专利名称：通信设备、通信系统和通信方法
技术领域：
本发明涉及一种通信设备、通信系统和通信方法，其适用于其中每一个都是由遵照诸如有线链路和无线链路等各种通信标准进行连接的多个设备所组成的家庭网络、PAN(个人区域网络)和专用网络。
背景技术：
近年来，已经研究将个人计算机、便携式电话、信息家电、AV(音频和视频)设备等连接到用于构建各种网络的网络相关设备，以便更加有效地为用户提供这些设备的功能。
另一方面，这些设备可以使用各种通信标准，这些标准包括例如作为有线通信标准的Ethernet、IEEE 1394和电力线通信等，以及作为无线通信标准的无线LAN、B1uetooth和UWB(超宽带)等。
对于通过使用符合各种通信标准的多个设备来构建的网络来说，重要的是消除用户用于通信路径的设置和管理等所进行的复杂操作，以提高可用性。即插即用技术是我们现在所知道的用于解决这类挑战的技术。
例如，通过使用符合作为目前主要用在AV设备中的接口标准的IEEE 1394(参见IEEE标准1394-1995，用于高性能串联总线的IEEE标准)的设备，网络能够以即插即用模式来进行构建。IEEE 1394定义了两种类型的数据传输模式同步传输模式和异步传输模式，并且音频和运动图像等可以通过在同步传输模式下支持QoS(服务质量)来进行实行通信。不过，IEEE 1394只定义了较低的层，并且存在基于IEEE1394的设备基本上不能与具有除了符合IEEE 1394之外的链路层的设备进行互联这一问题。
因此，在即插即用模式中提出了能够使符合各种通信标准的设备进行互联的UPnP(通用即插即用)(参见在2007年1月24日所搜索的，Internet<URLhttp://www.upnp.org/resources/documents.asp>)。根据UPnP，各个设备可以自动彼此互联以构建网络，并且彼此互相提供相应的功能。不过，UPnP定义了只与较高层相关的技术规范，这允许使用任何形式的链路层，并且力图简化实现设备之间的连接。不过，UPnP没有考虑到用于满足每一个设备所需的通信带宽和延迟等的QoS(服务质量)等。因此，UPnP不适于在无线环境下或者在其中有线设备和无线设备混用的网络环境下进行音频和运动图像等的实时通信。
如上所述，在现有通信系统中，诸如IEEE 1394等只定义了较低层的通信标准在执行即插即用的同时，可以支持设备之间用于通信的QoS，但是具有只能应用同一通信标准的问题。
另一方面，诸如UPnP等只定义了较高层的通信标准虽然能够以即插即用模式来构建网络，但是不能支持设备之间用于通信的QoS。这导致了在其中有线设备与无线设备混用的异质网络中不能进行音频和运动图像等的实时通信的问题。
发明内容
因此，本发明的目标是提出一种通信设备、通信系统和通信方法，其能够支持音频和运动图像等的实时通信，且同时甚至在其中有线设备与无线设备混用的异质网络中也能够实现即插即用。
为了实现上述目标，在本发明中，网络由多个设备组成，其中每一个都能够进行符合有线通信标准和无线通信标准中至少一个的多次跳转通信，其中每一个设备监控在各设备和目的地设备之间所建立的通信链路和路径上的通信状况，并且当通信状况改变时，该设备将用于与目的地设备进行通信的通信路径切换到可以在该设备和目的地设备之间建立起的另一通信路径。因此，甚至在符合有线通信标准的设备与符合无线通信标准的设备混用的异质网络环境中也可以实现即插即用。另外，由于即使设备之间的通信状态改变了，最佳通信路径的选择也可以考虑到QoS，因此本发明可以支持音频和运动图像等的实时通信。
结合用于解释本发明例子的附图，将使本发明的上述和其他目标、特征和优势更为明显。
图1为示意图，示出了其中有线链路与无线链路混用的网络的实例结构；图2为框图，示出了如图1所示的终端设备和链路设备的实例结构；图3为状态转移图，示出了如图1所示的终端设备和链路设备的操作状态；图4为示意图，示出了在已经建立了链路之后如图1所示的设备是如何连接的；图5为示出了如图2所示的实例链路数据库的表格；图6为示出了如图2所示的实例设备数据库的表格；图7为流程图，示出了由如图1所示的终端设备和链路设备的每一个所执行的处理程序；图8为流程图，示出了如图7所示的链路搜索处理的程序；图9为流程图，示出了如图7所示的信息交换处理的程序；图10为流程图，示出了通信路径构建处理的程序和如图7所示的路径管理处理中用于保护所构建的通信路径的程序；图11为流程图，示出了如图7所示的路径管理处理内的通信路径切换处理的程序；图12为表格，示出了在第二实施例中链路设备和终端设备的每一个中所包含的实例设备数据库；图13为示意图，示出了在根据本发明的通信系统的第一例子的网络结构；图14为表格，示出了由已经被添加到如图13所示的网络的终端设备所构建的实例链路数据库；图15为表格，示出了在由已经被添加到如图13所示的网络的终端设备启动通信之后的实例设备数据库；图16为序列图，示出了如图13所示的各个设备的操作；图17为示意图，示出了在根据本发明的通信系统的第二例子中的网络结构；图18包括表格，其示出了在切换到如图17所示的第二通信路径之后由终端设备和链路设备所构建的实例链路数据库；图19为表格，示出了由如图17所示的终端设备和链路设备所构建的实例设备数据库；图20为序列图，示出了根据本发明通信系统的第二例子中的各个设备的操作；图21为示意图，示出了根据本发明通信系统的第三例子中的网络结构；图22为表格，示出了在已经找到链路之后由被添加到如图21所示的网络的链路设备所构建的实例链路数据库；图23为表格，示出了在链路设备被添加到如图21所示的网络之前已经构建了的实例设备数据库；图24为序列图，示出了根据本发明通信系统的第三例子中的各个设备的操作；图25为示意图，示出了根据本发明通信系统的第四例子中的网络结构；
图26为表格，示出了在保留第一通信之前、保留第一通信之后以及在保留第二通信之后的实例设备数据库；以及图27为序列图，示出了如图25所示的各个设备的操作。
具体实施例方式
(第一实施例)如图1所示，组成网络的各设备(通信设备)一般被分成终端设备和链路设备。终端设备指的是通过其用户能够执行期望功能的设备，例如个人计算机、便携式电话、信息家电和AV设备等。链路设备指的是用于在设备之间中继通信的网络相关设备，例如路由器和HUB等。在图1中，实线表示有线链路，而虚线表示无线链路。终端设备和链路设备的每一个包括通信接口单元，用于通过有线链路或无线链路与另一设备进行通信。链路设备包括用于执行通信中继的功能，也就是多次跳转通信。在终端设备中所包含的通信接口单元也提供了这一功能。
终端设备和链路设备的每一个通过其自己的通信接口单元经由网络上的多个链路将用户数据发送到每一个设备或者从每一个设备接收用户数据。假设在本发明中已经解决了每一个设备的寻址，并且用于识别每一个设备的信息(例如IP地址)已经被提前分配给每一个设备。
如图2所示，终端设备和链路设备的每一个包括设备基本功能单元10，用于提供除了通信功能之外的设备的基本功能；多个通信接口单元19-1至19-n(n为正整数)，用于与其他设备进行通信；链路发现单元16，用于获取用于建立与另一设备的链路所需的链路信息；信息交换单元17，用于交换网络上每一个设备上的信息(设备信息)和链路信息等；路径建立单元18，用于建立和管理设备之间的通信路径；链路数据库(链路DB)12，用于存储由链路发现单元16所获取的链路信息；设备数据库(设备DB)13，用于存储由信息交换单元17所获取的设备信息；路由表14，用于存储设备之间的通信路径上的信息，其是基于链路数据库12和设备数据库13所创建的；控制处理单元11，用于控制链路发现单元16、信息交换单元17、路径建立单元18、链路数据库12、设备数据库13和路由表14的操作；以及数据处理单元15，用于控制通信接口单元19-1至19-n和设备基本功能单元10之间的数据发送/接收。链路发现单元16、信息交换单元17、路径建立单元18、控制处理单元11和数据处理单元15可以分别使用例如逻辑电路和存储器等进行构建，或者可以包括CPU(或DSP)和记录媒介，其中CPU(或DSP)根据在记录介质中所存储的程序来执行下述每一个组件的处理。
如图3所示，终端设备和链路设备具有三个操作状态空闲状态、链路建立状态和连接建成状态。空闲状态指的是其中设备还不能找到有线链路或者无线链路、并且还没有建立起与其它设备的链路、并且还没有建立起通信路径的状态。链路建立状态指的是其中设备正在监控由此找到的一个或更多有线链路或无线链路、并且已经建立起与邻近设备之间的链路、但是还没有建立起与每一个设备的通信路径的状态。连接建成状态指的是其中设备正在监控由此找到的一个或更多有线链路或无线链路、并且已经建立起与邻近设备之间的链路、并且通过任意链路建立起与每一个设备的通信路径的状态。
当在连接建成状态中不再存在任何通信路径时，终端设备和链路设备的每一个转移到链路建立状态，并且当不再存在任何与另一设备的链路时，终端设备和链路设备的每一个转移到空闲状态。另外，当在连接建成状态中不再存在任何与另一设备的链路时，终端设备和链路设备的每一个转移到空闲状态。
图4示出了在如图1所示的各个设备之间已经建立起链路之后的网络。图4表示在各个设备之间所建立的各个链路的类型(100BASE-TX、802.11a/b/n、Bluetooth和UWB等)和被分配给各个设备的接口识别ID。接口识别ID是用于唯一识别每一个设备中所包含的至少一个通信接口单元的信息，并且例如是IP地址和MAC地址等，被用作接口识别ID。
图5示出了如图2所示的链路数据库的例子。图5示出了在如图4所示的终端设备4中所包含的链路数据库12的例子。
如图5所示，链路数据库12存储了例如以下的信息由设备的通信接口19-n所使用的通信标准类型、接口识别ID、所链接的目的地的设备识别ID、表示在链路上可用于发送/接收所用的物理带宽的链路带宽，以及考虑到诸如包头、包的再发送和射频干扰等开销后，用于表示所使用的链路带宽的链路利用率等。设备识别ID是用于唯一识别设备的信息，并且例如是IP地址和MAC地址等，被用作设备识别ID。链路利用率是用某个链路上所使用的带宽占链路带宽的百分比来表示的。例如，有线链路上所使用的带宽等于包括有诸如包头等开销在内的总通信量。另一方面，无线链路上所使用的带宽为包括诸如考虑到有效速率在内的包头等开销的通信量与因射频干扰而消耗的带宽量之和。
图6示出了如图2所示的设备数据库的例子。图6示出了在如图4所示的每一个设备中所包含的设备数据库13的例子。
如图6所示，设备数据库13存储了例如以下信息设备识别ID、链路类型、接口识别ID、目的地的设备识别ID、发送和接收侧上的链路带宽、表示实际通信速率的有效速率(在无线链路上，有效速率随特定无线电波环境而变化)、当在无线链路上接收无线电波时所测量的接收信号强度、有线链路或无线链路所占用的平均使用速率和最大使用速率(这里包括诸如包头等开销)、链路上和设备之内的延迟时间，以及设备中的剩余能量(例如剩余的电池量)等。
如图7所示，终端设备和链路设备的每一个都包括链路搜索处理(步骤S1)，用于搜索可以与该设备本身相链接的设备；信息交换处理(步骤S2)，用于与所链接的设备交换链路信息和设备信息等；以及路径管理处理(步骤S3)，用于构建、切换和管理各个设备之间的通信路径。终端设备和链路设备的每一个重复执行这三个处理。当链路搜索处理的结果是不能找到任何可以相链接的设备时，终端设备和链路设备的每一个都再次执行链路搜索处理。另外，当信息交换处理的结果是不能找到用于与每个设备通信的通信路径时，终端设备和链路设备的每一个都再次执行链路搜索处理和信息交换处理。
如图8所示，在链路搜索处理中，每一个设备都分别从其所有的通信接口单元19广播链路搜索包，以确定是否存在可以链接的相邻设备(步骤S11)。在找到可以形成链路的设备之后，还可以利用链路搜索包来监控到该设备的链路。
每一个设备判断它是否从相邻设备接收到了包括有链路信息的链路响应包(步骤S12)，所述链路信息包含链路类型、链路带宽、设备识别ID和链路利用率等，并且当该设备已经接收到链路响应包时，从链路响应包中提取链路信息，以将其存储在链路数据库(链路DB)12中(步骤S13)。
接下来，每一个设备判断它是否已经接收到链路搜索包(步骤S14)，并且当该设备已经接收到链路搜索包时，将包括有链路信息的链路响应包返回到已经发送了链路搜索包的设备(步骤S15)。
如图9所示，在信息交换处理中，每一个设备首先判断在链路搜索处理中是否已经找到新链路(步骤S21)，并且当没有找到任何新链路时，确定是否感应到在现有链路上发生了任何变化(步骤S22)。
当已经找到新链路时，或者当感应到现有链路发生变化时，该设备将设备信息请求包发送到每一个链路(步骤S23)。在该情形中，在设备信息请求包中包含了该设备本身的最新的设备信息。发送该设备信息请求包，用于获取在每一个链路向上方向上的下一个的设备的设备信息，以及用于获取与该向上方向上的下一个设备进一步相连的每一个设备的设备信息，并且用于将该设备本身的设备信息通知给其他设备。
接下来，每一个设备判断它是否已经接收到设备信息请求包(步骤S24)。当已经接收到设备信息请求包时，该设备从设备信息请求包中提取设备信息，并且根据该设备信息来更新设备数据库(设备DB)13。然后，该设备将在该设备本身中所存储的、包括有关于每一个设备的设备信息的设备信息请求包发送回源设备，并且将设备信息请求包发送到其他链路(步骤S25)。在该情形中，在设备信息请求包中包含了该设备本身的最新的设备信息。
然后，每一个设备判断它是否已经接收到包括有设备信息的设备信息响应包(步骤S26)，并且将设备信息响应包转发到在该设备已经接收到设备信息响应包之后第一个发送设备信息请求包的设备。然后，该设备从设备信息响应包中提取设备信息，并且根据该设备信息更新设备数据库(设备DB)13(步骤S27)。
需要指出的是，已经在之前给每一个包分配了例如预定序列号和时间戳等，以使在各个设备之间不必永远继续同一设备信息请求包和设备信息响应包的发送/接收操作。当该设备接收到具有相同内容的包时，该设备丢弃该包或相应过时的设备信息。
路径管理处理被分成通信路径构建处理、用于保护所构建的通信路径的处理和通信路径切换处理。
首先参照图10来讲述通信路径构建处理和用于保护所构建的通信路径的处理。
如图10所示，每一个设备的控制处理单元11判断是否已经为了预定设备从设备基本功能单元10做出了通信请求(步骤S31)。当设备基本功能单元10请求控制处理单元11与另一个设备进行通信时，控制处理单元11将带宽请求包发送到已经请求进行通信的设备(下面将其称为“目的地设备”)，以确保设备基本功能单元10当前执行的应用设备所需的通信质量·(步骤S32)。确定到目的地设备的通信路径的方法可以包括源路由，在所述源路由中，源设备根据链路信息、设备信息和所请求的带宽来确定通信路径，或者可以包括发布路由，在所述发布路由中，位于源设备和目的地设备之间的中继设备根据链路信息、设备信息和所请求的带宽来确定通信路径。在本发明中，可以采用这两种方法中的任一种作为确定路由的方法。
每一个设备判断它是否已经接收到带宽请求包(步骤S33)，并且当它已经接收到带宽请求包时，判断该设备本身是否为带宽请求包的目的地设备(步骤S34)。当该设备本身是带宽请求包的目的地设备时，该设备确认是否可以节省所需的带宽，如果可能则节省带宽，并且然后将带宽响应包发送回源设备(步骤S35)，所述带宽响应包包括了表示已经节省了带宽的信息。当该设备本身不是带宽请求包的目的地设备时，该设备将带宽请求包转发到通过链路与其相连的下一个设备(步骤S36)。
另一方面，每一个设备判断它是否已经接收到带宽响应包(步骤S37)，当该设备已经接收到带宽响应包时，确认是否可以节省所需的带宽，并且如果可能则节省该带宽(步骤S38)。然后，该设备判断该设备本身是否为带宽响应包的目的地设备(步骤S39)。当该设备本身不是带宽响应包的目的地设备时，该设备将带宽响应包转发到通过链路与其相连的下一个设备(步骤S40)。当该设备本身就是带宽响应包的目的地设备时，该设备建立该设备本身和目的地设备之间的通信路径，并且转移到连接建成状态。
接下来，参照图10来讲述用于保护通信路径的处理。
如图10所示，终端设备或者链路设备判断是否存在任何之前已经建成的通信路径(步骤S41)，并且当存在任何之前建成的路径时，通过当前所使用的路径周期性地将执行确认包发送给每一个目的地设备，以监控与每一个目的地设备有关的通信环境(步骤S42)。
每一个设备找到新链路或者感应现有链路中的变化，并且判断是否存在更优的通信路径(步骤S43)。然后，即使已经通过另一个通信路径正在与目的地设备进行通信，为了利用最优通信路径，当找到更优的通信路径时，该设备发送带宽请求包(步骤S44)。
每一个设备判断是否存在在其上通信就要完成的通信路径(步骤S45)，并且当在通信已经完成之后该设备接收到带宽释放请求包或者在预定时间内不能接收执行确认包时，该设备确定该通信路径是多余的，并且释放该通信带宽(步骤S46)。
另外，每一个设备判断它是否已经接收到执行确认包(步骤S47)，并且当该设备已经接收到执行确认包时，发送执行响应包，以向源设备通知可以正常使用当前所使用的路径(步骤S48)。
接下来，参照图11来讲述通信路径切换处理。
由于诸如因无线环境改变而引起的CNR(载波噪声比)和接收信号强度的降低、因支持自适应调制的无线LAN等的较低传送速率(与有效速率相对应)而引起的带宽压缩，以及因拥塞而引起的延迟时间的增加等原因，在源设备和目的地设备之间所建立的通信路径上通信状况可能发生恶化。每一个设备监控链路利用率的变化，以便检测通信状况中的这种变化，并且通过发送链路搜索包来获取由目的地设备所监控的链路利用率的信息。当链路利用率超过特定阈值时，该设备切换到更优的通信路径，以抑制延迟、抖动和包丢失的发生。在检测到通信状况的变化时可以根据新设备信息来确定待被切换的路径，或者可以事先提供备用的通信路径。
如图11所示，每一个设备根据有效速率来计算所使用的每一个链路中的带宽量，并且判断以前所建立的现有通信路径上每一个链路的使用带宽是否足够小到可以提供所请求的带宽(步骤S51)。当该链路的使用带宽足够小时，该设备确认每一个链路上的接收信号强度是否超过了之前所设置的阈值，从而判断每一个链路上的接收信号强度(接收状况)在每一个现有通信路径上是否是足够的(步骤S52)。当每一个链路表现出足够的接收信号强度时，每一个设备将每一个链路和端对端的延迟时间与之前所设置的阈值进行比较，以判断每一个链路的延迟时间在每一个现有通信路径上是否足够(步骤S53)。当步骤S51至S53上的条件全部得到满足时，每一个设备在不切换通信路径的情况下终止该处理。
当在步骤S51至S53上的条件的任一个没有被满足时，每一个设备判断除了现有通信路径之外是否存在另一个满足QoS的路径(步骤S54)。当除了现有通信路径之外不存在满足QoS的候选路径时，在不切换该通信路径的情况下终止该处理。
另一方面，当除了现有通信路径之外存在满足QoS的候选路径时，该设备判断是否存在满足所使用的带宽条件的候选链路(步骤S55)。当找到这种候选链路时，该设备判断该候选链路是否提供了充足的接收信号强度(接收状况)(步骤S56)。另外，当该候选链路提供了充足的接收信号强度时，该设备判断该候选链路是否具有充足的延迟时间(步骤S57)。当该候选链路具有充足的延迟时间时，该设备选择新搜索到的通信路径来作为最佳通信路径，并且切换到利用该通信路径的链路(步骤S58)。当不存在满足所使用的带宽条件的候选链路时，或者当该候选链路不能提供充足的接收信号强度时，或者当该候选链路不具有充足的延迟时间时，该设备在不切换该通信路径的情况下终止该处理。
当存在多个最佳通信路径时，可以从中选择任一个路径，并且在该情形中未被选择的路径可以作为备用通信路径。
(第二实施例)第二实施例的通信系统与第一实施例的通信系统的不同之处在于通过带宽请求包可以在任意时刻保留通信量，并且可以为通信赋予优先级。由于余下的结构和处理程序与第一实施例的类似，因此省略了对其的讲述。
如图12所示，除了如图6所示的第一实施例中所使用的设备数据库之外，在第二实施例中所使用的设备数据库13存储了关于通信的基于通信优先级的信息(较高的值表示较高的优先级)、使用通信路径的开始时间，以及表示该通信路径被使用的时间段的持续时间。每一个设备(通信设备)包括这种设备数据库13。
其上保留了通信流的通信路径上的每一个设备通过使用带宽请求包提供了这样的通知，所述通知是已经进行了保留以在任意时刻利用该通信路径的通知，并且通过带宽请求包向请求设备通知完成了用于该通信路径的保留。
如果由于具有较高优先级的通信而应该改变用于该通信路径的保留，其中所述优先级是在完成该通信路径的保留之后生成的，则使用带宽释放请求包来请求释放用于该通信路径的保留，并且使用带宽释放响应包来向请求设备通知释放了利用该通信路径的保留。在该连接中，期望各个设备之间的链路带宽是以预定量进行间隔的，从而为具有较高优先级的通信而提供。在该情形中，对于各个设备之间的每一个链路，可以单独确定已经进行了保留的带宽。
接下来，参照附图来讲述根据本发明的通信系统的几个例子。
(第一例子)第一例子展示了其中将设备新添加到网络的情形。以下讲述给出了其中将图4所示的终端设备3新添加到网络并且终端设备3与终端设备4进行通信的情形。
如图13所示，在第一例子的通信系统中，终端设备3包括支持作为无线通信标准的802.11b和Bluetooth的通信接口单元。另外，在已经被添加到网络之后，终端设备3通过路由经由链路设备1与终端设备4进行通信。
图14示出了由被添加到如图13所示的网络的终端设备所构建的实例数据库。
如图14所示，可以理解，终端设备3可以根据作为无线通信标准的802.11b来与链路设备1通信，并且还可以根据Bluetooth与终端设备2通信。
图15示出了就在被添加到如图13所示的网络的终端设备已经启动了通信之后的设备数据库的例子。
如图15所示，数据库13存储了关于所有设备中的每一个通信接口单元19的信息，其中包括没有连接任何设备的那些通信接口单元。这里，当从终端设备3将包发送到终端设备4时，将平均使用速率设置为50kbps，而当从终端设备4将包发送到终端设备3时，将平均使用速率设置为2Mbps。在第一例子中，在所有设备中都提供了这种设备数据库13，但是设备数据库13只存储关于设备本身通过一跳可以到达的那些设备的设备信息。
如图16所示，当将终端设备3新添加到网络时，它转移到空闲状态，并且分别从符合802.11b和Bluetooth的通信接口单元广播链路搜索包。收到链路搜索包的设备(这里为链路设备1和终端设备2)分别将包括设备的链路信息的链路响应包返回给终端设备3。
在从链路设备1和终端设备2接收到链路响应包时，终端设备3将被包括其中的链路信息存储在链路数据库12中，并且建立与链路设备1和终端设备2的链路。随后，终端设备3监控与这些设备的链路。进而，为了找到网络拓扑，终端设备3将设备信息请求包发送到链路设备1和终端设备2。
在从终端设备3接收到设备信息请求包时，链路设备1和终端设备2将设备信息请求包发送到邻近设备，以获取关于各个设备的设备信息。在从邻近设备接收到包括设备信息的设备信息响应包时，链路设备1和终端设备2根据所接收的信息来更新设备数据库13。另外，链路设备1和终端设备2从被包含在每一个设备中的设备数据库13读取关于每一个设备的设备信息，并且对发送到终端设备3的设备信息响应包中的设备信息进行存储。当链路设备1或终端设备2包含用于存储与网络上的所有设备有关的最新信息的数据库13时，链路设备1或终端设备2可以根据该信息来生成关于所有设备的设备信息，以将该设备信息返回到终端设备3。
当终端设备3从设备基本功能单元10接收到例如终端设备4的通信请求时，终端设备3根据存储在路由表14中的路径信息将带宽请求包发送到终端设备3。在该情形中，用于确定到终端设备4的通信路径的路由方法可以是上述源路由方法或者发布路由方法，但是这里终端设备3通过链路设备1将带宽请求包发送到终端设备4。
在从终端设备3接收到带宽请求包时，终端设备4保存了用于所需带宽的保留，并且将包括信息的带宽响应包返回到终端设备3，以表示已经保存了通信路径。在接收到带宽响应包时，终端设备3通过链路设备1建立了到终端设备4的通信路径，并且转移到连接建成状态。终端设备3、链路设备1和终端设备4监控与其分别邻近设备的链路。
(第二例子)第二例子示出了其中由于通信状况恶化而对设备之间所建立的通信路径进行切换的情形。
如上所述，作为因无线环境变化而引起的CNR和接收信号强度的降低、因支持自适应调制的无线LAN等的较低传送速率(与有效速率相对应)而引起的带宽压缩、以及因拥塞而引起的延迟时间的增加等原因的结果，在源设备和目的地设备之间所建立的通信路径上的通信状况可能发生恶化。
第二例子示出了其中由于通信环境(通量、无线电波接收信号强度、SIR(信号干扰比)和延迟等)的条件的恶化加剧而对设备之间所建立的通信路径进行切换的情形。
如图17所示，在第二例子的通信系统中，可以在终端设备4和终端设备8之间建立第一通信路径和第二通信路径，所述第一通信路径根据作为无线通信标准的802.11a而直接连接，以及第二通信路径经由链路设备6和链路设备7。链路设备6和链路设备7的每一个具有符合作为无线通信标准的802.11n和UWB的通信接口单元。终端设备4和链路设备6根据UWB进行互联，并且终端设备和链路设备7也根据UWB进行互联。链路设备6和链路设备7随之根据802.11n进行互联。以下讲述给出了其中由于第一通信路径周围的通信环境的恶化而导致将终端设备4和终端设备8之间所建立的第一通信路径切换到第二通信路径的情形。
图18示出了在如图17所示的在切换到第二通信路径之后由终端设备和链路设备所构建的实例链路数据库。
如图18所示，我们知道链路设备6可以根据作为无线通信标准的802.11n与链路设备7进行通信，并且可以根据UWB与终端设备4进行通信。我们还知道，链路设备7可以根据作为无线通信标准的802.11n与链路设备6进行通信，并且可以根据UWB与终端设备8进行通信。我们进一步知道，终端设备8可以根据作为无线通信标准的802.11a与终端设备4进行通信，并且可以根据UWB与链路设备7进行通信。
图19示出了由如图17所示的终端设备和链路设备所构建的实例设备数据库。确切地说，图19示出了就在终端设备8和终端设备4已经切换了该通信路径之后的实例设备数据库。
如图19所示，当通过链路设备7和6从终端设备8将包发送到终端设备4时，平均使用速率为100Kbps。另一方面，当通过链路设备7和6从终端设备4将包发送到终端设备8时，平均使用速率为14Mbps。假设在第二例子中在所有设备中都包含了这种设备数据库13。可选地，设备数据库13可以只存储该设备本身通过一跳可以到达的那些设备的设备信息。
如图20所示，在终端设备4和终端设备8之间已经建立了第一通信路径。终端设备8和终端设备4的每一个都根据如图11所示的通信路径切换处理来监控一直利用第一通信路径的链路上的使用带宽(链路利用率)。然后，在检测到不能满足链路上的使用带宽、接收信号强度或者延迟时间条件时(这里是因较低的传送速率而导致的无线带宽压缩而引起的)，设备将链路搜索包发送到另一个相邻设备。例如，当终端设备8检测到链路利用率的变化时，终端设备8将链路搜索包发送到链路设备7，并且链路设备7将链路响应包返回到终端设备8。
在接收到链路响应包时，终端设备8将设备信息请求包发送到链路设备7。设备信息请求包从链路设备7被转发到链路设备6，并且进一步被转发到终端设备4和终端设备5。设备信息响应包从链路设备7、链路设备6和终端设备4被依次返回到已经发送了设备信息请求包的终端设备8。
每一个设备根据更新的设备信息来执行路由处理，以确定存在经由链路设备6和链路设备7的新的第二通信路径，这可以确保终端设备8和终端设备4之间所需的QoS。在该连接中，当除了第一通信路径之外不存在任何可以确保QoS的通信路径时，将该结果通知给用户。
通过经由第一通信路径将带宽释放请求包发送到终端设备4，终端设备8释放了用于将终端设备8直接连接到终端设备4的第一通信路径，并且接收从终端设备4返回的带宽释放响应包。终端设备8通过链路设备7和链路设备6将带宽请求包发送到终端设备4。
终端设备4通过链路设备7和链路设备6将包括表示已经确认了所请求带宽的保留的信息的带宽响应包发送给已经发送了带宽请求包的终端设备8。随后，在终端设备8和终端设备4之间建立第二通信路径，以通过其进行通信。这里，在已经建立了第二通信路径之后可以释放第一通信路径，以避免在通信路径切换期间发生延迟或包丢失，或者可以预先将第二通信路径建成为备用路径。
(第三例子)第三例子示出了其中由于将新设备添加到网络而导致通信路径得到改善而切换通信路径的情形。
以下讲述给出了其中将如图4所示的链路设备6和链路设备7被新添加到网络，由此，由于添加了链路设备6和链路设备7而切换终端设备4和终端设备8之间的通信路径的情形。
如图21所示，假设在第三例子的通信系统中，在终端设备4和终端设备8之间已经建立起根据无线通信标准的802.11n直接连接的第一通信路径。随后，添加链路设备6和链路设备7导致经由链路设备6和链路设备7在终端设备4和终端设备8之间建立新的第二通信路径。
链路设备6和链路设备7分别具有符合802.11n和UWB的通信接口单元。终端设备4和链路设备6根据UWB可通信地互连，而终端设备8和链路设备7也根据UWB可通信地互连。链路设备6和链路设备7随之根据802.11n可通信地互连。
图22示出了在已经找到链路之后由被添加到如图21所示的网络的链路设备所构建的实例链路数据库。
如图22所示，我们知道链路设备6可以根据802.11n与链路设备7进行通信，并且可以根据UWB与终端设备4进行通信。我们还知道，链路设备7可以根据802.11n与链路设备6进行通信，并且可以根据UWB与终端设备8进行通信。
图23示出了在将链路设备添加到如图21所示的网络之前已经构建了的实例设备数据库。在该连接中，在已经将链路设备6和链路设备7添加到网络之后，构建了与如图19所示的设备数据库相似的设备数据库13。
如图23所示，数据库13存储了关于所有设备中每一个通信接口单元19的设备信息，其包括不具有目的地的那些通信接口单元的设备信息。这里，从终端设备8到终端设备4的平均使用速率为14Mbps，而从终端设备8到终端设备4的平均使用速率为100kbps。另外，当终端设备8和终端设备4之间的通信利用了第一通信路径时，从终端设备8到终端设备4的发送的有效速率为12Mbps，并且从终端设备4到终端设备8的接收的有效速率为24Mbps。另一方面，如图19所示，当利用了经由链路6和7的第二通信路径时，从终端设备8到终端设备4的发送的有效速率为100Mbps，并且从终端设备4到终端设备8的接收的有效速率为100Mbps。因此，我们知道，与直接将终端设备8连接到终端设备4的第一通信路径相比，在经由链路设备6和链路设备7的第二通信路径上提供了更好的通信环境。虽然第三例子示出了在所有设备中都提供了这种设备数据库13，但是设备数据库13可以仅存储关于如下这些设备的设备信息，所述设备是该设备本身通过一跳可以到达的那些设备。
如图24所示，在终端设备4和终端设备8之间已经建立了第一通信路径。在该状态中，由于将链路设备6和链路设备7添加到网络，因此链路设备6和链路设备7转移到空闲状态，并且从被包含在其中的所有通信接口单元19广播链路搜索包。
在收到链路搜索包时，设备将包括关于该设备本身的链路信息的链路响应包返回到链路设备6和链路设备7。当已经在与终端设备4进行通信的终端设备8找到新链路时，首先广播设备信息请求包。在收到设备信息请求包时，链路设备7将设备信息存储在设备DB中，将设备信息响应包返回到终端设备8，并且将设备信息请求包发送到其他链路，用于获取关于每一个设备的设备信息。将设备信息请求包转发到链路设备6和终端设备4，并且从这些设备将设备信息响应包发送到终端设备8。当已经收到设备信息请求包的设备具有包含了与所有设备有关的最新信息的设备数据库13时，该设备根据最近的信息生成关于所有设备的设备信息，并且将所生成的设备信息返回到终端设备4。
随后，每一个设备以与第二例子相似的方式根据所更新的设备信息来执行路由处理，以确认存在经由链路设备6和链路设备7的新的第二通信路径，这可以确保终端设备8和终端设备4之间所需的QoS。
终端设备8基于所更新的设备信息，在所使用的带宽、接收状况和延迟时间方面对第一通信路径与第二通信路径进行比较，并且当确定第二通信路径更好时，释放第一通信路径并且以与第二例子相类似的方式建立第二通信路径。结果，终端设备8将至今用于通信的第一通信路径切换到提供更好的通信环境的第二通信路径。
(第四例子)第四例子示出了其中由于在终端设备之间进行了两个优先级不同的通信保留而引起切换通信路径的情形。
以下讲述给出了其中当完成了任意时间在如图4所示的终端设备3和终端设备4之间所进行(flow)的第一通信的保留之后，生成了具有较高优先级的第二通信，以同时在终端设备3和终端设备4之间进行通信的情形。这里，假设相比于优先级较低的通信，优选保留优先级较高的通信。
如图25所示，在第四例子的通信系统中，终端设备3具有通信接口单元，其符合作为无线通信标准的802.11b和Bluetooth。终端设备2随之具有符合作为有线通信标准的100BASE-TX的通信接口单元和符合作为无线通信标准的Bluetooth的通信接口单元。进而，链路设备1具有符合作为有线通信标准的100BASE-TX的通信接口单元和符合作为无线通信标准的802.11b的通信接口单元，并且终端设备4具有符合作为有线通信标准的100BASE-TX的通信接口单元和符合作为无线通信标准的802.11a和UWB的通信接口单元。
假设在终端设备3和终端设备4之间可以建立经由链路设备1的第一通信路径和经由终端设备2和链路设备1的第二通信路径。
图26示出了在保留第一通信之前、在保留第一通信之后、以及在保留第二通信之后的设备数据库13的例子。
如图26所示，在保留第一通信之前，通信以平均使用速率2Mbps从链路设备1流向终端设备3，而通信以平均使用速率50kbps从终端设备3流向链路设备1。
在这种状态下，按照平均使用速率500kbps、最大使用速率600kbps、开始时间12:00、持续时间30分钟和优先级2，通过利用第一通信路径来保留从终端设备3到链路设备1的第一通信。
进而，在已经保留了第一通信之后，按照平均使用速率4Mbps、最大使用速率5Mbps、开始时间12:00、持续时间60分钟和优先级4，通过利用第一通信路径来保留从终端设备3到链路设备1的第二通信。
在该情形中，由于在终端设备3和链路设备1之间链路利用率超过100％，因此不能在终端设备3和链路设备1之间的链路上节省可用带宽，所述可用带宽可以容许最大使用速率，所述最大使用速率是第一通信和第二通信能被允许通过的最大使用速率。类似地，不能在终端设备3和终端设备2之间的链路上节省可用带宽，所述可用带宽可以容许最大使用速率，所述最大使用速率是第二通信能被允许通过的最大使用速率。
因此，终端设备3取消在第一通信路径上具有较低优先级的第一通信的保留，并且保留第二通信。另外，终端设备3在经由终端设备2和链路设备1的第二通信路径上再次保留第一通信。
如图27所示，当终端设备3将包括第一通信保留信息的带宽请求包发送到链路设备1时，链路设备1将带宽请求包发送到终端设备4。每个终端设备4将针对来自终端设备3的保留请求的带宽响应包返回给链路设备1，随之链路设备1将带宽响应包发送到终端设备3，从而保留用于第一通信的通信的第一通信路径。
随后，当在终端设备3中将要保留优先级高于第一通信的第二通信时，终端设备3保留用于第二通信的通信的第一通信路径。不过，由于终端设备3和链路设备1之间的链路不能提供充足的带宽以通过第一通信和第二通信，因此终端设备3通过链路设备1将包括如下信息的带宽释放请求包发送给终端设备4，所述信息表示已经释放了所保留的第一通信。通过链路设备1将针对来自终端设备的保留释放请求的带宽响应包返回到终端设备3，从而释放了第一发送路径上的第一通信的保留。
随后，以与保留第一通信相类似的程序，终端设备3保留用于第二通信的通信的第一通信路径。然后，终端设备3为第一通信的通信保留经由终端设备2和链路设备1的第二通信路径，这具有充足的自由带宽。
结果，当到了保留时间时，第一通信在经由终端设备2和链路设备1的第二通信路径上从终端设备3流到终端设备4，而第二通信在经由链路设备1的第一通信路径上从终端设备3流到终端设备4。
虽然已经使用专业术语讲述了本发明的优选实施例，但是这种讲述只是用于解释性目的。而且我们知道，在不偏离以下权利要求的精神或保护范围的情况下，可以对其进行更改和修订。
权利要求
1.一种在通信系统中使用的通信装置，其中所述通信系统具有由多个设备组成的网络，其中每一个设备都能够进行符合有线通信标准或无线通信标准中至少一个的多次跳转通信，所述通信装置包括控制处理单元，用于对在所述通信装置和目的地通信装置之间所建立的通信链路和路径上的通信状况进行监控，并且响应于通信状况的变化，用于将与目的地通信装置进行通信的通信路径切换到另一通信路径，所述另一通信路径可以在所述通信装置和所述目的地通信装置之间建立。
2.如权利要求1所述的通信装置，其中所述通信状况的改变是在所述通信装置和所述目的地通信装置之间建立的通信路径上生成的新通信量。
3.如权利要求1所述的通信装置，其中所述通信状况的改变是通信环境的恶化。
4.如权利要求1所述的通信装置，其中所述通信状况的改变是通信环境的改善。
5.如权利要求1所述的通信装置，进一步包括链路数据库，用于存储在所述网络上建立所述通信装置和另一通信装置之间的链路所需的链路信息；以及设备数据库，用于存储根据可用的通信标准进行分类的所述网络上的关于每一个通信设备的设备信息。
6.一种通信系统，其具有通过使用根据权利要求1所述的多个通信装置所构建的网络。
7.一种在由多个所述设备组成的网络中的设备之间进行通信的方法，其中每一个设备都能够进行符合有线通信标准或无线通信标准中至少一个的多次跳转通信，其中所述设备对在所述设备和目的地设备之间建立的通信链路和路径上的通信状况进行监控；并且当通信状况发生变化时，所述设备将用于与目的地设备进行通信的通信路径切换到另一个通信路径，所述另一个通信路径可以在所述设备和所述目的地设备之间建立。
8.一种根据权利要求7所述的通信方法，其中所述通信状况的改变是在所述设备和所述目的地之间建立的通信路径上生成的新通信量。
9.如权利要求7所述的通信方法，其中所述通信状况的改变是通信环境的恶化。
10.如权利要求7所述的通信方法，其中所述通信状况的改变是通信环境的改善。
全文摘要
在由多个设备组成的网络中，其中每一个设备都能够进行符合有线通信标准或无线通信标准中至少一个的多次跳转通信，每一个设备对在该设备和目的地设备之间所建立的通信链路和路径上的通信状况进行监控。当通信状况发生变化时，该设备将用于与目的地设备进行通信的通信路径切换到在该设备和目的地设备之间可以建立起的另一个通信路径。
文档编号H04L12/66GK101026536SQ200710084158
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者山野悟, 谷英明 申请人:日本电气株式会社