網格類型網絡的增強形成的製作方法

2023-10-06 02:08:19

專利名稱：網格類型網絡的增強形成的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及用於形成諸如-但並不限於-無線區域網(WLAN)的網格(mesh) 的網格類型網絡的設備、方法、電腦程式產品和數據結構。
背景技術：
在沒有網格服務的WLAN部署中，客戶站或終端站(STA)必須與接入點(AP)相關 聯，以獲得至該網絡的接入。這些STA依賴於其與之相關聯的AP來通信。從其他網絡和更高層協議的觀點來看，所謂的網格網絡在功能上似乎等效於廣播 乙太網。例如，網格網絡可以是依照IEEE (電氣與電子工程師協會)802. 11規範的LAN，其 中鏈路和控制元素在網絡成員之間轉發幀。因而，它通常看起來就好像網格中的所有網格 點(MP)被直接連接在鏈路層上。對於較高層協議，這種功能是透明的。標準的「基礎設施(infrastructure)」無線區域網是一種集中式網絡，其中STA附 著於充當「主站」的AP。這種集中式拓撲結構使得網絡形成和初始信道選擇是容易的。AP 被配置成在某個頻率信道上開始發射，並且這些STA只需要例如通過掃描可用頻率的列表 來查找這個信道。它們能夠通過在每一個被訪信道上廣播探測請求來主動地這樣做，或通 過傾聽在每個被訪信道上的廣告或信標來被動地這樣做。在已訪問了所有的可用信道之 後，它們將找到在附近的所有AP，並且可以選擇其中一個來與之相關聯。然而，在無線網格網絡中，沒有中央協調站。這使得網絡形成和初始信道選擇相比 於其在標準的基礎設施網絡中來說是更加困難的。特別地，存在的問題在於執行主動掃 描的STA有可能在不同的頻率信道上找到許多其他的站。在這種情況下，將需要進行選擇， 並且相關標準的當前草案對於初始網格形成規定了基於信道優先值的協議(參見Clause 11B. 4 of the Draft Standard for Information Technology - Telecommunications and Information Exchange Between Systems-LAN/MAN Specific Requirements - Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: Amendment: Mesh Networking, IEEE Unapproved draft, IEEE P802. lls/D2. 0，2008年3 月)。根據這個協議，每一個網格節點選擇信道優先值。接下來，它執行某種主動的和被動 的掃描。隨後，如果沒有發現合適的鄰居，那麼它選擇信道並通告其信道優先值。如果它發 現多個鄰居，那麼它基於數值最高的信道優先值來選擇這些鄰居中的一個。但是，這個協議 以兩種方式存在缺陷。作為第一個問題，在許多重要的情形中，在網格形成期間形成通常不相交的網格。圖2A顯示在啟動期間具有四個示例性網格節點MPP和MP2-MP4的示意性網格類 型環境。網格節點之一是網格點入口(portal)MPP，其在信道「a」上與第二網格節點MP2具 有對等鏈路並具有「3」的信道優先值(CPV)。第四網格節點MP4超出第二網格節點MP2的 範圍，並已停止主動掃描處理，而且採用其網格簡檔中的一個，信道「b」和「5」的CPV。第四 網格節點MP4的CPV隨機地進行選擇，並且正好高於由第二網格節點MP2通告的CPV。圖2B顯示在由於第三節點MP3已使用上面的基於CPV的協議選擇機制來選擇候選對等節點的事實而形成不相交網格之後圖2A的示意性網格類型環境。根據上面的選擇 機制，第三節點MP3應選擇具有「5」的較高CPV的第四MP4作為候選者來與之建立對等鏈 路，以致已形成兩個不相交的網格而不是一個連接的網格。作為第二個問題，完全忽略多無線電設備的用途。圖3顯示具有多無線電設備的網格類型環境，其包括第一到第三無線電設備A-C 以及兩個網格節點D、E0假定這兩個網格節點D、E基於CPV來選擇候選的對等體(peer)， 則不考慮多無線電設備的用途。在圖3所示的情形中，無線電設備A-C已停止掃描，已各自 選擇了信道「1」、「3」和「5」，並且通告了用於其選擇信道的「2」、「7」和「4」的相應CPV。在 該環境中啟動的任何新的設備或節點將發現這三個無線電設備A-C。然而，由於上述協議的 傳統選擇機制，它必須選擇通告最高CPC的無線電設備。在圖3中，這是第二無線電設備B， 這是因為它通告「7」的CPV，而第一無線電設備A通告「2」的CPV，且第三無線電設備C通 告「4」的CPV。因此，第一和第三無線電設備A、C在網格形成期間將完全地被忽視，並且將 不會建立對等鏈路。即，當這兩個網格節點D、E啟動時，它們二者將選擇第二無線電設備B 作為候選對等體，並忽視其他的無線電設備A、C。

發明內容
本發明的目的是提供一種更靈活的初始網絡形成方案。這個目的在通告的發射端上利用如在權利要求1中所請求保護的設備和如在權 利要求8中所請求保護的方法、在通告的接收或偵聽端上利用如在權利要求2中所請求保 護的設備和如在權利要求9中所請求保護的方法、利用如在權利要求11中所請求保護的計 算機程序產品、並且利用如在權利要求12所請求保護的信號來實現。相應地，通過在網絡通告或信標中提供規定連接狀態或信道幹擾中的至少一項的 指示，能夠防止不相交網絡的形成以及多無線電設備中的無線電資源的無效使用。此外，所 提議的增強信道選擇能夠以低開銷來實現，這是因為當前在上述草案802. Ils修改中，在 網格標題的標記欄位中仍具有未用的比特。此外，應該考慮CPV (例如，4個八位位組)無 需在網格形成期間被使用，並能夠被省去。所提議的設備可以作為在網絡節點或站中提供的處理器設備、模塊、晶片、晶片組 或電路來實現。處理器可以利用電腦程式產品來控制，其中所述電腦程式產品包括代 碼裝置，用於當在計算機或處理器設備上運行時執行所請求保護的方法的步驟。根據第一方面，該指示可以在所傳播的消息的標題中進行設置。更具體地，作為示 例，該指示可以設置在標題的相應標記欄位中。在標題中添加指示提供的優點是常規標題 中的保留欄位能夠用於傳送該指示，因此不生成附加的信令開銷。根據可以與上面的第一方面相結合的第二方面，連接狀態可以指示至網格類型網 絡的入口的連接。從而，能夠確保網格形成將始終開始於網格類型網絡的入口。根據可以與上面的第一和第二方面中的任一方面或二者相結合的第三方面，信道 幹擾特性可以指示所涉及的信道的幹擾環境。這提供的優點是網格節點能夠使用這個信 息來估計信道佔用時間或其他的幹擾相關的參數。在特定的示例中，信道幹擾特性可以通 過對在所涉及的信道上檢測到的活動站的數量或已與之建立了對等鏈路關係的對等網格 點的數量進行計數以簡單方式來確定。
在從屬權利要求中定義進一步的有益發展。


現在將參考附圖、基於不同的實施例來描述本發明，其中 圖1顯示網格網絡中的若干無線節點的示意性網絡拓撲結構；
圖2A和2B顯示作為常規選擇機制的結果而形成不相交網格之前和之後的示意性網格 類型環境；
圖3顯示具有多無線電設備的網格類型環境； 圖4顯示網格標題的常規標記欄位； 圖5顯示根據第一實施例的網格標題的標記欄位； 圖6顯示根據第二實施例的網格標題的標記欄位； 圖7顯示根據這些實施例的基礎設施類型網格的形成階段； 圖8顯示根據第三實施例的指示設置程序的流程圖； 圖9顯示根據第四實施例的掃描程序的流程圖；和 圖10顯示根據第五實施例的網格節點的示意性框圖。
具體實施例方式在下面，根據圖1所示的示例性無線網格網絡拓撲結構來描述本發明的實施例。終端用戶設備(諸如終端站(STA)) 10能夠受益於與網格網絡中的相鄰終端用戶 設備以及AP建立能共同使用的對等無線鏈路的能力。網格點(MP) 30可以是支持網格服 務的服務質量(QoS) STA，S卩，它們參與網格網絡的能共同使用的形成和操作。MP可以與一 個或多個其他實體(例如，AP、入口等等)進行搭配。與AP搭配的MP的配置被稱為網格接 入點(MAP)20。這樣的配置允許單個實體在邏輯上同時提供網格功能和AP功能二者。STA 與AP相關聯，以獲得至該網絡的接入。與入口(P)搭配的MP的配置被稱為網格點入口 40 (MPP)。MP參與諸如路徑選擇和轉發等的網格功能。該網格點入口 40提供至其他網絡100 的接口，例如，至其他的IEEE 802 LAN段或其他類型網絡的接口。根據第一實施例，在通告或信標中使用的網格標題的網格標記欄位中傳送新的信 息或指示，或新的信息或指示被添加到該網格標記欄位。根據第一實施例，網格標題的網格 標記欄位中的比特被設置成指示該站是否具有至入口的連接，或反之亦然。這個新的信息隨後能夠在網格形成期間經由信標、通告和/或探測響應幀來自動 地進行通告。由於在可用的標記欄位中可能具有未用的比特，因此可能不需要額外的開銷。圖4顯示網格標題的常規標記欄位。在這個常規示例中，網格標記欄位包括8比 特的長度，並且其中的標記用於控制網格專用的標題處理，例如，用於網格地址擴展。前兩 個比特B0、B1用於用信號通知(signal)地址擴展(AE)模式，第三比特B2用於用信號通知 節能水平，而第四到第八比特B3-B7被保留。圖5顯示根據第一實施例的網格標題的標記欄位。建議在網格標題欄位的網格標 記欄位中引入至少一個比特。這個至少一個新比特可以被用作或被保留為指示符，其指示 或用信號通知通告無線電設備或網格節點的連接狀態(例如，「Connected to portal (連接 到入口)」)。這個連接狀態指示符欄位可以例如是1比特欄位(參見圖5中的第四比特B3)，其中如果MP當前沒有被連接到入口，則該欄位被設置為「0」，而如果MP被連接到入口，則該 欄位被設置成「1」。根據可以與第一實施例相結合的第二實施例，網格標記欄位中的值被修改或被設 置成指示信道表徵信息，諸如所涉及的無線電設備或網格節點使用的信道的幹擾環境。圖6顯示根據第二實施例的網格標題的標記欄位。作為常規網格標題的增強，在 常規網格標記欄位中當前沒有使用的至少一個比特能夠用於信道表徵。這能夠以多種方式 來完成。因而，網格節點可以估計信道佔用時間或信道繁忙部分，即，期間信道被佔用的時 間量。為了測量信道繁忙部分，網格點能夠使用在當前的無線發射和接收單元中是可用的 並且被用於檢測信道是被佔用還是空的空閒信道評估(clear channel assessment)(CCA) 程序。可能的CCA程序例如描述在IEEE標準802. 11 Rev 2007的Clause(條款)12. 3. 5. 10 中。信道繁忙部分隨後報告期間信道被佔用的時間部分。作為替換，它可以報告它與之共 享該信道的站(網格或傳統二者)的數量，或它已經與之建立對等關係的網格點的數量，即， 它與之具有網格鏈路的網格點的數量。在也包括連接狀態指示比特B3的圖6的示例中，圖 4的常規標記欄位中的剩餘三個保留比特B4-B7被用於傳送、用信號通知或指示信道表徵 fn息ο多無線電設備執行相同的程序。在此，一個設備中的多個無線電設備自動地具有 在它們之間建立的對等鏈路。因此，一旦設備中的一個無線電設備將連接狀態比特設置成 「 1 」，那麼設備中的其他無線電設備跟隨其後。根據第一實施例的連接狀態指示符使得所涉及的網格節點具有至入口的建立連 接並由此具有至其他網絡和網際網路的建立連接的信息為可用的。這個節點因此不太可能再 次迅速地切換信道。在根據第二實施例的增強中，駐留在一個信道上以執行網格初始化和設立信標 (beaconing)的STA例如通過對其在這個信道上看到的活動STA的數量進行計數或者通過 確定信道繁忙部分來表徵媒體。它們現在能夠在圖6所示的上述信道表徵欄位中報告這個 數字。根據這個數字的確切特性，可以選擇某種恰當的編碼，例如，如果對站的數量進行計 數，那麼值「15」可以指示在該信道上15或更多的其他站。該節點可以根據在該信道上的 活動在操作期間來更新這個欄位。一般而言，能夠區分至少兩種類型的網格網絡，即「基礎」網格網絡和「特別(ad hoc)」網格網絡。基礎網格網絡被設計成為有線基礎設施提供替換物。它們可以形成至連 接到線路的入口的某一無線骨幹網。相反，特別網格網絡在節點之間提供自發的對等連結， 而不需要基礎設施存在。圖7顯示根據不同的實施例並基於有關所提議的附加的標題信息的操作的某些 簡單規則的基礎設施類型網格的形成階段。與入口搭配的網格節點MPP在啟動時將連接狀 態標記或比特設置成「1」。不與入口搭配的網格節點MP A在啟動時將連接狀態標記或比特 設置成「0」。一旦已由網格點建立一個或多個對等鏈路，那麼相應的網格點將其連接狀態比 特設置成它自己的連接狀態比特和在通告、信標或探測響應中所觀察到的其對等體的連接 狀態比特中的最大值。在圖7的基礎設施類型網格環境中，網格可以形成於在與入口 MPP搭配的網格節 點上開始的多個階段中，如已在上面所指示的。這種基礎設施網格網絡應該從入口 MPP發展起來。即，與入口 MPP搭配的網格節點MPP啟動該網格，在通信範圍中的網格節點即MP A和MP B與這個入口網格節點MPP相關聯，並因此該網格從MPP發展起來。它隨後繼續發 展到階段2和3，如圖7中所示的，此時進一步遠離MPP的MP與該網格相關聯。所提議的增 強通告信息的規定支持這種行為。事實上，這種行為不再取決於機會定時事件，因此可以確 保這種需要的行為被展現在較大的網格網絡中。圖8顯示根據第三實施例的網格網絡中的增強型通告機制或程序的示意性流程 圖。一旦網格節點或無線電設備檢測到至入口的連接被建立，則該程序被啟動(步驟 SlOD0為響應於此，標記「ConnectecK被連接)」的連接狀態指示符被設置(步驟S102)。最 後，通過網格網絡來通告具有設置的連接狀態指示符的通告、信標或探測響應(步驟S103)。圖9顯示根據第四實施例的掃描程序的流程圖。這個程序例如可以是特設網絡中 的基礎設施類型節點的典型掃描行為。利用所提議的根據第一和/或第二實施例的標記欄位，所希望的掃描行為能夠容 易地進行實施，並導致簡單的掃描程序。如結合圖8所示的，與入口搭配的網格節點或無線 電設備利用被設置成「1」的連接狀態標記或比特來開始通告或設立信標。在步驟S201，其 他的網格節點掃描其環境。在步驟S202，檢測到的候選對等體被添加到候選對等體列表。 在步驟S203，檢查候選對等體列表，以查找具有設置連接狀態信息的候選者，並且重複掃描 和列表步驟，直至已找到具有入口連接的候選者。然後，在步驟204中，例如，根據其位置、 信號特性、信道特性、CPV等等中的至少一項，檢查適當的候選者。如果在步驟S204中沒有 找到適當的候選者，則該程序跳回到步驟S201，並且繼續掃描。否則，如果已找到了適當的 候選者，則在步驟S205中開始對等鏈路設立。只要每個節點需要報告通告、信標或探測響應，則該節點本身就通告被設置成「0」 的連接狀態比特。一旦它已找到具有至入口的連接的相鄰網格節點，它就依照適用於對等 鏈路建立的標準規則利用這個節點啟動對等鏈路建立算法。一旦它已建立鏈路，它就設置 其自己的標記欄位中的比特而變成可用作合作夥伴建立對等鏈路。網格網絡的初始化隨後 可以如預期的那樣發展。圖5顯示根據第五實施例的網格節點的示意性框圖，其中該網格節點可以是網格 點、網格接入點、網格入口、或其他任何類型的無線電節點或設備。它可以作為分立的硬體 電路或電路系統、晶片、晶片組、模塊、或軟體控制的處理器或計算機設備來實施，其中圖5 的功能作為軟體程序或例程來提供。可以在無線電節點的射頻(RF)前端中提供的收發信機(TRX)電路52能夠接收和 發送通告、信標、探測響應等等。網格節點中生成的信號經由形成控制單元(FC) 55被提供 給TRX 52，其中該形成控制單元基於從檢測單元M中獲得的控制信息添加或設置連接狀 態信息和信道表徵信息中的至少一項到新的信標、通告、探測響應等等。檢測單元M例如 基於所交換的信令來檢測是否已設立至入口的連接。此外，檢測單元M檢測如在上面的第 二實施例中所定義的信道特性。另外，檢測單元M檢查接收信號中的連接狀態信息和信道表徵信息中的至少一 項，並且向形成控制單元55提供相應指示。基於這個指示，候選對等體列表可以例如由形 成控制單元55存儲在查找表(LUT) 56中，其中該查找表可以在存儲器或寄存器等等中提供，例如，作為可編程非易失存儲器來提供。然後，基於候選對等體列表，形成控制單元陽 可以啟動對等鏈路設立等等。因而，圖5的形成控制單元55的功能能夠實施結合圖8和9所述的程序之一或二
者ο所提議的實施例在使用多無線電設備時也支持更佳的操作。如果多無線電設備中 的一個無線電設備可能經由節點鏈而互連到入口，多無線電設備中的所有無線電設備設置 連接狀態信息。連接到入口的無線電設備在指定信道上具有其鏈路，該信道可以可選地在 信道表徵欄位中藉助於所選擇的量度來表徵。其他的無線電設備可以執行某種掃描程序， 或者也固定信道用於操作。如果選擇後一選項，那麼無線電設備隨後也能夠執行環境的表 徵。進入該環境的新無線電設備現在可以恰當地選擇，以便與多無線電設備中的無線電設 備之一建立鏈路，而不是被迫進行隨機的不恰當的選擇。總之，已描述了網格類型網絡的增強形成，其中通過通告附加信息來支持初始網 格形成，其中該附加信息規定與其他網格站的相關聯或所涉及網格站上的信道環境中的至 少一項。應注意，本發明並不局限於上述的實施例，而可以用於任何的允許通告狀態信息 的網絡環境。對本領域技術人員來說，明顯，其他的欄位或比特數量可以用於傳送或用信號 通知所提議的附加信息。而且，附加信息的規定可以是不同的。作為上述實施例的替換，已 使用的比特模式也可以採用預定方式進行修改，或者可以依照預定規則來設置預定的比特 位置。作為進一步的替換，可以將預定值指定或分配給每一個重新產生的信標、通告、探測 響應等等，以便用信號通知支持網格形成的希望的附加信息。通過研究附圖、公開內容和所附的權利要求書，本領域技術人員可以理解並實施 所公開的實施例的變化。在權利要求書中，詞「包括」並不排除其他的元素或步驟，並且不 定冠詞「一」或「一個」並不排除多個元素或步驟。單個處理器或其他的單元可以實現在權 利要求書中敘述的若干項的功能。在互不相同的從屬權利要求中描述某些措施的純粹事實 並不表明不能有利地使用這些措施的組合。用於控制處理器來執行所請求保護的特徵的計 算機程序可以被存儲/被分布在諸如與其他硬體一起提供或作為其一部分提供的光存儲 介質或固態介質之類的適當介質上，但是也可以採用其他的形式來分布，例如，經由網際網路 或其他的有線或無線電信系統來分布。權利要求書中的任何參考符號不應被解釋成限制其 範圍。
權利要求
1.一種用於控制網格類型網絡的形成的設備，所述設備(10)包括a)檢測器(54)，用於在所述網格類型網絡中檢測所述設備的連接狀態和信道幹擾特性 中的至少一項；和b )設置單元(55 )，用於在傳播消息中設置指示，所述指示表示所述連接狀態和所述信 道幹擾特性中的至少一項。
2.一種用於控制網格類型網絡的形成的設備，所述設備(10)包括a)檢測器(54)，用於在從所述網格類型網絡接收的傳播消息中檢測指示，所述指示表 示在源節點上的連接狀態和信道幹擾特性中的至少一項；和b )網絡形成控制單元(55 )，用於根據所述連接狀態和所述信道幹擾特性中的至少一項 來選擇用於鏈路建立的候選者。
3.根據權利要求1或2的設備，其中所述指示被設置在所述傳播消息的標題中。
4.根據權利要求3的設備，其中所述指示被設置在所述標題的相應標記欄位中。
5.根據權利要求1或2的設備，其中所述連接狀態表示至所述網格類型網絡的入口的 連接。
6.根據權利要求1或2的設備，其中所述信道幹擾特性表示有關信道的幹擾環境。
7.根據權利要求1的設備，其中通過對在有關信道上檢測到的活動站的數量進行計 數，或通過對它已與之建立對等關係的網格點的數量進行計數，或通過確定信道繁忙部分， 確定所述信道幹擾特性。
8.一種形成網格類型網絡的方法，所述方法包括通過所述網格類型網絡來傳播指 示，所述指示表示在源節點上的連接狀態和信道幹擾特性中的至少一項。
9.一種形成網格類型網絡的方法，所述方法包括基於通過所述網格類型網絡傳播的 連接狀態和信道幹擾特性中的至少一項，選擇用於鏈路建立的候選者。
10.一種用於在網格網絡中通告狀態信息的系統，所述系統包括至少一個具有根據權 利要求1的設備的網絡節點和至少一個具有根據權利要求2的設備的網絡節點。
11.一種電腦程式產品，其包括代碼裝置，用於當在計算機設備上運行時生成權利要 求8或9的步驟。
12.一種通過網格類型網絡傳播的信號，所述信號包括指示，所述指示表示在所述數據 結構的源節點上的連接狀態和信道幹擾特性中的至少一項。
全文摘要
本發明涉及網格類型網絡的增強形成，其中通過通告附加信息來支持初始網格形成，所述附加信息規定與其他網格站的聯繫或有關網格站上的信道環境中的至少一項。
文檔編號H04W40/02GK102132536SQ200980133313
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月19日 優先權日2008年8月25日
發明者T·鄧特尼爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司