CN101317398A - 用于无线网络中的数据通信的***和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种包括第一无线设备和第二无线设备的***。第一设备具有对分组路由表的访问，该分组路由表包括指示无线网状通信网络中分组传输路径的数据。第二无线设备通信地耦合至第一设备并具有对路由表的访问。一旦第一设备接收到被编址到第二设备的分组，该第一设备就根据(i)路由表和(ii)第二设备的第一标识符中的至少一者来确定将直接从第一设备接收该分组的第三无线设备的第二标识符。第一、第二和第三设备中的至少一者更新该路由表。

Description

用于无线网络中的数据通信的***和方法
背景
在常规无线网状网络中，每个节点(例如，接入点/端口(“AP”))可起到路由器和端点的作用。即，该节点可在另两个节点之间传输分组，和/或可通过向与其相关联的客户机(例如，移动单元(“MU”))传送分组来起到端点的作用。在确定该节点将向另一节点传输分组还是向该客户机传送分组时，该节点解密该分组以标识该分组的目的地。该节点然后基于该目的地利用生成树来确定该分组的路由。该网状网络中的每个节点为该分组的路由生成并利用一唯一的生成树。
加密和解密分组要求额外的CPU周期并增加CPU的速度，这从节点汲取了相当量的功率。这对于部署在户外空间(例如，停车场、码头)的节点而言是一显著缺点。这些节点通常定位于灯柱上并且由所提供的线电压来供电。或者，该节点可利用电池供电，但分组的加密/解密将快速地耗尽电池，从而限制节点的效用。
发明概要
本发明涉及一种包括第一无线设备和第二无线设备的***。第一设备具有对分组路由表的访问，该分组路由表包括指示无线网状通信网络中分组传输路径的数据。第二无线设备通信地耦合至第一设备并具有对路由表的访问。一旦由第一设备接收到被编址到第二设备的分组，该第一设备就根据(i)路由表和(ii)第二设备的第一标识符中的至少一者来确定将直接从第一设备接收该分组的第三无线设备的第二标识符。第一、第二和第三设备中的至少一者更新该路由表。
附图简述
图1示出了根据本发明的***的示例性实施例；
图2示出了根据本发明的路由表的示例性实施例；
图3示出了根据本发明的方法的示例性实施例；
图4示出了根据本发明的分组的示例性实施例；
图5示出了根据本发明的又一方法的示例性实施例。
具体实施方式
本发明可参照以下描述和其中相同要素用相同附图标记来参引的附图来进一步理解。本发明描述了一种用于无线网络中的数据传递的***和方法。虽然，本发明将参照网状网络来描述，但本领域的技术人员将理解，本发明可在任何有线或无线网络和/或子网络中实现。例如，网状网络可被部署和/或配置成无线局域网的子网络。本发明的该***和方法可由提交于2000年3月17日的题为“无线局域网(Wireless Local Area Networks)”的美国专利申请S/N.09/528,697和提交于1999年12月8日的题为“基于无线通信服务器的灵活无线LAN架构(Flexible Wireless LAN Architecture Based On WirelessCommunication Server)”的美国专利申请S/N.09/457,724来提供或可提供进一步功能性，这两个专利申请的公开通过引用被明确包括于此。
图1示出了根据本发明的***10的示例性实施例。***10可包括耦合至通信网络20的网络管理装置(例如，交换机15)和接入点(“AP”)25。网络20可以是任何有线和/或无线局域/广域网、内联网、因特网等。AP 25可使用射频(“RF”)信号根据预定无线通信协议(例如，802.11)与AP 30和35通信。AP 25、30和35中的每一个可与包括或被耦合至无线收发机的移动或固定计算设备(例如，移动单元(“MU”)40)通信。MU 40可包括例如蜂窝电话、膝上型设备、网络接口卡、基于激光的扫描器仪、基于图像的扫描、RFID读取器等。本领域的技术人员将理解***10可包括任意数目的AP和MU。
在一个实施例中，AP 25经由有线连接与交换机15通信，而经由无线连接(例如，RF信道)与AP 30和35通信。以这种方式，AP 25可在无线网状网45内起到根节点的作用。网状网45可包括AP 30和35，以及在其中起到节点作用的任何其它设备(例如，AP、MU)。因此，来自网状网45内任意节点的要送往网络20的任何信号可被AP 25接收并经由交换机15被传送至网络20。本领域的技术人员将理解网状网45可包括全网状网(例如，每个节点耦合至该网状网中的每一个其它节点)或部分网状网(例如，某些节点可被组织成全网状网，而其它可耦合至仅一个或两个其它节点)。本领域的技术人员将进一步理解，交换机15可支持到一个或更多其它根节点的连接。
本领域的技术人员将理解，运行期间可以从网状网45添加/移除AP。例如，当部署了一新AP时，它可监听来自周围AP的信标，并尝试与一选定的AP进行关联。
根据本发明，当网状网45被部署和/或修改(例如，添加AP、移除AP、AP故障等)时，交换机15可生成和更新如图2中所示的路由表200。路由表200可包括用于确定通过该网状网45在任意方向上(例如，上游、或下游)传送的分组的传输路径的寻址数据。本领域的技术人员将理解，路由表200可被存储或配置为任意数据结构，包括但并不限于，表、队列、链表、栈等。
在一个示例性实施例中，路由表200包括第一字段(例如，“接收自”字段)205和第二字段(例如，“传送至”字段)210。第一字段205可包括指示从其接收到该分组的AP的第一标识符。第二字段210可包括指示应向其传送该分组的AP的第二指示符。因此，当AP(例如，AP 25)接收到该分组时，其利用路由表200来将该分组转发至另一AP(例如，AP 30、AP 35)。
任选地，路由表200可包括第三字段(例如，接口字段)215，其包括指示用于传送该分组的接口(例如，无线电)的第三标识符。例如，AP 25可利用在一个或多个频带(例如，2.4GHz和5.1GHz)上传送的一个或多个无线电。因此，第三字段215可指令AP 25利用一预先选择的无线电。交换机15可利用该路由表200来在网状网45内提供增大的吞吐量和数据率。路由表200还可向端点(例如，MU 40)提供增大的带宽量。根据本发明，交换机15将该路由表200传送(即，下载)到该网状网45中的所有AP。因此，当AP 35接收到分组时，它可将如以下进一步描述地利用路由表200来转发该分组。本领域的技术人员将理解交换机15可以预定间隔(例如，基于时间)和/或在每一次更新路由表200之后传送路由表200。在另一实施例中，路由表200可以仅被传送至预定数目的AP，因为路由表200的更新仅对这些AP有影响。
图3示出了根据本发明的方法300的示例性实施例。在步骤305中，交换机15接收到来自网络20的分组。如本领域的技术人员将理解的，该分组可以利用有线通信协议(例如，TCP/IP)在网络20上传送，并且任选地可用有线加密协议(例如，IPsec)进行加密。因此，一旦接收到，交换机15就可使用该有线加密协议来解密该分组。尽管方法300将参照分组被下游传送来描述，但本领域的技术人员将理解方法300同样地适用于上游传输以及网状网45内各节点之间(例如，在AP 30与35之间)的传输。
在步骤310，交换机15确定分组的目的地。例如，该分组的目的地可以是MU 40。如本领域的技术人员将理解的，该目的地可由包括在该分组中的目的地标识符(例如，MAC地址、IP地址、BSSID等)来标识。
在步骤315，交换机15可对该分组进行编址以传输至目的地(例如，MU40)。根据本发明，交换机150可修改该分组以为其在无线网络、特别是在网状网45内传输作准备。即，分组可根据无线通信协议(例如，802.11)被格式化。
在一个实施例中，该分组可针对如图4中所示的无线通信协议被重格式化。该分组可以是接收自网络20，如第一分组400。即，第一分组400可根据有线通信协议被传送(和格式化)。相应地，第一分组400可包括报头405(例如，以太网报头)，其后跟有数据部分410。报头405可包括目的地(例如，MU 40)的目的地标识符，以及指示例如第一分组400的源的源标识符、将第一分组400传送至交换机15的网络设备(例如，其它交换机、路由器、集线器、PC、服务器等)的中间标识符等的其它数据。数据部分410可包括可在数据共享网络内传送的任意信息(例如，语音、数据、视频、管理等)。
一旦接收到第一分组400，交换机15就确定其目的地，这可包括对第一分组400的解密。在一个实施例中，在已确定了目的地时，交换机15可生成可被配置(和格式化)成根据无线通信协议进行传输的第二分组415。因此，第二分组415可包括根据无线通信协议来格式化的报头420(例如，802.11报头)。数据部分410可保持不变。在另一实施例中，交换机15并不生成作为一全新分组的第二分组415，而是可用报头415来替代第一分组400的报头405。即，第二分组415可以简单地是其中报头405被报头415替代的第一分组400。类似地，在第二分组415中数据部分410保持不变。由于数据部分410在第一和第二分组中保持不变，被交换机15传送至网状网45的第二分组以下将被称为“该分组”。
第二报头410可包括用于在无线网络(例如，网状网45)内对该分组进行路由的多个地址字段。即，尽管有线通信协议通常利用第一报头405中的两个地址字段(例如，源和目的地)，但无线通信协议也可利用第二报头420中的四个地址字段。第一地址字段(例如，“下一跳”)可包括可在该分组的当前位置之后紧接着接收该分组的AP的第一地址。第二地址字段(例如，“源跳”)可包括作为该分组的当前位置的AP的第二地址。第三地址字段(例如，“远程目的地”)可包括该分组的目的地——在该示例中为MU 40——的第三地址。第四地址字段(例如，“远程源”)可包括该分组的源的第四地址。例如，参照图1，当该分组在AP 25处时，第一地址字段可标识AP 35，而第二地址字段可标识AP 25。第三地址字段可标识MU 40，而第四地址字段可标识该分组的源。本领域的技术人员将理解，第一和第二地址字段可在该分组在网状网45内传送(例如，在AP与AP之间)期间被修改，但第三和第四地址字段可保持不变。
当交换机15将该分组编址为去往MU 40时，报头420的第一和第二地址字段中的数据可以被修改。即，当该分组在交换机15处时，第一地址字段标识AP 25，而第二地址字段标识交换机15。本领域的技术人员将理解，在交换机15与AP 25之间传送的所有分组在第一和第二地址字段中具有相同地址，因为如上所述，AP 25可以是网状网45的根节点，由此来自网状网45的去往网络20的所有分组可以漏斗状(funnel)地通过AP 25。
在步骤320，交换机15将该分组的数据部分410加密。因此，当该分组被传送至AP 25并通过网状网45时，第二报头410可保持未加密。在一个实施例中，交换机15使用以上所述的有线加密协议加密该数据部分410，因为该分组在通过RF信道在网状网45中进行传送之前可通过有线连接被传送至AP25。在另一实施例中，该加密可使用无线加密协议(例如，WEP、WPA、WPA2)来执行以使得在MU 40接收到该分组时，该数据部分410可以被解密。
在步骤325，交换机15将该分组传送至AP 25。如以下将描述的，一旦接收到该分组，AP 25就可确定该分组的目的地是与AP 25相关联，还是应将该分组转发至网状网45内的另一AP。
图5示出了在AP 25已接收到该分组之后由AP 25所使用的方法500的示例性实施例。在步骤505，AP 25接收到来自交换机15的分组。在步骤510，AP 25通过例如查看报头420中的第三地址字段(例如，“远程目的地”)来标识该分组的目的地。例如，第三地址字段可标识MU 40。如上所述，该分组上的报头420未被加密，因此，AP 25无需执行任何解密来标识其中的任何数据。
在步骤515，AP 25确定该目的地(例如，MU 40)是否与其相关联。在图1所示的示例性实施例中，MU 40并非与AP 25而是与AP 35相关联。因此，方法500行进到步骤520，其中AP 25根据路由表200来标识该分组的传输路径。如上所述，交换机15将路由表200下载到网状网45中的每个AP。该下载可以预定间隔(例如，基于时间)和/或在路由表200经过交换机15更新的任意时刻发生。
在一个实施例中，AP 25标识第二报头420的第二地址字段中的第二地址以确定该分组来自何处。AP 25查找路由表200中第一字段205中的第二地址。AP 25然后在第二字段210中确定该分组应被传送到的AP，以及任选地确定在传送该分组时AP 25应利用哪一接口。例如，AP 25接收到来自交换机15的该分组，因此应使用第一无线电(例如，在2.4GHz频带上)将其传送至AP 35。在操作期间，AP可累计反映网络通信的统计量(例如，重试、失败传输、等待、拥塞等)。当这些统计量中的一个或多个达到预定阈值时，该统计量可在控制分组中被传送至该交换机。交换机可利用该统计量来更新和/或重新配置该路由表。
在步骤525，AP 25将该分组传送至AP 35，后者随后执行方法500。然而，当AP 35到达步骤515时，它将确定MU 40与其相关联。因此，如果MU 40处于苏醒模式，则该分组将被传送至该MU 40，如步骤530所示。然而，如果MU 40处于功率节省模式，则AP 35可在传送该分组之前缓冲该分组并等待直到MU 40切换到苏醒模式。MU 40随后可将该分组的数据部分解密。
本领域的技术人员将理解，该分组可以类似方式被上游传送(例如，从MU 40向交换机15)。即，MU 40可将分组传送至AP 35，后者利用路由表将该分组在网状网45内转发和/或转发至交换机15。
如根据以上描述可理解的，本发明提供在交换机15处的集中式路由确定以及增大的吞吐量，因此各AP可以不对该分组执行任何加密/解密。因此，网状网45内的各AP可以仅利用每个无线电装置上的单个处理器，而不需要在主板上配备处理器。此外，AP可以不要求任何附加硬件和/或存储器。在无需对分组执行加密的情况下，AP可利用较少的功率，由此延长了所利用的电池的寿命。
对于本领域的技术人员还显而易见的是，可在本发明中作出各种修改而不会背离本发明的精神实质或范围。因此，本发明旨在涵盖本发明的这些修改和变形，只要它们落在所附权利要求及其等效方案的范围内。

Claims (26)

1.一种***，包括：
第一无线设备，其具有对分组路由表的访问，所述路由表包括指示无线网状通信网络中的分组传输路径的数据；以及
第二无线设备，其通信地耦合至所述第一设备并具有对所述路由表的访问，
其中，一旦所述第一设备接收到被编址到所述第二设备的分组，所述第一设备就根据(i)所述路由表和(ii)所述第二设备的第一标识符这两者中的至少一者来确定将直接从所述第一设备接收所述分组的第三无线设备的第二标识符，并且
其中所述第一、第二和第三设备中的至少一者更新所述路由表。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一设备包括交换机、接入点、和接入端口中的至少一者。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第二设备包括基于激光的扫描器、基于图像的扫描器、RFID标签、RFID读取器、蜂窝电话、PDA、和网络接口卡中的至少一者。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述路由表是表、队列、栈、和链表中的至少一者。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述分组传输路径包括所述第一设备与所述第二设备之间的无线通信链路中的每个无线设备的标识符。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，每个标识符包括MAC地址、IP地址、和BSSID中的至少一者。
7.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述路由表还包括指示所述无线通信链路中所述每个无线设备在传送所述分组时所用的传输接口的数据。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述传输接口是2.4GHz射频收发机和5.1GHz射频收发机中的一者。
9.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一设备在所述分组上用针对无线通信协议进行格式化的第二报头替换针对有线通信协议进行格式化的第一报头。
10.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一标识符是所述第二标识符，并且所述第二设备是所述第三设备。
11.一种方法，包括：
生成包括指示无线网状通信网络中的分组传输路径的数据的路由表；
由第一无线设备接收被编址到第二无线设备的分组，所述第一无线设备具有对所述路由表的访问；
由所述第一设备根据(i)所述路由表和(ii)所述第二设备的第二标识符这两者中的至少一者来确定将直接从所述第一设备接收所述分组的第三无线设备的第一标识符。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述路由表下载至所述第一和所述第三无线设备中的至少一者。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
由所述第一无线设备将所述分组传送至所述第三无线设备。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一设备包括交换机、接入点、和接入端口中的至少一者。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二设备包括基于激光的扫描器、基于图像的扫描器、RFID标签、RFID读取器、蜂窝电话、PDA、和网络接口卡中的至少一者。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述分组传输路径包括所述第一设备与所述第二设备之间的无线通信链路中的每个无线设备的标识符。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，每个标识符包括MAC地址、IP地址、和BSSID中的至少一者。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述路由表还包括指示所述无线通信链路中所述每个无线设备在传送所述分组时所用的传输接口的数据。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述传输接口是2.4GHz射频收发机和5.1GHz射频收发机中的一者。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一标识符是所述第二标识符，并且所述第二设备是所述第三设备。
21.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
以预定间隔更新所述路由表。
22.一种装置，包括：
存储器，用于存储路由表，所述路由表包括指示无线网状通信网络中分组传输路径的数据；
通信装置，用于接收分组；以及
处理器，用于根据(i)所述路由表和(ii)目的设备的标识符这两者中的至少一者来确定所述分组的所述目的设备。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述分组包括报头部分和数据部分，所述处理器加密所述数据部分。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述处理器将所述报头部分用另一报头部分来替换，所述另一报头部分对应于所述目的设备所用的通信协议。
25.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述处理器以预定间隔更新所述路由表。
26.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述装置包括交换机和接入点中的至少一者。
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