用于网状网络封包传输的方法与流程

本发明系关于一种用于无连接式网状网络封包传输的方法，尤指一种在网状网络中按序传输封包的方法。
背景技术：
：网状网络(meshnetwork)是一种通讯网络，其透过网状拓扑下的多个无线节点组成。网状网络可经由无线局域网络标准ieee802.11、ieee802.15、ieee802.16及蜂巢式通讯系统(cellulartechnologies)等无线通信技术来实现，但不限于以上所述通讯技术或通讯协议。网状网络近期被应用在物联网(internetofthings，iot)装置间的连接，这使得网状网络的建构方式更为简单，且能节省成本。图1为现有一网状网络封包传输的示意图。网状网络包含有多个无线节点(如无线通信装置)，其中每一个无线节点可在有效范围内与其他无线节点进行无线通信。网状网络采用的封包传输方式为每一个无线节点会转播其收到的数据封包，直到网状网络中所有的无线节点都收到此数据封包。举例来说，无线节点101传送一数据封包，此数据封包在无线节点101的广播范围内的无线节点102及103接收到。接着，无线节点103转播从无线节点101接收到的数据封包，因此，即使在无线节点101广播范围外的无线节点104也可以接收到此数据封包。以此类推，无线节点101所传送的数据封包能传送到目的地的无线节点108。然而，现存的封包传输操作有其缺失，详细说明如下。由上述可知，在传输路径上的所有无线节点或无线通信装置需保持监听状态，以从其他无线节点或无线通信装置接收信令，避免数据封包遗失。但是，持续监听的操作方式会大大的增加无线节点或无线通信装置的耗电。为了克服耗电的问题，传统的解决方式为设定无线通信装置在一时间区间内保持启动状态，而在另一时间区间内则维持闲置状态。请参见图2，图2为现有一网状网络的传输排程的示意图。如图2所示，排程周期包含有启动区间及闲置区间，其中当闲置区间愈长，节电功效愈好。此外，网状网络的排程周期通常持续较长的时间，以确保每个无线节点能在启动区间内，监听或广播资料封包。因此，传统的传输排程操作造成了较低的数据传输速率。虽然长时间的排程周期及短时间的启动区间能有效节省电力，但是长时间的排程周期却造成低传输效能，以及短时间的启动区间则造成较高的封包传输碰撞机率。举例来说，每个无线节点在启动区间内，随机广播数据封包，藉以避免封包传输碰撞，因此在短时间的启动区间情况下，就会有较高的传输碰撞机会发生。除此之外，数据封包在被广播之后，会被多个无线节点接收并再转播，造成数据封包到达目的地的顺序不会依照原来的传输顺序。换句话说，依据传统的封包传输方式，数据封包会经由不同的传输路径到达目的地，造成目的地的无线节点不会依照顺序接收到数据封包。技术实现要素：因此，本发明的主要目的即在于提供一种用于网状网络封包传输的方法，以解决上述问题。本发明揭露一种封包传输的方法，用于无连接封包传输操作的一网状网络中的一管理节点，该方法包含有：向该网状网络中的一无线节点请求一邻近名单，其中该邻近名单指示在该网状网络中分布于该无线节点传输范围内的至少一邻近节点；从该网状网络中的每个无线节点，取得该邻近名单；根据取得的该邻近名单，建立对应每个无线节点的一路径列表；以及当从该网状网络中的一来源节点，接收用来传送大量数据至一目标节点的一请求时，根据该路径列表，建立从该来源节点至该目标节点的一传输路径。本发明另揭露一种封包传输的方法，用于无连接封包传输操作的一网状网络中的一无线节点，该方法包含有：建立用来指示至少一邻近节点的一邻近名单，其中该至少一邻近节点分布在该无线节点的传输范围内；以及当从该网状网络中的一管理节点接收关于该邻近名单的一请求时，传送该邻近名单至该网状网络中的一管理节点。附图说明图1为现有一网状网络封包传输的示意图。图2为现有一网状网络的传输排程的示意图。图3为本发明实施例一通讯装置的示意图。图4为本发明实施例一流程的示意图。图5a～5c为本发明实施例一邻近名单建立程序的示意程图。图6为本发明实施例一网状网络与一虚拟链路网络共存的示意图。图7为本发明实施例一网状网络及一虚拟链路网络的排程的示意图。图8a～8d为本发明实施例一虚拟链路网络中封包广播的示意图。图9为本发明实施例一虚拟链路网络中无碰撞传输运作的示意图。图9a为本发明实施例一在虚拟链路网络中的全双工无碰撞传输的示意图。图10为本发明实施例一传输时间间隙配置的示意图。图11为本发明实施例一虚拟链路网络中单一来源装置至多个目标装置的传输的示意图。图12为本发明实施例一虚拟链路网络停止操作的示意图。图13为本发明实施例多个虚拟链路网络共存的示意图。图14为本发明实施例一虚拟链路网络停止操作的示意图。图15为本发明实施例一网状网络与一虚拟链路网络之间功率消耗及数据传输率的示意图。图16为本发明实施例一网状网络中家用物联网设备的示意图。其中，附图标记说明如下：30通讯装置310储存单元314程序代码320通讯接口单元300处理装置40流程400～450步骤101～108节点、装置1601麦克风设备1602家电设备1603多媒体设备1604集线器设备具体实施方式图3为本发明实施例一通讯装置30的示意图。通讯装置30可为图1所示的无线节点，其包含一处理装置300、一储存单元310及一通讯接口单元320。处理装置300可为一微处理器或一特定应用集成电路(application-specificintegratedcircuit，asic)。储存单元310可为任一数据储存装置，用来储存一程序代码314，并透过处理装置300读取及执行程序代码314。举例来说，储存单元310可为用户识别模块(subscriberidentitymodule，sim)、只读式内存(read-onlymemory，rom)、闪存(flashmemory)、随机存取内存(无线存取网络dom-accessmemory，ram)、光盘只读存储器(cd-rom/dvd-rom)、磁带(magnetictape)、硬盘(harddisk)及光学数据储存装置(opticaldatastoragedevice)等，而不限于此。通讯接口单元320可为一无线收发器，其根据处理装置300的处理结果，与网络节点(如演进式基地台)或另一通讯装置(如客户端)交换无线讯号。请参考图4，图4为本发明实施例一流程40的流程图。流程40可用于图3中的通讯装置30，用来在网状网络中进行封包传输，藉以增加数据传输效率并节省电力。流程40可被编译成程序代码314，储存于储存单元310中，其包含以下步骤：步骤400：开始步骤410：建立用来指示网状网络中至少一邻近装置的一邻近名单，其中该至少一邻近装置分布在通讯装置30的传输范围内。步骤420：从网状网络中的每个无线装置，取得一邻近名单。步骤430：根据取得的邻近名单，建立对应每个无线装置的一路径列表。步骤440：当从网状网络中的一来源装置，接收用来传送大量数据至一目标装置的一请求时，根据该路径列表，建立从该来源装置至该目标装置的一传输路径。步骤450：结束。根据流程40，通讯装置30建立用来进行大量数据传输的传输路径，其中传输路径代表从来源装置到目标装置的虚拟键路。在一实施例中，传输路径为来源装置到目标装置的最短距离。在另一实施例中，传输路径为具有最佳传输功率或功率状态的装置之间的无线链路。通讯装置30可为网状网络中的管理装置。举例来说，在家用自动化物联网中的集线装置可与其他网络进行通讯，所有数据会传送到集线装置，因此在此情况下，集线装置可被设定为管理装置。管理装置会建立各个装置之间的最佳传输路径。详细来说，当来源装置启始大量数据传输时，管理装置广播一指令来请求网状网络中所有的装置回复自己的邻近名单。当从其他装置接收到邻近名单之后，管理装置会建立用于数据传输的路径列表。此外，管理装置可传送该指令来请求任一装置再次传送邻近名单，以重新建立路径列表。若来源装置与目标装置之间有多个可能的传输路径，管理装置会根据邻近名单，决定出最佳的传输路径，用来传输大量的数据。举例来说，邻近名单包含有无线射频功率的强度或功率状态。具有较强的无线射频功率可避免其他讯号的干扰。功率状态可为装置的电源供应状态，如透过电源线或电池来供应电源。相较于电池供应电源，由电源线供应电源的装置具有较长的电力寿命，因此管理装置可优先选择此装置作为传输路由。在管理装置选择出最佳传输路径之后，管理装置传送一指令给在传输路径上的所有装置，用来启始这些装置进入一虚拟链路模式。值得注意的是，在虚拟链路模式下的装置可视为网状网络中的虚拟链路网络，并依据默认的排程操作。除此之外，在虚拟链路模式下的装置仍属于网状网络的部分网络，因此除了默认的排程，也需符合网状网络的排程操作。封包传输程序的详细运作方式如下。请参考图5a～5c，图5a～5c为本发明实施例一邻近名单建立程序的示意图。如图5a所示，装置101透过广播「问侯」封包至邻近装置，建立自己的邻近名单。接收到「问侯」封包的邻近装置接着广播置入有自身标识符的「回传」封包。在此实施例中，仅有装置102及103在装置101的传输范围内，因此装置102及103会广播「回传」封包，其中「回传」封包分别包含有装置102及103的标识符。因此，装置101在接收到「回传」封包之后，即可建立包含有邻近装置102及103的邻近名单。值得注意的是，若装置101接收到的「回传」封包包含有邻近装置的标识符时，装置101可忽略接收到的「回传」封包，并不再回放接收到的「回传」封包。依据上述方法，网状网络中的每个装置都可以建立自己的邻近名单，如图5b所示。此外，网状网络中的装置可随时重建其邻近名单，以因应网状网络中成员装置的变动。在图5c中，装置107为管理装置，因此可请求所有装置101～108回复其邻近名单，藉以建立用于数据传输的路径列表。在另一实施例中，接收「问侯」封包的邻近装置102及103透过「回传」封包，回报其电池或电源线状态的信息给装置101。因此，邻近名单不仅包含邻近装置的标识符，也可包含有邻近装置的无线射频功率及功率状态，作为提供装置101建立路径列表的协助信息。根据上述，当装置101欲传送大量数据给装置107时，装置101广播传输要求至装置107，接着，装置107会根据路径列表，决定传输路径，并在此传输路径上广播指令，以启始在传输路径上所有装置的虚拟链路模式。值得注意的是，上述的传输要求及指令的传输方式应符合目前网状网络封包传输的规定。图6为本发明实施例一网状网络及一虚拟链路网络共存的示意图。如图6所示，虚拟链路网络包含网状网络部分的成员装置。装置107通过装置103及105，建立从装置101至装置107的虚拟链路。在虚拟链路网络中的装置启始虚拟链路模式，其中虚拟链路模式具有较短周期的排程(如周期时间为5ms)，而在网状网络中的装置会启始一般模式，并具有较长周期的排程(如周期时间为200ms)。值得注意的是，在虚拟链路网络中的装置需同时符合虚拟链路模式及一般模式的排程操作。请参见图7，图7为本发明实施例一网状网络及一虚拟链路网络的排程的示意图。虚拟链路网络属于网状网络的一部分，因此需操作在网状网络的排程下。换句话说，虚拟链路网络中的装置会同时根据网状网络与虚拟链路的排程，来进行数据传输。由于虚拟链路网络排程中的启动区间的发生频率比网状网络排程快(较短的排程周期)，虚拟链路网络中的装置在相同的时间内，可传送更多的数据封包。因此，假设虚拟链路网络排程是网状网络排程的五十倍速度，数据传输速率也可以提升五十倍。此外，藉由虚拟链路网络较短的排程周期，网状网络中装置的封包广播功能可视为被管理装置停止，而虚拟链路网络中装置的封包广播功能则视为开启，这是由于虚拟链路网络排程中的启动区间的频率会高于网状网络排程中的启动区间。简单来说，当虚拟链路网络排程的启动区间发生时，网状网络排程的启动区间尚未发生，因此网状网络中的装置不会被唤醒进行封包广播或监听(即在闲置区间)，相较之下，虚拟链路网络中的置会被唤醒来进行封包广播或监听。请参见图8a～8d，图8a～8d为本发明实施例一虚拟链路网络中封包广播的示意图。虚拟链路网络包含有装置101、103、105及107。如图8a所示，装置101根据网状网络默认的排程，进行封包传输，其中装置102及103位于装置101的传输范围内。由于装置102不在虚拟链路网络中，因此装置102不是操作在虚拟链路模式中，换句话说，装置102是在一般模式的闲置区间中，而无法接收到装置101的广播封包。另一方面，由于虚拟链路网络中的装置103操作在虚拟链路模式中，因此可从装置101接收到数据封包。在图8b中，由于装置102没有收到装置101的封包，因此不会回放封包，相反的，装置103会回放接收到的封包给在传输范围内的装置101、102、104及105。同理，由于装置102及104不是虚拟链路网络中的成员，因此装置102及104不会接收到装置103所传送的封包。接着，装置101会接收到与之前传送出去相同的封包。由于只有一条传输路径在虚拟链路网络中，装置101可确认接收到的封包是由邻近装置传送，因此，装置101将此封包视为收讫确认讯息。换句话说，当装置101接收从装置103回放的封包时，装置101将不再回放从装置103接收到的封包，而是开始传送下一个数据封包。另一方面，若装置101未从邻近装置接收到相同的封包时，装置101得知自己未成功传输数据封包，因此装置101会再次回放此封包。同样地，如图8c所示，操作在虚拟链路模式下的装置105及107会依照上述方式接收并传送封包。最后，当封包抵达装置107时，装置107会回放此封包至邻近装置，因此装置105得知封包被成功传送，如图8d所示。根据虚拟链路网络的封包传输方法，属于网状网络的虚拟链路网络中的装置可将封包从来源装置(如装置101)依序传送至目标装置(如装置107)。如上所述，在虚拟链路模式下的装置，相较于一般模式，会操作在较短的排程周期，藉以增加数据通讯速率。由于虚拟链路网络的传输方法维持与网状网络相同(仅不同的排程周期)，因此本案所提出的传输方式可维持韧体设计的简单性。此外，由于虚拟链路模式下的每一个装置仅会与二个邻近装置建立链路，即上行链路及下行链路，每一个装置在启动区间内的传输时间可获得较佳的配置，藉以避免传输碰撞。图9为本发明实施例一虚拟链路网络下无碰撞传输运作的示意图。传输碰撞通常发生在一个装置同时从不同的邻近装置接收多个传输封包，因此，本案的另一目的在于降低虚拟链路网络排程中启动区间所造成的传输碰撞机率。如图9所示，一装置(如装置102)在启动区间内的封包传输时间与其他邻近装置(如装置101及103)的封包传输时间错开，藉以避免封包传输碰撞。在一实施例中，由于管理装置(如装置107)具有路径列表，当管理装置107传送指令至虚拟链路网络中成员，以启动虚拟链路网络中成员的虚拟链路模式时，管理装置107会分配序号给虚拟链路网络的每个装置。请参见图10，图10为本发明实施例一传输时间间隙配置的示意图。每个装置对自己的序号进行取余数运算，即序号对3取余数，进而根据取余数的结果，得到在启动区间内的传输间隙tx。举例来说，管理装置分别分配序号0～5给装置101～106，以及装置101～106分别得到余数结果为0、1及2，而每个余数结果代表在启动区间内的第一传输间隙、第二传输间隙及第三传输间隙。如图9所示，装置101及104的序号分别为0及3，因此装置101及104会在第一传输间隙传送封包。装置102及105的序号分别为1及4，因此装置102及105会在第二传输间隙传送封包，以及装置103及104的序号分别为2及5，因此装置103及104会在第三传输间隙传送封包。依据本案的传输时间配置，封包传输碰撞的机率会降低，且启动区间的周期可以缩短。不像传统封包传输需维持相当长度的启动区间，使得每个装置能随机传送封包，以避免传输碰撞造成的功率耗损。虚拟链路网络的默认排程的周期会短于网状网络的一般排程，透过本案所提供的新的传输时间配置，启动区间的周期可再缩短，以节省电力。由于启动区间的周期必需小于排程周期，启动区间的周期愈短，则排程周期愈短，因此，无碰撞的传输机制可以提升数据传输效能。此外，封包尺寸愈大，所需的传输时间愈长，因此，更需要避免网状网络中的传输碰撞。透过无碰撞传输方法，虚拟链路网络可传输较大尺寸的数据封包，并提升数据传输率。上述方式可用来建立二个无线节点之间的单一方向传输顺序的半双工虚拟链路。另外，如图9a所示，透过延长传输间隙tx及接收间隙rx，可实现全双工虚拟链路。简单来说，每一个装置可从上行链路或下行链路在相同的排程周期内接收并广播封包，因此，二个方向传输顺序的虚拟链路可同时存在，并形成全双工虚拟链路网络。在一实施例中，虚拟链路网络可用来从单一来源装置传输封包至多个目标装置。图11为本发明实施例一虚拟链路网络中单一来源装置至多个目标装置的传输的示意图。第一虚拟链路是从来源装置101，经过装置103及105，至目标装置107，以及第二虚拟链路是从来源装置101，经过装置103及104，至目标装置106。值得注意的是，上述装置的虚拟链路模式可经由相同或不同的管理装置来启始。虽然所有封包都是透过广播方式来传送，但是根据本案提出的传输方法，封包可依照顺序传送至二个目标装置，并符合最大的传输速率。在此实施例中，装置不需知道邻近装置所属的虚拟链路，或是哪个管理装置启始虚拟链路模式，而只需要知道被启始虚拟链路模式的次数。举例来说，装置101及103的虚拟链路模式被启始二次，以及装置104～107的虚拟链路模式被启始一次。图12为本发明实施例一虚拟链路网络停止操作的示意图。如图12所示在图12中，管理装置(如装置107)传送转换指令至虚拟链路网络中的所有装置，以停止其虚拟链路模式，并使这些成员装置操作在网状网络的一般模式中。举例来说，管理装置传送转换指令至第一虚拟链路上的装置，因此装置101、103、105及107会减少启始虚拟链路模式的次数。若启始虚拟链路模式的次数小于0时，装置会停止其虚拟链路模式，并进入一般模式。反之，若启始虚拟链路模式的次数大于0时，装置101及103会维持在虚拟链路模式。如图12所示，当第一虚拟链路被停止之后，第二虚拟链路仍启始。上述启始及停止虚拟链路模式的方式，可适当的控制单一来源装置至多个目标装置的封包传输。在另一实施例中，虚拟链路网络可用来从多个来源装置传输封包至多个目标装置。图13为本发明实施例多个虚拟链路网络共存的示意图。如图13所示，封包是在二个虚拟链路上传送，且目标装置会从二个来源装置接收到封包。因此，数据封包内应包含链路识别，以供目标装置分辨接收到的封包是从哪一个来源装置。当设定虚拟链路模式时，管理装置会分配链路标识符至来源装置，接着，来源装置将链路标识符置入封包。因此，目标装置可根据封包内的链路识别，辨别接收到的封包。此外，请参见图14，图14为本发明实施例一虚拟链路网络停止操作的示意图。相较于图12所示的停止第一虚拟链路，在图14中，管理装置透过上述方式停止第二虚拟链路。值得注意的是，管理装置仅停止由其启动虚拟链路模式的装置。图15为本发明实施例一网状网络与一虚拟链路网络之间功率消耗及数据传输率的示意图。在4.5倍的功率消耗之下(2.688/0.6＝4.5)，虚拟链路网络的数据传输率是网状网络的数据传输率的80倍(73600/920＝80)。因此，虚拟链路网络明显的提升数据传输效能。图16为本发明实施例一网状网络中家用物联网设备的示意图。家用物联网设备需传送数据至因特网。家用物联网网络包含集线器设备1604，用来收集家用物联网网络中所有装置的信息，并与云端网络进行通讯。由于集线器设备1604通常具有效能较强的处理器，且为电源线供应电源，因此集线器设备1604可作为管理装置。如图16所示，虚拟链路用来传送从麦克风设备1601至集线器设备1604的声音数据，虚拟链路是由集线器设备1604来建立，并且当中会经过家电设备1602及多媒体设备1603，接着，集线器设备1604会将声音数据传送至云端网络，以进行语音识别及指令功能。麦克风设备1601通常操作在网状网络中的一般模式，而有时操作在虚拟链路模式，因此麦克风设备1601的功率消耗主要仍由网状网络的一般模式主宰。本发明提供实现大量数据传输的方法，用于网状网络的封包传输操作，其包有以下优势:1.维持原网状网络的封包传输模式(即上述的一般模式)；2.维持网状网络中装置的精简韧体设计；3.提升装置之间的数据传输率，以加强实体传输能力；4.在网状网络中按照顺序传输封包；以及5.在较短周期的启动区间下，避免封包传输碰撞，以节省电力并加强传输效能。上述所有步骤，包含所建议的步骤，可透过硬件、轫体(即硬件装置与计算机指令的组合，硬件装置中的数据为只读软件数据)或电子系统等方式实现。硬件可包含模拟、数字及混合电路(即微电路、微芯片或硅芯片)。电子系统可包含系统单芯片(systemonchip，soc)、系统封装(systeminpackage，sip)、计算机模块(computeronmodule，com)及通讯装置30。综上所述，本发明的目的在于建立装置之间的虚拟通讯链路，因此数据封包是按照顺序传送及接收，进而提升网状网络的实体最大传输效能。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12