專利名稱：用于自組織通信網(wǎng)絡中的移動節(jié)點的協(xié)議和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及通信網(wǎng)絡的領域。更具體地，本發(fā)明涉及用于自組織網(wǎng)絡的協(xié)議和結(jié)構(gòu)，該自組織網(wǎng)絡可以具有移動節(jié)點。
背景技術：
存在多種用于無線通信網(wǎng)絡的應用，諸如無線傳感器、工業(yè)控制和監(jiān)視、智能化農(nóng)業(yè)、資源和資產(chǎn)跟蹤以及安全保障。該網(wǎng)絡的人工配置是耗時的并且是昂貴的。因此存在對產(chǎn)生ad hoc、自組織網(wǎng)絡的通信協(xié)議的需要；即，具有隨機拓撲的網(wǎng)絡，其中在沒有人工干預的情況下進行網(wǎng)絡的組織和維護。同樣理想的是，該自組織網(wǎng)絡提供功能上的靈活性，并且以使能量消耗和對可利用的傳輸帶寬的使用減到最小的方式，提供了在其中部署的設備的地理位置。


在權(quán)利要求中陳述了由本發(fā)明的特性所確認的新穎特征。然而，在結(jié)合附圖進行閱讀時，通過參考下文對說明性實施例的詳細描述，將最佳地理解本發(fā)明自身、以及所使用的優(yōu)選模式和其進一步的目的和優(yōu)點，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的簇頭選擇過程的圖示。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的簇頭和成員節(jié)點之間的鏈路設置過程的圖示。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的單點跳躍的簇結(jié)構(gòu)的圖示。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的多點跳躍的簇設置程序的圖示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的多點跳躍的簇結(jié)構(gòu)的圖示。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的用于更新鄰居列表的過程的圖示。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性網(wǎng)絡的圖示。
圖8是圖7所示網(wǎng)絡的簇邊界中的節(jié)點的鄰居列表。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性網(wǎng)絡的圖示。
圖10是對應于圖9網(wǎng)絡的鏈路狀態(tài)報告。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性網(wǎng)絡的圖示。
圖12是對應于圖11網(wǎng)絡的拓撲更新表。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的具有失效節(jié)點的示例性網(wǎng)絡的圖示。
圖14是用于圖13所示網(wǎng)絡的已修改的鏈路狀態(tài)報告表。
圖15是第一級鏈路恢復之后的圖13網(wǎng)絡的圖示。
圖16是用于圖15所示網(wǎng)絡的拓撲更新表。
圖17是第二級鏈路恢復之后的圖13網(wǎng)絡的圖示。
圖18是用于圖17所示網(wǎng)絡的鏈路狀態(tài)表。
圖19是用于圖17所示網(wǎng)絡的拓撲更新表。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的使用RTS/CTS消息的多路訪問控制的圖示。
圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的數(shù)據(jù)包傳遞流程的流程圖。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的簇ID分配的第一示例的交互圖。
圖23是對應于圖22的網(wǎng)絡的圖示。
圖24是簇ID分配的第二示例的交互圖。
圖25是對應于圖24的網(wǎng)絡的圖示。
圖26是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的簇ID分配的第三示例的交互圖。
圖27是對應于圖26的網(wǎng)絡的圖示。
圖28是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的簇ID分配的第四示例的交互圖。
圖29是對應于圖28的網(wǎng)絡的圖示。
圖30是示例性網(wǎng)絡的交互圖。
圖31是對應于圖30所示網(wǎng)絡的網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告。
圖32是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性網(wǎng)絡的圖示。
圖33是對應于圖32所示網(wǎng)絡的網(wǎng)絡拓撲更新表。
圖34是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的說明網(wǎng)絡冗余的示例性網(wǎng)絡的圖示。
圖35是對應于圖34所示網(wǎng)絡的已修改的網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告。
圖36是對應于圖34所示網(wǎng)絡的已修改的網(wǎng)絡拓撲更新表。
圖37是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示出了邊界節(jié)點的示例性多簇網(wǎng)絡的圖示。
圖38示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“你好”(HELLO)消息的結(jié)構(gòu)。
圖39示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“連接請求”(CONNECTION REQUEST)消息的結(jié)構(gòu)。
圖40示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“連接響應”(CONNECTION RESPONSE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖41示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“節(jié)點ID請求”(NODE ID REQUEST)消息的結(jié)構(gòu)。
圖42示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“節(jié)點ID響應”(NODE ID RESPONSE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖43示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“斷開連接請求”(DISCONNECTION REQUEST)消息的結(jié)構(gòu)。
圖44示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“斷開連接響應”(DISCONNECTION RESPONSE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖45示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“鏈路狀態(tài)報告”(LINK-STATE REPORT)消息的結(jié)構(gòu)。
圖46示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“拓撲更新”(TOPOLOGY UPDATE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖47示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“網(wǎng)絡連接請求”(NETWORK CONNECTION REQUEST)消息的結(jié)構(gòu)。
圖48示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“網(wǎng)絡連接響應”(NETWORK CONNECTION RESPONSE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖49示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“簇ID請求”(CLUSTER ID REQUEST)消息的結(jié)構(gòu)。
圖50示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“簇ID響應”(CLUSTER ID RESPONSE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖51示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“網(wǎng)絡斷開連接請求”(NETWORK DISCONNECTION REQUEST)消息的結(jié)構(gòu)。
圖52示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“網(wǎng)絡斷開連接響應”(NETWORK DISCONNECTION RESPONSE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖53示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告”(NETWORK LINK-STATE REPORT)消息的結(jié)構(gòu)。
圖54示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“網(wǎng)絡拓撲更新”(NETWORK TOPOLOGY UPDATE)消息的結(jié)構(gòu)。
圖55示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“請求發(fā)送(RTS)”(REQUEST TO SEND(RTS))消息的結(jié)構(gòu)。
圖56示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性“清除發(fā)送(RTS)”(CLEAR TO SEND(RTS))消息的結(jié)構(gòu)。
圖57示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的用于簇內(nèi)通信的示例性“應答”(ACKNOWLEDGEMENT(ACK))的結(jié)構(gòu)。
圖58示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的用于簇間通信的示例性“應答”(ACKNOWLEDGEMENT(ACK))的結(jié)構(gòu)。
圖59示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性簇內(nèi)數(shù)據(jù)(DATA)幀的結(jié)構(gòu)。
圖60示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的示例性簇間數(shù)據(jù)(DATA)幀的結(jié)構(gòu)。
圖61說明了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的具有多種類型的固定節(jié)點、移動節(jié)點和控制節(jié)點的示例性網(wǎng)絡。
圖62～65說明了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的可由移動節(jié)點使用的多個示例性連接腳本。
圖66～67說明了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的移動節(jié)點的示例性連接請求。
圖68說明了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的使移動節(jié)點關聯(lián)到網(wǎng)絡的方法的流程圖。
圖69是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例說明了移動節(jié)點的移動與重新關聯(lián)相一致的網(wǎng)絡示圖，圖68說明了用于使移動節(jié)點關關聯(lián)到網(wǎng)絡的方法的流程圖。
圖70說明了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的使移動節(jié)點重新關聯(lián)到網(wǎng)絡的方法的流程圖。
圖71～74是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的移動節(jié)點和其連接節(jié)點之間的不同通信模式的時間線圖示，圖68說明了用于使移動節(jié)點關聯(lián)到網(wǎng)絡的方法的流程圖。
圖75是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的網(wǎng)絡的節(jié)點的功能框圖，圖68說明了用于使移動節(jié)點關聯(lián)到網(wǎng)絡的方法的流程圖。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明易于受到許多不同形式的實施例的影響，但是在附圖中示出了一個或者多個具體的實施例，并且此處將對其進行詳細描述，同時應理解，本公開內(nèi)容未被認為是本發(fā)明的原理的示例，并且其目的不在于將本發(fā)明限制于所示和所述的具體的實施例。在下面的描述中，相似的數(shù)字用于描述附圖中數(shù)個示圖中的相同的、相似的或者對應的部分。
自組織網(wǎng)絡和相關的路由協(xié)議用于一個或者多個自組織網(wǎng)絡的形成、維護和通信，同時該通信網(wǎng)絡的特征在于多個節(jié)點與至少一個控制節(jié)點通信，并且通過控制網(wǎng)絡節(jié)點之間的形成、維護和消息路由中的一個或者多個填充該通信網(wǎng)絡。自組織通信網(wǎng)絡可以是無線的，并且無線網(wǎng)絡自身特別適于使用大量的低功率的、低成本的節(jié)點或者通信設備。因此網(wǎng)絡的節(jié)點通常包括大量的網(wǎng)絡節(jié)點(NN)或者設備，其不頻繁地移動，通常是固定的，即非移動的網(wǎng)絡節(jié)點。然而，當它們移動時，它們的邏輯地址信息，即在網(wǎng)絡中相對于其他網(wǎng)絡節(jié)點或設備的位置，也可能變化。其他環(huán)境也可能引起它們的邏輯信息發(fā)生變化，諸如節(jié)點或者鏈路失效，這是因為該事件將引起NN的分層或者邏輯位置相對于網(wǎng)絡發(fā)生變化。
網(wǎng)絡節(jié)點還可以是移動節(jié)點——在網(wǎng)絡中自由改變物理位置的節(jié)點。移動節(jié)點(MN)可以頻繁地物理地和/或功能地移入并移出網(wǎng)絡，諸如物理地從網(wǎng)絡的一個部分移動到另一個部分、關閉、電池備用電源耗盡等等。根據(jù)本發(fā)明，由于多種原因移動節(jié)點在網(wǎng)絡中移來移去或者進入(關聯(lián))和離開(斷開關聯(lián))網(wǎng)絡，因而與NN不同，該移動節(jié)點不改變邏輯地址信息。因此它們可以在它們的靜態(tài)地址中保留它們的初始邏輯信息，如將描述的，其可以以MN的MAC地址的某種形式固定到MN，或者通過控制節(jié)點將其指定為靜態(tài)網(wǎng)絡地址。
MN以靜態(tài)地址的形式保留其初始邏輯信息是有利的。由于MN(也可以是NN的情況)可以是具有有限的存儲容量和電源容量的低功耗、低成本的設備，因此可以略微減小用于獲得新的邏輯信息所需的另外的計算量和控制消息傳遞量。該減少隨即轉(zhuǎn)變?yōu)閷σ苿庸?jié)點電源壽命的直接的節(jié)約，對于NN也有近似效果。
除了上文所述，具有MN或者具有同MN進行通信的能力的通信網(wǎng)絡能夠支持MN和網(wǎng)絡的其他類型的設備/節(jié)點之間的不同類型的通信。使用關于MN的連接節(jié)點或者代理節(jié)點允許通過其連接節(jié)點傳遞供MN使用的消息。不論該消息是組播(multicast)、廣播(broadcast)還是點播(unicast)消息，其把MN和NN作為其指定接收者或者把全部MN作為其指定接收者，均應用該過程，并且通過確定與網(wǎng)絡的MN相關的唯一地址，有助于應用該過程。
所謂的簇網(wǎng)絡是一種用于在具有NN和MN的通信網(wǎng)絡中形成、維護和支持通信的方法；下面將對其進行詳細地描述。應當理解，也可以使用其它類型的自組織網(wǎng)絡，并且其也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。除了簇網(wǎng)絡協(xié)議，其他的協(xié)議可以依賴邏輯主干架構(gòu)、分層樹狀結(jié)構(gòu)或者支持固定網(wǎng)絡節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信的其他技術。
簇網(wǎng)絡的形成和維護簇-樹狀協(xié)議是用于無線ad-hoc網(wǎng)絡的邏輯鏈路和網(wǎng)絡層的協(xié)議。在一個實施例中，該協(xié)議使用鏈路狀態(tài)包形成單簇網(wǎng)絡或者可能更大的簇-樹狀網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡主要是自組織的，并且支持網(wǎng)絡冗余，用以獲得一定程度的抗故障和自修復。
根據(jù)自組織的方式，節(jié)點選擇簇頭并且形成簇，其將在下文得到描述。在簇形成過程中，簇頭向每個成員節(jié)點分配唯一的節(jié)點ID。
自展開的簇使用指定設備(Designated Device)相互連接。該指定設備是具有高的計算能力和大的存儲空間的特殊節(jié)點；在某些應用中，其也可以是網(wǎng)絡同因特網(wǎng)之間的網(wǎng)關。指定設備向每個簇分配唯一的簇ID。
在實施例中，網(wǎng)絡包括一個或者多個簇，每個簇具有簇頭和多個成員節(jié)點。首先描述單個簇的形成和操作。隨后描述多簇網(wǎng)絡。每個節(jié)點由存儲在存儲器、專用集成電路、數(shù)字信號處理器或者等效設備中的計算機程序進行引導。每個節(jié)點具有用于接收數(shù)據(jù)的輸入端和用于傳送數(shù)據(jù)的輸出端。
單簇網(wǎng)絡簇形成過程簇形成過程開始于選擇簇頭，簇中的第一個節(jié)點。選擇了簇頭之后，簇頭展開與其他成員節(jié)點連接的鏈路以形成簇。
在圖1中說明了選擇簇頭的一個示例。在節(jié)點開啟后，其作為常規(guī)的網(wǎng)絡節(jié)點進行操作，并且收聽和搜索來自其他節(jié)點的“你好”消息。(“你好”消息是確認傳送節(jié)點的簡單的廣播消息。)如果節(jié)點在第一時間周期中(例如，1～30秒)未接收到任何“你好”消息，則其作為簇頭進行操作并且向其鄰居發(fā)送出“你好”消息。新的簇頭等待來自相鄰節(jié)點的響應，其等待第二時間周期，例如2～60秒。如果沒有接收到連接請求，則該節(jié)點返回，作為常規(guī)的網(wǎng)絡節(jié)點進行操作，并且重新收聽。
其他用于選擇簇頭的方法是可能的?？梢曰诿總€節(jié)點的存儲的/計算的參數(shù)、同樣的傳送范圍、電源容量、計算能力或者位置信息來選擇簇頭。在選擇作為簇頭(CH)的節(jié)點之后，該節(jié)點廣播周期性的“你好”消息，其包含一部分簇頭MAC(多路訪問控制)地址和表示簇頭的節(jié)點ID(例如0)。這示出在圖2中?，F(xiàn)在參考圖2，接收該“你好”消息的節(jié)點向簇頭發(fā)送“連接請求”消息。當簇頭接收到“連接請求”時，其向該節(jié)點回復“連接響應”消息，該消息包含該節(jié)點的節(jié)點ID。節(jié)點ID在簇中可以是唯一的，并且簇頭有責任為其成員節(jié)點分配和管理唯一的節(jié)點ID。分配了節(jié)點ID的節(jié)點向簇頭答復“ACK(應答)”消息。在每個消息交換都結(jié)束后，兩個節(jié)點相互設為父節(jié)點或者子節(jié)點。每個節(jié)點保存有鄰居列表，其包括父節(jié)點和子節(jié)點的列表。具體地，簇頭將其鄰居列表中新加入的節(jié)點指明為子節(jié)點，并且新節(jié)點將簇頭指明為父節(jié)點。在該時刻建立簇頭和成員節(jié)點之間的鏈路。
如果所有的節(jié)點均位于該簇頭的范圍中，則連接拓撲變成星形，如圖3所示，并且每個成員節(jié)點通過一個跳躍連接到簇頭。在實施例中，簇中節(jié)點的最大數(shù)目是254，其包括簇頭。如果使用具有N位的節(jié)點地址，則節(jié)點的最大數(shù)目是2N-2。管理員或者制造商可以限制節(jié)點特征，用以僅支持單點跳躍簇。
當每個節(jié)點支持多個連接時，簇可以擴展為多點跳躍結(jié)構(gòu)。盡管網(wǎng)絡延時增加，但是可以增加一個簇的覆蓋范圍。在圖4中描述了多點跳躍的簇設置程序。在節(jié)點B建立了同簇頭的鏈路之后，其開始中繼來自簇頭的“你好”消息。當節(jié)點C從節(jié)點B獲得消息時，其向節(jié)點B發(fā)送“連接請求”消息。節(jié)點B向簇頭請求用于節(jié)點C的新的節(jié)點ID。當節(jié)點B從簇頭接收到新的節(jié)點ID時，其向節(jié)點C發(fā)送“連接響應”消息。然后節(jié)點C接收該消息并且回答“ACK”消息。在此消息交換之后，節(jié)點C將節(jié)點B設置為其父節(jié)點，節(jié)點B將節(jié)點C設置為其子節(jié)點，并且簇頭將節(jié)點C設置為節(jié)點B的子節(jié)點。然后節(jié)點C開始向其鄰居中繼“你好”消息以聲明其自身。
當節(jié)點接收到來自不同節(jié)點的數(shù)個“你好”消息時，存在多種不同的方法用以選擇其將響應的“你好”消息。根據(jù)某些實施例，節(jié)點響應最早的“你好”消息。在另一實施例中，其響應最強的“你好”消息。在該時刻通向簇頭的路徑可能不是理想的。在后面的過程中將優(yōu)化對簇頭的路由。
該擴展過程可以持續(xù)，直到簇頭用盡節(jié)點ID。也可以限制最大的跳躍計數(shù)以減小最大網(wǎng)絡延時。
當簇頭用盡節(jié)點ID時或者簇到達某些其他的定義限制時，簇頭應拒絕來自新節(jié)點的連接請求。為了拒絕連接請求，在“連接響應”消息的目標NID字段中或者在“節(jié)點ID響應”消息的新NID字段中使用臨時NID(例如，NID 254)。
當發(fā)出請求的節(jié)點接收到具有NID 254的“節(jié)點ID響應”消息時，其向新的節(jié)點發(fā)送具有NID 254的“連接響應”消息。
如果新的節(jié)點接收到具有NID 254的“連接響應”，則其存儲簇ID并且暫時停止向?qū)儆谕淮氐墓?jié)點發(fā)送“連接請求”消息。
在圖5中示出了多點跳躍的簇結(jié)構(gòu)的示例。
單簇網(wǎng)絡網(wǎng)絡維護簇頭周期性地向其成員節(jié)點廣播“你好”消息。當這些成員節(jié)點接收到來自簇頭的“你好”消息時，它們也向它們的鄰居發(fā)送“你好”消息用以聲明其自身。每個節(jié)點在它們的鄰居列表中記錄它們的鄰居。通過周期性的“你好”消息更新鄰居列表中的條目。如果節(jié)點條目直到某一超時限制時仍未更新，則其應被除去。在圖6中示出了該過程。
成員節(jié)點可以直接同其鄰居節(jié)點通話。如果節(jié)點希望同其范圍外的節(jié)點通信，則其詢問簇頭或者父節(jié)點，用以向目標中繼消息。
節(jié)點可以從屬于不同簇的節(jié)點接收“你好”消息。在該情況中，節(jié)點將傳送節(jié)點的簇ID(CID)添加到鄰居列表中。圖7中示出了示例性網(wǎng)絡。在圖8中示出了相應的節(jié)點2的鄰居列表。
每個節(jié)點必須向簇頭報告其鏈路狀態(tài)。成員節(jié)點周期性地向簇頭發(fā)送包含其鄰居節(jié)點ID列表的“鏈路狀態(tài)報告”消息。鏈路狀態(tài)報告消息的頻率將由應用的需要和穩(wěn)定性確定。圖9示出了示例性網(wǎng)絡。圖10中示出了由每個節(jié)點發(fā)送的鏈路狀態(tài)報告的列表。
基于“鏈路狀態(tài)報告”消息，簇頭周期性地計算其自身和成員節(jié)點之間的最短路徑，并且通過“拓撲更新”消息將其通知給成員節(jié)點。在圖12中示出了用于圖11所示的網(wǎng)絡的“拓撲更新”報告的示例。
簇頭應選擇具有最小跳躍計數(shù)的路由。如果存在數(shù)個具有相同跳躍計數(shù)的路由，簇頭應將具有最小節(jié)點ID的路由選擇為父節(jié)點，或者使用某些相似的判則來進行選擇。
如果成員節(jié)點接收到“拓撲更新”消息，即不同的父節(jié)點鏈接到該節(jié)點，則其將父節(jié)點改變?yōu)橄⒅兴付ǖ母腹?jié)點。成員節(jié)點還記錄其子節(jié)點以及在該時刻在樹中低于該節(jié)點的節(jié)點。除了節(jié)點與它們的鄰居直接通信的情況外，簇中的節(jié)點主要通過父節(jié)點與其他的節(jié)點通信。拓撲更新的周期取決于鏈路狀態(tài)報告周期。
如果成員節(jié)點具有故障并且變得不能進行通信，則將重新配置簇的樹狀路由。在圖13所示的簇中，節(jié)點2具有故障并且停止通信。在圖14中示出了相應的鏈路狀態(tài)報告的已修改的表格。由于節(jié)點2、7、8和10不能發(fā)送鏈路狀態(tài)報告，所以簇頭通過其他的鏈路狀態(tài)信息計算新的路由。通過第一個“拓撲更新”消息，節(jié)點7建立同節(jié)點3的新的連接，如圖15所示。在圖16中示出了相應的拓撲更新報告。在“拓撲報告”和“更新”的下一個周期中，構(gòu)建節(jié)點8和10使之連接到節(jié)點7。在圖17中示出了最終網(wǎng)絡。在圖18中示出了相應的鏈路狀態(tài)報告，并且在圖19中示出了相應的拓撲更新。
當簇頭具有故障時，停止分發(fā)“你好”消息，并且所有的成員節(jié)點了解到它們失去了簇頭。成員節(jié)點失去它們的節(jié)點ID和與父/子節(jié)點的連接。然后使用與簇形成過程相同的方法重新配置簇。
單簇網(wǎng)絡簇內(nèi)通信在多路訪問控制中存在多種選擇。一個是CSMA/CA(載波偵聽多路訪問/避免沖突)；另一個是純粹的ALOHA(其中消息在任何時刻發(fā)送，并且如果消息未接收到，則重新發(fā)送)。在CSMA/CA選擇中，使用RTS(請求發(fā)送)/CTS(清除發(fā)送)消息?，F(xiàn)在參考圖20，當節(jié)點希望向其他的節(jié)點發(fā)送包時，其首先發(fā)送RTS并且然后等待CTS。在接收到RTS后，接收節(jié)點發(fā)送CTS幀用以確認發(fā)送節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀的權(quán)利。該程序減少了由隱藏節(jié)點引起的沖突的機會。
接收無誤幀的節(jié)點可以向發(fā)送節(jié)點發(fā)送ACK幀用以確認幀的成功接收。
當節(jié)點希望向其他節(jié)點發(fā)送包時，即在其希望點播消息時，其將其的節(jié)點ID設置在包中的源NID字段，并且將其目標節(jié)點ID設置在目標NID字段中。如果節(jié)點未針對其鄰居中的一個進行發(fā)送，并且如果目標節(jié)點在樹中處于源下面，則源節(jié)點將其子節(jié)點ID設置在接收NID字段中，并且要求其子節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到目標。如果源未針對其鄰居中的一個進行發(fā)送，并且如果目標節(jié)點未處于源分枝的下面，則源將其父節(jié)點ID設置在接收NID字段中并且向其父節(jié)點發(fā)送包。由于其更新了接收和傳送NID字段，因此每個中間節(jié)點應向目標節(jié)點中繼包。
除了最后一個跳躍以外，包沿樹狀拓撲路由。如果目標節(jié)點在樹狀結(jié)構(gòu)中處于發(fā)送節(jié)點下面，則包沿分枝傳遞到目標。否則，包沿樹狀結(jié)構(gòu)向上傳播并且尋找目標。如果中間節(jié)點在其鄰居列表中具有目標節(jié)點，則包在樹狀路由之外進行路由。
當節(jié)點接收到點播消息時，接收節(jié)點應向傳送節(jié)點回復ACK消息。在圖21中描述了包傳遞過程的細節(jié)。參考圖21中的流程圖，接收節(jié)點在框120處接收包。在判決框122處，執(zhí)行檢查以確定“簇頭ID”是否同簇的簇頭ID相匹配。如果“簇頭ID”是不同簇的簇頭ID，則在框124處丟棄該包。如果“簇頭ID”是當前簇的簇頭ID，則流程繼續(xù)進行到判決框126。在判決框126處，檢查幀類型。如果幀類型沒有指出該包包含數(shù)據(jù)，則包被傳遞到框128處的不同的處理。如果幀類型指出該包包含數(shù)據(jù)，則流程繼續(xù)進行到判決框130，其中執(zhí)行檢查以確定“節(jié)點ID”是否是當前節(jié)點的ID。如果該ID是另一節(jié)點的ID，則流程繼續(xù)進行到框124，并且丟棄該包。如果ID表明這是一個廣播消息，則流程繼續(xù)進行到框132，其中接受該包。在判決框134處檢查“源節(jié)點ID”。如果“源節(jié)點ID”是父節(jié)點的ID，則包在框136處傳遞，否則不采取進一步的操作，如框138所指出的。返回判決框130，如果“接收節(jié)點ID”是接收節(jié)點的ID，則流程繼續(xù)進行到框140，并且檢查“目標設備ID”。如果“目標設備ID”與接收節(jié)點的ID匹配，則在框142處接受該包，并且在框144處發(fā)送應答(ACK)消息。如果“目標設備ID”與接收節(jié)點的ID不匹配，則在框146處更新包中的RNID字段，在框148處傳遞該包，并且在框150處發(fā)送應答(ACK)消息。
簇中的廣播消息通過簇頭進行發(fā)送，并且通過所有的成員節(jié)點進行傳遞。接收節(jié)點不應針對廣播消息回復ACK消息。成員節(jié)點應傳遞該廣播消息，該廣播消息是通過其父節(jié)點發(fā)送的，用以避免不止一次地傳遞相同的包。
根據(jù)包分段規(guī)則，大的包可以分成數(shù)個包進行發(fā)送。
簇間網(wǎng)絡現(xiàn)在描述多簇網(wǎng)絡形成的實施例和隨后的簇間的通信。
為了形成多簇網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡中需要指定設備。該指定設備在網(wǎng)絡中扮演重要的角色。其有責任向每個簇頭分配唯一的簇ID。該簇ID，與簇頭在簇中分配給每個節(jié)點的節(jié)點ID組合，形成了邏輯地址，并且該簇ID被用于路由包。指定設備的另一任務是計算從簇到指定設備的最短路由，并且將其通知給網(wǎng)絡中的所有節(jié)點。
簇間網(wǎng)絡網(wǎng)絡形成過程由于簇ID(CID)和節(jié)點ID(NID)的組合，所以每個節(jié)點是唯一的。NID是由每個簇頭(CH)分配的，并且指定設備(DD)在多簇網(wǎng)絡形成的早期階段為每個簇分配了唯一的CID。
現(xiàn)在參考圖22示出的交互圖，當DD加入到網(wǎng)絡中時，其起到簇0的簇頭的作用，并且開始向鄰居發(fā)送“你好”消息。如果CH接收到該消息，則其發(fā)送“連接請求”消息并且加入簇0。此后，CH向DD請求CID。在該情況中，CH是具有兩個邏輯地址的邊界節(jié)點。一個是關于簇0的成員節(jié)點的，而另一個是關于簇頭的。當CH獲得新的CID時，其通過發(fā)送“你好”消息通知其成員節(jié)點。在圖23中示出了相應的網(wǎng)絡。
參考圖24，如果成員節(jié)點從DD接收到了“你好”消息，則其將CID 0添加到其鄰居列表中并且向其CH報告。所報告的CH將該成員節(jié)點選擇為關于其父簇的邊界節(jié)點，并且向成員節(jié)點發(fā)送“網(wǎng)絡連接請求”消息以建立同DD的連接。邊界節(jié)點請求連接，并且作為簇0的成員節(jié)點加入到簇0中。然后其向DD發(fā)送“CID請求”消息。在“CID響應”消息到達后，邊界節(jié)點向CH發(fā)送包含新的CID的“網(wǎng)絡連接響應”消息。當CH獲得新的CID時，其通過“你好”消息通知其成員節(jié)點。在圖25中示出了相應的設備。
不與簇0相鄰的簇使用中間簇獲得CID。與上文相同，可以考慮兩種情況。如圖26所示交互圖和圖27所示網(wǎng)絡，一種情況是，其中CH變成關于其父簇的邊界節(jié)點。如圖28所示交互圖和圖29所示的相應的網(wǎng)絡，另一種情況是，其中CH將成員節(jié)點指定為關于其父簇的邊界。在兩種情況中，過程是由包含從1到253的CID的“你好”消息觸發(fā)的，取代了來自DD的“你好”。
簇的每個成員節(jié)點記錄其父簇、子簇/下面的簇以及與父簇和子簇均關聯(lián)的邊界節(jié)點ID。DD存儲簇的整個樹狀結(jié)構(gòu)。
簇間網(wǎng)絡網(wǎng)絡維護盡管簇在CID分配程序中形成了初始的樹狀拓撲，但是其可能不是最優(yōu)的樹狀結(jié)構(gòu)，并且該樹狀結(jié)構(gòu)可能因節(jié)點的失效而變化。簇使用簇鏈路狀態(tài)信息來計算優(yōu)化路由，并且周期性地更新它們的拓撲用于網(wǎng)絡冗余。
每個簇向DD報告其鏈路狀態(tài)信息。簇頭周期性地向DD發(fā)送包含其鄰居簇ID列表的“網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告”消息。在圖30中示出了示例性的網(wǎng)絡，并且在圖31中示出了相應的鏈路狀態(tài)報告。
基于“網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告”消息，DD周期性地計算優(yōu)化的樹狀路由，并且發(fā)送“網(wǎng)絡拓撲更新”消息以通知從DD到簇的最新路由。在圖32中示出了示例性的網(wǎng)絡，并且在圖33中示出了相應的網(wǎng)絡拓撲更新。DD選擇具有最小跳躍計數(shù)的路由。如果存在數(shù)個具有相同跳躍計數(shù)的路由，則DD應選擇父簇具有最小CID的簇，或者使用某些其他的功能規(guī)則作為判決關系。
如果簇頭接收到“網(wǎng)絡拓撲更新”消息并且確定不同的父簇鏈接到該簇，則其將父簇改變?yōu)樵撓⒅兄赋龅母复?。簇中的所有?jié)點應存儲其父簇，子簇/下面的簇和該時刻的邊界節(jié)點的NID。
當網(wǎng)絡中發(fā)生故障時，簇可以尋找到DD的可替換的路由。通過使用上文所解釋的消息獲得了該特征。
在圖34所示的示例性網(wǎng)絡中，在簇1中出現(xiàn)了問題。圖35所示的來自簇1和3的“網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告”消息未能到達DD。來自簇3的鏈路狀態(tài)報告未能到達是由于其通過失效的簇鏈接到DD。來自簇2的鏈路狀態(tài)報告不再指出到簇1的鏈路。DD廣播新的“網(wǎng)絡拓撲更新”消息，如圖36所示，并且指示簇3將其父簇切換到簇4。
可以預備備用指定設備(BDD)以防止因DD故障導致的網(wǎng)絡停機。一個示例是，BDD通過有線或者無線網(wǎng)絡連接到DD，并且周期性地復制來自DD的簇ID列表和網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)信息。當BDD檢測到DD失效時，其立刻接管DD的任務。其他的解決方案是可行的，以實現(xiàn)BDD。
簇間通信通過路由實現(xiàn)簇間通信。邊界節(jié)點起到連接簇的路由器的作用，并且在簇間中繼包。在圖37中示出了示例性的具有邊界節(jié)點的多簇網(wǎng)絡。
每個節(jié)點了解其父簇、子簇/下面的簇和邊界節(jié)點ID。當簇發(fā)送點播消息(到特定節(jié)點的消息)時，接收節(jié)點可以決定應在何處發(fā)送/傳遞包。當邊界節(jié)點接收到包時，其檢查目標地址，然后傳遞到相鄰簇中的下一個邊界節(jié)點或者傳遞到簇中的目標節(jié)點。
僅有DD可以廣播消息，這是通過向其網(wǎng)絡中的所有節(jié)點發(fā)送消息來進行的。該消息沿簇的路由傳遞。邊界節(jié)點應從父簇向子簇傳遞廣播包。
下面更加詳細地描述了本發(fā)明的網(wǎng)絡的示例性的實現(xiàn)方案。
地址規(guī)劃下面描述示例性的地址規(guī)劃。
每個節(jié)點分配有16位邏輯地址，其包括簇ID(CID)和節(jié)點ID(NID)。
簇ID指定設備為簇分配唯一的8位簇ID。CID 255意味著所有的簇，并且用于廣播消息。
表1 簇ID

節(jié)點ID簇頭向其成員節(jié)點分配唯一的8位節(jié)點ID。簇頭使用NID 0。NID255用于廣播，并且254用于臨時用途。
表2 節(jié)點ID

幀結(jié)構(gòu)下面描述用于簇間通信的不同包類型的實施例。
幀類型定義6位字段用于幀類型。最初2位定義功能類，并且后面的4位指出具體的功能。
表3 幀類型

管理幀簇內(nèi)管理幀圖38示出了“你好”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖38，CH DID表示簇頭設備ID，其是簇頭MAC地址的一部分。該字段用于確定發(fā)送節(jié)點是否屬于相同的節(jié)點簇。TNID表示發(fā)送節(jié)點ID發(fā)送包的源節(jié)點/中間節(jié)點的節(jié)點ID。TCID表示發(fā)送簇ID，即發(fā)送者的簇ID。在分配CID之前，簇頭使用臨時CID 254。
圖39示出了“連接請求”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖39，CH DID表示作為簇頭MAC地址的一部分的簇頭設備ID，其是新節(jié)點所希望加入的。Dst NID表示目標節(jié)點ID，即新節(jié)點請求連接的節(jié)點ID，并且Src DID表示源設備ID源節(jié)點MAC的一部分。
圖40示出了“連接響應”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖40，CH DID表示簇頭設備ID。Src NID表示源節(jié)點ID，即新節(jié)點請求連接的節(jié)點ID。Dst DID是目標設備ID，并且是“連接請求”消息的Src DID字段的復本。New NID表示新節(jié)點ID，其是分配給請求節(jié)點的新的節(jié)點ID。當被請求的節(jié)點拒絕了請求時，其將254賦給該字段。
圖41示出了“節(jié)點ID請求”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖41，CH DID表示簇頭設備ID，而RNID表示接收節(jié)點ID，即應接收包的目標節(jié)點/中間節(jié)點的節(jié)點ID。Src NID表示源節(jié)點ID，即新節(jié)點請求連接的節(jié)點ID。New Node DID表示新節(jié)點設備ID。其是“連接請求”消息的Src DID字段的復本。
圖42示出了“節(jié)點ID響應”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖42，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，Dst NID表示目標節(jié)點ID，且New Node DID表示新節(jié)點設備ID。該New Node DID是“簇ID請求”消息的New Node DID字段的復本。New NID表示新節(jié)點ID，即是分配給新節(jié)點的節(jié)點ID。當簇頭拒絕了請求時，其將254賦給該字段。
圖43示出了“斷開連接請求”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖43，CH DID表示簇頭設備ID，而Src NID表示源節(jié)點ID(請求節(jié)點的節(jié)點ID)。
圖44示出了“斷開連接響應”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖44，CH DID表示簇頭設備ID，而Dst NID表示目標節(jié)點ID。
圖45示出了“鏈路狀態(tài)報告”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖45，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，而Src NID表示源節(jié)點ID。Length 1表示NID字段的數(shù)目，而Length 2表示CID字段的數(shù)目。NID#n是鄰居節(jié)點#n的標識符。CID#m是鄰居簇#m的標識符。
圖46示出了“拓撲更新”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖46，CH DID表示簇頭設備ID，Length 1表示NID字段的數(shù)目，而Length 2表示CID字段的數(shù)目。NID#n是成員節(jié)點#n的標識符。Parent NID是父節(jié)點ID，即在前面字段中為成員節(jié)點#n指定的父節(jié)點的ID。CID #m是鄰居簇#m的標識符。Border NID是邊界節(jié)點ID在前面字段中為簇#m指定的邊界節(jié)點的ID。
簇間管理幀圖47示出了“網(wǎng)絡連接請求”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖47，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，而Dst NID表示目標節(jié)點ID。CID表示邊界節(jié)點應與其設置連接的簇ID。
圖48示出了“網(wǎng)絡連接響應”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖48，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，而Src NID是源節(jié)點ID，即邊界節(jié)點的節(jié)點ID。New CID是新簇ID，其是由指定設備分配給簇頭的。
圖49示出了“簇ID請求”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖49，CH DID表示簇頭設備ID，RNID是接收節(jié)點ID，而Src CID是源簇ID，即邊界節(jié)點的簇ID。Src NID是源節(jié)點ID。
圖50示出了“簇ID響應”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖50，CH DID表示簇頭設備ID。RNID表示接收節(jié)點ID，即應接收包的目標節(jié)點/中間節(jié)點的節(jié)點ID。Dst CID是目標簇ID，即被請求新CID的邊界節(jié)點的簇ID。Dst NID是目標節(jié)點ID，即被請求新CID的邊界節(jié)點的節(jié)點ID。New CID是指定設備分配的新簇ID。
圖51示出了“網(wǎng)絡斷開連接請求”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖51，CH DID表示簇頭設備ID。RNID表示接收節(jié)點ID，而Dst NID表示目標節(jié)點ID。CID是邊界節(jié)點應斷開連接的簇ID。
圖52示出了“網(wǎng)絡斷開連接響應”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖52，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，Src NID表示源節(jié)點ID，而CID表示邊界節(jié)點已與其斷開連接的簇ID。
圖53示出了“網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)報告”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖53，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，而Src NID表示源節(jié)點ID。Length 1表示CID字段的數(shù)目，而CID#n表示鄰居簇的標識符。
圖54示出了“網(wǎng)絡拓撲更新”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖54，CH DID表示簇頭設備ID，Length 1表示CID和其父簇CID字段的數(shù)目。CID#n表示存在于網(wǎng)絡中的簇ID的標識符。Parent CID是在前面字段中為簇#n指定的父簇ID。
控制幀圖55示出了“RTS”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖55，CH DID表示簇頭設備ID。Duration字段的值是，發(fā)送節(jié)點所需用于傳送數(shù)據(jù)幀、一個CTS幀、一個ACK幀和三個幀間間隔的時間總和。RNID表示接收節(jié)點ID，而TNID表示傳送節(jié)點ID。
圖56示出了“CTS”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖56，CH DID表示簇頭設備ID。Duration是前面RTS幀的Duration減去所需用于傳送CTS幀的時間和一個幀間間隔。RNID表示接收節(jié)點ID，而TNID表示傳送節(jié)點ID。
圖57示出了用于簇內(nèi)通信的“ACK”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖57，CH DID表示簇頭設備ID，而RNID表示接收節(jié)點ID，即應接收包的目標節(jié)點/中間節(jié)點的節(jié)點ID。Dst NID表示目標節(jié)點ID，而Src NID表示源節(jié)點ID。
圖58示出了用于簇間通信的“ACK”消息的結(jié)構(gòu)。參考圖58，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID，Dst CID表示目標簇ID，而Dst NID表示目標節(jié)點ID。Src CID表示源簇ID，而Src NID表示源節(jié)點ID。
數(shù)據(jù)幀圖59示出了簇內(nèi)數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)。CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID(應接收包的目標節(jié)點/中間節(jié)點的節(jié)點ID)，而DstNID表示目標節(jié)點ID。Src NID是源節(jié)點ID，而Payload表示數(shù)據(jù)本身。
具有ACK的簇內(nèi)數(shù)據(jù)幀除了Frame Type(幀類型)字段外，具有同簇內(nèi)數(shù)據(jù)幀相同的結(jié)構(gòu)。
圖60示出了簇間數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)。參考圖60，CH DID表示簇頭設備ID，RNID表示接收節(jié)點ID(應接收包的目標節(jié)點/中間節(jié)點的節(jié)點ID)，Dst CID表示目標簇ID，而Dst NID表示目標節(jié)點的節(jié)點ID。Src CID表示源簇的簇ID，Src NID表示源節(jié)點ID，而Payload表示數(shù)據(jù)本身。
具有ACK的簇間數(shù)據(jù)幀除了Frame Type(幀類型)字段外，具有同簇間數(shù)據(jù)幀相同的結(jié)構(gòu)。
通信網(wǎng)絡中的移動節(jié)點移動節(jié)點的關聯(lián)和斷開關聯(lián)/重新定位加入網(wǎng)絡的移動節(jié)點(MN)不需要經(jīng)歷NN所必須經(jīng)歷的網(wǎng)絡加入程序，其中該網(wǎng)絡可能是或者可能不是剛才所述的簇網(wǎng)絡，該移動節(jié)點具有同至少一個控制節(jié)點進行通信的多個相對靜止的(固定的)節(jié)點。這是因為與NN不同，MN的邏輯信息不取決于MN在網(wǎng)絡中的分層位置或者邏輯位置。MN不是分層樹狀網(wǎng)絡的一部分，并且不必將信息路由至網(wǎng)絡的其他節(jié)點。這樣，由于MN與網(wǎng)絡關聯(lián)或者(通過在網(wǎng)絡中斷開關聯(lián)并且隨后使其自身重新關聯(lián))改變它們在網(wǎng)絡中的地理位置，所以使MN獲得新的邏輯網(wǎng)絡標識符是不可行的。作為替代，向MN分配“靜態(tài)地址”，其是可以與MN綁定的設備專用標識符，即使MN改變在網(wǎng)絡中的地理位置。
MN通過稱為連接節(jié)點的管道或者代理節(jié)點連接到網(wǎng)絡。連接節(jié)點是常規(guī)的節(jié)點，諸如NN或者控制節(jié)點，通過該連接節(jié)點MN獲得了對網(wǎng)絡的邏輯主干的訪問。許多不同的網(wǎng)絡節(jié)點類型可以用作用于一個或者多個連接節(jié)點的連接節(jié)點；在不同的邏輯設備類型中，可用于能夠支持MN操作的通信網(wǎng)絡中的類型是網(wǎng)關節(jié)點、網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點、簇頭節(jié)點和網(wǎng)絡節(jié)點。盡管可以使用這些類型的邏輯節(jié)點，但是他們不都是必需的。本發(fā)明意義中的網(wǎng)絡包括具有多個NN和至少一個控制節(jié)點的網(wǎng)絡，一個或者多個MN有興趣加入、離開該網(wǎng)絡，或者在該網(wǎng)絡中來回移動等等。有時被稱作根節(jié)點的網(wǎng)關節(jié)點通常是比典型的低功率、低成本的網(wǎng)絡節(jié)點功能更強的設備，或者是這樣的設備，即其具有同所需用于存儲網(wǎng)絡中所有節(jié)點的數(shù)據(jù)庫的資源的接口，并且執(zhí)行相關的位置計算；在需要時其還可以具有同外部電源的接口和同外部高速網(wǎng)絡(例如，以太局域網(wǎng))的接口。網(wǎng)絡的邏輯樹狀結(jié)構(gòu)可以開始于網(wǎng)關節(jié)點。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點作為整個網(wǎng)絡的中心庫進行操作，并且有責任為網(wǎng)絡中其他的網(wǎng)關節(jié)點和簇頭分配地址；網(wǎng)絡中的一個網(wǎng)關節(jié)點將承擔或者被分配了網(wǎng)絡協(xié)調(diào)(NC)的任務。與網(wǎng)關節(jié)點相似，NC將具有處理能力，并且，使用諸如通過網(wǎng)絡接口連接到外部處理器和存儲器的微處理器，NC將具有到外部計算和存儲資源的通路。當然，網(wǎng)關和NC節(jié)點具有一定量的本地存儲能力以及節(jié)點上的計算資源。網(wǎng)絡節(jié)點(NN)是網(wǎng)絡中的大部分節(jié)點，具有低成本、低功率、根本上固定的節(jié)點特性。NN遍及整個環(huán)境中，并且根據(jù)上文所述的自組織能力自動地形成樹狀結(jié)構(gòu)。簇頭節(jié)點是由NC分配的作為新的樹狀結(jié)構(gòu)的根節(jié)點的NN。這允許網(wǎng)絡通過有限數(shù)目的網(wǎng)關節(jié)點覆蓋較廣的字段。與NN不同，預期移動節(jié)點可能定期地在網(wǎng)絡中移動。盡管網(wǎng)絡不支持以移交(handoff)等形式進行的連續(xù)的移動通信，但是MN可以定期與網(wǎng)絡連接(關聯(lián))并且斷開連接(斷開關聯(lián))。這些節(jié)點的位置也可以由網(wǎng)絡進行“跟蹤”。MN、NN和簇頭節(jié)點具有處理能力，其可由，諸如與多個能夠感應環(huán)境特征的傳感器通信的微處理器提供。所有類型的節(jié)點的處理和計算能力使得能夠通過計算機指令(軟件、固件等)執(zhí)行本發(fā)明的方法，該計算機指令由通用計算機或者專用計算機執(zhí)行。
圖61說明了具有數(shù)個不同簇配置的示例性網(wǎng)絡，簇配置由環(huán)繪出?？梢钥吹?，網(wǎng)絡具有至少一個控制節(jié)點；在該示例中，在樹狀分層結(jié)構(gòu)中存在數(shù)個不同的控制節(jié)點，包括兩個簇頭，由小的黑環(huán)表示；存在三個不同的網(wǎng)關節(jié)點，表示為變形的十字；還存在網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點，由星形標志表示。為了討論，控制節(jié)點可以是這些不同類型的控制節(jié)點中的一個或者多個，或者是它們的某中功能組合，控制節(jié)點能夠管理網(wǎng)絡中所具有的MN的加入、維護、離開、移動和消息傳遞。在這種意義上，控制節(jié)點可以是控制功能的代表。在MN希望控制節(jié)點直接用作其連接節(jié)點的情況中，將由控制節(jié)點完成更新網(wǎng)絡的控制功能，使網(wǎng)絡了解通過控制節(jié)點轉(zhuǎn)交發(fā)送給MN的消息。
NN由開環(huán)表示，而MN作為黑盒示出。在分層結(jié)構(gòu)中，可以看到，簇的簇頭可以通過NN與網(wǎng)關節(jié)點通信，其依次連接到網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點。網(wǎng)關節(jié)點可以同其他的網(wǎng)關節(jié)點通信或者直接與網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點通信，這兩種情況均得到說明。簇頭、網(wǎng)關節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點均是本發(fā)明意義中的控制節(jié)點的示例，并且在圖62～65中將其示為黑色的菱形。在本示例中，移動節(jié)點被示出與NN通信；然而，如圖62～65所示，MN也可以連接到其他的網(wǎng)絡設備，只要它們不是其他的MN。
現(xiàn)在參考圖62，網(wǎng)絡具有多個NN，其包括NN1和NN2，還具有移動節(jié)點MN和控制節(jié)點(由黑色菱形表示)。MN連接到(連接到)NN1，其依次連接到控制節(jié)點，另外的具有控制功能的網(wǎng)絡節(jié)點，諸如簇頭節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點或者網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點，能夠在網(wǎng)絡中管理MN的關聯(lián)、斷開關聯(lián)和維護。因此控制節(jié)點可以具有處理和存儲能力。NN1作為MN節(jié)點的連接節(jié)點進行操作。
在圖63中，示出了MN連接到NN1，其依次連接到簇頭。NN1是MN的連接節(jié)點。簇頭通過兩個NN與控制節(jié)點通信。如前面所討論的，該配置中的控制節(jié)點可以是另外的簇頭、網(wǎng)關節(jié)點或者網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點。在圖64中，示出了MN直接與簇頭節(jié)點通信，回避了對NN的連接。在該情況中簇頭節(jié)點作為MN的連接節(jié)點進行操作。簇頭依次連接到控制節(jié)點，諸如另一簇頭、網(wǎng)關節(jié)點或者網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點。在圖65中，MN直接連接到控制節(jié)點，諸如簇頭、網(wǎng)關節(jié)點或者網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點。在該情況中，MN在不干預NN連接的情況下連接到控制節(jié)點。
既然已經(jīng)研究了MN可以加入的或者MN可以成為其一部分的網(wǎng)絡配置的類型，那么現(xiàn)在討論MN加入網(wǎng)絡的實際過程，其被稱為關聯(lián)。MN不是分層樹狀網(wǎng)絡的一部分，并且因此不參與網(wǎng)絡中的信息路由，而是簡單地加入用以發(fā)送和接收消息。因此，它不具有與其相關的可改變的邏輯地址，僅具有靜態(tài)地址用以確認它；由于它們在整個網(wǎng)絡中移動，所以使MN獲得新的邏輯網(wǎng)絡標識符是不可行的。因此MN不需要遵循前文所述的由其他節(jié)點類型所使用的網(wǎng)絡加入程序。
圖68說明了MN關聯(lián)到網(wǎng)絡的過程的流程圖；圖66～67說明了在嘗試加入或者重新嘗試網(wǎng)絡的過程中可由MN發(fā)出的連接請求的類型。在框210中，MN選擇一個節(jié)點，其將作為MN連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點。如圖62～65所示，MN幾乎可以選擇任何類型的節(jié)點作為其連接節(jié)點，包括控制節(jié)點，但是不能選擇另一MN執(zhí)行該功能?？赡艽嬖诤芏嗟臉藴视糜诖_定MN將從數(shù)個與之相鄰的可能的候選者中選擇哪一個非MN作為其連接節(jié)點。作為示例而非限制，這些標準可以包括候選的非MN節(jié)點的接收信號強度的測量結(jié)果；每個不同的候選非MN在網(wǎng)絡的樹狀分層結(jié)構(gòu)中的邏輯位置(即該節(jié)點與分層結(jié)構(gòu)的根有多接近)；候選非MN與該MN的物理接近程度，其有可能是通過使用全球定位系統(tǒng)(GPS)技術確定的；和節(jié)點以某種方式服務于MN以及服務于MN所需時間的感知到的能力，包括節(jié)點的能力儲備、有多少節(jié)點連接到所選節(jié)點和節(jié)點的通信業(yè)務歷史。
需要將MN的“靜態(tài)地址”傳遞到網(wǎng)絡的控制節(jié)點。如將要解釋的，取決于如何對靜態(tài)地址進行設置，該操作可以在MN在其連接請求中將靜態(tài)地址傳遞到所選節(jié)點時開始。
適當?shù)牡刂贩峙鋵τ谶壿嫎錉罹W(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的有效的消息遞送是極為重要的。由于移動節(jié)點使用靜態(tài)選址，因此它們的地址在邏輯樹中可能不是清晰可見的，可以使用與在網(wǎng)絡樹的固定節(jié)點中分送包的方式不同的方式來完成MN的數(shù)據(jù)包路由。MN利用“代理選址”或者“轉(zhuǎn)發(fā)選址”，其中用于MN的消息通過其連接節(jié)點使用相關的連接節(jié)點的邏輯地址路由至MN。連接節(jié)點的邏輯網(wǎng)絡地址在中繼的消息的選址字段中清楚地標示出來，盡管事實上MN是消息的真實發(fā)送者或接收者；因此連接節(jié)點為其所服務的MN扮演了代理的角色。需要維持MN和其連接節(jié)點之間的通信，以確保MN能夠適時地接收消息并通過連接節(jié)點將它們發(fā)出。網(wǎng)絡中的所有消息僅通過非MN節(jié)點進行路由，并不通過MN。
如前面所述，由于MN在整個網(wǎng)絡中移動，所以使MN獲得新的邏輯網(wǎng)絡標識符是不可行的。作為替代，MN具有用于確認它們的“靜態(tài)”地址，其是不需要改變的，即使MN改變在網(wǎng)絡中的地理位置。取決于應用和所使用的移動設備的數(shù)目，MN以不同的方法獲得它們的靜態(tài)地址。MN的靜態(tài)地址可由網(wǎng)絡的控制節(jié)點分配，諸如NC，其被稱為MN的網(wǎng)絡靜態(tài)地址，或者其可以是MN的預先編程的IEEE地址，諸如64位IEEE地址，其被稱為MN的MN靜態(tài)地址。在使用了MN的唯一的MAC物理地址的情況中，地址的尺寸可以變化，96位、64位、48位等是典型的尺寸?；蛘進N靜態(tài)地址可以是截成16位地址的MN的MAC地址，或者可替換地，可以是截成8位地址的MN的MAC地址，其具有特別留出用于移動設備/節(jié)點的唯一的8位CID。在諸如根節(jié)點或者簇頭節(jié)點的控制節(jié)點分配網(wǎng)絡靜態(tài)地址的情況中，控制節(jié)點可以從網(wǎng)絡為MN留出的地址池中選擇。例如，8位CID可以是253，其是保留用于移動設備的，而8位NID可以是0～255。可替換地，網(wǎng)絡靜態(tài)地址可以僅是隨機選擇的ID，諸如16位ID，其中8位CID可以是0～253，254和255保留用于其他功能，而8位NID可以是0～255。
現(xiàn)在參考圖68的框220，MN向所選節(jié)點發(fā)送連接請求。如圖66所示，相比于前面在圖39中示出的NN的連接請求，MN的連接請求更加簡單。包類型、所選節(jié)點的目標地址、源字段和有效負載是由MN向所選節(jié)點傳遞的字段。所選節(jié)點的地址在中繼的消息的選址字段中清楚地標示出來，盡管事實上MN是消息的真實發(fā)送者或接收者。在源字段中，MN可以傳遞關于其自身的連接狀態(tài)信息，諸如其是從未加入過的MN，抑或是使其自身重新加入(重新關聯(lián))到網(wǎng)絡中的MN，等等。該字段可以包括對應于MN適當狀態(tài)的代碼。在該MN是與網(wǎng)絡重新關聯(lián)的MN的情況中，其可以傳達這樣的信息，即如果控制節(jié)點有責任向網(wǎng)絡的MN分配靜態(tài)地址，則需要將靜態(tài)地址分配給該MN。任選地，連接請求可以是關于MN所需用以做出決定的附加信息的詢問，其確定該節(jié)點是否將成為MN的良好的連接節(jié)點。
取決于如何確定MN的靜態(tài)選址，連接請求可能包含也可能不包含MN的靜態(tài)地址。例如，如果MN的靜態(tài)地址是通過節(jié)點制造商或者制造商的某些變化形式給出的其固有的預先編程的MAC地址，諸如MAC地址被截取的部分，則該MN靜態(tài)地址在通信請求中傳遞給目標節(jié)點。如圖67中所示出的情況，其中靜態(tài)地址是在連接請求過程中由MN傳遞給其所選節(jié)點的字段；靜態(tài)地址可以包含在連接請求消息中的有效負載字段，并且該靜態(tài)地址指出，該信息與MN相關并且說明了MN的靜態(tài)地址。該靜態(tài)地址可以是設備自身的物理MAC地址、永不改變的固有標識符，不論MN在網(wǎng)絡中何處移動；此外，靜態(tài)地址可以是物理MAC地址的變化形式，諸如該地址的截取部分。
作為發(fā)送到MN所期望的成為其連接節(jié)點的節(jié)點的連接請求的結(jié)果，所選節(jié)點發(fā)送響應。在判決框230處，如果連接響應是肯定的，意味著該節(jié)點同意成為連接節(jié)點，則流程繼續(xù)進行到框240，其中所選節(jié)點變成MN的連接節(jié)點。在框250處，取決于MN及其連接節(jié)點與網(wǎng)絡的關系，連接節(jié)點通知控制節(jié)點，該控制節(jié)點可以是簇頭節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點或者其他能夠?qū)⑺械挠糜贛N的數(shù)據(jù)業(yè)務路由至其連接節(jié)點的節(jié)點。控制節(jié)點必須了解連接節(jié)點的新的狀態(tài)，使得在框260處，將針對MN的所有消息通過代理發(fā)送到連接節(jié)點。如果在判決框處針對連接請求的響應是否定的，則流程返回到框210，使MN選擇另一候選者以向其發(fā)送連接請求。
一旦MN加入了網(wǎng)絡，其可以在網(wǎng)絡中物理地移動，促使該MN斷開其自身的關聯(lián)并且同另一連接節(jié)點建立連接?，F(xiàn)在參考圖69，可以看到，MN已經(jīng)移動并且不再與NN1相鄰，而是與NN3和NN4更加接近。在該情況中，如所示出的，MN選擇了NN3作為其連接節(jié)點并與其通信。
當MN被移位時，其可以保留其靜態(tài)地址，但是該移位需要放棄其現(xiàn)存的連接節(jié)點轉(zhuǎn)而支持新的連接節(jié)點。作為選擇新的連接節(jié)點的直接結(jié)果，經(jīng)由MN通過發(fā)送的重新關聯(lián)連接請求而進行的初始化，連接節(jié)點將更新具有新的MN關聯(lián)和其本身的網(wǎng)絡。這將保證，關于MN的所有數(shù)據(jù)消息將經(jīng)過新的連接節(jié)點的“轉(zhuǎn)發(fā)”處理，并且將據(jù)此通過新的連接節(jié)點進行路由。甚至在MN改變了其關于網(wǎng)絡的物理位置的情況中，網(wǎng)絡能夠“找到該MN”并且通過連接節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)使消息路由至該MN。當然，MN可能通過相同的連接節(jié)點與網(wǎng)絡重新關聯(lián)，在該情況中不需要MN改變地理位置。
圖70的流程圖300說明了MN在網(wǎng)絡中移動位置時所出現(xiàn)的過程的實施例。在框310處，MN移動到新的物理位置，與MN從NN1移動到NN3附近的情況相似。在框320處MN選擇新的節(jié)點作為其連接節(jié)點，在該示例中是NN3，并且在框330處MN向NN3發(fā)送連接請求。如前面所討論的，該連接請求可以包含MAC地址或者其他的MN固有的MN靜態(tài)地址。在該情況中MN在網(wǎng)絡中的移位或者地理移動不會影響MN的靜態(tài)地址。在控制節(jié)點向MN分配網(wǎng)絡靜態(tài)地址的情況中，只要MN不離開網(wǎng)絡，其就可以保留該網(wǎng)絡靜態(tài)地址，并且因此連接請求可以包含前面由控制節(jié)點分配給MN的該網(wǎng)絡靜態(tài)地址。在靜態(tài)地址是由控制節(jié)點分配的網(wǎng)絡靜態(tài)地址的情況中，當MN離開網(wǎng)絡時，針對該MN斷開關聯(lián)，網(wǎng)絡控制節(jié)點可以收回該網(wǎng)絡靜態(tài)地址，并且在隨后的網(wǎng)絡靜態(tài)地址需求中，使得該網(wǎng)絡靜態(tài)地址對于其他MN是可利用的。當MN變得不能同其連接節(jié)點通信時，即斷開關聯(lián)事件的發(fā)生，可以認為該MN“離開”網(wǎng)絡。表示MN不能同網(wǎng)絡通信的斷開關聯(lián)事件的示例包括，但不限于，例如，MN物理地離開網(wǎng)絡、具有耗盡的電池、MN附近的RF干擾源、關閉或者MN未針對來自其連接節(jié)點的輪詢(poll)消息發(fā)送信標(beacon)答復。可以在出現(xiàn)某些條件時進行針對MN離開網(wǎng)絡的確認，諸如在輪詢和得知MN不能進行通信之后，或者在MN的一段預定的靜默時間之后。在下文中將討論MN與網(wǎng)絡通信的方法。如果由于MN已物理移出了范圍而使其與網(wǎng)絡進行了較長時間的通信，也可以認為該MN離開了網(wǎng)絡。
回過來參考圖70，在判決框340處，詢問是，所選節(jié)點，在該示例中是NN3，是否已同意成為MN的節(jié)點。如果否，則流程返回到框320，使得MN可以尋找另一用于連接節(jié)點的候選者。如果是，則在框350處，連接節(jié)點通知適當?shù)目刂乒?jié)點其狀態(tài)是用于MN的連接節(jié)點，在框360處促使控制節(jié)點更新其數(shù)據(jù)庫以反映目前的正確的用于MN消息傳達的代理地址。這允許控制節(jié)點將用于移動節(jié)點的消息業(yè)務路由至其代理，即框370中的連接節(jié)點。
當MN有效地決定從網(wǎng)絡斷開關聯(lián)時，其可以選擇性地向其連接節(jié)點發(fā)送斷開關聯(lián)消息，用以警告其即將發(fā)生的斷開關聯(lián)，由此允許連接節(jié)點通知控制節(jié)點，其可以更新適當?shù)木W(wǎng)絡表格以防止控制節(jié)點從失效的連接節(jié)點路由用于MN的消息。MN的斷開關聯(lián)消息還可以指示連接節(jié)點繼續(xù)其正常的設備操作，諸如在NN情況中的其正常的感應功能。
由于MN與網(wǎng)絡斷開連接并重新附著到網(wǎng)絡，所以當它們移動時它們可能不是“移交的”，意味著網(wǎng)絡可能不支持所謂的“漫游(roaming)”操作。在該情況中，它們必須在重新關聯(lián)到網(wǎng)絡之前停止。而且，網(wǎng)絡可能不支持快速移動的NM的連續(xù)跟蹤，在該情況中MN的位置可以在MN停止移動時或者在MN相對緩慢地移動時進行更新，諸如在慢于步行速度時。
上面的用于具有將MN整合到其操作中的能力的網(wǎng)絡的通信協(xié)議，有必要地意味著MN必須同其相關的連接節(jié)點通信。圖71～74說明了這是如何發(fā)生的不同的實施例；在這些圖中，在時間線上面說明了固定的連接“F1”節(jié)點的通信周期，而在時間線下面說明了MN，即“M1”節(jié)點的通信周期。
M1可以在其活躍時周期性地發(fā)送信標。該信標可以處于與MN的連接節(jié)點相同的頻率下，或者MN的信標可以不像其連接節(jié)點那樣頻繁發(fā)送?，F(xiàn)在參考圖71，說明了時間線，其中M1 MN在與其連接節(jié)點F1相同的速率下發(fā)送信標。該方法允許M1非常容易地與F1同步，用以接收F1為其準備的數(shù)據(jù)，并且用以立刻返回確認消息。在圖72中，MN M1在相比于連接節(jié)點F1是減小的速率下發(fā)送信標。F1進行收聽以尋找M1，但是并不能立刻找到它。其將重復直到后面的幀重復了“x”次，x是M1相對于F1的信標頻率減小其信標頻率的因數(shù)。在圖中所示的實例中，F(xiàn)1能夠在下一個通信周期中收聽到M1，并且因此使數(shù)據(jù)傳輸與M1同步。由于信號不是頻繁地發(fā)送，因此該方法使用了較少的M1電池儲量，但是其可能使出現(xiàn)的F1和M1之間通信時間更長。
現(xiàn)在參考圖73，示出了一個示例，其中移動節(jié)點M1不發(fā)送信標，但是可操作用于在與連接節(jié)點F1相同的速率下接收數(shù)據(jù)。在F1的第三個通信傳送周期中，可以看到F1在其信標中賦予了用于M1的消息，用以使M1了解其具有關于M1的消息。在第四個通信周期中，由于M1和F1在相同的數(shù)據(jù)率下通信，因此該周期對于二者而言是公共的，M1通過發(fā)送消息作出響應，使F1了解其準備好接收數(shù)據(jù)，由此允許F1立刻向M1發(fā)送數(shù)據(jù)消息。在下一個周期中，M1向F1通知接收到數(shù)據(jù)。應當注意，M1可以進行接收的接收窗口長度可以是很大的，但這不是有利的。如果M1的接收窗口小于全幀長度，如示例中所示，則M1接收窗口必須與F1信標同步，如所示出的。
最后，如圖74所示，移動節(jié)點M1可以不傳送信標信號，而是在相比于連接節(jié)點速率是減小的速率下接收數(shù)據(jù)?？梢钥吹?，在該情況中，M1有必要在F1的全幀周期中進行接收。F1通過其信標通知其具有關于M1的消息，該信息隨后由M1接收并了解。M1發(fā)送消息使F1了解其準備好接收消息并且立刻這樣進行操作。隨后的數(shù)據(jù)應答消息發(fā)送到F1。
在MN不具有信號但是可以收聽網(wǎng)絡上關于該MN的消息的情況中，已經(jīng)示出了，其可以僅限于列出的所有時刻或者可以常常激活以進行收聽。在該模式中，不存在信標，其節(jié)約了MN的電池壽命。
具有移動節(jié)點的網(wǎng)絡中的組播和其他通信此外，MN專用選址和相應的本發(fā)明的代理連接節(jié)點的使用提供了用于具有MN的網(wǎng)絡的多種通信模式。由于移動節(jié)點不是分層網(wǎng)絡的生成樹的邏輯路由主干的一部分，并且由于其不參與網(wǎng)絡中的消息路由，因此MN通過使用經(jīng)由連接節(jié)點的代理消息傳遞，能夠發(fā)送和接收消息，其中連接節(jié)點如上文所述將MN連接到邏輯網(wǎng)絡。如將討論的，消息傳遞的類型可以是點播、廣播或者組播。
鑒于已經(jīng)描述了靜態(tài)選址的使用，其用以允許針對MN的代理消息傳遞，所以這是不需要的。事實上，有可能在常規(guī)的固定節(jié)點和MN加入網(wǎng)絡時向其分配邏輯地址，但是仍然是以使MN同其他非MN相區(qū)別的方式進行分配的。在本發(fā)明的某實施例中，當固定節(jié)點和MN加入網(wǎng)絡時，向其分配邏輯地址，盡管是按照類型使它們相互區(qū)分的方式進行分配。例如，邏輯地址空間可以分為至少兩個不同的地址池，一個用于固定的非MN設備而另一個用于MN節(jié)點。這樣，固定設備和MN設備仍然是通過它們的邏輯選址進行區(qū)分的，并且如將討論的，有助于固定設備和MN設備的不同類型的選址。根據(jù)另外的實施例，MN可以在其加入網(wǎng)絡后仍然保留它們的物理MAC地址，如前文所詳細講述的。在每種方法中，根據(jù)可能出現(xiàn)的情況，MN和固定設備在網(wǎng)絡中通過地址或者通過它們的選址模式進行區(qū)分。
網(wǎng)絡的固定節(jié)點和MN節(jié)點的地址的知識，通常駐留在網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點或者其他適當?shù)木W(wǎng)關節(jié)點中，用于準許使用多種通信類型，包括上文所討論的MN和非MN設備之間的直接通信或者點播通信；組播通信或者點到多點通信，其中源通信設備或者節(jié)點希望向多個目標設備發(fā)送消息或者訊息(并且其中源節(jié)點或者目標節(jié)點是MN，或者兩者都是MN)；和廣播通信，其中源通信設備或者節(jié)點希望向范圍中的每個設備發(fā)送消息或者訊息(發(fā)送者和/或一個或者多個接收者可以是MN)。在這些通信類型中的任何一個的情況中，消息將被路由至所有的固定目標設備，并且被路由至所有與目標MN相關的并與之連接的連接節(jié)點。如果消息的發(fā)送者(源)不能訪問確認目標MN和其相關的連接節(jié)點的數(shù)據(jù)庫(由控制節(jié)點管理)，則該發(fā)送者將消息路由至最有可能訪問數(shù)據(jù)庫的設備(控制節(jié)點)。然后接收消息的設備，諸如控制節(jié)點，有責任將消息分送到所有的“代理”固定設備，其用作同目標MN的連接節(jié)點。
在本發(fā)明的另一實施例中，組播消息發(fā)送到僅具有一種節(jié)點/設備類型的子網(wǎng)，諸如僅發(fā)送到MN的子網(wǎng)或者固定節(jié)點的子網(wǎng)。該消息可以包含目標地址的唯一地址部分，其指定是移動節(jié)點或者固定節(jié)點的目標節(jié)點。當接收到消息時，固定設備僅需要解讀地址部分。此時，固定設備可以不再繼續(xù)讀包，并且如果其不是所期望的接收者，則其中繼該消息。由于網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)允許通過將地址作為默認路由機制，所以該消息將通過點播經(jīng)由網(wǎng)絡的生成樹主干中繼到所期望的接收者?？商鎿Q地，在消息需要一個或者多個MN的情況中，該消息可以使用另一種已建立的無線路由表方案來中繼，諸如Ad Hoc按需矢量路由協(xié)議(Ad Hoc On Demand Vector Routing，AODV)、動態(tài)源路由協(xié)議(Dynamic Source Routing，DSR)等。在每種方法中，路由策略通過使組播消息包更加有效地路由至其最終的操作，減少了所交換的消息總數(shù)。這對于在整個網(wǎng)絡中洪泛(flood)組播信息是優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，利用了MN能夠相對頻繁地改變其物理位置的能力，用作MN的連接節(jié)點并附著于其上的固定節(jié)點可以使用MN向遠離該固定節(jié)點的固定節(jié)點的子網(wǎng)發(fā)送消息。該固定節(jié)點可以使MN部署在遠程位置，并且一旦其處于適當?shù)奈恢?，則使MN向所期望的接收者廣播包。這對于網(wǎng)絡中的不同的地理部分可以是重復的。對于該方法，連接節(jié)點及其MN所需要的關于網(wǎng)絡的地理信息可以由網(wǎng)絡的控制節(jié)點提供給該固定節(jié)點。
在上述方法中，設備的網(wǎng)絡地址字段可以是過濾機制，其能夠以減少通常與傳統(tǒng)的組播消息相關的網(wǎng)絡洪泛的方式使用于不同通信類型的路由方案能夠運行。而且，MN的變換位置的能力受到杠桿作用的影響，使通信超越單獨固定設備的通信范圍擴展至網(wǎng)絡的其他部分。在許多潛在的情況中這是非常方便的，包括持有用于遠程位置的重要信息(諸如緊急信息、維護信息或者控制信息)的固定節(jié)點所具有的、使得與其通信的一個或者多個MN重新部署到該遠程位置并且隨后在該處廣播信息的能力。以相似的方式，可以通過使在多跳通信過程中可能發(fā)生的“空中傳播”的竊聽和干擾的機會降到最小的方法，使高度安全的信息傳遞到具體的目標設備。而且，使用MN向距離固定設備很遠的網(wǎng)絡地理位置處傳遞消息可以消除另外需要的干擾多跳傳輸?shù)膫鬏敚诟蓴_設備或節(jié)點的電源上的顯著地節(jié)約了能量。而且，當然，減少所需的使消息到達其期望目標的跳躍次數(shù)還可以通過減小沿線路的消息重傳的次數(shù)提供另外的減小消息干擾的優(yōu)點。
存在許多基本上關于網(wǎng)絡控制和電池壽命的本協(xié)議的優(yōu)點。本方法簡化了能夠維護和管理MN的網(wǎng)絡的方式。當MN改變其在物理網(wǎng)絡中的位置時，邏輯網(wǎng)絡不必刪除或者改變節(jié)點地址，并且不需要邏輯網(wǎng)絡的重新配置。事實上，MN相對于網(wǎng)絡的狀態(tài)不會改變，除了需要獲取新的連接節(jié)點。本協(xié)議減少了計算和控制消息傳遞的需求，通過MN的移動可能會另外經(jīng)歷這些需求。因此這意味著消耗更少的稀缺的和寶貴的電池資源。
參考圖75，示出了可用于本發(fā)明的網(wǎng)絡的節(jié)點的內(nèi)部操作的功能性框圖400。圖中在接收裝置430、處理器440、路由器450、存儲器470和傳送裝置480中獲得的基本功能適用于不同類型的節(jié)點，包括網(wǎng)絡中的MN、NN、CH、網(wǎng)關節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點，在上文中概述的其控制和處理功能的變化方案已被并入。進入的消息410首先由消息接收裝置430接收，其調(diào)制進入的消息410用于由消息處理器440處理。消息處理器440與存儲模塊470、音頻/視頻指示器460和消息路由器450進行交互，以便于正確地處理進入的消息410。節(jié)點400還包括消息傳送480(接收機)能力，其允許節(jié)點400調(diào)制由消息路由器450或者消息處理器440創(chuàng)建的外發(fā)消息420。再次取決于所討論的節(jié)點的類型，外發(fā)消息420可以包括狀態(tài)消息、路由數(shù)據(jù)消息、針對節(jié)點400范圍中的節(jié)點的消息或者任何相似類型的消息業(yè)務。再來參考圖75，注意到盡管所示的功能被安置在分立的模塊中，但是在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，所示的內(nèi)部模塊可以進一步地在功能上拆分或者組合。
本領域的技術人員將認識到，基于使用具體的消息設置按照示例性實施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不應限于此，因為本發(fā)明可以在功能上實現(xiàn)用于等效的消息。
節(jié)點本身可以包括多種硬件部件，其包括特種用途硬件和/或?qū)Ｓ锰幚砥?。相似地，通用計算機、基于微處理器的計算機、數(shù)字信號處理器、微控制器、專用處理器、定制電路、ASIC和/或?qū)Ｓ糜策B線邏輯，可用于構(gòu)建本發(fā)明的可替換的等效實施例。
每個節(jié)點由計算機程序管理引導。本領域的技術人員將認識到，程序步驟和相關的用于實現(xiàn)上文所述的實施例的數(shù)據(jù)，可以使用磁盤存儲器以及其他存儲形式來實現(xiàn)，例如，只讀存儲器(ROM)設備、隨機存儲器(RAM)設備、光學存儲元件、磁存儲元件、磁光存儲元件、閃速存儲器、磁芯存儲器和/或其他的不偏離本發(fā)明的等效存儲技術。該可替換的存儲設備可被認為是等效的。
盡管結(jié)合具體的實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是顯然的是，對于本領域的普通技術人員而言，根據(jù)前文描述，許多替換方案、修改方案和變化方案將是顯而易見的。因此，本發(fā)明意旨涵蓋所有落入權(quán)利要求的范圍中的此替換方案、修改方案和變化方案。
權(quán)利要求
1.一種包括多個節(jié)點的網(wǎng)絡的自組織的方法，所述多個節(jié)點中的至少一個可用作網(wǎng)絡的控制節(jié)點，所述方法包括移動節(jié)點向多個節(jié)點中的一個節(jié)點發(fā)送連接請求，以請求該節(jié)點用作該移動節(jié)點連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點(220)；如果該節(jié)點同意成為移動節(jié)點的連接節(jié)點，則移動節(jié)點連接到該節(jié)點，并且該節(jié)點作為該移動節(jié)點連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點進行操作(230)；該節(jié)點將其作為移動節(jié)點的連接節(jié)點的狀態(tài)傳遞到網(wǎng)絡的控制節(jié)點(250)；和控制節(jié)點更新網(wǎng)絡，以反映該節(jié)點是網(wǎng)絡中移動節(jié)點的連接節(jié)點。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，斷開關聯(lián)發(fā)生后，進一步包括移動節(jié)點向網(wǎng)絡的多個節(jié)點中的第二節(jié)點發(fā)送重新關聯(lián)請求，以請求該第二節(jié)點用作該移動節(jié)點連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點(330)；如果該第二節(jié)點同意成為移動節(jié)點的連接節(jié)點，則移動節(jié)點連接到該第二節(jié)點，并且該第二節(jié)點作為該移動節(jié)點連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點進行操作(340)；該第二節(jié)點將其作為移動節(jié)點的連接節(jié)點的狀態(tài)傳遞到網(wǎng)絡的控制節(jié)點(350)；和控制節(jié)點更新網(wǎng)絡，以反映該第二節(jié)點是網(wǎng)絡中移動節(jié)點的連接節(jié)點(360)。
3.權(quán)利要求1的方法，進一步包括該節(jié)點使移動節(jié)點部署到網(wǎng)絡的地理位置；和該節(jié)點使移動節(jié)點向網(wǎng)絡的多個節(jié)點的節(jié)點子集傳送組播消息，其中節(jié)點子集位于地理位置處的移動節(jié)點的通信范圍之中。
4.權(quán)利要求1的方法，進一步包括向移動節(jié)點分配靜態(tài)地址；控制節(jié)點將用于移動節(jié)點的消息路由至該節(jié)點的邏輯地址，其中消息包含移動節(jié)點的靜態(tài)地址；和該節(jié)點向移動節(jié)點的靜態(tài)地址傳遞用于移動節(jié)點的消息。
5.權(quán)利要求1的方法，向移動節(jié)點分配靜態(tài)地址，其中，靜態(tài)地址是移動節(jié)點靜態(tài)地址，并且進一步包括移動節(jié)點在連接請求中向該節(jié)點傳送移動節(jié)點靜態(tài)地址；該節(jié)點在傳遞其作為移動節(jié)點的連接節(jié)點的狀態(tài)時將移動節(jié)點靜態(tài)地址傳送到控制節(jié)點；向該節(jié)點的邏輯地址傳送用于移動節(jié)點的消息；該節(jié)點將用于移動節(jié)點的消息傳送到移動節(jié)點的移動節(jié)點靜態(tài)地址。
6.權(quán)利要求5的方法，進一步包括移動節(jié)點在發(fā)生斷開關聯(lián)事件時與網(wǎng)絡斷開關聯(lián)；和移動節(jié)點在與網(wǎng)絡斷開關聯(lián)時保持移動節(jié)點靜態(tài)地址。
7.權(quán)利要求5的方法，在發(fā)生斷開關聯(lián)事件之后，進一步包括移動節(jié)點向網(wǎng)絡的多個節(jié)點中的第二節(jié)點發(fā)送重新關聯(lián)請求，以請求該第二節(jié)點用作該移動節(jié)點連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點，其中，重新關聯(lián)連接請求包含移動節(jié)點的移動節(jié)點靜態(tài)地址；如果該第二節(jié)點同意成為移動節(jié)點的連接節(jié)點，則移動節(jié)點連接到該第二節(jié)點，并且該第二節(jié)點作為該移動節(jié)點連接到網(wǎng)絡的連接節(jié)點進行操作；該第二節(jié)點將其作為移動節(jié)點的連接節(jié)點的狀態(tài)和移動節(jié)點靜態(tài)地址傳遞到網(wǎng)絡的控制節(jié)點；和控制節(jié)點更新網(wǎng)絡，以反映該第二節(jié)點是網(wǎng)絡中移動節(jié)點的連接節(jié)點。
8.權(quán)利要求1的方法，向移動節(jié)點分配靜態(tài)地址，其中，靜態(tài)地址是網(wǎng)絡靜態(tài)地址，并且進一步包括在該節(jié)點將其作為移動節(jié)點的連接節(jié)點的狀態(tài)傳遞到控制節(jié)點之后，控制節(jié)點向移動節(jié)點分配網(wǎng)絡靜態(tài)地址，并且將網(wǎng)絡靜態(tài)地址傳遞到該節(jié)點。
9.權(quán)利要求8的方法，進一步包括移動節(jié)點在發(fā)生斷開關聯(lián)事件時與網(wǎng)絡斷開關聯(lián)；和移動節(jié)點在發(fā)生斷開關聯(lián)事件時將網(wǎng)絡靜態(tài)地址釋放給網(wǎng)絡。
10.權(quán)利要求1的方法，進一步包括向移動節(jié)點分配地址，其中，移動節(jié)點的地址的一部分表示該移動節(jié)點是網(wǎng)絡的多個移動節(jié)點的一部分；傳送用于多個移動節(jié)點的組播消息；當接收到組播消息時，該節(jié)點解讀該地址部分；和該節(jié)點向移動節(jié)點傳送消息。
全文摘要
一種自組織網(wǎng)絡，其特征在于具有多個節(jié)點，具有至少一個用于這些節(jié)點的控制節(jié)點，其可用于控制網(wǎng)絡節(jié)點之間的形成、維護和消息路由中的一個或者多個，并且可用于支持網(wǎng)絡(200、300)中一個或者多個移動節(jié)點(MN)的關聯(lián)、維護、部署和斷開關聯(lián)。移動節(jié)點不形成網(wǎng)絡的邏輯主干的一部分，并且因此可具有分配給其的靜態(tài)地址，用以以有效的方式協(xié)助網(wǎng)絡的常規(guī)固定節(jié)點和移動節(jié)點之間的通信。
文檔編號H04L12/28GK1659905SQ03813045
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者奧列格·安德里奇, 弗農(nóng)·A·艾倫, 朗斯·E·赫斯特, 普麗西拉·陳, 黃燕 申請人:摩托羅拉公司(在特拉華州注冊的公司)