TWI714987B - 無線連線方法 - Google Patents

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邱順胤
丁有彥
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Abstract

本發明揭露了一種無線連線方法，是由一網狀基礎服務集(Mesh Basic Service Set,MBSS)中的一網路裝置來執行，該MBSS包含N個網狀閘口，該無線連線方法包含：當該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且未連接該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該MBSS中的一閘口候選裝置連線，禁止該網路裝置與該MBSS中的一非閘口候選裝置連線，其中該閘口候選裝置宣稱其為或連接該N個網狀閘口的其中之一，該非閘口候選裝置未宣稱其是也未宣稱其連接該N個網狀閘口的任一個；以及當該網路裝置是該N個網狀閘口的其中之一或連接該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該閘口候選裝置連線，也允許該網路裝置與該非閘口候選裝置連線。

Description

無線連線方法
本發明是關於網狀網路，尤其是關於用於網狀網路的無線連線方法、主動確認候選裝置是否為網狀閘口的方法、以及決定主要網狀閘口的方法。
IEEE 802.11s標準規範用於網狀網路的建立(mesh networking)。依據目前的IEEE 802.11s標準規範，一網狀站台(mesh station)若與另一網狀站台具有相同的網狀輪廓(mesh profile)以及雙方的基本速率和加密能力符合，這兩個站台就是彼此的候選裝置(candidate peer)，而能夠直接地互連，所有具有相同網狀輪廓且直接地或間接地互連的網狀站台就組成了一網狀基礎服務集(Mesh Basic Service Set,MBSS)。於一MBSS中，所有能夠直接地透過一分散系統(Distributed System,DS)與其他非網狀網路連接的網狀站台被稱為網狀閘口(mesh gate)，該MBSS中的其他網狀站台可透過該MBSS中一或多個網狀閘口間接地存取該MBSS之外的網路資源。本技術領域中，前述分散系統是一種用於基礎服務集互連的架構。
然而，依據目前的IEEE 802.11s標準規範，二網狀站台只要具有相同的網狀輪廓就能互連，這可能會讓一群具有相同網狀輪廓的網狀站台藉由不同信道(例如：無線區域網路的信道，像是2.4GHz頻段的14個信道)形成數 個不互通的MBSS，且該些MBSS中可能有部分的MBSS不包含網狀閘口，從而該部分的MBSS無法與外部網路溝通。
另外，依據目前的IEEE 802.11s標準規範，一MBSS中作為一網狀閘口的網狀站台，是透過一廣播封包來宣稱該網狀站台作為網狀閘口，由於目前的IEEE 802.11s標準規範缺少重送及確認機制，該MBSS中其它的網狀站台無法主動確認該網狀站台是否還作為網狀閘口，也無法主動確認該MBSS中是否有其它可用的網狀閘口。
另外，當一MBSS中有多個網狀閘口可存取同一分散系統時，此MBSS與此分散系統之間會存在一個以上的路徑，因此，該MBSS與該分散系統結合而成的網路可能會產生路徑迴圈導致網路廣播風暴。IEEE 802.11標準規範是藉由快速生成樹協定(Rapid Spanning Tree Protocol,RSTP)來解決網路廣播風暴的問題。RSTP會在網路拓撲中阻斷讓網路形成路徑迴圈的關鍵路徑，不只廣播(broadcast)及多播(multicast)封包不能經由此路徑傳送，單播(unicast)封包也無法透過此路徑傳送，因此，單播封包的傳輸路徑的選擇受到限制，甚至會有傳輸瓶頸產生。
本發明之一目的在於提供一種無線連線方法、一種主動確認候選裝置是否為網狀閘口的方法、以及一種決定主要網狀閘口的方法，以避免先前技術的問題。
本發明之無線連線方法的一實施例是由一網狀基礎服務集(Mesh Basic Service Set,MBSS)中的一網路裝置來執行，該MBSS包含N個網狀閘口， 該N為正整數，該實施例包含下列步驟：當該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且未連接該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該MBSS中的一閘口候選裝置連線，禁止該網路裝置與該MBSS中的一非閘口候選裝置連線，其中該閘口候選裝置宣稱其是該N個網狀閘口的其中之一，或宣稱其連接該N個網狀閘口的其中之一，該非閘口候選裝置未宣稱其是該N個網狀閘口的任一個，也未宣稱其連接該N個網狀閘口的任一個；以及當該網路裝置是該N個網狀閘口的其中之一或連接該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該閘口候選裝置連線，也允許該網路裝置與該非閘口候選裝置連線。根據上述，本實施例確保該網路裝置是一網狀閘口或確保該網路裝置直接地或間接地連接至一網狀閘口。
本發明之主動確認一候選裝置是否為一網狀閘口的方法的一實施例是由一網狀基礎服務集(MBSS)中的一網路裝置來執行，該MBSS包含該候選裝置，該實施例包含下列步驟：當該網路裝置之一目前紀錄指出該候選裝置不是該網狀閘口時，若該網路裝置收到來自該候選裝置的一第一通知指出該候選裝置是該網狀閘口，令該網路裝置更新該目前紀錄並開始計數一預設時間，以確認該候選裝置於該預設時間之計數結束前是該網狀閘口；當該網路裝置未在該預設時間之計數結束前收到來自該候選裝置的一更新第一通知指出該候選裝置是該網狀閘口，令該網路裝置發送一詢問封包給該候選裝置以確認該候選裝置是否為該網狀閘口；以及於該網路裝置發送該詢問封包後，當該網路裝置收到該更新第一通知或收到來自該候選裝置的一第一回覆封包指出該候選裝置是該網狀閘口時，令該網路裝置重新計數該預設時間並再次確認該候選裝置於該預設時間之計數結束前是該網狀閘口。根據上述，本實施例確保該網路 裝置能夠主動得知該候選裝置是否為一網狀閘口，而無需被動地等待該候選裝置的聲明。
本發明之決定一網狀基礎服務集(MBSS)中的一主要網狀閘口的方法的一實施例是由該MBSS中的一網路裝置來執行，該MBSS包含複數個網狀閘口，該實施例包含下列步驟：當該網路裝置不是該複數個網狀閘口的其中之一，令該網路裝置接收該複數個網狀閘口的資訊，以令該網路裝置依據一預設演算法處理該複數個網狀閘口的資訊以得知該複數個網狀閘口的其中之一為該主要網狀閘口；當該網路裝置是該複數個網狀閘口的其中之一以及該複數個網狀閘口包含該網路裝置與M個網狀閘口，令該網路裝置接收該M個網狀閘口的資訊，從而令該網路裝置依據該預設演算法處理該網路裝置的資訊以及該M個網狀閘口的資訊以得知該複數個網狀閘口的那一個作為該主要網狀閘口；以及禁止該複數個網狀閘口中該主要網狀閘口以外的網狀閘口透過一分散系統收送一非單播封包。根據上述，本實施例只允許該主要網狀閘口透過該分散系統收送一非單播封包，從而避免多個網狀閘口存取該分散系統所造成的廣播風暴。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
S110~S120:步驟
S210:步驟
S310~S330:步驟
400:封包
410:旗標欄位(Flags)
B0~B7:位元
S510~S520:步驟
S710~S730:步驟
〔圖1〕顯示本發明之無線連線方法的一實施例；〔圖2〕顯示本發明之無線連線方法的另一實施例； 〔圖3〕顯示本發明之主動確認一候選裝置是否為一網狀閘口的方法的一實施例；〔圖4〕顯示第一/第二回覆封包的一實施例；〔圖5〕顯示本發明之主動確認一候選裝置是否為一網狀閘口的方法的另一實施例；〔圖6〕顯示一有限狀態機來呈現圖3與圖5之實施例；以及〔圖7〕顯示本發明之決定一網狀基礎服務集中的一主要網狀閘口的方法的一實施例。
圖1顯示本發明之無線連線方法的一實施例，該實施例是由一網狀基礎服務集(Mesh Basic Service Set,MBSS)中的一網路裝置來執行，該MBSS包含N個網狀閘口(mesh gate)，該N為正整數。圖1之實施例包含下列步驟：
步驟S110：當該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且該網路裝置未連接(未直接連接且未間接連接)該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該MBSS中任一閘口候選裝置(gate candidate peer)連線，禁止該網路裝置與該MBSS中任一非閘口候選裝置(non-gate candidate peer)連線，其中每個閘口候選裝置宣稱其是該N個網狀閘口的其中之一，或宣稱其連接(直接連接或間接連接)該N個網狀閘口的其中之一，每個非閘口候選裝置未宣稱其是該N個網狀閘口的任一個，也未宣稱其連接該N個網狀閘口的任一個。值得注意的是，該MBSS中，各個網路裝置均會週期性地發送信標(beacon)，以讓其它裝置得知是否有閘口候選裝置的存在。
步驟S120：當該網路裝置是該N個網狀閘口的其中之一或該網路裝置連接(直接地或間接地連接)該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與任一閘口候選裝置連線，也允許該網路裝置與任一非閘口候選裝置連線。
圖2顯示本發明之無線連線方法的另一實施例，其中該網路裝置是一無線網路裝置。相較於圖1，圖2之實施例進一步包含：
步驟S210：在該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且未連接(未直接連接且未間接連接)該N個網狀閘口的任一個的情形下，當該網路裝置於一預定時間內無法經由一目前信道(例如：無線區域網路的信道，像是2.4GHz頻段的14個信道)連接至該MBSS中的其它裝置，令該網路裝置從M個信道中採用一選擇信道或留在該目前信道。更詳細地說，於該M大於0的情形下，步驟S210令該網路裝置從M個信道中採用該選擇信道；於該M等於0的情形下，步驟S210令該網路裝置繼續使用該目前信道。據上所述，圖2之實施例能夠在該網路裝置長時間無法透過該目前信道與該N個網狀閘口的任一個進行連線(直接連線與間接連線)時，令該網路裝置嘗試透過其它信道與該N個網狀閘口的任一個進行連線(直接連線或間接連線)。於一實作範例中，步驟S210包含：令該網路裝置執行一信道掃描操作以發現該M個信道，其中該M個信道的每一個存在著該MBSS中的一候選裝置的訊息宣稱該候選裝置作為或連接(直接連接或間接連接)該N個網狀閘口的其中之一；以及令該網路裝置依據一預設規則(例如：依據訊號的強弱、訊號的穩定性、連線速率...)從該M個信道中採用該選擇信道。
值得注意的是，前述實施例中，為確保該MBSS中的所有裝置均能直接地或間接地連上一網狀閘口，該網路裝置與該MBSS中的其它裝置均執行 該無線連線方法；然此並非本發明之實施限制。另值得注意的是，前述實施例中，該MBSS符合目前IEEE 802.11s之標準規範；然此並非本發明之實施限制。
圖3顯示本發明之主動確認一候選裝置是否為一網狀閘口的方法的一實施例，該實施例是由一網狀基礎服務集(MBSS)中的一網路裝置來執行，該MBSS包含該候選裝置。圖3之實施例包含下列步驟：
步驟S310：當該網路裝置之一目前紀錄指出該候選裝置不是該網狀閘口時，若該網路裝置收到來自該候選裝置的一第一通知(例如：圖6之“GANN of Mesh_A=1”)指出該候選裝置是該網狀閘口，令該網路裝置更新該目前紀錄並開始計數一預設時間，以確認該候選裝置於該預設時間之計數結束前是該網狀閘口。
步驟S320：當該網路裝置未在該預設時間之計數結束前收到來自該候選裝置的一更新第一通知(例如：圖6之“GANN of Mesh_A=1”)指出該候選裝置是該網狀閘口，令該網路裝置發送一詢問封包(例如：圖6之“Tx PREQ to Mesh_A”)給該候選裝置以確認該候選裝置是否為該網狀閘口。
步驟S330：於該網路裝置發送該詢問封包後，當該網路裝置收到該更新第一通知或收到來自該候選裝置的一第一回覆封包(例如：圖6之“PREP from Mesh_A=1”)指出該候選裝置是該網狀閘口時，令該網路裝置重新計數該預設時間並再次確認該候選裝置於該預設時間之計數結束前是該網狀閘口。於一實作範例中，該詢問封包與該第一回覆封包的每一個是一單播(unicast)封包。於一實作範例中，該詢問封包符合IEEE 802.11s標準規範對於一路徑要求封包(path request packet,PREQ)的規範，該第一回覆封包符合IEEE 802.11s標準規範對於一路徑回覆封包(path reply packet,PREP) 的規範；舉例而言，如圖4所示，該第一回覆封包400藉由一旗標(Flags)欄位410中一位元B0的值(例如：0或1)來指出該候選裝置是該網狀開口，該位元B0按照IEEE 802.11s標準規範是一保留位元，該欄位410包含位元B0~B7。
圖5顯示本發明之主動確認一候選裝置是否為一網狀閘口的方法的另一實施例。相較於圖3，圖5之實施例進一步包含：
步驟S510：當該網路裝置之該目前紀錄指出該候選裝置是該網狀閘口時，若該網路裝置收到來自該候選裝置的一第二通知(例如：圖6之“GANN of Mesh_A=0”)指出該候選裝置不是該網狀閘口，令該網路裝置更新該目前紀錄以確認該候選裝置不是該網狀閘口。
步驟S520：於該網路裝置發送該詢問封包後，當該網路裝置收到來自該候選裝置的一第二回覆封包(例如：圖6之“PREP from Mesh_A=0”)指出該候選裝置不是該網狀開口、或在未收到該更新第一通知與該第二通知的情形下於另一預設時間(例如：前述預設時間)內未收到該第一回覆封包與該第二回覆封包的任一個，令該網路裝置更新該目前紀錄以確認該候選裝置不是該網狀閘口。於一實作範例中，該詢問封包、該第一回覆封包、與該第二回覆封包的每一個是一單播封包。於一實作範例中，該第一回覆封包與該第二回覆封包的每一個符合IEEE 802.11s標準規範對於一路徑回覆封包的規範；舉例而言，該第一回覆封包藉由該路徑回覆封包之旗標欄位的一位元的第一值(例如：1)來指出該候選裝置是該網狀開口，該第二回覆封包(例如：圖4之封包400)藉由該位元的一第二值(例如：0)來指出該候選裝置不是該網狀開口，該位元按照IEEE 802.11s標準規範是一保留位元。
圖3與圖5之實施例可藉由圖6之有限狀態機(Finite State Machine)來表示。圖6之有限狀態機包括三個狀態分別是“該網路裝置判斷該候選裝置不是一網狀閘口”、“該網路裝置判斷該候選裝置是一網狀閘口”、以及“該網路裝置主動詢問該候選裝置是否為一網狀閘口”；在該三個狀態之間的路徑代表狀態變更，路徑的箭頭方向代表狀態如何變更；各路徑之註解的說明如底下表1所示，該些註解中，非粗體字代表狀態變更的條件，粗體字代表符合條件時所執行的動作。
Figure 108109692-A0305-02-0011-1
Figure 108109692-A0305-02-0012-2
圖7顯示本發明之決定一網狀基礎服務集(MBSS)中的一主要網狀閘口(primary mesh gate)的方法的一實施例，該實施例是由該MBSS中的一網路裝置來執行，該MBSS包含複數個網狀閘口，圖7之實施例包含下列步驟：
步驟S710：當該網路裝置不是該複數個網狀閘口的其中之一，令該網路裝置接收該複數個網狀閘口的資訊，以令該網路裝置依據一預設演算法處理該複數個網狀閘口的資訊以得知該複數個網狀閘口的其中之一為該主要網狀閘口。於一實作範例中，步驟S710令該網路裝置週期性地/非週期性地接收該複數個網狀閘口的資訊，以得知是否有新的主要網狀閘口。
步驟S720：當該網路裝置是該複數個網狀閘口的其中之一且該複數個網狀閘口包含該網路裝置與M個網狀閘口，令該網路裝置接收該M個網狀閘口的資訊，從而令該網路裝置依據該預設演算法處理該網路裝置的資訊以及該M個網狀閘口的資訊以得知該複數個網狀閘口的那一個作為該主要網狀閘口。於一實作範例中，步驟S710令該網路裝置週期性地/非週期性地發送該網路裝置的資訊給該M個網狀閘口，以及令該網路裝置週期性地/非週期性地接收該M個網狀閘口的資訊，從而在該網路裝置的資訊與該M個網狀閘口的資訊的至少其中之一發生變化時，令該網路裝置再次依據該預設演算法、該網路裝置的資訊、以及該M個網狀閘口的資訊來得知該複數個網狀閘口的那一個作為該主要網狀閘口。於一實作範例中，該預設演算法優先考量透過一分散系統傳輸廣播及多播封包的穩定性來決定該主要網狀閘口；舉例來說，當該複數個網狀閘口的其中之一是經由乙太網路連接至一分散 系統，而其它網狀閘口是經由無線網路連接至該分散系統時，依據該預設演算法，經由乙太網路連接至該分散系統的網狀閘口會作為該主要網狀閘口。於一實作範例中，當該複數個網狀閘口的傳輸條件相同時，該複數個網狀閘口中具有最小媒體存取控制(Media Access Control,MAC)位址的網狀閘口作為該主要網狀閘口。
步驟S730：禁止該複數個網狀閘口中該主要網狀閘口以外的網狀閘口透過一分散系統(distributed system,DS)收送一非單播(non-unicast)封包。於一實作範例中，該主要網狀閘口被允許透過該分散系統收送非單播封包以及單播封包；其它網狀閘口被禁止透過該分散系統收送非單播封包，但被允許透過該分散系統收送單播封包。於一實作範例中，該非單播封包是一廣播封包(broadcast packet)或一多播封包(multicast packet)。
請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合(例如：圖5與圖7之實施例的組合)，藉此增加本發明實施時的彈性。另請注意，本發明之各方法的步驟在實施為可能的前提下，無順序限制。再請注意，本發明之各方法可以是一軟體及/或韌體的形式，並由一已知的或自行開發的網路裝置來執行/實現。
綜上所述，本發明之無線連線方法能夠確保一網路裝置是一網狀閘口或確保該網路裝置直接地或間接地連接至一網狀閘口；本發明之主動確認一候選裝置是否為一網狀閘口的方法能夠確保一網路裝置主動得知該候選裝置是否為一網狀閘口，而無需被動地等待該候選裝置的聲明；本發明之決定一網 狀基礎服務集中的一主要網狀閘口的方法能夠避免多個網狀閘口存取一分散系統所造成的廣播風暴。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
S110~S120:步驟

Claims (6)

  1. 一種無線連線方法，是由一網狀基礎服務集(Mesh Basic Service Set,MBSS)中的一網路裝置來執行，該網狀基礎服務集包含N個網狀閘口(mesh gate)，該N為正整數，該無線連線方法包含：當該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且未連接該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該網狀基礎服務集中的一閘口候選裝置(gate candidate peer)連線，禁止該網路裝置與該網狀基礎服務集中的一非閘口候選裝置(non-gate candidate peer)連線，其中該閘口候選裝置宣稱其是或連接該N個網狀閘口的其中之一，該非閘口候選裝置未宣稱其是也未宣稱其連接該N個網狀閘口的任一個；以及當該網路裝置是該N個網狀閘口的其中之一或連接該N個網狀閘口的任一個時，允許該網路裝置與該閘口候選裝置連線，也允許該網路裝置與該非閘口候選裝置連線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線連線方法，進一步包含：在該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且未連接該N個網狀閘口的任一個的情形下，當該網路裝置於一預定時間內無法經由一目前信道連接至該網狀基礎服務集中的其它裝置時，令該網路裝置從M個信道中採用一選擇信道，其中該M個信道的每一個存在著該網狀基礎服務集中的一候選裝置的一訊息宣稱該候選裝置作為或連接該N個網狀閘口的其中之一，該M為正整數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之無線連線方法，其中令該網路裝置採用該選擇信道的步驟包含：令該網路裝置執行一信道掃描操作以發現該M個信道；以及 令該網路裝置依據一預設規則從該M個信道中採用該選擇信道。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無線連線方法，進一步包含：在該網路裝置不是該N個網狀閘口的其中之一且未連接該N個網狀閘口的任一個的情形下，當該網路裝置於一預定時間內無法經由一目前信道連接至該網狀基礎服務集中的其它裝置時，於一第一情形下令該網路裝置從M個信道中採用一選擇信道，以及於一第二情形下令該網路裝置繼續使用該目前信道，其中該M個信道的每一個存在著該網狀基礎服務集中的一候選裝置的一訊息宣稱該候選裝置作為或連接該N個網狀閘口的其中之一，該M為不小於0的整數，該第一情形是該M大於0的情形，該第二情形是該M等於0的情形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線連線方法，其中該網狀基礎服務集符合IEEE 802.11s之標準規範。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無線連線方法，其中該網路裝置與該網狀基礎服務集中的其它裝置均執行該無線連線方法。
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