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CN101128998A - 用于组织特定网络的基于链接式等效小区首领的方法及协议 - Google Patents

用于组织特定网络的基于链接式等效小区首领的方法及协议 Download PDF

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CN101128998A
CN101128998A CNA2006800009419A CN200680000941A CN101128998A CN 101128998 A CN101128998 A CN 101128998A CN A2006800009419 A CNA2006800009419 A CN A2006800009419A CN 200680000941 A CN200680000941 A CN 200680000941A CN 101128998 A CN101128998 A CN 101128998A
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ech
linked
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CNA2006800009419A
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陈崴
约翰·李
马库斯·庞
蔡升伟
匹田敏郎
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Toyota InfoTechnology Center Co Ltd
Iconectiv LLC
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Toyota InfoTechnology Center Co Ltd
Telcordia Technologies Inc
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Abstract

本发明提供对移动特定网络的建立及保持。所述特定网络包括多个等效小区，其以通信方式链接在一起而形成链接式等效小区网络。等效小区首领管理每一等效小区。另外，可提供散布于整个等效小区网络中的正常节点。与等效小区首领相比，正常节点具有有限的通信特权。然而，根据等效小区网络的需要，等效小区首领可降级为正常节点且正常节点可提升为等效小区首领。

Description

用于组织特定网络的基于链接式等效小区首领的方法及协议
相关申请案交叉参考
本申请案根据35 U.S.C.§119主张基于由Wai Chen等人于2005年11月22日提出申请且名称为“Linked Equivalent Cell Header-Based Approach and Protocol for Organizingan Ad-Hoc Network”的第11/284,731号美国申请案的优先权，且与由Shengwei Cai等人于2005年11月22日提出申请且名称为“Group-Header Based Method to Organize LocalPeer Group of Vehicles for Inter-Vehicle Communication”的第11/285,593号美国申请案相关，上述各美国申请案均以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于在移动环境中进行通信的特定无线网络。更具体而言，本发明涉及建立并保持一种移动装置对移动装置特定无线网络以实现接近即时的通信。
背景技术
无线技术在当今生活的每一方面中均已变得非常普遍，无论其是无线家用或办公用网络、位于当地咖啡馆、快餐连锁店或旅馆中的所谓“热点”网络、或者甚至是全市性的WiFi技术实施方式。在社会中进行此种无线技术推动的目的是使人们能够存取信息并提高整个社会已通过广泛接受及利用计算机网络且尤其是因特网而享有的生产率。无线联网技术(例如802.1la/b/g)使具有WiFi功能的装置能够如同其在标准有线网络中一样彼此连接，而不受导线限制。不管人们在网络覆盖区内所处的物理位置如何，人们均可自由地保持与网络连接。
在增强无线连接性的此种努力中，日常生活中的一个领域已经落后。除卫星位置及蜂窝式电话系统以外，无线技术仍基本上尚未触及美国的道路及公路。然而，从美国道路上的无线网络技术实施方案中将会获得诸多优点。其中最著名的是可中继至可受到直接影响的所有车辆的交通报告、安珀紧急通告(Amber alert)、气象报告等等。
此外，联网的汽车共同实现对关于一车辆的可能影响附近其他车辆的信息的中继。例如，汽车可能突然刹车；可将此动作即时地报告给正刹车的汽车后面的所有车辆，从而使其他车辆的驾驶员能够在不太紧急的状态下采取必要的措施。此一方面对于减少交通事故及交通拥挤具有明显的意义。此种无线联网类型可出现在车辆安全应用的诸多方面中，包括(但不限于)紧急道路障碍警告、十字路口座标、隐蔽车道警告、改道或合并帮助。
车辆安全通信(“VSC”)可大致分类成车辆对车辆通信及车辆与基础设施通信。在车辆对车辆通信中，车辆在不存在固定基础设施的支持情况下彼此进行通信。车辆在处于彼此的无线电范围内时，或在可通过其他车辆进行多次跳跃中继时彼此通信。在车辆与基础设施通信中，车辆在例如路边无线接入点等基础设施的支持下彼此进行通信。在此种情况下，车辆也可只与基础设施进行通信。
为支持例如防止碰撞等各种VSC应用，关键的VSC性能要求包括低延迟(大约100毫秒)及持续不变的通量(或等价地，成功接收到警告消息的邻近车辆的百分率)。
仅仅在移动车辆上安装无线天线并随后传输不协调的通信将不足以满足这些要求。具体而言，在传输不协调的数据时，无线电波将被多个消息所淹没，从而将因无线电带宽有限而造成无线电波干扰。
因此，这些车辆将干扰彼此的传输并彼此竞争用于传输的无线电带宽。此外，所有消息均将向四面八方传播而根本不考虑所期望的传输方向。
另外，每一车辆均不与其他车辆的网络配置相匹配。高流动性及缺乏固有关系使将车辆预先配置成车辆群组很成问题(即车辆均不预先知道关于其邻近车辆的任何信息)。建立安全通信所必需的所有信息均必须接近实时地在车辆之间进行交换，且车辆群组中的车辆必须接近实时地自我配置以便能够进行安全通信。不协调的车辆的高流动性意味着邻近车辆或车辆群组的频繁变化，并造成在车辆群组内使用支持服务器(支持流动性、地址、名称、媒体会话)方面的困难。这些最主要差异使现有的战术性特定联网技术无法直接应用于车辆群组的安全通信。
因覆盖范围、数据流量及延迟等问题，使用在别处所用的WiFi方法(例如热点)不切实际。大城市中正常的高峰时间通勤可使3车道公路的车辆密度高达每1200米长度600辆车辆。另外，这些车辆均在以30至60mph的速率移动通过各个覆盖区。大多数无线系统并不配备成在其网络中处理如此大的变化速率。
具体而言，当车辆进入覆盖区时，需要对其加以识别并通过无线接入点或路由器向其发布配置指令。当车辆离开覆盖区时，无线接入点或路由器将需要更新其记录以自其网络移除所述车辆。因此，车辆通过特定覆盖区的速度决定信息更新的频繁，即信号交换需要由无线接入点或路由器进行广播并由范围内的所有车辆来响应。所有这些车辆同时传输信息可很容易迅速使系统淹没。
人们已作出多种努力来建立车辆对车辆通信网络。例如，FleetNet及CarTalk2000均已开发出车辆对车辆通信网络。这两种系统使用每一车辆中的GPS系统来获得位置信息。FleetNet将固定及移动的两种节点用作“特定”网络的基础设施。固定节点可充当服务器路由器、网间连接器路由器及客户机服务器路由器。如此使用多个固定节点会导致用于建立、维护及管理所述基础设施的大量财务成本及开销。另外，FleetNet系统使用基于位置的路由及位置意识。具体而言，作为其系统的主干，位置数据在所使用的通信协议中起关键作用。
CarTalk2000也使用一种基于位置的协议。参与基于CarTalk2000的车辆间系统的每一车辆均必须配备有GPS装置，以在任何给定时刻检测其当前位置。另外，CarTalk2000使用多个不同的路由协议，例如拓扑信息路由、程序路由及反应式路由一例如特定网络按需距离向量协议、动态源路由、混合路由等等。这些协议中的每一协议均使用复杂且各异的一组协议规则。
CarTalk2000系统的一主要缺点在于，对邻近节点的发现会明显增加带宽流量。每一节点均周期性地将一信标发送至其邻近汽车以报告其存在。在高流量区中，此可造成信标消息冲突。
不过，这些GPS网络具有一明显的缺点。在高流动性车辆环境中，GPS信息很快变得过时。为了实施GPS位置路由而在车辆之间交换不断变化的GPS信息会引起太多的协议开销及无线带宽浪费。因此，此种GPS位置路由技术无法获得最低的通信延迟或持续不变的多次跳跃通量。
因此，需要创建一种能够达到严格的VSC性能要求、同时达到最低通信延迟或持续不变的多次跳跃通量而无需过大带宽及很高的协议开销的特定网络。
发明内容
本发明的一个目的是通过将多个移动装置划归成一管理群组(例如局部对等群组(“LPG”))来形成移动装置对移动装置通信的适当通信边界，以协调及中继消息传输并控制消息传播的范围及方向。
另外，本发明的一个目的是提供一种用于建立局部对等群组的简单协议、及一种用于在各节点-群组内及群组间两种节点-之间传输数据的协议。
此外，本发明的一个目的是提供一种有序网络，其中所述网络中的至少某些成员知道其在网络中相对于网络中其他成员所处的位置。
因此，通过本发明提供一种用于在多个移动无线装置之间建立并保持特定网络的方法。所述方法包括作为第一等效单元首领(ECH)来操作所述多个移动无线装置中的第一装置的步骤。第一ECH建立第一等效单元(EC)。第一EC是集中于第一ECH的无线电覆盖范围的区域内而形成，且其尺寸占据所述区域的一部分。所述EC由所述ECH管理。
另外，还提供自第一ECH广播ECH信息(ECH_HELLO)消息的步骤。所述ECH_HELLO消息通告所述多个无线移动装置中的所述一个装置为所述第一ECH。所述ECH_HELLO消息广播是以随机确定的固定时间间隔进行，以使每一ECH均具有不同于其他ECH的时间间隔。
其他步骤实现如下作业：由所述第一无线装置自作为至少一第二ECH运行的至少一第二移动无线装置接收至少第二ECH_HELLO消息广播，如果所述第二ECH为所接收到的唯一的其他ECH_HELLO消息或者如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于非链接式ECH节点，则在所述第一与第二ECH节点之间创立链接式等效小区网络。但如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELL0消息属于一统一的链接式ECH节点链，则所述第一装置作为所述链接式等效小区网络中的正常节点来运行。所述正常节点为所述链接式等效小区网络的一部分，但与ECH相比具有有限的通信特权。
此外，还提供检测属于所述等效小区网络的ECH的流动性并根据预定推选标准推选新的ECH的步骤。所述ECH推选是通过选择性地将正常节点提升为ECH来实施的。所述正常节点是根据其相对于由受到流动性检测的ECH管理的等效小区的位置来选择的。流动性包括：新ECH加入所述EC网络、链接式ECH离开所述EC网络，及链接式ECH移入由同一EC网络的另一ECH所管理的EC中。
还提供一种用于在多个移动无线装置之间建立移动特定网络的系统。所述系统包括用于使所述多个移动无线装置中的第一装置用作第一等效小区首领(ECH)的构件。所示第一ECH创建第一等效小区(EC)。第一EC是集中于第一ECH的无线电覆盖范围的一区域内而形成，且其尺寸占据所述区域的一部分。所述EC由所述ECH管控。
另外，还提供用于自所述第一ECH广播ECH信息(ECH_HELLO)消息的构件。所述ECH_HELLO消息通告所述多个移动无线装置中的所述一个装置为所述第一ECH。所述ECH_HELLO消息广播是以随机确定的固定时间间隔进行，以使每一ECH均具有一不同于其他ECH节点的时间间隔。
其他构件实现如下作业：用于由所述第一无线装置自作为至少一第二ECH运行的至少一第二移动无线装置接收至少第二ECH_HELLO消息广播，如果所述第二ECH为所接收到的唯一的其他ECH_HELLO消息或者如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于非链接式ECH节点，则在所述第一与第二ECH节点之间创建链接式等效小区网络。但如果两个或两个以上所接收到的消息属于一统一的链接式ECH节点链，则所述第一装置作为所链接式等效小区网络中的正常节点来运行。所述正常节点为链接式等效小区网络的一部分，但与ECH相比具有有限的通信特权。
此外，还提供用于检测属于所述等效小区网络的ECH的流动性的构件及用于根据预定推选标准推选新的ECH的构件。
附图说明
阅读下文说明、随附权利要求书及附图，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面及优点，在图式中：
图1图解说明根据本发明的特定移动网络；
图2图解说明根据本发明由两个非链接式等效小区首领对特定网络进行初始化；
图3图解说明根据本发明其中非链接式等效小区首领碰到链接式等效小区网络的第一案例；
图4图解说明根据本发明其中非链接式等效小区首领碰到链接式等效小区网络的第二案例；
图5图解说明根据本发明其中非链接式等效小区首领碰到现有链接式等效小区网络的第三案例；
图6为显示根据本发明一实施例用于实施主动流动性检测的步骤的流程图；
图7为图6所示主动流动性检测流程图的接续；及
图8图解说明根据本发明一实施例用于创建并维护特定网络的系统的方块图。
具体实施方式
根据本发明，将节点或移动装置组织成易管理的群组。使用这些群组来协调节点之间的数据传输。所述群组是根据邻近节点的相对位置来建立的。此种分组或局部对等群组(“LPG”)是根据本发明在单个LPG内以及在LPG之间进行选路并在所述特定网络中组织传输以支持无线通信(包括但不限于车辆安全及信息应用)的基础。
LPG的目的是在邻近节点之间构建协调度。这些邻近节点是具有无线通信功能的移动装置。移动装置的实施例包括带有安装在车辆上或单独带进车辆中的关联通信装置的车辆及带有通信装置的行人。较佳实施例为带有固有通信装置的移动车辆。不过，作为本发明的一部分，也可使用包括蜂窝式电话、PDA、膝上型计算机等其他通信装置，唯一的要求是所述通信装置支持为使所揭示的实施例正确运行所需的无线通信协议。
存在两种类型的协调度。第一类型为直接毗邻的各移动装置的紧密协调，其用于在支持接近即时的消息接发时所使用的LPG内通信。例如，将使用LPG消息接发来实施对紧急路障警告或另一类型的紧急或安全消息的发送。这些消息通常需要100毫秒的延迟。
第二类型为对邻近的移动装置的松散协调。此类型的协调用来支持各链接式或互连式LPG之间的LPG间通信。例如，LPG间通信可用于车道认识应用并用于扩展驾驶员的视野。
LPG由直接毗邻的多个节点动态形成。具体而言，第一节点传输无线电信号，第一节点范围内的其他节点具有接收无线电信号的能力。由于LPG是根据无线电覆盖范围形成的，因此LPG中的节点可通过单次跳跃或多次跳跃来彼此通信而无需任何固定的基础设施。
术语表
在进一步继续说明之前，需要对本揭示内容通篇常用的几个主要术语进行定义。
术语‘等效单元’(亦称作EC)是指无线电覆盖区的一部分。EC形成等效小区网络的基本组织结构。
术语‘等效小区首领’(亦称作ECH)是指界定、维护并管理等效单元的节点。ECH可为非链接式或链接式。在链接式EC网络中，成员ECH节点提供网络内通信主干线；网络内的所有消息均由一个ECH广播至另一ECH，直至消息到达其目的地为止。
术语‘正常节点’是指链接式EC网络的成员节点；正常节点在网络内具有有限的通信特权。在某些环境下，正常节点可成为ECH。正常节点与ECH之间的区别完全在于功能上。在结构上，这两种节点类型完全相同，但某些功能在特定时间既可现用也可不现用，此视其当时的节点类型而定。
术语‘链接式’是指两个或两个以上ECH通过单次无线电跳跃或多次无线电跳跃来彼此进行无线通信。链接式ECH(或链接式EC)网络可包含与处于单次无线电跳跃通信范围内的ECH节点相关联的正常节点。
术语‘非链接式’是指一ECH不与任何其他ECH进行无线通信。非链接式ECH为其自身网络的唯一成员ECH且不具有任何相关联的正常节点。
术语‘链接度k’是指将通过k次无线电跳跃将两个ECH链接在一起。例如，如果ECH A与ECH B直接链接，则链接度为1(即k＝1)。但是，如果ECH A与ECH B可彼此检测，且ECH B与ECH C可彼此检测，但ECH A与ECH C不能彼此检测；则ECH A与ECH C之间的链接度为2(即k＝2)。
术语‘各异的ECH节点’是指不是同一等效小区网络的成员的ECH节点。各异的ECH节点可为非链接式ECH节点，或者其可为链接式ECH节点，但属于不同的等效小区网络。
术语‘流动性’是指ECH相对于链接式EC网络的移动。更具体而言，流动性是指ECH移入链接式EC网络、移出其作为成员的链接式EC网络、或自一个EC移入由另一ECH所管理的另一EC。
形成链接式EC网络
参见图1，本发明提供一种动态并自我组织的局部对等群组、或链接式等效小区网络100。链接式等效小区网络(L_EC)100的基本构造块是以等效小区首领(ECH)104a为中心的等效小区(EC)102a。多个EC 102a、102b、102c以无线方式链接在一起而形成L_EC 100。在下文中，EC 102a、102b及102c将集体由编号102来指代，且ECH节点104a、104b及104c将集体由编号104来指代。
ECH 104a为移动无线联网装置，例如PDA、膝上型计算机或安装在车辆上的计算装置。ECH 104a配备有无线电频率发射机/接收机，其具有自ECH 104向外朝四面八方延伸的无线电覆盖区108。如图1中所示，无线电覆盖区108明显大于所界定的EC 102a区。虽然图1显示无线电覆盖区108涵盖三个EC节点102a、102b及102c，但应注意，此仅为例示性的，而非旨在视为唯一的配置。具体而言，可确定任意数量的EC 102来占据所界定的无线电覆盖区。但是，为了简化对本发明的说明，ECH节点的无线电覆盖范围108在下文中涵盖三个EC节点102。
ECH节点104提供L-EC 100的联网主干线。具体而言，所有EC间通信以及对控制数据的任何传输均由ECH节点104来实施。另外，ECH 104a管理其所指配到的EC 102a的工作参数。此类工作参数包括跟踪成员-即位于ECH节点104b的EC 102b中的正常节点106、维护与EC节点104b进行通信的其他ECH节点104a、104c的列表、及其在L_EC 100内的相对位置。正常节点106为位于EC 102内的移动无线网络装置。任何移动无线装置均可作为ECH 104或作为正常节点106来运行。
参见图2，下文中将提供对特定网络的初始化及集成的说明。节点202或移动无线装置在开始时作为ECH运行并建立由其作为唯一成员的非链接式EC 204。当ECH 202从第二ECH 206中检测到广播时，ECH 202以向第二ECH 206提供身份信息的ECH_HELLO消息作出响应。如果ECH 206是所检测到的唯一其他ECH，则结果得到包括ECH 202及ECH 206的链接式EC 210。因此，这两个ECH 202及206已形成一涵盖EC 204及EC 208的网络、或以扩展一先前所建立的网络。此外，检测到两个或两个以上非链接式ECH节点的非链接式ECH将与所述两个或两个以上非链接式ECH节点形成一网络，并创建包括所有检测到的ECH节点的链接式EC。
当其他非链接式ECH节点碰到链接式EC 210时，其作为另一链接式ECH或正常节点并入到正在增大的链接式EC中。具体而言，检测到两个彼此链接的ECH节点的非链接式ECH节点成为正常节点。例如，在图3中，非链接式ECH 302a将成为正常节点302b。作为正常节点，这些移动无线装置可在整个L_EC 100内传输及接收消息。不过，所有消息均是通过ECH节点202及206、而不是直接从正常节点到正常节点进行路由。由此会节约带宽。
或者，如图4中所示，非链接式ECH节点402a-其仅可检测一个其他ECH 202(不管是否为L_EC的一部分)-将链接至所检测到的ECH 202并扩展链接式EC 404的长度，从而成为链接式ECH 402b。
如果正常节点只检测到一个ECH，则该正常节点变为ECH，并随后链接至该所检测到的ECH而形成链接式EC网络。另外，如果正常节点或非链接式ECH检测到自身为“链接器”，则该节点将成为链接式ECH。
链接器为一检测到不止一个各异的ECH且其中所检测到的ECH节点不是同一EC网络的成员的节点(正常节点或ECH)。这些各异的ECH节点可为非链接式ECH节点、属于不同网络的链接式ECH或二者的组合。
当正常节点检测到自身为链接器时，该正常节点就成为新的ECH并与所述不止一个各异的ECH连接形成一个更大的网络。正常节点通过接收ECH节点的作为其链接式EC网络成员的ECH节点的列表(本文中称作LECH列表)来检测ECH节点是否为网络的一部分。LECH列表包含于ECH消息中。正常节点将通过比较所述不止一个各异的ECH节点中每一者的LECH列表来确定其是否为“链接器”。
各异的ECH节点所广播的ECH消息将不在其列表之间共享任何ECH节点，即不会有ECH将同时存在于两个列表上。非链接式ECH节点的LECH列表只包含对其自身的提及，因为其为其网络中的唯一ECH。例如在图5中，非链接式ECH 500可分别自三个链接式ECH 501-503接收ECH_HELLO消息。ECH 501链接至ECH 506而形成链接式EC 505，ECH 502链接至ECH 507而形成链接式EC 510，且ECH 503链接至ECH508而形成链接式EC 515。一旦接收到这三个ECH_HELLO消息，非链接式ECH 500将确定是否有任一ECH共同列示于两个或两个以上ECH列表中。在此种情况下，这三个链接式ECH列表没有任何重叠成员，因此非链接式ECH 500将确定其为“链接器”节点并将所有三个分立且各异的链接式EC 505、510及515链接在一起而形成一个链接式网络520。正常节点将实施类似的评估来确定其是否为“链接器”节点。
链接式EC是通过在ECH_HELLO消息中所传输的控制消息来保持。每一ECH均以预定时间间隔来传输ECH_HELLO消息。正常节点只接收ECH_HELLO消息而不作出响应。正常节点或链接式ECH节点接收不到任何ECH_HELLO消息会导致该节点成为非链接式ECH。
较佳地，ECH_HELLO消息包含发出消息的源的ID、标识所述源所发送当前消息的编号的序列号、所述源可沿L_EC的第一通信路径看到的第一ECH节点列表(LECH列表)、及对应于L_EC的第二路径的第二LECH列表。可提供其他LECH列表，其中每一LECH列表均包含沿以源ECH为中心的L_EC的一个分支或通信路径所碰到的所有ECH节点的ECH ID。此外，ECH_HELLO消息也可包括超时值，其将在接收到当前ECH_HELLO消息与下一ECH_HELLO消息之间所经过的最大时间周期通知其他ECH节点及正常节点，从而提供一种用于判定特定ECH是否仍存在于链接式EC网络中的途径。
每一L_EC均通过LPG_ID来加以区分。一链接式ECH节点群组形成一L_EC，其然后被指配到一LPG_ID。L_EC中的链接式ECH的数量可根据操作性能或环境条件考虑因素(例如网络中移动装置(即节点)的总数或分布)来灵活界定。通过ECH_HELLO消息，将LPG_ID分发给各成员ECH节点及正常节点。以此方式，使正常节点知道其当前属于哪个L_EC。
LPG_ID是将其指配到的特定L_EC的唯一标识符。因此，LPG_ID可根据特定L_EC的唯一属性(例如成员ECH节点的ID组合或某种其他区分信息)来创建。或者，LPG_ID可为随机产生的代码。在这种情况下，形成代码的位或字符的数量决定LPG_ID的唯一性；较长代码长度的随机重复的可能性小于较短的代码长度。
流动性检测及ECH推选
本文中所定义的流动性检测是指对ECH移入及移出链接式EC以及移入另一EC的检测。虽然正常节点的移动不影响链接式EC网络的运行，但ECH节点的移动可导致链接式EC网络的运行效率低下或崩溃。流动性可使各ECH节点具有重叠的EC，此会因消息过于接近地重新广播而导致在网络该区域中的数据传输效率低下，从而需要更多的时间来传播过网络的一给定长度。或者，流动性也可具有相反的效应：其中ECH节点的移动导致在两个ECH节点的无线电覆盖范围之间形成间隙，从而因消息无法传播过该间隙而实质上导致链接式EC网络在该点处崩溃。
为了对链接式EC网络中的流动性进行修正，需要进行流动性检测。流动性检测可被动实施也可主动实施。被动流动性检测方法使用ECH_HELLO消息来检测节点的流动性。具体而言，所述方法需要在经过一预设的时间后，任何周围的ECH或正常节点才能够检测到ECH的离开。
每一ECH均根据其自身的定时器运行，每一ECH每T秒发送一次其ECH_HELLO消息。在周期T期间，每一ECH(以及正常节点)均从其邻近ECH节点收集ECH_HELLO消息。根据所收集到的消息，其将对其LECH列表进行更新并输出ECH_HELLO消息。为了保持更新的ECH节点列表，ECH节点将在一其中未自一ECH接收到任何ECH_HELLO消息的预定时间周期到期后自动从ECH列表中除去该ECH。所述到期时间或预定时间周期必须大于T，例如3T。此检测的速度完全取决于ECH_HELLO周期T。一旦自ECH接收到ECH_HELLO消息，便使定时器复位或重新启动。使用定时器来跟踪ECH列表中所有ECH的ECH_HELLO消息。
不过，仅在预定时间周期到期后对所述列表进行更新，即移除不再存在于链接式EC网络中的旧的ECH。存在ECH已移出广播范围、但仍列在ECH列表中的可能。此种被动方法可导致正在转发的消息的中断，并影响L_EC网络的性能。因此，可使用一种主动流动性检测方法来提供更快的ECH流动性检测及分辨。
在主动流动性检测中，将一种新的控制消息M_DETECT与ECH_HELLO消息结合使用。由此，可在更少的时间(即少于T)中检测流动性。M_DETECT消息包括发送者的ID及被怀疑存在流动性的ECH(mECH)-即已移离其原始位置或完全离开链接式EC网络的ECH-的ID。M_DETECT消息由已接收到意外ECH_HELLO消息的ECH发送。M_DETECT消息指向发送者单次跳跃范围内的ECH节点及正常节点二者且与进行发送的ECH或mECH相关联。
图6图解说明主动流动性检测方法的流程图。所述方法始于正常节点(RNa)在步骤601处接收到M_DETECT消息时。
一旦接收到所述消息，正常节点便在步骤603处开始参与ECH推选。正常节点的ECH推选过程中的第一步骤是在步骤603中将一定时器(推选随机定时器)设定至-随机值(例如范围从0到k，其中k小于T HELLO周期)。将推选随机定时器设定至一随机周期以避免引发多次推选。如果推选随机定时器在步骤605处到期，则正常节点在步骤611中广播ELETION_QUERY消息，并在步骤613处设定第二定时器或保持定时器(例如4/T)。然后，正常节点在步骤615处等待自附近的ECH节点接收呈ELECTION_REPLY消息形式的响应。附近节点是处于单次跳跃广播距离内(即无需中继)的ECH。具有仍在运行的推选随机定时器的其他正常节点一旦接收到ELECTION_QUERY消息，便立即停止其推选随机定时器并仍保持作为正常节点。
同时，当ECH接收到ELECTION_QUERY时，ECH设定随机定时器，例如一回复随机定时器(例如范围从0到h，其中h约为4/T)。当回复随机定时器消逝的同时，ECH收听来自其他ECH节点的ELECTION_REPLY消息。一旦回复随机定时器到期，ECH即刻创建并广播其自身的ELECTION_REPLY消息，所述ELECTION_REPLY消息包含发送者ID、询问源ID及通过在回复随机定时器消逝期间接收ELECTION_REPLY消息而检测到的所有ECH节点的ID。
将对保持定时器进行监控以确定其何时到期。一旦保持定时器在步骤617处到期，正常节点便收集ECH所广播的ELECTION_REPLY消息并在步骤619中对链路状态进行分析以判定所述正常节点是否应成为ECH。如果在步骤621中判定作出响应的ECH节点以至少为2的链接度串列链接，则该过程进行至步骤609，其中所述正常节点仍保持为一正常节点。如果在步骤623中判定作出响应的ECH节点只形成一个链接度为1的链路，则该过程进行至步骤625，其中所述正常节点判定其先前是否已广播了一ELECTION_RE_QUERY消息。所述ELECTION_RE_QUERY消息包括发送者的ID及在先前询问中所检测到的所有ECH节点的ID。
如果所述正常节点先前已发送过ELECTION_RE_QUERY消息，则该过程进行至步骤609且所述正常节点仍保持为正常节点。但是，如果所述正常节点先前未发送过ELECTION_RE_QUERY消息，则所述正常节点在步骤629处发送ELECTION_RE_QUERY消息，因为所述节点无法根据所收集的当前信息来作出决定。在所述正常节点广播ELECTION_RE_QUERY消息后，该过程进行至步骤613。
但是，如果步骤623的条件得不到满足，则所述正常节点在步骤627中宣布其自身为ECH，并广播一包含发送者ID(设定成一新ECH ID)及旧ECH ID的FRESH消息。由此，通知FRESH消息的接收者旧ECH ID已由新ECH ID取代，且因此FRESH消息的每一接收者均相应地更新其当前LECH列表。
在其中RNa在步骤629中广播ELECTION_RE_QUERY消息的情况下，图7图解说明响应于所广播的消息而执行的程序。在步骤701中，常规节点(RNb)接收RNa所广播的ELECTION_RE_QUERY消息。在RNb附近可有多个正常节点在实施此步骤以及下文所述的后续步骤。RNb在步骤703中评估在ELECTION_RE_QUERY消息中所列ECH节点的可见性。进行至步骤705，如果RNb未看到任何所列ECH节点，则RNb进行至步骤707，在该步骤中设定推选随机定时器。在为所述推选随机定时器所设定的时间间隔期间，如步骤709中所示，RNb等待接收由新推选的ECH节点所广播的ELECTION_REPLY消息。如果在步骤711中，推选随机定时器在RNb接收到ELECTION_REPLY消息之前到期，则RNb在步骤713中宣布其自身为一ECH。新ECH在步骤715中发送ELETION_REPLY消息。但是，如果在步骤709处，在RNb的推选随机定时器到期之前接收到一ELECTION_REPLY消息，则RNa仍保持为正常节点。重新参见步骤705，如果RNb可看到ELECTION_RE_QUERY中所列的至少一个ECH，则RNb仍保持为正常节点。
在正常节点成为ECH后，所述节点将通过广播FRESH消息来通知链接式EC网络中的其他ECH节点其状态的变化。此消息迅速使进行接收的ECH节点更新其原本会因移动而过时的LECH列表。如果旧ECH接收到FRESH消息，则旧ECH将自动降为正常节点。
在较佳实施例中，同时使用被动及主动流动性检测二者，但也可单独地使用这两种检测方法中的任何一种。
各定时器(例如推选随机定时器、保持定时器及ECH_HELLO消息定时器)的值是随机预定的，然而，所选择的随机时间经选择以虑及每一功能的工作性能及对运行的延迟要求。然而，推选随机定时器及保持定时器具有较佳远小于1T小的值，其中T等于ECH_HELLO周期。因此，ECH推选操作在1T以内对ECH流动性作出响应。
链接式EC网络合并及分离
当不止一个链接式EC网络彼此紧密接近时，链接式EC网络可彼此合并。然而，并不是整个链接式EC网络“合并”至另一个链接式EC网络中，而是最近的ECH节点链接在一起。具体而言，当其靠拢移动时，ECH节点将交换EC_HELLO消息。通过交换ECH_HELLO消息，ECH节点将获得关于彼此的链接式EC网络的信息，例如链接式EC网络ID(LPG_ID)、成员ECH节点的身份、正常节点、及LPG中的ECH节点数量。
如果合并的链接式EC网络的组合尺寸小于(或等于)预定最大LPG尺寸，则合并的链接式EC网络将形成一个更大的链接式EC网络。最近的ECH节点变成彼此链接，从而有效地由所有相组合的ECH创建一个网络。然而，如果合并的链接式EC网络的组合尺寸大于预定的最大LPG尺寸，则合并的链接式EC网络将形成两个新的链接式EC网络，其在尺寸及成员ECH节点方面可不同于原始的相合并的链接式EC网络。可合并任意数量的链接式EC网络，其限制条件为ECH节点的总数不超过预定的最大LPG尺寸。
如果超过预定的最大LPG尺寸，则可将一链接式EC网络分成两个新的链接式EC网络。然而，此种链接式EC网络分离相对罕见；大多数时候，一链接式EC网络包含小于预定最大LPG尺寸的ECH节点数量。如果一链接式EC网络包含大于预定最大LPG尺寸的ECH节点数量，则将其分成两个其各自尺寸小于所述最大LPG尺寸的链接式EC网络。
ECH可从其LECH列表中获得其链接式EC网络的当前尺寸：LECH列表中的每一表项均包括ECH_ID及对应的LPG_ID。如果ECH检测到其LPG尺寸大于预定最大LPG尺寸，则其将通过发出一包括新LPG_ID及新的一组反映新LPG_ID的ECH节点成员关系的LECH列表来引发分离过程。一旦接收到此消息，新的一组LECH列表中所列的ECH节点便以新的LPG_ID来更新其LPG_ID。
较佳地，考虑到工作性能、无线数据流量性能及车道环境(例如车道上的车辆总数或分布)来界定链接式EC网络中的最大ECH节点数量并在运行期间灵活地对其进行控制。例如，较小数量的ECH节点通常会降低无线带宽上的负载并以无线带宽利用不足为代价来产生较佳的性能(就延迟较低而言)。相反，增加ECH节点的数量往往会增大负载且更适合于最佳努力应用。
ECH的LECH列表中各ECH节点的相对位置与其他ECH节点的相对位置一致。因此，假如LECH列表的大小足够长(～2*链接式EC网络中的最大ECH节点数量)，则根据所述LECH列表，每一ECH均知道哪个ECH为特定链接式EC网络中开头的一个及结尾的一个ECH。同样，在链接式EC网络分离的情况下，ECH节点可预料哪个ECH应引发链接式EC网络分离。例如，可预先安排位于最大数加1处的ECH引发链接式EC网络分离。
换句话说，每一ECH均知道LECH列表中的ECH节点数量及其自身在LECH列表中的位置。因此，当需要分离(例如超过预定的最大尺寸)时，可使用某一预定政策来选择分离位置。在第一种情况下，分离可在LECH列表的中点附近进行。分离将由位于中点附近的两个ECH节点启动(因为每一节点均知道其在列表中的位置)以启动分离过程。在另一种情况下，分离是在最大尺寸加1位置处进行。因此，分离是由位于最大尺寸位置及最大尺寸加1位置处的两个ECH节点启动。在分离后，这两个新形成的链接式EC网络通过位于这两个结果链接式EC网络之间边界处的ECH节点彼此通信。
参见图8，上述协议由计算装置800实施，计算装置800具有广播构件802，例如无线发射机，以用来在无线电覆盖范围内在各节点之间提供无线通信。另外，控制构件804(例如微控制器、微处理器等等)经配置以通过广播构件802自其他节点接收信号并通过广播构件802将信号传输至其他节点。控制构件804还通过将上述协议作为处理器可执行指令加以执行来提供运行控制。存储构件802设置于计算装置800中并与控制构件804进行运行通信。存储装置806可为存储器模块、可移动式媒体、多个存储装置的组合等等，且其尺寸适于存储为实施所述各实施例的协议所需的处理器可执行指令。此外，以一单独组件的形式或通过控制构件804的功能来提供定时构件808。定时构件808为在所述各实施例中所提及的每一定时器提供所需的时间间隔跟踪。加电构件810(例如电源)电连接至计算装置800的所有组件，以视需要为所述组件提供运行功率。
用于实施所述各实施例的处理器可执行指令可以诸如EPROM、闪速存储器或其他此类非易失性存储器的形式嵌入于存储构件806中。另外，处理器可执行指令可存储于例如光或磁媒体等计算机可读媒体上，或者可通过网络(例如因特网)下载。较佳地，处理器可执行指令可由用户视需要周期性地进行更新，以对系统进行额外的增强(在其可用时)。
所述本发明各实施例旨在为例示性而非限制性的，且并非旨在代表本发明的所有实施例。可在不背离在下文权利要求书中以字面形式及以法律上认可的等效形式所规定的本发明精神及范围的前提下作出各种修改及变化。

Claims (22)

1.一种用于在多个移动无线装置之间建立并保持一移动特定网络的方法，所述方法包括：
使所述多个移动无线装置中的一第一装置作为一第一等效小区首领(ECH)来运行，所述ECH具有一无线电覆盖范围；
为所述第一ECH建立一第一等效小区(EC)，所述第一EC集中于所述第一ECH的一无线电覆盖范围的一区域内形成且其尺寸适于占据所述区域的一部分，所述EC由所述ECH管理；
自所述第一ECH广播ECH信息(ECH_HELLO)消息，所述ECH_HELLO消息通告所述多个移动无线装置中的所述一个装置为所述第一ECH，所述ECH_HELLO消息广播以随机确定的固定时间间隔进行；
所述第一无线装置接收自作为至少一第二ECH运行的至少一第二移动无线装置所广播的至少第二ECH_HELLO消息；
如果所述第二ECH为所接收到的唯一的其他ECH_HELLO消息或者如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于非链接式ECH，则在所述第一与第二ECH之间创建一链接式等效小区网络；及
如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于一统一的链接式ECH链，则使所述第一装置作为所述链接式等效小区网络中的正常节点来运行，所述正常节点为所述链接式等效小区网络的一部分，且所述正常节点与一ECH相比具有有限的通信特权。
2.如权利要求1所述的方法，其中当所述正常节点只接收到一个ECH_HELLO消息时，所述正常节点成为一新的ECH，所述新的ECH与传输所述所接收到的ECH_HELLO消息的一ECH相链接，且其中当所述正常节点从一非链接式ECH接收到至少一个ECH_HELLO消息时，所述正常节点成为一新的ECH。
3.如权利要求1所述的方法，其中当所述正常节点自属于不同网络的至少两个不同的ECH节点接收到至少两个ECH_HELLO消息时，所述正常节点成为新的ECH，所述新的ECH将属于不同EC网络的所述至少两个不同的ECH节点链接在一起而形成一个统一的网络。
4.如权利要求1所述的方法，其中一ECH在所述ECH与其他ECH之间并在来自属于所述链接式EC网络的不同等效小区的各正常节点之间提供一通信链路。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述无线电覆盖范围的所述区域除所述集中的等效小区外还包括多个其他等效小区，每一EC均由一唯一的ECH管理。
6.如权利要求5所述的方法，其中每一链接式ECH均知道其自身相对于所述链接式EC网络中其他ECH节点的一相对位置，所述相对位置是根据进行通信的ECH节点的至少一个列表来确定，所述至少一个ECH节点列表中的每一列表均指示沿所述链接式小区网络的一个通信路径的一ECH节点顺序。
7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括如下步骤：检测属于所述等效小区网络的一ECH的流动性，并根据一预定推选标准来推选一新的ECH。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述ECH推选是通过选择性地将一正常节点提升为一ECH来实施，所述正常节点是根据所述正常节点相对于由所述所检测的ECH管理的所述等效小区的一位置来选择。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述流动性包括：一新ECH加入所述EC网络，一链接式ECH离开所述EC网络，及一链接式ECH进入由同一EC网络的另一ECH所管理的一EC中。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述多个移动无线装置中的至少一个装置安装或嵌入于一车辆中。
11.一种用于在多个移动无线装置之间建立一移动特定网络的系统，所述系统包括：
运行构件，其用于使所述多个移动无线装置中的一第一装置作为一第一等效小区首领(ECH)运行，所述ECH具有一无线电覆盖范围；
广播构件，其用于自所述第一ECH广播ECH信息(ECH_HELLO)消息，所述ECH_HELLO消息通告所述多个移动无线装置中的所述一个装置为所述第一ECH，所述ECH_HELLO消息广播以随机确定的固定时间间隔进行；
建立构件，其用于为所述第一ECH建立一第一等效小区(EC)，所述第一EC集中于所述第一ECH的一无线电覆盖范围的一区域内形成，且其尺寸适于占据所述区域的一部分，所述EC由所述ECH管理；
接收构件，其用于由所述第一无线装置接收自作为至少一第二ECH运行的至少一第二移动无线装置所广播的至少第二ECH_HELLO消息；
创建构件，其用于如果所述第二ECH为所接收到的唯一其他ECH_HELLO消息或者如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于非链接式ECH节点，则在所述第一与第二ECH节点之间创建链接式等效小区网络；及
运行构件，其用于如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于一统一的链接式ECH节点链，则使所述第一装置作为所述链接式等效小区网络中的一正常节点来运行，所述正常节点为所述链接式等效小区网络的一部分，且所述正常节点与一ECH相比具有有限的通信特权。
12.如权利要求11所述的系统，其中当所述正常节点只接收到一个ECH_HELLO消息时，所述正常节点成为一新的ECH，所述新的ECH与传输所述所接收到的ECH_HELLO消息的一ECH相链接，且其中当所述正常节点自一非链接式ECH接收到至少一个ECH_HELLO消息时，所述正常节点成为一新的ECH。
13.如权利要求11所述的系统，其中当所述正常节点自属于不同网络的至少两个不同的链接式ECH节点接收到至少两个ECH_HELLO消息时，所述正常节点成为一新的ECH，所述新的ECH将属于不同网络的所述至少两个不同的链接式ECH节点链接在一起而形成一个统一的网络。
14.如权利要求11所述的系统，其中每一ECH均在彼此之间并在来自属于所述链接式等效小区网络的不同等效小区的各正常节点之间提供一通信链路。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述无线电覆盖范围的所述区域除所述集中的等效小区外还包括多个其他等效小区，每一等效小区均由一唯一的ECH管理并形成一链接式等效小区网络。
16.如权利要求11所述的系统，其中一ECH知道由所述ECH管理的一等效小区的一相对位置，所述相对位置是根据进行通信的ECH的至少一个列表来确定，所述至少一个ECH列表中的每一列表均指示沿所述链接式等效小区网络的一个通信路径进行通信的ECH。
17.如权利要求11所述的系统，其进一步包括用于检测属于所述等效小区网络的一ECH的流动性的构件及用于根据一预定推选标准来推选一新的ECH的构件。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述ECH推选是通过选择性地将一正常节点提升为一ECH来实施，所述正常节点是根据所述正常节点相对于由所述所检测的ECH所管理的所述等效小区的一位置来选择。
19.如权利要求11所述的系统，其中所述多个移动无线装置中的至少一个装置安装或嵌入于一移动车辆中。
20.一种具有一组指令的计算机可读媒体，所述一组指令可由一处理器执行以实施一种用于在多个移动无线装置之间建立一移动特定网络的方法，所述方法包括：
使所述多个移动无线装置中的一第一装置作为一第一等效小区首领(ECH)来运行，所述ECH具有一无线电覆盖范围；
为所述第一ECH建立一第一等效小区(EC)，所述第一EC集中于所述第一ECH的一无线电覆盖范围的一区域内形成，且其尺寸适于占据所述区域的一部分，所述EC由所述ECH管理；
自所述第一ECH广播ECH信息(ECH_HELLO)消息，所述ECH_HELLO消息通告所述多个移动无线装置中的所述一个装置为所述第一ECH，所述ECH_HELLO消息广播以随机确定的固定时间间隔进行；
由所述第一无线装接收自作为至少一第二ECH运行的至少一第二移动无线装置所广播的至少第二ECH_HELLO消息；
如果所述第二ECH为所接收到的唯一其他ECH_HELLO消息或者如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于非链接式ECH节点，则在所述第一与第二ECH节点之间创建链接式等效小区网络；及
如果两个或两个以上所接收到的ECH_HELLO消息属于一统一的链接式ECH节点链，则使所述第一装置作为所述链接式等效小区网络中的一正常节点来运行，所述正常节点为所述链接式等效小区网络的一部分，且所述正常节点与一ECH相比具有有限的通信特权。
21.如权利要求20所述的计算机可读媒体，其中所述方法进一步包括如下步骤：
检测属于所述等效小区网络的一ECH的流动性；及
根据一预定推选标准来推选一新的ECH，所述ECH推选是通过选择性地将一正常节点提升为一ECH来实施，所述正常节点是根据所述正常节点相对于由所述所检测的ECH所管理的所述等效小区的一位置来选择。
22.如权利要求20所述的计算机可读媒体，其中所述计算机可读媒体为一网络且所述指令为可通过所述网络传输的信号。
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