专利名称：具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络的分布式ip地址指派协议的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及无线设备连通性的领域。更具体而言，本发明的一个或多个实施例涉及具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络(multi-hop wireless home mesh network) 的分布式IP地址指派协议的方法和装置。
背景技术：
无线网络可提供灵活的数据通信系统，这种系统可以取代或扩展有线网络。利用射频(RF)技术，无线网络在没有有线线缆的情况下穿过墙壁、天花板、甚至水泥建造物在空气中发送和接收数据。例如，无线局域网(WLAN)提供了诸如以太网和令牌环之类的传统 LAN技术的所有特征和益处，但却没有被线缆束缚在一起的限制。这提供了更大的自由和更高的灵活性。当前，根据电气与电子工程师学会(IEEE) 802. 11标准(例如IEEEMd. 802. lla/b/ g/n)工作的无线网络可被配置成两种工作模式之一基础设施模式和自组织模式。截至今日，大多数安装的无线网络被配置成基础设施模式并在基础设施模式中工作，其中一个或多个接入点(AP)被配置为对有线分布网络(例如以太网)的接口。在基础设施模式中，具有无线连通性的移动设备(例如具有无线电网络接口卡“NIC”)的膝上型计算机)能够与 AP建立通信并与AP相关联，从而，这些设备的用户能够访问与有线网络相连的服务器内的内容。然而，作为一个可选的特征，IEEE 802. 11标准规定了自组织模式，其允许每个无线设备内的无线电NIC在独立基本服务集(IBSS)网络配置中工作。因此，无线设备相互间执行对等通信，而不是利用AP来支持这种无线通信。自组织模式还允许用户自发地形成无线LAN。例如，拥有被实现有IEEE 802. 11无线芯片集的膝上型计算机的一组雇员可以聚集在一咖啡店并且通过将其NIC切换到自组织模式来形成小的WLAN。结果，这些雇员可以共享演示图表和电子数据表，而不需要线缆或AP。一类自组织网络被称为网格网络，其允许通过从一个设备“跳”到另一设备直到到达目的地，来进行绕过断开或阻塞的路径的连续连接和重配置。网格网络与其他网络的不同之处在于，设备全都可以在没有基础设施(例如AP)的情况下经由多跳相互连接，并且这些设备可以是移动的或静止的。与网格网络相关地，移动自组织网络(MANET)是移动路由器的自配置网络，其中路由器可以自由重定位。网格网络(和MANET)的主要优点之一是其能够扩展无线网络的范围。例如，建筑物一侧的用户可以发送以远超过遵从IEEE 802. 11的AP的点到点范围的该设施的另一侧的另一用户为目的地的分组，其方式是通过使无线电信号从一个移动设备跳到另一移动设备，直到无线电信号到达其设定的目的地为止。取决于无线用户的集中度，这可以将WLAN 的范围从数百英尺扩展到数英里。随着近来集成电路方面技术的进步，以及多输入多输出(MIMO)系统方面的突破，无线数字通信已经进入了允许无线联网应用具有更快速度的新时代。诸如智能电话、音乐 /电影播放器、个人数字助理、游戏设备等等之类的移动设备正产生对新的无线通信和联网技术的需求，以允许家庭网络内的无线移动设备的无缝连接，这种家庭网络不仅支持诸如高清晰度(HD)视频之类的高带宽需求应用，而且依赖于无线设备之间的制造商兼容性来减轻入侵者和欺骗性网络活动。
发明内容
实施例的一个公开的特征提供了具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络的分布式IP地址指派协议的方法和装置。描述了一种多跳无线家庭网格网络，其改进了现有的家庭网络性能，以获得更好的范围/速率和与室外无线网络的互连。家庭(消费类)电子设备可根据多层级系统(multi-tier system)被分类，该系统包括作为分散的无线家庭网格网络工作的节点的集合，该网络具有负责网络内的不同功能的多个1)子网络(以下称为“层级”)。多跳无线网络的每个节点基于该节点的性能能力被指派到特定的层级，并且被配置为转发数据到其他节点。在一个实施例中，描述了一种分层次体系结构，其中可为网络中的静止和移动节点实现不同的功能。在一个实施例中，利用各种可用的家庭电子设备，这些设备可被组织为无线家庭网格网络的节点。例如，网络的第一层级可模拟传统的因特网连接(经由线缆/ DSL连接，或3G/WiFax室外网格)。直接连接到因特网的节点可被称为网关节点，并且在家庭网络中可有多个网关节点。网络的第二层级表示互连各种静止(固定位置)的消费类电子(CE)设备(例如平板TV、PlayStati0n或桌面型计算机)的网络的回程(baclchaul)，这些静止的消费类电子设备通常是静止的并且电耦合到电源(没有电力限制)。网络的第三层级可包括属于网络的第二层级的设备与移动CE设备之间的链路。在另一实施例中，该方法可包括在检测到的多跳无线家庭网格网络内的唯一因特网协议(IP)地址的自动确立。一旦确立为无线家庭网格网络的移动节点或静止节点，新节点(家庭电子设备)就可与多跳无线家庭网格网络的一个或多个现有节点无线地通信。
在附图中以示例方式而非限制方式图示了本发明，附图中图1是图示出根据一个实施例的三层级无线自组织家庭网络的框图。图2是图示出根据一个实施例的无线自组织家庭网络内的层级2节点的框图。图3是图示出根据一个实施例的无线自组织家庭网络协议体系结构的框图。图4是图示出根据一个实施例的被配置为实现无线家庭网格网络(WHMN)的无线家庭电子设备的框图。图5图示出根据一个实施例的通用WHMN消息分组格式。图6图示出根据一个实施例的包括WHMN消息分组格式的以太网分组。图7是图示出根据一个实施例的WHMN内的新节点的AutoIP(AIP)探测消息的广播的框图。图8是图示出根据一个实施例的WHMN内的冲突消息的生成的流程图。图9是图示出根据一个实施例的在网络划分之后WHMN内的新节点的加入的框图。
图10是图示出根据一个实施例的当两个WHMN合并时被发送出来收集节点IP地址的广播消息的框图。图11是图示出根据一个实施例的响应于用于收集IP地址的广播消息的响应消息的框图。图12是图示出根据一个实施例的WHMN中的IP地址冲突的检测的框图。图13图示出根据一个实施例的被WHMN的节点执行来在WHMN内确立唯一 IP地址的消息流程过程。图14图示出根据一个实施例的被WHMN的节点执行来解决检测到的IP地址冲突的消息流程过程。图15是图示出根据一个实施例的用于在多层级WHMN内生成IP地址的方法的流程图。图16A和16B是图示出根据一个实施例的由WHMN的节点执行的用于IP冲突检测和解决的方法的流程图。
具体实施例方式在以下描述中，出于说明目的，阐述了许多具体细节以帮助透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员将会清楚，没有这些具体细节中的一些也可以实现本发明。此外，以下描述提供了示例，并且附图出于例示目的示出了各种示例。然而，这些示例不应当被解释为限制性的，因为它们只是想要提供本发明的实施例的示例，而不想要提供所有可能的实现方式的详尽列表。在其他情况下，以框图形式示出公知的结构和设备，以避免模糊所描述的各种实施例的公开特征的细节。系统体系结构在以下描述中，使用了特定的术语来描述本发明的特定特征。例如，术语“无线节点”一般被定义为具有数据处理和无线通信能力的设备。术语“逻辑”一般被定义为被配置为执行一个或多个功能的硬件和/或软件。特定类型的逻辑的一个示例是无线芯片集，其是一个或多个集成电路，进行操作以请求访问无线网络和/或在允许一无线节点访问无线网络之前认证该节点。“软件” 一般描述为应用、小应用程序或者甚至例程形式的一系列可执行指令。软件可被存储在任何类型的机器可读介质中，所述机器可读介质例如是可编程电子电路、半导体存储器设备(比如易失性存储器(例如随机访问存储器等等)和/或非易失性存储器(例如任何类型的只读存储器(ROM)或闪存))、便携式存储介质(例如USB 驱动器、光盘、数字磁带)等等。术语“消息”表示被配置用于在网络上传送的信息。一类消息是帧，帧一般被定义为总体作为单个数据单元工作的一组信息比特。术语“内容”包括视频、音频、图像、数据文件或其任何组合。参考图1，描述了多层级无线家庭网格网络100的示例性实施例。多层级无线家庭网格网络100(以下称为“家庭网络”或“WHMN” 100)包括作为具有负责家庭网络100内的不同功能的多个(N ^ 1)子网络11(^-110,(以下特别称为“层级”)的分散的无线家庭网格网络工作的节点的集合。因此，家庭网络100的每个节点通常被配置为向其他节点转发数据并且基于其性能能力和电力约束被指派到一不同的层级。节点到层级的指派是基于节点的性能能力的判决，而路由判决是由节点基于网络连通性和该特定节点转发数据的能力来作出的。例如，家庭网络100的一个实施例特有一种分层次体系结构，其包括基于节点的能力来指派的三个(3个)层级。第一层级(“层级TOllO1负责确立和控制对诸如因特网之类的外部网络的访问。例如，第一层级IlO1可经由线缆或直接订户线路(DSL)连接或3G/ WiMax/室外网格来模拟传统的因特网连接。如图所示，第一层级IlO1包括第一节点120， 该第一节点120通常被称为“网关节点”。网关节点120可包括但不限制于或局限于线缆或 DSL调制解调器、无线路由器或网桥，等等。虽然没有示出，但在家庭网络100内可存在多个网关节点，以便提供到(一个或多个)外部网络的多个通信路径。家庭网络100的第二层级(“层级2”)IlO2可代表互连各种适用于经由无线通信介质(例如射频(RF)波)通信的静止(固定位置)无线节点(例如静止(固定位置)电子设备)的无线网络回程。如这里所述，“电子设备”可以是静止的或移动的。“静止电子设备”包括但不限制于或局限于平板电视(130、131和13 、游戏机(140)、桌面型计算机 (150)、或任何其他通常静止并电耦合到AC电源插座的设备。因此，静止无线节点不受移动无线节点中通常存在的电力约束，在移动无线节点中电力使用被最小化以延长再充电之间的电池寿命。仍参考图1，家庭网络100的第三层级(“层级3”) IlO3可包括属于第二层级IlO2 的无线节点与一个或多个移动节点(160-169)之间的链路。“移动电子设备”或“移动无线节点”可包括任何具有无线连通性的由电池供电的电子设备，包括但不限于膝上型计算机、 手持式设备(例如个人数字助理、超级移动设备、蜂窝电话、便携式媒体播放器、无线相机、 遥控器等等)或者类似的非静止消费类电子设备。由于移动无线节点通常具有资源约束 (例如有限的电力供应、有限的处理速度、有限的存储器等等)，第三层级IlO3可提供缩减的网络服务。在一个实施例中，家庭网络100的移动无线节点可充当直接连接到层级2节点的从动者或孩子，这可进一步限制其在家庭网络100内的功能。以下，表1总结了多层级无线家庭网格网络体系结构，按可能的网络特性、层级节点描述和在家庭网络100上普遍存在的流量类型分类。
权利要求
1.一种方法，包括由电子设备在检测到的无线家庭网格网络内确立唯一 IP地址以将电子设备确立为检测到的无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之一，所述无线家庭网格网络包括至少一个静止家庭电子设备作为静止节点；以及在所述无线家庭网格网络的节点之间路由分组。
2.如权利要求1所述的方法，还包括无线地互连一个或多个静止家庭电子设备以形成所述无线家庭网格网络的回程；以及在所述无线家庭网格网络的一个或多个静止节点之间无线地交换高清晰度(HD)视频内容。
3.如权利要求1所述的方法，还包括与静止节点建立无线链路以作为移动节点加入所述无线家庭网格网络；以及与该静止节点共享服务和内容。
4.如权利要求1所述的方法，还包括如果接收到连接确认，则加入所述无线家庭网格网络； 根据随机种子值生成候选IP地址； 向检测到的无线家庭网格网络广播所述候选IP地址；如果所述候选IP地址与所述无线家庭网格网络的一节点的IP地址相匹配，则接收来自该节点的冲突消息；以及否则将所述候选IP地址存储为所述电子设备在所述无线家庭网格网络内的唯一 IP地址。
5.如权利要求1所述的方法，其中，自动地确立唯一IP地址还包括 利用新节点的MAC地址、当前时间停止和随机种子值生成随机值；向所述随机值添加默认IP前缀以形成候选IP地址；发出被广播到无线家庭网格网络的探测消息，该探测消息包括所述新节点的MAC地址和由所述新节点选择的IP候选；以及如果所述候选IP地址与所述无线家庭网格网络内的节点的IP地址相匹配，则接收IP 地址冲突消息。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述候选IP地址的8比特部分是以随机值的形式生成的。
7.如权利要求5所述的方法，还包括 重试IP候选探测消息的发出；以及如果在预定的重试次数内未接收到IP冲突消息，则将候选IP地址确立为新节点的地址。
8.一种方法，包括由无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之一接收来自新节点的IP探测消息，该 IP探测消息包括所述无线家庭网格网络的新节点生成的候选IP地址；确认所述候选IP地址在所述无线家庭网格网络内是唯一的，该唯一候选IP地址使得所述新节点能够执行多层级分组转发以便在所述无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之间路由分组。
9.如权利要求8所述的方法，还包括由移动节点访问来自所述无线家庭网格网络的静止节点的数字内容。
10.如权利要求1所述的方法，还包括接收对存储在静止节点内的高清晰度(HD)视频的请求；以及在所述无线家庭网格网络上经由静止节点的回程流式传输所述HD视频。
11.一种装置，包括 无线通信接口；控制器，包括网络初始化逻辑，用于建立无线家庭网格网络；网络发现逻辑，用于使能交换一个或多个专有消息，以作为检测到的无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之一加入检测到的无线家庭网格网络；以及地址生成逻辑，用于使能所述无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之间的分组路
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述装置包括移动电子设备、游戏机和数字电视之一。
13.如权利要求11所述的装置， 其中，所述地址生成逻辑用于在检测到的无线家庭网格网络内确立唯一 IP地址以将电子设备确立为无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之一，所述无线家庭网格网络包括至少一个静止家庭电子设备作为静止节点；并且其中，所述地址生成逻辑用于如果接收到冲突响应则生成新IP地址。
14.如权利要求11所述的装置，还包括冲突检测逻辑，用于如果响应于冲突检测消息而接收的IP地址与候选IP地址相匹配，则将IP地址冲突通知给恢复的节点。
15.如权利要求11所述的装置，其中，所述冲突检测逻辑还用于如果接收到的响应包括匹配IP地址则发出冲突响应。
16.一种系统，包括无线网关，该无线网关耦合到有线网络以作为无线家庭网格网络的网关节点工作； 静止家庭电子设备，该静止家庭电子设备包括无线接口以与所述无线网关通信，以作为所述无线家庭网格网络的静止节点工作；以及移动电子设备，该移动电子设备包括无线接口以与静止节点通信，以作为移动节点加入所述无线家庭网格网络，其中所述无线家庭网格网络的静止节点和移动节点自动确立唯一 IP地址，以执行多层级分组转发，以便在所述无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之间路由分组，以在所述无线家庭网格网络内流式传输数字内容。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述静止家庭电子设备是数字电视、游戏机和桌面型计算机之一。
18.如权利要求16所述的系统，其中，一个或多个静止家庭电子设备无线地互连以形成所述无线家庭网格网络的回程。
19.如权利要求16所述的系统，其中，静止节点还包括流式传输逻辑，用于在所述无线家庭网格网络的一个或多个静止节点之间无线地交换高清晰度(HD)视频内容。
20.一种方法，包括检测与无线家庭网格网络的恢复节点之间的链路的恢复； 根据所述恢复节点的候选IP地址广播冲突检测消息；以及如果响应于所述冲突检测消息而接收的IP地址与所述候选IP地址相匹配，则将IP地址冲突通知给所述恢复节点。
21.如权利要求20所述的方法，还包括确认所述候选IP地址在所述无线家庭网格网络内是唯一的，以使得新节点能够执行多层级分组转发，以便在所述无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之间路由分组。
22.如权利要求20所述的方法，其中，通知还包括响应于广播的冲突检测消息，从所述无线家庭网格网络内的每个节点收集IP地址； 将收集的IP地址与所述候选IP地址相比较以检测冲突；以及如果检测到冲突，则广播冲突检测消息到新节点
23.如权利要求20所述的方法，其中，所述冲突检测消息是由所述恢复节点广播的。
全文摘要
描述了用于多层级无线家庭网格网络的方法和装置。该方法可包括形成无线家庭联网环境，该环境包括作为分散的无线网络工作的节点的集合，该网络具有负责网络内的不同功能的多个子网络或者说层级。多层级网络的每个节点被配置为向其他节点转发数据并且基于该节点的性能能力被指派到特定的层级。该方法可包括在多跳无线家庭网格网络内的唯一因特网协议(IP)地址的自动确立，其中具有进行自动冲突检测和校正的能力。一旦确立为无线家庭网格网络的移动节点或静止节点，新节点(家庭电子设备)就可与多跳无线家庭网格网络的一个或多个现有节点无线地通信。描述了并要求保护其他实施例。
文档编号H04W8/26GK102301762SQ201080005757
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月27日
发明者刘爱昕, 荆翔鹏, 董·N·恩古因, 阿布希舍克·帕提尔 申请人:索尼公司, 索尼电子有限公司