专利名称：通过应答由从终端转发的询问、由主单元与待并入网络中的终端建立连接形成adhoc网络 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有至少一个从终端和与之连接的主终端的网络。这样的网络例如可以包括根据蓝牙标准操作的终端。
背景技术：
最初开发蓝牙标准的目的是为了使最广泛的各种终端有可能在短距离上进行无线通信。只是在需要蓝牙终端互连之后，才引发了所谓的adhoc(特定)网络的创建。然而，就此而言，出现了如何快速和自动形成包括多个客户的蓝牙网络的问题，因为蓝牙规范未对此作出规定。文件“Bluetooth SIG，PAN Working Group，Personal AreaNetworking Profile，Version 1.0，July 23，2002，pages 10-12(蓝牙SIG，PAN工作组，个人域连网概述，2002年7月23日，版本1.0，第10至12页)”描述了例如如何在蓝牙标准下形成网络。该文件规定了网络形成仅仅人工地进行，即没有建议有关终端可以自动地被并入(incorporate)网络并且能够对例如甚至两个已连接终端进行连接的形式。
发明内容
本发明的目的是提供一种使之有可能自动并入终端的网络。
此目的利用上述类型的网络通过以下措施来实现该网络具有至少一个从终端和与其连接的主终端，所述主终端被用于命令至少一个从终端检验用于至少另一个待并入网络中的终端的询问-扫描，其中被命令的从终端在它检测到还未被并入的终端时用于把询问-扫描转发给主终端，并且主终端一旦它从从终端接收到询问-扫描就用于与还未被并入的终端建立连接。
根据本发明，确定未被并入网络中的终端是否正在发射询问-扫描不是主终端的任务，而是从终端被命令这样做。以这样的方式，主终端能够主要处理网络上的通信。一旦从终端从未被并入的终端接收到询问-扫描，则将已接收到的这个询问-扫描转发给主终端，然后如权利要求3所述，主终端在一定条件下开始与此终端建立连接。例如，一个条件可以是终端以前未被连接到网络。如权利要求4所述，这些条件可利用由主终端管理的特殊表(黑名单)来检验。主终端通过发射询问-扫描来开始建立连接。
此外，如权利要求5所述，本发明提供如果主终端未在发射任何询问扫描，从终端才对询问扫描进行检验。这避免网络的成员再次发现网络的另一个成员。
根据本发明的网络可以利用根据蓝牙标准操作的终端来形成。权利要求6中描述了为此提供的软件成分的结构。
为了不徒然地干扰网络中的通信，主终端用于仅命令未被牵涉在通信中的单个从终端来检验来自终端的询问扫描。
如权利要求8所述，通过使用在终端之间发送的至少一个消息中的标识符，可以实现网络形成的加速。该标识符提供有关终端是否已被并入网络中的信息。
本发明还涉及一种终端，其被作为从或主终端被并入网络中。
本发明的这些和其它方面从下文描述的实施例中是显而易见的，并将结合这些实施例进行说明。
图1显示了在终端中包含的软件成分的非常简化的层模型；图2显示了具有各种被并入的终端和待并入的其它终端的网络；和图3和图4显示了用于解释终端的根据本发明的软件成分的状态图。
具体实施例方式
蓝牙是一种用于无线无线电通信的通信标准，用于使得所有可想象的终端类型之间的数据交换成为可能。每件事，不论笔记本、管理器、移动电话或计算机的外围设备都打算获得经由蓝牙相互通信的能力。蓝牙网络中的终端在79个信道上操作，每个信道具有2.45GHz频率范围中的1MHz的带宽。不是同一个信道恒定用于通信，而是每秒1600次更改频率，以消除与其它设备的干扰。这是必需的，因为使用的频带不是自由可利用的。有用数据是以面向分组方式被传送，并且为了满足应用需求，定义了各种分组类型。它们根据同步和异步操作而不同，并且利用标题中的表目项来标识。
另一方面，蓝牙设备的基本特性是在频率变化的情况下设置时钟速率的单独时钟速率以及明确的蓝牙终端地址(蓝牙设备地址)。这随后也产生终端的标识符，这规定了跳频序列中的各种频率。
在两个蓝牙终端的连接期间，一个充当主终端的角色，而另一个充当从终端的角色。就此而言，应当注意，不存在如预定主终端或从终端这样的事情，以及在建立呼叫时动态进行角色分配。主终端强制性地确定用于从终端的跳频序列即频率之间的“跳跃”，并且分配传输权。
当建立呼叫时，经历两个阶段。第一阶段表示为询问阶段，并且在寻找还未被发现的其信息项还不可用的终端的时候被使用。只要没有连接，终端在询问(请求)状态与询问-扫描(搜索请求)状态之间持续交替。在询问状态中，终端同样在32个频率之间跳跃，并且发出其请求。在询问-扫描状态中，设备同样在32个频率之间跳跃，并且搜索询问消息。如果终端在询问-扫描状态中接收到这样的请求，则它通过发射其地址和其时钟速率进行应答，并且通信能够开始。
建立呼叫的第二阶段表示为寻呼阶段。在此阶段，一个终端转换到寻呼(呼叫)状态，而另一个终端转换到寻呼-扫描(搜索呼叫)状态。就此而言，以请求终端变成主终端和其它终端变成从终端的方式定义角色分配。前提条件是主终端知道从终端的蓝牙终端地址。如果除了地址之外，从终端的时钟速率也可以用于主终端，则能够加速寻呼阶段。主终端向从终端发射它自己的时钟速率和跳频序列，并且命令从终端采用其时钟速率和跳频序列。
在各个终端之间发射的是除了包含有用数据之外还包括附加信息项的数据分组，例如发射机和接收机地址、发射选项、同步信息项、可选安全信息项以及附加冗余度。这样的分组包括72比特接入码，53比特标题，并且还包括具有长度为0至2745比特的可变有用数据字段。对于询问阶段，例如，使用包含终端地址的ID分组。再一个分组是FHS(跳频同步)，籍此特别地在建立连接时，发射时钟速率信息项、终端地址、跳频序列的相位、“服务类别”(微微网中牵涉设备类别)的指定。
蓝牙网络可以在点对点、微微网和分散网拓扑结构中实施。所述网络拓扑结构发展了多个可想象的应用可能性。微微网包括主终端以及多达7个有效的从终端。通过把一些从终端置于睡眠模式类型，原则上主终端可以控制7个以上的从终端。然而，这也许显著减慢数据交换，特别在有效从终端希望向睡眠模式的另一个从终端发射数据时。就此而言，通信基本上专门通过分配发射权并指定待使用频率的主终端进行。主终端交替地分配发送权给各个从终端。
由于跳频的应用，因此多个微微网有可能彼此共存。就此而言，终端甚至可以是多个微微网中的成员。为此，终端仅存储所有主终端的跳频序列，在这些主终端的网络中该终端是一个成员并因而能够调谐到每个网络的频率。这样的终端是桥接器终端(桥接器节点)，因为实际上它是诸多微微网之间的桥接器。以如此方式连接的多个微微网形成了分散网。
最初开发蓝牙标准是为了使最广泛的各种终端能够在短距离上进行无线通信。仅仅在需要蓝牙终端互连之后，才引发了所谓的adhoc网络的创建。例如，具有蓝牙终端的讨论会(seminar)的多个客户位于一个房间中，并且这些个人将愿意彼此交换它们的数据。理想地，每个客户将执行类型“建立至adhoc网络的连接”的命令。在短时间之后，消息“到adhoc网络的连接存在”将被接收，并且他们随后能够与任何其它客户交换数据。然而，就此而言，存在如何快速和自动形成包括多个客户的蓝牙网络的问题，因为蓝牙规约没有对此作出规定。
根据本发明，终端包含被指定为“动态个人域网络管理员”的软件成分(以下称之为DPM软件)，该软件成分与实际的蓝牙软件和相应应用软件交互作用并且用于形成和用于控制adhoc网络。图1中显示了该软件成分的相当简化的层模型。代表蓝牙软件(第一软件成分)的层1上设置的是包含SPM软件2(第二软件成分)和为因特网协议设置的软件3的层。在最上层4是经由软件接口5启动、控制和终止DPM软件的应用软件(以下指定为DPM API软件)。
在adhoc网络的形成期间，通过有关终端中相应DPM软件执行下述的网络形成过程。根据本发明的自动adhoc网络形成中的第一步是在其相应环境下终端的自动检测。在网络形成开始之前，终端必须彼此独立地收集涉及其环境的信息项。此外，每个终端通过非现存网络中执行上述的询问和询问-扫描状态能够独立地形成adhoc网络。两种状态之间的转换时间在此情况下必须被随机选择。
不具有连接的每个终端搜索在其环境中的其它终端(询问阶段)。如果已发现另一个终端，则停止询问阶段，并与检测到的终端(经由寻呼阶段)形成连接。因而，可以自发地创建新的微微网。如果第三终端检测到刚刚形成的微微网的终端，则下述的过程用于并入第三终端。
根据本发明，主终端在每种情况下按一定顺序选择分配的从终端(以下称之为侦听从终端)，以便检验未被并入的终端是否正在执行询问扫描。希望被并入网络的终端同样在询问状态与询问扫描状态之间变换。在此阶段，主终端本身既不切换到询问状态也不切换到询问扫描状态。侦听从终端定期地转换到询问扫描状态，但是从不转换到询问状态。以这样的方式，终端检测以前未被并入的终端的效果保持为低。由于在每一种情况下只有一个从终端是侦听终端，因此最小化对网络内通信的干扰。
其它从终端的并入可以通过以下步骤解释，并借助图2进行解释。图2显示了一个主终端6和连接到主终端6的四个从终端7至10。所有终端6至10都处于连接状态。只根据主终端6的指令，从终端7至10中的一个终端才转换到询问扫描状态。终端11逼近微微网(包括终端6至10)，并且应被并入微微网中。在第一步中，主终端6精确地命令它的从终端之一(侦听从终端)转换到询问扫描状态，即检验终端是否正在执行询问扫描。在图2中，该终端例如是从终端7。至此还未被并入微微网的终端11逼近后者，并在询问状态与询问扫描状态之间转换。终端11检验另一个终端是否正在发射询问扫描，并发射询问扫描。
一旦处于询问扫描状态中的侦听从终端7已经收到来自终端11的询问扫描并且对其应答，则终止询问扫描状态，并且主终端6发送涉及来自终端11的询问扫描接收的消息。在从从终端7接收到应答之后，终端11转换到询问扫描状态，以预期接收来自主终端的询问扫描。在从从终端7接收到“未被并入的终端正在执行询问扫描”的通知之后，主终端6转换到询问状态，并且然后发射它自己的询问扫描，未被并入的终端11在询问扫描状态中接收该询问扫描。终端11用包含其地址的分组(FHS分组)应答并转换到寻呼-扫描状态，以便连接到微微网。主终端6现在具有将终端11并入网络中的所有需要信息。主终端随后转换到寻呼状态，并寻呼接受并由此变成现存微微网的新成员的新终端11。然后主终端6命令下一个从终端(例如，从终端8)转换到询问扫描状态，并侦听询问扫描。
主终端以特定顺序命令从终端侦听或接收询问扫描。例如，所述某个顺序可以显现，使得所有从终端在每种情况下都是相同的超时之后相继地转换到询问扫描模式。
控制上述处理的DPM软件的功能可以参照图3所示的状态图进行解释。DPM软件具有由图3中的矩形12至22指示的总共7种状态。利用矩形12至17指示的状态涉及未连接到网络的终端建立连接的情况。在NS询问-扫描1(矩形12)、NS询问-扫描2(矩形16)和NS询问(矩形13)状态中，终端未形成连接；在NS寻呼-扫描1(矩形14)、NS寻呼-扫描2(矩形15)和NS寻呼(矩形17)状态中，终端处于建立连接的处理中。在连接-从状态(矩形18)和连接-主状态(矩形19)中，终端建立连接并且是微微网的成员。NE询问-扫描(矩形20)、NE询问(矩形21)和NE寻呼(矩形22)状态涉及现存网络被扩展的情况。
在未连接状态中，在一定时间期满(超时)之后，终端在NS询问-扫描1状态(矩形12)与NS询问状态(矩形13)之间周期地交替，如箭头T01和T02所示。
如果在NS询问-扫描1状态(矩形12)中的终端在应答中已经应答另一个终端，则DPM软件转换到NS寻呼-扫描1状态(矩形14)(经由箭头IA1)，其中终端等待来自另一个终端的呼叫请求(寻呼)。如果终端响应一个呼叫请求，则建立连接，并且DPM软件转换到连接-从状态(矩形18)(经由箭头PA1)。该终端则是网络中的从终端。否则，在指定的时间到期(超时)而没有呼叫请求之后，DPM软件转换到NS询问-扫描1状态(矩形12)(箭头T03)。
如果在NS询问状态(矩形13)中的终端从另一个终端接收到对其询问的应答，则DPM软件转换到等待接收询问的NS查询-扫描2状态(矩形16)(箭头IR1)。如果以前没有形成网络，并因而正好两个终端在未形成网络时彼此正在通信，则在NS询问-扫描2状态中该终端可以接收询问，并且在超时之后改变到NS寻呼状态(矩形17)(箭头T04)。在DPM软件的此NS寻呼状态中，寻呼在NS询问状态下发送对询问应答的其它终端。必需确保NS询问-扫描2与NS寻呼状态之间的超时被选择为小于NS寻呼-扫描1与NS询问-扫描1状态之间的超时。只要其它终端响应寻呼，连接就被建立并且DOM软件转换到连接-主状态(矩形19)(箭头PR1)。然后，该终端是新近创建的微微网的主终端。在建立连接失败的其它情况下，DPM软件回复到NS询问状态(矩形13)(箭头CF1)。
如果微微网存在，主终端命令其一个从终端侦听来自其它未被并入终端的询问。在此情况下，主终端确定的从终端的DPM软件从连接-从状态(矩形18)转换到NE询问-扫描状态(矩形20)(箭头MR)。在超时之后，终端的DPM软件回复到连接-从状态(矩形18)(箭头T06)。
如果在NE询问-扫描状态(矩形20)中从终端从未被并入网络的终端接收到询问，则它应答该询问，停止侦听询问并回复到连接-从状态(矩形18)(箭头IA3)。该从终端还通知主终端已经发现一个正在进行询问的新终端。主终端的DPM软件随后从连接-主状态(矩形19)转换到NE询问状态(矩形21)(箭头SR)。主终端开始询问并接收来自互连终端的应答(FHS分组)。对于随之发生的连接建立，主终端的DPM软件转换到NE寻呼状态(矩形22)(箭头IR2)。如果主终端在超时之后未收到应答，则其DPM软件回复到连接-主状态(矩形19)(箭头T07)。
在NE寻呼状态(矩形22)下，寻呼待并入的发送对NS询问状态中询问的应答的终端。只要该终端应答该寻呼，连接就被建立并且主终端的DPM软件转换到连接-主状态(矩形19)(箭头PR2)。在连接失败的其它情况下，DPM软件回复到连接-主状态(矩形19)(箭头CF2)，并命令下一个从终端侦听询问，即检验未被并入的终端是否正在执行扫描。
如果网络存在并且终端希望作为从终端被并入，则待并入的终端的DPM软件在从侦听从终端接收到对其询问的应答之后从NS询问状态(矩形13)转换到NS询问-扫描2状态(矩形16)(箭头IR1)，并且等待来自主终端的询问。在收到来自主终端的询问之后，它向后者发送应答(FHS分组)。终端的DPM软件转换到NS寻呼-扫描2状态(矩形15)(箭头IA2)，并且然后等待来自主终端的寻呼。在收到来自该终端的寻呼和应答之后，建立连接并且DPM转换到连接-从状态(矩形18)(箭头PA2)。该终端随后作为网络上的从终端被并入。否则，在超时只后没有寻呼的其它情况中，DPM软件回复到NS寻呼状态(矩形17)(箭头T05)，并设法自己启动寻呼。如果建立连接失败，则DPM软件回复到NS询问(矩形13)状态(箭头CF1)。
值得说明的是，现存网络的终端处于询问状态中并且现存网络的另一个终端同时处于询问-扫描状态中的情况决不会出现。因为现存网络的从终端决不会转换到询问状态，以及主终端决不会转换到询问-扫描状态。主终端处于询问状态中而同时从终端处于询问-扫描状态中的其它(剩余)情况被排除，因为只有正在侦听的完全从终端结束询问-扫描状态并且已经通知主终端新终端正在询问时，主终端才转换到询问状态。这确保了已经属于网络的终端不会被再次发现。
如果DPM软件收到来自应用软件的清除连接的指令，则DPM软件命令清除连接并且DPM软件转换到NS询问-扫描状态(箭头DI1)或者NS询问状态(箭头DI2)。
为了进一步优化网络信息，应用可以借助于DPM-API软件把不希望的终端的地址置于所谓的特殊表(黑名单)上。无论何时发现新的终端，主终端首先检验它是否包含在特殊表中。如果包含在特殊表中，则忽略该终端，即不试图建立到所述终端的连接。反之，则如上所述建立连接。
特殊表例如列举某个时间前并入网路并不再感兴趣的那些终端。此外，那些终端可以被存储在不提供某些服务的所述特殊表中。例如，如果为网络寻找打印机，则没有打印机服务的所有终端被存储在所述特殊表中。
根据本发明的过程特别适合于其中期望网络中的高服务等级(即最高可能的带宽，最少可能的错误或者现存连接的平均丢失)的网络。所描述的用于扩展网络的过程尽可能少地干扰已经完全属于网络的设备的通信。特别地，错误的主要原因是执行询问，因为在询问被执行的同时，现有连接的可用带宽被明显减少，并且在某些情况下甚至导致通信完全丢失。在根据本发明的处理中，只有主终端执行询问，并且只有当确信新终端位于附近时，主终端才执行询问。为了使利用一个终端扩展现存网络，主终端必须因此恰好只执行一个单一询问。由于另一方面为了恰好发现新终端的地址，至少一个询问是必需的，因此根据本发明过程的特点是最低可能的询问的数量。
如上所述，分组包含称之为服务类别并且用于应答询问的字段。目前的蓝牙标准在该字段中保留迄今还没有被占用的一些其它比特。该字段中保留的比特可以用来标识终端是否连接到网络。这允许网络被更快地形成。
该保留比特在以下将称为连接比特。如果终端已经并入(连接)到网络，则该连接比特被设置为逻辑“1”，否则被设置为逻辑“0”。
图4显示了当使用该连接比特时的DPM软件的状态图。与图3相比，增加了进一步状态变化。箭头IR1n指示了从NS询问(矩形13)状态到NS寻呼状态(矩形17)的状态改变。此外，连接比特用于从NS询问-扫描1(矩形12)状态到NS寻呼扫描1状态(矩形14)(替代图3中IA1的箭头IA1n)的状态变化，从NS询问状态(矩形13)到NS询问-扫描2状态(矩形16)(替代图3中IR1的箭头IR1c)的状态变化，以及从NE询问-扫描(矩形20)状态到连接-从状态(矩形18)(替代图3中IA3的箭头IA3c)的变化。图3与图4之间没有其它差异。
处于NS询问-扫描状态1(矩形12)的还未被连接的终端利用设为逻辑“0”的连接比特应答询问，并且转换到NS寻呼-扫描1状态(矩形14)(箭头IA1n)。
处于NE询问-扫描状态(矩形20)的已经连接的从终端利用设为逻辑“1”的连接比特在另一方面应答询问，并且转换到连接-从状态(矩形18)(箭头IA3c)。
评估处于NS询问状态(矩形13)的还未连接的终端的连接比特。如果收到对其询问的应答，则可以利用连接比特来判决其它终端是否同样仍未被连接(连接比特是逻辑“0”)，或者是否已经作为从终端属于网络(连接比特是逻辑“1”)。
在第一情况下(连接比特是逻辑“0”)，形成新网络，其中询问终端充当主终端，而其它终端充当从终端。为此，询问终端最初转换到NS寻呼状态(矩形17)(箭头IR1n)，并且然后寻呼使连接建立的其它终端。
在其它情况下(连接比特为逻辑“1”)，询问终端作为其它从终端加入现存网络。为此，询问终端最初转换到NS询问-扫描2状态(矩形16)(箭头IR1c)，并等待来自现存网络的主终端的询问。
该措施允许初始网络被更快形成，因为不需要在确定两个终端仍未被连接之前等待超时。在此情况下，连接比特可以用来直接从NS询问状态(矩形13)变换到NS寻呼状态(矩形17)(箭头IR1n)，而不是如图3所示，在询问的无果等待之后，从NS询问-扫描2状态(矩形16)变化到NS寻呼状态(矩形)(箭头T04)。
权利要求
1.一种网络，具有至少一个从终端和与其连接的主终端，所述主终端被设置用于命令至少一个从终端检验对将被并入该网络中的至少另一个终端的询问，其中被命令的从终端在它检测到还未被并入的终端时被设置为将接收的搜索请求转发给主终端，并且主终端在它接收到来自从终端的搜索请求时被设置为与还未被并入的终端建立连接。
2.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，在从先前未被并入的终端接收到询问之后，主终端被设置为发送询问。
3.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，在从先前未被并入的终端接收到询问之后，主终端被设置为在一定条件下与此终端建立连接。
4.根据权利要求3所述的网络，其特征在于，被并入网络中的从终端不用于在主终端同时执行询问时变换到其中该从终端对来自另一个终端的询问发送应答的状态。
5.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，被并入网络中的从终端被设置用于变换到其中它对来自另一个终端的询问发送应答的状态。
6.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，终端具有根据蓝牙标准操作的第一软件成分以及用于控制第一软件成分的第二软件成分，第二软件成分用于转换第三面向应用的软件的指令，并且第二软件成分用于并入终端。
7.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，主终端被设置为通过检验待并入网络中的至少另一个终端的询问而仅仅向未被牵涉在通信中的单个从终端发出请求。
8.根据权利要求1所述的网络，其包含在终端之间发射的至少一个消息，所述消息包含有关终端是否被并入网络中的信息。
9.一种终端，被设置为作为从终端或主终端而并入网络中，其中充当主终端的终端被设置为命令至少一个从终端对将被并入网络中的至少另一个终端的询问进行检验；其中充当从终端的终端被设置为在检测到还未被并入的终端之后，把已接收的询问转发给主终端；并且充当主终端的终端被设置为在接收到来自从终端的询问之后，与还未被并入的终端建立连接。
全文摘要
本发明涉及一种网络，具有至少一个从终端(7－10)和与其连接的主终端(6)，所述主终端(6)被设置为命令至少一个从终端(7)对待并入网络中的至少一个其它终端(11)的询问进行检验。被命令的从终端(7)在检测到还没有被并入的终端(11)之后把已接收的询问转发给主终端。一旦接收到来自从终端的询问，主终端与还未被并入的终端建立连接。在一个实施例中，主终端(6)通过发射询问并寻呼新的从终端(11)来建立连接。
文档编号H04L12/56GK1736067SQ200380108527
公开日2006年2月15日 申请日期2003年12月17日 优先权日2003年1月10日
发明者T·法尔克, J·埃斯皮纳佩雷斯, H·马尔斯, K·维登豪普特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司