CN1268098C - 特设网络和把终端确定为特设网络的控制器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个包括用于将终端确定为用于控制至少两个子网络的控制器的多个终端的特设网络。每个终端被分配以一个识别号。一个终端发送它的识别号给位于预定区域的其它终端。具有最高识别号的终端被提供作为第一子网络的控制器。具有最低识别号的一定数目的另外的终端被分配给第一子网络。具有次最高的识别号的、未合并的终端被提供作为第二子网络的控制器。具有最低的识别号的、未合并的终端被分配给第二子网络。

Description

特设网络和把终端确定为特设网络的 控制器的方法

本发明涉及一个包括用于将终端确定为用于控制至少两个子网络的控制器的多个终端的特设网络。这样的特设网络是自组构的，以及可以包括例如多个子网络。

文件“J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du：Central ControllerHandover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networksand Clustering with Quality of Service Guarantees(用于ETSI-BRAN HIPERLAN/2特设网络的中央控制器越区切换程序和具有业务质量保证的集群)，1st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad HocNetworking & Computing，August 11，2000”，讨论了包括多个终端的特设网络。至少一个终端被提供作为用于控制特设网络的控制器。在一定的条件下，另一个终端可能必须变成为控制器。为了确定新的控制器，特别提出了LDV和ICT方法。通过LDV方法(LDV＝最低距离值)，每个终端计算到它的各个相邻的终端的距离的和值，并且把这个和值除以相邻的终端的数目。具有最低数值的终端变成为新的控制器。通过ICT方法(ICT＝最高的集群内业务)，选择与相邻的终端之间具有最高业务的终端为控制器。

本发明的一个目的是提供一种具有以简单的方式找出带有控制功能的终端(控制器)的措施的网络。

这个目的是由在开头段落中规定的那种网络通过以下措施达到的：

-一个特设网络，包括用于将终端确定为用于控制至少两个子网络的控制器的多个终端，

-每个终端被分配以一个识别号，

-这些终端被提供来发送它们的识别号给位于预定的区域的其它终端，

-在这些终端中，具有最高识别号的终端被提供作为第一子网络的控制器，

-一定数目的、具有最低识别号的另一些终端被指定给第一子网络，

-其中具有次最高的识别号的、未合并的终端被提供作为第二子网络的控制器，以及

-一定数目的另一些终端连同具有最低的识别号的、未合并的终端一起被指定给第二子网络。

按照本发明，具有最高识别号的终端成为第一子网络的控制器。控制器是执行子网络中的控制功能的终端。一定数目的、具有最低识别号的终端被合并在第一子网络中。要被合并在子网络中的终端的数目，例如，可以取决于子网络中的传输容量。如果仍旧有未合并的或自由的终端，则开放第二子网络。从自由的终端中，具有最高的识别号的终端以及因而是在预定的区域中具有次最高的识别号的终端成为控制器。所述预定的区域例如，可以是这样一种区域，其中等待被合并到子网络的终端可以直接进行数据交换。一定数目的、具有最低识别号的自由终端然后被合并在第二子网络中。

具有最高的识别号的另外的未合并的终端被提供作为另外的子网络的控制器。一定的数目的、具有最低识别号的另外的未合并的终端被分配给另外的子网络。

当子网络的控制器检测到具有最高识别号的终端时，子网络或整个网络的重新配置是必须的。在这种情形下，控制功能被切换到具有最高识别号的终端。

每个子网络的控制器也通过用于连接至少两个子网络的桥终端交换数据。在网络内出现改变的情形下，控制器根据在控制器之间交换的数据，开始重新配置至少一个子网络。

本发明也涉及在特设网络中用于将终端确定为用于控制至少两个子网络的控制器的方法。

在网络中被发送的数据例如可以按照分组传输方法来生成。这些分组可以作为整个分组或在另外的信息被附加在其上后作为子分组通过无线媒介被发送。无线传输被理解为是指无线电、红外或超薄壳(ultrashell)传输等等。作为可以使用的分组传输方法，例如，异步传输模式(ATM)，它产生被称为信元的固定长度的分组。

通过下面描述的实施例将明白本发明的这些和其它方面。

在图中：

图1显示包括三个子网络的特设网络，每个子网络包含用于无线传输的终端，

图2显示如图1所示的局域网的终端，

图3显示图2所示的终端的无线设备，

图4显示作为在两个子网络之间的连接而提供的桥终端的实施例，

图5显示两个子网络的MAC帧和桥终端的MAC帧结构。

以下所显示的实施例的例子涉及到自组织的特设网络，它与传统的网络不同。在这样的特设网络中的每个终端使得有可能接入到固定网络，以及可被立即使用。特设网络的特征在于，其结构和用户的数目在预定的限制值范围内不是固定的。例如，用户的通信设备可以从网络中去除或被包括在网络内。与传统的移动无线网不同，特设网络不限于固定安装的基础结构。

特设网络的区域的规模通常比一个终端的传输范围大得多。在两个终端之间的通信因而可能需要接通另一些终端，从而使这些消息或数据可以在两个通信的终端之间传输。这种必须通过终端传送消息和数据的特设网络被称为多跳特设网络。特设网络的一种可能的结构包含有规律地形成子网络或集群。特设网络的子网络可以由经过位于一个表上的用户的无线路径连接起来的终端而构成。这样的终端可以是用于消息、图象等的无线交换的通信设备。

可以有两种类型的特设网络。它们是分散的和集中的特设网络。在分散的特设网络中，在终端之间的通信是分散的，也就是说，每个终端可以直接与任何其它的终端通信，只要这些终端位于该其它的终端的传输范围内。分散的特设网络的优点在于它的简单性和对于误码的健壮性。在集中的特设网络中，某些功能，诸如终端对无线传输媒介的多址接入功能(媒介接入控制＝MAC)，由对于每个子网络的一个特定的终端进行控制。这个终端被称为中央节点或中央控制器(CC)。这些功能不需要总是由同一个终端来执行，但是可以由一个起着对另外的终端的中央控制器的终端来处理，这个终端于是就起中央控制器的作用。集中的特设网络的优点在于，在这个网络中有关业务质量(QoS)的约定有可能以简单的方式达到。集中的特设网络的例子是按照HiperLAN/2家用环境扩展而被组构的网络(比较J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du，“Central ControllerHandover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networksand Clustering with Quality of Service Guarantees(用于ETSI-BRAN HIPERLAN/2特设网络的中央控制器越区切换程序和具有业务质量保证的集群)”，1st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad HocNetworking & Computing，August 11，2000)。

图1显示具有三个子网络1-3的特设网络的例子，每个子网络包含多个终端4-16。子网络1的组成部件是终端4-9，子网络2的组成部件是终端4和10-12，以及子网络3的组成部件是终端5和13-16。在子网络中，属于各个子网络的终端通过无线路径交换数据。图1所示的椭圆表示子网络1-3的无线覆盖，其中在属于子网络的终端之间的无重大问题的无线传输是可能的。

终端4和5被称为桥终端，因为它们使得能够分别在两个子网络1和2或者1和3之间交换数据。桥终端4被使用于在子网络1和2之间的数据业务，以及桥终端5被使用于在子网络1和3之间的数据业务。

图1所示的局域网的终端4-16可以是移动的或固定的通信设备，以及包括至少一个台站17、一个连接控制器18和一个带有天线20的无线设备19，如图2所示。台站17可以是便携式计算机、电话等等。

如图3所示，终端6-16的无线设备19，除了天线以外，还包括高频电路21、调制解调器22和协议设备23。协议设备23从连接控制器18接收的数据流形成分组单元。分组单元包含数据流部分和由协议设备23形成的附加控制信息。协议设备使用用于LLC层(LLC＝逻辑链路控制)和用于MAC层(MAC＝媒介接入控制)的协议。MAC层控制终端到无线传输媒介的多址接入，以及LLC层实行流量和误码控制。

如上所看到的，在集中的特设网络的子网络1-3中，一个特定的终端负责控制和管理功能，它被称为中央控制器。控制器还用作为在相关的子网络中的一个正常的终端。控制器负责对在子网络中工作的终端的登录、在无线传输媒介中至少两个终端之间的连接建立、资源管理、和无线传输媒介的接入控制。例如，在登录和宣布传输请求以后，控制器向子网络的终端分配数据的传输容量(分组单元)。

在特设网络中，数据可以按照TDMA、FDMA或CDMA方法在终端之间进行交换(TDMA＝时分多址，FDMA＝频分多址，CDMA＝码分多址)。这些方法也可被组合。被称为信道组的多个特定的信道被分配给局域网的每个子网络1-3。信道由频率范围、时间范围、以及在CDMA方法中由扩频码确定。例如，每个子网络1-3可以具有分别不同的一定的频率范围以供数据交换之用，该频率范围具有一个载频fi。在这样的频率范围中，数据可借助于TDMA方法被发送。子网络1可被分配以载频f₁，子网络2可被分配以载频f₂，以及子网络3可被分配以载频f₃。一方面，桥终端4工作在载频f₁以执行与子网络1的其它终端之间的数据交换，另一方面，工作在载频f₂以执行与子网络2的其它终端的数据交换。被包含在局域网中的第二桥终端5工作在载频f₁和f₃，以及该桥终端5在子网络1和3之间传输数据。

正如以上看到的，中央控制器具有接入控制器的功能。这意味着，中央控制器负责形成MAC层的帧(MAC帧)。为此，要使用TDMA方法。这样的MAC层具有用于控制信息和有用的数据的各种信道。

图4上显示一个桥终端的实施例的例子的方框图。这个桥终端的无线交换设备包括协议设备24、调制解调器25和带有天线27的高频电路26。无线交换设备28被连接到协议设备24，接下来连接到连接控制器29和缓存器装置30。在这个实施例中，缓存器装置30包含一个贮存单元，并且被使用来缓存数据，以及被实现为FIFO模块(先进先出)的形式，也就是说，数据从缓存器装置30以它们被写入的次序被读出。图4所示的终端也可作为通常的终端工作。那些在图上未示出的、但被连接到连接控制器29的台站，于是通过连接控制器29提供数据给无线交换设备28。

图4所示的桥终端交替地与第一和第二子网络同步。同步被理解为把终端与子网络综合在一起以便进行数据交换的整个处理过程。如果桥终端与第一子网络同步，则它可与所有的终端交换数据以及与这个第一子网络的控制器交换数据。如果连接控制器29提供数据到无线交换装置28，则该数据的目的地是第一子网络的终端或控制器、或是通过第一子网络能达到的另一个子网络的终端或控制器，无线交换装置把这些数据直接输送到协议设备24。在协议设备24中，数据被缓存，直至一个要被该控制器用来进行发送的时隙到来为止。如果来自连接控制器29的数据要被发送到第二子网络的终端或控制器、或能通过第二子网络达到的另一个子网络，则无线传输要被延时到这样一个时隙为止，在该时隙中，桥终端与第二子网络同步。为此，无线交换装置输送其目的地位于第二子网络的数据，或其目的地可以通过第二子网络而达到的数据，这些数据将被输送到缓存器装置30，数据在这里一直缓存到桥终端与第二子网络同步为止。

如果来自第一子网络的终端或控制器的数据被桥终端接收，以及它们的目的地是第二子网络的终端或控制器、或是可通过第二子网络达到的另一个子网络的终端或控制器，则这些数据被存储在缓存器装置30中，直至与第二子网络同步为止。其目的地是桥终端的台站的数据通过无线交换设备28被输送到连接控制器29，该控制器然后把接收的数据引导到想要的台站。其目的地既不是桥终端的台站、也不是第二子网络的终端或控制器的数据将被发送到另一个桥终端。

当桥终端的同步从第一子网络改变到第二子网络后，位于缓存器装置30中的数据再次从缓存器装置30按它们被写入的次序被读出。随后，在桥终端与第二子网络同步期间，所有其目的地是第二子网络的终端或控制器、或是可通过第二子网络达到的另一个子网络的数据通过无线交换设备28被立即输送到协议设备24，以及只有那些其目的地是第一子网络的终端或控制器、或是可通过第一子网络达到的另一个子网络的数据被存储在缓存器装置30。

两个子网络SN1和SN2的MAC帧通常不同步。所以，桥终端BT不仅在转换时间Ts期间而且也在等待时间Tw期间被连接到子网络SN1或SN2。这可以从图5看出，图5显示子网络SN1和SN2的MAC帧的序列以及桥终端BT的MAC帧结构。转换时间Ts是桥终端能够与子网络同步所必须的时间。等待时间Tw表示在与子网络同步的结尾与这个子网络的新MAC帧的起始端之间的时间。

假设桥终端BT只在MAC帧的持续时间内被连接到子网络SN1或SN2，桥终端BT只具有子网络的可提供的信道容量的1/4的信道容量。在另一个极端情形下，其中桥终端BT在更长的时间间隔内被连接到子网络，该信道容量是子网络的可提供的信道容量的一半。

如上所述，每个子网络包括一个中央控制器，用于控制分配的子网络。当子网络进行运行时，必须确保只有一个终端接管中央控制器的功能。假设没有任何终端可以接管中央控制器的功能。当中央控制器被确定时，其程序是：可接管控制器的功能的每个终端检验在它的接收范围内是否有另一个终端能够执行控制器的功能。如果是这种情形的话，则正在进行检测的终端确定：它将不成为控制器。如果所有其它的终端都进行这个检验，则最终将有一个终端检测到没有其它终端具有控制器的功能，因此它接管控制器的功能。

可能发生子网络被重新配置的情形。这可能因为以下的原因：

中央控制器被关断，

中央控制器电源供给不足，

一个或各个终端的不良的连接

在一个或各个子网络中容量不够，

新的终端在子网络中被合并或被关断，以及

终端离开子网络。

为了第一次重新配置或配置至少一个子网络，使用以下的程序，它被称为HID程序(带有最高ID的业务)：

所有的终端在网络中具有独特的识别号(ID)。每个终端把它的识别号周期地分发给传输区域中所有的终端。从各个终端接收识别号的终端把它自己的识别号与直接相邻的终端(位于传输区域中的终端)的识别号进行比较。当它自己的识别号高于从其它终端接收的任何识别号时，终端自动决定它成为控制器。

HID程序也规定：具有最高的识别号的终端成为控制器。这个新的控制器以递减次序连接子网络中它的直接邻居，其中以具有最低的识别号的终端开始。只有在子网络内仍旧有传输容量可提供时，终端才能被合并在子网络中。如果子网络中整个可提供的传输容量被用完，则一个附加的子网络就开放。在这个附加子网络中，具有次最高的识别号的终端变成为控制器。这个终端至今肯定没有与第一子网络合并，因为终端的合并是以递减次序进行的。相反，这意味着，存在着还没有被分配给子网络的终端，它们将是具有最高识别号的自由终端。当至今还没有被合并到可提供的子网络的终端仍旧是可提供的时，另外的一个附加子网络被开放。像以前一样，具有最高识别号的自由终端总是变成为控制器，其余的自由终端按递减的识别号的次序被指派给该控制器。

如果具有次最高的识别号的终端不能被合并到具有最高的识别号的终端的子网络，则具有次最高的识别号的终端可以在它的辅助尝试被拒绝时、或一个直接的消息被具有最高识别号的终端发送时检测到这一点。具有次最高识别号的终端然后验证：在与所有的它的直接的自由邻居相比较时，它是否具有最高识别号(自由的或非相关的终端)。如果是这种情形，它成为一个附加控制器，以便去包括还没有分配或仍旧自由的相邻的终端。如果在新的子网络被具有次最高的识别号的终端打开后，仍旧有自由终端，则新的子网络被具有最高识别号的终端打开，类似于上述的程序，所述具有最高识别号的终端还没有被分配给任何子网络。重新打开子网络和随后合并自由终端将一直进行到每个终端属于子网络为止。如果该终端属于未合并的终端以及具有次最高的识别号，则该终端被提供作为第二子网络的控制器，或如果该终端属于一定数目的、具有最低识别号的另外的未合并的终端，则该终端被分配给第二子网络。

在第一次配置后，只要控制器检测到存在着比起控制器具有更高的识别号的另一个直接相邻的终端，就连续地实施网络重新配置。在这种情形下，控制器功能被切换到这个相邻的终端。相邻的终端或新的控制器分别合并那些位于它的传输区域或它的覆盖范围中的老的控制器的子网络的所有的终端，以及在它的新的子网络中仍旧存在着自由的终端。如上所述，合并是按识别号的递减的次序进行的。如果因为用尽了传输容量或因为在新的控制器的覆盖区域中没有任何终端，并且也没有自由终端，则算法如上所述地运行。这意味着，具有次最高的识别号的终端确定一个附加子网络，以及如果不是所有的自由终端都可被合并到这个新建立的子网络，则产生另外的子网络。

可替换地，重新配置也可以在本地或在整个网络中在一些时间间隔内发生。终端然后发送用于重新配置的信号给所有的其它终端(在广播模式)，或者所有的终端可以在某些(周期性的)时间间隔内单独地开始重新配置，如果存在着在***范围上同步的***时间的话。

对于至今描述的分散地组构的HID，假设一个终端只把它的识别号发送到它的直接的邻居。这些邻居不应当传送接收的识别号，也就是说，每个终端在广播模式只把它自己的识别号发送到它的直接邻居。然而，由各个控制器执行的中央程序也能被执行，其中在重新配置时，各个控制器控制新的控制器和在所分配的子网络中终端的各自的合并。然后，控制器通过桥终端交换各个矩阵信息。例如，网络的每个终端连同它的相邻的终端一起然后被列在一个矩阵中，以及每个老的控制器可以根据矩阵确定当前的控制器是否也是新的控制器或另一个终端是否变成为新的控制器。

Claims (6)

1.一个特设网络，包括多个用于将终端确定为用于控制至少两个子网络的控制器的多个终端，

-每个终端被分配以一个识别号，

-这些终端被提供来发送它们的识别号给位于预定的区域的其它终端，

-在这些终端中，具有最大识别号的终端被提供作为第一子网络的控制器，

-一定数目的、具有最低识别号的另外的终端被分配给第一子网络，

-在这些终端中，具有次最高的识别号的、未合并的终端被提供作为第二子网络的控制器，以及

-其余的终端中，具有最低的识别号且未合并的一定数目的终端被分配给第二子网络。

2.如权利要求1中要求的特设网络，其特征在于，具有各个最高识别号的另外的未合并的终端被提供作为另外的子网络的控制器，以及一定数目的、具有最低识别号的另外的未合并的终端被分配给另外的子网络。

3.如权利要求1中要求的特设网络，其特征在于，所述要被合并到子网络的一定数目的终端，取决于子网络中的传输容量。

4.如权利要求1中要求的特设网络，其特征在于，子网络的控制器在检测到具有最高的识别号的终端后，被提供来把控制功能切换到具有较高的识别号的终端。

5.如权利要求1中要求的特设网络，其特征在于，每个子网络的每个控制器被提供来通过用于连接至少两个子网络的桥终端交换数据，以及控制器在网络中出现改变的情形下，被提供来借助于在控制器之间交换的数据开始重新配置至少一个子网络。

6.在包括多个终端的特设网络中，一种将终端确定为用于控制至少两个子网络的控制器的方法，

-每个终端被分配以一个识别号，

-这些终端被提供来发送它们的识别号给位于预定的区域的其它终端，

-在这些终端中，具有最大识别号的终端被提供作为第一子网络的控制器，

-一定数目的、具有最低识别号的另外的终端被分配给第一子网络，

-在这些终端中，具有次最高的识别号的、未合并的终端被提供作为第二子网络的控制器，以及

-其余的终端中，具有最低的识别号且未合并的一定数目的终端被分配给第二子网络。

Images