在網絡中確定管理用戶的方法
2023-07-05 23:17:41
專利名稱：在網絡中確定管理用戶的方法
技術領域：
本發明涉及在一個包括不確定數目網元的網絡中確定管理用戶或「管理者」的方法。
在現有技術中已知了具有對等網元的網絡、所謂的對等網絡。對等網絡給所有連接的網元-常常也稱為》對等網元《或者》客戶《-提供具有同等權利的協作。這表明，每個網元可以給另外的網元提供功能和服務並且另一方面可以使用由另外的系統提供的功能和服務，而不使用中央的業務提供器或者》伺服器《。
通過文件交換平臺或者「文件共享系統」、比如Gnutella、Napster、Kazaa使得對等網絡廣為流行。這些文件交換平臺有共同目的，即所連接的網元可以彼此交換數據，但其組織形式不相同。在Napster中預留的網元為當前參與網絡的網元或者其提供用於交換的文件預先規定一個中央目錄，而在Gnutella中沒有預先規定一個保持中央目錄的網元的如此角色。替而代之，以「多播」-詢問的形式在整個網絡上分配檢索詢問或者「查詢」。分散結構的優點在於，每個網元擔任同樣的角色並且網元不必保持目錄。與此相對的是檢索詢問消息具有突出的通信量的缺點，該通信量隨著用戶數目的增加而過比例地升高。因此這種缺點經常以概念「伸縮問題」被提到。
基於提到的缺點在許多情況下從大量經過網絡連接的網元中選出一個這樣的網元是有益的，其擔任管理角色並且因此稱作「管理者」或者管理用戶。
本發明的任務是，給出一種方法，以該方法在包括多個具有最初同樣特權和任務的網元的網絡中剛好選擇一個管理用戶。
通過具有權利要求1特徵的方法解決該任務。
從網元的角度描述本發明方法，該網元由於隨意的、並且此外還要闡述的原因擔任如下主動角色，即通過該網元隨著在網絡中指向所有其餘網元的、用於確定管理用戶的請求消息的發送觸發該方法。此外本發明方法由於參與網元的起初同樣的特權和任務同樣適合於所有網元，如此從所考慮的網元的角度描述的方法沒有限制這個被考慮的網元的特性或選擇。發送給所有其餘網元的請求消息例如作為所謂的多播消息或廣播消息發送並且包含一個序列號。從例如-在一個非常簡單的實現中-由從1至16384的範圍形成的第一數值範圍中隨機選擇該序列號或者-搶先於在本發明方法的一個設計方案中要使用的第二序列號的-第一序列號。對此以已知的技術方法也在每一個單個網元上實現隨機選擇或者準隨機選擇，該網元已經接收請求消息並且在預定的時間間隔內給所有網元發送一個類似形成的請求消息。在對通過所考慮的網元發送的請求消息的應答中發送的每一個這種請求消息自身包含一個隨機選擇的序列號，也就是以該序列號「標記」。當在一個預定的、也就是說在網元上可調節的時間間隔或者「超時」內其餘網元的請求消息到達所考慮的網元-也到達其餘網元-之後，在其中傳遞的序列號與事先以原始請求消息一起發送的序列號比較。假如自身的序列號與接收的序列號之一相比較具有一個數值較低的值，則對於所考慮的網元結束進一步參與該方法，這意味著，所考慮的網元不再參與確定管理用戶的進一步方法，就其在交換消息中的行為而言，也就是將來繼續扮演網元的角色。假如自身的序列號與所有接收的序列號相比較具有數值較大值，則所考慮的網元在網元內部註明為管理用戶。因此結束基本的選擇過程，並且以本發明的另外的可選擇性的設計方案也可以告知其餘網元。
本發明方法的主要優點在於，所描述的方法可以完全在沒有另外網元的信息的情況下被使用。該優點特別可以用在網絡開始的初始化或者「自舉」中。
本發明方法優選地不僅可以用於網絡的初始化，而且也可以用於網絡靈活匹配於變化的情況。該方法特別也可以用於所謂的Ad hoc(特定)網絡，其依賴於情況由多個網元的本地組合形成，並且其本地分配和組成由於停止運行的或新附加的網元而經常改變。
優選地通過本發明方法在一個通過廣播段形成的網絡中保證剛好一個管理用戶。
在從屬權利要求中給出本發明的有益改進。
通過在應答的網元之間另外選擇管理用戶，本發明方法優選地擴展了另外設計的方法步驟。對此在第一序列號上加以第二序列號並且傳送給還要參與該方法的網元。對此還要參與的網元是對第一請求消息做出應答的網元。本發明方法的這個設計方案有這樣的優點，一方面可能出現這種罕見情況，即兩個網元隨機選擇同一序列號-一種隨著增加的第一數值範圍而降低的概率-並且因此通過重新選擇保證可靠選擇剛好一個管理用戶。另一方面也可能發生這種情況，即在第一選擇方法的過程中在應答中發送的詢問消息沒有到達所考慮的網元。假如該詢問消息含有較高的序列號，則發送的網元本身標記為管理用戶，可是關於存在較高序列號的信息甚至沒有到達所考慮的網元，因此該網元-根據第一選擇方法-自身考慮作為管理用戶並且標記為管理用戶。在力求以選擇剛好一個管理用戶結束的過程中，第二選擇方法優選地有助於提高可靠性。
在本發明的一個有益設計方案中，在一個選擇過程之後保留的管理用戶告知其特性為管理用戶，因此其餘的網元不必再通過個別的詢問確定其特性為管理用戶。
為了確定第二序列號建議兩個設計方案變體。通過類似於第一選擇方法從由於唯一性的原因選擇最好小於第一值範圍的第二值範圍中進行隨機確定，基於與確定第一序列號同樣的優選措施保證簡單實現第二序列號的確定。以第二有益的選擇方法按網元的確定物理參數(也就是說自身的系統效率和/或可支配的帶寬和/或自身的計算能力)選擇從第二數值範圍中提取的第二序列號，由此優選給予高效率的網元較高的概率成為管理用戶。
在本發明的另一有益設計方案中，在確定管理用戶的方法之前實施一種方法，其有助於確定在網絡中是否存在一個管理用戶。為此主要以多播或者廣播消息的形式給所有網元發送一個詢問消息。如果在規定的時間間隔或者「超時」內得到剛好一個管理用戶的確認消息，則結束該方法。
如果沒有得到確認消息或如果得到多個確認消息，則為了保證在網絡內的唯一管理用戶而開始用於確定一個管理用戶的本發明方法。如果在網絡中存在多個管理用戶(「多管理者」)則當然出現最後提到的、多個確認消息的情況。如果第一Ad hoc網絡的一個當前管理用戶由於這個網絡類型固有的動態性而出現在第二網絡的多播範圍內，則例如可能發生這種情況，其中在該第二網絡中已經存在一個選擇的管理用戶。作為為了選擇唯一管理用戶而觸發本發明方法的一種替代方案，一個替代的設計方案也是有益的，其中以確認消息在多個管理用戶之間交換的序列號彼此進行比較，並且具有較高序列號的管理用戶勝出。對此應用各自存儲的序列號是有益的，各個管理用戶通過該序列號通過本發明方法成為管理用戶。
下面根據附圖詳細闡述具有另外優點的實施例和本發明的設計方案。其中
圖1A-1D示出了用於描述在一個由多個網元形成的網絡中各個方法步驟的結構圖；以及圖2示出了用於示意描述在本發明方法的基礎上選擇管理用戶的可能過程的結構圖。
在本發明方法的實施例中考慮具有移動網元、也就是例如便攜計算機的無線Ad hoc網絡。Ad hoc網絡例如是一個無電纜網絡，其沒有安裝路由器。彼此-例如在應用通信協議WLAN(也就是說無線區域網)的情況下-通信的行動網路部件在需要時直接地、也即Ad hoc地建立網絡。此外網絡的Ad hoc特性表明，參與的各個網元事先絕對不了解另外的網元。最後Ad hoc網絡不約束穩定的用戶量，新添加或結束通信的網元不影響網絡的持續。雖然本發明法特別適合於所描述的網絡形式，可是這不限制本發明方法，而是可以用於所有已知的LAN變體。
原則上確定一個管理用戶的方法是必須的，以便在網絡中實現下面兩種情況之一-存在一個管理用戶-不應該多於一個管理用戶在移動的對等Ad hoc網絡中同樣適用這樣的要求，可是加入另外的限制和因素，比如移動性、網元失效的概率和有限的傳輸帶寬，這影響上述條件的實現。下面簡短提及由此引起的在Ad hoc網絡和有線網絡之間的主要區別。
為有線網絡所設定的技術把不應答的管理用戶認為是失效的。此外大多數用於選擇管理用戶的方法需要所有網元的其它信息或者關於網絡拓撲的數據，以便在管理用戶失效時認為是穩定的情況。
此外在有線網絡中，只有當例如由於先前的連接錯誤引起多個網絡段彼此合併時，才可能出現多個管理用戶。與此相反，在無線網絡中管理用戶沒有應答的原因可能在於，其距離太遠處在該網絡的有效範圍之外或網絡離開了其作用範圍。此外可能出現這種情況，即所考慮的網元不了解所有另外考慮的網元，主要原因是各個網元動態交替參與。網元在未預見時刻參與或離開網絡，由此進行動態地參與網絡。這種情況給選擇一個管理用戶或者管理者造成困難。這種情況使選擇一個管理用戶的選擇方法複雜化，因為網絡的拓撲結構在選擇方法期間可能發生變化。最後非常簡單地由此產生多個管理用戶，即一個管理用戶在另一個管理用戶的附近移動。
本實施例的網絡具有如下特性-自配置，也就是說沒有中央站或者第三方用於協調各個網元的建立和安排，-全分布，也就是說給所有網元被提供統一的邏輯用於滿足各自任務並且選擇一個管理用戶。
-可伸縮，因為在本地區域內部實施數據交換，在本實施例中也即在所謂的廣播或多播域內部。
-異步，也就是說網元的處理和操作的協調不需要中央時鐘形式的同步。
本發明方法保證在廣播段內選擇準確的一個用戶。在該廣播段或者網絡中在實施本發明方法期間存在三種不同的狀態-狀態1沒有管理用戶，例如因為原先的管理用戶離開網絡或因為在網絡中當前沒有通信的網元-狀態2在成功結束本發明方法的基礎上剛好存在一個管理用戶-狀態3存在多於一個的管理用戶，例如因為另一個網絡的管理用戶出現在當前網絡中考慮的網元可能區分兩個狀態，即了解剛好一個管理用戶或不存在管理用戶。在後者情況下所考慮的網元開始本發明方法。
本發明方法的設計方案包括三個連續執行的步驟，其中只有前面的步驟沒有產生關於接收到管理用戶地址的結果，才實施各個後面的步驟。通過「多播」分組實現在網元之間的全部通信。這種措施有這樣的優點，即不僅對於出席信息消息而且也對於用於選擇一個管理用戶的消息，可以聯繫上所考慮的一組網元。
圖1A至圖1D利用一個包括六個網元A、B、C、D、E、F的網絡NW示出了一個管理用戶的示範性選擇過程的不同階段。
在第一步驟中-參見圖1A-每個網元A、B、C、D、E、F確證從目前的管理用戶的最後失效以來還沒有選擇管理用戶。
通過一詢問消息序列實現該確證，該消息在確定的時間間隔內發送。在本實施例中多播發送三個詢問消息，其也稱為「誰是伺服器」消息。考慮到不能保證到達每個監聽網元而多次發送該詢問消息。如果發送詢問消息的網元A在預定的時間間隔內收到一個「我是伺服器」消息形式的確認消息，則該網元A接受該進行確認的網元作為當前的管理用戶，並本地地、也就是說對於所考慮的網絡節點A結束用於選擇一個管理用戶的方法。可是在實施例的描述中，假設在網絡NW中不存在管理用戶。
下面參考圖1B。假如在預定的時間間隔內沒有得到確認消息，則所考慮的網元A以多播消息給網絡NW中的所有網元B、C、D、E、F發送請求消息或者「伺服器請求」消息，其中用一個從第一數值範圍內隨機提取的第一序列號標記該請求消息。
在本情況中由所考慮的網元A隨機確定的第一序列號是560，第二網元B的第一序列號是430，第三網元C的第一序列號是365，等等。從圖中得知其餘網元D、E、F的各自第一序列號。
其餘網元B、C、D、E、F同樣發送請求消息，同樣以其各自確定的第一序列號標記請求消息。
網元一收到一個以-相對於自身確定的序列號-較高的序列號標記的請求消息，該網元就結束髮送另外的請求消息，並等待「我是伺服器」類型的確認消息。這不僅適用於第一序列號而且也適用於根據後面的圖1C等具有較高序列號的另外方法。
下面參考圖1C。在第二「輪」選擇過程中由各自還參與選擇方法的網元發送第二請求消息。
在該情況下，根據自解釋的圖1C，所考慮的網元A以及具有第一序列號478或者545的網元D和E參與，雖然其序列號比所考慮的網元A的序列號小並且因此其原本必須中止請求消息的繼續發送。可是在該實施例中假設網元D和E沒有收到所考慮的網元A的請求信息，並且另外網元D沒有收到E的請求信息，由此這兩個網元誤以為自己是具有最高序列號的網元。其餘網元B、C至少收到具有較高序列號的一個請求信息並且因此中止參與。
在第二選擇過程中現在生成第二請求消息。以第二序列號標記各自的第二請求消息，該序列號由第一序列號和一個從第二數值範圍內隨機提取的序列號相加形成。例如-參見圖1C-所考慮的網元A確定第二序列號577，其由第一序列號560與一個-沒有示出的-隨機數17相加得出。
在還要參與選擇方法的網元A、D、E之間交換各自的第二請求消息。
下面參考圖1D。在第三「輪」選擇過程中由還要參與選擇方法的網元E發送第三請求消息，其中以類似方式通過值為614的第二序列號與一個從一個數值範圍內隨機提取的、值為13(沒有示出)的數相加而形成值為627的第三序列號的選擇。在發送該第三請求消息之後在預定的時間間隔內還沒有另外的請求消息到達網元E之後，該網元給網絡NW中的所有其餘網元A、B、C、D、F發送一個或多個「我是伺服器」類型的確認消息，在這些網元中網元E現在被標記為網絡NW的管理用戶。
在該實施例中為選擇管理用戶而選擇了三個請求消息的一次循環，此外可以任意選擇循環數。
圖2指出了本發明方法的實施例的結構圖。
在第一方法步驟S1中通過所考慮的網元實現「誰是伺服器」的請求信息的傳遞，其作為多播消息發送。由於多播不能保證到達每個可能的接收機或者網元，因此多次重複詢問，例如兩次。此外，重複次數由實施者推斷。
在發送第一詢問消息之後以確定的時間間隔等待應答，分支步驟A1。如果所考慮的網元在該時間間隔內接收到一個「我是伺服器」的應答-方法支路2-，則針對所考慮的網元結束該方法，方法步驟S4。
如果所考慮的網元在該時間間隔內沒有接收到應答-方法支路1-，則開始方法步驟S2的第一迭代。
在方法步驟S2中給所有其餘網元發送一個請求消息。在發送請求消息之後-方法支路3-以一個確定的時間間隔等待另外網元的消息，分支步驟A2。
如果所考慮的網元在該時間間隔內在分支步驟A2中沒有接收到請求消息或接收到具有比自身序列號低的序列號的請求消息-方法支路9，則到達分支步驟A4。如果另外的迭代是必須的-方法支路10-，則發送另外的請求消息-方法步驟S2。如果沒有設置另外的迭代-方法支路11，則所考慮的網元發送一個或多個(依賴於實施)「我是伺服器」消息-方法步驟S5-並且結束該方法-方法支路12，方法步驟S4。
如果所考慮的網元在該時間間隔內在分支步驟A2中接收到一個另外網元的「我是伺服器」消息，則所考慮的網元結束該方法-方法支路8，方法步驟S4。
如果所考慮的網元在該時間間隔內在分支步驟A2中接收到一個具有比自身序列號高的序列號的請求消息-方法支路4，則所考慮的網元不再發送另外的請求消息，方法步驟S3。然後-分支步驟5-所考慮的網元等待另外網元的「我是伺服器」類型的確認消息，分支步驟A3。
如果所考慮的網元在定義的時間間隔內在分支步驟A3中接收到一個「我是伺服器」類型的確認消息-方法支路6-，則所考慮的網元結束該方法-方法支路6，方法步驟S4。
如果所考慮的網元在定義的時間間隔內在分支步驟A3中沒有接收到「我是伺服器」類型的確認消息-方法支路7-，則重新開始該方法-方法步驟S2。
權利要求
1.用於在一個包括多個具有最初的同樣特權和任務的網元的網絡中確定管理用戶的方法，包含如下在所考慮的網元上實施的步驟a)發送一個指向所有網元的請求消息，其中以一個從第一數值範圍中隨機提取的序列號標記該請求消息，b)接收類似於步驟a)通過其餘網元在預定時間間隔內發送的請求信息，並且把在其中傳遞的序列號與根據步驟a)傳送的自身序列號進行比較；b1)假如在與接收的序列號之一的比較中所述自身序列號具有數值較低的值，則對於所考慮的網元結束進一步參與該方法，b2)如果在與所有接收的序列號的比較中所述自身序列號具有數值最高的值，則所考慮的網元被標記為管理用戶。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，對於所考慮的網元規定如下代替方法步驟b2)的方法步驟b3)如果在與所有接收的序列號的比較中所述自身序列號具有數值最高的值，則發送一個指向根據方法步驟b)應答的網元的請求消息，其中以一個第二序列號標記該請求消息，其中從在步驟a)中確定的序列號與一個從第二數值範圍中提取的序列號的相加中確定該第二序列號，c)接收類似於步驟b3)通過其餘網元在預定時間間隔內發送的請求消息，並且把傳遞的第二序列號與根據步驟b3)傳送的自身第二序列號進行比較；c1)假如在與接收的第二序列號之一的比較中所述自身第二序列號具有數值較低的值，則對於所考慮的網元結束進一步參與該方法，c2)假如在與所有接收的第二序列號的比較中所述自身第二序列號具有數值最高的值，則所考慮的網元被標記為管理用戶。
3.按照權利要求1或2之一的方法，其特徵在於，被標記為管理用戶的網元在預定的時間間隔內在一個消息中告知其餘網元其特性為管理用戶。
4.按照權利要求2至3之一的方法，其特徵在於，第二數值範圍小於第一數值範圍。
5.按照權利要求2至4之一的方法，其特徵在於，從第二數值範圍提取的第二序列號是隨機從第二數值範圍中選擇的。
6.按照權利要求2至4之一的方法，其特徵在於，從第二數值範圍中提取的第二序列號的大小依賴於一個或多個如下原則進行選擇-自身的系統效率和/或-可支配的帶寬和/或-自身的計算能力和/或-另外的物理參數。
7.按照上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在方法步驟a)之前確定，在網絡中是否剛好確定了一個管理用戶。
8.按照權利要求7的方法，其特徵在於，為了確定是否確定了一個管理用，在所考慮的網元上實施如下方法步驟α)發送一個用於確定一個管理用戶的詢問消息到當前在網絡中進行通信的所有網元；β)如果在預定的時間間隔內得到剛好一個管理用戶的確認消息，則本地地標記該管理用戶並結束該方法；γ)如果在預定的時間間隔內沒有得到一個管理用戶的確認消息，則開始根據方法步驟a)的方法。
9.按照權利要求8的方法，其特徵在於，為了確定唯一的管理用戶在每個考慮的管理用戶上實施如下方法步驟δ)如果在預定的時間間隔內得到多個管理用戶的確認消息，則開始根據方法步驟a)的方法。
10.按照權利要求8的方法，其特徵在於，為了確定唯一的管理用戶在每個考慮管理用戶上實施如下方法步驟δ)如果在預定的時間間隔內得到多個管理用戶的確認消息，則在這多個管理用戶之間比較與確認消息一起傳遞的序列號；δ1)假如在所考慮的管理用戶中所述自身序列號在與所有接收的序列號的比較中具有數值最低的值，則該所考慮的管理用戶被標記為網元並且對於該網元結束進一步參與該方法。δ2)假如在所考慮的管理用戶中所述自身序列號在與所有接收的序列號的比較中具有數值最高的值，則這個所考慮的管理用戶被標記為管理用戶。
11.按照上述權利要求之一的方法，其特徵在於，可以在網元上調節各自的預定時間間隔。
12.按照上述權利要求之一的方法，其特徵在於，該網絡是一個Ad-Hoc網絡。
13.按照上述權利要求之一的方法，其特徵在於，該網絡根據已知的WLAN規範設計。
全文摘要
本發明涉及一種用於在包括多個具有最初的同樣特權和任務的網元的網絡中確定管理用戶的方法，包含如下在所考慮的網元上實施的步驟發送一個指向所有網元的請求消息，其中以一個從第一數值範圍中隨機提取的序列號標記該請求消息。接收類似於步驟a)通過其餘網元在預定時間間隔內發送的請求消息，並且把在其中傳遞的序列號與根據步驟a)傳送的自身序列號進行比較。假如在與接收的序列號之一的比較中所述自身序列號具有數值較低的值，則對於所考慮的網元結束進一步參與該方法，如果在與所有接收的序列號的比較中所述自身序列號具有數值最高的值，則所考慮的網元被標記為管理用戶。
文檔編號H04L29/08GK101027890SQ200580032630
公開日2007年8月29日 申請日期2005年8月12日 優先權日2004年9月27日
發明者R·阿肖爾, C·普洛寧格, C·多恩 申請人:西門子公司