组织本地对等群组以便车辆间通信的基于群组标头的方法

专利名称：组织本地对等群组以便车辆间通信的基于群组标头的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在移动环境中通信的专门无线网络。更具体地说，本发明涉及 建立和维护移动装置到移动装置专门无线网络以实现准瞬时通信。
背景技术：
如今，无线技术己在生活各方面变得较为普遍，无论是无线家庭或办公室网络、本 地餐馆、速食连锁店或旅馆处所谓的"热点"网络，或甚至是WiFi技术的全市性构建。 社会上推行无线的目的在于，提供对信息的可访问性和增加社会作为整体已通过广泛接 受和利用计算机网络(特别是因特网)而享受到的生产力。无线连网技术(例如， 802.11a/b/g)允许WiFi启用的装置如同其会在标准有线网络中那样彼此连接而没有电线 限制。人们可自由地保持连接到网络，而不管其在网络覆盖区域内的物理位置如何。鉴于这一目的，若干城市已尝试为城市创建无线网络。举例来说，2004年7月29 日，Grand Haven, Michigan获得"美国第一 WiFi城市"的荣誉，其构建的全市性无线网 络覆盖该城市的6平方英里且向Lake Michigan中延伸15英里。许多市政官员将WiFi 视为用于吸引和保持商业的基础设施必需品，就像下水道、电力、电话和交通运输一样。 此类系统对于城市管理人员有很多益处，从提供城市雇员间的通信到向所有市民提供公 共服务通知、报告和其它有用信息。在为获得更强无线连接性的这种驱动下，日常生活的一个领域已经滞后。美国的道 路和公路基本上还停留在未由除基本卫星和蜂窝式电话系统以外的无线技术触及。然而， 将从美国道路上的无线网络技术构建中获得许多优点。最显著的优点是交通报告、安珀警报、天气报告等，其能直接转继到所有可能受到影响的车辆。另外，将汽车连网在一起实现关于可能影响附近其它车辆的车辆的信息的转继。举-例来说， 一辆汽车可能突然刹车；可立即将这一动作报告给刹车汽车后面的所有车辆， 从而允许其它车辆的驾驶员在较不紧急的情况下采取必要行动。这个方面清楚暗示了减 少交通事故和堵塞的含义。这种类型的无线连网可出现在车辆安全应用的许多方面中， 包括(但不限于)紧急道路障碍警告、交叉路口协调、隐藏车道警告、车道改变或合并 协助。广义上可将车辆安全通信("VSC")分类成车辆到车辆通信以及车辆与基础设施通 信。在车辆到车辆通信中，车辆彼此通信而没有来自固定基础设施的支持。车辆在位于 彼此相同的无线电范围内时或在可能经由其它车辆进行多重跳跃转继时彼此通信。在车 辆与基础设施通信中，车辆在基础设施(例如，路旁无线接入点)的支持下彼此通信。 在此情况下，车辆也可仅与基础设施通信。关键VSC性能要求包含低等待时间(大约100毫秒)和稳定处理量(或等效地，成 功接收警告消息的相邻车辆的百分比)，以便支持各种VSC应用(例如，碰撞避免)。仅在移动车辆上安装无线天线且接着传输不协调的通信将不能足以满足这些要求。具体地说，通过传输不协调的数据，无线波将充斥着多个消息，这将导致无线电波干扰， 因为无线电带宽是有限的。因此，这些车辆将干扰彼此的传输且彼此竞争以获得无线电带宽来进行传输。另外， 所有消息将在所有方向上传播而不考虑所需传输方向。另外，每个车辆不会与其它车辆的网络配置匹配。高移动性和缺少内在关系使得将车辆先验配置到车辆群组中存在问题(例如，车辆 事先不知道关于其相邻者的任何信息)。必须以准实时方式在车辆间交换用于建立安全通 信所必需的所有信息，且群组中的车辆必须以准实时方式配置其自身，以使得可进行安 全通信。不协调的车辆的高移动性意味着相邻者或车辆群组的频繁变化，且对在车辆群 组内使用支持服务器(用于移动性、地址、名称、媒体会话)构成困难。这些关键不同 点使得现有策略性专门连网技术不能直接应用于车辆群组以进行安全通信。由于覆盖率、数据流量和等待时间问题，使用别处(例如热点)采用的WiFi方法是 不切实际的。中心城市周围的正常高峰时间通勤能产生多达3车道公路每1200米长有 600辆车的车辆密度。另外，所有这些车辆以30到60 mph的速率移动通过个别覆盖区 域。大部分无线系统未经装备来处理其网络中如此大的变化速率。具体地说，当车辆进入覆盖区域时，其会需要由无线接入点或路由器识别和发布配 置指令。当车辆离开覆盖区域时，无线接入点或路由器将需要更新其记录来从其网络中 移除所述车辆。因此，车辆通过特定覆盖区域的速度决定每隔多久需要由无线接入点或 路由器广播更新信息(例如，握手)并由所述范围内的所有车辆对其作出响应。所有这 些车辆同时传输信息可能非常容易地在短时间内击溃系统。已进行了若干次尝试来建立车辆到车辆通信网络。举例来说，FleetNet和CarTalk2000 两者均已开发了车辆到车辆通信网络。这两种系统均在每个车辆中使用GPS系统，以获 得位置信息。FleetNet使用固定节点和移动节点两者作为"专门"网络的基础设施。固定 节点可充当服务器路由器、网关路由器和客户端服务器路由器。多个固定节点的这种使 用对设立、维护和管理基础设施造成相当大的财务费用和额外开销。另外，FleetNet系统 使用基于位置的路由和位置感知。具体地说，作为其系统的中枢，位置数据在所采用的 通信协议中起决定性作用。CarTalk2000也使用基于位置的协议。参与基于CarTalk2000的车辆间系统的每个车 辆必须装备GPS装置以在任何给定时间检测其当前位置。另外，CarTalk2000使用多个 不同路由协议，例如拓扑信息路由、程序路由和反应式路由一例如专门按需距离一向量 协议、动态源路由、混合式路由等。这些路由协议中的每一者使用一组复杂且独特的协 议规则。CarTalk2000系统的主要缺点在于发现相邻节点显著增加了带宽流量。每个节点周期 性地将信标发送到其相邻汽车，从而报告其存在。在高流量地区中，这将导致持续不断 的信标消息碰撞。然而，这些GPS网络具有显著缺点。在高移动性车辆环境中，GPS信息快速变得过 时。为了执行GPS位置路由，车辆间不断变化的GPS信息的交换造成太多的协议额外开 销和无线带宽浪费。结果，此类GPS位置路由技术不能实现最小通信等待时间或稳定的 多重跳跃处理量。因此，需要创建一种专门网络，其能够实现严格的VSC性能要求且同时实现最小通 信等待时间或稳定的多重跳跃处理量而不需要过量带宽和相当大的协议额外开销。 发明内容因此，本发明的目的在于通过将多个移动装置分组成管理群组(例如，本地对等群 组("LPG"))来创建用于移动装置到移动装置通信的恰当通信边界，协调和转继消息传 输以及控制消息传播的范围和方向。另外，本发明的目的在于提供一种用于建立和维护本地对等群组的简单协议和一种用于在本地对等群组内在节点之间传输管理数据的协 议。因此，本文提供一种在多个移动节点之间建立和维护专门无线网络的方法。所述节 点在不对节点进行排序的情况下动态地形成本地对等群组(LPG)。从所述多个移动节点 中选择群组标头节点(GH)来控制LPG。 GH通过广播多个控制消息(包含心跳消息) 来实现这种控制。以固定的时间间隔来广播心跳消息。GH还基于预定阈值来确定所述多 个移动节点中的其它移动节点是否可加入所述LPG。如果确定所述多个移动节点中的其 它移动节点可加入LPG作为群组节点(GN),那么通过在GH与多个移动节点中的其它 移动节点之间建立网络链接来创建所述专门网络。GH被分配有唯一的群组标头识别，且起作用以控制并管理所述LPG。多个控制消 息进一步包含群组成员资格消息，所述群组成员资格消息包含LPG内所有GN的识别、 LPG、 GH识别和时戳。LPG内GN的识别经由从GN广播的状态消息而被周期性地更新。 群组成员资格列表消息可包含在心跳消息中并以所述固定的时间间隔被广播。如果LPG内存在一个以上GH,那么发生标头决定以为LPG仅选择一个GH。 LPG 内所有GH均广播标头决定消息。GH接着在标头决定模式下操作并执行标头决定以基于 预定的选择标准来仅选择一个GH作为LPG的GH。在选择了新的GH之后，新GH广 播GH被选择的消息，且其它GH经由所述新GH而加入LPG作为GN。预定的选择标 准之一是，选择广播心跳消息的第一GH作为新GH。GH的无线电覆盖范围内的所有节点将接收心跳消息。节点将确定是否向GH广播加 入本地对等群组的消息。此确定基于至少一个参数与预定阈值的比较。所述至少一个参 数是所述LPG内节点的数目和所述跳跃计数。预定阈值是LPG中允许的最大节点数目或 最大跳跃。如果所述至少一个参数中的任一者或两者均不超过其相应的预定阈值，那么 节点将广播加入本地对等群组的消息。如果所述至少一个参数中的任一者超过其相应的 预定阈值，那么节点不广播加入LPG的消息。或者，节点将在不作出确定的情况下向GH广播加入本地对等群组的消息，且GH 将基于相同参数和预定阈值来执行所述确定。所述建立和维护专门网络的方法进一步包括以下步骤在GN处接收来自GH的心 跳消息；在LPG内的每一GN处将计时器随机设定为大于心跳周期的值并等待下一心跳 消息；和当GN未接收到心跳消息时减小计时器，其中如果计时器在接收下一心跳消息 之前期满，那么具有第一个将期满的计时器的GN广播其自身的心跳消息并充当新的GH，其中广播心跳消息的第一 GN变成LPG的新GH。此外，为了保持LPG中GN的更新列表，当GN离开LPG时，如果在预定时间间隔 之后未从GN接收到状态消息，那么从群组成员资格消息中去除所述GN的识别。或者， GN可广播肯定离开LPG的消息。在本发明的另一实施例中，所述方法进一步包含为LPG选择至少一个网关节点的步 骤，所述至少一个网关节点起作用以将多个消息从GN转继到GH。所述至少一个网关节 点收集从GN接收到的多个状态消息，在过去了预定时间段之后将所述多个状态消息存 储在存储器中，并向所述GH广播一个含有所述多个状态消息的总计的消息。在本发明的又一实施例中，所述方法进一步包括选择至少一个次级GH的步骤。当 GN离开LPG时，所述至少一个次级GH变成LPG的新GH。本发明还揭示一种包括至少一个本地对等群组(LPG)的专门无线网络系统。LPG 由未排序的多个移动无线装置动态地形成。LPG包含一个群组标头节点(GH)，所述GH 是从多个移动无线装置中选择的并被分配有唯一的群组标头识别。GH通过广播包含以固 定时间间隔广播的心跳消息的多个控制消息来控制并管理LPG。 LPG还包含至少一个群 组节点(GN)，所述GN是当所述至少一个LPG未达到预定阈值时，在GH的无线电范 围内从所述多个移动无线装置中的其余移动无线装置中创建的。所述至少一个GN可经 由在所述至少一个GN与所述GH之间创建的网络链接来与GH通信。所述至少一个GN 向GH广播含有关于所述GN的信息的状态消息。


参看以下附图将了解本发明的这些和其它特征、益处及优点，在所有视图中相同参考标号指代相同结构，其中图1说明根据本发明的两个本地对等群组的实例。图2A说明根据本发明的群组标头节点(GH)中的内部结构的一部分的方框图。 图2B说明根据本发明的内部结构群组节点(GN)的一部分的方框图。 图3说明根据本发明实施例的LPG形成和维护的流程图。图3A-3C说明根据本发明实施例的使用标头决定规则的标头决定的三个不同实例。图4说明根据本发明实施例的用于基于GH的LPG形成的有限状态机。图5说明根据本发明实施例的由两个节点来形成LPG。图6A-C说明根据本发明实施例的可能合并情境的三个不同实例。图7说明确定节点是否可加入LPG的替代方法。图8说明根据本发明第二实施例的LPG。 图9说明根据本发明第三实施例的LPG。
具体实施方式
根据本发明，将节点或移动装置组织成可管理的群组。使用这些群组来协调节点之 间的数据传输。基于相邻节点的相对位置来建立所述群组。此分组或本地对等群组 ("LPG")是在单一LPG内以及LPG之间进行路由和组织专门无线网络中的传输以支持 无线通信(包含但不限于，车辆安全应用和信息应用)的基础。LPG的目的是在相邻节点间建立协调程度。这些相邻节点是具有无线通信能力的移 动车辆。移动无线装置可为PDA、膝上型计算机、手机或具有附接或内嵌的无线装置的 移动车辆。明确地说，移动装置包含具有安装在车辆中或独立地带入车辆中的相关联通信装置的车辆以及携带通信装置的行人。优选实施例是具有固有通信装置的移动车辆。 存在两种类型的协调程度第一类型是对紧邻区域内移动装置的紧密协调，其用于LPG内通信以进行准瞬时消息传送。举例来说，将使用LPG间消息传送来执行发送紧急道路障碍警告或另一类型的紧急事件或安全消息。这些消息通常需要100 msec的等待时间。第二类型是松散协调，将相邻区域中的移动装置分组。此类型的协调用于支持链接 或互连的LPG间的LPG间通信。举例来说，LPG间通信可用于道路感知应用且用于扩 展驾驶员的视野。LPG由紧邻区域中的多个节点动态地形成。明确地说，第一节点广播无线电信号； 第一节点范围内的其它节点具有接收所述无线电信号的能力。由于LPG是基于无线电覆 盖而形成的，因而LPG内的节点可经由单个跳跃或多重跳跃彼此通信，而不需要任何固 定的基础设施。图1说明两个LPG，第一LPG100分别包含四个节点110、 111、 112、 113。这四个 节点110、 111、 112和113中的每一者可向彼此广播数据。第二LPG 120分别包含节点 121、 122、 123、 124、 125和126。所述节点121-126中的每一者可向彼此广播数据。此 类型的传输是LPG内传输且瞬时发生。LPG 100中的节点110-113可通过使用LPG间通 信而向LPG 120中的节点121-125广播数据。两个LPGIOO、 160形成专门网络150。在本发明的第一实施例中，LPG由两种不同类型的节点形成群组标头(GH)和群 组节点(GN)。GH是LPG内的移动装置或节点，其经指定以在不对节点进行任何排序或没有任何基础设施的情况下维护并控制LPG。每一节点或移动无线装置能够作为GH或GN而操作。因此，每一节点包含分别允 许节点作为GH或GN而起作用或操作的元件或构件。图2A和图2B说明允许节点作为 GH (图2A)或GN (图2B)而操作的构件或元件中的若干者。然而，即使当节点作为 GH或GN而操作时，所有结构元件或构件也针对GH和GN两者而存在，但只有特定元 件基于操作模式而起作用。另外，图2A和2B仅描绘当节点分别为GH或GN时起作用的某些构件或部件；然 而，所描绘的部件仅出于描述目的且其它部件和元件可包含且确实包含在节点中。另外， 同样出于描述目的而使用部件的特定名称(例如，针对GH使用存储器部分，且针对GN 使用存储器构件)以避免两个部件及其功能之间的混淆。然而，事实上，元件(即，存 储器)对于所有节点来说均是相同的，但当节点作为GH与作为GN而操作时元件起不 同的作用。图2A说明耦合到移动装置的无线装置的内部结构的一部分的方框图，所述移动装置 在将节点选择为GH10时起作用。当将移动装置或节点选举作为GH10时，至少以下元 件起作用存储器部分200、时钟205、计时器210、心跳产生构件215、传输/接收部分 220、控制构件225和电源230。存储器部分200可为任何类型的存储器，包含DRAM、 SRAM或快闪。在优选实施例中，短期存储器为高速缓冲存储器。存储器部分存储关于 LPG的信息(例如，LPGID、 GHID)、群组列表、预定最大LPG大小、LPG中的节点 数目和其它类型的控制参数。时钟205用于维持对GH 10的计时。明确地说，时钟205充当内部时钟并用作设定 计时器210的基础。计时器210用于确定何时广播心跳消息510，即确定心跳时间间隔 (T)。控制构件225或微处理器控制GH的所有过程，包含产生心跳消息510、基于计 时器210何时广播心跳消息510和允许还是拒绝节点进入GH。另外，控制构件还负责标 头决定，随后将对此进行详细描述。心跳产生构件215负责从存储在存储器部分200中 的数据创建或产生心跳消息510。GH IO周期性地发出称为"心跳"的信号或心跳消息510，其识别LPG并提供关于 LPG的信息。随后将详细描述心跳消息510。此周期是固定的时间间隔(T)。可基于设 计或操作需要来选择时间间隔(T)的值。GH IO还维持LPG中所有节点的列表。此列 表存储在存储器部分200中。此列表基于节点进入和离开LPG而不断变化。此列表包含 节点何时进入LPG或GH 10何时接收到来自节点的状态更新(因此表示所述节点仍在LPG中)的时戳。所述列表用于针对LPG的各种管理和控制功能。举例来说，所述列表 可用于跟踪群组大小、阻止特定节点，和用于标头决定。另外，此列表被周期性地广播 到LPG中的所有其它节点。将LPG心跳消息510广播到GH 10的无线电邻域内的所有节点。经由控制信道将消 息从GH IO传输到其它节点。此信道可为专用于控制和信令用途的无线信道，或可为由 所有节点共享以用于信息交换的无线信道。此类信道的使用可由某(些)无线媒体存取 控制协议支配。心跳消息510包含含有LPG ID和GH ID两者的唯一识别符，下文将对 此进行更详细解释。心跳消息510或消息进一步包含LPG的其它参数，例如下一心跳的 时间、LPG内的节点数目、LPG的预定最大边限、传输的跳跃数目和所允许的跳跃数目 的最大阈值。在本发明替代实施例中，心跳消息510也可包含群组成员资格列表消息540。GH 10向LPG内所有现役GN20发出群组成员资格列表消息540。群组成员资格列 表消息540用于标头决定并且还用于GH使其它GN在LPG状态上保持更新。群组成员 资格列表消息540包含LPG ID和GH ID、何时发送群组成员资格列表消息的时戳和每一 GN的ID。GH 10控制LPG。所有其它节点经由GH 10而加入LPG。 GH 10将接收来自节点的 加入消息550并确定所述节点是否可加入LPG。所述确定将基于至少一个预定阈值。预 定阈值可为LPG的最大节点大小或LPG的所允许的最大跳跃计数。明确地说， 一旦GH 10经由传输/接收部分而接收到来自节点的加入消息550，控制 构件225便将从存储器200中检索节点计数或跳跃计数。另外，控制构件225将检索相 应的预定阔值。控制构件225接着会将预定阈值与相应参数进行比较并确定是否己超过 预定阈值。举例来说，GH IO会将节点计数值与最大节点大小值进行比较。或者，GH10 可将跳跃计数与所允许的最大跳跃计数进行比较。或者，可进行两种比较。如果已超过预定阈值中的任一者或两者，那么GH 10将拒绝节点进入LPG中。GH 10 接着将向节点发送拒绝消息。如果尚未超过预定阈值，那么GH10将允许节点进入。GH IO接着将向节点发送接受消息。 一旦节点变为GN20， GH IO接着便会使节点计数递增 并将新的值存储在存储器部分中。通常，LPG内仅存在一个GH 10。 LPG内所有其它节点是一般节点或群组节点 ("GN")。 GN 20通过GH 10而进入LPG并周期性地向GN 20广播状态信号560。这些 节点向GN10广播节点加入消息550，指示节点希望加入LPG。此消息包含节点ID和时 戳。 一 旦节点加入LPG并变为GN 20 ， GN 20便周期性地向GN 10广播节点状态消息560 。GN 10使用此GN状态消息560来维持更新的成员资格列表。节点状态消息560类似于 加入消息550，因为所述消息包含节点ID和时戳。GN内的外部时钟确定时戳。通常， LPG内存在一个以上GH 20。因此，为了避免由于一次广播多个节点状态消息560而引 起的干扰，以小于心跳时间间隔(T)的随机选择的时间间隔来广播节点状态消息560。 因此，每一 GH20将以不同于另一 GH20的时间广播其节点状态消息560。
图2B说明耦合到移动装置的无线装置的内部结构的一部分的方框图，所述移动装置 当节点加入LPG并变为GN时起作用。所述耦合到节点或移动装置的无线装置包含存储 器构件250、时钟255、计时器256、传输/接收部分260、控制构件265和电源270。存 储器构件250可为任何类型的存储器，包含DRAM、 SRAM或快闪。在优选实施例中， 短期存储器为高速缓冲存储器。时钟255用于维持对GH20的计时。明确地说，时钟255 充当内部时钟并用作设定计时器256的基础，其中计时器256用于确定何时广播信号。 控制部分265或微处理器控制GH 20的所有过程，包含将信号传输或广播到其它GN或 到GH 10、请求进入LPG和将信息存储到存储器构件中。
周期性地，GH20将向GH10发出状态消息560，并将从GH 10接收心跳消息510。 LPG的邻近区域中的新节点将通过向已成为群组的一部分的附近相邻节点通信或通过检 测周期性发出的LPG心跳来检测LPG。接着，所述新节点可向GH 10作出请求以加入 LPG。依据从GH IO接收到的心跳消息510来确定关于特定LPG的信息。
GH IO将决定新节点是否将能够加入LPG。如果GH IO确定新节点可加入，那么新 节点将加入群组而作为GN 20。
现将描述GN 20的操作。GN 20将从GH 10接收心跳消息510。心跳消息510将含 有例如LPG的唯一识别符的信息和其它类型的控制信息，如随后将详细描述。在接收到 心跳消息510之后，GN 20中的控制部分265将把计时器256设定为随机值(最小值等 于心跳周期)(T+ )。如果在所述周期内接收到下一心跳，那么GN20知道GH10仍在 其邻近区域内。如果未听到心跳，那么GN20将选举其自身作为GH 10。
明确地说，当在大于T (心跳时间间隔)的时间内未听到当前GH心跳消息510时， 进行新GH的选举。每一GN20将其计时器256设定为大于T的随机值(例如，T+ ) 并等待心跳消息510。如果计时器在从当前GH或新GH处接收到心跳消息510之前期满， 那么节点将选举其自身作为新GH并发出新的心跳消息510，因此LPG中的其它节点知 道存在当前GH。计时器期满的第一节点将发出其自身的心跳消息510以及其当前已知 LPG ID，并选举其自身作为GH 10。当接收到LPG心跳消息510时，其它节点(GN)20将其与先前存储在存储器构件250中的至少含有识别LPG的唯一识别符的LPG心跳 信息进行比较。如果LPG ID相同但GH已改变，那么节点认为群组可能已分裂或先前 GH 10已移动离开(例如，GH车辆已离开公路，在道路交叉路口进行了不同拐弯，或仅 仅是由于不同的车辆速度而与群组分离)。GH10的改变也可暗示节点GN 20己移动到与 先前群组具有相同的LPGID的群组中。如果LPGID是不同的且GH10是不同的，那么 节点将知道其已移动到新的群组中并经由GH IO而加入所述群组。
在这些情况中的任一者中，节点最终将凭借心跳信息而确定其为LPG的一部分。如 果节点发现因某种原因其尚未成为LPG的一部分，那么节点可通过向GH请求而加入。
唯一识别符识别每一 LPG。唯一识别符具有若干可能的格式。可经由唯一识别符来 识别LPG,所述唯一识别符是基于GH号码来编码的。然而，当GH10改变时，LPG的 唯一识别符也将改变，且将导致节点不能够断定是其LPG改变还是仅仅LPG的ID改变。 另一方面，当GH IO离开时，LPG唯一识别符可固定为原始ID。然而，当单一LPG分 裂时，这可能导致LPG唯一识别符重复。两个或两个以上群组将具有相同的唯一识别符。 在优选实施例中，基于LPG ID和GH ID号码两者来编码唯一识别符以唯一地识别LPG。 给予GH 10GHID号码。网络中的第一 GH IO被标记为GH1,且下一 GH 10将为GH2, 等等。初始化后，将LPGID联系到GH号码。因此，GH号码最初确定唯一识别符，但 当GH改变时，LPGID唯一识别符改变以包含新的GH号码。另外，当单一LPG分裂为 多个LPG时，LPGID对于两个或两个以上新LPG将是共同的，但GHID将是不同的且 可用于区分具有相同LPG ID的LPG,因为唯一识别符将是不同的。
LPG由邻近区域内一个以上节点形成。图3说明由一个或一个以上节点形成LPG并 维护LPG的过程。最初，每一移动装置可能已将其自身识别为GH (步骤l)(对于仅含 有其本身的LPG)。随着移动装置彼此接近(例如，车辆处于交叉路口、公路上坡，或由 于道路上车辆速度差异)，其到达彼此相同的无线电覆盖范围内(单个或多重跳跃)。现 处于同一无线电覆盖范围内的这些移动装置开始形成含有一个以上节点的LPG。通常， 认为发出心跳消息510的第一节点是GH 10。每一个别节点作为其自身的LPG而启动且 因此被认为是其自身的LPG中的GHIO。因此，每一GH 10广播其心跳消息510，如图 5中将说明。通过无线电波可从GH10行进的径向距离来确定LPG的最大实体大小。此 径向距离内的任何节点可以是LPG内的GN20。如果LPG内存在一个以上GH，那么发 生标头决定。
LPG的邻近区域中的新节点将通过向已成为群组的一部分的附近相邻节点通信或通过检测周期性发出的LPG心跳来检测LPG。接着，所述新节点可向GH IO作出请求以加 入LPG(步骤2)。 GH接着将确定所述节点是否可加入LPG (步骤3)。基于此确定，GH 可接受(步骤4a)节点或拒绝(步骤4b)节点进入LPG中。如果预定数目的节点已在 LPG中，或如果传输所需要的跳跃数目超过阈限，那么GH 10可拒绝加入(在步骤4b 处)。或者，新节点可基于如图7所说明的预定标准，通过从所接收的LPG心跳信息中 检査大小限度来由其自身确定其是否将能够加入群组。这避免了当已达到大小限度时额 外不必要地向GH10传送消息。这将在广播加入消息550之前发生。
明确地说，GN 20将从GH 10接收心跳消息510 (在步骤700处)。此心跳消息510 将包含节点计数、LPH的预定最大节点大小、跳跃计数和预定最大跳跃计数。GN 20接 着将基于节点计数或跳跃计数中的任一者或两者与其相应阈值(即，预定最大LPG节点 大小或预定最大跳跃计数)的比较来确定其是否可加入LPG (在步骤710处)。GN20中 的控制部分265接着会将预定阈值与相应参数进行比较并确定是否已超过预定阈值。举 例来说，GN20会将节点计数值与最大LPG节点大小值进行比较。或者，GN20可将跳 跃计数与所允许的最大跳跃计数进行比较。或者，可进行两种比较。
如果已超过预定阈值中的任一者或两者，那么GN20将不向GH IO广播其加入消息 550 (在步骤720处)。GN20接着将试图经由不同的GH IO而加入另一LPG。如果两个 预定阈值均未被超过，那么GN20将向GH10广播加入消息550 (在步骤730处)。在接 收到此加入消息550时，由于GN己确定未达到任一预定阈值，因而GN 10将广播接受 消息。GN接着将开始周期性地广播状态消息560。
由于维护LPG内所有GN的当前列表是GH的责任，因而GH将持续监视GN是否 已离开LPG(步骤5)。当节点离开LPG时，GH IO将从群组列表中"老化"GN20 (即， 存储在GH的存储器部分200中)，因为其将不会从离幵节点接收周期性成员状态更新。 老化过程如下运作在从GN20接收到状态消息560之后，GH10保持每一GN20的成 员资格有效持续一时间段(步骤5a)。当GN20离开LPG时，GH 10将停止从GN 20接 收状态消息560并停止保持LPG中的GN 20成员资格。GH 10接着将在某段时间之后从 LPG列表中去除节点(步骤5b)。 GH IO保留GN20的成员资格而不从GN20接收任何 状态更新的实际时限是系统设计或操作参数。举例来说，所述时限可大约为T + D加上 GN 20发送状态消息560的最大周期。在所述时限的末端，GH 10将从其存储器200中 去除GN 20的记录。这将有助于GH 10保持更新的成员资格列表以及LPG中节点数目的 当前计数，以使得如果尚未达到预定的最大大小值，那么将不允许新节点成为LPG的成员。或者，离开节点可隐含地向GH10发送关于其不再是LPG的一部分的消息。
如上所述，心跳消息510可包含群组成员资格列表消息540。或者，群组成员资格 列表消息540可为单独传输的消息。由GH IO广播的消息还存在若干其它类型。举例来 说，广播标头决定消息520以启始标头决定过程。仅当LPG内存在一个以上GH 10时才 广播此类型的消息。此外，仅从LPG内一GH IO向另一GH IO广播所述标头决定消息 520。标头决定消息520包含GHID、 LPG ID和群组成员资格列表。
在发生标头决定之后，从GH 10向GH IO广播额外的消息。使用GH选择消息530 来通知GH 10关于为LPG选择了新的GH。 GH选择消息530包含群组的所述GH ID和 LPG ID 。
如果两个或两个以上现役GH 10处于同一 LPG中或同一邻近区域中，那么在步骤 la处确定发生标头决定。这是为了避免在同一 LPG内具有多个GH 10，因为同一LPG 中的多个GH 10将导致在LPG内传输或广播冗余的(甚至可能混乱的)控制信号并浪费 带宽和容量。标头决定起作用以从至少两个GH中选择一个GH。每一GH广播GH标头 决定消息520 (在步骤6处)。此告知所有GH在标头决定模式下操作(在步骤7处)。基 于预定的选择标准来选择新的GH。存在四种不同的选择标准；可使用任一个选择标准。 第一标准是选择具有最低ID号码的GH。第二标准是选择具有最高ID号码的GH。第三 标准可以是选择广播第一个心跳消息510的GH。最后，选择LPG中具有最当前节点的 GH，即与群组成员资格列表最匹配。
图3A-3C说明根据本发明实施例的使用所述标头决定规则中一者的标头决定的三个 不同实例。图3A说明当两个GH10 (每一LPG为大小1)进入同一邻近区域时的实例。 每一个别节点作为其自身的LPG而启动且因此是其LPG中的GH 10。当两个单节点LPG 彼此接近时，其需要决定谁将是具有大小2的LPG的新GH。所述GH10中的一者将保 持作为所述LPG的GH 10，而另一者将变为所述LPG的GN 20。
在图3A中，每一节点GHA和GHE分别(300和301 )将听到彼此的心跳消息510。 GH A 300处于LPG 1中且GH E 301处于LPG 3中。当接收到心跳消息510时，GH 10 将广播标头决定消息520,且节点GH A 300和GH E 301将交换群组列表以断定节点是 否正在同一 LPG中复制GH 10。或者，群组列表将是标头决定消息520的一部分。在LPG 中仅具有一个节点的此配置中，节点将通过检査此群组列表而发现其是每一LPG中的仅 有节点。每一群组列表将仅具有一个节点。将所述群组列表与存储器或高速缓冲存储器 中的群组列表进行比较。这指示节点GH A 300和GHE 301中的一者是冗余的GH 10。因此，节点GHA300或GHE301中的一者将保持作为所述LPG的GHIO,且另一节点 将只是常规的GN 20且将经由新的GH 10而加入LPG。
此选择过程使用预定的选择标准来确定所述节点中的哪一个将被选择作为LPG的 GH。举例来说，可选择具有较低ID的节点作为GH。或者，可选择具有较高ID号码的 节点作为GH。将在创建LPG之前预先确定选择标准。如图3A的实例中所描绘，具有 较低ID的节点保持作为LPG的GH 10。另外，保持作为新LPG的GH 10的GH 10的 LPG ID确定所述新LPG的LPG ID。举例来说，如图3A所说明，新群组的LPG ID是 LPG 1 305，且GN是节点E 306。在完成标头决定之后，GHIO将向旧GH广播GH选择 消息530，告知所述节点关于其是新的GH。
图3B说明标头决定的第二实例。在此实例中，单一LPG中存在两个或两个以上GH 10，因为一个或一个以上GN20中的随机设定的计时器256中的一者在没有从GN 10接 收心跳消息510的情况下而期满，可能指示GH 10已离开LPG。 GN 20假定旧的GH 10 已离开LPG且因此选举其自身作为新的GH 10。然而，对于GN 20未能接收心跳消息510 存在若干原因。举例来说，由于在同一带宽上发送多个其它信号而引起的无线信道拥挤 可导致干扰心跳消息510并阻止GN接收信号。
因此，在同一LPG内将广播和接收多个GH心跳消息510。如图3B中所描绘，LPG 330中存在三个GH 10，即GH A331、 GHC 333和GHE 335。 GH 331、 333和335中 的每一者分别会将所接收的群组列表(其为标头决定消息520的一部分)与存储在存储 器部分200中的群组列表进行比较。然而，由于GH 331、 333和335分别已处于同一 LPG 330中，因而列表上节点的全部或大体上全部将是相同的。但是，LPG不能具有一 个以上GH,因为这会是冗余控制，因此节点GH331、 333、 335中的一者将保持作为 LPG的GH，且其它节点将只是常规的GN且将经由新GH而加入LPG。
此选择过程使用预定的选择标准来确定所述节点中的哪一个将被选择作为LPG的 GH。举例来说，将选择已发出新的心跳消息510的节点作为LPG 330的新GH。或者， 可再次选择原始GH作为新GH。将在创建LPG之前预先确定选择标准。如图3B的实例 中所描绘，在给定时间，LPG330分别具有三个GH331、 333、 335、 GHA、 GH C禾d GH E。出于此实例的目的，GHC 333是原始GH,然而，当GH A 331处的计时器256期满 时，GH A广播心跳消息510并选举其自身作为GH 10。在优选实施例中，GHA331变 为LPG的新GH331，因为GHA331发出了最新近的心跳消息510。另外两个GH(GHC 333和GHE 335)分别变为常规节点GN 342和344。另夕卜，GH A 331的LPG ID确定其余LPG的LPGID。在完成标头决定之后，GH IO将向旧GH广播GH选择消息530，告 知所述节点关于其是新的GH。
图3C说明标头决定的第三实例。在第三实例中，LPG中存在两个或两个以上GH, 因为来自另一LPG的GH移动到大小大于一个已具有GH的LPG的LPG中。如图3C中 所描绘，节点A是LPG 362的GH A 360，且节点E是LPG 372的GH E 370。两个GH 360 和370中的每一者分别将广播其心跳消息510，且两个GH 360和370中的每一者分别将 接收彼此的心跳消息510，因为LPG 372的GHE已移动到LPG 362的无线接收范围中。 此心跳消息510可包含含有分别关于其LPG 362和372内的所有节点的信息的群组列表 信号。或者，GH 360和370可广播单独的群组列表信号。另外， 一旦确定LPG内存在 一个以上GH， GH 360和370就将广播包含群组成员资格列表的标头决定消息510。
GH 360和370中的每一者分别会将所接收的群组成员资格列表与存储在存储器部分 200中的群组列表进行比较。群组列表将不具有或具有极少共同的节点，因为GH是来自 不同的LPG。或者，每一GH 360和370可询问存储在其存储器部分200中的其群组列 表上的一些或所有节点以确定节点是否仍在LPG中。如果一个GH确定节点是不相同的 (例如，不在LPG中)，那么GH (E)知道其已移动到新的群组(LPG 362)中。由于LPG (LPG 362)内现存在一个以上GH，因而标头决定必须选择所述节点之一作为GH，因为LPG不 能具有一个以上GH (因为这会是冗余控制)。因此，在图3C中，节点GH 360中的一者 将保持作为LPG的GH，且其它节点将只是常规GN且将经由剩余GH而加入LPG。
此选择过程使用预定的选择标准来确定所述节点中的哪一个将被选择作为LPG的 GH。举例来说，将选择具有最当前节点群组的节点作为LPG 362的GH，例如当将存储 器部分200中的群组列表与从另一 GH广播的所接收群组列表进行比较时具有最大数目 的节点匹配的GH。或者，确定已移动到另一LPG中的GH可降级为LPG中的GH并经 由GH而加入LPG,因为所述LPG已具有GH。将在创建LPG之前预先确定选择标准。 如图3C的实例中所描绘，LPG 362和372每一者分别仅具有一个GH (360和370)。 GH E 370进入LPG 362的邻近区域中，造成两个GH处于LPG 360中。GH 360和370两者 均广播其心跳消息510。
在优选实施例中，GH A 360变为LPG的新GH，因为使用任一选择标准，GH 360 将具有最多的与当前LPG共同的节点。另一GHE 370变为LPG中的常规节点或GN 382。 另夕卜，GHA360的LPGID确定LPG的LPGID。在标头决定完成之后，所述GH将向旧 GH广播GH选择消息530，告知所述节点关于其是新的GH。在标头决定完成之后，新GH广播GH选择消息530 (在步骤8处)。所述过程接着返回到步骤1 ，且新GH广播心 跳消息510。图4说明用于基于GH的LPG形成的有限状态机。对于基于群组标头(GH)的LPG, 选择/选举一节点(移动装置)作为GH。在接通状态400期间初始化每一移动装置。如 果车辆或节点是单独的，那么移动装置通过经由过渡405变为其自身的LPG和GH而将 其状态从状态400改变为状态410。当遇到其它移动装置时，所述移动装置通过经由过 渡415加入群组作为群组节点(GN)而将其状态从状态400改变为状态420。或者，当 遇到其它节点时(每一者在过渡435处发出其自身的心跳消息510)，发生标头决定430。 如上所述，当一个以上GH在我们的LPG中且在过渡435处发生多个心跳的广播时，发 生标头决定。标头决定430造成一个节点经由从状态430到状态410的过渡445而变为 GH，且所有其它节点经由从状态430到状态420的过渡455而变为GN。每一节点具有 作为GH或GN的能力。举例来说，当LPG中的GH离开时，群组节点可变为新GH， 且当发生标头决定时，GH可变为群组节点。另外，如果GN中的设定的计时器256期满， 那么群组节点可经由从状态420到状态410的过渡425而变为GH。图5说明根据本发明实施例的基于GH控制的LPG由两个节点来形成LPG的实例。图5描绘两个节点A 500和B 502，这些节点中的每一者最初形成其自身的LPG并 变为GH。两者均广播并接收彼此的心跳消息510。当接收到信号时，两个GH10均将意 识到另一 GH处于邻近区域内并广播标头决定消息520。两者接着进入标头决定模式(步 骤7)且将为群组大小为二的LPG选择一个GH 10。如上文所述且图3A中所描绘，将 使用预定的选择标准来选择节点。节点A500将被选择作为GH IO而变为GHA504，且 节点B 502将必须经由GHA504加入LPG。 GH A 504将广播GH选择消息530，从而告 知节点B 502。每隔预定的固定周期(T)， GH A 504将广播其心跳消息510。 GH A 504 还将发出群组成员资格列表消息540。此成员资格列表540可包含在心跳消息510中。 或者，群组成员资格列表消息540可为单独的消息且可较不频繁地(T + b)被传输或广 播。当节点B 502接收此心跳消息510时，节点B 502将向GH 10广播加入LPG的消息 550，请求节点加入LPG。GHA504将确定是否允许节点B 502进入LPG。此确定可基于LPG的最大容许大小。 另外，这可由群组的最大容许跳跃确定。提供这些标准以限制将信息广播到LPG内所有 GN 20所花费的时间，并限制在LPG内广播的控制消息的数目。这对于LPG支持车辆安 全通信应用来说是重要的考虑内容。明确地说，GH 10可限制LPG心跳在其落下之前可行进的跳跃数目。然而，当GH 10 改变时，群组成员可能改变，因为新的GH可能处于LPG的不同部分中，且相同跳跃计 数将改变LPG的结构，例如之前是LPG的一部分的某些节点将移出且不是LPG的一部 分的节点现可成为其一部分。在GH 10改变时保持LPG的成员资格稳定的一种方式是改 变计时器256周期，以使得与GH IO相距一个跳跃的节点将比相距更多跳跃的节点更早 期满。这可改进当GH IO移动离开时较靠近旧GH的节点更可能接管的机率。因此，除 了外部节点外，LPG的成员资格可能不会改变过多。如图5中所描绘，如果GHA504允许节点B 502进入LPG，那么节点B 502将变为 GNB。 GNB接着将向GHA 504广播状态消息560,从而向GH A 504发送状态更新， 以使得GH A504可维持群组中所有节点的经更新的成员资格列表。将通过无线信道以随 机的时间间隔(小于心跳时间间隔T)从GN 20向GH IO广播状态消息560。这是为了 避免由同时全部从GN 20向GH 10广播的状态消息560充斥无线信道。理想地，每一 GN 20将在不同时间广播状态消息560。当较多节点进入LPG的邻近区域时，每一新节点将接收GH的心跳消息510并通过 广播加入消息550来请求加入LPG。只要尚未达到LPG的最大容许大小或最大容许跳跃， GH 10就将允许节点成为群组的GN 20。当一个以上LPG处于同一邻近区域中时发生LPG合并，然而，整个LPG不会全体 与另一LPG合并。来自一个LPG的节点通过经由GH IO加入另一LPG而与另一LPG"合 并"(一次一个节点)。这对于道路上的车辆来说是典型的，其中个别车辆以其自身的速 度行进且在其它车辆之间具有某一间隔。因此，将车辆合并到LPG中通常以一次一个车 辆的方式发生。这也确保了尚未达到LPG的最大容许大小或最大容许跳跃计数。图6A-C说明可能的合并情境的三个不同实例。图6A描绘第一实例，其中两个LPG 群组中仅一个具有GH 10 (GHA600)。 LPG 1 650由四个节点A、 B、 C、 D组成，节点 A600是GH10，且节点B、 C和D分别是GN601、 602和603。 LPG 2 660分别包含3 个节点E、 P和Q 605、 606和607。 LPG 2 660不具有GH。 LPG 2 660将通过使每一节 点E、 P和Q通过向GH A 600广播信号而请求加入LPG 1 (LPG 650)来与LPG 1 650 合并。节点E、 P和Q将从GHA 600接收心跳消息510并通过向GHA600广播加入消 息550来作出响应。GHA600将通过确定是否已达到LPG的最大容许大小或最大容许跳 跃计数来确定是否允许节点E、 P和Q 605、 606和607进入LPG中。如果尚未达到LPG 的最大容许大小或最大容许跳跃计数，那么GHA600将允许节点变为GN并使计数器递增以更新LPG中的节点数目。新GN接着将周期性地向GH IO广播其状态消息。图6B描绘第二实例，其中任一群组均不具有GH 10。在图6B中，LPG 1 650分别 由四个节点A、 B、 C、 D 610-613组成。LPG 2由与上文相同的三个节点E、 P、 Q 605-607 组成。在此情形中，若必要(即，两个或两个以上GH 10)，广播心跳消息510的第一节 点将通过使用如上所述的标头决定规则变为GH 10。每一节点具有随机设定的计时器 256,所述计时器256将在节点没有接收心跳消息510时期满，因此新GH10将成为计时 器首先期满的节点。新GH 10接着将组织新LPG。新LPG ID号码将基于GH号码。新GH 10将周期性 地广播其心跳消息510，且其它节点将经由新GH而加入LPG。明确地说，其它节点将向新GH广播加入消息550。新GH将通过确定是否已达到 LPG的最大容许大小或最大容许跳跃计数来确定是否允许节点进入LPG中。如果尚未达 到LPG的最大容许大小或最大容许跳跃计数，那么新GH将允许节点变为GN 20并使计 数器递增以更新LPG中的节点数目。新GN接着将周期性地向GH IO广播其状态消息 560。图6C描绘合并的第三实例，其中两个LPG均具有GH 10且来自不同LPG的节点结 合在一起。在图6C中，LPG 1 650具有GHA600，且LPG 2 660具有GH Q 640。 LPG 1 650分别具有GNB、 C和D (601-603),且LPG 2 660具有GN E和P (606和607)。 将使用标头决定来为组合的LPG确定一个GH 10。 GH A 600和GH Q 640将广播标头决 定消息520并进入标头决定模式。将基于上述标头决定规则(例如，基于预定的选择标 准)来确定新组合的LPG的GH 10。 一旦选择了新GH 10，新GH 10接着就将组织新 LPG。新GH接着将周期性地广播其心跳消息510，且其它节点将经由新GH 10而加入 LPG。其它节点将向新GH 10广播加入消息530。新GH将通过确定是否已达到LPG的最 大容许大小或最大容许跳跃计数来确定是否允许节点进入LPG中。如果尚未达到LPG 的最大容许大小或最大容许跳跃计数，那么新GH将允许节点变为GN 20并使计数器递 增以更新LPG中的节点数目。新GN 20接着将周期性地向GH 10广播其状态消息560。 新LPG ID号码将基于GH号码。当LPG内任一节点变为在通信上与GH 10分离(例如，在无线电传输的范围外)时， 发生LPG的分裂。在此情况下，具有GH IO的群组将如以前一样继续。不再可从GHIO 接收心跳消息510的节点将与LPG分裂并创建其自身的LPG或加入另一 LPG。当节点与LPG分裂时，GH 10将(如上所述)从群组列表中"老化"GN 20 (即，存储在GH 的存储器部分200中)，因为其将不会从离开节点接收周期性更新或状态消息560。在预 设的时间之后，GH10将接着从LPG列表中去除所述节点。这将有助于GH保持经更新 的成员资格列表以及LPG中节点数目的当前计数，以使得如果尚未达到预定最大大小值， 那么将不允许新节点成为LPG的成员。与原始LPG分裂的节点将需要选择新GH 10 (如果形成新群组)。当计时器256在 心跳时间间隔(T)内没有听到任何心跳消息510之后期满(例如，计时器256将期满) 时，所述节点中的一者将变为新GH 10。若必要(即，两个或两个以上GHIO)，将通过 使用标头决定规则来选择新GHIO。新群组会使用与旧群组相同的LPGID，但具有新的 GH ID以提供唯一性。与原始LPG分裂的其它节点将通过新GH 10而加入新LPG。所述 节点将从新GH 10接收心跳消息510并广播加入消息550。 GH IO将允许所述节点全部 加入直到达到LPG的预定最大大小为止或直到已达到最大跳跃计数为止。或者，节点可 作出此确定。另一方面，与原始LPG分裂的节点(例如，节点E、 P和G、 F)可加入另一LPG。 这些节点将经由其它LPG的GH 10而加入。节点将从GH 10接收心跳消息510并广播请 求加入另一 LPG的加入消息550。 GH 10将基于预定阚值来确定节点是否可加入LPG。当节点离开LPG时，必须告知其它节点关于LPG的状态改变。如果GN 20离开群 组，那么GN20可主动通知GH IO关于节点正在离开。GH IO接着将肯定地从其存储器 部分200中去除GNID。或者，如果GN20离开LPG,那么GH 10将不会从GN 20接收 随机广播的状态消息560。 GH10接着将(如上所述)"老化"所述节点，且在预设的时 间之后，GH10将从其存储器部分中去除GNID。如果离开节点是GH 10，那么不广播任何心跳消息510且GN 20均不会接收到心跳 消息510。因此，必须选择新GH 10。广播新心跳消息510的第一 GN 20将被认为是新 的GH 10。计时器256期满的节点将广播此心跳消息510。新GH IO接着将发出心跳消 息510和存储在存储器中的最近己知群组列表。其它节点将继续作为LPG中的GN20。 其现将向新GH 10广播状态消息560。图8说明本发明的第二实施例。根据第二实施例，可使用多个次级标头节点或核心 节点800来帮助协调和控制LPG 810。多个次级标头节点800被选择用于充当GH 10并 接收群组列表信息。当初级GH IO仍存在于LPG 810中时，LPG810中的次级GH节点 800收集信息以充当初级GH IO的热备份，即次级GH节点800收集信息但并不另外充当初级GH 10节点来管理LPG 810。基于节点与初级GH的接近度来选择次级GH节点 800，以使得当初级GH 10离开LPG810时，新GH将对LPG 810的结构具有最小影响， 即之前处于到初级GH的最大跳跃计数内的节点仍处于到新GH 10的最大跳跃计数内。 促进LPG结构稳定性的一种方式是基于自初级GH 10的跳跃数目来选择次级GH节点 800。当初级GH 10离开LPG 810时，次级标头节点800中的一者接管作为GH。当初级 GH10节点离开LPG810时，其可告知核心节点接管作为新的GH10节点。如果不可能 告知次级GH节点800，那么次级GH节点800将通过由于将不会听到来自己离开的初级 GH IO节点的心跳消息而计时器期满来发现初级GH IO节点已离开。次级GH节点800 接着将接管作为新的GH 10节点。由于次级GH节点800充当GH并接收群组列表信息， 因而GH之间的过渡几乎是瞬时的。如果热备份上存在一个以上次级节点800，那么将选 择其中之一。所述选择可基于接管作为GH IO节点的预先建立的次序，或最靠近(即， 最小跳跃数目)正离开的初级GH IO节点的次级节点800将接管作为新的GH 10节点。 LPG 810中的其余节点是常规节点815。图9说明本发明的第三实施例。在此实施例中，LPG910由群组标头节点(GH) 10、 多个网关节点900和常规节点905形成。GH IO是特殊网关节点或群集头。在此实施例 中，只有GH IO和网关节点900可转发消息。这减少了无线信道中自仅基于GH的组织 的消息流动，如上所述。在上述实施例中，有多个控制消息被发出以在GH IO与每一节 点之间交换信息，并且维护LPG 910的结构。这可能导致无线信道被这些消息占用并堵 塞。在此实施例中，使用与针对第一实施例揭示的相同的标头决定来选择GH 10，且LPG 910将在LPG 910内具有一个集中式GH 10。此时，LPG内将不存在其它节点且没有其 它结构。GH IO接着将向无线电传输范围内(在距GH的第一跳跃距离内)的任何节点 广播心跳消息510。接收心跳消息510的节点将在其无线电传输范围内再次广播心跳消 息510。心跳消息510将继续由节点再次广播直到达到跳跃计数限度为止。每一节点可 从不同的相邻节点接收心跳消息510的多个副本。对于每一节点，第一非复制心跳消息 510的转发节点变为其网关节点900，且网关节点900被通知。不是GH 10或网关节点 900的所有节点变为常规节点905。将基于预定的选择标准来选择若干节点作为LPG 910的网关节点900，且所有其它 节点变为常规节点905。常规节点905可发送消息；然而，常规节点905不能转发消息。LPG 910中的GH IO和至少一个网关节点900处理消息传递。另外，使用心跳消息510 本身来维护LPG结构，且因此不需要出于LPG组织目的而产生另一控制消息。此外，即 使一些节点移动到不同位置，每次也使用心跳消息510来创建新结构。明确地说，使用网关节点900来将GH 10的无线电范围(扩展范围920)扩展到GH 的初始最大传输范围915以外。每一常规节点905可向网关节点900广播状态消息560, 所述网关节点900会将状态消息560转继到GH 10。网关节点900将等待预定的时间段 (P)并收集其接收的所有状态消息560。状态消息560将存储在存储器中。 一旦预定的 时间段期满，网关节点900就将广播一个含有网关节点卯O在所述预定时间段(P)期间 接收的多个状态消息560的总计的消息。可通过其它网关节点900将此消息转继到GH 10。基于群组标头的LPG的一个优点是，可控制LPG的大小(即，每一 LPG内的节点 数目)来限制每一LPG的无线带宽负载以便对每一LPG内的通信等待时间提供某下限。 基于群组标头的LPG的另一优点是，对于每一 LPG内GH节点和GN节点以及距GH节 点的跳跃数目的了解可导致有效路由和多信道广播协议(对于LPG内通信)，因为通过 这种了解，每一节点可更有效地选择朝向(LPG内)所有其它节点的下一跳跃节点作为 建立其路由表的目的地。核心节点的使用进一步增加了基于群组标头的LPG的稳定性， 这对于路由和多信道广播通信来说是极其重要的。网关节点的使用可减少控制流量(用 于维护LPG)，藉此改进无线带宽利用率并减少通信等待时间。每一移动无线装置或节点将包含安装在存储器构件中的程序，所述程序允许装置执 行上文陈述的功能。此程序或软件封装可在制造时安装到移动无线装置中。或者，所述程序可在安装之 后从远端位置上载到移动无线装置。本文已参照特定示范性实施例来描述了本发明。所属领域的技术人员可了解某些变 化和修改，而不脱离本发明的范围。希望所述示范性实施例是说明性的而不限制本发明 的范围，本发明的范围由所附权利要求书界定。
权利要求
1. 一种在多个移动节点之间建立和维护专门无线网络的方法，其中在不对所述多个移动节点进行排序的情况下将所述多个移动节点划分为动态形成的本地对等群组(LPG)，所述方法包括以下步骤从所述多个移动节点中选择所述LPG的群组标头节点(GH)，所述GH被分配有唯一的群组标头识别，所述GH控制并管理所述LPG；从所述选择的GH广播包含心跳消息信号在内的多个控制消息，所述心跳消息以固定的时间间隔进行广播；基于预定阈值来确定所述多个移动节点中的其它移动节点是否可加入所述LPG；和如果确定所述多个移动节点中的所述其它移动节点可加入所述LPG作为群组节点(GN)，那么在所述多个移动节点中的所述其它移动节点之间创建网络链接。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中如果在所述LPG内存在一个以上GH，那么所述 选择步骤进一步包括以下步骤从所述一个以上GH中的每一者广播标头决定消息；基于预定的选择标准来执行标头决定以仅选择一个GH作为所述LPG的所述GH;禾口通过所选择的新GH广播已选择GH的消息，且所述一个以上GH中的其它GH 经由所述新GH而加入所述LPG。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述预定的选择标准基于所述一个以上GH中广 播所述心跳消息的第一节点。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述心跳消息包含本地对等群组识别、GH识别 号码、所述LPG内的节点数目、所述LPG中所允许的最大节点数目、跳跃计数、 最大跳跃和下 一心跳消息的时间。
5. 根据权利要求4所述的方法，其进一步包括以下步骤通过无线电范围内的所述多 个移动节点中的所述其它移动节点来接收所述心跳消息；和确定是否向所述GH广 播加入本地对等群组的消息，所述确定基于至少一个参数与所述预定阈值的比较， 其中所述至少一个参数包含所述LPG内的所述节点数目和所述跳跃计数，且所述预 定阈值是所述LPG中所允许的所述最大节点数目和所述最大跳跃，如果所述至少一 个参数不超过所述预定阀值，那么所述多个移动节点中的所述其它移动节点广播所述加入本地对等群组的消息，且如果所述至少一个参数超过所述预定阈值，那么不 广播所述加入LPG的消息。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中当接收到所述心跳消息时，所述多个移动节点中的所述其它移动节点向所述GH广播加入本地对等群组的信号，且所述确定所述多个移动节点中的所述其它移动节点是否可加入的步骤由所述GH执行，所述确定基 于至少一个参数与所述预定阈值的比较，所述至少一个参数包含所述LPG内的节点数目和跳跃计数，且所述预定阈值是最大节点数目和最大跳跃，如果所述至少一个 参数不超过所述预定阈值，那么所述GH允许所述多个移动节点中的所述其它移动 节点加入所述LPG作为GN，且如果所述至少一个参数超过所述预定阈值，那么不 允许所述多个移动节点中的所述其它移动节点加入所述LPG。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个控制消息进一步包含群组成员资格消息， 所述群组成员资格消息包含所述LPG内所有GN的识别、本地对等群组识别、GH 识别和时戳，所述LPG内GN的所述识别通过从所述GN广播的状态消息而被周期 性地更新。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中如果在预定的时间间隔之后未从所述GN接收到 所述状态消息或如果所述GH己从所述GN接收到肯定离开消息，那么从所述群组 成员资格消息中去除所述GN的所述识别。
9. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤在所述GN处接收来自所述GH的所述心跳消息；在所述LPG内每一GN处将计时器随机设定为大于心跳周期的值并等待下一心跳 消息；和当未接收到心跳消息时减小所述计时器，其中如果所述计时器在接收所述下一心 跳消息之前期满，那么具有第一个期满的计时器的所述GN广播其自身的心跳消息 并充当新GH,其中广播所述心跳消息的第一 GN变成所述LPG的新GH。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中所述群组成员资格消息包含在所述心跳消息中且 以所述固定的时间间隔进行广播。
11. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括为所述LPG选择至少一个网关节点的步 骤，所述至少一个网关节点起作用以将多个消息从所述GN转继到所述GH。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个网关节点收集从所述GN接收到的 多个状态消息，将所述多个状态消息存储在存储器中，并在过去了预定时间段之后向所述GH广播一个消息，所述消息含有所述多个状态消息的总合。
13. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括选择至少一个次级GH的步骤，其中当 所述GN离开所述LPG时，所述至少一个次级GH变成所述LPG的新GH。
14. 一种专门无线网络系统，其包括-至少一个本地对等群组(LPG)，所述LPG由多个移动无线装置动态地形成，所 述多个移动无线装置未经排序，所述LPG包含一个群组标头节点(GH)，其选自所述多个移动无线装置并被分配有唯一的群组 标头识别，所述GH通过广播包含以固定时间间隔广播的心跳消息的多个控制消息 来控制并管理所述LPG，和至少一个群组节点(GN)，其是当所述至少一个LPG尚未达到预定阀值时，在所 述GH的无线电范围内从所述多个移动无线装置中的其余移动无线装置中创建的，所述至少一个GN可经由在所述至少一个GN与所述GH之间创建的网络链接来 与所述GH通信，所述至少一个GN向所述GH广播含有关于所述GN的信息的状 态消息。
15. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其进一步包括至少一个网关节点，其选自所述多个移动无线装置中的所述其余移动无线装置， 所述至少一个网关节点起作用以将多个消息从所述至少一个GN转继到所述GH, 所述多个消息包含从所述至少一个GN到达所述GH的状态消息，所述至少一个网 关节点收集从所述至少一个GN接收到的所述状态消息，存储所述状态消息，并在 过去了预定时间段之后向所述GH广播一个总合状态消息，所述消息含有由所述至 少一个网关节点在所述预定时间段期间接收到的全部所述状态消息的总合。
16. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其中所述移动无线装置包含存储器部分、 计时器、控制构件、传输和接收部分及心跳产生构件，所述心跳产生构件以固定时 间间隔产生所述心跳消息，所述心跳消息包含LPG识别号码、GH识别、所述LPG 内的节点数目、所述LPG中所允许的最大节点数目、跳跃计数、最大跳跃和下一心 跳消息的时间，当选择所述移动无线装置作为所述GH时，所述固定时间间隔由所 述计时器计数，且当所述计时器期满时，所述心跳产生部分基于存储在所述存k器 部分中的信息来广播所述心跳消息，所述控制部分控制所述GH，包含通过将所述 预定阈值与至少一个参数进行比较来确定所述多个移动装置中的所述其余移动无 线装置中的一者是否可加入所述LPG，如果确定所述多个移动装置中的所述其余移动无线装置中的所述一者可加入所述LPG,那么所述控制部分指令所述传输和接收 部分广播GN接受消息，而如果所述控制部分确定所述多个移动装置中的所述其余 移动无线装置中的所述一者不可加入所述LPG，那么所述控制部分指令所述传输和 接收部分广播GN拒绝消息。
17. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其中当选择所述其余多个移动无线装置作 为GN时，所述节点包含存储器构件、计时器、控制部分及传输和接收部分，所述 传输和接收部分以固定时间间隔向所述GH广播状态消息，所述固定时间间隔由所 述计时器计数，且当所述计时器期满时，所述传输和接收部分基于存储在所述存储 器构件中的信息来广播所述状态消息，当所述传输接收部分接收到所述心跳消息 时，所述计时器也被设定为大于心跳周期的随机时间段，当接收到另一心跳消息时 复位所述计时器，如果在所述计时器期满之前所述传输/接收部分未接收到心跳消 息，那么所述控制构件指令所述传输/接收部分广播其自身的包含存储在所述存储器 构件中的关于所述LPG的信息在内的心跳消息并充当所述LPG的新GH。
18. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其中如果所述LPG内存在一个以上GH， 那么所述一个以上GH向每一其它GH广播标头决定消息并进入标头决定模式，以 基于预定的选择标准来选择一个GH作为所述LPG的GH，且在选择了一个GH之 后，所述一个GH向所述LPG内所有其它GN广播己选择GH的消息并接着广播所 述心跳消息，所述一个以上GH中的其它GH经由所述新GH而加入所述LPG。
19. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其中当所述其余多个移动无线装置接收所 述心跳消息时，所述其余多个移动无线装置确定是否向所述GH广播加入LPG的消 息，所述确定基于至少一个参数与所述预定阈值的比较，如果确定所述至少一个参 数不超过所述预定阈值，那么所述多个移动无线装置中的所述其余无线装置广播所 述加入LPG的消息，且如果所述至少一个参数超过所述预定阈值，那么不广播所述 加入LPG的消息。
20. —种用于在多个移动节点之间建立和维护专门无线网络的专门网络，其中在不对所 述多个移动节点进行排序的情况下将所述多个移动节点划分为动态形成的本地对 等群组(LPG),所述网络包括用于执行提供在计算机可读存储媒体上的计算机可 读程序代码的处理器，所述计算机可读程序代码具有促使所述处理器执行以下步骤 的指令从所述多个移动节点中选择所述LPG的群组标头节点(GH)，所述GH被分配有唯一的群组标头识别，所述GH控制并管理所述LPG;从所述选择的GH广播包含心跳消息在内的多个控制消息，所述心跳消息以固定 时间间隔进行广播；基于预定阈值来确定所述多个移动节点中的其它移动节点是否可加入所述LPG;和如果确定所述多个移动节点中的所述其它移动节点可加入所述LPG作为群组节 点(GN)，那么在所述多个移动节点中的所述其它移动节点之间创建网络链接。
21. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其中所述多个无线装置是至少一个移动车 辆。
22. 根据权利要求14所述的专门无线网络，其中所述多个无线装置是耦合到移动车辆 或嵌在移动车辆中的至少一个无线装置。
全文摘要
本发明揭示一种用于建立和维护网络和具有多个分组为本地对等群组(LPG)的移动装置的相应专门移动装置到移动装置网络的方法。从所述LPG中的所述多个移动无线装置中选择群组标头节点(GH)。所述GH通过广播包含以固定时间间隔广播的心跳消息在内的多个控制消息来控制并管理所述LPG。所述LPG还包含至少一个群组节点(GN)。所述至少一个GN可经由在所述至少一个GN与所述GH之间创建的网络链接来与所述GH通信。所述GN经由所述GH而加入所述LPG。如果在LPG中存在一个以上GH，那么发生标头决定以仅选择一个GH。
文档编号H04B7/00GK101253699SQ200680001245
公开日2008年8月27日 申请日期2006年10月27日 优先权日2005年11月22日
发明者匹田敏郎, 蔡升伟, 贾丝明·切尼卡拉-瓦格赫塞, 崴 陈, 马库斯·庞 申请人:泰克迪亚科技公司;丰田信息技术中心有限公司