覆盖范围外部标志)的接收者有责任在寻找目的地节点的后继的RT_DISC消息中转发该标志。如果目的地节点接收到包含覆盖范围外部标志的路由，则目的地节点有责任使目的地基站了解该覆盖范围外部的基站的身份。(可替换地，接收具有覆盖范围外部标志的RT_DISC消息的第一站可以负有责任向其基站通知该覆盖范围外部的站的身份)。无论方法如何，如果BSC 106确定该覆盖范围外部的站应是源节点和目的地节点之间的所需路由的一部分，则BSC 106将请求该覆盖范围外部的站的近邻通知该覆盖范围外部的站参与到ad-hoc网络中。

尽管通过参考具体的实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以进行多种形式和细节上的修改。目的在于使该修改涵盖于所附权利要求的范围内。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种用于ad-hoc通信系统中的源节点和目的地节点之间的路由发现的方法，所述方法包括以下步骤：

接收来自所述源节点的路由发现请求；

定位服务于所述源节点和所述目的地节点的源基站和目的地基站；

确定所述源和所述目的地基站之间的插入基站；以及

指令同所述插入基站通信的插入节点参与路由发现。

2.权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

接收来自所述目的地节点的路由信息；

确定所述源和所述目的地节点之间的至少一个路由；以及

将路由信息提供给所述内层通信系统中的至少一个节点。

3.权利要求2的方法，其中确定所述至少一个路由的所述步骤包括以下步骤：基于所述插入节点的电池寿命，确定插入节点的集合。

4.权利要求1的方法，其中指令插入节点参与路由发现的所述步骤包括以下步骤：向所述插入节点提供会话标识，指令所述插入节点仅转发包含所述会话标识的路由发现消息。

5.一种用于在内层通信系统中扩散的方法，所述方法包括以下步骤：

接收指令节点参与路由发现的通知消息，其中所述通知消息包括第一会话标识；

接收包括第二会话标识的路由发现消息；

确定所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配；以及

基于所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配，转发所述路由发现消息。

6.权利要求5的方法，其中接收所述通知消息的所述步骤包括以下步骤：接收来自外层通信系统的所述通知消息。

7.一种用于ad-hoc通信系统中的路由发现的方法，所述方法包括以下步骤：

接收扩散消息；

确定ad-hoc通信系统中的特定节点在蜂窝覆盖范围外部；

利用以下指征重新广播所述扩散消息，即所述指征基于确定所述特定节点在蜂窝覆盖范围外部，指出了所述节点在蜂窝覆盖范围外部。

8.权利要求7的方法，其中接收所述扩散消息的所述步骤包括以下步骤：在ad-hoc通信系统中接收路由发现消息。

9.一种装置，包括：

接收机，其接收来自内层通信系统中节点的路由发现请求，以同所述内层通信系统中的目的地节点通信；

逻辑电路，其定位所述源和所述目的地节点，并且确定所述源和所述目的地节点之间的插入基站；以及

发射机，其发射指令，所述指令用于指令同所述插入基站通信的插入节点参与路由发现。

10.一种装置，包括：

接收机，其接收指令节点参与路由发现的通知消息，其中所述通知消息包括第一会话标识，所述接收机还接收包括第二会话标识的路由发现消息；

逻辑电路，其确定所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配；以及

发射机，其基于所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配，转发所述路由发现消息。

11.一种路由发现消息，包括：

源地址；

目的地地址；和

会话标识，其标识了特定的路由/目的地组合。

Claims (10)

1.一种用于ad-hoc通信系统中的源节点和目的地节点之间的路由发现的方法，所述方法包括以下步骤：

接收来自所述源节点的路由发现请求；

定位服务于所述源节点和所述目的地节点的源基站和目的地基站；

确定所述源和所述目的地基站之间的插入基站；以及

指令同所述插入基站通信的插入节点参与路由发现。

2.权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

接收来自所述目的地节点的路由信息；

确定所述源和所述目的地节点之间的至少一个路由；以及

将路由信息提供给所述内层通信系统中的至少一个节点。

3.权利要求2的方法，其中确定所述至少一个路由的所述步骤包括以下步骤：基于所述插入节点的电池寿命，确定插入节点的集合。

4.权利要求1的方法，其中指令插入节点参与路由发现的所述步骤包括以下步骤：向所述插入节点提供会话标识，指令所述插入节点仅转发包含所述会话标识的路由发现消息。

5.一种用于在内层通信系统中扩散的方法，所述方法包括以下步骤：

接收指令节点参与路由发现的通知消息，其中所述通知消息包括第一会话标识；

接收包括第二会话标识的路由发现消息；

确定所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配；以及

基于所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配，转发所述路由发现消息。

6.权利要求5的方法，其中接收所述通知消息的所述步骤包括以下步骤：接收来自外层通信系统的所述通知消息。

7.一种用于ad-hoc通信系统中的路由发现的方法，所述方法包括以下步骤：

接收扩散消息；

确定ad-hoc通信系统中的特定节点在蜂窝覆盖范围外部；

利用以下指征重新广播所述扩散消息，即所述指征基于确定所述特定节点在蜂窝覆盖范围外部，指出了所述节点在蜂窝覆盖范围外部。

8.权利要求7的方法，其中接收所述扩散消息的所述步骤包括以下步骤：在ad-hoc通信系统中接收路由发现消息。

9.一种装置，包括：

接收机，其接收来自内层通信系统中节点的路由发现请求，以同所述内层通信系统中的目的地节点通信；

逻辑电路，其定位所述源和所述目的地节点，并且确定所述源和所述目的地节点之间的插入基站；以及

发射机，其发射指令，所述指令用于指令同所述插入基站通信的插入节点参与路由发现。

10.一种装置，包括：

接收机，其接收指令节点参与路由发现的通知消息，其中所述通知消息包括第一会话标识，所述接收机还接收包括第二会话标识的路由发现消息；

逻辑电路，其确定所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配；以及

发射机，其基于所述第一会话标识是否同所述第二会话标识匹配，转发所述路由发现消息。

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