TWI390903B - 邏輯及物理網狀網路分離 - Google Patents

Description

邏輯及物理網狀網路分離

本發明係大體而言相關於一種無線網狀網路，以及更特別地是，相關於一種用於將一網狀網路分離成為較小之邏輯及/或物理網狀次網路的方法。

由於無線區域網路(Wireless Local Area Networks，WLANs)的使用增加以及部署的廣泛分佈，因此，最近，對於無線網狀網路的額外支援係已經在標準社群(standards community)之中獲得動力，再者，一網狀網路係為一種用於連接無線節點、補充基礎架構及簡易模式(the Infrastructure and Ad-Hoc modes)的第三以及補償方法，此外，網狀網路應用的驅動力以及可能領域係包括用於WLANs的低努力覆蓋延展，低努力及低複雜度自行部署網路，以及高度可靠及可錯誤容忍網路。

在基礎架構模式之中，一站台(STA)乃會專門地與一基地台、或是一存取點(AP)進行通信，而在該簡易模式(點對點(Peer-to-Peer))之中，該等STAs係可以在不會影響到該網路中之任何其他節點的情形下直接進行通信，至於網狀網路則是會提供基礎架構以及簡易模式的一混合，舉例而言，在該網路中的節點(STAs，APs等)係可以作用為不在一基地台之範圍中之其他節點的無線路由器。

當比較無線網狀網路以及傳統無線網路主要在基礎架構模式、或簡易模式中的操作時，許多系統操作方面(例如，操作以及維持(Q&M)，骨幹連通性，節點隨著時間的連通性，無線電資源管理(radio resource management，RRM)，使用者行為等)係會有相當大的差異，舉例而言，取代一單一的100-節點網狀網路，分散式的軟體係可以出現在會自行將系統組織成為二、更多個分離之網狀次網路的節點的其中之一之中，而這些網狀次網路則是可以部分重疊、或是可以不具有重疊，但仍然會相鄰，因此，係有使有效之操作以及透過簡單之邏輯網路分離來使用網狀網路成為可能的需要。

本發明係包括數種用於透過一簡單的邏輯網路分離而使得有效操作以及網狀網路使用成為可能的方法，以及，本發明係包括大量產生一或多個次網路，以取代一個大型網路的方法，且該等次網路係可以是邏輯的、或是物理的。

假設有一組節點，則本發明係允許一較高程度的組織以及藉由導入物理以及邏輯次網路而操作該網狀網路的更高彈性，此外，數個額外的特徵係亦加以揭示，例如，功能性實體以及信號發送，以使得此模式的操作成為可能。

一種用於在一無線網狀網路中產生次網路的方法係開始於，決定一產生一次網路的觸發條件是否存在，而若是該觸發條件存在時，則在該網狀網路中的節點就會被選擇來產生該次網路，接著，該次網路係會藉由該等所選擇的節點而加以產生。

一種在一無線網狀網路中使用的節點，其係包括一狀態裝置；一依附列表，其係會與該狀態裝置進行通信，以維持該節點的一狀態，且該節點相關於活動力的該狀態係會發生在該節點處；一觸發裝置，其係會與該狀態裝置進行通信；以及一依附裝置，係會與該依附列表以及該觸發裝置進行通信。

此後，該名詞“站台”(STA)係包括，但不限於，一無線傳輸/接收單元(WTRU)，一使用者設備，一固定、或移動用戶單元，一呼叫器，或是任何其他型態之能夠在一無線環境中操作的裝置，再者，當於之後提及該名詞“存取點”(AP)時，其係會包括，但不限於，一基地台；一具有額外功能而能夠在一星狀拓樸(star topology)中作用為中心點的STA，類似於一基地台；一節點B；一位置控制器；或是在一無線環境中任何型態的介面裝置，同樣地，當於之後提到該名詞“網狀點(mesh point)”(MP)時，其乃會包括，但不限於，一具有額外功能的STA，因而能夠在一網狀拓樸中作用為一順向節點，以及能夠在該網路中產生、發送、接收、及/或轉傳來自其他節點之通信，由於這些名詞乃是關於邏輯的功能，因此，其係有可能一個物理裝置僅具有一個邏輯功能、或是會將兩個、或多個邏輯功能節合成為一個物理裝置，所以，當於之後提及時，該名詞‘‘網狀存取點”(MAP)乃會包括，但不限於，一具有AP以及MP功能的STA。

本發明係包括數種用於透過一簡單的邏輯網路分離而使得有效操作以及網狀網路使用成為可能的方法，目前，當在一特殊區域中部署一網狀網路時，共同的方式是，形成一單一的(以及，可能地，非常大的)網路，在某些通信定義中，產生一、或多個網狀次網路來取代與一個大網路一起工作的情形是比較有利的，而該次網路則是可以由一邏輯、或是由一物理的觀點來進行定義。

第1圖係顯示一具有16個網狀節點以及三個閘道節點之網路的一個實例，其中，該網路係被分開成為三個不同的層次，一物理層次，一第一邏輯層次(A或主要)，以及一第二邏輯層次(B或次要)，在此，該樣品物理網路係可以被視為三個不同的網路，此外，第1圖也顯示了所有存在的節點以及可能的互連。

網路節點係可以分類成為網狀節點、或是閘道節點，其中，網狀節點係為可以利用一網狀方式進行互連的共同節點(例如，802.11MPs、或是MAPs)，至於閘道節點則是會提供該網狀域外之連通性的節點，並且，節點乃會根據，舉例而言，其與該網路的關聯而被標示為主動、被動、或是待命。

可以利用的路徑相當多，舉例而言，若是於節點2中所產生之流量需要被順向遞送至一閘道時，可能的路徑係包括，2-3-A，2-4-3-A，2-8-B，2-9-8-B等，然而，若是僅考慮該等被標示為主動的節點時，則可能路徑的數量就會大大地減少，在此例子中，該等路徑2-4-3-A以及2-9-8-B就不再視為有效。

第2圖係顯示，正如所見，當僅考慮主動節點時的相同網路。從資料流量的觀點來看，此於網路拓樸中的改變係可以被用於不同的目的，例如，分離流量，並且，藉由僅考慮主動節點，流量將會變得在可以幫助保持服務品質(quality of service，QoS)需求的更確定路徑中進行順向傳遞。

用於決定哪些節點是主動的準則，乃可以利用較佳的RRM特性，例如，可靠的連結，電池水平，流量產生特性，節點的安全及認證內容，或是資源利用之水平，來作為基礎，而該等所使用的準則以及它們用以評估的方式則是具有執行的獨特性，並且，被選擇來決定哪些節點是主動的特別執行並不會改變本發明的架構、或是操作。

另一種邏輯網路則是可以在，除了主動節點之外，若考慮被動節點時進行定義，此即暗示，有效路徑的數量可以獲得增加，請參閱第3圖，其係顯示，正如所見，相同網路在同時考慮主動以及被動節點時的狀況，此時，該路徑2-9-8-B係再次變得有效，並且，由於路徑的數量獲得增加的關係，因此，順向遞送的資料就變得較不具決定性，而當該資料順向遞送變得較不具決定性時，(從該QoS的觀點來看)其就會變得較不需要，不過，這對其他理由，例如，路徑冗餘(path redundancy)，而言是有利的，舉例而言，高優先權信號傳送係可以透過此等的網路，利用一較短的路徑而進行順向傳遞，以允許較低的等待時間。

主動以及被動節點之間主要的差異係在於，通過它們之流量的量以及性質都相當的不同，而這就使得在執行RRM功能時會出現一相當程度的差異，並且，其乃預期主動節點會需要比被動以及待命節點更多的資源，另外，該等RRM功能係可以在僅考慮主動節點時加以應用，而此將會降低該等RRM功能的複雜性，並且，會使得它們更為有效率，這是因為主動節點係應該比該網路的其餘節點獲得更仔細的管理的關係。

待命節點係為可以在一能源節省模式中的節點，這些節點乃是為了數種可能的理由而可以處於該待命模式之中：該等節點並未正在產生流量，該等節點正在執行電池節省，或是因為這些以及其他理由的結合。

雖然，此實例僅顯示了僅三個節點狀態(亦即，主動，被動，以及待命)，但是，額外的節點狀態對於熟習此技藝之人而言同樣是可以輕易地進行想像。

一種保持對於該等不同邏輯網路之追蹤的簡單方法，乃是藉由在每一個節點執行一狀態機器(state machine)而加以達成，因此，不同的邏輯網路係可以藉由獲知鄰近節點之狀態而快速地加以定義。

第4圖則是顯示該三個所建議之狀態的一狀態機器。每一個節點的當前狀態係可以藉由於該網狀網路中之節點間的信號發送交換(無線、或有線介面)而獲得宣告，此信號發送交換係可以在各種可能的通訊協定層(protocol layers)處執行，並且，係可以為廣播、多點廣播(點對多點)、或是專用的(點對點)形式，或者，二者擇一地，一組預先決定的規則係可以在每一個節點之中執行，以使得該網路可以推論出該網路的該當前狀態，而取代根據觀察某些特徵，類似，流量流動、品質、延遲等而明確地發送該網路之該當前狀態的情形。

將該網路分開成為不同分類的標準可以有很多，並且，這些分類並不需要是其他分類的次群組，舉例而言，可以有不同組的節點被定義為主動，但卻會掌控不同分類之用於資料流量的服務。

將一個網路劃分成為多個網狀次網路係可以在該網路之操作期間的一開始、或是任何間點時完成，並且，劃分該網路係可以由於在網路狀態(例如，流量負載)中的一改變而可以執行，以實行最佳化及/或可靠性，所以，當該流量負載減少時，該等次網路係可以相結合，以形成一大的網狀網路。

一個可以將該網路分離成為多個次網路的方式是，具有一個用於決定其具有一個大的網狀網路、或多的較小的網路是否具有意義的簡單公式(例如，跳躍(hops)的數量，延遲等)，一般而言，有兩種用於管理網狀網路的方式：集中式、或分散式，其中，網路分離係可以根據在該網路中的一中心控制點、或是，個別地，藉由該等節點的每一個，而加以執行，另外，也可以使用一混合方法，而其中，一個次組的節點(例如，主動節點)乃會是做出決定的該些節點，並且，在該混合方法之中，該等節點乃會具有通知該新架構之次級(或被動)節點的選擇，或者，該等節點可以簡單地作用為代理節點(proxy nodes)以及對該等次級節點隱藏該架構，再次地，該兩網狀網路係可以進行、或是可以不進行彼此散置、或者僅設置邊界(bordering)，再者，其亦有可能在該兩個網狀網路之間具有一閘道，除了用以對每一個網狀節點將會具有之閘道進行陸上佈線(landline)的該網狀之外。

整體來看，將在該網狀網路中的某些節點組織成為邏輯次網路乃為一種減緩該網狀網路之管理的手段，而在該網狀網路中的任何特定節點則都可以同時地屬於在該網絡中的一、或多個邏輯次網路，並且，乃可以產生不同的邏輯次網路，以實現下列(但不限於)的目的：

(1)一組專屬於網狀網路維持的節點(例如，RRM，Q&M，監控等)。

(2)一組專屬於按照路線發送的主要節點。

(3)一組專屬於按照路線發送的次要節點，以在有問題的例子中作為一備用系統。

(4)一組專屬於特殊流量分類的節點。

(5)一組位在整個網狀網路之邊緣的節點，其係專屬於該網絡的廣播以及廣告。

(6)分離來自不同服務提供者，或是具有分享相同物理網路之不同QoS需求的流量。

屬於某一個物理、或是邏輯網狀次網路的情形並非為長久的，雖然說，這對一些目的而言是可實施的，因此，以各種的決定準則作為基礎，在操作之正常程序期間裡的任何時間點，於該網絡中的任何特定節點都可以被釋放，然後，重新依附至另一個物理、或邏輯次網路，至於對於一節點之重新依附的可能觸發點則是可以包括，在：RRM條件、流量條件、或安全或認證內容中的改變。

為了管理在該網絡中的物理以及邏輯次網路，係可以使用接下來元件的其中之一或多：

(1)在一節點中用以維持該節點之電流依附的一或多個狀態機器/資料庫。在一較佳實施例之中，每一個節點乃會處理其本身所擁有的狀態機器，以及附加裝置，並會在該狀態無論何時改變時經由信號發送而通知其他的節點，在集中式的方式中，僅有該中心、或主要節點需要被通知於狀態中的改變，在分散式的方式中，於狀態中的改變則是會廣播至整個網路，以及，在混合的方式中，該叢集主要節點(cluster master)係會被通知在會通知該等依附節點之狀態中的改變，且當該混合方法係為較佳的同時，根據該網路的特殊尺寸，部署特徵等，乃會具有相關於該等集中式以及分散式方式的優點，只要每一個節點處理其本身的依附裝置，該按照路線發送的機制就可以利用基於電源(source-base)、基於跳躍(hop-base)、或基於中心(central-base)的方式而加以執行(後者係會於一主要節點處執行)。

(2)在節點(有線以及無線介面，所有可能的通訊協定層)間的信號發送機制，以通知其他的節點有關來自其他節點的要求、或是強制在該網絡中之其他節點的一狀態改變。

(3)一組在該等節點中所執行的規則，以決定、或推論依附裝置。

該次網路的概念係可以應用在不同的通信方案之中。舉例而言，可以有一個例子是，一物理網狀網路乃會由於動力系統環境，節點的移動等而改變拓樸，此係會造成該原先的網絡在某一點處完全地斷開，而這則是會導致該網絡劃分成為兩個不同的網絡，假設在該兩個網絡之間仍然有通信時(例如，透過有線、一些其他型態的分配系統(Distribution System)，回傳裝置(backhaul)，核心網路等)，則該兩個分離的網絡係仍然可以被視為一會允許所有的原先網路架構被維持在適當地方的單一邏輯網絡(或是多個)，因此，兩個、或多個物理網狀網路就可以不顧動力拓樸改變，而被視為一單一的、或是多個邏輯網絡，此概念係亦可以加以執行，以藉由考慮該邏輯架構及/或連接來取代該等物理狀況，來保持該組應用於不同網路節點的規則不受該物理網路拓樸的支配。

第5圖係顯示一種將一網狀網路分離成為多個次網路的方法500，該方法500，一開始，係會決定在該網路中之所有該等節點的狀態(步驟502)，決定一觸發條件是否符合將該網路分開成為次網路(步驟504)，若是該觸發條件不符合時，則該網路會繼續操作為一單一的網路，直到該觸發條件符合為止，若是該觸發條件符合時，則節點係會被選擇來產生一次網路(步驟506)，在此，需要注意的是，多個準則係可以被使用來選擇將會是該次網路之一部分的該些節點，正如前述。

該等多個次網路係會加以產生(步驟508)，並且，將會繼續被操作為次網路，直到符合一重新恢復條件為止(步驟510)，若是該重新恢復條件符合時，則該等多個次網路將會重新結合成為一個網路(步驟512)，接著，該方法終止(步驟514)，而且，正如前述，多個準則係可以被用以決定何時要重新結合該等次網路。

上述的該等方法係可以有關於任何型態的網狀網路而加以使用，包括，但不限於，802.11 WLAN(例如，802.11s)，802.15無線個人區域網路(wireless personal area network，WPAN，例如，802.15.5)，以及802.21網路。

第6圖係為一架構以執行該方法500之節點600的一方塊圖。該節點600係包括，一狀態裝置602，一依附列表604，一觸發裝置606，一依附裝置608，一傳輸器/接收器610，以及一天線612，其中，該狀態裝置602係會維持該節點600的當前狀態(亦即，主動、被動、或待命)，並且，係會將該節點600的該狀態與該依附列表604以及該觸發裝置606進行通信，再者，該依附裝置604係會包含該節點600目前所依附之所有其他節點以及那些節點之當前狀態的一列表，該觸發裝置606係會被用來決定該節點600何時應該離開目前所依附之網路，而此決定則是可以，部分地，以該節點的該當前狀態作為基礎，在此，應該要注意的是，該觸發裝置606可能無法在所有網路架構中操作，特別地是，在形成次網路之決定係藉由一中心實體而完成的一網路之中。

該依附裝置608係會將該節點600於狀態中的改變以及該節點600是否要改變網路的訊息，與在該依附列表604中之所有節點進行通信，以及，該傳輸器/接收器610係會經由該天線612而將該等改變自該依附裝置608發送出去，並且，該傳輸器/接收器610亦會接收有關於在不斷更新的該依附列表604之中之節點的狀態的資訊。

雖然本發明的特徵以及元件係以較佳實施例，以特別的結合而加以敘述，不過，每一個特徵或元件都可以單獨使用(在不需要該等較佳實施例之其他特徵以及元件的情況之下)，或是可以與、或不與本發明之其他特徵以及元件進行各式結合而加以使用。

500．．．一種將一網狀網路分離成多個次網路的方法

502．．．決定在該網路中所有節點的狀態

504．．．符合觸發條件？

506．．．選擇節點來產生一次網路

508．．．以選擇的節點產生一次網路

510．．．符合重複恢復條件？

512．．．將次網路重新結合成為一個網路

514．．．終止

600．．．節點

602．．．狀態裝置

604．．．依附列表

606．．．觸發裝置

608．．．依附裝置

610．．．傳輸器/接收器

612．．．天線

本發明更詳盡的瞭解係可以於接下來透過作為舉例之用之一較佳實施例的敘述而加以獲得，並且，可以關聯於所附圖式而進行瞭解，其中：

第1圖：其係顯示一完整物理網狀網路的圖式；

第2圖：其係顯示一主要邏輯網狀網路的圖式；

第3圖：其係顯示一次要邏輯網狀網路的圖式；

第4圖：其係顯示在該網路中之一節點之三個狀態的一狀態圖；

第5圖：其係顯示一種將一網狀網路分離成為多個次網路之方法的一流程圖；以及

第6圖：其係顯示一加以建構以執行在第5圖中所顯示之該方法的節點的一方塊圖。

500．．．一種將一網狀網路分離成多個次網路的方法

502．．．決定在該網路中所有節點的狀態

504．．．符合觸發條件？

506．．．選擇節點來產生一次網路

508．．．以選擇的節點產生一次網路

510．．．符合重複恢復條件？

512．．．將次網路重新結合成為一個網路

514．．．終止

Claims (19)

1. 一種管理一無線網狀網路之方法，包括下列步驟：依據在多個網路狀況內的一改變而決定將該無線網狀網路分離為多個網狀次網路；將在該網狀網路內的多個節點組織成多個邏輯次網路；以及管理該等次網路。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等邏輯次網路包括一組專屬於網狀網路維持的節點。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之方法，其中，網狀網路維持包括無線電資源管理(radio resource management，RRM)。
4. 根據申請專利範圍第2項所述之方法，其中，網狀網路維持包括監控該網路。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等邏輯次網路包括一組專屬於路由的節點。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該組專屬於路由的節點在有網路問題的例子中作為一備用系統。
7. 根據申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該組專屬於路由的節點專屬於路由特殊流量分類。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等邏輯次網路包括一組專屬於廣播及廣告該網狀網絡的節點。
9. 根據申請專利範圍第8項所述之方法，其中，該組專屬於廣播及廣告該網狀網路的節點位在 該網狀網路之一邊緣。
10. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，組織的該步驟包括將具有來自不同服務提供者之流量的節點組織成一邏輯次網路。
11. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，組織的該步驟包括將具有相似服務品質(QoS)需求的節點組織成一邏輯次網路。
12. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，更包括下列步驟：根據一觸發而釋放來自一第一次網路之一特定節點；以及將該特定節點依附於一第二次網路。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該觸發包括在RRM狀況內的一改變。
14. 根據申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該觸發包括在該網狀網路內多個流量狀況的一改變。
15. 根據申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該觸發包括在安全或認證內容內的一改變。
16. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，更包括下列步驟：追蹤一特定節點的一依附狀態，該依附狀態包括下列至少其中之一：該特定節點所依附的該次網路或與該特定節點通信的列表節點。
17. 根據申請專利範圍第16項所述之方法，其中，該特定節點將其依附狀態通知多個額外節點且改變至該特定節點的依附狀態。
18. 根據申請專利範圍第16項所述之方法，其中，追蹤的該步驟藉由一中心節點被執行。
19. 根據申請專利範圍第18項所述之方法，其中，該中心節點將該特定節點的狀態的一改變廣播至該網狀網路。