CN102301762B - 具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络的分布式ip地址指派协议 - Google Patents

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Abstract

描述了用于多层级无线家庭网格网络的方法和装置。该方法可包括形成无线家庭联网环境，该环境包括作为分散的无线网络工作的节点的集合，该网络具有负责网络内的不同功能的多个子网络或者说层级。多层级网络的每个节点被配置为向其他节点转发数据并且基于该节点的性能能力被指派到特定的层级。该方法可包括在多跳无线家庭网格网络内的唯一因特网协议(IP)地址的自动确立，其中具有进行自动冲突检测和校正的能力。一旦确立为无线家庭网格网络的移动节点或静止节点，新节点(家庭电子设备)就可与多跳无线家庭网格网络的一个或多个现有节点无线地通信。描述了并要求保护其他实施例。

Description

具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络的分布式IP地址指派协议
技术领域
本发明总地涉及无线设备连通性的领域。更具体而言，本发明的一个或多个实施例涉及具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络(multi-hopwireless home mesh network)的分布式IP地址指派协议的方法和装置。
背景技术
无线网络可提供灵活的数据通信系统，这种系统可以取代或扩展有线网络。利用射频(RF)技术，无线网络在没有有线线缆的情况下穿过墙壁、天花板、甚至水泥建造物在空气中发送和接收数据。例如，无线局域网(WLAN)提供了诸如以太网和令牌环之类的传统LAN技术的所有特征和益处，但却没有被线缆束缚在一起的限制。这提供了更大的自由和更高的灵活性。
当前，根据电气与电子工程师学会(IEEE)802.11标准(例如IEEEStd.802.11a/b/g/n)工作的无线网络可被配置成两种工作模式之一：基础设施模式和自组织模式。截至今日，大多数安装的无线网络被配置成基础设施模式并在基础设施模式中工作，其中一个或多个接入点(AP)被配置为对有线分布网络(例如以太网)的接口。在基础设施模式中，具有无线连通性的移动设备(例如具有无线电网络接口卡“NIC”)的膝上型计算机)能够与AP建立通信并与AP相关联，从而，这些设备的用户能够访问与有线网络相连的服务器内的内容。
然而，作为一个可选的特征，IEEE 802.11标准规定了自组织模式，其允许每个无线设备内的无线电NIC在独立基本服务集(IBSS)网络配置中工作。因此，无线设备相互间执行对等通信，而不是利用AP来支持这种无线通信。自组织模式还允许用户自发地形成无线LAN。例如，拥有被实现有IEEE 802.11无线芯片集的膝上型计算机的一组雇员可以聚集在一咖啡店并且通过将其NIC切换到自组织模式来形成小的WLAN。结果，这些雇员可以共享演示图表和电子数据表，而不需要线缆或AP。
一类自组织网络被称为网格网络，其允许通过从一个设备“跳”到另一设备直到到达目的地，来进行绕过断开或阻塞的路径的连续连接和重配置。网格网络与其他网络的不同之处在于，设备全都可以在没有基础设施(例如AP)的情况下经由多跳相互连接，并且这些设备可以是移动的或静止的。与网格网络相关地，移动自组织网络(MANET)是移动路由器的自配置网络，其中路由器可以自由重定位。
网格网络(和MANET)的主要优点之一是其能够扩展无线网络的范围。例如，建筑物一侧的用户可以发送以远超过遵从IEEE 802.11的AP的点到点范围的该设施的另一侧的另一用户为目的地的分组，其方式是通过使无线电信号从一个移动设备跳到另一移动设备，直到无线电信号到达其设定的目的地为止。取决于无线用户的集中度，这可以将WLAN的范围从数百英尺扩展到数英里。
随着近来集成电路方面技术的进步，以及多输入多输出(MIMO)系统方面的突破，无线数字通信已经进入了允许无线联网应用具有更快速度的新时代。诸如智能电话、音乐/电影播放器、个人数字助理、游戏设备等等之类的移动设备正产生对新的无线通信和联网技术的需求，以允许家庭网络内的无线移动设备的无缝连接，这种家庭网络不仅支持诸如高清晰度(HD)视频之类的高带宽需求应用，而且依赖于无线设备之间的制造商兼容性来减轻入侵者和欺骗性网络活动。
发明内容
实施例的一个公开的特征提供了具有冲突检测的多跳无线家庭网格网络的分布式IP地址指派协议的方法和装置。描述了一种多跳无线家庭网格网络，其改进了现有的家庭网络性能，以获得更好的范围/速率和与室外无线网络的互连。家庭(消费类)电子设备可根据多层级系统(multi-tiersystem)被分类，该系统包括作为分散的无线家庭网格网络工作的节点的集合，该网络具有负责网络内的不同功能的多个(N≥1)子网络(以下称为“层级”)。多跳无线网络的每个节点基于该节点的性能能力被指派到特定的层级，并且被配置为转发数据到其他节点。
在一个实施例中，描述了一种分层次体系结构，其中可为网络中的静止和移动节点实现不同的功能。在一个实施例中，利用各种可用的家庭电子设备，这些设备可被组织为无线家庭网格网络的节点。例如，网络的第一层级可模拟传统的因特网连接(经由线缆/DSL连接，或3G/WiFax室外网格)。直接连接到因特网的节点可被称为网关节点，并且在家庭网络中可有多个网关节点。网络的第二层级表示互连各种静止(固定位置)的消费类电子(CE)设备(例如平板TV、Playstation或桌面型计算机)的网络的回程(backhaul)，这些静止的消费类电子设备通常是静止的并且电耦合到电源(没有电力限制)。网络的第三层级可包括属于网络的第二层级的设备与移动CE设备之间的链路。
在另一实施例中，该方法可包括在检测到的多跳无线家庭网格网络内的唯一因特网协议(IP)地址的自动确立。一旦确立为无线家庭网格网络的移动节点或静止节点，新节点(家庭电子设备)就可与多跳无线家庭网格网络的一个或多个现有节点无线地通信。
附图说明
在附图中以示例方式而非限制方式图示了本发明，附图中：
图1是图示出根据一个实施例的三层级无线自组织家庭网络的框图。
图2是图示出根据一个实施例的无线自组织家庭网络内的层级2节点的框图。
图3是图示出根据一个实施例的无线自组织家庭网络协议体系结构的框图。
图4是图示出根据一个实施例的被配置为实现无线家庭网格网络(WHMN)的无线家庭电子设备的框图。
图5图示出根据一个实施例的通用WHMN消息分组格式。
图6图示出根据一个实施例的包括WHMN消息分组格式的以太网分组。
图7是图示出根据一个实施例的WHMN内的新节点的AutoIP(AIP)探测消息的广播的框图。
图8是图示出根据一个实施例的WHMN内的冲突消息的生成的流程图。
图9是图示出根据一个实施例的在网络划分之后WHMN内的新节点的加入的框图。
图10是图示出根据一个实施例的当两个WHMN合并时被发送出来收集节点IP地址的广播消息的框图。
图11是图示出根据一个实施例的响应于用于收集IP地址的广播消息的响应消息的框图。
图12是图示出根据一个实施例的WHMN中的IP地址冲突的检测的框图。
图13图示出根据一个实施例的被WHMN的节点执行来在WHMN内确立唯一IP地址的消息流程过程。
图14图示出根据一个实施例的被WHMN的节点执行来解决检测到的IP地址冲突的消息流程过程。
图15是图示出根据一个实施例的用于在多层级WHMN内生成IP地址的方法的流程图。
图16A和16B是图示出根据一个实施例的由WHMN的节点执行的用于IP冲突检测和解决的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，出于说明目的，阐述了许多具体细节以帮助透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员将会清楚，没有这些具体细节中的一些也可以实现本发明。此外，以下描述提供了示例，并且附图出于例示目的示出了各种示例。然而，这些示例不应当被解释为限制性的，因为它们只是想要提供本发明的实施例的示例，而不想要提供所有可能的实现方式的详尽列表。在其他情况下，以框图形式示出公知的结构和设备，以避免模糊所描述的各种实施例的公开特征的细节。
系统体系结构
在以下描述中，使用了特定的术语来描述本发明的特定特征。例如，术语“无线节点”一般被定义为具有数据处理和无线通信能力的设备。术语“逻辑”一般被定义为被配置为执行一个或多个功能的硬件和/或软件。特定类型的逻辑的一个示例是无线芯片集，其是一个或多个集成电路，进行操作以请求访问无线网络和/或在允许一无线节点访问无线网络之前认证该节点。“软件”一般描述为应用、小应用程序或者甚至例程形式的一系列可执行指令。软件可被存储在任何类型的机器可读介质中，所述机器可读介质例如是可编程电子电路、半导体存储器设备(比如易失性存储器(例如随机访问存储器等等)和/或非易失性存储器(例如任何类型的只读存储器(ROM)或闪存))、便携式存储介质(例如USB驱动器、光盘、数字磁带)等等。
术语“消息”表示被配置用于在网络上传送的信息。一类消息是帧，帧一般被定义为总体作为单个数据单元工作的一组信息比特。术语“内容”包括视频、音频、图像、数据文件或其任何组合。
参考图1，描述了多层级无线家庭网格网络100的示例性实施例。多层级无线家庭网格网络100(以下称为“家庭网络”或“WHMN”100)包括作为具有负责家庭网络100内的不同功能的多个(N≥1)子网络1101-110N(以下特别称为“层级”)的分散的无线家庭网格网络工作的节点的集合。因此，家庭网络100的每个节点通常被配置为向其他节点转发数据并且基于其性能能力和电力约束被指派到一不同的层级。节点到层级的指派是基于节点的性能能力的判决，而路由判决是由节点基于网络连通性和该特定节点转发数据的能力来作出的。
例如，家庭网络100的一个实施例特有一种分层次体系结构，其包括基于节点的能力来指派的三个(3个)层级。第一层级(“层级1”)1101负责确立和控制对诸如因特网之类的外部网络的访问。例如，第一层级1101可经由线缆或直接订户线路(DSL)连接或3G/WiMax/室外网格来模拟传统的因特网连接。如图所示，第一层级1101包括第一节点120，该第一节点120通常被称为“网关节点”。网关节点120可包括但不限制于或局限于线缆或DSL调制解调器、无线路由器或网桥，等等。虽然没有示出，但在家庭网络100内可存在多个网关节点，以便提供到(一个或多个)外部网络的多个通信路径。
家庭网络100的第二层级(“层级2”)1102可代表互连各种适用于经由无线通信介质(例如射频(RF)波)通信的静止(固定位置)无线节点(例如静止(固定位置)电子设备)的无线网络回程。如这里所述，“电子设备”可以是静止的或移动的。“静止电子设备”包括但不限制于或局限于：平板电视(130、131和132)、游戏机(140)、桌面型计算机(150)、或任何其他通常静止并电耦合到AC电源插座的设备。因此，静止无线节点不受移动无线节点中通常存在的电力约束，在移动无线节点中电力使用被最小化以延长再充电之间的电池寿命。
仍参考图1，家庭网络100的第三层级(“层级3”)1103可包括属于第二层级1102的无线节点与一个或多个移动节点(160-169)之间的链路。“移动电子设备”或“移动无线节点”可包括任何具有无线连通性的由电池供电的电子设备，包括但不限于膝上型计算机、手持式设备(例如个人数字助理、超级移动设备、蜂窝电话、便携式媒体播放器、无线相机、遥控器等等)或者类似的非静止消费类电子设备。由于移动无线节点通常具有资源约束(例如有限的电力供应、有限的处理速度、有限的存储器等等)，第三层级1103可提供缩减的网络服务。在一个实施例中，家庭网络100的移动无线节点可充当直接连接到层级2节点的从动者或孩子，这可进一步限制其在家庭网络100内的功能。
以下，表1总结了多层级无线家庭网格网络体系结构，按可能的网络特性、层级节点描述和在家庭网络100上普遍存在的流量类型分类。
表1：多层级无线家庭网格网络场景
如表1所示，家庭网络100与传统的网格网络方案不同，因为家庭网络100针对的是消费类电子(CE)设备和以视频为中心的应用。基于表1中所指示的可包括高清晰度(HD)视频、音频剪辑和视频剪辑以及用户数据的流量，无线NIC可被结合在家庭网络100的一些静止节点内。例如，通过复用压缩HD视频的一个流、四个因特网视频会话加上四个音频/视频会话以及一些间歇性的http数据流量，回程链路170上的负载对于TCP/UDP类型流量大约为60兆比特每秒，考虑到媒体访问控制(MAC)层效率，这可要求至少100兆比特每秒的原始无线电支持。根据此示例，层级2节点可能需要802.11n型无线电装置(例如在5GHz频带)来满足这种带宽要求。
现在参考图2，示出了层级2节点130的示例性实施例。这里，层级2节点130包括嵌入式无线网络芯片集200，该芯片集200包括一个或多个处理器210、存储器220、通信接口230和用户接口(UI)250。根据此实施例，(一个或多个)处理器210适合于发起和处理请求消息，以在加入图1的家庭网络100之后确立唯一的IP地址，以及在加入了家庭网络100的节点的候选IP地址不是在家庭网络100内唯一的时检测IP地址冲突。这些消息是经由通信接口230发送和接收的，通信接口230可包括一个或多个天线2401-240N(N≥1)，这些天线被处理器210或专用电路(未示出)所控制，以调谐到特定信道上并在该特定信道上接收传入的无线信号并且经由该特定信道将传出的无线信号发送到其他节点。
返回参考图1，在传输数据之前，层级2节点130需要与已经是家庭网络100的一部分的另一节点相关联。在建立关联之后，层级2节点130和另一层级2节点150可以交换数据。关联过程是涉及以下三个状态的两步骤过程：(1)未认证且未关联；(2)已认证但未关联；以及(3)已认证且已关联。为了在状态之间转换，通信方交换被称为管理帧的消息。在操作中，所有节点都适合于发送被称为邻居发现请求消息的一个或多个管理帧，以判定是否存在任何能够对该消息解码并适时作出响应的节点。
在进行操作以关联(加入)家庭网络100之前，层级2节点130侦听对邻居发现消息的响应消息，以便识别出什么其他节点在范围内并且正经由什么信道进行通信。在识别出节点132之后，作为该过程的一部分，节点130和节点132可通过交换若干个管理帧来执行相互认证。在成功认证之后，层级2节点130转移到第二状态中，即已认证但未关联。然而，在节点130生成WHMN 100内唯一的IP地址之前，节点130无法在WHMN100内路由数据。
现在参考图3，示出了一个框图，该框图示出了家庭网络100内的节点的系统协议体系结构300的开放系统互连(OSI)层表示的一个实施例。此协议体系结构300被提供来实现自组织、自配置家庭网络，其中对于在TCP/IP/802.11上构建的当前无线网络体系结构设计或增强了不同的功能或特征。
为了使能无线家庭网格网络功能，可以使用单个WiFi无线电平台。例如，对于层级2节点，一个IEEE 802.11a/b/g/n双频带卡(袖珍PCI、USB电子狗等等)被用于回程链路以在5GHz频带或更高带宽上工作。在本发明的一个实施例中，连接层级3节点的链路与传统的802.11b/g模式兼容，这只不过是因为此时大多数当前的移动节点支持IEEE 802.11b/gWiFi。当然，可以相应地更改特定的无线PHY和MAC层。
如图3中所示，在所描述的协议体系结构300中，无线家庭网格网络(“WHMN”)功能320被放置在MAC层310与网络IP层340之间，以提供独立于所部署的更高OSI层并且能够被更容易地重配置的方案。作为代表，在图3的系统协议体系结构300中，增强的功能被放置在MAC层310与网络(IP)层340之间的WHMN层320中。因此，WHMN层320大体上构成“OSI层2.5”方案。WHMN层320的放置提供了对于更低和更高OSI层都透明的增强功能，并且能够支持不同的无线电芯片集。WHMN层320承载网络配置的关键功能，包括如下所述的分布式IP地址指派和冲突检测。
在一个实施例中，WHMN功能层320对于更低层和更高层都是透明的，以使能对不同的无线电芯片集的支持。WHMN层320可以执行WHMN软件组织和配置的功能，例如自动PHY(网络发现)配置322、层2路由326、自动IP配置328等等。在一个实施例中，每个节点将MAC分组和MAC地址用于初始拓扑设置。
如图3中所示，根据一个实施例，WHMN层320包括各种智能网络功能(322-336)。这些智能网络功能被放置在MAC层310和IP层340之间(并且可与MAC层310和IP层340交叠)。在一个实施例中，一旦电子设备加入了识别出的WHMN，自动IP配置功能328就可提供自动化IP地址生成。在一个实施例中，这里所说的电子设备描述了包括来自原始设备制造商(OEM)的无线电NIC的电子设备。一些作为例子的OEM电子设备可包括SonyBRAVIA数字电视、SonyPlaystation 3游戏机、SonyVAIO计算机、或者其他类似的Sony静止和手持式设备，比如智能设备。
在一个实施例中，自动IP配置328可提供由无线家庭网格网络的节点进行自动化IP地址生成并维护IP地址的唯一性的特征，这些特征被结合到如图4中所示的电子设备400之类的OEM电子设备中。
如图4中所示，使能了WHMN的无线节点，例如OEM电子设备400，包括微处理器210，该微处理器210使用无线芯片集200来访问存储器212和通信接口230。通信接口可包括一个或多个(N＞1)可调谐天线2401-240N。与传统的电子设备不同，设备400包括无线自组织家庭网络(“WHMN”)逻辑402。WHMN逻辑402包括自动化IP地址形成逻辑410。逻辑410使用冲突检测逻辑420和IP生成逻辑430。
如上所述，WHMN协议栈是一种跨层设计，其中包括初始设置、跳路由、服务质量和安全性特征在内的WHMN功能被放置到OSI层2和2.5之中，OSI层2和2.5在IP层之下(参见图3)。结果，WHMN协议可解决多跳网络中的对在IP上构建的任何服务应用透明的连通性问题。在一个实施例中，自动IP配置功能328提供对加入WHMN的新节点的唯一IP地址的指派，例如如图7和8中所示，这在下文中更详细描述。
在一个实施例中，由于多个设备可同时加入WHMN，所以通过提供用于生成WHMN内唯一的IP地址的伪随机种子，降低了选择同一地址的可能性。例如，伪随机种子可使用设备的硬件MAC地址来在例如192.168.0.1到192.168.254.254的地址范围上分布。一般地，在设备选择候选IP地址之后，它向WHMN广播该候选IP地址，并且等待冲突响应(参见图13)。如果接收到冲突响应，则该候选IP地址不是唯一的，并且生成新地址。在一个实施例中，IP地址生成逻辑执行初始地址生成以及响应于冲突检测的新地址生成。
再次参考图3，在一个实施例中，IP冲突检测逻辑420负责对WHMN内的新节点发出的IP地址消息作出响应。此外，如果设备接收到具有与其自己的IP地址相同的IP地址的请求，则该设备将向发送者单播冲突响应消息，这是由IP冲突检测逻辑420执行的。
在一个实施例中，当无线节点400被加电时，WHMN逻辑402可扫描每个信道以检测其他网络的存在。例如，无线节点400的激活可触发WHMN逻辑402发出一个或多个802.11自组织功能以扫描每个无线信道，从而确定可用无线网络的列表。基于检测到的信标，逻辑402可识别在自组织模式中工作的一个或多个无线网络。WHMN逻辑402可发送一个或多个安全性参数以使得WHMN内的节点能够验证电子设备400为来自同一OEM的电子设备。然而，如这里所述，使能了WHMN的设备也可以是WHMN的节点。
例如，再将参考图1，数字电视(DTV)130可以最初成为图1的家庭网络100的第一静止节点。根据这种实施例，DTV 130将包括无线电NIC，该无线电NIC将周期性地发射信标，以使得任何新添加的消费类电子设备能够识别家庭网络100。例如，桌面型计算机150在激活时可基于响应于连接请求消息而从DTV 130接收的响应来检测家庭网络100的存在。在一个实施例中，基于如图5中所示的专有格式来组织用于发现、认证、IP地址生成和冲突检测的各种消息。
图5图示出WHMN消息500的示例性格式，其代表了图4的节点400用于诸如自动IP传播和冲突检测之类的初始WHMN设置的消息传递格式。例如，在自动ip阶段期间，节点将交换若干个控制消息以检测和校正IP地址冲突。另一示例可以是发现阶段期间的，其中节点分析其无线环境，每个新的无线节点可对在其邻近区域中检测到的所有无线网络运行发现扫描。新节点随后向所有识别出的无线自组织网络发送发现消息(以广播或多播的形式)以识别其邻近区域中的WHMN。WHMN的现有节点利用建立新连接所必需的适当细节来响应该发现消息。设备发现和WHMN认证过程在申请号为__________的同样待审的申请中有进一步描述。
更具体而言，如图5中所示，作为例示性实施例，WHMN消息500可包括：(i)消息头部502，(ii)消息内容520，以及(iii)消息尾部512。这里，根据此示例性实施例，消息头部502包括WHMN版本504、标识该特定消息的事务(消息)ID 506、指示发送该消息的节点的类型(例如层级1、层级2或层级3)的类型参数508。消息内容510可包括编码的数据，用于保护数据以对抗入侵者并且确保数据仅能够被目标无线节点访问。消息尾部512包括WHMN代码514。在本发明的一个实施例中，每个WHMN消息结束于重复的WHMN代码514，该重复的WHMN代码514可重复预定的次数以确保整个消息被没有差错地接收。
作为示例，图6图示出两类WHMN消息500亦即WHMN数据消息550和WHMN控制消息540的示例性格式。这里，根据此实施例，WHMN数据消息550和WHMN控制消息540都是通过将这些消息封装在以太网分组520内来路由的。例如，如图6中所示，以太网分组520包括24字节的WHMN头部530，该WHMN头部530被插入在以太网头部522之后。WHMN头部530包括用于标识WHMN消息500的目的地的目的地MAC地址532和用于标识WHMN消息500的源的源MAC地址534。其他信息536也可被放置在头部530内，包括但不限于：标识系统协议体系结构的版本的协议版本、控制标志、是数据还是控制的帧类型、帧长度、QoS特征、规定允许消息在网络上“存活”多久(以跳为单位)的存活时间(TTL)值(其中每一跳使得TTL值减小1)、指示出帧在完整的消息事务内的顺序的序列号、以及数据协议类型。
对于控制消息(例如发现、认证、路由)，4字节控制头部542被插入在头部530之后，其中控制头部542包括类型508、头部长度544以及消息长度546。在控制头部542之后，插入WHMN控制消息540的消息主体(内容)548。例如，对于发现消息，内容548是如下所述的质询文本。
然而，对于WHMN数据消息550，从OSI网络层接收的IP数据分组被附加到以太网分组520的WHMN头部530之后，取代控制头部542和内容548，以形成WHMN数据消息550。
图7图示出根据一个实施例由WHMN 600内的新节点602生成的AutoIP(AIP)探测消息(AIPPROBE_FWD)604的一个实施例。图7图示出以分布方式为多跳WHMN 600生成唯一IP地址608的一个实施例。根据所描述的WHMN，这种网络可包括固定位置节点和移动节点，这些节点会经历由节点移动性或节点故障引起的频繁的链路“通断”。缺乏生成分布式IP地址指派的适当手段可导致地址冲突检测。
再次参考图7，当新节点602加入网络600时，节点602向WHMN600内的所有节点广播带有其候选IP地址的请求消息(AIPPROBE_FWD)604，以判定在该候选IP地址与现有节点的IP地址之间是否存在IP地址冲突。如果发生冲突，则具有相同地址的接收方节点可向发送者(新节点602)单播答复消息(AIPPROBE_CLS)604。作为响应，节点602(发送者)重生成IP地址并且重复相同的过程。在WHMN中，诸如AIPPROBE_FWD和AIPPROBE_CLS之类的所有探测消息都在各个节点之间被自动转发，从而使得探测消息可到达WHMN中的所有节点。
图8进一步图示了根据一个实施例的WHMN 600和响应于接收到AIP探测冲突消息632的IP地址重生成634。作为代表，节点N 602是WHMN 600的新加入的节点。在最初生成IP地址(例如192.168.10.219)608之后，节点N 602在消息604中将此IP地址广播到所有节点(610-630)。在每个节点接收到消息604之后，每个节点可从消息604中取得候选IP地址。如这里所述，候选IP地址指的是WHMN内的新节点生成的初始地址。此外，当检测到冲突时，如果节点不是具有匹配IP地址的第一个节点，则可以重生成候选IP地址。因此，每个节点响应于消息604可以将候选IP地址608与其自己的IP地址相比较。
例如，如图8中所示，节点630具有与节点602的候选IP地址608匹配的IP地址636。作为代表，节点630检测到IP地址冲突，并且响应于检测到IP地址冲突，向发送者(节点602)广播AIP探测冲突消息632。响应于接收到冲突消息632，节点602可重生成候选IP地址634，例如为192.168.100.43。在一个实施例中，节点602重广播带有新的候选IP地址634的AIP探测消息。可以重复此过程，直到在WHMN 600内不再有IP地址冲突为止。
在WHMN操作的过程期间，节点可从网络中分割出来，然后在之后某个时间合并回到网络中。为了检测网络的合并，节点可周期性地检查路由表，以判定到WHMN内的邻居节点的各种路径的状态。例如，恢复的路径可指示出从例如“有问题”到“已连通”的状态变化。在一个实施例中，此功能是由如图4中所示的网络合并逻辑440执行的。
在一个实施例中，当逻辑440检测到恢复的路径时，节点之一应当发起冲突检测过程。为了避免不必要的广播，使用一个算法来选择具有最大MAC地址的节点作为发起者，并且具有较小MAC地址的节点将保持静默。从而，节点将比较其自己的MAC地址与相应邻居的MAC地址。在一个实施例中，具有较大MAC地址的节点向网络中的节点广播探测消息以收集可缓存在本地的其他IP地址路径信息。探测消息可被称为AIP探测请求消息，其是借助于会话ID(SID)、会话序列号(SSQ)和存活时间(TTL)的采取受控方式的广播消息。
例如，如图9中所示，WHMN 640图示了根据一个实施例的加入WHMN 640的新节点620。与图7和8中所示的WHMN 600相比，WHMN 640已被划分，因为节点630不再是WHMN 600的一部分。如图9中进一步示出的，新节点642连接WHMN节点(G)630。作为代表，图9图示了一种情形，其中，在节点620发生故障或移出网络之后，WHMN 600被分割成两个网络。如进一步图示的，在节点620故障之后，节点H 642通过广播带有其新生成的IP地址(192.168.100.43)646的AIP探测消息644来加入网络。因为新节点642未接收到冲突消息，所以其接受候选IP地址646作为其唯一IP地址646。
图10图示出随着节点620的恢复，在合并网络600和图9中所示的网络640之后的WHMN网络650。在所描述的示例中，节点620可通过检测其与节点624、614或612之一的链路的恢复来检测网络的合并。在节点620检测到网络的合并之后，其广播带有其自己的候选IP地址626的AIP探测请求消息(AIPPROBE_REQ)654。响应于消息654，所有其他节点将向节点620单播回AIPPROBE_CFM消息664以用其自己的IP地址来进行确认。节点620将比较接收到的IP地址与其自己的候选IP地址和其自己的IP缓存表662(参见图11)的每个条目。如果未检测到冲突，则节点620将把其候选IP地址存储到IP缓存表662中。然而，如果节点620在其比较答复消息时检测到冲突，则节点620可向具有IP地址冲突的节点发送冲突消息(AIPPROBE_CLS)674(参见图12)。具有较少的IP地址处理时间的那些节点将被强制改变其IP地址。
例如，如图11和12中所示，节点620检测到节点642和节点602的IP地址之间的冲突，这使得节点620向节点642发送冲突消息674。作为响应，节点642在接收到来自节点620的冲突消息674之后将重生成候选IP地址648，如图12中所示。
图13是作为自动化IP地址生成的一部分由新节点执行、例如由图4中所示的IP生成逻辑430执行的消息流程图。作为代表，新节点702可利用广播消息(AIPPROBE_FWD)730来广播候选IP地址736。如图13中所示，箭头710图示了利用消息730进行的候选IP地址的广播。如图13中进一步示出的，已确立的节点704检测到候选IP地址736与节点704的IP地址746之间的匹配。响应于该冲突，已确立的节点704可广播IP地址冲突消息(AIPPROBE_CLS)740，如箭头720所示。
图14图示出根据一个实施例的响应于链路恢复可在新节点(节点A)702和现有节点(节点B)704之间执行的消息流程图750。作为代表，节点A 702可检测链路恢复。响应于检测到链路恢复，节点A 702可发出如箭头760所示的IP地址请求消息762。响应于消息762，节点B704可用包括节点B 704的IP地址的IP地址确认消息772作为响应。在一个实施例中，链路恢复是由节点A 702根据IP缓存表752来确定的，IP缓存表752一般将指示出节点B 704所连接到的各种链路的状态。作为代表，节点A 702根据IP地址774检测到冲突，并且发出如箭头780所指示的冲突消息(AIPPROBE_CLS)782。现在描述实现一个或多个实施例的过程方法。
操作
图15是图示出根据一个实施例的用于多层级无线家庭网格网络内的自动化IP地址生成的方法800的流程图。根据一个实施例，可利用如图4所述的OEM/使能了WHMN的电子设备，在例如图1所示的无线家庭网格网络(WHMN)内执行自动化IP地址生成。
如图15中所示，新节点802执行开始于IP生成者开始块820的自动化IP地址生成。作为代表，节点802如上所述将基于一个或多个随机种子值来生成候选IP地址。节点802可将候选IP地址以及ESSID放置在IP广播消息(AIP_PROBE)824内，该消息在过程块822中被广播。在广播消息824之后，节点802可在过程块830设定定时器并且在过程块840判定是否在预定的超时时段内接收到消息响应。
响应于AIP探测消息824，节点810可在过程块812中在一套接字上侦听。在过程块826，响应于检测到的AIP探测消息824，在过程块826，节点810可将候选IP地址与节点810的IP地址相比较。如果在过程块822检测到匹配，则节点840可广播冲突消息834到节点802。然而，如果在过程块850未检测到冲突，则节点810可在过程块854将节点802的MAC地址存储在IP缓存表中。然而，如果节点802的MAC地址被存储在IP缓存表中，则在过程块852可将消息的ESSID与表的ESSID相比较。如果值相等并且消息序列号大于序列表中缓存的序列号，则在过程块860利用节点802的IP地址和新序列号来更新缓存表。否则，在过程块858，丢弃该消息。在过程块862，利用节点802的ESSID及其SSQ来更新缓存表。最后，在过程块864，可将AIP探测消息转发到节点802。
再将参考图15，如果在超时时段内接收到消息，则在过程块842检测地址冲突，并且可重复过程块820-830，直到未检测到冲突为止。当未检测到冲突时，节点802可在过程块844将此IP地址提交给网格接口。
图16A和16B是图示出根据一个实施例在无线家庭网格网络内进行IP冲突检测和解决以提供自动化IP生成的方法900的流程图。在WHMN操作的过程期间，节点可从网络中分割出来，然后在之后某个时间合并回去。为了检测网络的合并，节点将周期性地检查路由表，以查明到邻居的路由路径是否已从断开变成恢复(从“有问题”变成“已连通”)。
例如，如图16A中所示，在过程块970，检测者开始块之后是IP缓存表中的链路状态的同步。基于这种同步，在过程块974，判定是否检测到任何断开的链路。当检测到断开的链路时，在过程块976生成记录。在过程块978，判定是否恢复了任何链路。如果恢复了链路，则在过程块980，判定冲突检测者节点902的MAC地址是否大于恢复的节点的MAC地址。当检测到此时，在过程块982发起IP地址冲突解决，同时控制流程去往解决或开始块904。
作为代表，在过程块906，消息被广播到每个节点以从每个节点收集其他IP地址信息，这些信息被缓存在本地。在过程块932和934，判定是否在超时时段内接收到消息，这可以在过程块935中重试。
现在参考图16B，响应于AIP探测消息908，在过程块912，节点910可响应于消息908在一套接字上侦听，以判定节点902的MAC地址是否被包含在缓存表内。如果MAC地址未被包含在缓存表内，则在过程块918，该地址可作为新条目被添加到缓存表。否则，在过程块916和920可执行ESSID和消息序列号的比较，以判定是否在过程块922丢弃该消息。如果不丢弃该消息，则在过程块926，单播确认响应消息，并且在过程块940利用IP地址、ESSID和SSQ来更新IP缓存表。在过程块942，确认请求消息可被转发到节点A。
再次参考图16A，基于接收到的确认响应930，节点908可在过程块936比较并判定节点910的地址是否与缓存表中的条目冲突。如果检测到冲突，则在过程块950，节点902可发送冲突消息952。一旦所有正常链路都已响应，就成功解决了IP地址冲突。现在参考图16B，冲突检测消息952触发过程块954处的地址冲突。在过程块956，执行IP地址生成以选择新的候选IP地址。
再将参考图1，诸如平板TV 130、131和132、游戏机140和桌面型计算机150之类的层级2节点之间的各种链路可提供网络100的回程170。如上所述，网络的这个回程可路由例如高清晰度(HD)视频内容以提供以电视为中心的网络。在以电视为中心的网络中，存储在例如TV 130上的内容可在网络100内被路由并被显示在TV 131-132的任何一个上和/或被提供到桌面型计算机150或游戏机140。因此，无论在WHMN 100内的位置如何，内容都可被路由到任何期望的层级2设备。。
另外，提供了经由诸如网关节点120之类的层级1设备110-111对外部网络的访问。例如，在后院中使用膝上型计算机166的用户可与游戏机140建立链路以加入WHMN 100。基于对网络的加入，此用户可经由包括游戏机140、数字电视132、桌面型计算机150和回程链路170的多跳路径来访问网关节点120。
除了网络扩展能力以外，WHMN 100还可使能从包括手持式视频记录器162、音乐播放器168等等在内的各种层级3设备的访问，以将来自这种设备的内容在整个网络内流式传输。此外，层级3设备(160-169)可在例如WHMN 100外的音乐播放器168内加载内容。在所描述的实施例中，各种层级2或3设备可来自同一OEM，例如Sony电子公司。然而，也可使能其他非OEM设备加入和访问WHMN 100。因此，这种设备一旦被激活就将自动地形成无线自组织网络，其中除了期望网络的选择、额外网络的创建或用于网络认证的口令信息以外只需要最低限度的用户交互。
替换实施例
描述了用于提供改进的家庭电子设备连通性的无线自组织家庭网络的一种实现方式的若干个方面。然而，无线自组织家庭网络的各种实现方式提供了包括、补足、补充和/或替换以上所述的特征的许多特征。在不同实施例的实现方式中，特征可实现为接入点的一部分或无线设备的一部分。此外，出于说明目的的以上描述使用了具体的术语来帮助透彻理解本发明的实施例。然而，本领域的技术人员将会清楚，实现本发明的实施例并不需要这些具体细节。
要理解，即使在以上描述中已经阐述了本发明的各种实施例的许多特性和优点，以及本发明的各种实施例的结构和功能的细节，本公开也只是例示性的。在一些情况下，仅结合一个这种实施例详细描述了某些子组合。然而，已认识到并希望这种子组合可用于本发明的其他实施例中。在表述所附权利要求的术语的宽泛一般含义所指示的整个范围内，可以在本发明实施例的原理内的细节尤其是部件的结构和管理方面作出改变。
在已经公开了示例性实施例和最佳模式后，可以在保持在所附权利要求限定的本发明实施例的范围内的同时对所公开的实施例作出修改和变化。

Claims (5)

1.一种在无线家庭网格网络内确立唯一IP地址的装置，包括：
无线通信接口；
控制器，包括网络初始化逻辑，用于建立无线家庭网格网络；
网络发现逻辑，用于使能交换一个或多个专有消息，以所述无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之一作为第一节点加入检测到的无线家庭网格网络；以及
地址生成逻辑，用于使能所述无线家庭网格网络的移动节点和静止节点之间的分组路由，
其中，所述地址生成逻辑用于在检测到的无线家庭网格网络内确立唯一IP地址以将电子设备确立为所述第一节点，
其中，所述地址生成逻辑用于如果接收到冲突响应则对所述第一节点生成新IP地址。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括移动电子设备、游戏机和数字电视之一。
3.如权利要求1所述的装置，
其中，所述无线家庭网格网络包括至少一个静止家庭电子设备作为静止节点。
4.如权利要求1所述的装置，还包括冲突检测逻辑，用于：如果响应于冲突检测消息而接收的IP地址与候选IP地址相匹配，则将IP地址冲突通知给恢复的节点。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述冲突检测逻辑还用于：如果接收到的响应包括匹配IP地址则发出冲突响应。
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