專利名稱：用于無線數(shù)據傳輸?shù)木W絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于無線傳輸數(shù)據的網絡，其工作模式由協(xié)議 棧根據osi參考模型來確定。此外，本發(fā)明還涉及一種用于這種網 絡的網絡用戶和一種用于在這種網絡中無線傳輸數(shù)據的方法。
背景技術：
OSI參考模型由七個協(xié)議層構成。
最底層的位傳輸層(物理層Physical Layer )提供了機械的、電 的和其它功能性的輔助設備，以激活或去激活物理連接，或維持物 理連4妄，并通過該連4妄傳^H立元。
下一個4交高的翁:才居鏈路層(Data Link Layer)的4壬務在于，確 保安全的、也就是無錯誤的傳輸并且調整對傳輸媒質的存取。數(shù)據 鏈路層根據IEEE分為兩個子層，也就是邏輯鏈路控制層和媒質存 取控制層(Media Access Control Layer),其中后者調整網絡用戶對 傳輸媒質的竟爭式存取。
接下來的網絡層(Network Layer )的任務是建立和更新路由表 以及控制流量。網絡地址也屬于該層。因為通信網絡可以由不同4支 術的多個子網構成，因此在該層中也設有轉換功能，該功能對于在 子網之間的傳輸來說是必要的。下一個4交高的傳l命層(Transport Layer)為建立于其之上的4十 對應用的層直至最上面的應用層(Application Layer )，提供了統(tǒng)一的 存取，從而使這些層不需顧及通信網絡的性能。
對于在工業(yè)自動化技術、家庭和樓宇自動化以及許多其它的應 用中的無線數(shù)據傳輸來說，基于IEEE 802.15.4標準的無線網絡由 于其便捷性、能源效率以及成本低廉性是非常具有吸引力的。 ZigBee :眹盟的ZigBee協(xié)i義也建立在該標準之上，該聯(lián)盟是一個世 界范圍的公司的聯(lián)盟，這些公司共同合作以開發(fā)出可靠的、成本低 廉的和無線聯(lián)網的監(jiān)視和控制產品，這些產品基于國際性的和開放 的標準。
在許多出版物中已對IEEE 802.15.4/ZigBee標準進行了詳盡的 描述，因此該標準的細節(jié)視為都是已知的，在這里不再進一步詳細 i兌明。例如由下面的出X反物所述
Michael Buerge :"無線傳輸標準從藍牙至正EE 802.15.4/ZigBee ( Standards drahtloser Uebertragung: von Bluetooth zu IEEE 802.15.4/ZigBee )"，蘇黎世耳關邦理工學院(ETH Zuerich )-信 息科學技術系，針對智能環(huán)境主題的分布式系統(tǒng)的討論會，SS2004, 于2006年7月 14日在互聯(lián)網上4安下列；也址可找到 http:〃www.vs.inf.ethz.ch/edu/SS2004/DS/reports/09 zigbee report.pdf
Rudi Latuske :" ZigBee-協(xié)議l欠件和開發(fā)環(huán)境 (ZigBee-Protokollsoftware und Entwicklungsumgebung )，， ， 2004年9 月，于2006年7月14日在互聯(lián)網上按下列地址可找到 http:〃www.ars2000.com/ZigBee-White-Paper.pdf， 或者
5Axel Sikom教授"利用正EE 802.15.4和ZigBee的短程無線 耳關網可能沖生和4兆戰(zhàn)(Short畫Range Wireless Networking mit IEEE 802.15.4 und ZigBee: Moeglichkeiten und Herausforderungen )，，, 設計 和電子技術研發(fā)者論壇，2004年6月7日于慕尼黑，于2006年7月 14日在互聯(lián)網上按下列地址可找到
http:〃www.stzedn.de/uploads/media/stz…zig:bee—de—entwicklerforum—0 40706.pdf。
依據OSI參考模型，IEEE 802.15.4標準僅僅定義了位傳輸層以 及位于其之上的媒質存取層。然而那些涉及到在媒質存取控制層中 的安全性的功能雖然在標準中提及，但是卻擴展到更高的層中。
根據專家意見，ZigBee可以不必滿足工業(yè)環(huán)境的所有要求，從 而使得對在ZigBee協(xié)議棧中進行確定的修改被視為是有意義的。 然而這與可使用的或者說被采納的ZigBee協(xié)議棧的一致性相矛盾。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的在于，除了現(xiàn)有標準、例如IEEE 802.15.4/ZigBee標準之外還能夠實現(xiàn)在數(shù)據傳輸中的專用的變化， 而不必方文棄有關的標準或違反這些標準。
根據本發(fā)明該目的由此實現(xiàn)，即在協(xié)議棧中在位傳輸層之后的 數(shù)據鏈路層和建立于該數(shù)據鏈路層之上的其它的協(xié)議層之間插入 互操作層，在該互操作層上可以建立以并行的獨立的棧的形式的其 它協(xié)議層?；ゲ僮鲗幽軌蚴馆^高層的獨立的棧分別與較低層的棧邏 輯上連接。
互才乘作層在不同的應用(Applications)和共同的ii/f言基石出架構 之間是眾所周知的，但在根據本發(fā)明的結構中則不是。協(xié)議棧的位傳輸層(物理層Physical Layer )和數(shù)據鏈路層(Data Link Layer )可以例如由正EE 802.15.4標準、由擴展了針對工業(yè)要 求的特 朱功能的IEEE 802.15.4標準或者由可^^:換的才示準來定義。 獨立的棧則建立在々某質存取控制層(Media Access Control Layer) 上。作為獨立的4戔也可以考慮其它十辦i義，例如Dust( Dust Networks )、 Millenial ( Millenial Net)或Zensys。
插入附加的互操作層創(chuàng)建了被終止的接口 ，該接口具有確定的 通向其下層的協(xié)議層的接入點，并能夠實現(xiàn)例如在其上層的協(xié)議
層中同時地或有選擇地應用不同的通信協(xié)i義?；ゲ艈鬃鲗愚Dj妄了i青 求、例如轉接發(fā)送數(shù)據包的請求，以及轉接了對更高層的存取，將 其預處理成不依賴于操作平臺的格式并向下面的層輸送。這些可以 在自身的石更件上實現(xiàn)，從而將互才喿作層分布到不同的石更件子系統(tǒng)上。
傳輸層(Transport Layer)定義為互才喿作層的部分，其能夠將 々某質存取控制層(Media Access Control Layer)連4妄至主才幾通4言層 (網絡層Network Layer )。此外，傳輸層提供了機構，從而能夠使 該連接越過MAC硬件接口。傳輸層的任務尤其在于，將較高層的 服務原語繼續(xù)傳輸至所對應的媒質存取控制層。此外可以在傳輸層 中預設通用的機構，其可以實現(xiàn)例如對一個或多個協(xié)議棧的動態(tài)配 置。例如在此為
- 能夠實現(xiàn)管理應用的搜尋機構，其能夠查明力某質存取控制層的哪 些變量是可以-使用的。對應于該信息， 一個確定的4交高層就能對應 于一個確定的較4氐層。這種對應關系可以隨時變化。
- 流量控制機構，其使得硬件接口的可使用的帶寬能夠確定地分布 到并行運行的協(xié)議棧上。
由jt匕，4專專lr層(Transport Layer ) 4吏4尋網絡層(Network Layer ) 能夠不依賴于其下的MAC硬件(模塊或者說芯片特性的)、MAC硬件接口 (例如UART， SPI， USB)以及所應用的物理層(無線4支 術、頻率、調制方法)。相應地，可以不依賴于通信層(網絡層Network Layer)實現(xiàn)MAC子系統(tǒng)。
各自的協(xié)議棧的或多或少的整體式架構，如當今所使用的或商 業(yè)4匕的十力4義，例3oZigBee,由于4翁入的傳llT層(Transport Layer ) 而被放棄或者規(guī)避，并且取而代之的是，在一個和相同的目標硬件 上實現(xiàn)最不同的協(xié)議棧的可替換的或完全并4亍的才喿作方式。


下面參照附圖詳細"i兌明本發(fā)明。圖中示出 圖1是根據本發(fā)明的網絡的例子，以及 圖2是網絡的協(xié)議棧。
具體實施例方式
圖1示例性地示出用于根據本發(fā)明的網絡的ZigBee網絡，其 拓樸結構可以構建為星形網絡，^f旦是也可以構建為樹形或環(huán)形網 絡。單個的網絡節(jié)點1至6在此由具有全功能性的i殳備l、 2、 3、 5 (Full-Function-Devices=FFDs )和具有減少的功能性的設備4、 6 (Reduced-Function-Devices=RFDs )才勾成。同時，i殳備1至6在jt匕 分別扮演以下角色之一網絡協(xié)調器、交變協(xié)調器、路由器或終端 設備。每個角色也可以包含各自從屬角色的任務。RFD始終需要 FFD作為通信伙伴，并因此可以始終僅僅承擔終端設備的角色。在 每個網絡中剛好具有一個協(xié)調器1,而沒有、或具有一個或多個交 變協(xié)調器，后者在協(xié)調器失效的情況下承擔其任務。FFDs和RFDs 的區(qū)別還在于，怎樣能夠在不同的網絡-拓樸結構中使用它們。FFDs<又<又可以應用在環(huán)形網《備中。如已經描述過的那才羊，RFDs始終在 網絡—拓樸結構中占據端點位置。RFDs通常設計用于特殊的任務， 并因此比FFDs成本更低廉和更節(jié)省能源。當在這里也被稱為網絡 用戶的設備2至6中的任一個在網絡中登錄時，由網絡協(xié)調器1為 其指派一個識別才尋，則該網纟各用戶通過該識別才尋來響應。
如圖2在示意圖中所示，IEEE 802.15.4/ZigBee的十辦i義棧由下 歹'J單元構成
由位傳輸層(物理層Physical Layer - PHY Layer )和力某質存 取4空制層(Media Access Control Layer —MAC Layer )構成的十辦i義才戈 的底層安置在自身的硬件子系統(tǒng)(MAC-Subsystem )中。通信層(網 絡層Network Layer )和所有在其上的層都在其它的硬件子系統(tǒng)(主 才幾子系纟克)中實現(xiàn)。
在MAC子系統(tǒng)中的下十辦i義層和主才幾子系統(tǒng)中的上十辦i義層之間 插入有互操作層(Interoperability Layer )IO。傳輸層(Transport Layer ) 作為該互才喿作層IO的部分將這兩個石更件子系統(tǒng)邏輯上相互連4妄起 來，并同時分布到這兩個硬件子系統(tǒng)上。為傳輸層定義了傳輸協(xié)i義， 該傳輸協(xié)議除了確定服務原語(Service Primitive )的傳輸之外還確 定了通用的才幾構例如流量4空制的功用(Abhandlung )。傳l俞層本身 又建立在MAC硬件接口上，其中通常也為MAC硬件定義了協(xié)議 (MAC-HW協(xié)議)。
在主才幾子系統(tǒng)方面，在]專車lr層(Transport Layer)上面i殳有不 同的協(xié)議棧的更高層級棧#1、棧弁n,例如ZigBee， DUST等等，其 中各自的服務接口的特定的執(zhí)行通過適配器與傳輸層的統(tǒng)一的服 務4矣口才目匹西己。在MAC子系統(tǒng)方面，在傳輸層下面(在附圖中是上面)"沒有 例如根據IEEE 802.15.4的不同協(xié)議棧的下級層。
權利要求
1. 一種用于無線傳輸數(shù)據的網絡，其工作模式由協(xié)議棧根據OSI參考模型來確定，其特征在于，在所述協(xié)議棧中在位傳輸層(物理層Physical Layer)之后的數(shù)據鏈路層(Data Link Layer)和建立于所述數(shù)據鏈路層之上的其它的協(xié)議層之間插入互操作層(IO)，在所述互操作層上可以建立以并行的獨立的棧(獨立的棧#1，...，獨立的棧#n)的形式的其它協(xié)議層。
2. 根據權利要求1所述的網絡，其特征在于，所述協(xié)議棧的所述 位傳輸層和所述數(shù)據鏈路層由IEEE 802.15.4標準定義，以及 所述獨立的棧(獨立的棧#1,…，獨立的棧弁n)中的任一個由 ZigBee才示準定義。
3. 4艮據4又利要求1或2所述的網絡，其特4i在于， 一方面所述位 傳輸層(物理層Physical Layer)和所述lt據鏈路層(Data Link Layer )而另一方面建立于所述凄t據鏈路層之上的所述其它協(xié) 議層實現(xiàn)在不同的硬件系統(tǒng)上，其中所述互操作層(IO)分 布到兩個硬件系統(tǒng)上，并且所述兩個硬件系統(tǒng)由標準化的硬件 接口相互連接。
4. 根據權利要求3所述的網絡，其特征在于，所述互操作層(IO ) 具有分布到這些所述硬件系統(tǒng)上的傳輸層(Transport Layer )， 所述傳輸層在每個硬件系統(tǒng)中分別通過接口驅動器與所述硬 件接o連接。
5. —種用于根據權利要求1或2中任一項所述的網絡的網絡用戶。
6. —種用于在根據權利要求1或2中任一項所述的網絡中無線傳 輸數(shù)據的方法。
全文摘要
為了在用于無線傳輸數(shù)據的網絡(其工作模式由協(xié)議棧根據OSI參考模型來確定)中除了現(xiàn)有標準(例如IEEE 802.15.4/ZigBee)之外還能夠實現(xiàn)在數(shù)據傳輸時的專用的變化，而不必放棄有關的標準或違反這些標準，在該協(xié)議棧中在位傳輸層之后的數(shù)據鏈路層和建立于該數(shù)據鏈路層之上的其它的協(xié)議層(例如在ZigBee中的網絡層)之間插入互操作層(IO)，在該互操作層上可以建立以并行的獨立的棧(棧#1，棧#n)的形式的、具有不同的接口的其它協(xié)議層。
文檔編號H04L12/28GK101502074SQ200780029554
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權日2006年8月9日
發(fā)明者斯特凡·格羅斯, 約瑟夫·布蘭德斯泰特, 迪亞普·坎博蘭特 申請人:西門子公司