CN1989741A - 将新的设备连接到现有的网络的方法 - Google Patents

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Abstract

在一个包括若干设备的集中的无线电网络中，一个设备起主机或者网络协调者的作用，并且具有一个传输范围。基本上，该网络其他的设备能够承担协调者的角色。这个能力被用于将该网络的区域扩大到大于该主机的传输范围的大小。当一个新打开的设备起临时PNC作并且广播表示其寻找子PNC的启动信标的时候，设备就是否能变为子PNC来询问其父PNC。子PNC报告其是可用的。该新的设备确定可用的子PNC中的一个是其新的主机。对所选择的子PNC的确认可以被广播以通知在新的设备的传输范围中的所有的设备。该新的设备停止临时PNC的作用，并且相连到现有的网络。

Description

将新的设备连接到现有的网络的方法
技术领域
本发明涉及一种将新的设备连接到现有的网络的方法。网络或者微微网包括协调者，其控制某些部分，例如该网络的小区或者群集。这样的网络通常被称为基于群集的或者基于微微网的网络。例如，蓝牙标准被用于基于微微网的网络。该群集的中央控制器因此被称作群集头部或者微微网协调者(PNC)。本发明的方法是基于如何向越出现有的PNC的传输距离的范围外的设备通知现有的PNC，并且然后可以怎样将该设备连接到现有的微微网，从而避免在邻近、不协同的微微网之间的干扰的过程。
背景技术
本发明尤其涉及按照协议IEEE P802.15.3的无线个人区域网(WPAN)。这个协议是以集中和面向连接的自组织分组(ad-hoc)网络拓扑结构为基础的。在新的网络的初始化时，一个设备或者节点将被要求承担WPAN的协调者的作用，即，其将变为微微网协调者/调度器(PNC)。该PNC可以
-提供基本网络同步时间，
-执行许可控制，
-按照预先规定的服务质量(QoS)策略集合在微微网上分配网络资源，
-分配可用于数据传输的信道工作时间(CT)资源量，和
-管理功率安全请求。
设法访问该媒体的设备试着检测协调者以与之联系。如果其在确定的一段时间内没有检测到协调者，其本身变为微微网协调者。在一个微微网中参与的设备不时地寻找具有更好的信号或者更低的网络负荷的其他的微微网。微微网的每个设备可以听取该PNC和时隙分配。
共享相同的信道频率的交叠的小区可以建立子/邻居微微网，其在设置在相同的频率上和在范围之内的二个PNC(父和子/邻居)之间对信道划分时间。
IEEE 802.15.3协议可以在无线个人区域网(WPAN)中用于对等(peer-to-peer)网络通信。现行的媒体访问控制(MAC)规范是基于集中的方法。对无线媒体的访问是由称作微微网协调者(PNC)的中央设备授权的。PNC和在其控制之下的所有的设备形成一个微微网。在不是所有的设备在共有的传输和接收范围内的情况下，有可能形成几个微微网。在IEEE 802.15.3中定义的一个用于多个微微网情形的拓扑结构由PNC的分层结构组成。根据定义一个PNC是在该分层结构中最高的PNC。这个PNC可以具有一个或者几个子PNC(CPNC)，子PNC本身可以具有几个子PNC等等。当设备打开的时候，其开始扫描用于现有的PNC所有可利用的信道。当扫描时，有关使用中的信道的信息也被采集和存储。该设备使用无源扫描，其从PNC倾听信标帧。这可以很好地显示出是否在附近存在一个微微网。如果在扫描过程期间，没有检测到类似信标的广播信号，该设备假定在其附近没有其可以相连的PNC。该设备于是将通过内部地发出一个PNC开始原语承担PNC的角色。
Nishant Kumar“802.15.3 MAC layer Overview and ProposedEnhancements to Support UWB PHY”，移动和便携式收音机科研小组，弗吉尼亚技术，公开了子微微网特征。一个替换的协调者使用信道请求时间命令请求GTS(保证时隙)。在接收到GTS时隙之后，子PNC在专用的GTS中开始发送信标。子微微网使用各自的微微网ID(标识符)。子微微网只在GTS分配上依赖父微微网。连接、认证、安全和确认是在子微微网内处理的，并且不涉及父PNC。子PNC设备可以与在父微微网或者子微微网中的任何的成员通信。
而邻居微微网是自律式的，并且只在GTS上依靠父微微网。其使用各自的微微网ID。连接、认证、安全和确认是在邻居微微网内处理的，并且不涉及父PNC。邻居PNC设备只发送信道时间请求给父PNC，并且听取其信标。
超级帧包括三个子段，比如信标、CAP(竞争接入阶段)、CFP(竞争空闲阶段)。该信标传送控制信息，当前超级帧的每个数据流索引分配的GTS，并且提供网络宽度的定时信息。CAP以后退步骤使用CSMA/CA(具有防止冲突的载波感测媒体访问)。其被在该系统中用于无缝数据传输、信道时间请求、认证、连接请求、响应和其他的命令。CRP(竞争空闲阶段)包括可选择的管理时隙(MTS)和保证时隙(GTS)，其被用于异步或者同步的数据流。PNC在CAP信标中控制在CAP期间发送的数据的类型。
US6,381,467 B1公开了一种具有多个成员的自组织分组无线网络，其具有当在第一通信信道上通信时识别在网络管理中对辅助设备的需要的主机。响应该需要，该主机与自组织分组无线网络的一成员协商，以便该成员变为子主机。该子主机然后承担对该多成员的一部分的管理。该子主机和该部分然后在与主机协商的第二通信信道上通信。该处理器被编程为响应于检测到在该自组织分组无线网络中的第一通信设备和第二通信设备(在该第一通信设备的范围内但不在主机的通信范围内)之间建立通信的需要而识别对辅助设备的需要。在这种情况下，该主机可以与该第一通信设备协商，使该第一通信设备变为子主机并且随后在不同于所述主机所使用的通信信道上建立自己的与该第二通信设备的自组织分组无线网络。
Godfrey Tan的“Interconnecting Bluethooth-like PersonalArea Networks”(1st Annual Oxygen Workshop，Gloucester，MA，2001)公开了一种个人局域网的算法，该算法一次一个节点地逐步连接一棵树。当一个节点希望加入该网络的时候，其发出频繁的搜索通告(announcement)。已经属于该分布式网络(scatternet)的多个微微网的节点周期性地在用于这些通告的预先定义的信道上侦听，并且就它们是否乐意接受新的邻居做出响应。当存在一个以上的节点响应新节点的时候，必须进行判定应该在哪个现有节点上加入新的设备。这个判定可以由该新节点基于其听取的响应做出或者由根做出。该根可以从所有侦听到搜索消息的子节点收集信息并且选择由哪一个节点对搜索节点做出响应。当一个新节点连接到该分布式网络中的一个节点时，后者变为“父”，并且前者变为其“子”。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种连接到现有的集中的无线电网络(微微网)的方法，其包括：主机设备，诸如网络协调者，和在网络协调者(PNC)的传输范围内的至少一个另外的设备，不在网络协调者的传输范围内的另一个设备。另一个目的是提供一种网络，越出该网络协调者的传输距离的范围外的新的设备可以相连到该网络。
该目的是通过一种连接到现有的集中的无线电网络(微微网)的方法解决的，该现有的集中的无线电网络包括：
-主机设备，诸如网络协调者，和
-在网络协调者的传输范围内的至少一个另外的设备，不在该网络协调者的传输范围内的至少一个新的设备，并且该方法包括步骤：
-新的设备变为一个临时的网络协调者，其广播一个具有启动请求(诸如，PNC请求IE)的信标，该信标表示其意欲相连到一个现有的网络(微微网)；
-那些变为子网络协调者的设备以一个或者若干广播或者单播帧的形式发响应信号给启动信标，该一个或者若干广播或者单播帧表示他们是可利用的子微微网协调者；
-起临时网络协调者作用的新的设备扫描信道或者频率，接收响应信号，并且将可利用的子网络协调者的至少一个选择为主机；
-确认至少一个所选择的子网络协调者的响应信号，和
-结束临时网络协调者的作用，并且对于所选择的起协调者作用子网络协调者变为从属设备。
当所述新的设备变为临时PNC的时候，其能够在传输范围内广播信号，诸如由传输范围内任何设备读取的信标。接收启动信标的设备被告知新设备要连接到网络的意图，并且同时事实是，即使信号电平高于该设备自己的PNC中一个，该设备也不会感觉到进行了移交，因为新设备不会保持作为PNC。
做为选择，变为子网络协调者的步骤可由已经接收具有启动请求的信标的设备执行
-就是否变为该父网络协调者的子网络协调者询问其网络协调者(主机)，以便变为新的设备的主机，或者
-无需询问父网络协调者，本身变为子网络协调者。
启动信标可以包括表示临时网络/微微网标识符的信息元素。这个临时标识符表示其他的设备既不应该连接到该临时PNC，也不应该移交过来。
临时网络协调者可以在对应于给定数目信标帧的一定时间段内等待响应。在那个时间期间，应该执行在网络的协调者和可能的子PNC之间的交换。当该特定时间段结束，并且扫描信道/频率没有发现子PNC的时候，新的设备本身变为新的PNC并且启动一个自己的微微网，因为附近没有微微网可以相连。
按照一个实施例，对选择的子网络协调者的确认被作为信标信号的一部分传送，使得其他可利用的子PNC可以立即返回到其以前的状态。
该目的还通过一种集中的无线电网络(微微网)解决，该集中的无线电网络(微微网)包括至少二个设备，其中该至少二个设备中的一个是其信标具有一个传输范围的网络协调者，并且其中至少另一个设备是处于该网络协调者的传输范围之中，而且其中新的设备扫描信道或频率以便发现现有网络的网络协调者的信标，从而与其连接，其中
-如果新的设备在特定时间内没有接收到由网络协调者发送的信标，则其变为临时网络协调者并且发出表示其意欲相连到一个现有的网络(微微网)的启动信标；
-属于现有的网络(微微网)的、接收到该临时网络协调者的启动信标信号的设备，就是否可变为子网络协调者询问其自己的网络协调者，并且在肯定的应答的情况下：发送表示其是可连接的可用子微微网协调者的相应的响应信号；
-临时网络协调者接收响应信号，比较它们，并且确定所述可用设备中的一个将变为其自身要连接的子网络协调者(CPNC)；
-临时网络协调者(tempPNC)确认所选择的CPNC的可用性信号，并且将自己的状态改变为相对于选择的子网络协调者(CPNC)的从属设备，并且
-新的设备从而被连接到现有的网络(微微网)。
一种计算机程序，其由处理器运行并且包括用于实施将新的设备连接到现有的网络的方法的命令。
一种用户电子设备，包括用于运行计算机程序的处理器，该计算机程序包括用于实施将越出网络协调者的传输范围之外的新的设备连接到现有网络的方法的命令，并且包括用于实施上述的方法的装置。
本发明可以通过一个由若干设备组成的集中的无线电网络概述，其中一个设备起主机或者网络协调者的作用并且具有一个传输距离。基本上，该网络其他的设备能够承担协调者的角色。这个能力被用于将该网络的区域扩大到大于该主机的传输范围的大小。当一个新打开的设备起临时PNC作用并且广播一个表示其寻找子PNC的启动信标的时候，一个设备向其父PNC请求变为子PNC。子PNC报告其是可用的。该新的设备确定可利用的子PNC之一作为其新的主机。对于所选择的子PNC的确认可以被广播以通知在新的设备的传输范围中的所有的设备。该新的设备停止临时PNC的作用，并且连接到该现有的网络。
附图说明
在下文中，将参考附图进一步详细地描述本发明，其中
图1举例说明按照现有技术对于一个设备在第一微微网的PNC-1的信标传输(Tx)范围之外的情形；
图2举例说明本发明的一种备选方案，具有在新设备位于父PNC的信标Tx范围之外的情况下产生单微微网的拓扑结构；
图3举例说明本发明的另一种备选方案，具有已经打开的设备想要连接到微微网并且变成转发设备的情况下的拓扑结构；
图4举例说明本发明的又一种备选方案，这里在拓扑结构方面出现的变化结果形成具有二个PPNC和仅仅具有一个CPNC的二个微微网，和
图5举例说明一种几个CPNC可利用的情形。
具体实施方式
图1举例说明按照当前技术的一种情形，一个设备在第一微微网的PNC-1的信标传输(Tx)范围之外并且从而不能相连到第一微微网。因此，该新的设备本身必须变为PNC-2，并且开辟第二微微网。二个微微网彼此接近可能导致干扰。例如，处于两个PNC的传输范围交集之中的设备可以切换到另一个微微网，如果那个PNC的信标信号强度较高。一种对付干扰的解决方案将是在不同的信道上开放第二微微网。但是，存在类似802.15.3a的系统，其中即使两个微微网在二个不同的信道上工作，信道没有充分地正交会在它们之间形成干扰。
图2举例说明一个具有结果形成单个微微网的拓扑结构的本发明的备选方案，这里新的设备DEVnew，即，刚刚打开的设备位于父PNC(PPNC)的信标Tx范围的外边，但是在子PNC(CPNC)的监听范围之内。该新的设备将自己连接到所述CPNC，该CPNC变为它的主机。通过建立变为新的设备的主机的CPNC，避免了在PNC的Tx范围之外的新的设备本身变为PNC，并且自己开辟一个微微网。
图3举例说明另一个具有如下拓扑结构的本发明的备选方案，这里已经打开的设备意欲相连到微微网，并且变为具有二个主机的转发设备FDEV：第一主机是第一微微网的CPNC-1，并且第二主机是第二微微网的CPNC-2。在这个例子中，在连接新的设备之前的拓扑结构被保持，并且新的设备变为FDEV。通过这个过程，二个完全地分离的微微网被连接，同时保持当前的拓扑结构。
图4举例说明本发明的另一个备选方案。该设备的布局与图3中的那个是相同的。但是，按照该备选方案，与图3相比在拓扑结构中发生了变化，形成了具有二个PPNC(PPNC-5和PPNC-6)和仅仅一个CPNC-5的二个微微网PN-5和PN-6，而图3中二个微微网PN-3和PN-4包括二个PPNC(PPNC-3和PPNC-4)和二个CPNC(CPNC-3和CPNC-4)。在新的设备连接到二个微微网之后，该拓扑结构被改变。在这个例子中，当新的设备相连到第一微微网的时候，第一微微网的一个设备变为新的设备的CPNC-5，以及第二微微网PN-6的以前的CPN-6(图3中是多个)的CPNC，以前的CPN-6变为相连到二个主机，即，CPNC-5和CPNC-6的FDEV。借助于新形成的CPNC-5，二个以前完全分离的微微网由于拓扑结构的变化相连。
图5举例说明一种几个CPNC可利用的情形。在这个例子中，存在三个微微网PN-7、PN-8、PN-9，它们每个具有围绕PPNC-7、PPNC-8、PPNC-9的特定传输Tx范围。另一个在每个PPNC的传输范围之外的设备被打开。新的设备所处的位置使得三个微微网PN-7、PN-8、PN-9每个的一个设备存在在该新设备的传输范围之内。这意味着如果它们的PPNC允许，三个设备可用作CPNC。在这种情况下，当接通的时候起临时PPNC作用的新的设备将可用的CPNC中的至少一个确定为其主机。在大多数情况下，该新的设备将正好选择一个CPNC；但是，也可能该设备想要连接到几个微微网，或者作为微微网之间的转发设备FDEV，而在这样情况下，其将选择几个CPNC。这些设备于是将被确认为CPNC。在已经将可用的CPNC的至少一个确定为主机之后，临时地起PPNC作用的新设备返回到从属设备的性能。这里未选择的其他可用的CPNC返回到它们先前处于的状态。

Claims (8)

1.一种连接到现有的集中的无线电网络(微微网)的方法，该网络包括：
-主机设备，诸如网络协调者(PNC)，和
-在网络协调者(PNC)的传输范围(Tx)中的至少一个另外的设备，
不在网络协调者(PNC)的传输范围(Tx)中的至少一个新的设备，其特征在于以下步骤：
-新的设备变为一个临时的网络协调者(tempPNC)，其广播一个具有启动请求的信标，诸如，信标中的PNC请求IE，该信标表示其意欲相连到一个现有的网络(微微网)；
-那些变为子网络协调者(CPNC)的设备以一个或者若干广播或者单播帧的形式发响应信号给启动信标，该一个或者若干广播或者单播帧表示他们是可用的子微微网协调者(CPNC)；
-起临时网络协调者(tempPNC)作用的新的设备扫描信道或者频率，接收响应信号，并且将可用的子网络协调者(CPNC)的至少一个选择为主机；
-确认所选择的子网络协调者的至少一个的响应信号，和
-结束临时网络协调者(tempPNC)的作用，并且作为替代变为相对于起协调者作用的所选择的子网络协调者(CPNC)的从属设备。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于变为子网络协调者(CPNC)的步骤做为选择由已经接收具有启动请求的信标的设备执行，
-就是否变为该父网络协调者(PPNC)的子网络协调者(CPNC)询问其网络协调者(主机)，以便变为新的设备的主机，并且PPNC对这个请求给出一个响应，或者
-不询问父网络协调者(PPNC)，自己成为子网络协调者(CPNC)。
3.根据先前的权利要求中的任何一个权利要求的方法，其特征在于所述启动信标包括表示临时网络/微微网标识符(tempPNID)的信息元素。
4.根据先前的权利要求中的任何一个权利要求的方法，其特征在于临时网络协调者(tempPNC)在对应于给定数目的信标帧的特定时间段内等待响应。
5.根据先前的权利要求中的任何一个权利要求的方法，其特征在于对选择的子网络协调者(CPNC)的确认被作为信标信号的一部分传送。
6.一种包括至少二个设备的集中的无线电网络(微微网)，其中该至少二个设备之一是其信标具有传输范围(Tx)的网络协调者(PNC)，并且其中至少一个另外的设备是处于网络协调者(PNC)的传输范围(Tx)之中，并且其中新的设备扫描信道或频率以发现现有网络的网络协调者的信标以便相连到该网络，其特征在于：
-如果新的设备在特定时间内没有接收到由网络协调者(PNC)发送的信标，则它变为临时的网络协调者(tempPNC)，并且发出表示其意欲连接到一个现有的网络(微微网)的启动信标；
-属于现有的网络(微微网)的、接收到临时网络协调者(tempPNC)的启动信标信号的设备，选择性地为是否变为子网络协调者(CPNC)询问自己的网络协调者(PNC)，并且在肯定应答的情况下，或者不需要对自己的PNC的选择性请求的情况下：发送表示其是可以用来连接的子微微网协调者(CPNC)的相应的响应信号；
-临时网络协调者(tempPNC)接收响应信号，比较它们，并且确定所述可用设备中的至少一个将变为其与之相连的子网络协调者；
-临时网络协调者(tempPNC)确认可利用性信号中的至少一个，并且将其状态改变为相对于选择的子网络协调者(CPNC)的从属设备，并且
-新的设备从而被连接到现有的网络(微微网)。
7.一种计算机程序，由处理器运行并且包括用于实施将新的设备连接到现有的网络的方法，尤其是，如在权利要求1至4的任何一个中的方法的指令。
8.一种用户电子设备，包括用于运行根据权利要求6的计算机程序的处理器，和包括用于实施将新的设备连接到现有的网络的方法，尤其是，如在权利要求1至4的任何一个中要求的方法的装置。
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