网格网络中的增强型对等方发现的制作方法

本发明总体上涉及网格网络(meshnetwork)领域。更具体地，本发明涉及网格网络中的对等方发现。

背景技术：

在典型的蜂窝网络中，基站或路由器跟踪小区中进行的通信以及小区内的所有节点。路由器或基站通常可以对节点之间的通信进行中继。

另一方面，网格网络通常是自组织网络。在这样的网络中，基站或路由器几乎不跟踪节点，也不控制节点之间的通信。相反，当处理网格网络时，节点本身或节点通常被称为的站通过建立对等连接并具有对等方表来进行彼此跟踪。对等方是网格网络中的相邻站。

网格网络通常是动态的，具有可以结合站进入和离开网格网络而快速变化的网络拓扑结构。

当新站进入网格网络时，与当前位于网络中的站中的至少一个站发起握手过程。当握手过程完成时，两个站将使彼此进入各自的对等方表中。这通常是网络内的站如何接收关于网络中其他站的知识。

网格网络能够变得非常大，这为跟踪大网络中的所有站带来了困难。

当网格网络软件栈在具有存储器约束的设备上运行时，对等方表中的槽数通常是有限的。所述限制通常被设置为8个槽。

当网络的站已经使其对等方表饱和时并且当新站进入时，这带来了问题。然后，新站可以形成隔离的网格网络集群，这通常会降低网格连接性因子，因为任何给定站的可到达网格站总百分比被降低。

因此，需要减少集群数量、降低集群形成的风险并增强整体网格连接性的网格网络站和方法。

技术实现要素：

应当强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises/comprising)”用于指明所述特征、整体、步骤或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、组件或其组的存在或添加。

当网格网络中的站已经使其对等方表饱和时，通常可能发生在网格网络中的集群形成。如果新站进入网络，所述新站将不能够与具有饱和对等方表的对等方建立对等连接。因此，网络内的连接性是有限的，因为具有饱和对等方表的站组可能仅相互进行通信而无法到达其他站，所述组因此形成集群。

一些实施例的目的是减轻上述缺点中的至少一些，并且提供一种网格网络的站以及一种用于网格网络中的站的方法。

根据第一方面，这由一种网格网络的站提供，所述站包括对等方表，所述对等方表被配置用于列出所述网格网络中的相邻对等方。每个所列对等方包括资格等级。所述站还包括控制器，所述控制器被配置用于检测新对等方是否进入所述网格网络，并且用于与所述新对等方建立对等连接。所述控制器还被配置用于将所述新对等方添加到所述对等方表中，并且用于当已添加所述新对等方时判定所述对等方表是否已满。

所述控制器被进一步配置用于如果所述对等方表已满则对所述对等方表中的所述相邻对等方的资格等级进行比较，并且用于从所述对等方表中移除相比于所述对等方表中的所述相邻对等方具有高资格等级的对等方。

因此，始终确保对等方表内存在空槽，从而使得总是可以与新对等方建立对等连接，并减少集群形成的风险。

在一些实施例中，所述资格等级可以基于以下各项中的至少一项：rssi-接收信号强度指示-、误包率、所接收的针对已建立对等方的路径回复的数量、从所述对等方处接收到数据的上一次时间、已建立对等方的数量以及所述对等方所利用的吞吐量的数量。

在一些实施例中，所述站的所述控制器被进一步配置用于避免在确定的时间段内将从所述对等方表中移除的所述对等方再次添加到所述对等方表中。

在一些实施例中，所述站包括定时器，所述定时器被配置用于跟踪所述确定的时间段，在所述确定的时间段期间，已移除对等方无法再次被添加到所述对等方表中。

具有已移除对等方无法再被添加的时间段确保了不会形成从对等方表中添加和移除同一对等方的无限循环。

在一些实施例中，所述确定的时间段是基于网络参数来动态设置的。

在一些实施例中，所述网络参数是以下各项中的至少一项：所述网络中的对等方的数量、网络业务量以及网络资源量。

第二方面是一种用于网格网络中的站的方法，其中，所述站包括对等方表，所述对等方表被配置用于列出相邻对等方以及与每个相邻对等方相关的资格等级。所述方法包括：

检测包括资格等级的新对等方进入所述网格网络；

与所述新对等方建立对等连接；

将新对等方添加到所述对等方表中；

在添加所述新对等方之后，判定所述对等方表是否已满；以及

如果确定所述对等方表已满，则

对所述对等方表中的所述相邻对等方的所述资格等级进行比较；并且

从所述对等方表中移除相比于所述对等方表中的所述相邻对等方具有高资格等级的对等方。

第三方面是一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，所述计算机可读介质在其上具有包括程序指令的计算机程序。所述计算机程序可加载到数据处理单元中并且被适配用于当所述计算机程序由所述数据处理单元运行时引起执行根据第二方面所述的方法。

第四方面是一种网格网络，所述网格网络包括多个根据第一方面所述的站，所述站被配置用于执行根据第二方面所述的方法。

要注意的是，在一些实施例中，第二和第四方面可以另外地具有与如以上针对第一方面所解释的各种特征中的任何特征相同或相对应的特征。

附图说明

根据以下参考附图对实施例进行的详细描述，进一步的目的、特征和优点将变得明显，在附图中：

图1a和图1b各自展示了根据一些实施例的网格站；

图2展示了根据一些实施例的网格站的安排；

图3展示了根据一些实施例的网格网络；

图4展示了根据一些实施例的网格网络场景；

图5是框图，展示了根据一些实施例的方法步骤；

图6展示了根据一些实施例的网格站的安排；以及

图7展示了根据一些实施例的计算机程序产品。

具体实施方式

贯穿全文以相似的数字指代相似的要素。

图1a和图1b总体上示出了根据本文实施例的站100。在一个实施例中，站100被配置用于进行无线或射频网络通信以便充当网格网络中的节点。将参考图3描述网格网络的示例。这种站100的示例是：个人计算机、台式计算机或膝上型计算机、平板计算机、移动电话、智能电话以及个人数字助理。

两个实施例将被例示并被描述为图1a中的智能电话和图1b中的膝上型计算机100。

参考图1a，智能电话100包括外壳110，在所述外壳中安排有显示器120。在一个实施例中，显示器120是触摸显示器。在其他实施例中，显示器120是非触摸显示器。此外，智能电话100包括两个按键130a、130b。在此实施例中，存在两个按键130，但是任何数量的按键都是可能的并且取决于智能电话100的设计。在一个实施例中，智能电话100被配置用于在触摸显示器120上显示并操作虚拟按键135。应当注意的是，虚拟按键135的数量取决于智能电话100的设计以及在智能电话100上执行的应用。

参考图1b，膝上型计算机100包括显示器120和外壳110。外壳包括控制器或cpu(未示出)以及一个或多个计算机可读存储介质(未示出)，诸如存储单元和内部存储器。存储单元的示例是磁盘驱动器或硬盘驱动器。站100进一步包括至少一个数据端口。数据端口可以是有线的和/或无线的。数据端口的示例是usb(通用串行总线)端口、以太网端口或wifi(根据ieee标准802.11)端口。数据端口被配置用于使站100能够与其他站或服务器进行连接。

站100进一步包括至少一个输入单元，比如键盘130。输入单元的其他示例是计算机鼠标、触摸板、触摸屏或操纵杆，仅举几例。

图2示出了根据图1a和图1b的站的一般结构的示意图。站100包括控制器210，所述控制器负责站100的整体运行并且优选地由任何可商购的cpu(“中央处理单元”)、dsp(“数字信号处理器”)或任何其他电子可编程逻辑设备来实现。可以使用实现硬件功能的指令来实现控制器210，例如，通过使用通用或专用处理器中可以存储在计算机可读存储介质(磁盘、存储器等)240上以便由这样的处理器执行的可执行计算机程序指令。控制器210被配置用于从存储器240中读取指令并执行这些指令以便控制站100的运行。可以使用用于诸如rom、ram、sram、dram、cmos、flash、ddr、sdram等计算机可读存储器的任何公知技术或其他一些存储器技术来实现存储器240。存储器240被控制器210用于各种目的，所述目的之一是存储针对站100中的各种软件模块的应用数据和程序指令250。软件模块包括实时操作系统、用户接口驱动程序、应用处理程序以及各种应用250。应用是当由控制器210执行时控制站100的运行的指令集。应用250可以包括消息传送应用(诸如电子邮件)、浏览应用、媒体播放器应用以及各种其他应用250(诸如用于语音呼叫、视频呼叫、文档阅读和/或文档编辑的应用；即时消息传送应用；日历应用；控制面板应用；一个或多个视频游戏；记事本应用；短消息服务应用；定位应用；电子邮件应用以及互联网浏览应用)。

站100可以进一步包括用户接口220，在图1a和图1b的站中，所述用户接口由显示器120和按键130、135构成。

站100进一步包括射频接口230，所述射频接口被适配用于允许站通过使用不同射频技术经由射频频带与其他设备通信。这种技术的示例为ieee802.11、ieee802.11s、ieee802.11网格以及仅举几例。可以在站100中实现的例如用于与网格网络之外的设备通信的无线电技术的其他示例为w-cdma、gsm、utran、lte、nmt，仅举几例。

图3示出了网格网络300。网格网络300包括多个节点，这些节点可以是如图1a、图1b和图2中的站100。网格网络300还可以包括至少一个接入点330(被称为网格接入点(meshaccesspoint，map))。不具有任何接入点330的网络被称为自组织网络。map330也是网络节点的示例。在网格网络300中，每个节点330、100被配置用于捕获和传播针对特定节点的数据。每个节点330、100还被配置用于充当其他节点100的中继，也就是说，节点100必须协作以便在网络300中传播数据。网格接入点330被配置用于充当其他节点100的中继和路由器。节点330、100被配置用于通过链路或连接350彼此连接。

图3中示出的网络是无线网格网络，并且站100和接入点330(如果有的话)被配置用于建立无线链路350以便进行彼此通信。

在此示例中，网格网络被安排为根据ieee802.11网格标准运行。在这样的网格网络中存在三种类型的节点330、100，即，网格点(meshpoint，mp)、网格入口点(meshportalpoint，mpp)和网格接入点(map)。

mp通常是膝上型计算机、智能电话或如上文已经参考图1a和图1b公开的其他无线设备，并且支持用于发现相邻节点并保持其概述的对等方协议。在ieee802.11网格中，这种对等方协议被称为对等方链路管理协议。

发现过程被实现为使得节点传输信标。信标是周期性传输的数据包，并携带标识对其进行传输的节点的信息。信标中携带的其他数据包括路径选择协议(pathselectionprotocol)id、路径选择度量(pathselectionmetric)、拥塞控制模式(congestioncontrolmode)、同步协议(synchronizationprotocol)id、认证协议(authenticationprotocol)id、网格形成信息(meshformationinfo)以及网格能力(meshcapability)。网格网络中的节点330、100接收此信息，并且每个节点330、100因此获知其周围网络环境。

mp还支持用于与其他节点(即，不一定与mp相邻的节点)进行通信的协议。在ieee802.11网格中，这种对等方协议被称为混合无线网格协议(hybridwirelessmeshprotocol，hwmp)。因为对等方协议支持两种路径选择协议，所以其是混合的。在ieee802.11网格中，协议使用mac地址来对数据包进行正确寻址。每个节点330、100都被配置用于查找从一个节点330、100到另一个节点330、100的路径。这被称为路径选择。

mpp被配置用于向网格网络提供网关功能。mpp可以例如是互联网320或通信网络310(诸如移动电信网络)的入口。因此mpp必须被配置用于桥接至少两个接口协议。mpp通常是膝上型计算机、蜂窝电话或其他无线设备。

map是被配置用于还根据网格网络标准进行通信并且作为接入点而运行的接入点。

在图3的网格网络300中，存在八个节点330、100，其中三个是膝上型计算机，三个是智能电话，并且两个是路由器。两个节点是map，三个节点是mp，并且至少两个节点是mpp。应当注意的是，节点可能有能力充当mp和mpp两者。例如，图3的示例网格网络的mp实际上也可以是mpp。为了清楚起见，仅三个节点被展示为具有互联网能力，并且三个节点被展示为具有移动电信能力。

可以使用洪泛技术或路由技术来设计网格网络。当使用路由技术时，通过从节点100跳到节点100直至到达接收节点100，消息沿着路径从发送节点100传播至接收节点100。为了确保所有路径都是可用的，路由网络必须允许使用自愈算法来在断开或阻塞的路径周围进行连续连接和重新配置。根据标准ieee802.11网格，如果路径断开，则这种情况将在发送节点检测到接收未被确认的时间段(例如，5秒)之后被发现。然后，如在背景部分中所讨论的，系统通过发出路径请求(preq)来执行重新路由过程。

自愈能力使得基于路由的网络能够在一个节点发生故障或连接不良时运行。因此，网络通常是相当可靠的，因为在网络中，在来源与目的地之间通常存在多于一条路径。虽然这种概念主要用在无线场景中，但其也适用于有线网络和软件交互。

无线网格网络(wirelessmeshnetwork，wmn)是由无线电节点(膝上型计算机、蜂窝电话和其他无线设备)组成的通信网络，而网格路由器来/往于网关转发业务量，所述网关可以但不需要连接至互联网。作为单个网络工作的无线电节点的覆盖区域有时被称为网格云(meshcloud)。对这种网格云的访问取决于无线电节点彼此协调工作以便创建无线电网络。网格网络是可靠的并提供了冗余。当一个节点无法再运行时，所述节点中的剩余节点仍然可以直接地或通过一个或多个中间节点彼此通信。可以利用各种无线技术来实现无线网格网络，所述技术包括802.11、802.15、802.16、蜂窝技术或多于一种类型的组合。

无线网格网络通常具有更具规划性的配置，并且可以被部署用于在特定地理区域内提供动态且具有成本效益的连接性。另一方面，当无线设备进入彼此的通信范围内时，自组织网络自组织地得以形成。map可以是可移动的，并且可以根据网络中出现的特定需求而被移动。就资源而言，与网络中的其他节点相比，map经常是不受限制的，并且因此可以被利用来执行更多资源密集型功能。以此方式，无线网格网络不同于自组织网络，因为这些节点经常受到资源限制。

如果例如在运行网格软件栈的设备上存在存储器约束，则可以被发现的对等方的数量是有限的。这种限制通常通过限制每个站的对等方表中的槽数来实施。

所述限制通常还会导致已经使其对等方表饱和的站的隔离网格网络集群。

经过深刻的推理之后，诸位发明人已经认识到：如果站被配置成总是使对等方表的一个槽保持为空，则可以避免这种情况。

当对等方表已满时，所述站移除条目之一。为了决定应移除哪个条目，引入了与每个条目有关的资格等级。资格等级可以是基于不同参数的整数。这种参数可以例如是接收信号强度指示(receivedsignalstrengthindicator，rssi)、误包率、所接收的针对已建立对等方的路径回复的数量、已建立对等方的数量、从对等方处接收到数据的上一次时间以及所利用的(多个)吞吐量。

图4在参考号为a、b和c的三个时间实例中展示了根据一些实施例的示例网格网络。在图4的实例a.中，存在八个站1、2、3、4、5、6、7和8。例如，这八个站各自都可以是如图1a、图1b、图2和图3中所描述的这些站100中的任何站。

站2连接至包括在站2的对等方表2a的对应条目内的站1、3、4、5、6、7和8。对等方表中的每个条目都指示所述站以及与所述站相关的资格等级。在图4的实施例中，资格等级可以是对应于已建立对等方的数量的整数，即，每个对等连接至多少个其他对等方。然而，应当理解的是，可以使用上述资格等级中的任何资格等级。在图4中，使用的符号是x:y，其中，x表示正被连接至的站，而y表示此站(x)的资格等级。

在图4的实例b.中，新站9进入网格网络并且至少连接至站2。站2将站9连同与站9相关的资格等级作为条目添加到其对等方表2a中。对等方表2a现在已满，并且站2对每个条目的资格等级进行比较以便找到可以移除的条目。

由于本示例中的资格等级表示每个对等方所连接至的对等方的数量，因此站2将搜索具有高资格等级的条目。

高资格等级指示所述条目连接至许多对等方。因此，有可能的是，站2将仍然能够与已移除站进行通信，因为已移除站很可能连接至仍然包括在站2的对等方表中的另一个站，并且与已移除站的多跳路径可以用于如下文所述的通信。

在图4的实例c.中，站2已经对对等方表的条目进行了比较并且决定移除资格等级指示站4具有6个相邻站的站4(如实例b.中所见)。

如由虚线所指示的，站6的对等方表中仍然具有站4，并且如果站2需要与站4通信，则可以通过站6完成。

因此，所述算法使用多跳的概念以便解决最大数量的连接节点，因此站2的对等方表2a不一定需要具有某个站，因为通过对等方表中的剩余站中的一个或多个剩余站而连接至已移除站的可能性很高。

图5展示了根据一些实施例的示例方法500。方法500开始于501，其中，第一站(例如图2中的站2或者图1、图2和图3中的站100中的任何站)检测新对等方进入网格(对比图4中的b.)。新对等方可以是例如图2中的站9，或者图1、图2和图3中的站100中的任何站。

在502中，在第一站与新对等方之间建立对等连接。可以例如根据ieee802.11网格标准通过握手过程建立连接。

当对等连接被建立时，方法继续到503，其中，新对等方被添加到对等方表中(对比图4中的c.)。

然后，所述站在504中检查对等方表是否已满。如果对等方表已满(504中的y路径)，则在505中，第一站对与对等方表中的每个条目有关的资格等级进行比较。

在506中，第一站移除包括具有高或最高资格等级的对等方的条目。

在替代性实施例中，即使当表格未满时，所述站可以确定应当对资格等级进行比较以便找出要移除的候选者，例如，空出两个位置以便实现在快速增长的网络中更快速地添加单元。

如果在504中确定对等方表未满(504中的n路径)，则方法返回到501，其中，可以检测新对等方。

在一些实施例中，第一站可以在检测到新对等方已经进入网络时判定对等方表是否已满。如果对等方表未满，则第一站可以继续建立对等连接，并且然后将新对等方添加到对等方表中。

如果检测到对等方表已满，则在添加新对等方之前，第一站可以首先基于资格等级来移除条目。

在一些实施例中，资格等级可以例如由范围为从0到10的整数来表示。当然，其他范围和格式是可能的。高等级应当是相比于对等方表中的其他等级被衡量为高，比如高于平均值，或者高于大多数，或者高于列表中的75％的站。

在一些实施例中，相比于其他条目具有低或最低资格等级的条目可以被移除。

在一些实施例中，资格等级可以基于多于一个参数。例如，资格等级可以基于对等方的数量以及从对等方处接收到数据的上一次时间。然后，如果对等方表中的多个条目具有相等数量的对等方，则从对等方表中进行移除的原因可以基于从对等方处接收到数据的上一次时间。例如，如果在长时间内未接收到数据，则这可能指示站已经离开网格网络或者链路断开，并且因此，可以将对等方从对等方表中移除。

在一些实施例中，站2被配置用于：在移除一个站之前，向对等方表中除了将被移除的站之外的站发出路径请求，以便找到与将被移除站的可替代路径。可替代地，发出广播路径请求消息，忽略来自将被移除的站的任何响应。如果找到这样的路径，则所述站被移除。如果找不到这样的路径，则站2继续寻找将被移除的另一个站，例如具有第二高或同一最高资格的站，比如图4的示例中的站7的条目。

这在图5中由507、508、509和510展示。如图5中通过虚线指示的，此实施例可以是可选的。

在507中，所述站选择包括在对等方表中的具有高或最高资格等级的对等方。在508中，所述站向除了包括在列表中的所选站之外的其他站广播preq。在509中，所述站接收来自其他对等方的路径答复(prep)(并忽略来自所选对等方的任何回答)。如果prep中的任何一个prep指示其他对等方可以到达所选对等方(509中的y路径)，则站继续到506，其中，从对等方表中移除所选对等方。

如果所述对等方全都不具有到所选对等方的路径(509中的n路径)，则站继续到510，其中，从对等方表中选择具有高资格等级的另一个对等方。

在一些实施例中，一旦已经从对等方表中移除了对等方，就可以设置计时器，所述计时器指示移除对等方的站不尝试向已移除对等方发起新对等方联系的时间段。因此，避免了最近从对等方表中移除的对等方在移除之后不久被再次添加。如果没有时间限制，则站可能仅添加一个对等方以便在对等方表已满时立刻再次将其移除，并且在移除之后立即再次添加所述对等方，从而产生无尽的添加和移除循环。

所述站避免向已移除对等方发起联系的时间段可能会变化。在有源网格网络(即，所述站高速进入和退出覆盖范围的网络)中，时间段可以被设置为几秒或几分钟。在网络拓扑结构变化速率很低的无源网格网络中，时间段可以设置为几小时或几天。

在一些实施例中，所述站可以被配置用于基于站当前所位于的网络的网络参数来动态地设置时间段。

在一些实施例中，这种网络参数可以例如是以下各项中的一项或多项：网络中的对等方的数量、网络业务量以及网络资源量。

图6展示了根据一些实施例的网格站的安排600。站600可以例如是如图1、图2和图3中所描述的站100或者如图4中所描述的站1至9中的任何站。

安排600包括收发器tx/rx601、控制器cntr602、对等方表pt603以及定时器timer604。

对等方表604可以例如是图4中所描述的对等方表2a。

在一些实施例中，收发器601可以是单个接收器和单个发射器。

包括安排600的站例如通过经由收发器601从所述对等方发送的路径请求(preq)(对比图5中的501)从对等方处接收其希望通信的指示。控制器602通过检查对等方是否存在于对等方表603中来检测所述对等方是否是新对等方。

如果对等方未包括在对等方表603中，则确定其是新的并且其被添加到对等方表603中(对比图5中的503)。控制器被进一步配置用于检查对等方表603是否已满(对比图5中的504)。如果对等方表已满，则控制器602被进一步配置用于移除具有高资格等级或最高资格等级的对等方(对比图5中的506)。

在一些实施例中，控制器602被进一步配置用于判定之前是否已经从对等方表中移除了新对等方，并且如果是，则通过检查定时器604来判定避免将新对等方添加到对等方表中的时间段是否已经到期。如果时间段已经到期，则添加新对等方。如果由计时器604指示的时间段还未到期，则不添加新对等方。

在一些实施例中，控制器602可以在添加新对等方之前检查对等方表603是否已满。如果对等方表603已满，则控制器602被配置用于移除具有高或最高资格等级的对等方。

在一些实施例中，资格等级可以是基于不同参数的整数。这种参数可以例如是rssi-接收信号强度指示-、误包率、所接收的针对已建立对等方的路径回复的数量、已建立对等方的数量、从对等方处接收到数据的上一次时间以及所利用的(多个)吞吐量。

如本文公开的网格网络站和方法的优点在于：传统网格站硬件仅需要软件升级以便能够以高连接性参与到大型网格网络中。

图7展示了计算机可读介质700，所计算机可读介质被配置用于在其上存储包括程序指令的计算机程序。计算机可读介质可加载到包括处理器proc702和存储器mem703的数据处理单元701中。当被加载到数据处理单元701中时，计算机程序可以被存储在存储器703中。根据一些实施例，当计算机程序被加载到数据处理单元701中并由其运行时，所述计算机程序可以使数据处理701单元根据例如图5中示出的方法来执行方法步骤。

包括被配置用于执行根据所公开发明的方法的站的网格网络可能很大，例如包括数十个或数百个站，同时仍保持站之间的良好连接性。站是节省存储器的，因为它们仅使用具有几个条目(例如，8个)的小对等方表。根据本发明运行的网格网络由于对等方表约束而避免了隔离网格站，因此不会产生隔离站的集群并且连接性保持很高。

本文已经参考了各个实施例。然而，本领域技术人员将认识到仍将落入权利要求的范围内的所描述实施例的多种变化。例如，本文描述的方法实施例通过以特定顺序执行的方法步骤描述了示例方法。然而，应该认识到这些事件序列可以以另一种顺序进行而不偏离权利要求书的范围。此外，可以并行地执行一些方法步骤，尽管已经将其描述为按顺序执行。

以同样的方式，应当注意的是，在对实施例的描述中，功能块划分成特定单元绝不是限制性的。相反，这些划分仅仅是示例。本文描述为一个单元的功能块可以被分成两个或更多个单元。以同样的方式，本文描述为被实现成两个或更多个单元的功能块可以被实现为单个单元，而不脱离权利要求书的范围。

因此，应当理解的是，所描述实施例的细节仅仅是为了说明性目的，并且绝不是限制性的。相反，落入权利要求范围内的所有变化都旨在被包含在其中。