在网络中确定管理用户的方法

专利名称：在网络中确定管理用户的方法
技术领域：
本发明涉及在一个包括不确定数目网元的网络中确定管理用户或“管理者”的方法。
在现有技术中已知了具有对等网元的网络、所谓的对等网络。对等网络给所有连接的网元-常常也称为》对等网元《或者》客户《-提供具有同等权利的协作。这表明，每个网元可以给另外的网元提供功能和服务并且另一方面可以使用由另外的系统提供的功能和服务，而不使用中央的业务提供器或者》服务器《。
通过文件交换平台或者“文件共享系统”、比如Gnutella、Napster、Kazaa使得对等网络广为流行。这些文件交换平台有共同目的，即所连接的网元可以彼此交换数据，但其组织形式不相同。在Napster中预留的网元为当前参与网络的网元或者其提供用于交换的文件预先规定一个中央目录，而在Gnutella中没有预先规定一个保持中央目录的网元的如此角色。替而代之，以“多播”-询问的形式在整个网络上分配检索询问或者“查询”。分散结构的优点在于，每个网元担任同样的角色并且网元不必保持目录。与此相对的是检索询问消息具有突出的通信量的缺点，该通信量随着用户数目的增加而过比例地升高。因此这种缺点经常以概念“伸缩问题”被提到。
基于提到的缺点在许多情况下从大量经过网络连接的网元中选出一个这样的网元是有益的，其担任管理角色并且因此称作“管理者”或者管理用户。
本发明的任务是，给出一种方法，以该方法在包括多个具有最初同样特权和任务的网元的网络中刚好选择一个管理用户。
通过具有权利要求1特征的方法解决该任务。
从网元的角度描述本发明方法，该网元由于随意的、并且此外还要阐述的原因担任如下主动角色，即通过该网元随着在网络中指向所有其余网元的、用于确定管理用户的请求消息的发送触发该方法。此外本发明方法由于参与网元的起初同样的特权和任务同样适合于所有网元，如此从所考虑的网元的角度描述的方法没有限制这个被考虑的网元的特性或选择。发送给所有其余网元的请求消息例如作为所谓的多播消息或广播消息发送并且包含一个序列号。从例如-在一个非常简单的实现中-由从1至16384的范围形成的第一数值范围中随机选择该序列号或者-抢先于在本发明方法的一个设计方案中要使用的第二序列号的-第一序列号。对此以已知的技术方法也在每一个单个网元上实现随机选择或者准随机选择，该网元已经接收请求消息并且在预定的时间间隔内给所有网元发送一个类似形成的请求消息。在对通过所考虑的网元发送的请求消息的应答中发送的每一个这种请求消息自身包含一个随机选择的序列号，也就是以该序列号“标记”。当在一个预定的、也就是说在网元上可调节的时间间隔或者“超时”内其余网元的请求消息到达所考虑的网元-也到达其余网元-之后，在其中传递的序列号与事先以原始请求消息一起发送的序列号比较。假如自身的序列号与接收的序列号之一相比较具有一个数值较低的值，则对于所考虑的网元结束进一步参与该方法，这意味着，所考虑的网元不再参与确定管理用户的进一步方法，就其在交换消息中的行为而言，也就是将来继续扮演网元的角色。假如自身的序列号与所有接收的序列号相比较具有数值较大值，则所考虑的网元在网元内部注明为管理用户。因此结束基本的选择过程，并且以本发明的另外的可选择性的设计方案也可以告知其余网元。
本发明方法的主要优点在于，所描述的方法可以完全在没有另外网元的信息的情况下被使用。该优点特别可以用在网络开始的初始化或者“自举”中。
本发明方法优选地不仅可以用于网络的初始化，而且也可以用于网络灵活匹配于变化的情况。该方法特别也可以用于所谓的Ad hoc(特定)网络，其依赖于情况由多个网元的本地组合形成，并且其本地分配和组成由于停止运行的或新附加的网元而经常改变。
优选地通过本发明方法在一个通过广播段形成的网络中保证刚好一个管理用户。
在从属权利要求中给出本发明的有益改进。
通过在应答的网元之间另外选择管理用户，本发明方法优选地扩展了另外设计的方法步骤。对此在第一序列号上加以第二序列号并且传送给还要参与该方法的网元。对此还要参与的网元是对第一请求消息做出应答的网元。本发明方法的这个设计方案有这样的优点，一方面可能出现这种罕见情况，即两个网元随机选择同一序列号-一种随着增加的第一数值范围而降低的概率-并且因此通过重新选择保证可靠选择刚好一个管理用户。另一方面也可能发生这种情况，即在第一选择方法的过程中在应答中发送的询问消息没有到达所考虑的网元。假如该询问消息含有较高的序列号，则发送的网元本身标记为管理用户，可是关于存在较高序列号的信息甚至没有到达所考虑的网元，因此该网元-根据第一选择方法-自身考虑作为管理用户并且标记为管理用户。在力求以选择刚好一个管理用户结束的过程中，第二选择方法优选地有助于提高可靠性。
在本发明的一个有益设计方案中，在一个选择过程之后保留的管理用户告知其特性为管理用户，因此其余的网元不必再通过个别的询问确定其特性为管理用户。
为了确定第二序列号建议两个设计方案变体。通过类似于第一选择方法从由于唯一性的原因选择最好小于第一值范围的第二值范围中进行随机确定，基于与确定第一序列号同样的优选措施保证简单实现第二序列号的确定。以第二有益的选择方法按网元的确定物理参数(也就是说自身的系统效率和/或可支配的带宽和/或自身的计算能力)选择从第二数值范围中提取的第二序列号，由此优选给予高效率的网元较高的概率成为管理用户。
在本发明的另一有益设计方案中，在确定管理用户的方法之前实施一种方法，其有助于确定在网络中是否存在一个管理用户。为此主要以多播或者广播消息的形式给所有网元发送一个询问消息。如果在规定的时间间隔或者“超时”内得到刚好一个管理用户的确认消息，则结束该方法。
如果没有得到确认消息或如果得到多个确认消息，则为了保证在网络内的唯一管理用户而开始用于确定一个管理用户的本发明方法。如果在网络中存在多个管理用户(“多管理者”)则当然出现最后提到的、多个确认消息的情况。如果第一Ad hoc网络的一个当前管理用户由于这个网络类型固有的动态性而出现在第二网络的多播范围内，则例如可能发生这种情况，其中在该第二网络中已经存在一个选择的管理用户。作为为了选择唯一管理用户而触发本发明方法的一种替代方案，一个替代的设计方案也是有益的，其中以确认消息在多个管理用户之间交换的序列号彼此进行比较，并且具有较高序列号的管理用户胜出。对此应用各自存储的序列号是有益的，各个管理用户通过该序列号通过本发明方法成为管理用户。
下面根据附图详细阐述具有另外优点的实施例和本发明的设计方案。其中

图1A-1D示出了用于描述在一个由多个网元形成的网络中各个方法步骤的结构图；以及图2示出了用于示意描述在本发明方法的基础上选择管理用户的可能过程的结构图。
在本发明方法的实施例中考虑具有移动网元、也就是例如便携计算机的无线Ad hoc网络。Ad hoc网络例如是一个无电缆网络，其没有安装路由器。彼此-例如在应用通信协议WLAN(也就是说无线局域网)的情况下-通信的移动网络部件在需要时直接地、也即Ad hoc地建立网络。此外网络的Ad hoc特性表明，参与的各个网元事先绝对不了解另外的网元。最后Ad hoc网络不约束稳定的用户量，新添加或结束通信的网元不影响网络的持续。虽然本发明法特别适合于所描述的网络形式，可是这不限制本发明方法，而是可以用于所有已知的LAN变体。
原则上确定一个管理用户的方法是必须的，以便在网络中实现下面两种情况之一-存在一个管理用户-不应该多于一个管理用户在移动的对等Ad hoc网络中同样适用这样的要求，可是加入另外的限制和因素，比如移动性、网元失效的概率和有限的传输带宽，这影响上述条件的实现。下面简短提及由此引起的在Ad hoc网络和有线网络之间的主要区别。
为有线网络所设定的技术把不应答的管理用户认为是失效的。此外大多数用于选择管理用户的方法需要所有网元的其它信息或者关于网络拓扑的数据，以便在管理用户失效时认为是稳定的情况。
此外在有线网络中，只有当例如由于先前的连接错误引起多个网络段彼此合并时，才可能出现多个管理用户。与此相反，在无线网络中管理用户没有应答的原因可能在于，其距离太远处在该网络的有效范围之外或网络离开了其作用范围。此外可能出现这种情况，即所考虑的网元不了解所有另外考虑的网元，主要原因是各个网元动态交替参与。网元在未预见时刻参与或离开网络，由此进行动态地参与网络。这种情况给选择一个管理用户或者管理者造成困难。这种情况使选择一个管理用户的选择方法复杂化，因为网络的拓扑结构在选择方法期间可能发生变化。最后非常简单地由此产生多个管理用户，即一个管理用户在另一个管理用户的附近移动。
本实施例的网络具有如下特性-自配置，也就是说没有中央站或者第三方用于协调各个网元的建立和安排，-全分布，也就是说给所有网元被提供统一的逻辑用于满足各自任务并且选择一个管理用户。
-可伸缩，因为在本地区域内部实施数据交换，在本实施例中也即在所谓的广播或多播域内部。
-异步，也就是说网元的处理和操作的协调不需要中央时钟形式的同步。
本发明方法保证在广播段内选择准确的一个用户。在该广播段或者网络中在实施本发明方法期间存在三种不同的状态-状态1没有管理用户，例如因为原先的管理用户离开网络或因为在网络中当前没有通信的网元-状态2在成功结束本发明方法的基础上刚好存在一个管理用户-状态3存在多于一个的管理用户，例如因为另一个网络的管理用户出现在当前网络中考虑的网元可能区分两个状态，即了解刚好一个管理用户或不存在管理用户。在后者情况下所考虑的网元开始本发明方法。
本发明方法的设计方案包括三个连续执行的步骤，其中只有前面的步骤没有产生关于接收到管理用户地址的结果，才实施各个后面的步骤。通过“多播”分组实现在网元之间的全部通信。这种措施有这样的优点，即不仅对于出席信息消息而且也对于用于选择一个管理用户的消息，可以联系上所考虑的一组网元。
图1A至图1D利用一个包括六个网元A、B、C、D、E、F的网络NW示出了一个管理用户的示范性选择过程的不同阶段。
在第一步骤中-参见图1A-每个网元A、B、C、D、E、F确证从目前的管理用户的最后失效以来还没有选择管理用户。
通过一询问消息序列实现该确证，该消息在确定的时间间隔内发送。在本实施例中多播发送三个询问消息，其也称为“谁是服务器”消息。考虑到不能保证到达每个监听网元而多次发送该询问消息。如果发送询问消息的网元A在预定的时间间隔内收到一个“我是服务器”消息形式的确认消息，则该网元A接受该进行确认的网元作为当前的管理用户，并本地地、也就是说对于所考虑的网络节点A结束用于选择一个管理用户的方法。可是在实施例的描述中，假设在网络NW中不存在管理用户。
下面参考图1B。假如在预定的时间间隔内没有得到确认消息，则所考虑的网元A以多播消息给网络NW中的所有网元B、C、D、E、F发送请求消息或者“服务器请求”消息，其中用一个从第一数值范围内随机提取的第一序列号标记该请求消息。
在本情况中由所考虑的网元A随机确定的第一序列号是560，第二网元B的第一序列号是430，第三网元C的第一序列号是365，等等。从图中得知其余网元D、E、F的各自第一序列号。
其余网元B、C、D、E、F同样发送请求消息，同样以其各自确定的第一序列号标记请求消息。
网元一收到一个以-相对于自身确定的序列号-较高的序列号标记的请求消息，该网元就结束发送另外的请求消息，并等待“我是服务器”类型的确认消息。这不仅适用于第一序列号而且也适用于根据后面的图1C等具有较高序列号的另外方法。
下面参考图1C。在第二“轮”选择过程中由各自还参与选择方法的网元发送第二请求消息。
在该情况下，根据自解释的图1C，所考虑的网元A以及具有第一序列号478或者545的网元D和E参与，虽然其序列号比所考虑的网元A的序列号小并且因此其原本必须中止请求消息的继续发送。可是在该实施例中假设网元D和E没有收到所考虑的网元A的请求信息，并且另外网元D没有收到E的请求信息，由此这两个网元误以为自己是具有最高序列号的网元。其余网元B、C至少收到具有较高序列号的一个请求信息并且因此中止参与。
在第二选择过程中现在生成第二请求消息。以第二序列号标记各自的第二请求消息，该序列号由第一序列号和一个从第二数值范围内随机提取的序列号相加形成。例如-参见图1C-所考虑的网元A确定第二序列号577，其由第一序列号560与一个-没有示出的-随机数17相加得出。
在还要参与选择方法的网元A、D、E之间交换各自的第二请求消息。
下面参考图1D。在第三“轮”选择过程中由还要参与选择方法的网元E发送第三请求消息，其中以类似方式通过值为614的第二序列号与一个从一个数值范围内随机提取的、值为13(没有示出)的数相加而形成值为627的第三序列号的选择。在发送该第三请求消息之后在预定的时间间隔内还没有另外的请求消息到达网元E之后，该网元给网络NW中的所有其余网元A、B、C、D、F发送一个或多个“我是服务器”类型的确认消息，在这些网元中网元E现在被标记为网络NW的管理用户。
在该实施例中为选择管理用户而选择了三个请求消息的一次循环，此外可以任意选择循环数。
图2指出了本发明方法的实施例的结构图。
在第一方法步骤S1中通过所考虑的网元实现“谁是服务器”的请求信息的传递，其作为多播消息发送。由于多播不能保证到达每个可能的接收机或者网元，因此多次重复询问，例如两次。此外，重复次数由实施者推断。
在发送第一询问消息之后以确定的时间间隔等待应答，分支步骤A1。如果所考虑的网元在该时间间隔内接收到一个“我是服务器”的应答-方法支路2-，则针对所考虑的网元结束该方法，方法步骤S4。
如果所考虑的网元在该时间间隔内没有接收到应答-方法支路1-，则开始方法步骤S2的第一迭代。
在方法步骤S2中给所有其余网元发送一个请求消息。在发送请求消息之后-方法支路3-以一个确定的时间间隔等待另外网元的消息，分支步骤A2。
如果所考虑的网元在该时间间隔内在分支步骤A2中没有接收到请求消息或接收到具有比自身序列号低的序列号的请求消息-方法支路9，则到达分支步骤A4。如果另外的迭代是必须的-方法支路10-，则发送另外的请求消息-方法步骤S2。如果没有设置另外的迭代-方法支路11，则所考虑的网元发送一个或多个(依赖于实施)“我是服务器”消息-方法步骤S5-并且结束该方法-方法支路12，方法步骤S4。
如果所考虑的网元在该时间间隔内在分支步骤A2中接收到一个另外网元的“我是服务器”消息，则所考虑的网元结束该方法-方法支路8，方法步骤S4。
如果所考虑的网元在该时间间隔内在分支步骤A2中接收到一个具有比自身序列号高的序列号的请求消息-方法支路4，则所考虑的网元不再发送另外的请求消息，方法步骤S3。然后-分支步骤5-所考虑的网元等待另外网元的“我是服务器”类型的确认消息，分支步骤A3。
如果所考虑的网元在定义的时间间隔内在分支步骤A3中接收到一个“我是服务器”类型的确认消息-方法支路6-，则所考虑的网元结束该方法-方法支路6，方法步骤S4。
如果所考虑的网元在定义的时间间隔内在分支步骤A3中没有接收到“我是服务器”类型的确认消息-方法支路7-，则重新开始该方法-方法步骤S2。
权利要求
1.用于在一个包括多个具有最初的同样特权和任务的网元的网络中确定管理用户的方法，包含如下在所考虑的网元上实施的步骤a)发送一个指向所有网元的请求消息，其中以一个从第一数值范围中随机提取的序列号标记该请求消息，b)接收类似于步骤a)通过其余网元在预定时间间隔内发送的请求信息，并且把在其中传递的序列号与根据步骤a)传送的自身序列号进行比较；b1)假如在与接收的序列号之一的比较中所述自身序列号具有数值较低的值，则对于所考虑的网元结束进一步参与该方法，b2)如果在与所有接收的序列号的比较中所述自身序列号具有数值最高的值，则所考虑的网元被标记为管理用户。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，对于所考虑的网元规定如下代替方法步骤b2)的方法步骤b3)如果在与所有接收的序列号的比较中所述自身序列号具有数值最高的值，则发送一个指向根据方法步骤b)应答的网元的请求消息，其中以一个第二序列号标记该请求消息，其中从在步骤a)中确定的序列号与一个从第二数值范围中提取的序列号的相加中确定该第二序列号，c)接收类似于步骤b3)通过其余网元在预定时间间隔内发送的请求消息，并且把传递的第二序列号与根据步骤b3)传送的自身第二序列号进行比较；c1)假如在与接收的第二序列号之一的比较中所述自身第二序列号具有数值较低的值，则对于所考虑的网元结束进一步参与该方法，c2)假如在与所有接收的第二序列号的比较中所述自身第二序列号具有数值最高的值，则所考虑的网元被标记为管理用户。
3.按照权利要求1或2之一的方法，其特征在于，被标记为管理用户的网元在预定的时间间隔内在一个消息中告知其余网元其特性为管理用户。
4.按照权利要求2至3之一的方法，其特征在于，第二数值范围小于第一数值范围。
5.按照权利要求2至4之一的方法，其特征在于，从第二数值范围提取的第二序列号是随机从第二数值范围中选择的。
6.按照权利要求2至4之一的方法，其特征在于，从第二数值范围中提取的第二序列号的大小依赖于一个或多个如下原则进行选择-自身的系统效率和/或-可支配的带宽和/或-自身的计算能力和/或-另外的物理参数。
7.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，在方法步骤a)之前确定，在网络中是否刚好确定了一个管理用户。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，为了确定是否确定了一个管理用，在所考虑的网元上实施如下方法步骤α)发送一个用于确定一个管理用户的询问消息到当前在网络中进行通信的所有网元；β)如果在预定的时间间隔内得到刚好一个管理用户的确认消息，则本地地标记该管理用户并结束该方法；γ)如果在预定的时间间隔内没有得到一个管理用户的确认消息，则开始根据方法步骤a)的方法。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，为了确定唯一的管理用户在每个考虑的管理用户上实施如下方法步骤δ)如果在预定的时间间隔内得到多个管理用户的确认消息，则开始根据方法步骤a)的方法。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于，为了确定唯一的管理用户在每个考虑管理用户上实施如下方法步骤δ)如果在预定的时间间隔内得到多个管理用户的确认消息，则在这多个管理用户之间比较与确认消息一起传递的序列号；δ1)假如在所考虑的管理用户中所述自身序列号在与所有接收的序列号的比较中具有数值最低的值，则该所考虑的管理用户被标记为网元并且对于该网元结束进一步参与该方法。δ2)假如在所考虑的管理用户中所述自身序列号在与所有接收的序列号的比较中具有数值最高的值，则这个所考虑的管理用户被标记为管理用户。
11.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，可以在网元上调节各自的预定时间间隔。
12.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，该网络是一个Ad-Hoc网络。
13.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，该网络根据已知的WLAN规范设计。
全文摘要
本发明涉及一种用于在包括多个具有最初的同样特权和任务的网元的网络中确定管理用户的方法，包含如下在所考虑的网元上实施的步骤发送一个指向所有网元的请求消息，其中以一个从第一数值范围中随机提取的序列号标记该请求消息。接收类似于步骤a)通过其余网元在预定时间间隔内发送的请求消息，并且把在其中传递的序列号与根据步骤a)传送的自身序列号进行比较。假如在与接收的序列号之一的比较中所述自身序列号具有数值较低的值，则对于所考虑的网元结束进一步参与该方法，如果在与所有接收的序列号的比较中所述自身序列号具有数值最高的值，则所考虑的网元被标记为管理用户。
文档编号H04L29/08GK101027890SQ200580032630
公开日2007年8月29日 申请日期2005年8月12日 优先权日2004年9月27日
发明者R·阿肖尔, C·普洛宁格, C·多恩 申请人:西门子公司