CN1930832A - 无线ad－hoc(自组织)网络中的动态网络融合 - Google Patents

Abstract

本发明涉及拥有至少一个从终端或设备和与其连接的主终端或设备的网络，主终端或设备用来控制网络，并且被安排命令至少一个从终端或设备与至少一个其他子网络进行子网络信息交换。在接收到查询时，另一个子网络中的从终端或设备向第一子网络中进行查询的从终端或设备发出响应。进行通信的从终端或设备将所交换的子网络信息传递到主终端或设备，所述信息是要合并到查询子网络中的响应子网络的信息。

Description

无线ad-hoc(自组织)网络中的动态网络融合

技术领域

本发明涉及具有至少一个从终端或设备和与其连接的主终端或设备的网络。这样的网络可以例如包含以蓝牙标准运行的终端或设备。

背景技术

蓝牙标准最初开发用来允许许多种不同终端或设备在小范围内进行无线通信。只有在确实需要蓝牙终端或设备进行联网时，才建立所谓的ad-hoc网络。但是，这个例子中有一个问题，如何建立包含多个用户的蓝牙网络，因为，蓝牙规范没有对这个方面进行任何约定。在名为“Bluetooth SIG，PAN Working Group，Personal AreaNetworking Profile，Version 1.0，July 23，2002，page10 to 12”的文献中，有例如何在蓝牙标准下建立网络的描述。在这个例子中，只描述了通过人工完成网络的建立，举例来说，没有关于终端和设备将自动互连以构成网络的方法的建议。也没有任何关于如何将现有的多个子网络自动相互连接起来形成一个网络的建议。

发明内容

本发明的一个目标就是提供自动允许另外的子网络合并进来的网络。

这个目标通过在起始段中描述的种类的网络借助于做出以下规定来实现：

子网络包含至少一个从终端或设备和与其连接的主终端或设备，主终端或设备被安排用于命令给定子网络中的至少一个从终端或设备与其他子网络进行子网络信息交换，为被命令进行信息交换的从终端或设备提供查询或应答状态，发出应答的从终端或设备的主终端或设备被安排来分解其子网络，并且发出查询的从终端或设备的主终端或设备被安排来将被分解的子网络的终端或设备合并到它自己的子网络中。

依照本发明，不是主终端或设备进行与其他子网络的子网络信息交换，而是由其命令从终端或设备来做这些。所交换的信息也包含是否将参与通信的从终端或设备合并到子网络中的信息。这样，主终端或设备能够更多关心自己网络内的通信。一旦一个不同的子网络响应从从终端或设备发出的查询，这个响应就被传送到主终端或设备，主终端或设备开始建立与所述其他子网络中终端或设备的连接，该子网络此时已被分解，终端或设备的地址已经由响应的从终端或设备预先通知。按照权利要求3，在子网络中的每一个终端或设备由它们自己的主终端或设备来通知合并到此子网络的所有终端或设备的地址。这样，使得子网络能够随时完全地合并到其他的子网络中。终端或设备的合并在给定条件下发生，如权利要求4中所规定。例如，一个条件是一个终端或设备以前没有被连接到该网络。可以通过由主终端或设备管理的黑名单来检查是否符合所讨论的条件，如权利要求5中所规定。

依照本发明还规定，在子网络中只有一个从终端或设备试图与其他子网络进行信息交换并且相同子网络中其他的终端或设备不发送查询和响应，如权利要求6详述。这阻止了子网络被其他子网络多于一次的发现，或多于一次的展示自己。

依照本发明的网络能够由运行蓝牙标准的终端或设备建立。在权利要求7中描述了专用于此目的的软件组件构造。

为了保证网络通信不被不必要地打断，主终端或设备被安排只对不参与通信的单独的从终端或设备发出进行子网络信息交换的命令。

本发明还涉及被安排分解和合并到另外一个子网络中的子网络，以及将来自分解的子网络的终端或设备进行合并的子网络。

本发明还涉及被安排作为从或主终端或设备合并到一个子网络中的终端或设备；主终端或设备，被安排来将合并到自己网络中的所有的终端或设备的地址通知给合并到所述自己网络中的所有终端或设备，并且向从终端或设备发出与其他子网络进行信息交换的命令；接收到命令的从终端或设备，被安排进入查询或响应状态，并且将其接收到的子网络信息传递给其主终端或设备；发出响应的从终端或设备的主终端或设备，被安排来分解其自己的子网络，同时发出查询的从终端或设备的主终端或设备被安排合并来自分解的子网络的终端或设备；没有从主终端或设备得到命令进行子网络信息交换的从终端或设备，被安排不发出查询和不对从终端或设备发出的查询进行响应。

参考下文中描述的实施例，本发明的这些和其他的方面将得以阐明并显而易见。

附图说明

在附图中：

图1是包含在终端或设备中的软件组件的高度简化层次模型。

图2到5是显示连接两个子网络来形成单个网络的流程图，每个子网络包含一个主终端或设备和多个从终端或设备。

图6是依照本发明阐明软件组件的状态图。

具体实施方式

蓝牙是无线电通信的通信标准，专用于在任何可能的终端或设备类型之间进行可能的数据交换。不论它们是笔记本电脑、管理器、移动电话或计算机外设，蓝牙的目的在于给予每种类型的终端或设备彼此通信的能力。在蓝牙网络中的终端或设备运行在2.45GHz频率范围内的79个信道上，每个信道具有1MHz带宽。在通信中，并不是总是使用一个和相同的通道，而是频率在一秒中变化1600次(跳频)以便消除与其他设备的干扰。这是必须的，因为，使用的频带是自由可用的。有用的数据以数据分组为基础进行传输，并且为了满足用户需求定义了不同类型的数据分组。这些数据分组的不同在于它们是否用于同步或异步操作，并且它们由头部的一个条目来识别。

蓝牙设备的实质特征首先是它自己的时钟频率(这规定了进行跳频的速率)和唯一的蓝牙设备地址。后者也给出了设备的身份，它明确了在跳频序列中的不同的频率值。

当两个蓝牙终端或设备相连接，一个假设是主终端或设备，另一个是从终端或设备。在这个例子中，必须注意的是这里没有所谓的预先确定的主终端或设备或从终端或设备，而是在连接建立的时候，角色分配是动态发生的。主终端或设备为从终端或设备规定一个绑定的跳频序列，也就是，在频率之间的跳转，并且分配发送权限。

当连接被建立时，进程进展经过两个阶段。第一阶段命名为查询阶段，并且当搜索还没有发现的终端或设备或是子网络(还没有关于其什么可用的信息)时使用该第一阶段。只要还没有连接，终端或设备持续地在查询状态和查询扫描状态之间变换。在查询状态时，终端或设备在32个频率之间进行跳转，并且发出它的查询。在查询扫描状态时，它同样的在32个频率之间跳转，并且搜索和扫描一个查询消息。如果在查询扫描状态的终端或设备接收到这样的查询，它通过至少发送它的地址和时钟频率来进行响应，并且能够开始信息交换。

建立连接的第二阶段命名为寻呼阶段。在这个阶段中，一个终端或设备改变到寻呼状态，并且其他的终端或设备改变到扫描寻呼状态。在这种情况下，角色的分配是通过以下方式来完成的，查询终端或设备变成主终端或设备，或查询子网络仍保持存在，并且响应终端或设备成为从终端或设备或响应子网络成为多个从终端或设备。一个先决条件是从终端或设备的蓝牙设备地址必须对于主终端或设备已知。如果主终端或设备不仅知道特定从终端或设备的地址而且知道它们的时钟频率，则寻呼阶段能够被加速。主终端或设备传输其自己的时钟频率和跳频序列给从终端或设备，指导它采用这些。然后从终端或设备使得自己与主终端或设备同步，并且如此能够与之通信。

数据分组在各终端或设备之间进行传输，并且除了有用的数据之外，它们还包含附加的信息段，例如，发送方和接收方的地址、传输选项、同步信息和(在需要的地方)安全信息和附加冗余。这种类型的数据分组包含72位的访问码，54位的头部和长度为0-2745位的有用数据区。例如在查询阶段使用的是包含终端或设备的地址的ID数据分组。现有的蓝牙标准还拥有该区内一些不作任何使用的保留位。该区内的一个保留位能够被用来声明终端或设备是否连接到网络。在下文中，这个保留位被称为连接位。如果终端或设备已经合并到网络中(已连接)，这个连接位被设置为逻辑“1”，如果没有连接到网络，则被设置为逻辑“0”。另一个数据分组是FHS(跳频同步)数据分组，其用来在建立连接时传输时钟频率信息、子网络内所有终端或设备的地址、跳频序列的相位、和服务种类的名字(所涉及的设备的类型)。

蓝牙网络可以实现为点对点、微微网(piconet)和分散网络(scatternet)拓扑结构。这些网络拓扑实现了可以想象到的很大量的应用。一个微微网包含主终端或设备和多达7个激活的从终端或设备。原则来说，主终端或设备能够通过将一些从终端或设备置为休眠模式，而控制多于7个从终端或设备。基本上，在这个例子中通信仅通过主终端或设备进行，主终端或设备分配发送权限和规定使用的频率。主终端或设备将发送权限轮流分配给各从终端或设备。

由于跳频的使用，多个微微网有可能彼此相邻存在，这里微微网也称为子网络。在这个例子中，一个终端或设备甚至能够成为多个微微网中的成员。为此，该终端或设备将简单地存储是其成员的网络的所有主终端或设备的跳频序列，并且这样就能够设置自己的频率为任意网络的频率。这一类终端或设备命名为桥接结点，因为它表现得仿佛是微微网之间的桥梁。多个微微网以这个方式相连将形成一个分散网络。但是，当前的蓝牙标准不支持分散网络。

最初，蓝牙标准开发用来使得很多种类的不同终端或设备之间有可能在小范围内进行无线通信。只有当需要将蓝牙终端接入网络时才需要建立ad-hoc(自组织)网络。例如，有多组人拥有蓝牙终端，他们在一个房间内参加会议。每一个组形成一个它们自己的子网络。当这些群想要彼此进行它们的数据交换时，每一个参加者将执行“和ad-hoc(自组织)网络建立连接”类型的命令，并且，在一小段时间过后，将接收到“已建立到ad-hoc(自组织)网络的连接”消息，然后能够开始与任何需要的其他参与者交换数据。但是当这个情况下，出现了在没有参与者进行任何操作的情况下将如何快速且自动地建立由多个子网络组成的蓝牙网络的问题，因为，蓝牙规范没有在这个方面进行任何规定。

依照本发明，终端包含被称为“动态个人区域网络管理器”的软件组件(以下参考为DPM软件)，并且DPM软件与蓝牙固有的软件和特定情况下的应用软件合作，其用于建立和控制ad-hoc(自组织)网络。图1显示了一个高度简化的软件组件的层次模型。在代表蓝牙软件(第一软件组件)的层1之上设置的是具有DPM软件(第二软件组件)的层2，并且，软件3提供因特网协议。在顶层4中，设置了应用软件，其通过软件接口5(以下称为DPM-API软件)启动、控制和停止DPM软件。

当由至少2个子网络形成一个ad-hoc(自组织)网络时，受影响的终端或设备执行下面描述的建立网络程序。依照本发明的自动ad-hoc(自组织)网络建立操作的第一步是自动探测属于另外一个子网络的终端或设备(查询阶段)。在一个网络建立操作启动之前，终端或设备不得不收集彼此独立的环境的信息。每一个子网络能够通过进入上述的查询和查询扫描状态与其他子网络交换信息的方式，独立地建立一个ad-hoc(自组织)网络。在这种情况下，两个状态之间的切换时间必须随机选择。如果找到了另外的子网络，查询阶段结束，并且建立与所检测到的子网络的连接(寻呼阶段)。不用设备用户做任何事情，就这样从两个子网络自发和自动地产生了新网络。在不晚于完成将一个子网络的所有终端或设备合并到另外子网络的时间点，主终端或设备将所述合并或融合的网络的所有终端或设备的地址，通知给所有已经合并到此网络中的终端或设备。通过再次应用下面描述的合并程序，可以将任何其它子网络合并到上述网络。特别地，这个程序不需要支持分散网络的蓝牙标准。

依照本发明，主终端或设备按照给定顺序选择连接到它的从终端或设备，以便该从终端或设备能够与其他终端或设备进行信息交换。当这发生时，已经得到命令的从终端或设备变为查询状态，随后变为查询扫描状态。由于到查询状态或到查询扫描状态的变化对于网络中的通信具有破坏性影响，所以通过最小化被命令进行状态改变的从终端或设备的数目来最小化状态改变带来的破坏性影响。依赖于主终端或设备从来都不在查询或查询扫描状态并且在这种情况下主终端或设备可以用于网络通信的事实，实现了子网络中高质量的服务。

可以用以下步骤的结果解释对另一个子网络的合并，并且通过图2-6进行阐明。图2示出了两个子网络，第一个子网络包含主终端或设备6和与其连接的三个从终端或设备7到9，并且，所述其他子网络相似地包含主终端或设备10和与其连接的三个从终端或设备11到13。所述每个主终端或设备都命令一个从终端或设备(在第一个子网络中的终端9和在第二个子网络中的终端13)与其他子网络进行信息交换，所述信息也包含关于网络成员的信息(连接位设置为逻辑“1”等于合并到网络，或设置为逻辑“0”等于没有合并到网络)。为了这个目的，从终端或设备9和13循环地变化到查询(I)和查询扫描(IS)状态，在两个状态之间变化的时间是随机选择的。如果两个子网络(如图3所述)彼此相互足够接近，并且如果第一个子网络中被命令交换信息的从终端(终端9)是在查询状态，并且第二个子网络中被命令交换信息的从终端(终端13)是查询扫描状态，则终端13用至少包含终端13地址的数据分组(ID数据分组)响应从终端9发出的查询。响应可以还包含在响应的子网络中的终端或设备的多个地址，或所有地址。然后从终端或设备9和13均通知它们的主终端或设备6和10已经交换的信息。与从终端或设备13相连接的主终端或设备10接收到从终端或设备9合并到另外一个网络并且处于查询状态的信息。如图4所示，主终端或设备10因此命令其子网络中的所有从终端或设备转为寻呼扫描状态，分解它自己的子网络，并且自身转为寻呼扫描状态以待合并到其他子网络中。与从终端或设备9相连接的主终端或设备6接收到从终端或设备13合并到其他网络并且处于查询扫描状态的信息。如图4所示，主终端或设备6变为寻呼状态，以便将该其他子网络中的终端或设备合并到自己的子网络中。如图5所示，主终端或设备6建立一个与终端或设备13的连接，作为从终端或设备9和13相互通信的结果终端或设备13的地址对主终端或设备已知，在接收到FHS数据分组时，将该终端或设备合并到其网络中。在最迟的及时时间，已经合并的终端或设备13将终端或设备10到12的地址发送给主终端或设备。地址为主终端或设备6已知的所述终端或设备此时由主终端或设备6合并到它的网络中。一旦遍及分解的子网络的地址列表已进行以上操作，生成的更大网络将包含主终端或设备6和从终端或设备7到13。最后，主终端或设备将向合并的从终端或设备7到13通知合并或融入网络的所有设备6到13的地址。

然后主终端6命令下一个从终端或设备(例如，从终端7)与其他网络交换信息。以给定的顺序，主终端或设备命令从终端或设备进入查询和查询扫描状态。所述给定顺序的形式例如可以采用所有从终端或设备一个接一个进入这些状态，进入的持续时间预先设置为每一个设备都相同。

控制上述程序的DPM软件的操作能够参考图6所示的状态图来进行解释。DPM软件共有7个状态，在图6中以矩形14到20来表示。作为从主终端或设备发出的指令的结果，从终端或设备由连接从状态(矩形16)进入(箭头MR1)到查询状态(矩形17)。如果在随机选择的时间段内，它从其他终端或设备接收到响应，那么在与响应的终端或设备进行信息交换之后，它进入(箭头IR)到连接从状态(矩形16)。如果在查询状态(矩形17)的终端或设备在所述的时间段内没有接收到响应，则它进入(箭头TO1)到查询扫描状态(矩形18)。如果即使在这个状态下，它在随机选择的时间段内没有从其他终端或设备接收到查询，则该终端或设备进入(箭头TO2)连接从状态(矩形16)。如果在另外一个方面，它在查询扫描状态(矩形18)时接收到查询，则在对查询进行响应之后，进入(箭头IA)到连接从状态(矩形16)。终端或设备将作为状态函数而执行的状态变化(箭头IR，IA或TO2)通知给它自己的主终端。

如果一个从终端或设备已经如箭头TO2所示转变到连接从状态，则主终端或设备指示一个不同的从终端或设备重复上述的过程。

如果一个从终端或设备已经如箭头IA所示转变到连接从状态(矩形16)，则它自己的主终端或设备通过命令所有的从终端或设备从连接从状态(矩形16)转变(箭头MR2)到断开状态(矩形15)并且随后转换到(箭头T2)寻呼扫描状态(矩形20)来准备分解网络。然后主终端或设备自身从连接主状态(矩形14)转换(箭头SR2)到断开状态(矩形15)，并且随后变化到(箭头T2)寻呼扫描状态(矩形20)。如果在给定的时间段内，在网络内没有发生合并，则终端或设备从寻呼扫描状态(矩形20)变换(箭头TO4)到断开状态(矩形15)。

如果一个从终端或设备如箭头IR所示进入到连接从状态(矩形16)，则它至少将响应的终端或设备的网络成员和地址通知给主终端或设备。然后主终端或设备将其状态从连接主状态(矩形14)转化到(箭头SR1)寻呼状态(矩形19)，在寻呼状态中试图建立与终端或设备的连接，该终端或设备的响应至少包含其自己的地址，因而该终端或设备的地址已知。然而，所述响应同样可以包含所分解的子网络中的多个地址或所有地址。如果连接成功建立，则所合并的新终端或设备从寻呼扫描状态(矩形20)进入(箭头PA)到连接从状态(矩形16)，并且在此时，成为扩张之后的网络的一部分。在最迟的及时时间点，它将在分解了的子网络中处在寻呼扫描状态(矩形20)的其他终端或设备的地址通知给主终端或设备。如果终端或设备成功合并，主终端或设备再一次进入(箭头PR)到寻呼状态(矩形20)，并且尝试将在传输来的地址列表中的下一个终端或设备合并进来。如果合并过程没有成功，主终端或设备进入(箭头TO3)寻呼状态(矩形20)，并且尝试将传输来的地址列表中的下一个终端或设备合并进来。一旦地址列表被处理完，主终端或设备从寻呼状态(矩形19)改变回到(箭头T1)连接主状态(矩形14)。

一旦主终端或设备已经将所有合并到它自己网络中的终端或设备的地址通知给所有连接到它的从终端，它再一次命令从终端或设备与其他的没有合并的子网络进行信息交换。为了这个目的，该从终端或设备从连接从状态(矩形16)变换到(箭头MR1)查询状态(矩形17)。然后上述程序化的流程再次经历一遍。

应当指出，在已有网络中的没有被命令进行子网络信息交换的从终端或设备，将从来不会由连接从状态(矩形16)转变为查询状态(矩形17)或查询扫描状态(矩形18)。这阻止一个子网络被另一个子网络多于一次发现，或阻止一个子网络再次发现已经合并的终端或设备。

为了进一步优化网络的建立过程，可以借助于DPM-API软件将不需要的终端或设备的地址列入所谓的黑名单中。当已经发送一个终端或设备的地址或包含多个终端或设备的地址列表之后，主终端或设备检查要合并的终端或设备是否包含在黑名单中。如果它被包含在黑名单中，刚刚建立的连接将被再次断开，或该终端或设备被忽略，也就是说不与该终端或设备尝试建立连接。否则，如上所述建立连接。

列在黑名单中的，例如是在特定长度的时间段之前合并到网络的并且已经不再对其感兴趣的终端或设备。不提供特定服务的终端或设备也可以被存储在黑名单中。例如，可能正在为网络搜寻打印机，因而所有不具备这种打印机服务的终端或设备被放到黑名单中。

依照本发明的程序特别适合其中的终端或设备快速移动的网络，因为它允许快速地建立连接。实现的方式是，在已有网络中从终端或设备经常地变换到查询和查询扫描状态，由此维持对新子网络进行的主动并且连续的搜索。因此，以可能的最快速度发现新子网络并且将其加入到已有网络中。

Claims (10)

1.包含至少两个子网络的网络，每个子网络包含至少一个从终端或设备和与其连接的主终端或设备，主终端或设备用于命令该给定子网络中的至少一个从终端或设备与其他子网络进行子网络信息交换，其中，为已被命令进行信息交换的从终端或设备提供了查询或响应状态，进行响应的从终端或设备的主终端或设备被安排来分解其子网络，并且，进行查询的从终端或设备的主终端或设备被安排来将被分解的子网络的终端或设备合并到自己的子网络中。

2.如权利要求1中所述的网络，特点在于被命令来进行信息交换的从终端被安排报告它的网络成员。

3.如权利要求1中所述的网络，特点在于主终端或设备被安排来将合并到其自己的子网络中的所有终端或设备的地址通知给所有在其子网络中的从终端或设备。

4.如权利要求1中所述的网络，特点在于当与其他终端或设备建立连接时，主终端或设备被安排来检查是否符合将该终端或设备作为从终端或设备合并到该子网络中的条件。

5.如权利要求4中所述的网络，特点在于主终端或设备被安排在一个终端或设备不在黑名单中时，将该终端或设备作为从终端或设备合并到网络中。

6.如权利要求1中所述的网络，特点在于参与网络通信的没有被主终端或设备命令进行子网络信息交换的从终端或设备，被安排不改变到发送查询或响应来自另一个终端或设备的查询的状态。

7.如权利要求1中所述的网络，特点在于终端或设备拥有运行蓝牙标准的第一软件组件和用于控制第一软件组件的第二软件组件，第二软件组件被安排转换来自第三面向应用的软件组件的指令，并且在其中，第二软件组件被安排用于合并子网络。

8.如权利要求1中所述的网络，特点在于主终端或设备被安排只命令一个没有参与通信的从终端或设备与其它子网络交换子网络信息。

9.包含至少一个从终端或设备和与其连接的主终端或设备的子网络，主终端或设备命令子网络中的至少一个从终端或设备与其他子网络进行子网络信息交换，其中，为被命令进行信息交换的从终端或设备提供了查询或响应状态，进行响应的从终端或设备的主终端或设备被安排来分解其子网络，并且，进行查询的从终端或设备的主终端或设备被安排来将所述被分解的子网络的终端或设备合并到自己的子网络中。

10.被提供作为子网络中的从终端或设备或主终端或设备的终端，其中该终端或设备作为主终端或设备时被安排进行以下操作，

-将合并到其子网络中的所有终端或设备的地址通知给合并到其子网络的所有的终端或设备；

-命令从终端或设备与其他子网络进行子网络信息交换，

-作为进行响应的从终端或设备的主终端或设备，分解它自己的子网络，

-作为进行查询的从终端或设备的主终端或设备，将来自被分解的子网络的终端或设备合并到它自己的子网络中，

并且，其中所述终端或设备作为从终端或设备时被安排进行以下操作，

-在查询或响应状态下进行子网络信息交换，

-将所接收到的子网络信息传送到它自己的主终端或设备，

-当没有被主终端或设备命令来进行子网络信息交换时，不查询或不响应由终端或设备发出的查询。

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