本申請總體涉及無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，并且更具體地涉及向后兼容現(xiàn)有ieee802.11標準的簡化網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

背景技術(shù)：

無線網(wǎng)絡(luò)是一種類型的無線通信系統(tǒng)，其中至少一個無線收發(fā)器必須接收和處理其自己的數(shù)據(jù)，并且還用作網(wǎng)絡(luò)中的其它無線收發(fā)器的中繼。該網(wǎng)絡(luò)可以是簡單的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)范圍擴展器或其它相當?shù)木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這可以通過無線路由協(xié)議來實現(xiàn)，其中通過從收發(fā)器到收發(fā)器的跳躍而在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳播數(shù)據(jù)幀，以將數(shù)據(jù)幀從源節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點。無線節(jié)點可以是無線接入點(ap)，諸如無線路由器、移動電話或能夠訪問無線局域網(wǎng)(wlan)的計算機。在諸如物聯(lián)網(wǎng)(iot)應(yīng)用的其它應(yīng)用中，無線節(jié)點可以是外部安全監(jiān)視器、房間監(jiān)視器、火災(zāi)或煙霧檢測器、氣象站或用于家庭或商業(yè)環(huán)境的其它wlan應(yīng)用。

實際的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)必須為所有無線節(jié)點保持連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)路徑。這需要可靠的網(wǎng)絡(luò)形成，圍繞斷開或中斷的網(wǎng)絡(luò)路徑進行重新配置，以及優(yōu)先路由，以確保數(shù)據(jù)幀沿著短而可靠的網(wǎng)絡(luò)路徑從源行進到目的地。

圖1示出了可以附加到用于無線網(wǎng)絡(luò)通信的ieee802.11數(shù)據(jù)幀的示例媒體訪問控制(mac)報頭。所有幀中都存在前三個字段(幀控制、持續(xù)時間/id和地址1)以及幀校驗序列(fcs)字段。其余字段僅存在于某些幀類型和子類型的幀中。四個地址字段用于指示基本服務(wù)集標識符(bssid)、源地址(sa)、目的地地址(da)、發(fā)送站(sta)地址(ta)和接收sta地址(ra)。

中等規(guī)模至大規(guī)模的802.11兼容網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)至少使用這四個地址來發(fā)送網(wǎng)格內(nèi)的標準、控制和管理幀。它們適于以犧牲電源和協(xié)議復雜性為代價來提供高容量和帶寬。然而，許多iot節(jié)點通過相對小的幀進行通信，而不需要高速或帶寬。它們可能具有有限的存儲器和計算能力。此外，它們可能是電池供電的，所以功耗是重要的問題。

盡管常規(guī)網(wǎng)絡(luò)建議在無線網(wǎng)絡(luò)通信中提供穩(wěn)定的改進，但iot網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的進一步改進是可能的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在無線通信系統(tǒng)中操作網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點的方法的第一示例實施例中，該方法包括接收具有帶有多個地址的報頭的下行鏈路數(shù)據(jù)幀。該節(jié)點確定多個地址的第一地址是否是該節(jié)點的后代地址，并且確定多個地址的第二地址是否是節(jié)點的父節(jié)點的地址。該節(jié)點響應(yīng)于所述確定將第二地址改變?yōu)槠渥约旱牡刂?，并將?shù)據(jù)幀發(fā)送到至少一個后代節(jié)點。

在無線通信系統(tǒng)中操作網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點的方法的第二示例實施例中，該方法包括接收具有帶有多個地址的報頭的上行鏈路數(shù)據(jù)幀，并且確定多個地址的第一地址是否為該節(jié)點的地址。該節(jié)點響應(yīng)于所述確定將第一地址改變?yōu)楣?jié)點的父節(jié)點的地址，并且將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到節(jié)點的父節(jié)點。

附圖說明

圖1是ieee802.11媒體訪問控制(mac)報頭的圖。

圖2是示出示例實施例的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的形成的流程圖。

圖3是示出當新的無線節(jié)點進入示例實施例的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)時的網(wǎng)格發(fā)現(xiàn)的流程圖。

圖4是示出具有上行鏈路確認(ack)的下行鏈路(dl)通信的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的圖。

圖5是示出圖4的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作的流程圖。

圖6是示出具有下行鏈路確認(ack)的上行鏈路(ul)通信的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的圖。

圖7是示出圖6的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作的流程圖。

圖8是示出當接收單播或多播下行鏈路(dl)幀時簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作的流程圖。

圖9是示出當發(fā)送單播上行鏈路(ul)幀時的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作的流程圖。

具體實施方式

圖2的流程圖示出了如圖4和圖6所示的示例實施例的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的形成。在這里并且在下面的討論中，該簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)可以是無線節(jié)點的任何網(wǎng)絡(luò)，以包括能夠進入網(wǎng)絡(luò)的范圍擴展器或其它無線裝置。該簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選地由接入點(ap)向下直到每個網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(mrn1，mrn2)和網(wǎng)格葉節(jié)點(mln)形成。ap可以是提供互聯(lián)網(wǎng)接入的標準、專有或其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。ap也可以連接到用于互聯(lián)網(wǎng)接入的無線局域網(wǎng)(wlan)。當希望加入網(wǎng)格的無線節(jié)點啟動站點掃描200時，該過程開始。然后，該無線節(jié)點接收指示當前在網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中的所有無線節(jié)點的基本服務(wù)集(bss)列表202。該無線節(jié)點通過加權(quán)得分(諸如信號強度204)對bss列表進行分類，并選擇最佳得分父節(jié)點206。然后，該無線節(jié)點作為所選擇的父節(jié)點的后代加入網(wǎng)格，并將其自身深度設(shè)置為所選擇的父節(jié)點的深度加上1。

圖3的流程圖示出了當新的無線節(jié)點進入圖4和圖6的無線網(wǎng)絡(luò)時的網(wǎng)格發(fā)現(xiàn)。希望進入現(xiàn)有網(wǎng)格的無線節(jié)點將啟動站點掃描300并發(fā)送ap探測請求302。接收探測請求的網(wǎng)格中的每個mrn或mln將確定接收到的探測的信號強度指示符(rssi)。無線節(jié)點可以確定rssi是否高于可接受的閾值并且確定是否存在信息元素(ie)304。如果不是，則該過程結(jié)束310。如果存在ie，則無線節(jié)點將等待相應(yīng)的隨機延遲周期306并發(fā)送探測響應(yīng)308，類似于ap探測響應(yīng)。由于來自多個響應(yīng)者的短期啟動的隱藏節(jié)點效應(yīng)的高概率或隨后的mrn探測響應(yīng)308將與延遲的ap響應(yīng)相沖突，該隨機延遲降低了探測響應(yīng)沖突的風險。無線節(jié)點選擇具有最佳分數(shù)的ap或mrn。當無線節(jié)點通過mrn發(fā)送其認證時，mrn注冊網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點。然后所選擇的ap或mrn可以在整個網(wǎng)格中通告該注冊，以避免多次注冊。

參考圖4的圖，示例實施例的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)示出了具有上行鏈路確認(ack)的下行鏈路(dl)通信。為了說明的目的，該圖被簡化。更多的網(wǎng)格中繼節(jié)點(mrn)和網(wǎng)格葉節(jié)點(mln)在實際網(wǎng)絡(luò)中是可能的。該簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)說明接入點(ap)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或后代之間的幾種可能的通信路徑。ap也可以連接到用于互聯(lián)網(wǎng)接入的無線局域網(wǎng)(wlan)。在第一路徑1a中，ap直接與網(wǎng)格中繼節(jié)點mrn1進行通信，并且通過路徑2直接確認(ack)通信。在第二路徑1b中，ap直接與網(wǎng)格中繼節(jié)點mrn2通信，并且經(jīng)由順序路徑4和2間接確認通信。在第三路徑lc中，ap與網(wǎng)格葉節(jié)點mln直接通信，并且經(jīng)由順序路徑6、4和2間接確認通信。在每種情況下，bssid都被設(shè)置為直接父節(jié)點地址，使得目的地節(jié)點將僅確認直接從其父節(jié)點接收的幀。此外，接收目的地節(jié)點(mrn或mln)將僅確認(ack)接收具有設(shè)置為已注冊的后代節(jié)點的地址或其自身站點(sta)地址的addr1的幀。這有利地避免了對多個祖先的確認之間的沖突。

參考圖5的流程圖解釋圖4的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作。如前所述，下行鏈路(dl)傳輸可以遵循直接路徑或通過中繼節(jié)點的間接路徑。根據(jù)示例實施例的間接通信相對于現(xiàn)有的802.11標準通過修改每個中繼節(jié)點處的單個地址而被顯著地簡化。在操作中，首先在步驟500處由mrn1(1a)從ap接收dl幀。目的地地址da(addr1)指向mln。父節(jié)點地址(addr2)指向ap，并且addr3被設(shè)置為源地址sa。根據(jù)addr2中的基本服務(wù)集標識(bssid)地址，mrn1確定該幀是否源自其基本服務(wù)集(bss)的節(jié)點502。如果不是，則在步驟508處忽略或舍棄該幀。然而，如果該幀源自于bss內(nèi)，則mrn1在步驟504處通過將addr1與其站點(sta)地址進行比較來確定它是否是最終目的地節(jié)點。如果mrn1是最終目的地節(jié)點并且該幀被加密，則mrn1使用接入點(ap)地址對該幀進行解密510。因為addr1指向mln，所以mrn1不保留該幀。在步驟506處，mrn1確定addr1是否是有效的后代地址。addr1指向mln，其為mrn1的注冊后代。因此，mrn1將addr2(bssid)改變到其自己的地址512，并將幀發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)514到至少一個后代節(jié)點。mrn1構(gòu)造確認(ack)幀，并將接收站點地址(ra)設(shè)置為ap。mrn1向ap(2)發(fā)送ack。然后在步驟516處完成第一傳輸。

在節(jié)點mrn2處重復該過程。在步驟500處由mrn2(3)從mrn1接收dl幀。目的地地址da和源地址sa保持不變。addr2(bssid)現(xiàn)在指向mrn1。mrn2根據(jù)bssid確定該幀源自其bss的節(jié)點502。該幀源自于bss內(nèi)，因此mrn2在步驟504處通過將addr1與其自己的sta地址進行比較來確定它不是最終目的地節(jié)點。如果mrn2是最終目的地節(jié)點并且該幀被加密，則mrn2使用接入點(ap)地址作為解密過程的bssid輸入來解密該幀510。因為addr1指向mln，所以mrn2不保留該幀。mrn2在步驟506處確定addr1(mln)是有效的后代地址。因此，mrn2將addr2(bssid)改變到其自己的地址512，并將幀發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)514到mln。mrn2構(gòu)建ack幀并將ra設(shè)置為mrn1。mrn2向mrn1(4)發(fā)送ack。然后在步驟516處完成第二傳輸。

當在步驟500處由mln(5)從mln2接收到dl幀時，完成最終傳輸。目的地地址da和源地址sa保持不變。addr2(bssid)現(xiàn)在指向mrn2。mln根據(jù)bssid確定該幀源自其bss的節(jié)點502。在步驟504處，mln通過將addr1與其自己的sta地址進行比較來確定它是最終目的地節(jié)點。如果該幀被加密，則在處理該幀之前，mln使用接入點(ap)地址作為解密過程的bssid輸入來解密該幀510。mln構(gòu)造ack幀并將ra設(shè)置為mrn2。mln將ack幀發(fā)送到mrn2(6)。然后最終傳輸完成并在步驟516處結(jié)束。

這種簡單的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)相比現(xiàn)有的802.11標準具有幾個優(yōu)點。首先，網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)簡單性由一對多或多對一分發(fā)系統(tǒng)(ds)來維持。這對于具有有限計算能力和存儲器的“小占地面積”的iot裝置特別有利。第二，每個mrn維持現(xiàn)有后代的扁平列表，并作為后代的虛擬ap。因此，mrn不需要維持后代如何被安排的知識。第三，每個中繼節(jié)點將dl幀轉(zhuǎn)發(fā)到其所有的后代，其自己的地址設(shè)置在bssid(addr2)中而不是像802.11標準中那樣設(shè)置為ap。這確保僅遵循沿著樹的正確的網(wǎng)格布線路徑。第四，不需要在幀中間進行操縱，諸如像802.11那樣添加第四個地址。這避免了復制幀的一部分或重新分配資源的需求。第五，幀加密和地址驗證確保了從ap到mln的端到端安全性。第六，不需要特殊的網(wǎng)格路由消息。第七，保持向后兼容性，使得由任何標準ap操作的現(xiàn)有bss部署可以從簡單的網(wǎng)格解決方案中受益。最后，固有的網(wǎng)絡(luò)簡單性降低了每個中繼節(jié)點處的計算開銷、計算時間和功率。

圖6是示出具有下行鏈路確認(ack)的上行鏈路(ul)通信的示例實施例的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的圖。為了說明的目的，該圖被簡化。簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)說明接入點(ap)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或后代之間的幾種可能的通信路徑。在第一路徑1中，mln直接與網(wǎng)格中繼節(jié)點mrn2通信，并且通過路徑2a直接確認(ack)通信。在第二路徑1/3中，mln經(jīng)由mrn2與網(wǎng)格中繼節(jié)點mrn1間接通信，并且通過路徑2b從mrn1到mln直接確認通信，或經(jīng)由順序路徑4a和2a間接確認通信。在第三路徑1/3/5中，mln與ap間接通信，并且通過路徑2c從ap到mln直接確認通信，或者經(jīng)由順序路徑6、4a和2a-2c的某些組合間接確認通信。

參考圖7的流程圖解釋圖6的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作。如前所述，上行鏈路(ul)傳輸可以遵循直接路徑或通過中繼節(jié)點的間接路徑。根據(jù)示例實施例的間接通信相對于現(xiàn)有的802.11標準通過修改每個中繼節(jié)點處的單個地址而被顯著地簡化。在操作中，首先在步驟700處由mrn2通過路徑1從mln接收ul幀。父地址addr1(bssid)指向mrn2。源地址(addr2)被設(shè)置為mln，并且addr3被設(shè)置為目的地地址da。在步驟702處，mrn2通過比較addr1與其站點(sta)地址(即mrn2)來確定該幀是否來自后代。為了安全和連接目的，mrn2在步驟704處確定addr2是否是有效的后代。如果不是，mrn2確定該幀是否是認證(auth)712。如果不是auth，則mrn2舍棄幀710。否則，mrn2注冊新的后代714并轉(zhuǎn)發(fā)ul幀708。然而，如果addr2是注冊后代704或認證幀，則mrn2將addr1(bssid)更改為其父地址mrn1(bssid)706，并將幀發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)708到其父節(jié)點。mrn2構(gòu)建確認(ack)幀并設(shè)置接收站地址(ra)為mln。mrn2向mln(2a)發(fā)送ack。然后在步驟712處完成第一ul傳輸。

當在步驟700處由mrn1(3)從mrn2接收到ul幀時，重復該過程。目的地地址da和源地址sa保持不變。addr1(bssid)現(xiàn)在指向mrn1。mrn1根據(jù)bssid(addr1)確定它是適當?shù)慕邮照?02。為了安全和連接目的，mrn1在步驟704處確定addr2是否是有效的后代。如果不是，則mrn1確定該幀是否為auth712。如果不是auth，則mrn1舍棄幀710。否則，mrn1注冊新的后代714并轉(zhuǎn)發(fā)ul幀708。然而，如果addr2是注冊后代704或認證幀，則mrnl將addr1(bssid)更改為其父地址ap(bssid)706，并將幀發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)708到其父節(jié)點。mrn1構(gòu)建ack幀并將ra設(shè)置為mrn2。mrn1可以將ack幀直接發(fā)送到mln(2b)。該幀中包含某一深度，從而忽略從父節(jié)點以外接收到的ack幀。然后在步驟710處完成第二ul傳輸。

當在步驟700處由apn(5)從mrn1接收到ul幀時，重復最終ul傳輸。目的地地址da和源地址sa保持不變。addr1(bssid)現(xiàn)在指向ap。ap根據(jù)bssid(addr1)確定它是正確的接收者702。然后，ap將ul幀轉(zhuǎn)發(fā)到無線局域網(wǎng)(wlan)。ap構(gòu)建ack幀并將ra設(shè)置為mln。ap可以將ack幀直接發(fā)送到mln(2c)。該幀中包含某一深度，從而忽略從父節(jié)點以外接收到的ack幀。

先前討論的關(guān)于dl通信的優(yōu)點也存在于ul通信中。首先，網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)簡單性由一對多或多對一分發(fā)系統(tǒng)(ds)來維持。這對于具有有限計算能力和存儲器的“小占地面積”的iot裝置是特別有利的。第二，每個mrn維持現(xiàn)有后代的扁平列表，并作為后代的虛擬ap。因此，mrn不需要維持后代如何被安排的知識。第三，每個中繼節(jié)點將ul幀轉(zhuǎn)發(fā)到其父節(jié)點，其父地址設(shè)置在bssid(addr1)中而不是像802.11標準中那樣設(shè)置為ap。這可以確保僅遵循沿著樹的正確的網(wǎng)格布線路徑。第四，不需要在幀中間進行操縱，諸如像802.11那樣添加第四個地址。這避免了復制幀的一部分或重新分配資源的需求。第五，幀加密和地址驗證確保了從mln到ap的端到端安全性。第六，不需要特殊的網(wǎng)格路由消息。新的后代使用標準auth管理幀進行注冊。第七，保持向后兼容性，使得由任何標準ap操作的現(xiàn)有bss部署可以從簡單的網(wǎng)格解決方案中受益。最后，固有的網(wǎng)絡(luò)簡單性降低了每個中繼節(jié)點的計算開銷、計算時間和功率。

接下來參考圖8的流程圖，其用單播或多播dl傳輸來解釋圖4的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作。如前所述，下行鏈路(dl)傳輸可以遵循直接路徑或通過中繼節(jié)點的間接路徑。根據(jù)示例實施例的間接通信相對于現(xiàn)有的802.11標準通過修改每個中繼節(jié)點處的單個地址而顯著地簡化。在操作中，接入點(ap)800從無線局域網(wǎng)(wlan)接收dl幀。ap800使用ap地址來對該幀進行加密，作為用于加密過程的bssid輸入，并發(fā)送dl幀。無線簡單網(wǎng)格節(jié)點接收dl幀802，并根據(jù)基本服務(wù)集標識(bssid)地址確定該幀是否源自其基本服務(wù)集(bss)的節(jié)點804。如果不是，則在步驟816處忽略或舍棄該幀。如果該幀源自于bss內(nèi)，則該節(jié)點在步驟806處通過將接收地址(ra)與其站點(sta)地址進行比較來確定其是否是最終目的地節(jié)點。如果該節(jié)點是最終目的地，則它利用ap地址對dl幀進行解密818并保留解密的幀814。該節(jié)點也構(gòu)建確認(ack)幀并將接收地址ra設(shè)置為發(fā)送地址(ta)824。然后該節(jié)點將ack幀發(fā)送到ta地址。

在步驟806處，該節(jié)點確定dl幀是否是多播幀。如果是，則該節(jié)點使用ap地址而不是bssid作為解密過程的輸入來解密dl幀818。該節(jié)點還將dl幀發(fā)送地址(ta)設(shè)置到其自己的站點(sta)地址820，并將幀發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)822到至少一個后代節(jié)點。然后在步驟814處完成該過程。

如果該節(jié)點不是最終接收者，則該節(jié)點在步驟810處確定ra是否為注冊的后代節(jié)點地址。如果不是，則該節(jié)點舍棄或忽略該幀816。然而，如果ra是注冊后代的地址，則該節(jié)點構(gòu)造確認(ack)幀并將接收地址ra設(shè)置為發(fā)送地址(ta)824。然后該節(jié)點將ack幀發(fā)送到ta地址。該節(jié)點還將dl幀發(fā)送地址(ta)設(shè)置為其自己的站點(sta)地址820，并將幀發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)822到至少一個后代節(jié)點。然后在步驟814處完成該過程。

圖9是示出具有單播ul傳輸?shù)膱D6的簡單網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的操作的流程圖。如前所述，上行鏈路(ul)傳輸可以遵循直接路徑或通過中繼節(jié)點的間接路徑。根據(jù)示例實施例的間接通信相對于現(xiàn)有的802.11標準通過修改每個中繼節(jié)點處的單個地址而顯著地簡化。在操作中，mln900構(gòu)造上行鏈路(ul)幀，并使用ap地址對該幀進行加密，作為用于加密過程的bssid輸入。mln將bssid設(shè)置為其父地址并發(fā)送ul幀。無線簡單網(wǎng)格節(jié)點接收ul幀902，并根據(jù)基本服務(wù)集標識(bssid)地址確定該幀是否源自其基本服務(wù)集(bss)的節(jié)點904。如果不是，則在步驟910處忽略或舍棄該幀。然而，如果該幀源自于bss內(nèi)，則該節(jié)點也構(gòu)造確認(ack)幀，并將接收地址ra設(shè)置為發(fā)送地址ta906。然后該節(jié)點將ack幀發(fā)送到起始節(jié)點。該節(jié)點可以確定它是否僅是網(wǎng)格葉節(jié)點(mln)而不是中繼節(jié)點。如果是，則舍棄幀910。如果不是，則該節(jié)點將bssid設(shè)置為其父地址912并轉(zhuǎn)發(fā)ul幀914。然后在步驟916處完成該過程。

在所描述的實施例中，修改是可能的，并且在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，其它實施例是可能的。