专利名称：用于使用信标信号发送在自组织网络中服务发现的设备和方法
技术领域：
本发明总的来说涉及无线通信设备的自组织网络的领域。具体来说，本发明涉及。
背景技术：
移动设备之间的无线通信系统共同利用了无线基础设施，以路由通信并且使设备互连。很多移动设备配备有无线蜂窝网络接口，其允许通过包括多个基站的蜂窝基础设施进行语音和数据内容的通信。这些移动设备所利用技术的示例包括模拟通信(使用AMPS)、数字通信(使用CDMA、TDMA、GSM、iDEN、GPRS或EDGE)、以及下一代通信(使用UMTS或WCDMA)及其变型。其他移动设备配备有短程网络接口，其允许通过包括多个接入点的蜂窝基础设施进行数据分组的通信。这些其他移动设备所利用的技术的示例包括IEEE 802.11(a，b或g)的基于路由器的通信。
移动设备之间其他类型的无线通信系统能够在自组织网络上进行对等方到对等方(peer-to-peer)通信。自组织网络中这些移动设备所利用的技术的示例包括蓝牙(IEEE 802.15)和IEEE 802.11的独立基本服务集合(IBSS)模式。这些移动设备对于某些使用来说特别有吸引力，因为它们不要求任何类型的路由器或基础设施来支持其通信。
某些无线通信系统可以在两种操作模式之间切换。例如，IEEE802.11无线通信标准是可以操作在基础设施模式和自组织(IBSS)模式中操作的通信协议的示例。在基础设施模式中，设备之间的全部通信业务均通过接入点。在自组织模式中，设备直接相互通信，并且不要求任何类型的接入点。
遗憾的是，用于建立自组织网络的现有系统和方法对于某些类型的应用来说不是有效率的，或不能够以足够正确的模式执行，该某些类型的应用诸如部落(tribal)应用之间要求的通信。特别的，在自组织网络中建立IP信道的行为要求冗长的预配置，该预配置对于部落应用市场来说是不可接受的。因此，存在对于下述自组织系统和方法的需要，即，该系统和方法有效率地操作于自组织网络协议，并且是更加紧密地约束于自组织网络协议。
图1是根据本发明的示例性自组织网络系统的示意图。
图2是表示图1中自组织网络的移动设备多种组件的方框图。
图3是说明了根据本发明的由发起的移动设备发射的示例性信标信号格式的时序图。
图4是图1中自组织网络的移动设备的示例性操作的流程图。
具体实施例方式
本发明的一个方面是一种无线通信设备的方法，用于与一个或多个近邻(near-proximity)的设备直接通信，以形成自组织网络。经由无线链路发射的信标信号包括与无线通信设备相关联的设备标识符和服务映射。服务映射识别可以操作在无线通信设备上的一个或多个应用。
本发明的一个方面是一种无线通信设备，用于与一个或多个近邻的设备直接通信，以形成自组织网络。该无线通信设备包括收发信机，被配置为经由无线链路发送信标信号。该信标信号包括与无线通信设备相关联的设备标识符和服务映射。服务映射识别可以操作在无线通信设备上的一个或多个应用。
参考图1，无线通信系统100可以包括多个移动设备101，其操作于基础设施模式、自组织模式或此两者。对于基础设施模式，每个移动设备101可以与一个或多个接入点103通信，在基础设施模式中，移动设备可以经由无线通信链路105与一个或多个基站或接入点103通信。无线通信链路105利用短程通信协议，诸如IEEE 802.11、IEEE802.15(蓝牙)、HomeRF、等等。可选地，每个移动设备还可以使用较远程通信协议进行通信，该较远程通信协议诸如模拟通信(使用AMPS)、数字通信(使用CDMA、TDMA、GSM、iDEN、GPRS或EDGE)、以及下一代通信(使用UMTS或WCDMA)及其变型。接下来，每个接入点103可以经由有线或无线通信链路109与通信网络107进行通信。链接到接入点103的移动站101可以与链接到其他接入点的设备通信，只要它们与无线通信网络107通信。
对于自组织模式，每个移动站101可以与其自身直接的、短程通信范围之内的其他移动站111、113通信。如图1所示，第一移动站101分别经由无线通信链路115、117直接与第二和第三移动站111、113通信，以形成自组织网络。无线通信链路115、117利用短程通信协议，诸如IEEE 802.11、IEEE 802.15(蓝牙)、HomeRF、等等。
参考图2，其中提供了自组织网络的示例性移动设备的多种组件200。应当理解，每个移动设备可以具有基础设施通信容量和自组织通信容量，即使在图2中未示出用于这种通信的组件。示例性移动设备的组件200包括物理层201、发现层203、应用编程接口(API)层205、和应用层207。
物理层201包括通信硬件和对应的软件，用于直接与一个或多个对等方设备进行数据无线通信。如上所述，无线通信可以基于短程通信协议，并且也可以利用较远程通信协议。例如，如图2所示，物理层201可以包括符合IEEE 802.11的电路，用于以IBSS模式通信；以及，对应的IEEE 802.11网络驱动器，用于使所述电路适配于移动设备的其他组件。
发现层203由物理层201支持，并且操作在物理层201的上层。发现层203包括协议集合，其负责在使用共享媒体中维持次序。如图2所示，发现层203包括信标扩展组件209(下文将结合图3讨论)、以及设备发现组件211和服务发现组件213。设备发现组件211对于可以与移动设备通信以形成自组织网络的一个或多个对等方设备，在物理层201的组件通信范围内，执行扫描移动设备近区所必需的操作。服务发现组件213对于当前操作于移动设备中的应用和/或可以由移动设备操作的应用，执行扫描移动设备存储器的一个或多个区域所必需的操作。
API层205由发现层203支持，并且操作在发现层203的上层，类似地，应用层207由API层支持，并且操作在API层的上层。API层205包括一个或多个API，用于配置发现层203，以解释由应用层207的应用所请求的操作，并且在其他情况下支持由应用层207的应用所请求的操作。API必须具有至少一个API，以执行该功能，但是还可以包括一个或多个子API，以支持特定类型的应用。例如，API层205可以包括Java Native接口(JNI)API 215和一个或多个子API，诸如Java 2 Platform Micro Edition(J2ME)API 217、个人Java Platform(pJava)API 219、和/或Java 2 Platform Standard Edition(Java 2平台标准版本)(J2SE)API 221。
应用层207包括API层205中一个或多个API所支持格式的一个或多个应用223、225、227。例如，对于图2中示出的示例性组件，应用层207可以包括由J2ME API 217和JNI API 215所支持的J2ME环境的MIDLET 223。尽管图2中的示例性组件支持Java环境的变型，但是应当理解，本发明支持多种应用环境，该应用环境可以通过移动设备实现，诸如C#或native应用环境。
参考图3，示出了两个单元或设备301、303之间的时序图300，说明了由发起移动设备发射的信标信号305、307的示例性格式。本发明利用自组织网络协议作为用于设备的载体和服务发现信息，以启用设备和服务联盟(service federation)。特别地，利用了信标进程，其适应了不可路由的IP地址，以用于由任何可用方案进行的单跳网络分段。在每个分配时，提供信标信号305、307的移动设备更新内部存储的表。当移动设备发射信标信号305、307时，该表被附加到信标信号，并且可以由接收范围之内的对等方设备接收。可替换地，可以分割该表，从而利用每个信标信号305、307只发送一部分。作为选项，除设备信息之外，信标信号305、307还可以保留关于可能对等方设备的服务通告信息。作为另一选项，只有信号发送的地址是共享的，并且没有显露出IP地址。在该模式中，可以仅交换非IP消息。
如图3所示，由单元A 301发射的信标信号可以包括信标标识305和服务扩展307。例如，信标标识符305可以是用于IEEE 802.11自组织网络的MAC信标，并且服务扩展307可以包括由移动设备当前操作的应用和/或可以由移动设备操作的应用的映射。对于一个实施例，移动设备包括Java应用管理器(JAM)，该Java应用管理器(JAM)包括加载到设备上的全部应用的注册。可以从注册在JAM中的Java应用描述(JAD)文件提取主要服务信息(primary service information)。辅助服务信息(secondary service information)可以与活动的应用工作集合相关联。当生成和发射与每个信标信号相关联的每个信标帧时，附加服务扩展307，以包括主要和辅助服务信息的全部或一部分。对于一个实施例，每个服务信息记录可以包括服务名称和端口编号，诸如TCP端口编号。对于另一实施例，仅存在一个端口编号。对于另一实施例，注释有辅助记录。在信标信号305、307的末尾，以t＝zeta 311传输，移动设备在可以自另一设备(即，单元B 303)接收服务请求315之前，等待特定的时间周期313。
可以限制信标信号305、307的大小。如果移动设备的整个服务映射没有适应到服务扩展307的一个受限大小的字段，则可以注释所发射的部分。可以使用任何标准的循环技术，以分割和发射整个服务信息。
信标信号305、307可以进一步包括但不限于，IP扩展309、帧控制字段、持续时间/ID字段、地址字段、序列控制字段、帧体(frame body)字段、和帧检查序列字段。帧体可以包括时间戳、信标间隔、容量信息和/或包括标识、长度和内容的其他信息。
现在转到群体中的另一对等方设备，在自信标信号305、307接收到注释有任何服务信息的信标帧时，可以解码该信息，并且将该信息用于更新已知的服务注册。随后，当本地应用寻找远端服务时，其可以咨询该已知的服务注册。如果确定信标信号305、307随时间而丢失，则应当自已知的服务注册移除相关服务信息。在可替换实施例中，可以使用其他的时效和大小确定策略，以维持已知的服务注册。辅助信息可以保留在已知的服务注册中，以协助这些策略，诸如信标被最后看到或更新的时间。
对于另一实施例，当接收到注释有服务信息的信标帧时，移动设备以递增方式实现应用请求，以发现服务，并且因此，没有保持已知的服务注册。当向每个设备应用时工作循环(duty cycling)时，该实施例是特别有用的。
参考图4，其中提供了图1中自组织网络移动设备的示例性操作400的流程图。本发明的自组织网络，即用于对等方到对等方通信的无线系统，可以指定多种帧格式，以用于管理和数据传送操作。数据帧可以包括IP分组，并且管理帧可以包括信标帧。当移动设备希望参加到具有一个或多个其他对等方设备的自组织网络中时，该移动设备可以扫描已知的物理信道，以确定其近区中是否存在自组织网络。特别地，如果移动设备检测到来自该移动设备的自组织网络通信范围中的对等方设备的信标信号，则该移动设备可以发起参加到现有自组织网络。在接收到兼容的信标帧时，假设标称子状态，并且由所接收的信标帧暗示用于在自组织网络中通信的信道参数。如果在预定超时周期期满前没有接收到兼容的信标帧，则假设标称子状态，并且移动设备发射包括信道参数的信标帧，以便于发起自组织网络。
开始于步骤401，移动设备在步骤403扫描接入点信道。然后，在步骤405，移动设备确定是否找到可行的接入点信道。如果在步骤405找到可行的接入点信道，则在步骤407，经由该接入点信道，与一个或多个其他设备建立通信，并且示例性操作400结束于步骤409。否则，如果在步骤405未找到可行的接入点信道，则在步骤411，移动站发射信标信号，以建立自组织网络的对等方到对等方信道。例如，对于自组织网络来说是活动的第一移动站可以建立IBSS，并且开始发送信标信号，其需要保持设备之间的同步。在接收到信标信号并且接受在信号的信标帧中找到的参数(例如信标间隔)之后，其他对等方设备可以加入自组织网络。特别地，在步骤413，移动站等待来自其近区内(即在该移动站收发信机的直接通信范围内)的对等方设备的信标信号的确认。在优选实施例中，该确认是TCP SYN分组。在接收到确认之后，在步骤415，移动站可以经由对等方到对等方信道，同对应的对等方设备建立通信。然后，在步骤409，示例性操作400结束。
对于另一实施例，移除了步骤403、405和407。开始于步骤401，在步骤411，移动站发射信标信号，以建立自组织网络的对等方到对等方信道。
如果加入自组织网络中的全部对等方设备在假定信标信号已经发送之后，在短的随机延迟周期中没有检测到来自其他设备的信标信号，则该对等方设备周期性地发送信标。通过有效地减小将要发送信标信号的站的数目，随机延迟周期使来自多个站的信标信号的传输最小。如果对等方设备在随机延迟周期中没有检测到信标信号，则该移动设备假设没有其他的对等方设备是活动的，并且需要发射信标信号。
尽管说明了和描述了本发明的优选实施例，但应当理解，本发明不限于此。对于本领域技术人员来说可以进行很多改变、变更、变化、置换和等同，而不偏离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种无线通信设备，用于与一个或多个近邻设备直接通信，以形成自组织网络，所述无线通信设备包括收发信机，被配置为经由无线链路发送信标信号，该信标信号包括与所述无线通信设备相关联的设备标识符和服务映射，所述服务映射识别可操作在所述无线通信设备上的至少一个应用。
2.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述无线链路利用自组织网络协议。
3.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述自组织网络协议是基于IEEE 802.11协议。
4.如权利要求1所述的无线通信设备，进一步包括存储器部分，该存储器部分被配置为存储所述至少一个应用。
5.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述服务映射识别可以由所述无线通信设备操作的全部应用。
6.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，由所述服务映射识别的所述应用包括存储在所述无线通信设备存储器部分中的至少一个应用。
7.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述收发信机扫描接入点信道。
8.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，如果所述收发信机不能找到可行的接入点信道，则所述收发信机尝试建立对等方到对等方信道。
9.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述收发信机响应于发送所述信标信号，接收来自至少一个近邻设备的确认。
10.如权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述设备标识符包括与所述无线通信设备相关联的IP地址。
11.一种无线通信设备的方法，用于与一个或多个近邻设备直接通信，以形成自组织网络，所述方法包括经由无线链路发射信标信号，该信标信号包括与所述无线通信设备相关联的设备标识符和服务映射，所述服务映射识别可操作在无线通信设备上的至少一个应用。
全文摘要
提供了一种无线通信设备(101)，用于与一个或多个近邻设备(111、113)直接通信，以形成自组织网络。该无线通信设备包括收发信机(201)，被配置为经由无线链路发送信标信号。该信标信号包括与无线通信设备相关联的设备标识符(305)和服务映射(307)。服务映射识别可以操作在无线通信设备上的一个或多个应用(223、225、227)。
文档编号H04W84/18GK101048986SQ200580036430
公开日2007年10月3日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年10月29日
发明者洛伦·J·里特勒, 尼蒂亚·纳拉辛汗, 韦努戈帕尔.瓦苏德万 申请人:摩托罗拉公司