通信方法、通信设备及通信系统的制作方法

通信方法、通信设备及通信系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所讨论的实施方式涉及在包括多个通信设备的网络中进行的通信。
【背景技术】
[0002]Ad Hoc网络在即使当添加或移除参与网络的通信设备时仍动态地形成并且因此非常方便。因此，Ad Hoc网络可以应用于传感器网络。然而，在Ad Hoc网络形成之后，在一些情况下如当更新通信设备中所使用的程序文件时或当改变设置时，信息被发送至参与AdHoc网络的所有通信设备。在这种情况下，更新了的程序和信息如设置值被下载至Ad Hoc网络中的操作为网关的通信设备。在下面的描述中，将Ad Hoc网络中的操作为网关的通信设备简单地描述为“网关”。网关对所下载的信息进行广播。此外，接收了广播帧的通信设备对包括被包括在所接收的广播帧中的信息的帧进行广播。
[0003]作为相关技术，提出了以下广播通信系统:仅当针对一个或更多个数据帧接收预定数量的否定应答时，该广播通信系统才对帧进行重发。
[0004]国际专利申请N0.2004-535124的日本国家公布是相关技术的示例。
[0005]如【背景技术】所描述的，如果对网关所下载了的信息进行广播，则接收广播帧的通信设备也进行广播而使得通过网络被发送和接收的帧的数量变得巨大。因此，如果试图通过广播将信息发送至网络中的所有通信设备，则在网络中很可能发生拥塞。此外，如果试图频繁地进行广播而使得不出现拥塞，则增大帧的发送间隔并且因此数据块到达Ad Hoc网络中的所有通信设备需要很长的时间。
[0006]即使应用被描述为相关技术的重发方法，但仍不能避免网络中由于除了重发帧以外帧而发生的拥塞。此外，由于接收广播帧的通信设备不向源发送应答，所以不将已经被描述为相关技术的系统应用于Ad Hoc网络中的广播发送。
[0007]实施方式的目的是提供抑制网络中发生拥塞的通信方法。

【发明内容】

[0008]根据本发明的一个方面，提供一种用于使包括在网络中的通信设备执行处理的通信方法。该方法包括:使用作为与该通信设备相邻的设备的相邻设备的数量以及每个上述相邻设备的相邻设备的数量来指定通信设备在网络中的布置；使用次数信息来确定广播帧的广播次数，在该次数信息中，该通信设备在网络中的候选布置与该通信设备对帧进行广播的次数相关联；以及将广播帧广播所确定的次数。
[0009]可以借助于在权利要求中具体指出的要素和组合来实现和获得本发明的目的和优点。应当理解，前面的概述和下面的详细描述两者都为示例性和说明性，并且不限制所要求保护的本发明。
【附图说明】
[0010]图1是示出了根据实施方式的通信方法的示例的图；
[0011]图2是示出了通信设备的配置的示例的图；
[0012]图3是示出了通信设备的硬件配置的示例的图；
[0013]图4是示出了帧的格式的示例的图；
[0014]图5是示出了链接表的示例的图；
[0015]图6是示出了路由表的示例的图；
[0016]图7是示出了广播接收表的示例的图；
[0017]图8是示出了通信设备的布置的示例的图；
[0018]图9是示出了布置指定方法的示例的流程图；
[0019]图10是示出了被布置在分散区域中的通信设备之间的通信的示例的图；
[0020]图11是示出了次数信息的示例的图；
[0021]图12是示出了乘法器确定的示例的流程图；
[0022]图13是示出了广播次数的确定方法的示例的流程图；
[0023]图14是示出了密集区域的示例的图；
[0024]图15是示出了在网络上进行的通信的示例的图；
[0025]图16是示出了网关寻址数据接收记录的示例的图；
[0026]图17是示出了第二实施方式中的布置指定方法的流程图；
[0027]图18是示出了第二实施方式中的广播次数的确定方法的示例的流程图；
[0028]图19是示出了在网络上进行的通信的示例的图；
[0029]图20是示出了在第三实施方式中使用的网关寻址帧接收的示例的图；
[0030]图21是示出了第三实施方式中的控制单元的处理的示例的流程图；
[0031]图22是示出了网关寻址帧接收记录和中继信息的示例的图；
[0032]图23是示出了链接表的示例的图；
[0033]图24是示出了第四实施方式中的布置指定方法的示例的流程图；
[0034]图25是示出了第四实施方式中的广播次数的确定方法的示例的流程图；
[0035]图26是示出了网络的示例的图；
[0036]图27是示出了所执行的广播次数的仿真结果的示例的图；
[0037]图28是示出了通过广播获取数据的通信设备的比例的示例的图；以及
[0038]图29是示出了通信设备接收相同的广播帧的次数的仿真结果的示例的图。
【具体实施方式】
[0039]图1示出了根据实施方式的通信方法的示例。在图1中，用圆圈表示参与Ad Hoc网络的通信设备(节点设备)。使用相邻通信设备的数量以及能够与每个相邻通信设备通信的通信设备的数量来确定通信设备在网络中的布置状态。在以下描述中，假定与某个通信设备“相邻”的通信设备表示位于通信设备能够接收从该某个通信设备发送的帧的范围内的通信设备。此外，将位于通信设备能够接收从该某个通信设备发送的帧的范围内的通信设备描述为通信设备的“相邻设备”。另外，能够不通过另外的通信设备而直接与该某个通信设备通信的通信设备是通信设备的相邻设备。在下文中，为了便于区分通信设备10，当指定通信设备10时，使用通过将用于标识每个通信设备10的数字附加至字符串“节点N”或字母N而获得的字符串。
[0040]通信设备通过与相邻设备通信来指定相邻设备的总数量。此外，通信设备还从每个相邻设备获得能够与每个相邻设备直接通信的通信设备的数量。例如，图1的节点NI能够直接与节点NlO至N17进行发送和接收帧，并且节点N12能够直接与节点N1、Nil、N13、N18、N2和N20进行发送和接收帧。则节点NI将节点NI的相邻设备指定为8个节点NlO至N17。同时，节点N12的相邻设备是N1、N11、N13、N18、N2和N20这6个节点。因此，节点N12向节点N12的相邻设备通知节点N12的相邻设备的数量为6。则节点NI确定节点N12的相邻设备的数量为6。类似地，节点N10、NlU N13至N17也相应地向相邻通信设备通知相邻设备的总数量，并且因此节点NI能够针对每个相邻设备指定能够不通过另外的通信设备与每个相邻设备通信的通信设备的数量。类似于节点NI，包括节点N2和N3的其他通信设备指定相邻设备的总数量以及能够直接与每个相邻设备通信的通信设备的数量。
[0041]假定每个通信设备预先存储阈值Thl和Th2。阈值Thl用于确定通信设备是否位于以下区域:许多通信设备被设置在附近以至于由于广播而发生拥塞的风险不能被忽略。阈值Th2用于确定能够直接与每个相邻设备通信的设备的数量是否小至发生信息可达性被降低的风险。
[0042]当相邻设备的数量小于阈值Thl时，有少量的通信设备位于附近，并且因此确定通信设备被布置在不太可能发生由于广播的拥塞的区域中。通信设备则将广播帧的发送频繁地重复根据与相邻设备的通信状态而确定的数量。例如，阈值Thl被设置成4。在这种情况下，节点N3的相邻设备是节点N21和N22，并且因此相邻设备的数量为2。因此，如果通信设备N3接收广播帧，则通信设备N3将所接收的帧频繁地广播根据与节点N21和N22通信品质而确定的次数。
[0043]相比之下，当相邻设备的数量等于或大于阈值Thl时，通信设备确定其被布置在有很多通信设备位于附近的区域中。然后，通信设备确定是否存在以下相邻设备:能够与该相邻通信设备通信的通信设备的数量小于阈值Th2。如果该相邻设备一能够直接与该相邻设备通信的通信设备的数量小于阈值Th2—未能接收广播帧，则担心数据未到达整个网络。因此，通信设备将帧频繁地广播根据与相邻设备的通信品质而确定的次数。例如，节点N2的相邻设备是N12、N18至N20这4个节点，针对每个相邻设备，节点N2将阈值Th2与能够和每个相邻设备通信的通信设备的数量进行比较。在此，假定阈值Th2为3，并且能够与节点N19通信的通信设备为N2和N21这2个节点。在这种情况下，如果通信设备N2接收广播帧，则通信设备N2将所接收的广播帧频繁地广播根据与节点N2的相邻设备的通信品质而确定的次数，并且因此增大帧被发送至节点N19的概率。
[0044]当能够与任意相邻设备通信的通信设备的数量等于或大于阈值Th2时，确定通信设备被布置在通信设备被密集地设置的区域中。然后，如果该通信设备被选择为要对帧进行广播的通信设备，则该通信设备将帧广播一次，然而，如果该通信设备未被选择为要对帧进行广播的通信设备，则该通信设备不进行广播。例如，如果确定节点NI被选择为要对帧进行广播的通信设备，则节点NI将帧广播一次。另外，随后将描述用于选择要对帧进行广播的设备的方法。
[0045]在根据该实施方式的方法中，以此方式每个通信设备通过使用相邻设备的数量以及能够与每个相邻设备通信的通信设备的数量来确定位于附近的通信设备的布置状态，并且根据确定结果在O或大于O的范围内改变广播次数。因此可以在确保数据可达性的同时避免网络的拥塞。
[0046]另外在本说明书中，为了便于可读性，将用于表达要在网络中发送和接收的信息单元的词语仅统称为“帧”。因此，假定取决于实现在适当时可以将词语“帧”替换成“包”。
[0047]设备配置
[0048]通信设备10包括发送单元11、接收单元12、帧处理单元20和存储单元40。帧处理单元20包括呼叫帧生成单元21、帧标识符(FID)管理单元22、帧分发单元23、呼叫帧处理单元24、发送处理单元25和应用程序处理单元26。呼叫帧包括发送通信装置的信息以及存储在发送通信装置中的路径信息的一部分。将要参加Ad Hoc网络的装置可以通过使用呼叫帧交换网络的信息来确定路径。帧处理单元20还包括广播处理单元30。广播处理单元30包括控制单元31、布置状态指定单元32和乘法器确定处理单元33。乘法器确定处理单元33包括设置单元34和确定单元35。存储单元40包括链接表41、路由表42、次数信息43和广播接收表44。
[0049]呼叫帧生成单元21以预先确定的预定周期生成呼叫帧，并且将所生成的呼叫帧发送至发送单元11。发送单元11将从呼叫帧生成单元21输入的呼叫帧发送至相邻通信设备10。此外，发送单元11将从发送处理单元25、应用程序处理单元26、控制单元31等输入的帧发送至帧的局部目的地。在此，“局部目的地(LD) ”表示当为了将帧发送至最终目的地而进行的单跳传输时被指定为目的地的通信设备10。此外，可以将帧的最终目的地称作“全局目的地(GD)”。与其有关地，可以将生成了帧的通信设备10称作“全局源(GS) ”。此夕卜，可以将作为当帧经历单跳传输时的传输源的通信设备10称作“局部源(LS) ”。
[0050]接收单元12接收从通信设备10发送的帧。接收单元12将所接收的帧输出至FID管理单元22。当输入帧为广播帧时，FID管理单元22提取广播帧的FID。FID管理单元22将在预定周期内发送和接收的广播帧的FID和帧的接收数量记录在广播接收表44中。如果从接收单元12输入的广播帧的FID与在先前时间中先前发送和接收的广播帧的FID匹配，则FID管理单元22丢弃从接收单元12输入的广播帧。相比之下，如果从接收单元12输入的广播帧的FID与在先前时间中先前发送和接收的广播帧的FID不匹配，则FID管理单元22将输入帧输出至帧分发单元23。另外，FID管理单元22可以通过任意方法指定广播帧。例如，FID管理单元22可以将全局目的地地址为广播地址的帧视为广播帧。
[0051]帧分发单元23对包括在输入帧中的Ad Hoc报头中的帧类型进行检查。帧类型的值因帧类型而异，并且例如呼叫帧和数据帧具有不同的值。帧分发单元23能够预先存储与通信设备10可以接收的帧的每种类型对应的帧类型的值，并且能够从存储单元40适当地获取帧类型。帧分发单元23将呼叫帧输出至呼叫帧处理单元24。当输入数据帧时，帧分发单元23对全局目的地进行检查。帧分发单元23将分发给通信设备10的地址或其中广播地址被指定为全局目的地的帧输出至应用程序处理单元26。相比之下，将其中另外的通信设备10被指定为全局目的地的数据帧输出至发送处理单元25。
[0052]呼叫帧处理单元24将从呼叫帧获取的信息记录在链接表41和路由表42中。呼叫帧处理单元24使用呼叫帧的接收强度等来计算至相邻通信设备10的路径的品质。呼叫帧处理单元24将关于相邻通信设备的信息和至相邻通信设备10的路径的品质记录在链接表41中。相比之下，呼叫帧处理单元24通过与帧的全局目的地的通信设备相关联地记录帧的发送目的地(局部目的地)的通信设备来将路径信息记录在路由表42中。随后将对链接表41和路由表42的示例、使用方法等进行描述。
[0053]发送处理单元25根据从帧分发单元23输入的帧的全局目的地确定局部目的地以确定Ad Hoc报头。当确定局部目的地时，发送处理单元25参照路由表42。发送处理单元25改变要处理的帧的Ad Hoc报头并且将Ad Hoc报头输出至发送单元11。
[0054]应用程序处理单元26对从帧分发单元23输入的帧进行处理。当对广播帧进行处理时，应用程序处理单元26将要广播的数据输出至控制单元31。
[0055]如果从应用程序处理单元26输入数据，则控制单元31确定请求广播包括所输入的数据的帧。控制单元31向布置状态指定单元32请求指定通信设备10的布置状态。布置状态指定单元32参照链接表41指定通信设备10的相邻设备的数量。在此，相邻设备的数量是与链接表41的条目的数量相同的值。此外，通信设备10针对每个相邻设备指定与相邻设备相邻的通信设备10的数量。布置状态指定单元32使用通信设备10的相邻设备的数量以及每个相邻设备的链接表41的条目的数量来指定通信设备10的布置。随后将对布置指定方法进行描述。
[0056]布置状态指定单元32向控制单元31通知所指定的布置。控制单元31确定广播次数。此时，控制单元31适当地参照次数信息43。当通信设备10位于设置有少量的通信设备10的区域中并且与具有能够直接与通信设备10通信的少量设备的通信设备10相邻时，控制单元31使用次数信息43确定广播次数。相比之下，当通信设备10位于设置有大量的通信设备10的区域中时，通信设备10向乘法器确定处理单元33做出关于通信设备10是否要对帧进行广播的确定请求。设置单元34参照广播接收表44适当地确定用于计算通信设备10被选择为进行广播的通信设备10的概率的变量的值。关于广播帧的每个FID的广播帧的接收数量被记录在广播接收表44中。确定单元35利用使用被设置在设置单元34中的值而计算的概率进行乘法器确定，并且通知控制单元31通信设备10要对帧进行广播。随后将对设置单元34和确定单元35中的处理进行描述。
[0057]图3是示出了通信设备10的硬件配置的示例的图。通信设备10包括处理器100、总线101 (1la至1lc)、计时器IC 104、动态随机存取存储器(DRAM) 106、闪存107和无线模块108。作为一个选项，通信设备10可以包括PHY芯片102。总线1la至1lc被连接以使得处理器100、PHY芯片102、计时器IC 104、DRAM 106、闪存107和无线模块108能够输入和输出数据。
[0058]处理器100是如微处理单元(MPU)的某个处理电路。处理器100读取存储在闪存107中的程序如固件，并且执行处理。此时，处理器100可以将DRAM 106用作工作存储器。在通信设备10中，处理器100操作为帧处理单元20。在通信设备10中，DRAM 106操作为存储单元40。在通信设备10中，无线模块108操作为发送单元11和接收单元12。PHY芯片102用于有线通信。例如，操作为在Ad Hoc网络与另外网路中的设备之间中继通信的网关的通信设备10能够通过PHY芯片102与上述另外的网络中的设备通信。
[0059]计时器IC 104用于:获取时间信息；测量呼叫帧的发送