WO2008037758A1 - Physikalischer netzwerkknoten eines mesh-netzwerks sowie mesh-netzwerk - Google Patents

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WO2008037758A1
WO2008037758A1 PCT/EP2007/060244 EP2007060244W WO2008037758A1 WO 2008037758 A1 WO2008037758 A1 WO 2008037758A1 EP 2007060244 W EP2007060244 W EP 2007060244W WO 2008037758 A1 WO2008037758 A1 WO 2008037758A1
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WO
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network
mesh
network node
node
virtual
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Application number
PCT/EP2007/060244
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French (fr)
Inventor
Michael Finkenzeller
Alejandro Ramirez
Christian SCHWINGENSCHLÖGL
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/104—Peer-to-peer [P2P] networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices

Definitions

  • the invention relates to a physical network node of a mesh network and a mesh network.
  • Network infrastructure services such as mapping Internet addresses to IP (Internet Protocol Addresses) addresses (DNS: "Domain Name System")
  • DNS Internet Protocol Addresses
  • each network infrastructure service is one or more physical network nodes If the physical network nodes are mobile or if the number of network nodes is variable over time, which may be the case with mesh networks, for example, it may happen that the network infrastructure services are temporarily unavailable to the network nodes He can not find his time on the network infrastructure services, so the result is a high, useless communication effort in the network.
  • the object underlying the invention is to show a possibility with which the problem described above can be avoided.
  • a physical network node of a mesh network comprises a virtual network node that provides network infrastructure services, to which one on the physical network node can access running application.
  • the application is always able to access at least the parts of the network infrastructure services provided by the virtual network node.
  • the virtual network node has an interface, via which the application can access the network infrastructure services, wherein the interface is assigned at least one temporally constant network address.
  • At least a portion of the network infrastructure services are internal network infrastructure services running within the virtual network node.
  • the virtual network node includes a virtual network drive through which the application can access internal network infrastructure services, and / or via the application or the internal network infrastructure services resources of other network nodes (such as the storage capacity of other network nodes ).
  • the virtual network drive maps the structure of the mesh network to a directory tree that can be accessed by the application or the internal network infrastructure services, wherein upon access of the application or the internal network infrastructure services to an area of the directory tree The virtual network drive accesses the part of the mesh network associated with the directory tree area.
  • the virtual network drive is realized by P2P (peer-to-peer) middleware.
  • the virtual network drive has an interface through which external parts of the mesh network can access the network infrastructure services executable in the virtual network node.
  • At least one network address is assigned to the physical network node.
  • the management of the VND within the virtual network node can be done via this network address.
  • the virtual network node has another unique network address through which it can be explicitly addressed by external nodes, e.g. to manage the VND using the P2P middleware.
  • the internal address of the virtual network node is the same for all physical nodes.
  • the network address assigned to the physical network node is variable in time.
  • the application can be addressed directly by external parts of the mesh network via the network address assigned to the physical network node.
  • mapping operation mapping the structure of the mesh network to the directory tree is repeatedly executable to detect changes in the mesh network.
  • the virtual network drive is not addressed directly by an external application, but via the address of the virtual mesh node and an operating system implementing the virtual mesh node.
  • the virtual mesh node behaves like a physical mesh node.
  • the mapping operation is based on information supplied to the virtual network drive from external parts of the mesh network.
  • the virtual network drive is realized by the P2P middleware.
  • the virtual network drive is composed, among other things, of memory shares (eg RAM shares) of several mesh nodes, and is provided by the P2P middleware transparently as a drive for the virtual operating system, comparable to a RAID network, with each account having one Part of the memory realized.
  • the mesh network is an ad hoc network.
  • the mesh network is a wired or a wireless mesh network.
  • a mesh network whose physical network nodes are network nodes according to the invention.
  • each virtual network node provides a portion of the mesh network infrastructure services.
  • each one is
  • Data content accessed by the network infrastructure services is mapped to a portion of the directory tree.
  • adding, dropping or changing a data content accessed by the network infrastructure services causes a change of the directory tree or the contents of the directory tree.
  • the change of the directory tree or the content of the directory tree is made by mutual matching of the virtual network nodes by means of the P2P middleware, which is designed to be redundant, ie if one mesh node fails, the P2P middleware ensures that another mesh Node (next replication node) receives the request.
  • the redundancy (degree of replication) adjustable is designed to be redundant, ie if one mesh node fails, the P2P middleware ensures that another mesh Node (next replication node) receives the request.
  • the redundancy degree of replication
  • the mutual alignment of the virtual network nodes takes place at regular time intervals.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a physical node according to the invention.
  • FIG. 1 shows a physical network node 1 of a mesh network which has a virtual network node 2 which provides network infrastructure services 3 which can be accessed by an application 4 running on the physical network node 1.
  • the virtual network node 2 has an interface 5, via which the application 4 can access the network infrastructure services 3, wherein the interface 5 is assigned at least one temporally constant network address.
  • the network infrastructure services 3 shown in FIG. 1 represent network infrastructure services that are (at least partially) executed within the virtual network node 2. Via a virtual network drive 6, which is part of the virtual network node 2, the application 4 or the internal network infrastructure services 3 access network infrastructure services.
  • the virtual network drive 6 maps the structure of the mesh network (that is to say all network infrastructure services provided by the virtual network drive) to a directory tree to which the application 4 or the network infrastructure services 3 can access, the application being accessed 4 or the network infrastructure services 3, an access of the virtual network drive 6 to an area of the directory tree takes place on the part of the mesh network which is assigned to the area of the directory tree.
  • the virtual network drive 6 is realized in this embodiment as P2P (peer-to-peer) middleware.
  • the virtual network drive 6 has an interface via which external parts of the mesh network can access the network infrastructure services 3 that can be executed in the virtual network node. This interface is connected to an interface 7 of the physical
  • Network node 1 associated with a network address Via the interface 7, the application 4 and the virtual network drive 6 can be addressed by external parts of the mesh network. More specifically, virtual network drive 6 is managed via interface 7 using P2P middleware. The access of applications on the physical network node 1 via the interface 5.
  • the interface 7 assigned network address can be variable in time.
  • the physical network node 1 also has a forwarding unit 8, which is connected between the application 4 and the interface 7, and which serves for direct data exchange between the application 4 and the interface 7. This makes it possible to directly address the application 4 via the network address assigned to the physical network node from external parts of the mesh network and vice versa.
  • the mapping operation performed by the virtual network drive 6, which maps the structure of the mesh network to the directory tree, is repeatedly executable to detect changes in the mesh network.
  • Imaging can be done based on information supplied to the virtual network drive 6 from external parts of the mesh network.
  • the communication with the other network nodes is wireless.
  • the interface 7 of the physical network node 1 is connected to a radio interface 9.
  • the mesh network is an ad hoc network.
  • the P2P protocol is optimized for use in the mesh network, i. the overhead of control messages is minimized.
  • NIS Network Infrastructure Services
  • DNS Globalstar, SIP (Session Indication Protocol) proxies
  • user databases location databases
  • presence information service databases, ect. as they are known from the Internet or intranet, can not easily be used directly in mesh networks or ad hoc networks.
  • SIP Session Indication Protocol
  • centralized functionality i.e., functionality that depends on a network node
  • Mesh networks and ad hoc networks should be available, since it is possible in certain cases to move the nodes, and thus the network has only partial connection. Therefore, if one node that provides centralized functionality for the other nodes gets out of range, the remaining network is not functional.
  • an architecture is provided that allows for easy and consistent integration of any NIS into an ad hoc network infrastructure.
  • a node-internal virtual environment is provided to execute any NIS.
  • the architecture points to:
  • MNs Mesh Networkable Physical Nodes
  • RAM RAM
  • P2P peer-to-peer
  • VND virtual network drive
  • DHT distributed hash tables
  • Chord Chord
  • CAN Pastry
  • ect unstructured organization
  • the remote P2P protocols are used.
  • this could mean the physical proximity, for example the reachability for a broadcast message from a forwarding node - the storage capacity of the VND is provided by the MNs themselves, by providing a portion of their memory
  • a service that implements a virtual mesh node within each mesh node and that has a common address for network infrastructure services. This service accesses a common database, which is realized by the VND.
  • Each MN has a virtual machine environment that runs all the unmodified NIS software.
  • the virutelle MN is accessible via an internal, uniform network address, which is not assigned externally. This address is typically a gateway or NIS address, e.g. 192.168.0.254.
  • the VND is installed as the root directory for the network infrastructure services to read and store information.
  • the installed VND has all the characteristics of ordinary memory such as read, write and lock functionality (another service is to write to or to a file). All transactions are traded through the P2P middleware. This includes actually updating the files (resources) via P2P protocol-specific operations. The operations involve forwards the actual data to the area that is the index entry associated with the file.
  • DHT search mechanism as well as the message routing mechanism can be used. All read and write operations to the VND can be clustered. For example, to realize a network-wide update strategy, a periodic update process may be used. This means that every N seconds the VND is independently updated by each MN.
  • Another update mechanism could be a network-wide, synchronized update. This means that all write operations to and into the VND are done in a network-wide controlled manner. For example, a network-wide time synchronization mechanism could be used to synchronize the update procedures.
  • resource (file) is traded by the node responsible for this index entry.
  • This can be done, for example, on the basis of a "first come, first served" principle: the blocked-write process of this process on an MN receives one
  • the application software running on the MN includes a standard gateway and NIS service that sets the address of the localhost or the unique address of the virtual node. This does not include the forwarding of messages from other nodes (standard mash / ad-hoc message forwarding).
  • a simple example of the application of the invention is the resolution of the host name by means of the host file on mesh nodes with Windows and Linux operating systems.
  • the easiest solution would be to install the VND on each mesh node, for example, linking Linux / etc / hosts to a host file on the installed VND.
  • the embodiments according to the invention have the following advantages:
  • Read-write access to the memory needed for each network infrastructure service is clustered for all network infrastructure services. This means that an update for, for example, DNS, SIP and a password database is sent through the wireless network by means of a wireless transmission process.
  • the network infrastructure services can be easily integrated into the mesh network by running them in the virtual machine.
  • the access of the applications running on the mesh network or connected via the mesh node to the mesh infrastructure to the network infrastructure services can be made in an unmodified manner by using the localhost address.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

Auf einem physikalischen Netzwerkknoten (1) eines Mesh-Netzwerks ist ein virtueller Netzwerkknoten (2) implementiert, wobei der virtuelle Netzwerkknoten (2) Netzwerk-Infrastrukturdienste (3) bereitstellt, auf die eine auf dem physikalischen Netzwerkknoten (1) laufende Applikation (4) zugreifen kann.

Description

Beschreibung
Physikalischer Netzwerkknoten eines Mesh-Netzwerks sowie Mesh-Netzwerk
Die Erfindung betrifft einen physikalischen Netzwerkknoten eines Mesh-Netzwerks sowie ein Mesh-Netzwerk.
Netzwerk-Infrastrukturdienste wie beispielsweise das Abbilden von Internet-Adressen auf IP (Internet-Protokoll-Adressen) - Adressen (DNS: „Domain Name System") sind für das Betreiben von Netzwerken unerläßlich. Üblicherweise ist jeder Netzwerk- Infrastrukturdienst einem oder mehreren physikalischen Netzwerkknoten zugeordnet. Sind die physikalischen Netzwerkknoten mobil oder ist die Anzahl der Netzwerkknoten zeitlich variabel, was beispielsweise bei Mesh-Netzwerken der Fall sein kann, so kann es vorkommen, dass den Netzwerkknoten die Netzwerk-Infrastrukturdienste zeitweise nicht zur Verfügung stehen. Will ein Netzwerkknoten in dieser Zeit auf die Netzwerk-Infrastrukturdienste zurückgrifen, so kann er diese nicht finden. Ein hoher, nutzloser Kommunikationsaufwand im Netz ist die Folge.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der die oben beschriebene Problematik vermieden werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen physikalischen Netzwerkknoten gemäß Patentanspruch 1 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung ein Mesh-Netzwerk gemäß Patentanspruch 14 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen beziehungsweise Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein physikalischer Netzwerkknoten eines Mesh-Netzwerks einen virtuellen Netzwerkknoten auf, der Netzwerk- Infrastrukturdienste bereitstellt, auf die eine auf dem physikalischen Netzwerkknoten laufende Applikation zugreifen kann .
Damit ist es der Applikation stets möglich, zumindest auf die Teile der Netzwerk-Infrastrukturdienste zurückzugreifen, die von dem virtuellen Netzwerkknoten bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der virtuelle Netzwerkknoten eine Schnittstelle auf, über die die Applikation auf die Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen kann, wobei der Schnittstelle wenigstens eine zeitlich konstante Netzwerkadresse zugewiesen ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind zumindest ein Teil der Netzwerk-Infrastrukturdienste interne Netzwerk- Infrastrukturdienste, die innerhalb des virtuellen Netzwerkknotens ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der virtuelle Netzwerkknoten ein virtuelles Netzlaufwerk, über das die Applikation auf interne Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen kann, und/oder über das die Applikation bzw. die internen Netzwerk-Infrastrukturdienste auf Ressourcen anderer Netzwerkknoten (wie beispielsweise die Speicherkapazität anderer Netzwerkknoten) zugreifen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet das virtuelle Netzlaufwerk die Struktur des Mesh-Netzwerks auf einen Verzeichnisbaum ab, auf den die Applikation oder die internen Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen können, wobei bei Zugriff der Applikation oder der internen Netzwerk- Infrastrukturdienste auf einen Bereich des Verzeichnisbaums ein Zugriff des virtuellen Netzlaufwerks auf den Teil des Mesh-Netzwerks erfolgt, der dem Bereich des Verzeichnisbaums zugeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das virtuelle Netzlaufwerk durch P2P(Peer to Peer) -Middleware realisiert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das virtuelle Netzlaufwerk eine Schnittstelle auf, über die externe Teile des Mesh-Netzwerks auf die in dem virtuellen Netzwerkknoten ausführbaren Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dem physikalischen Netzwerkknoten wenigstens eine Netzwerkadresse zugeordnet. Die Verwaltung des VND innerhalb des virutellen Netzwerkknoten kann über diese Netzwerkadresse erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform hat der virutelle Netzwerkknoten eine weitere eindeutige Netzwerkadresse, über die er explizit von externen Knoten angesprochen werden kann, z.B. zur Verwaltung des VND mit Hilfe der P2P Middleware. Die interne Adresse des virutellen Netzwerknotens ist bei allen physikalischen Knoten einheitlich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die dem physikalischen Netzwerkknoten zugeordnete Netzwerkadresse zeitlich variabel.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Applikation über die dem physikalischen Netzwerkknoten zugeordnete Netzwerkadresse von externen Teilen des Mesh-Netzwerks direkt ansprechbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abbildungsvorgang, der die Struktur des Mesh-Netzwerks auf den Verzeichnisbaum abbildet, wiederholt ausführbar, um Änderungen im Mesh-Netzwerk zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das virtuelle Netzlaufwerk nicht direkt durch eine externe Applikation angesprochen, sondern über die Addresse des virtuellen Mesh- Knotens und über ein den virtuellen Mesh-Knoten realisierendes Betriebssystem. Damit verhält sich der virtuelle Mesh-Knoten wie ein physikalischer Mesh-Knoten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Abbildungsvorgang basierend auf Information, die dem virtuellen Netzlaufwerk von externen Teilen des Mesh- Netzwerks zugeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das virtuelle Netzlaufwerk durch die P2P-Middleware realisiert. Das virtuelle Netzlaufwerk setzt sich unter anderem aus Speicheranteilen (z.B. RAM-Anteilen) mehrerer Mesh-Knoten zusammen, und wird durch die P2P-Middleware transparent als Laufwerk für das virtuelle Betriebssystem zur Verfügung gestellt, vergleichbar mit einem RAID-Verbund, wobei jeder Konten einen Teil des Speichers realisiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Mesh- Netzwerk ein Ad-Hoc-Netzwerk.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Mesh- Netzwerk ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Mesh- Netzwerk.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Mesh- Netzwerk bereitgestellt, dessen physikalische Netzwerkknoten erfindungsgemäße Netzwerkknoten sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stellt jeder virtuelle Netzwerkknoten einen Teil der Netzwerk- Infrastrukturdienste des Mesh-Netzwerks bereit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder
Dateninhalt, auf den die Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen, auf einen Teil des Verzeichnisbaums abgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bewirkt das Hinzufügen, das Wegfallen oder das Ändern eines Dateninhalts, auf den die Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen, eine Änderung des Verzeichnisbaums oder des Inhalts des Verzeichnisbaums . Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Änderung des Verzeichnisbaums oder des Inhalts des Verzeichnisbaums durch gegenseitigen Abgleich der virtuellen Netzwerkknoten mittels der P2P-Middleware, die redundant ausgelegt ist, d.h. bei Ausfall eines Mesh-Knotens sorgt die P2P-Middleware dafür, dass ein anderer Mesh-Knoten (nächster Replikationsknoten) die Anfrage erhält. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Redundanz (Replikationsgrad) einstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der gegenseitige Abgleich der virtuellen Netzwerkknoten in regelmäßigen Zeitintervallen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figur in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt :
Fig. 1 eine Ausführungsform eines physikalischen Knotens gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen physikalischen Netzwerkknoten 1 eines Mesh-Netzwerks, der einen virtuellen Netzwerkknoten 2 aufweist, der Netzwerk-Infrastrukturdienste 3 bereitstellt, auf die eine auf dem physikalischen Netzwerkknoten 1 laufende Applikation 4 zugreifen kann.
Der virtuelle Netzwerkknoten 2 weist eine Schnittstelle 5 auf, über die die Applikation 4 auf die Netzwerk- Infrastrukturdienste 3 zugreifen kann, wobei der Schnittstelle 5 wenigstens eine zeitlich konstante Netzwerkadresse zugewiesen ist. Die in Figur 1 gezeigten Netzwerk-Infrastrukturdienste 3 stellen Netzwerk- Infrastrukturdienste dar, die (zumindest teilweise) innerhalb des virtuellen Netzwerkknotens 2 ausgeführt werden. Über ein virtuelles Netzlaufwerk 6, das Teil des virtuellen Netzwerkknotens 2 ist, können die Applikation 4 oder die internen Netzwerk-Infrastrukturdienste 3 auf Netzwerk- Infrastrukturdienste zugreifen.
Das virtuelle Netzlaufwerk 6 bildet die Struktur des Mesh- Netzwerks (also auch alle durch das virtuelle Netzlaufwerk zur Verfügung gestellten Netzwerk-Infrastrukturdienste) auf einen Verzeichnisbaum ab, auf den die Applikation 4 oder die Netzwerk-Infrastrukturdienste 3 zugreifen können, wobei bei Zugriff der Applikation 4 oder der Netzwerk- Infrastrukturdienste 3 auf einen Bereich des Verzeichnisbaums ein Zugriff des virtuellen Netzlaufwerks 6 auf den Teil des Mesh-Netzwerks erfolgt, der dem Bereich des Verzeichnisbaums zugeordnet ist. Das virtuelle Netzlaufwerk 6 ist in dieser Ausführungsform als P2P (Peer-to-Peer) -Middleware realisiert.
Das virtuelle Netzlaufwerk 6 weist eine Schnittstelle auf, über die externe Teile des Mesh-Netzwerks auf die in dem virtuellen Netzwerkknoten ausführbaren Netzwerk- Infrastrukturdienste 3 zugreifen können. Diese Schnittstelle ist mit einer Schnittstelle 7 des physikalischen
Netzwerkknotens 1 verbunden, der eine Netzwerkadresse zugeordnet ist. Über die Schnittstelle 7 sind die Applikation 4 und das virtuelle Netzlaufwerk 6 von externen Teilen des Mesh-Netzwerks ansprechbar. Genauer gesagt: Das virtuelle Netzlaufwerk 6 wird mit Hilfe einer P2P-Middleware über die Schnittstelle 7 verwaltet. Der Zugriff von Applikationen auf dem physikalischen Netzwerkknoten 1 erfolgt über die Schnittstelle 5. Die der Schnittstelle 7 zugeordnete Netzwerkadresse kann zeitlich variabel sein.
Der physikalische Netzwerkknoten 1 weist weiterhin eine Forwarding-Einheit 8 auf, die zwischen die Applikation 4 und die Schnittstelle 7 geschaltet ist, und die zum direkten Datenaustausch zwischen der Applikation 4 und der Schnittstelle 7 dient. Dies ermöglicht es, die Applikation 4 über die dem physikalischen Netzwerkknoten zugeordnete Netzwerkadresse von externen Teilen des Mesh-Netzwerks direkt anzusprechen und umgekehrt. Der durch das virtuelle Netzlaufwerk 6 durchgeführte Abbildungsvorgang, der die Struktur des Mesh-Netzwerks auf den Verzeichnisbaum abbildet, ist wiederholt ausführbar, um Änderungen im Mesh-Netzwerk zu erfassen. Der
Abbildungsvorgang kann dabei basierend auf Information erfolgen, die dem virtuellen Netzlaufwerk 6 von externen Teilen des Mesh-Netzwerks zugeführt wird.
Physikalisch gesehen erfolgt in dieser Ausführungsform die Kommunikation mit den anderen Netzwerkknoten drahtlos. Dazu ist die Schnittstelle 7 des physikalischen Netzwerkknotens 1 mit einem Radiointerface 9 verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Mesh- Netzwerk ein Ad-Hoc-Netzwerk .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das P2P- Protokoll für den Einsatz im Mesh Netz optimiert, d.h. der Overhead durch Kontroll-Nachrichten ist minimiert.
In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte der Erfindung erläutert werden:
Netzwerk-Infrastrukturdienste (NIS (Netwerk Infrastructure Services)) wie beispielsweise DNS, SIP (Session Indication Protokoll) -Proxys, Benutzerdatenbanken, Positionsdatenbanken, Anwesenheits-Information, Dienstdatenbanken, ect. , wie sie vom Internet oder Intranet bekannt sind, können nicht ohne Weiteres direkt in Mesh-Netzwerken bzw. Ad-Hoc-Netzwerken zum Einsatz gebracht werden.
Ein Grund hierfür ist, dass die Verlässlichkeit der Netzwerkübertragungen sowie Routingvorgänge fortlaufend Änderungen ausgesetzt sind, die auf Änderungen hinsichtlich der Knotenverfügbarkeit und der Knotenverbindbarkeit zurückgehen. Ein weiterer Grund ist, dass die „Kosten" zum Übertragen von Updates sowie Anfragen innerhalb eines Ad-Hoc- Netzwerks höher sind, verglichen zu Festnetzwerken.
Hinzu kommt, dass zentralisierte Funktionalität (d.h. Funktionalität, die von einem Netzwerkknoten abhängt) in
Mesh-Netzwerken und Ad-Hoc-Netzwerken verfügbar sein sollte, da es in bestimmten Fällen möglich ist, die Knoten zu bewegen, und somit das Netzwerk lediglich teilweise Verbindung hat. Wenn daher ein Knoten, der zentralisierte Funktionalität für die anderen Knoten bereitstellt, außer Reichweite gerät, so ist das verbleibende Netzwerk nicht funktionstauglich .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Architektur bereitgestellt, die eine einfache und einheitliche Integration eines beliebigen NIS in eine Ad-Hoc- Netzwerk-Infrastruktur erlaubt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine knoteninterne virtuelle Umgebung bereitgestellt, um beliebige NIS auszuführen. Die Architektur weist auf:
(1) Mesh-netzwerkfähige physikalische Knoten (MN) s mit RAM- bzw. Flash-Speicherkapazitäten
(2) eine Peer-to-Peer (P2P) -basierende Middleware, die ein virtuelles Netzlaufwerk (VND = Virtual Network Drive) beinhaltet, dass auf jedem Knoten installierbar ist. Das VND benutzt P2P-Protokolle, die folgende Fähigkeiten besitzen:
- strukturierte Organisation der Knoten und des Resourcen- Index, wie es von verteilten Hash-Tabellen (DHT = distributed hash table) bekannt ist, beispielsweise Chord, CAN, Pastry, ect.. Alternativ kann eine unstrukturierte Organisation der Knoten zum Einsatz kommen, bei der dezentrale P2P-Protokolle verwendet werden . - die Organisation von Knoten innerhalb der DHT gemäß der Netzwerknähe. Hier könnte dies die physikalische Nähe bedeuten, zum Beispiel die Erreichbarkeit für eine Broadcast-Nachricht von einem Forwarding-Knotenpunkt - die Speicherkapazität des VND wird durch die MNs selbst bereitgestellt, indem diese einen Teil ihren Speichers bereitstellen
(3) Ein Dienst, der einen virtuellen Mesh-Knoten innerhalb jedes Mesh-Knotens implementiert, und der eine gemeinsame Adresse für Netzwerk-Infrastrukturdienste aufweist. Dieser Dienst greift auf eine gemeinsame Datenbank zu, die durch das VND realisiert wird.
Die Funktionsweise des Systems ist wie folgt:
Jeder MN hat eine virtuelle-Maschinen Umgebung, die die gesamte unmodifizierte NIS-Software ausführt. Der virutelle MN ist zugänglich über eine interne, einheitliche Netwerkadresse, die nicht extern vergeben ist. Diese Adresse ist typischerweise eine Gateway oder NIS Adresse wie z.B. 192.168.0.254.
Innerhalb des virtuellen Netzwerkknotens ist das VND als Root-verzeichnis für die Netzwerk-Infrastrukturdienste installietrt, um Information zu lesen und zu speichern. Das installierte VND weist sämtliche Eigenschaften eines gewöhnlichen Speichers auf wie beispielsweise Lese-, Schreibund Sperrfunktionalität auf (ein weiterer Dienst ist das Schreiben auf bzw. in einer Datei) . Alle Vorgänge werden durch die P2P-Middelware gehandelt. Dies beinhaltet das tatsächliche Updaten der Dateien (Ressourcen) über P2P- protokollspezifische Operationen. Die Operationen beinhalten das Forwarden der tatsächlichen Daten zu dem Bereich, der den Indexeintrag, der mit der Datei assoziiert wird, handelt.
Hier können der DHT-Suchemechanismus sowie der Nachrichten- Routing-Mechanismus verwendet werden. Sämtliche Lese- und Schreiboperationen in das VND können geclustert sein. Beispielsweise kann, um eine Netzwerkweiteupdate-strategie zu realisieren, ein periodischer Updatevorgang eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass alle N Sekunden das VND unabhängig durch jeden MN upgedated wird.
Ein weiterer Update-Mechanismus könnte ein netzwerkweites, synchronisiertes Update sein. Dies bedeutet, dass sämtliche Schreiboperationen auf bzw. in das VND auf eine netzwerkweite kontrollierte Art und Weise erfolgen. Beispielsweise könnte ein netzwerkweiter Zeit-Synchronisationsmechanismus verwendet werden, um die Update-Abläufe aufeinander abzustimmen.
Kollisionen mehrerer Schreiboperationen auf dieselbe
Ressource (Datei) werden beispielsweise durch den Knoten gehandelt, der für diesen Indexeintrag verantwortlich ist. Dies kann beispielsweise erfolgen auf Basis eines „Wer zuerst kommt mahlt zuerst" - Prinzip. Der abgeblockte Schreib- Vorgang dieses Prozesses auf einem MN empfängt eine
Fehlermeldung („Die Datei wird von einem anderem Prozess verwendet", nur lesen,...).
Die Applikationssoftware, die auf dem MN läuft, beinhaltet einen Standard-Gateway- und NIS-Service, die die Adresse des Localhost oder die eindeutige Adresse der virtuellen Knoten festsetzen. Dies beinhaltet nicht das Weiterleiten von Nachreichten seitens anderer Knoten (Standard-Mash/Ad-Hoc- Forwarding von Nachrichten) .
Ein einfaches Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist die Auflösung des Host-Namens mittels der Host-Datei auf Mesh-Knoten mit Windows- und Linux-Betriebssystemen. Die einfachste Lösung wäre, das VND auf jedem Mesh-Knoten zu installieren, und beispielsweise Linux/etc/hosts zu einer Host-Datei auf dem installierten VND zu linken. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen folgende Vorteile auf:
Lese-Schreib-Zugriff auf den Speicher, der für jeden Netzwerk-Infrasttrukturdienst benötigt wird, wird für sämtliche Netzwerk-Infrastrukturdienste geclustert. Dies bedeutet, dass ein Update für beispielsweise DNS, SIP und einer Passwort-Datenbank mittels eines drahtlosen Übertragungsvorgangs durch das drahtlose Netzwerk geschickt wird.
Die Netzwerk-Infrastrukturdienste können leicht in das Mesh-Netzwerk integriert werden, indem diese in der virtuellen Maschine ausgeführt werden.
Der Zugriff der Applikationen, die auf dem Mesh-Netzwerk laufen oder über den Mesh-Knoten mit der Mesh-Infrastruktur verbunden sind, auf die Netzwerk-Infrastrukturdienste kann auf unveränderte Art und Weise erfolgen, indem die Localhost- Adresse benutzt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Physikalischer Netzwerkknoten (1) eines Mesh-Netzwerks, auf dem ein virtueller Netzwerkknoten (2) implementiert ist, wobei der virtuelle Netzwerkknoten (2) Netzwerk- Infrastrukturdienste (3) bereitstellt, auf die eine auf dem physikalischen Netzwerkknoten (1) laufende Applikation (4) zugreifen kann.
2. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Netzwerkknoten (2) eine Schnittstelle (5) aufweist, über die die Applikation (4) auf die Netzwerk- Infrastrukturdienste (3) zugreifen kann, wobei der Schnittstelle (5) wenigstens eine zeitlich konstante Netzwerkadresse zugewiesen ist.
3. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Netzwerk-Infrastrukturdienste (3) interne Netzwerk-Infrastrukturdienste sind, die innerhalb des virtuellen Netzwerkknotens (2) ausgeführt werden.
4. Netzwerkknoten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Netzwerkknoten (2) ein virtuelles Netzlaufwerk (6) aufweist, über das die Applikation (4) oder die internen Netzwerk-Infrastrukturdienste (3) auf interne und/oder externe Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen können.
5. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Netzlaufwerk (6) die Struktur des Mesh- Netzwerks auf einen Verzeichnisbaum abbildet, auf den die Applikation (4) oder die internen Netzwerk- Infrastrukturdienste (3) zugreifen können, wobei bei Zugriff der Applikation (4) oder der internen Netzwerk- Infrastrukturdienste (3) auf einen Bereich des
Verzeichnisbaums ein Zugriff des virtuellen Netzlaufwerks (6) auf den Teil des Mesh-Netzwerks erfolgt, der dem Bereich des Verzeichnisbaums zugeordnet ist.
6. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Netzlaufwerk (6) durch P2P-Middleware realisiert ist.
7. Netzwerkknoten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem physikalischen Netzwerkknoten (1) wenigstens eine Netzwerkadresse zugeordnet ist, über die die Applikation (4) von externen Teilen des Mess-Netzwerks ansprechbar ist, und/oder über die das virtuelle Netzlaufwerk (6) realisiert wird.
8. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dem physikalischen Netzwerkknoten (1) zugeordnete Netzwerkadresse zeitlich variabel ist.
9. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation (4) über die dem physikalischen Netzwerkknoten (1) zugeordnete Netzwerkadresse von externen Teilen des Mesh-Netzwerks direkt ansprechbar ist.
10. Netzwerkknoten (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das virtuelle Netzlaufwerk (6) durchgeführte Abbildungsvorgang, der die Struktur des Mesh-Netzwerks auf den Verzeichnisbaum abbildet, wiederholt ausführbar ist, um Änderungen im Mesh-Netzwerk zu erfassen.
11. Netzwerkknoten (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsvorgang basierend auf Information erfolgt, die dem virtuellen Netzlaufwerk (6) mittels der P2P- Middleware zugeführt wird.
12. Netzwerkknoten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mesh-Netzwerk ein Ad-Hoc-Netzwerk ist.
13. Mesh-Netzwerk, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Netzwerkknoten (1) des Mesh-Netzwerks gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgestaltet sind.
14. Mesh-Netzwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder virtuelle Netzwerkknoten (2) einen Teil der Netzwerk-Infrastrukturdienste des Mesh-Netzwerks bereitstellt .
15. Mesh-Netzwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dateninhalt, auf die die Netzwerk- Infrastrukturdienste zugreifen, auf einen Teil des Verzeichnisbaums abgebildet ist.
16. Mesh-Netzwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen, das Wegfallen oder das Ändern eines Dateninhalts, auf den die Netzwerk-Infrastrukturdienste zugreifen, eine Änderung des Verzeichnisbaums oder des Inhalts des Verzeichnisbaums bewirkt.
17. Mesh-Netzwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Verzeichnisbaums oder des Inhalts des Verzeichnisbaums durch gegenseitigen Abgleich der virtuellen Netzwerkknoten (2) mittels der P2P-Middleware erfolgt.
18. Mesh-Netzwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abgleich der virtuellen Netzwerkknoten (2) in regelmäßigen Zeitintervallen erfolgt.
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