TWI644539B - 用於無線環網路的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於無線環網路的方法。該無線環網路包括第一節點和第二節點，該方法包括：由該第一節點廣播資料包，其中該資料包包括生存時間和初始生存時間的指示符；由該第二節點接收該資料包，其中該已接收資料包包括調整後的TTL和該初始TTL；以及由該第二節點根據該調整後的TTL和該初始TTL確定新TTL。本發明可有效地確定無線環網路中的TTL，從而可以實現較低的通信開銷。

Description

用於無線環網路的方法

本發明涉及無線通信，更具體地，涉及用於選擇支持洪泛的無線環網路中的生存時間的方法。

無線環網路(mesh network)的使用近年來有所增加，以提高無線通信的範圍。無線環網路通常包括彼此通信以傳播資料包(data packet)的多個無線節點。例如，在多跳(multi-hop)無線環網路中，通過從一個無線節點“跳”到另一個無線節點直到資料包到達目的節點，資料包從源節點或始發節點傳播到目的節點。這樣，無線環網路中的每個節點都作為接收機和發射機兩者在中間節點之間傳送資料包。

洪泛(flooding)是一種常見的網絡操作，其中資料包由無線環網路中的一個節點發送到每個其他節點。接收該資料包並且之前並沒有接收到的每個無線節點將所接收的資料包轉發或重傳到除始發節點之外的每個其他已知的相鄰節點。為了限制資料包洪泛，每個資料包包括諸如生存時間(Time to Live，TTL)值的值，以限制資料包可以被中繼的次數。例如，當無線節點接收到資料包時，無線節點檢查資料包中攜帶的TTL值。如果攜帶的TTL等於1，則無線節點不轉發或重傳該資料包。相反，如果攜帶的TTL等於2或大於2，則無線節點將該資料包轉發或重傳到除了始發節點之外的每個其他已知的相鄰節點。因此，TTL值表示資料包可以被中繼的次數。為了有效地轉發資料包，應該選擇足夠大的TTL值以到達目的節點。然而，另一方面，TTL值不能太大而導致無線環網路中大量不必要的開銷。因此，需要開發一種為環網路選擇有效TTL值的方法。

有鑑於此，本發明提供一種用於無線環網路的方法和用於無線環網路中的節點的方法，以解決上述問題。

依據本發明第一方面，提供一種用於無線環網路的方法，其中該無線環網路包括第一節點和第二節點。該方法包括：由該第一節點廣播資料包，其中該資料包包括生存時間和初始生存時間的指示符；由該第二節點接收該資料包，其中該已接收資料包包括調整後的TTL和該初始TTL；以及由該第二節點根據該調整後的TTL和該初始TTL確定新TTL。

依據本發明第二方面，提供一種用於無線環網路中的節點的方法。該方法包括：由該節點廣播資料包，其中該資料包包括生存時間的指示符；由該節點接收響應，其中該響應包括調整後的TTL；以及由該節點根據該調整後的TTL確定新TTL。

依據本發明第三方面，提供一種用於無線環網路的方法，其中該無線環網路包括第一節點和第二節點。該方法包括：由該第一節點廣播第一資料包，其中該資料包包括第一生存時間；由該第二節點響應於第二資料包，其中該第二資料 包包括調整後的第一TTL和第二TTL；以及由該第一節點發送第三資料包，其中該第三資料包包括調整後的第二TTL；其中該第一節點根據該調整後的第一TTL和第一初始TTL確定新TTL，以及該第二節點根據該調整後的第二TTL和第二初始TTL確定新TTL。

上述用於無線環網路的方法可有效地確定無線環網路中的TTL，從而可以實現較低的通信開銷。

通過回顧以下描述的用於在無線環網路中傳播資料包的無線通信設備和方法的具體實施例，本申請的其它方面和特徵對於所屬領域具有通常知識者將變得顯而易見。

為了對本發明的上述及其它方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100,200,300,500‧‧‧無線環網路

A-M‧‧‧無線通信設備

第1圖是根據本申請實施例的在無線環網路中傳送資料包的方框圖。

第2圖是根據本申請實施例的在無線環網路中傳送資料包的方框圖。

第3圖是根據本申請實施例的在無線環網路中傳送資料包的方框圖。

第4圖是根據本申請實施例的在無線環網路中兩個節點之間的通信。

第5圖是根據本申請實施例的在無線環網路中傳送資料包的方框圖。

在下面的詳細描述中，為了解釋的目的，闡述了許多具體細節，以便提供對本申請實施例的透徹理解。然而，顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實現一個或多個實施例。在其他情況下，為了簡化附圖，示意性地示出了眾所周知的結構和裝置。

在下面的詳細描述中，許多具體的細節通過實施例，以便提供相關的教導的全面理解。基於本文中所描述的教導的任何變化，衍生物和/或附加信息都在本公開的保護範圍內。在一些情況下，為了避免不必要模糊本公開的教導，習知的方法，過程，組件，和/或關於本文所公開的一個或多個示例實施方式可以較高水平無揭露細節地描述。

以下描述是為了說明本申請的一般原理而不應被認為是限制性的。應當理解，實施例可以以軟體、硬體、韌體或其任何組合來實現。藍牙規範用於教授本申請的精神，並且本申請不限於此。

第1圖是根據本申請實施例的在無線環網路100中傳送資料包的方框圖。無線環網路100包括多個無線通信設備A-M，其中無線通信設備A，I，J，K，L，M是不轉發資料包的邊緣節點。無線通信設備B，C，D，E，F，G和H是具有使用基於洪泛的傳播機制轉發資料包的能力的中繼節點。

在第1圖所示的無線環網路100中，邊緣節點通常與至少一個相鄰節點建立友誼，以充當相鄰的中繼。該朋友中繼器在邊緣節點處於睡眠模式時存儲邊緣節點的所有傳入資 料包，然後在邊緣節點喚醒時將存儲的資料包轉發到邊緣節點。因此，對於第1圖所示的邊緣節點M，可以將無線通信設備B建立為邊緣節點M的朋友中繼節點。

當節點A發送去往節點L的資料包時，節點A將資料包廣播到節點B、節點C和節點E。在資料包中，包括生存時間(TTL)值。當節點C收到資料包時，節點C檢查TTL值。例如，如果包含在資料包中的TTL值被設置為10，節點C發現TTL值大於或等於2，則節點C轉發該資料包並將TTL值減1給節點L。因此，節點L從節點C接收TTL值為9的資料包。由於節點C可以被建立為節點L的朋友中繼節點，所以節點C可以在節點L處於睡眠模式時存儲資料包，然後在節點L喚醒時將資料包轉發到節點L。

對於也從節點A接收資料包的另一節點E，節點E也檢查接收到的資料包中的TTL值，然後將具有減小的TTL值的資料包轉發到節點D。因此，節點D接收到TTL值為9的資料包，並決定繼續將資料包轉發到節點L。從上述示例可以看出，無線環網路中的中繼節點將繼續轉發資料包，直到資料包到達目的地，或直到TTL值變為2。所以本發明提供了有效的方法來確定合理的TTL。

請參考第2圖，其示出了根據本申請實施例的無線環網路200。無線環網路200包括多個無線通信設備，並且這些通信設備中的每一個成為無線環網路200中的“節點”。無線通信設備K和M充當無線環網路200中的邊緣節點，其不轉發資料包。無線通信設備B，C，D，E，F，G和H在無線環網路200 中充當具有使用基於洪泛的傳播機制轉發資料包的能力的中繼節點。根據本發明的實施例，當新的無線通信設備L計劃加入無線環網路200時，無線通信設備L成為無線環網路200中的節點L。節點L可以是新加入環網路的節點或斷開連接後重新加入環網路的節點。節點L發送包含生存時間(TTL)值和初始TTL信息的消息。該消息通過廣播發送到環網路200中的節點。

包含在消息中的初始TTL可以是由節點L決定的任何數字。在該示例中，TTL被設置為10。然而，初始TTL可以被設置為任何合適的數字。如第2圖所示，當節點L加入環網路200時，節點L無線連接到節點C和節點D。因此，由節點L廣播的消息首先發送到節點C和節點D。當節點C接收到消息時，節點C檢查TTL是否滿足允許節點C轉發消息的特定標準。例如，節點C檢查消息中包含的TTL，以查看TTL是否大於或等於2。由於本實施例中消息中的TTL是設置為10的初始TTL，所以節點C決定轉發該消息到相鄰節點。因此，當消息被轉發到節點A時，節點C將消息中的TTL減少為9。因此，節點A從節點C接收包含TTL為9以及初始TTL為10的消息。

對於也從節點L接收消息的其他節點D，節點D也執行類似的操作來決定是否和節點C一樣轉發消息。然後節點D將消息轉發到節點E並將TTL減小到9。節點E還檢查TTL並決定將消息轉發到節點A，並進一步減少TTL。因此，節點A從節點E接收來自節點L的消息的另一個副本。但節點E轉發的消息現在包括的TTL為7以及初始TTL為10。

從兩個不同的路徑收到消息的兩個副本後，一個 是通過節點L-C-A，另一個路徑是通過節點L-D-E-A，節點A可以將初始TTL 10與從不同路徑獲取的兩個TTL值(7和8)進行比較。然後節點A得出結論，從節點A向節點L發送資料包的合理TTL將為2或3。因此，當節點A充當源節點並且具有目的地為節點L的資料包時，節點A可以設置TTL為2或3，以防止不必要的開銷和到無線環網路200的洪泛，但同時確保了節點L可以成功地接收資料包。

除了上述方法之外，本申請還提供了另一種雙向(two way)ping方法來確定合理的TTL。請參考第3圖，其示出了根據本申請實施例的無線環網路300。無線環網路300包括多個無線通信設備，並且這些通信設備中的每一個成為無線環網路300中的“節點”。無線通信設備A，K，L和M充當無線環網路300中的邊緣節點，不轉發資料包。無線通信設備B，C，D，E，G和H充當具有在無線環網路300中使用基於洪泛的傳播機制轉發資料包的能力的中繼節點。

為了確定源節點A與作為目標節點L的無線通信設備L之間的合理TTL，節點L可以向節點A發送ping消息。在ping消息中，節點L包括的TTL為10。請注意，該值是示例性的，可以被設置為任何合適的數字。該TTL可以被設置為與初始TTL相同。但是，消息中只有TTL是必要的。根據另一個實施例，初始TTL可能不在消息中攜帶。ping消息通過不同的路徑從節點L發送到節點A。如範例所示的兩個路徑，一個是通過節點C，另一條路徑是通過節點D和節點E。因此，當節點A收到從節點C轉發的ping消息時，ping消息中攜帶的TTL是8。類似 的，節點A從節點E接收的ping消息具有的TTL為7。

響應於ping消息，然後節點A向節點L發送響應。在響應中，節點A報告接收到的ping消息中的TTL。在一個例子中，節點A報告TTL為接收到的TTL值中較小的值，為7。根據節點A接收到的TTL和初始TTL，節點L可以確定合理的TTL來從節點L發送資料包/消息/響應至節點A。

根據本發明另一實施例，可以在無線環網路中使用三向(three-way)ping來確定合理的TTL。請參考第4圖，第4圖說明了無線環網路中兩個節點之間的通信。這裡節點A和節點B是無線環網路內的節點。節點A首先向節點B發送資料包。資料包包括初始TTL_{A_to_B}，其指示從節點A到節點B的初始TTL。該資料包通過無線環網路中的不同路徑和不同節點進行中繼。當節點B接收到包含初始TTL_{A_to_B}的資料包時，節點B獲得由不同節點轉發的不同TTL值。響應於該資料包，節點B向節點A發送第二資料包。在第二資料包中，節點B在第二資料包中記錄初始TTL_{B_to_A}以及接收到的TTL_{A_to_B}，其中基於不同的TTL值來確定所接收到的TTL_{A_to_B}。

在由無線環網路中的不同節點轉發和中繼後，節點A接收第二資料包。節點A從接收到的第二資料包獲得接收到的TTL_{A_to_B}和接收到的TTL值。通過比較初始TTL_{A_to_B}和接收到的TTL_{A_to_B}，節點A可以確定從節點A發送資料包到節點B的合理TTL。

之後，節點A向節點B發送第三資料包。在第三資料包中，節點A包含到節點B的接收到的TTL_{B_to_A}。因此，當 節點B接收到由無線環網路中的節點所轉發的第三資料包時，節點B可以根據初始TTL_{B_to_A}和接收到的TTL_{B_to_A}來確定從節點B向節點A發送資料包的合理TTL。由於將資料包從節點A轉發到節點B的路徑與將資料包從節點B轉發到節點A的路徑可能不相同，所以本發明提供了一種方法來利用三向ping方法以確定兩個方向中的兩個TTL值。通過三向ping方法，可以防止無線環網路的不必要的開銷和洪泛。

請參考第5圖，其示出了根據本申請實施例的無線環網路500。第5圖中的節點A是向目標節點D發送資料包的源節點。在由節點A發送的資料包內，包括等於5的初始TTL。請注意，這是示例性的，初始TTL可以被設置為任何合適的數字。在通過不同的節點和路徑轉發中繼資料包後，節點D從節點B接收資料包的第一副本，並從節點C接收資料包的第二副本。在從節點B通過A-B-D的路徑轉發的資料包中，包括的接收到的TTL等於4。另一方面，從節點C通過A-B-C-D的路徑轉發的資料包包括的接收到的TTL等於3。為了便於選擇有效的TTL，邊緣節點D需要向源節點A返回響應所接收的TTL。根據本申請實施例，節點D可以用確認(ACK)資料包搭載(piggyback)接收到的4或3的TTL。通常發送ACK資料包以通知資料包的發送方該資料包被目標節點接收。因此，目標節點不需要向源節點發送單獨的資料包來通知接收到的TTL。通過將收到的TTL搭載到ACK資料包，可以減少不必要的開銷和洪泛。

根據本申請的另一方法，不是將接收的TTL直接報告給源節點，而是目標/目的地節點可以向源節點報告TTL是否 應該增加、減少以保持相同。請再次參考第5圖，其示出了根據本申請實施例的無線環網路500。在該無線環網路500中，節點A充當源節點，節點D用作目標節點或目的地節點。在傳輸之前，節點A和節點D具有預先協商的目標接收到的TTL，例如為2。當源節點A向節點D發送資料包時，在資料包內攜帶的初始TTL為5。在通過第一路徑A-B-D轉發後，節點D接收到具有接收到的TTL為4的資料包。資料包的另一副本通過第二路徑A-B-C-D轉發，當節點D接收到資料包的第二副本時，其導致接收到的TTL為3。通過比較兩個接收到的TTL和預先協商的接收到的TTL，節點D以請求(request)或建議(suggestion)向源節點A發送回消息以減少TTL，以使接收到的TTL盡可能接近預先協商的接收到的TTL。通過這樣做，目標節點可以指示是否應該調整TTL的設置。而在其他方法中，TTL是由始發設備根據由另一個節點所報告的接收到的TTL來決定。該消息可以如上述實施例中與ACK一起搭載。

請再次參考第5圖，節點A和節點D預先協商了目標接收到的TTL為2。當節點A向節點D發送資料包時，資料包攜帶初始TTL為4。此時，節點D將通過具有兩個不同的接收TTL為3和2的兩個不同路徑接收資料包的兩個副本。在該示例中，由於接收的TTL中的一個與預先協商的接收到的TTL相同，為2。節點D向源節點A發送響應，並請求或建議節點A繼續使用相同的TTL。該響應可以搭載於ACK中，如前述實施例中所述。

在本申請的另一個例子中，請再次參考第5圖。節點A和節點D預先協商了目標接收的TTL為2。當節點A向節點D 發送資料包時，資料包攜帶了初始TTL為3。在通過不同路徑轉發後，節點D接收到兩個不同的接收到的TTL為2和1。通過將接收到的TTL與預先協商的接收到的TTL進行比較，節點D發現該初始TTL為3將導致接收到的TTL低於預先協商的TTL(1<2)。因此，節點D向源節點A發送響應，並請求或建議節點A增加TTL。該響應可以搭載於ACK中，如前述實施例中所述。

根據本發明的另一實施例，為了進一步減少通信開銷，TTL反饋只能在特定情況下與ACK搭載。例如，只有當接收的TTL不為1時，才能搭載TTL反饋。或者，只有當接收的TTL大於2或超過預先協商的TTL時，才能搭載TTL反饋。或者，只有當接收到的TTL小於2或小於預先協商的TTL時，才能搭載TTL反饋。或者，只有當發送一定數量的資料包時，才能搭載TTL反饋，例如1000個資料包。或者，只有在預定時間段之後才能搭載TTL反饋，例如60秒。

鑒於前述實施例，應當理解，本申請提供了通過確定初始TTL來更有效地確定無線環網路中的TTL的方法。因此，可以實現較低的通信開銷。

雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應理解的是，本發明並未侷限於揭露之實施例。任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當以申請專利範圍第所界定為准。凡依本發明申請專利範圍第所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

Claims (16)

1. 一種用於無線環網路的方法，其中該無線環網路包括第一節點和第二節點，該方法包括：由該第一節點廣播資料包，其中該資料包包括將由該第一節點和該第二節點的傳送路徑進行調整的生存時間和初始生存時間的指示符；由該第二節點接收該資料包，其中該已接收資料包包括調整後的生存時間和該初始生存時間；以及由該第二節點根據該調整後的生存時間和該初始生存時間確定新生存時間。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，由該第二節點接收該資料包的步驟包括：通過第一路徑接收該資料包的第一副本；以及通過第二路徑接收該資料包的第二副本，其中該資料包的第一副本包括第一調整後的生存時間，以及該資料包的第二副本包括第二調整後的生存時間。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該第一路徑上和該第二路徑上的每個節點將具有減小的生存時間的該資料包轉發到下一個節點。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該資料包是確認資料包，並且生存時間信息被搭載到該確認資料包。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該資料包中的該生存時間信息包括增加、減少或保持該生存時間的消息。
6. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該資料包中的該生存時間信息包括建議的生存時間。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該無線環網路是基於洪泛傳播的環網路。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該無線環網路是藍牙環網路。
9. 一種用於無線環網路中的節點的方法，其中，該方法包括：由該節點廣播資料包到對等節點，其中該資料包包括生存時間的指示符；由該節點從該對等節點接收確認資料包，其中該確認資料包包括由沿著該資料包到該對等節點的傳送路徑的多個節點進行調整後的生存時間，即，該確認資料包搭載有生存時間信息；以及由該節點根據接收的該調整後的生存時間確定新生存時間。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之方法，其中，確定新生存時間的步驟包括：將該調整後的生存時間與初始生存時間進行比較，以確定該新生存時間。
11. 根據申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該無線環網路是基於洪泛傳播的環網路。
12. 根據申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該無線環網路是藍牙環網路。
13. 一種用於無線環網路的方法，其中該無線環網路包括第一 節點和第二節點，其中，該方法包括：由該第一節點廣播第一資料包，其中該資料包包括第一生存時間；由該第二節點回應第二資料包，其中該第二資料包包括由沿著從該第一節點到該第二節點的傳送路徑上的節點進行調整後的第一生存時間和一第二生存時間；以及由該第一節點發送第三資料包，其中該第三資料包包括由沿著從該第二節點到該第一節點的傳送路徑上的節點進行調整後的第二生存時間；其中該第一節點根據該調整後的第一生存時間和第一初始生存時間確定第一新生存時間，以及該第二節點根據該調整後的第二生存時間和第二初始生存時間確定第二新生存時間。
14. 根據申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該無線環網路是基於洪泛傳播的環網路。
15. 根據申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該無線環網路是藍牙環網路。
16. 根據申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該第二資料包是確認資料包，並且調整後的第一生存時間被搭載到該確認資料包。