同步协议的制作方法

专利名称：同步协议的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于同步无线网络上的两个站(station)的方法。本发 明尤其有关于网状无线网络(mesh wireless network )，特别l基于IEEE 802. lls标准的网状WLAN (无线局域网)。
背景技术：
IEEE 802. lls标准化委员会小组目前正在制定用于这样类型网络的 802.11标准的扩展。当前的IEEE 802. lls标准规范，版本Dl. 03，被通过 引用方式合并于此，该IEEE 802. lls标准规范使用IEEE 802.11 MAC/PHY 层定义了IEEE 802.11无线LAN (WLAN)网状网(mesh),该网状网支持在 自配置多跳拓朴上的个别寻址和群寻址递送。按照802. lls标准的网状网 络，或者所谓的网状网，作为在大量个体无线收发信机之间的无线协作通 信基础设施而运行。网状网可以是集中型或分散型的。网状网中的站或网 状网节点(MP)仅与它们附近的相邻节点通信，并因此充当中继器将消息 数据从附近节点传送到那些太远以至于不能到达的对等体(peer)。在以 下的段落中，将使用特定于802. lls标准的术语来阐明本发明，而且在适 用时，所用的术语应当^L理解为如在802. lls标准中所定义的那样。
依据定义，在基于802. lls标准的网络中，网格点(mesh point ) MP 在网上进行通信。网状网包括两个或更多个网格点。网格点MP是IEEE 802. ll实体，其包含到无线介质的、符合IEEE 802. ll的介质接入控制和 物理层接口 ，该无线介质支持在802. lls标准中所定义的网状网业务。
当网格点已经建立公共时间基准时，它们被同步，由此使得能有效地 预留无线介质来用于数据传递、设立信标和高级功率节省模式。当前的 802. lls规范定义了在网格点想要相互同步的情况下的同步协议。网状网 上的同步不是强制性的，然而当可行时，它大大地改善了网格点之间的通 信。802. lis Dl. 03定义了同步能力字段(参见802. lis Dl. 03 7. 3. 2. 53. 5 同步能力字段)，它具有3个子字段支持同步子字段、与对等MP同步子 字段以及与对等MP同步子字段。如果MP支持与对等MP的定时同步，则支持 同步子字段被设置为l，否则为0。如果MP请求试图与它通信的MP对等体与 它同步，则请求从对等体同步子字段被设置为l，否则为0。如果非接入点MP当前是同步MP,则与对等MP同步子字段设置为1，否则为0。如在802. lis 7. 3. 2. 53中所解释的，同步能力字段被包含在网状网能力单元中，用来通 告网状网业务。它被包含在由MP传送的信标帧中，并且也被包含在探测请 求/响应消息和(重新)关联请求/响应消息中。在当前的同步规程 (procedure)中，同步被当作网状网范围(mesh-wide)的属性来对待， 并且用于这个网状网范围的属性的参数由发起该网状网的MP来建立，见第 11A10. 3. 2节。
但是，这一规程具有多种缺点。首先，可能出现建立网状网的MP没 有发起同步，而之后这可能永不改变，那么该网状网不能发展成同步的网 状网。其次，这个规程并不清楚当两个或更多MP同时启动网状网时将发生 什么。第三，这个规程不清楚如果两个同步的网状网需要合并时将发生什么。

发明内容
本发明的 一 个目的是提出 一 种在网状网中的简单的同步规程。
本发明的另一个目的是克服在当前的802. lls同步规程中定义的网状 网范围同步的缺点。
为此，本发明涉及在网状无线网络上的第一和第二站之间的同步方 法。这两个站首先建立它们之间的通信链路。根据本发明，第一站传送包 含能力信息比特和状态信息比特的同步单元到第二站，该能力信息比特指 示第一站与另一站同步的能力，该状态信息比特指示第一站是否已经与第 二站所属的网状网中的另一站建立了同步的对等链路。这两个站之一还向 其他站传送同步请求，接收代表第二站接受该同步规程的响应。如果该同 步与另 一 当前的同步不沖突的话，则该其他站被强制去接受该同步。
在任何同步规程之前，必须在两个站之间建立链路。在对等链路建立 期间，站可以相互通告它们各自的属性。对等链路建立往往是特定于在无 线网络上所使用的通信标准的，这里将不提供细节。同步和对等链路建立 可以被分离，然而这两个步骤可以很容易^皮合并且在这两个站之间的握手 交换中并行地实行。
本发明的同步方法采用两个比特来传达给定的网格点的同步状态。这 两个比特的状态是特定于给定的网格点的且并不指示整个网状网的总体 同步，尽管人们可以从存在于网状网中的所有网格点的两个比特的状态来 推断出网状网是完全同步、未同步、还是部分同步。网状网可以包括通常不能够同步的网格点，并且这样的网状网至多只是部分同步。此外，网状 网可以具有并存的、不同的同步简档。
能力信息比特相当于802. lis Dl. 03的支持同步比特，因为它指示与 之相关联的网格点是否支持与对等网格点的定时同步。
在示范性实施例中，如果站被同步则状态信息比特可被设置为l,如 果站没有与网状网中它的对等站同步则状态信息比特可被设置为O。如果 第一站目前正在进行同步过程，该同步过程还没有最终完成，则状态信息 比特也可以被设置为O。状态l指示第一站与网状网中它的对等站同步，或 至少与那些也指示状态信息比特l的站同步。然而，状态信息比特设置为l
也未必指示第一站与第二站同步。事实上，举例来说，第一和第二站可属 于不同的、独立地与非公共时钟同步的网状网。在这种情形下，状态l将 只指示第一站与它所属的网状网中的对等网格点同步，而并不与包括第二 站的另一网状网中的网格点同步。 本发明覆盖下列案例情景。
首先，第一和第二站可属于同一网状网，并且两个站之一最近加入该 网状网。该网状网先前被同步。本发明提供了一种规程，即新的站——要 么是第一站要么是第二站——将跟着采用该网状网的同步参数。在一个示 范性实施例中，第一站加入现有的网状网，并且请求同步。在另一个示范 性实施例中，笫二站加入该网状网，并且存在于该网状网中的第一站传送 所述请求给加入该网络的第二站。
接下来，在另一种情景中，第一和第二站属于两个不同的网状网，并 且试图相互同步。这种情况可能会出现在两个网状网合并时。正如下文将 解释的， 一旦这些站成对地被同步，则同步协议可被传播到还未在任一网 状网中同步的其他对等网格点。
本发明还覆盖第三种情况，其中网状网中并存两种同步协议。各自具 有其自己的同步参数组的第一和第二站试图同步，目的是最终在网状网中 仅有一个同步筒档。
发明人已经认识到，简化802. lis Dl. 03标准的现有同步协议是十分 必要的，并且因此设计了一种同步规程，其允许最初把同步限制在有限数 量的网格点或者甚至是一对网格点MP。 一个或多个实施例的另外的优点在 于，本发明在最佳状态中使用了在网状网上有机地散布信息和控制数据的 能力。事实上，网格点MP充当中继器以在整个网状网上传达同步参数。上面已经相当概括地略述了本发明的特征和技术优势，使得本领域技 术人员可以更好地理解下面的附图的说明。任何人都应当明白，他可以容 易地使用所公开的概念和特定实施例作为基础来修改或设计用于完成本 发明的相同目的的其他结构。


为了更全面的理解本发明及其优势，现在参考以下结合附图所做的说
明，在附图中同样的数字标明同样的对象，以及其中 图l是根据本发明的网状网； 图2显示了两个网格点之间同步的握手图3显示了一个网状网，用来举例说明根据本发明的、在该网状网中 的两个站之间的同步；以及
图4显示了两个网状网，其中在每个网状网的网格点之间发生同步。
具体实施例方式
图1显示了基于802. lis Dl. 03失见范的网状网100。网状网100包^"网才各 点(MP) 110-170。在这个实施例中，网状网100是分散型的，即没有中央 控制器，而且MP 110-170使用多跳技术通信，其中MP 110-170只可以与已 经建立了链路的附近的MP进行通信。当两个站成功地完成链路建立过程 时，它们就建立了链路。例如，802. lis Dl. 03在第11A, l节中描述了链路 建立规程。链路建立规程和同步规程在时间上可以是分开的、或者取决于 实现而同时;也进4亍。
图1显示了在MP 110-170之间设立的链路。例如，MP 120只可以与MP 130、 140和110直"l妄通信，以及MP 120还可以经由MP IIO或MP 140与MP 150 间才妄i也通信。
为了便于网状网100上的数据传递和控制，网状网100可以被同步。如 果两个MP共享一组时间参数的值，并且已经商定用于维持这些参数的过 程，则这两个MP已经建立了同步链路。这些参数可以例如是网状网时间， 网状网超帧的开始时间，下一超帧的开始，和/或网状网超帧的持续时间。 在本发明中，与先前的802. lis Dl. 03标准相反，同步是在MP对而不是网 状网范围的属性的级别上进行处理的。这种方法的优点在于，它使整个同 步规程更灵活。同步因此是特定于两个MP之间的通信或所谓的对等链路 的。因而，网状网100可以是完全同步的(在这种情形下，所有MP110-170 共享相同的同步参数)、部分同步的(即仅所选定的MP 110-170共享相同的同步简档)、或根本不同步的。尽管如此，给定的MP将不把与当前打开
的其他链路关联的其他简档相冲突的同步简档关联到链路。所提出的协议 还定义了给定的同步简档可以如何通过网状网^f皮传播。传播可以不是强制 性的，这可以留给实施者来选择。
在一个示范性实施例中，网状网100允许各个MP 110-170维持两组同 步简档空简档(因此不同步)和同步简档。人们还可以设计这样的协议， 其中在给定的MP上存在两个以上的简档，不过将不描述这样的实现，但是 其从下面的说明中可以很容易地设计出来。
在设立期间，MP 110-170可以知道相互的同步能力。假设每个MP只持 有两个同步简档，则MP可以借助于1比特的同步能力单元来通告它们的同 步能力。如果相应的MP能支持同步，则这一同步能力单元^L设置为1，否 则为O。同步能力单元可被包括在所有MP都传送的网状网信标中，或者被 包括在对等链路建立规程期间所交换的控制和/或数据帧中。如果MP能支 持更多的同步简档，则同步单元可以包括指示支持哪些简档的若干比特。 存储简档的查找表可能在所有MP上可得到，且MP参考该表中的条目以指示
所支持的(多个)简档。
在本发明中，引入了第二附加单元，即状态信息单元，用来发信号通 知传送它的MP是否已经建立了与另一MP的同步链路。
图2显示了 MP1和MP2之间针对同步的通信握手。在试图相互同步之前， MP1和MP2已经按照在802. lis Dl. 03标准中所定义的规程建立了对等链路。 在该规程期间，上文提到的MP1和MP2的空同步简档默认地被关联起来，以 指示该链路最初未同步。在本发明的一个实施例中，可以只有一个简档与 两个MP之间的任何链路相关联。借助于所提出的过程，MP必须达成对这个 简档的一致意见。此外，该简档不可以与其他已经存在的简档沖突。因此， 最初地而且默认地，把空简档与该链路相关联，并且MP1和MP2知道这一事 实。这不会与可能存在的任何其他简档冲突，因为空简档与任何其他简档 都协调一致。
在这个实施例中，MP1试图把MP1和MP2之间的现有非同步链路修改成 同步链路。为了做到这一点，MP1传送请求同步消息210到对等MP2。消息 210可以包括同步能力单元和状态信息单元，它们分别代表MP1的同步能力 和同步状态，即比特"11"。
消息210可以进 一 步包括针对要与MP 1和MP 2之间的链路相关联的简档，MP1所建议的同步简档。所建议的同步简档可以当前由MP1在它与另一
对等MP的通信中支持。替换地，消息210可以不包含简档，并且MP1留待MP2 来建议简档。
必须指出的是，在原则上，如果MP2支持同步，则MP1将只是试图同步 在MP1和MP2之间的对等链路。通过由MP2在链路建立期间使用本发明的两 个l比特单元来预先通告它的能力和状态，MP1可以知道MP2的能力。然而， 缺乏同步能力并且仍然接收到上述类型的同步请求消息的MP可以简单地 忽略或拒绝该i青求。
在图2的例子中，MP2能够与另一对等MP同步，因此借助于同步响应消 息220对消息210做出反应。消息220可以包含4妄受、拒绝、或带有建议的 改变的简档的拒绝。如果MP1最初没有提交对于简档的建议，则消息220还 可以包含用于同步简档的参数。如果MP2接受从MP1接收的同步参数，则MP1 和MP2之间的对等链路从这一点起被同步。同步也可以取决于网状网上适 当的通信协议，在消息220被发送之后的一段固定时间后^皮建立，或者一 旦确认响应消息220被传送便被建立。接下来，MP1和MP2更新其各自的状 态信息比特，以使得它反映当前的同步状态。
在消息220包括绝对的拒绝的情况下、或者如果MP2忽略请求210并且 不传送消息220， MP1和MP2之间的对等链路保持非同步。这种情况可能发 生在当MP1和MP2属于支持非兼容的同步参数的不同网状网时，或者发生在 当MP2对于MP1的网状网来说是新的并且不能够同步时。
在消息220包括带有改变的同步参数的拒绝的情况下，MP1可以在同步 响应230中进一步地接受或拒绝。以类似的方式，如果MP1最初没有提供同 步参数，则消息220可以包括所建议的参数，所迷建议的参数可以^皮MP1接 受或拒绝。上述情景典型地可发生在两个不同的网状网合并时。MP1和MP2 各属于两个独立的网状网之一(或属于其中有几个同步简档并存的同一网 状网的组成部分)，并且它们试图同步。如果所建议的握手成功，那么同 步是否-波传播到任一 网状网的其他对等MP超出了本发明的范围。在MP 1和 MP2之间已经采用了新参数的两者之一通过在与其他对等体建立的链路上 使用所描述的握手来这样做。
通常应用下列规则。
如果同步请求消息210包含MP1的非空筒档、并且MP2未与其他对等体 同步，则MP2接受该非空简档。如果同步请求消息210包含MP1的非空筒档、并且MP2与其他对等体同 步，则MP2可以接受MP1的非空简档、拒绝MP1的非空简档、或者建议它自 己的非空简档。
如果同步请求消息210包含MP1的空简档、并且MP2与其他对等体同步， 则MP2在消息220中向MP1建议它当前的非空简档。
如果同步请求消息210包含MP1的空简档、并且MP2未与其他对等体同 步，则MP2在消息220中向MP1建议它当前的非空简档。
第 一和第三种情况往往对应这样的情况，即其中MP 1或MP2之一对于同 步的网状网来说是新的。必须指出，在这种情形下，同步可以或是由加入 网状网的节点或是由该同步网状网的节点之一来发起。替换地，像第四种 情况一样，它们还可以对应这样一种情况，即其中节点通过将它的链路与 邻居同步而将同步引入网状网中。
第二种情况典型地将对应于其中两个网状网合并的情形。两个网状网
可以经由非同步的链路合并，即MP1和MP2都不试图与这两个网状网之间的 新链路同步。替换地，MP1或MP2试图通过发送具有特定简档的同步请求消 息21 O给它的对等体从而同步该链路。
经常地，当MP2在消息210中接收到MP1的非空简档时，它将把该非空
简档与它自己的简档进行比较。至少，它将检查其是相冲突还是相一致。 图3中描绘了一种典型情况，其中在网状网300中只存在简档A。所有的MP 31 0-340已经与它们各自的附近的对等体建立了同步链路，并且全部共享 同步简档A。只有MP 330和340之间的对等链路(以虚线显示)未同步。MP 330和340试图使用先前参照图2详述的握手交换来同步。在这种情况下， MP 340将接受该简档(假设MP 330是该过程的发起者)而无需改变它自己 的简档。网状网300的同步将因此而成功。
图4中描绘了另一种情况，其中MP 410-430共享相同的简档A，而MP 440-460共享相同的与简档A不兼容的简档B。 MP 410 - 460可以全部属于 同一网状网、或者属于两个不同的网状网。MP 430和460试图同步，并且 为此目的，MP 430发起所述过程，在消息210中传送它的简档。MP 460检 查所接收的MP 430的简档，并且认识到该简档与它自己的简档并不相一致 且相沖突。MP 460不能在不改变它自己简档的情况下接受该简档。
如果MP 460决定接受与它当前的简档相沖突的该简档，则MP 460将把 它的1比特状态信息单元设置为0，以便发信号通知它附近的对等体(例如MP 450 ):它不与它们同步。当对等MP更新与它们的同步简档相关联的参 数时，它们将暂时忽略MP 460。 MP 460可以之后发送同步请求消息210给 那些它已用不同且相冲突的同步简档(在本实施例中为简档B)与之建立 对等链路的对等MP。 MP 460为这个存在的链路协商一个与它自己链路的简 档(即简档A)不沖突的新同步简档。所协商的简档可以是空简档，以指 示该链路未同步。"重新"同步也意味着撕毁在MP之间的、依赖于同步的 其他协定。用于可能已存在于这两个MP之间的数据通信的预留时隙(在 802. lls的草案版本Dl. 03中称作MDA0P)给出了这方面的一个例子。
一旦MP 460已经与它的至少 一个对等的邻近MP达到同步，那么它就把 其状态信息单元设置为l,以便发信号通知它与对等MP同步。
在另一实施例中，在同步请求消息210中还可包括优先级值，用来把 优先级与所建议的简档相关联，以便强制(coerce)给定的简档。
此外，作为主动发送同步请求消息210的替代方案，MP1可以在比如信 标的广播帧中设置请求比特，并且该请求比特可以迫使邻居们复制同步简 档。
权利要求
1.一种用于同步网状无线网络上的第一和第二站的方法，该方法包括在第一站和第二站之间建立通信链路；从第一站传送同步单元到第二站，该同步单元包含指示第一站同步能力的能力信息单元和指示第一站是否已经与该网状无线网络中的另一站建立同步对等链路的状态信息单元；由第一或第二站中的一个站传送同步请求到这两个站中的另一站；接收来自该另一站的、代表该另一站接受所述同步的响应，该另一站在该同步与当前由该另一站支持的另一同步不冲突的情况下接受该同步。
2. 根据权利要求l的方法，其特征在于，它进一步包括由该另 一 站尝试改变与由第 一 和第二站中的该 一 个站传送的同步请 求相沖突的现有同步的参数。
3. 根据权利要求l的方法，其中所述能力信息单元和所述状态信息单 元是1比特字。
4. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述同步单元包含一个以上 的能力信息比特。
5. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述同步请求包括指示同步 参数的同步简档。
6. 根据权利要求5的方法，其特征在于，所述响应代表该另一站接受 所述同步简档。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，所述第一和第二站更新它们 各自的状态信息单元，以指示每个相应的另 一站被同步。
8. 根据权利要求l的方法，其特征在于，它进一步包括 在第一站处，接收来自第二站的另一同步信息单元，该另一同步信息单元包含指示第二站与另外的站同步的能力的能力信息比特和指示第二 站是否已经与该网状无线网络中另外的站建立同步对等链路的状态信息 比特。
9. 根据权利要求8的方法，其特征在于，该方法还包括 在第一站处，依据从第二站接收的同步信息单元的能力信息单元来确定第二站是否能够与第一站同步；以及如果第二站能够与第 一站同步，则从第 一站传送所述请求。
10. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述能力信息单元被包含 在以下帧之一中网状网信标；以及在第一和第二站之间的对等链路建立 过程期间在第 一和第二站之间交换的帧。
11. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述建立通信链路的步骤 和所述传送同步单元的步骤是同时的。
12. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述无线网络以及第一和 第二站是基于802. lls标准。
13. —种在网状无线网络中的站，包括 收发装置，用于建立与第二站的通信链路；同步简档装置，用于存储同步简档和生成同步单元并传送该同步单元 到第二站，其中该同步单元包含指示该第一站与另一站同步的能力的能力 信息单元和指示第一站是否已经与该网状无线网络中的另一站建立同步 对等链路的状态信息单元；同步装置，用于传送同步请求到第二站到另一站，并且基于来自第二 站的、代表第二站接受所述同步简档的响应来确定是否修改所述同步单 元，第二站在所述同步与当前由第二站支持的另一同步不沖突的情况下接 受该同步。
14. 根据权利要求13的站，其特征在于，所述同步装置还传送代表同 步简档的 一组同步参数到第二站。
15. —种计算机程序产品，用于存储用以实现如权利要求1所要求的 方法的计算机可执行指令。
全文摘要
提出了一种适用于基于802.11s标准的网状WLAN的有效的同步规程。第一和第二站发起该过程，并且在它们之间建立通信链路。接下来，第一站将同步单元传送到第二站，该同步单元包含指示第一站同步能力的能力信息单元，以及指示第一站是否已经与另一站建立同步对等链路的状态信息单元。这两个站之一然后可以发起实际的同步握手。发起方传送同步请求，并且接收来自该另一站的、代表该另一站接受所述同步的响应，所述请求和所述接受是受限制的，因为这些站可能不接受对于不同链路相冲突的同步规程。所述请求可以包括一组同步简档。
文档编号H04L12/28GK101682550SQ200880020127
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月9日 优先权日2007年6月13日
发明者T·J·J·邓特尼尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司