CN1910857A - 移动自组织网络系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

移动自组织网络系统包括：多个移动终端；和中心控制装置，其用于设置终端中的最优路由，执行和基础结构网络的连接和使用不同无线接入技术连接网络。通过包括中心控制装置，自组织网络系统能够克服现有技术的自组织网络的限制，并向每个终端提供具有高质量和稳定性的网络服务。

Description

移动自组织网络系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及无线网络系统，且更为具体地说，涉及移动自组织网络系统。

背景技术

移动自组织网络是通过使用空中接口，由具有移动性的终端自主形成的临时网络，且其独立于基础结构网络。

开发移动自组织网络以在其中基础结构网络不存在或基于基础结构网络不容易开发网络的区域中临时形成网络。最初，为了多个目的进行关于自组织网络的研究，且近来，其应用扩展到实际生活的多个领域，比如PAN(个人局域网)。

仅以连接的终端工作而不需要基础结构的帮助的自组织网络具有很多问题，比如现有的终端电池容量，因为终端的移动的网络连接断开，安全性，收费等，且为了解决这些问题，以因特网工程任务组的MANET(移动自组织网络)WG为中心进行了多种研究。

移动自组织网络的主要应用领域能够包括用于紧急服务的临时网络的构建。

因为移动自组织网络不需要基础结构网络，其能够应用于其中通信基础结构不可用的区域，其中通信基础结构不存在的区域，比如沙漠或山区区域，或者其中通信基础结构的安装不容易的区域。即，能够临时构建自组织网络用于营救工作等。

另外，移动自组织网络还能够应用于其中在会议室或在展厅中的个人之间即时共享或交换信息的情况。通过自组织网络，从小的方面来说，两个人能够交换电子名片，且从大的方面来说，能够在标准化会议中在每个参与者中进行快速影响，或者以适当的传输速率广播关于产品的信息。

为了解决该限制，移动自组织网络通过使用多跳方法扩展数据传送覆盖区域。

构成移动自组织网络的终端具有移动性，所以网络的拓扑随着时间动态改变。终端移动性包括新终端进入网络，网络中终端的移动和终端移出网络，且网络中终端的电源接通/断开影响拓扑的改变。

每个终端具有有限的无线传输距离。因此，当终端移动时，每个终端能够直接通信的一组相邻终端也改变。每个终端周期地广播其存在且维持每个终端能够直接通信的相邻终端的信息。且每个终端根据相邻终端的信息更新路由信息。由路由协议产生和管理路由信息，且路由协议能被划分为前摄方法和反应方法。

在前摄路由协议中，所有终端维持新的路由信息(最新的路由信息)，且当路由信息周期地改变或网络拓扑改变时，将路由信息广播给所有终端。通过维持最新的路由信息，前摄路由协议能够通过最优路由传送数据，在产生话务时总是无延迟，但是管理路由信息的控制消息占据很大部分。

反应路由协议是在其中产生话务的点搜索路由的方法，其解决了前摄路由协议的控制消息总开销的问题。通常，反应路由协议处理由软终端管理的路由信息。即，当在路由维持信息中确定时间期间不传送话务时，终端从路由表删除相应的路由信息。在反应方法中，根据路由搜索做出延迟。因此，反应方法更强调最小化路由搜索时间而不是搜索最优路由。

构成移动自组织网络的大多数终端使用有限容量的电池作为能量源以支持他们的移动性。根据情况，当在汽车中安装终端时能够稳定地临时提供能量，或以固定单元连续提供能量。能量的限制显著影响路由协议的设计。例如，如果具有低能量级的终端发送很多话务，终端的剩余电池容量将逐渐减少，且终端最后将不能使用通过终端的每个路由。因此，每个终端应该考虑其能量状态选择路由用于稳定的数据传输。能量限制能够引起链路的单向传输状态。因为具有很多能量的终端的无线传输距离长，可以进行从具有很多(或较多)能量的终端到具有很少(或较少)能量的终端的传输，但是反之则不行。

能量限制引起两个节点之间的通信中的单向问题。因为具有很多能量的终端的无线传输比具有较少能量的终端到达的距离远，可以进行从具有很多(或较多)能量的终端到具有很少(或较少)能量的终端的传输，但是反之则不行。

关于安全性，相比一般有线网络，因为其使用空中接口，移动自组织网络暴露在更加危险的条件中。另外，在移动自组织网络中，终端在它们的标识方面彼此不安全，且在由多跳方法路由的情况中，关于中间终端的数据安全性问题增加。在路由协议的控制消息的情况中，因为其是广播，其安全性相比话务更加严重。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供一种具有用于控制和管理自组织网络的中心控制装置的移动自组织网络系统及其工作方法。

技术方案

为至少整体或部分地实现上述目的，提供了一种移动自组织网络系统，其包括：多个移动终端；和中心控制装置，其用于通过收集移动终端的标识符和状态信息来创建整个网络地图，并基于创建的地图设置终端中的传输路由。

为至少整体或部分地实现上述目的，进一步提供了一种移动自组织网络系统的数据传输方法，其包括：当产生数据以在终端中发送时从中心控制装置请求路由信息；发送中心控制装置的路由信息到终端；和根据路由信息发送终端的数据到目的地。

移动自组织网络系统的数据传输方法进一步包括以中心控制装置登记新终端的信息和当新终端进入网络区域时更新在中心控制装置设置的每个终端的路由信息。

为至少整体或部分地实现上述目的，进一步提供了一种移动自组织网络系统的终端的数据传输方法，其包括：当产生数据以发送时请求中心控制装置发送路由信息到目的地；和从中心控制装置接收相应的路由信息并根据接收的路由信息发送产生的数据。

当终端进入网络区域时，该数据传输方法进一步包括：请求邻居终端发送关于中心控制装置的信息，且之后定位中心控制装置；和以中心控制装置登记其预定信息。

当检测到新终端时，数据传输方法进一步包括：广播包括其标识信息的确定消息；当接收到对确定消息的响应消息时比较响应消息的信息和其存储的信息；如果响应消息的信息和存储的信息不相同，以响应消息的信息更新存储的信息；和发送更新的信息到中心控制装置以更新中心控制装置的信息。

本发明的其它优点、目的和特征将在随后的说明中部分地描述，经过以下检验或从本发明的实践中学习，上述优点、目的和特征对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。本发明的目的和优点可以如所附说明书及其权利要求书和附图中所特别指出的来实现和获得。

附图说明

将参考其中相同的附图标记表示相同元件的附图详细描述本发明，其中：

图1说明了移动自组织网络的结构；

图2说明了基础结构网络的结构；

图3说明了独立存在的自组织网络的结构；

图4说明了和基础结构网络交互工作的自组织网络的结构；

图5说明了根据本发明的自组织网络的结构；

图6说明了根据本发明的自组织网络系统的基本工作的实例；

图7说明了根据本发明的自组织网络的文件传输方案；

图8说明了登记终端的过程；且

图9说明了处理终端的消息的过程的实例。

具体实施方式

根据本发明的自组织网络系统包括在网络系统中被称为准自组织门(QAG)的中心控制装置。

QAG收集终端的信息并形成网络拓扑的表。另外，QAG创建用于网络的每个终端的状态和整个网络的地图。该地图减少关于每个终端负载的路由信息的存储器的大小和计算量。

优选地，QAG包括用于存储包括每个移动终端的标识符的登记信息，每个移动终端的状态信息和邻居终端的标识符，并通过使用登记信息创建整个网络(路径)地图的装置；用于基于创建的地图设置和更新终端中的传输路由的装置；和用于当移动终端请求关于到目的地的路径的信息时提供路由信息给移动终端的装置。

优选地，QAG进一步包括用于对需要执行数据传输的终端执行传输路由保存，使得数据传输路由中的终端不能被分配给不同路径的装置。

优选地，QAG进一步包括用于提供安全密钥给请求高级别安全性的终端以维持网络的安全性的装置。

优选地，QAG进一步包括用于使得能够无线连接基于IEEE802.11，超LAN，蓝牙，家庭RF，WPAN和蜂窝移动通信的移动终端的多MAC协议装置。

优选地，QAG进一步包括用于支持连接任意终端和在下网络(infranetwork)或GPRS(通用分组无线业务)的接入装置。

根据本发明的自组织网络系统通过QAG的帮助减少每个终端的处理总开销和控制话务量。

现在将参考附图描述本发明的优选实施例。

图5说明了根据本发明的自组织网络的结构。

参考图5，下面描述本发明的自组织网络系统的结构。

自组织网络系统包括多个终端和QAG。

每个终端包括登记确定信息，比如其标识符(例如，因特网协议(IP)地址，电池充电状态信息和用于QAG的邻居终端的标识符(例如，IP地址)的登记请求功能，当产生传输数据时从QAG请求到目的地终端的最优路径的路径设置请求功能，和数据传输/接收功能(这个功能也由现有自组织网络提供)。

QAG包括存储终端的多种类型的状态信息(请求登记的终端的IP地址，终端的邻居终端的电池状态信息和IP地址)的终端登记功能，和通过组合在登记的终端中存储的邻居终端的列表创建整个网络(路径)地图的地图创建功能。

另外，QAG包括数据交换支持功能，所以当终端请求关于传输路由的信息以发送数据时，QAG基于整个路径地图获得一个(或多个)最优路径，且提供其给终端。

QAG参考每个终端的登记信息计算终端中的链路成本，并通过使用创建的链路成本创建整个网络(路径)地图。并且，无论何时更新终端的登记信息，QAG新创建整个路径地图。

上述结构的QAG具有下面特性。

A.路由

因特网工程任务组(IETF)的移动自组织网络工作组开发了一些自组织路由协议，包括DSDV(目的序号距离矢量路由)，ADOV(自组织随需应用距离矢量路由)，DSR(动态源路由)，TORA(临时排序路由算法)和ABR(基于联合的路由)。这些协议被分类为两组，前摄(表驱动)路由和反应(随需应用)路由。

对于表驱动的路由协议，所有移动终端具有新的路由信息，并周期地或在网络拓扑改变时广播路由信息给所有移动终端。表驱动路由协议的主要缺点在于终端连续产生过多信令话务以维持每个终端中的新的路由信息。

同时，通过随需应用路由协议，移动终端在移动终端具有发送的数据时搜索到目的地的路由。随需应用路由协议的缺点是路由发现的长延迟和到目的地的非最优路由。

两个协议，表驱动路由和随需应用路由通过简单地检查终端的存在来获得路由信息，所以它们在路由设置不反映每个终端的电池状态等方面不是有益的。

图6说明了根据本发明的自组织网络系统的基本工作。

将参考图6描述自组织网络系统的工作。

当新的终端(或源节点)进入移动自组织网络区域时，终端(源节点)通过从邻居终端请求关于QAG的信息检测QAG的存在和距离(跳数)(步骤S10)。且源节点发送登记请求信号到QAG。在接收登记请求信号的情况下，QAG登记用于路由表的源节点，并更新整个路径地图以反映登记的信息。且之后，源节点返回登记完成信号(步骤S20)。

之后，当登记了自组织网络的源节点需要发送数据时，其从QAG请求路由信息。之后，QAG响应于请求基于整个路径地图产生最优路由信息，且发送产生的信息到源节点(步骤S30)。在接收路由信息的情况下，源节点通过路由信息中包括的一组路径发送数据(步骤S40)。

路由信息是终端的IP地址的列表。当源节点从QAG请求路由信息时，其能够选择性地请求QoS级别和安全性级别。

如前所述，在自组织网络系统中，QAG管理路由表并在终端请求到终端的路由时发送最优路由信息，包括用于检查邻居终端的状态的改变的消息(HELLO)，用于请求设置数据的传输路由的消息(RREQ)和用于发送实际数据的消息。

一旦终端“A”结束登记QAG，其在空闲状态中等待接收消息(步骤S210)。

当从邻居终端接收消息时，终端“A”检查消息类型字段以区分接收的消息是HELLO，RREQ(路由请求)或数据传输消息(步骤S220)。

如果接收的消息是HELLO消息，终端“A”返回响应消息。响应消息包括相应终端的标识符和关于从响应终端到QAG的距离的信息(步骤S230)。

如果接收的消息是RREG消息，终端“A”发送RREQ消息给最靠近QAG的终端(步骤S240)，且RREG消息被最终传送给QAG。

如果接收的消息是数据传输消息，终端“A”传送消息到数据的报头中包括的IP地址。如果在IP地址中指示的目的地是终端“A”本身，终端“A”检测来自接收的消息的数据。

B.QoS信令

IntServ和DiffServ是为保证因特网中话务的QoS设计的QoS信令方法。但是，其因为移动性和有限的带宽，看来难以重新使用自组织网络中的那些机制。

在本发明中，为了保证自组织网络中的话务的QoS，QAG具有无线资源保存功能，使得特定终端能够保存数据传输路由。一旦为路径保存了终端，不能为终端分配不同路径。因为QAG能够管理网络的所有路径，这种路径保存是可能的。

终端能够请求QAG以选择性地保证传输数据的QoS。

C.和基础结构网络交互工作

自组织网络系统能够提供的服务非常有限，所以允许终端经基础结构网络使用因特网服务非常重要。在本发明中，自组织网络系统允许QAG连接基础结构网络，比如全球因特网、企业内部网或GPRS以提供基础结构网络的多种服务给终端。在基础结构网络侧，考虑连接基础结构网络的QAG在扩展基础结构网络的服务区域的方面是有益的。

D.安全性

没有用于中心控制的基础结构，自组织网络很难具有安全性算法。但是，本发明的自组织网络系统包括QAG，且QAG管理安全密钥，使得自组织网络系统能够用作可靠的中心管理节点。为维持网络的安全性，QAG提供安全密钥给需要高级别安全性的终端。

因为QAG的安全性功能，用户能够在自组织网络中更稳定和更可靠地通信。

E.集成多相网络

无线接入技术包括IEEE802.11，超LAN，IrDA(红外数据关联)，蓝牙，家庭RF，WPAN(无线个人局域网)，蜂窝移动通信等。如果终端使用不同无线接入技术，没有具有多MAC协议的终端，它们不能彼此通信。在本发明中，自组织网络系统允许QAG具有多MAC协议，从而使用不同无线接入技术连接多种网络(IEEE802.11，超LAN，IrDA(红外数据关联)，蓝牙，家庭RF，WPAN(无线个人局域网)，蜂窝移动通信)。

F.QAG的应用方案

比如QAG的中心控制装置应该位于比终端具有更少移动性和具有充足电源的设备中。因此，如果自组织网络用于军事目的，QAG能够位于坦克或卡车中。在家庭网络的情况中，QAG位于冰箱或电视中。如果自组织网络用于交通，QAG能够位于地铁列车或公共汽车中。

图7说明了根据本发明的自组织网络的文件传输方案。

假定在地铁列车中，具有3G GPRS蜂窝电话的用户“A”想要发送从GPRS下载的文件到每个都具有IEEE802.11b和IrDA协议的笔记本的用户“B”和“C”。

首先，用户“A”在地铁列车中找到QAG，并获得到用户“B”和“C”的路由。如果文件传送需要高级别安全性，QAG分配安全密钥给用户“A”、“B”和“C”。最后，经由QAG分配的优化路径传送文件到用户“B”和“C”。

如简单的方案中看到的，本发明的自组织网络能够通过支持QAG扩展GPRS覆盖区域。

如上所述，本发明的自组织网络系统能够通过包括中心控制装置，比如QAG来克服现有技术的自组织网络的限制，并提供具有高质量和稳定性的网络服务给每个终端。

通过比较前摄(表驱动)路由方法和反应(随需应用)路由方法描述本发明的网络工作方法的优点。

相比前摄路由，本发明具有用于更新路由信息的小的广播消息数目。另外，每个终端仅管理关于邻居终端的信息和关于QAG的信息，能够减少终端的存储器大小和计算量，并减少电池能耗。因为仅其邻居终端改变的终端更新信息，这是可能的。

相比反应路由，经优化路由发送数据。即，在反应路由中，在最短时间内接收响应的路由用作数据传输路由，但是在本发明中，QAG确定的路由用作最优路由。另外，相比其中将用于请求路由的消息发送到整个网络的反应路由，在本发明中，当终端发送路由请求消息时，仅发送消息到连接QAG的终端，使得影响整个网络的总开销能够相对小。

前面所述的实施例和优点仅是示范性的，不解释为对本发明的限制。本公开的内容可应用于其他类型的装置。本发明的说明书是说明性的，并不限制权利要求书的范围。对本领域的技术人员来说，许多替换、修改和变动都是显而易见的。在权利要求书中，装置加功能的句子意在包含在此所描述的实现所引用的功能的结构。不仅是结构的等效物，也包括等效的结构。

Claims (27)

1.一种移动自组织网络系统，其包括：

多个移动终端；和

中心控制装置，其用于通过收集以移动终端的标识符和状态信息来创建网络地图，并基于创建的地图设置终端中的传输路由。

2.如权利要求1所述的系统，其中，该中心控制装置包括：

用于存储登记信息，并通过使用登记信息创建网络地图的装置，该登记信息包括每个移动终端的标识符，每个移动终端的状态信息和邻居终端的标识符；

用于基于创建的地图设置和更新终端中的传输路由的装置；和

用于在移动终端请求关于到目的地的路径的信息时提供路由信息给移动终端的装置。

3.如权利要求2所述的系统，其中，该用于创建网络地图的装置通过使用登记信息计算终端中的链路成本，并基于计算的链路成本创建网络地图。

4.如权利要求1所述的系统，其中，该中心控制装置进一步包括：

用于对想要执行数据传输的终端执行传输路由保存，使得数据传输路由中的终端不能被分配到不同路径的装置。

5.如权利要求1所述的系统，其中，该中心控制装置进一步包括：

用于提供安全密钥给请求高级别安全性的终端以维持网络的安全性的装置。

6.如权利要求1所述的系统，其中，该中心控制装置进一步包括：

多MAC协议装置，其用于使得能够无线连接基于IEEE802.11，超LAN，蓝牙，家庭RF，WPAN和蜂窝移动通信的移动终端。

7.如权利要求1所述的系统，其中，该中心控制装置进一步包括：

接入装置，其用于支持连接任意终端和在下网络或GPRS(通用分组无线业务)。

8.一种移动自组织网络系统的数据传输方法，其包括：

当在终端中产生待发送的数据时，从中心控制装置请求路由信息；

发送中心控制装置的路由信息给终端；和

根据路由信息发送终端的数据到目的地。

9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括：

在新终端进入网络区域时以中心控制装置登记新终端的信息，并更新在中心控制装置中设置的每个终端的路由信息。

10.如权利要求9所述的方法，其中，该登记信息包括新终端的标识符，终端的状态信息和邻居终端的标识符的列表。

11.如权利要求10所述的方法，其中，该终端的状态信息包括电池充电状态信息。

12.如权利要求9所述的方法，其中，该中心控制装置基于终端的登记信息计算终端中的链路成本，并基于计算的链路成本创建网络地图。

13.如权利要求12所述的方法，其中，该中心控制装置在终端请求到目的地的路由时基于网络地图产生到目的地的路由信息，并提供路由信息给终端。

14.如权利要求8所述的方法，其中，该路由信息包括终端的IP地址的列表。

15.如权利要求8所述的方法，其中，该终端在终端请求来自中心控制装置的路由信息时，选择性地请求QoS级别或安全性级别。

16.一种移动自组织网络系统的终端的数据传输方法，其包括：

在产生发射的数据时请求中心控制装置发送路由信息到目的地；和

从中心控制装置接收相应的路由信息和根据接收的路由信息发送产生的数据。

17.如权利要求16所述的方法，其中，当终端进入网络区域时进一步包括：

请求邻居终端发送关于中心控制装置的信息且之后定位中心控制装置；和

以中心控制装置登记其预定信息。

18.如权利要求17所述的方法，其中，该登记信息包括终端的标识符，终端的状态信息和邻居终端的标识符的列表。

19.如权利要求18所述的方法，其中，该终端的状态信息包括电池充电状态信息。

20.如权利要求16所述的方法，其中，当检测到新终端时进一步包括：

广播包括其标识信息的确定的消息；

当接收到对确定的消息的响应消息时，比较响应消息的信息和其存储的信息；

如果响应消息的信息和存储的信息不相同，以响应消息的信息更新存储的信息；和

发送更新的信息到中心控制装置以更新中心控制装置的信息。

21.如权利要求20所述的方法，其中，该确定的消息包括终端的标识符和关于到中心控制装置的距离的信息。

22.如权利要求20所述的方法，其中，如果响应消息的信息和存储的信息相同，该终端在经过预定时间之后广播消息。

23.如权利要求20所述的方法，其中，如果终端在预定时间内没有接收消息的响应消息，该终端再次广播消息。

24.如权利要求20所述的方法，其中，当终端更新其存储的信息时，该终端设置通过将邻居终端的每个距离值加到从终端到邻居终端的距离值而获得的值的最小值作为其距离信息。

25.如权利要求20所述的方法，其中，该被发送到中心控制装置的更新的信息包括邻居终端的标识符和到中心控制装置的新设置的距离信息。

26.如权利要求20所述的方法，其中，该响应消息包括响应终端的标识符和关于从响应终端到中心控制装置的距离的信息。

27.如权利要求20所述的方法，其中，如果新终端是未登记终端，将到中心控制装置的距离的最大值设置为到未登记终端的距离。

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