CN1311666C - 实现基于upnp协议无线网络路由机制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，要求每个无线网络设备具有路由功能，从而可以实现路由信息订阅、新设备上线、旧设备下线、UPNP控制指令和对外信息路由传输和路由表生成机制。应用本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制方法的网络设备，具有设备路由信息表、目标设备参数信息表。本发明所述的方法可以解决多个远距离无线设备间的通讯而无需设置无线中转和路由设备，因而设备成本相应较低。而且可以充分实现无线设备间的资源共享，提高无线网络的实用性和信息交互的实效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，具体地是实现无线网络***内部所有设备相互间的信息传输而无需专用路由设备。
背景技术
现有网络建设大多还是传统的线缆连网方式，复杂的连线限制了设备移动办公使用。线缆将各种信息设备限制在某个固定场所，对于新型移动办公装置难以发挥其自身移动方便、功能快捷的优点，无线网络也成为现有网络技术发展的主导方向。
随着各种无线网络技术的发展，特别是802.11协议的使用，已有的无线网络体现出安装便捷、使用灵活、易于扩展等特点，但是现有的无线网络也具有以下缺点，即应用802.11协议的无线网络传输距离有限，只能在一个无线局域网络中进行通讯，解决多个远距离无线设备间的通讯通常需要在网络中设置多个无线中转和路由设备，因而***设备成本相应提高。
目前为实现无线设备的相互连通和资源共享，也有采用UpnP协议技术来实现自动发现其他基于UpnP协议设备的，但是主要性能都是实现基本的设备发现和通讯，并且前提条件是需要网络设备间直接通讯、或是需要配置硬件路由设备才能实现。
发明内容
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，可解决上述问题和不足而实现每个无线设备间的路由选择，做到即使没有路由设备参与、或是不能实现直接通讯的设备间也可通过本发明所述的路由方法，实现网络设备相互间的智能互联和资源共享。
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，针对目前基于UPNP协议的网络设备间相互联通必须实现物理层连接、且并不支持网路路由功能的现状。本发明所述的方法适应于临时搭建的网络***，无需网络路由器和服务器，但是需要每个基于UPNP协议的设备具有路由功能，从而实现设备自身有效无线距离之外的设备联通和通讯。
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，要求每个无线网络设备具有路由功能，从而可以实现路由信息订阅、新设备上线、旧设备下线、UPNP控制指令和对外信息路由传输和路由表生成机制。
应用本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制方法的网络设备，具有设备路由信息表、目标设备参数信息表。
源设备是发起数据通讯的设备，在本发明所述无线网络中的每个设备均是源设备，每个具有路由功能的源设备均具有一设备路由信息表，其格式是：目标设备+转接设备+路由路径+路由次数。
每台路由设备中也包含有目标设备参数信息表，在设备进入网络后获取所有的目标设备信息，将信息添加到该目标设备参数信息表中，其格式是：目标设备代号+目标设备IP地址+目标设备属性+目标设备说明。
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，是在一个源设备进入网络后，根据按如下流程生成或是更新设备路由信息表、目标设备参数信息表文件：
第一步，无线设备的IP地址分配；
第二步，新设备的路由信息表的确定；
第三步，已存在设备的路由信息表更新；
第四步，无线设备的下线通知；
若某设备发生突然掉电的情况，则不能按第四步步骤内容将下线信息通知给其他设备，上述第四步内容所述的退出机制失效，所述网络***初始化后即采用下述步骤运行；
第五步，定期查询机制；
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，在上述生成或更新完成设备路由信息表和目标设备参数信息表的基础上，源设备和目标设备间可以进行数据传输和信息反馈。
1、源设备向目标设备进行数据发送的流程是：
源设备通过设备路由信息表，确定最佳路径和转接设备，将数据包发送给转接设备；
转接设备解析数据包，获取转发次数和目标设备地址，转发次数位加1后，重新构造数据包；
查询本设备的设备路由信息表，获取到达目标设备的最佳路径和下一个转接设备，并重新发送该数据包；
以此类推，直到到达目标设备为止；
若转发次数位数据＞54时，证明该数据包在网路中处于死循环状态，此时路由设备丢弃该数据包，并向源设备发送错误信息。
2、目标设备接收数据的流程是：
设备接收数据后，判断路由数据包中的IP地址是否为本设备的IP地址；
若是，则停止转发并处理数据；
若不是，则继续转发。
其中，所接收数据包的格式是：包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+数据正文+转发次数+校验和+包尾。
如上所述，本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，可以解决多个远距离无线设备间的通讯而无需设置无线中转和路由设备，因而设备成本相应较低。而且可以充分实现无线设备间的资源共享，提高无线网络的实用性和信息交互的实效性。
附图说明
图1是路由数据包的格式示意图；
图2是以A为源设备的网络传输示意图；
图3是以B为源设备的网络传输示意图；
图4是以C为源设备的网络传输示意图；
图5是以D为源设备的网络传输示意图；
图6是以E为源设备的网络传输示意图；
图7是设备下线工作流程；
图8是***启动过程流程图；
图9是路由表的生成和更新流程图。
具体实施方式
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，要求每个无线网络设备具有路由功能。
应用本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制方法的网络设备，均具有设备路由信息表、目标设备参数信息表。
源设备是发起数据通讯的设备，在本发明所述无线网络中的每个设备均是源设备，每个具有路由功能的源设备均具有一设备路由信息表，其格式是：目标设备+转接设备+路由路径+路由次数。
目标设备，表示出网络中所有通过路由功能可以到达的设备代号。源设备通过路由路经与目标设备建立连接，并实现信息通讯；
转接设备，表示出源设备向目标设备发送信息通过多个路由设备转接实现，在路由路径中与源设备第一个通讯的设备定义为转接设备。
路由路径，定义了源设备到目标设备的所有路径，通过路由路径源设备可以选择最优的路径进行网络通讯。但是，源设备向目标设备发送信息，并非一定要求按照源设备的最优路径传输，而是通过选择最优路径，确定转接设备。
路由次数，表示源设备到目标设备需要转接的路由次数。其中，1次表示可以直接到达，多次表示必须通过路由设备到达。
每台路由设备中包含有目标设备参数信息表，在设备进入网络后获取所有的目标设备信息，将信息添加到该目标设备参数信息表中，其格式是：目标设备代号+目标设备IP地址+目标设备属性+目标设备说明，其中
目标设备代号，利用序号表示；
目标设备IP地址，是设备实际网络IP地址；
目标设备属性，标识的是固定设备还是移动设备；
目标设备说明，基于UPNP协议的设备必要描述说明。
如图1所示，路由数据包的格式是：包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+数据正文+转发次数+校验和+包尾，其中：
包头，是路由数据包的标志，路由设备得到数据包后，通过判断包头即可知道为路由数据包，其标志是FB、FE；
源设备IP地址，是发送数据的设备IP地址；
目标设备IP地址，是最终接收数据的设备IP地址；
数据正文，可以是UPNP协议命令或是对外传输的数据流；
转发次数，是路由数据包的转发次数；
校验和，采用十六进制，占用2个字节，是将计算方法是源设备IP地址+目标设备IP地址+数据正文+转发次数，加满溢出；
包尾，是数据包的结束标志，其标志是FC。
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，在所述无线网络启动后即由各设备确定其自身的“设备路由信息表”，包括：
1、目标设备的确定
源设备进入无线网络中，将根据路有机制获取网络中所有的设备，并确定为目标设备。
2、路由路径的确定
两个无线设备如果能直接通讯，则不需要路由设备支持，路由路径从源设备直接到目标设备；不能直接到达，则需要确定路由路径，设备的路由路径可以有多种，但是必须满足，
每条路由路径中不可以有重复设备；
每两个转接路由设备可以直接通讯，则不需要第三方设备转接。
3、转接设备的确定
每条路径的第一路由设备为转接设备
4、路由次数的确定
根据路由路径可以计算出路由次数。
如图2-图6所示，设定在无线局域网络中共有A、B、C、D、E五个具有UPNP路由协议的设备，由于无线传输距离有限，如下设备间可以实现直接通讯：
A-B、B-C、C-D、E-A、E-B、E-C
其他设备间的通讯则需要借助于路由功能。5个设备连入网络后，根据其他设备更新自己的路由列表。
如图2所示，是以A为源设备的网络传输示意图，则A设备的设备路由信息表如下表所示：
| 目标设备 | 转接设备 | 路由路径 | 路由次数 |
| B | B | A-＞B | 1(无需路由支持) |
| C | B | A-＞B、B-＞C | 2 |
| E | A-＞E、E-C | 2 | |
| D | B | A-＞B、B-＞C、C-＞D | 3 |
| E | A-＞E、E-＞C、C-＞D | 3 | |
| E | E | A-＞E | 1(无需路由支持) |
如图3所示，是以B为源设备的网络传输示意图，则B设备的设备路由信息表如下表所示：
| 目标设备 | 转接设备 | 路由过程 | 路由次数 |
| A | A | B -＞A | 1 |
| C | C | B-＞C | 2 |
| D | C | B-＞C、C-＞D | 2 |
| E | E | B-＞E | 1 |
如图4所示，是以C为源设备的网络传输示意图，则C设备的设备路由信息表如下表所示：
| 目标设备 | 转接设备 | 路由过程 | 路由次数 |
| A | B | C-＞B、B-＞A | 2 |
| E | C-＞E、E-＞A | 2 | |
| B | B | C-＞B | 1 |
| D | D | C-＞D | 1 |
| E | E | C-＞E | 1 |
如图5所示，是以D为源设备的网络传输示意图，则D设备的设备路由信息表如下表所示：
| 目标设备 | 转接设备 | 路由过程 | 路由次数 |
| A | C | D-＞C、C-＞B、B-＞A | 3 |
| C | D-＞C、C-＞E、E-＞A | 3 | |
| B | C | D-＞C、C-＞B | 2 |
| C | C | D-＞C | 1 |
| E | C | D-＞C、C-＞E | 2 |
如图6所示，是以E为源设备的网络传输示意图，则E设备的设备路由信息表如下表所示：
| 目标设备 | 转接设备 | 路由过程 | 路由次数 |
| A | A | E-＞A | 1 |
| B | B | E-＞B | 1 |
| C | C | E-＞C | 1 |
| D | C | E-＞C、C-＞D | 2 |
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，是在一个源设备进入网络后，根据按如下流程生成或是更新设备路由信息表、目标设备参数信息表文件。
第一步，无线设备的IP地址分配；
用户可以事先设定好自己的IP地址；若未进行设定，则如图8所示自动生成IP地址；
无线网络设备开机并进入网络后，进行上电硬件检测是采用有线、还是采用无线连接并进行配置(701)；
进行***初始化(702)；
UPNP协议栈的初始化(703)，协议栈的根设备注册；
判断是否有DHCP服务器(704)；
根据DHCP协议，向DHCP服务器申请IP地址(705)，服务器分配并发送IP地址，无线设备获得IP地址(407)；
若无DHCP服务器，则根据UPNP协议进行自动入网注册和信息订阅(706)。
第二步，新设备的路由信息表的确定，如图9所示；
设备进入网络前，设备路由信息表和目标设备参数信息表为空；
进入网络后根据UPNP协议，以广播的形式向网络发布自己的信息，信息包括：本设备的IP地址、本设备的属性(是无线还是有线设备)、本设备的说明内容。
其他设备得到广播信息后，更新自己的设备路由信息表、记录该设备的IP地址、将该设备设置为转接设备、路由途径为直接到达(路由次数为1)等；同时为广播设备反馈信息，信息包括：接收设备的属性和说明。
发布广播信息的设备，根据返回信息更新自身的设备路由信息表和目标设备参数信息表。
前述发布广播信息的设备发出命令，订阅回馈信息设备的设备路由信息表、以及目标设备的属性；这些目标设备的设备路由信息表中包含着源设备不能直接通讯的设备；
被订阅的设备返回设备路由信息表、以及其设备的属性，反馈内容包括：目标设备的IP地址、路由过程、路由次数、目标设备的属性和目标设备的说明；
源设备再次更新其自身的设备路由信息表和目标设备参数信息表，将已建立直接通讯的路由设备确定为转接设备，以此确定路由路径；
第三步，已存在设备的路由信息表更新；
在已存在的局域网络中，如果一个新的设备加入，局域网络中的所有已存在的设备必将更新其设备路由信息表，以添加新设备的路由信息，即
新设备直接通知已存在的、可以直接通讯的设备，已存在设备添加目标设备并将该设备设置为转接设备，路由途径为直接到达，路由次数为1；
路由设备通知新设备上线，设备接收到新设备上线通知并更新其自身设备路由信息表后，同时根据自身的路由信息表向相关的所有目标设备(不包括新设备)发送新设备信息，包括：新设备信息、以及路由设备到目标设备之间的路由路径和路由次数；
例如：如上所述的例子，新设备D上线，首先设备D首先与可以直接通讯的设备C通知并发布信息→C设备将D设备确定为目标设备，并更新设备路由信息表，同时立即变为路由设备→C向目标设备A、B、E发送D设备信息，信息包括：D设备信息、以及路由设备C到目标设备A、B、E的路由路径→A、B、E设备收到路由设备C信息后，更新自己的设备路由信息表、添加目标设备D、转换设备为最后一个将数据包发送给目标设备的路由设备。
再以目标设备A为例，进一步说明设备A的设备路由信息表的更新，路由设备C根据其设备路由信息表，获取C到A的路由路径→计算出路由路径：数据包中的路由路径+A设备→如果路由路径为多种，则确定多种路由表，如：目标设备：D；转接设备：B；路由途径：A-＞B B-＞C C-＞D；路由次数：2+1＝3次；
第四步，无线设备的下线通知；
如图7所示，无线设备如要下线，则根据其设备路由信息表向所有的目标设备发送设备下线通知，下线通知数据包的格式是：包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+下线通知+转发次数+校验和+包尾，
其中，下线通知为一个字节，数值为1；
目标设备接到通知后，将更新路由列表，删除该无线设备、且删除所有与该设备有关的路由路径；
源设备等待所有目标设备的返回信息，返回信息数据包的格式是：包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+反馈信息+转发次数+校验和+包尾，
其中，反馈数据为一个字节，确认为“1”，出现错误为“0”；
若反馈信息的数据为0，说明出现错误，则源设备重新发送下线通知数据包，重发次数最多不超过3次；
最后，此设备结束并退出。
第五步，定期查询机制；
若某设备发生突然掉电的情况，则不能按第四步步骤内容将下线信息通知给其他设备，上述第四步内容所述的退出机制失效，因此本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，自***初始化后即采用上第五步如下所述的定期查询机制；
每个设备根据其自身的设备路由信息表，每隔10分钟向所有目标设备发送查询信息；如果有反馈，则证明给目标设备工作正常；状态查询数据包格式是：包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+状态查询+转发次数+校验和+包尾，其中，状态查询数据占用一个字节，数值为1或0，正确为“1”，错误为“0”；
若发送3次后，查询仍然没有反馈，则证明该设备已经掉电，则在设备路由信息表、目标设备参数信息表中删除该设备、并删除与该设备有关的所有路由路径；
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，在上述生成或更新完成设备路由信息表和目标设备参数信息表的基础上，源设备和目标设备间可以进行数据传输和信息反馈。
需确定以下传输流程参数：
1、目标设备的选择；
目标设备代号确定后，根据目标设备参数信息表获取目标设备的IP地址和设备描述，为路由数据报构造提供信息。
2、路由数据包的构造；
具体传输的数据保存在路由数据包中发送；路由数据包的生成规则是，当设备利用路由机制发送信息时，无线网络采用TCP/IP协议实现数据的网络传输；路由数据包为TCP/IP包的正文，TCP/IP包中的目标IP地址设置为源设备的转接设备IP地址。
3、最佳路径的确定；
根据目标设备代号，查询源设备的设备路由信息表，最佳路径的选择算法是：
优先选择路由次数最少的一个途径；
对于相同的路由次数，检测路由设备是移动设备还是固定设备，移动设备则减1；固定设备则加1。最后选择数据最大的作为路由路径；
如果数据还相同，则检测通过的路由设备的无线网络带宽，对比两个路径的路由设备的最低带宽，并优先选取带宽高的一条路经；
如果还相同，则由发送设备随机选取。
4、最终转接设备的确定；
源设备向目标设备发送信息，如果不能直接到达，则需要路由设备的转发；源设备先将数据包发送到转接设备上，源设备并不规定下一个转接设备，则需要有上一个转接设备根据规则确定；
转接设备的选取规则如下：
对于直接到达的连接，目标设备就是转接设备；
如果仅有一个转接设备，则直接采用；
如果有多个转接设备，这需要根据规则选择最佳路由过程，最佳路由过程的转接设备为最优转接设备。
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，源设备向目标设备进行数据发送的流程是：
源设备通过设备路由信息表，确定最佳路径和转接设备，将数据包发送给转接设备；
转接设备解析数据包，获取转发次数和目标设备地址，转发次数位加1后，重新构造数据包；
查询本设备的设备路由信息表，获取到达目标设备的最佳路径和下一个转接设备，并重新发送该数据包；
以此类推，直到到达目标设备为止；
若转发次数位数据＞54时，证明该数据包在网路中处于死循环状态，此时路由设备丢弃该数据包，并向源设备发送错误信息。
本发明所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，目标设备接收数据的流程是：路由数据包的格式如图1所示，
设备接收数据后，判断路由数据包中的IP地址是否为本设备的IP地址；
若是，则停止转发并处理数据；
若不是，则继续转发。
Claims (8)
1、一种实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：所述方法是在网络***中的每个无线设备生成或更新完成所述的设备路由信息表和目标设备参数信息表的基础上，源设备和目标设备之间进行数据传输和信息反馈；
源设备向目标设备进行数据发送的流程是，源设备通过设备路由信息表，确定最佳路径和转接设备，将数据包发送给转接设备；
转接设备解析数据包，获取转发次数和目标设备地址，转发次数位加1后，重新构造数据包；
查询所述进行数据发送的源设备的设备路由信息表，获取到达目标设备的最佳路径和下一个转接设备，并重新发送该数据包；
以此类推，直到到达目标设备为止；
若转发次数位数据＞54时，证明该数据包在网路中处于死循环状态，此时路由设备丢弃该数据包，并向源设备发送错误信息；
目标设备接收数据的流程是，设备接收数据后，判断路由数据包中的IP地址是否为本设备的IP地址；
若是，则停止转发并处理数据；
若不是，则继续转发。
2、根据权利要求1所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：所述源设备和目标设备之间发送和接收的数据包格式是，包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+数据正文+转发次数+校验和+包尾。
3、根据权利要求2所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：设备路由信息表的格式是，目标设备+转接设备+路由路径+路由次数；
目标设备参数信息表的格式是，目标设备代号+目标设备IP地址+目标设备属性+目标设备说明。
4、根据权利要求3所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：所述的一源设备进入网络后，按如下流程生成或是更新设备路由信息表和目标设备参数信息表，
第一步，新进入网络的设备的IP地址分配；
第二步，新进入网络的设备的设备路由信息表和目标设备参数信息表的生成；
进入网络前，该设备的路由信息表和目标设备参数信息表为空；
进入网络后根据UPNP协议，以广播的形式向网络发布自己的信息；
其他设备得到广播信息后，更新自己的设备路由信息表、记录该设备的IP地址、将该设备设置为转接设备、路由途径为直接到达；同时为发布广播的该设备反馈信息；
发布广播信息的设备，根据反馈信息更新自身的设备路由信息表和目标设备参数信息表；
发布广播信息的设备发出命令，订阅反馈信息的设备的设备路由信息表、以及目标设备的属性；
被订阅的设备返回设备路由信息表、以及其设备的属性；
源设备再次更新其自身的设备路由信息表和目标设备参数信息表，将已建立直接通讯的路由设备确定为转发设备，以此确定路由路径；
第三步，已存在设备的设备路由信息表和目标设备参数信息表的更新；
第四步，若有任意无线设备下线，则向其他设备发送下线通知；
若某设备发生突然掉电的情况，则不能按第四步步骤内容将下线信息通知给其他设备，上述第四步内容所述的退出机制失效；
所述网络***初始化以后，即运行定期查询机制。
5、根据权利要求4所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：在确定或更新所述的设备路由信息表中，两个无线设备如果能直接通讯，则不需要路由设备支持，路由路径从源设备直接到目标设备；不能直接到达，则需要确定路由路径，所设置的路由路径必须满足以下条件，即每条路由路径中不可以有重复设备，每两个转接路由设备可以直接通讯，则不需要第三方设备转接，每条路径的第一路由设备为转发设备。
6、根据权利要求5所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：所述的无线设备下线通知的数据包格式是，包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+下线通知+转发次数+校验和+包尾；
所述的目标设备接到通知后，将更新路由列表，删除该无线设备、且删除所有与该设备有关的路由路径；
所述的源设备等待所有目标设备的返回信息，返回信息数据包的格式是：包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+反馈信息+转发次数+校验和+包尾。
7、根据权利要求6所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：在无线***初始化后即实施定期查询机制，每个设备根据其自身的设备路由信息表，每隔一段时间向所有目标设备发送查询信息，状态查询数据包格式是包头+源设备IP地址+目标设备IP地址+状态查询+转发次数+校验和+包尾。
8、根据权利要求7所述的实现基于UPNP协议无线网络路由机制的方法，其特征在于：具体传输的数据保存在路由数据包中发送；路由数据包的生成规则是，当设备利用路由机制发送信息时，无线网络采用TCP/IP协议实现数据的网络传输；路由数据包为TCP/IP包的正文，TCP/IP包中的目标IP地址设置为源设备的转接设备IP地址。
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| Home Networking with Universal Plug and Play Miller,B TNuxon,C Tai and M.Wood,IEEE Communications Magazine,No.December.2001 2001 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1625147A (zh) | 2005-06-08 |
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