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CN1926835B - 在无线多跳自组织网络中用于地址解析映射的方法、通信装置和系统 - Google Patents

在无线多跳自组织网络中用于地址解析映射的方法、通信装置和系统 Download PDF

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CN1926835B
CN1926835B CN2004800426314A CN200480042631A CN1926835B CN 1926835 B CN1926835 B CN 1926835B CN 2004800426314 A CN2004800426314 A CN 2004800426314A CN 200480042631 A CN200480042631 A CN 200480042631A CN 1926835 B CN1926835 B CN 1926835B
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Abstract

本发明提供了一种在无线多跳通信网络中用于地址解析映射的方法，其中，该网络由客户端装置和/或基础设施装置组建，网络业务是基于使用ARP转发和转播定位在此类网络体系结构中的装置。本发明还包括用于此类网络的装置，并且描述了完整的通信系统。

Description

在无线多跳自组织网络中用于地址解析映射的方法、通信装置和系统
发明领域
本发明涉及通信网络，特别是在自组织网络中的计算机网络，并且具体地说，涉及使用附加的地址解析协议(ARP)消息类型的基于分组的路由选择方案。
发明背景
移动用户之间的无线通信正随着装置和技术的发展而变得越来越普遍。基础设施延伸范围在电信系统和数据网络系统内不断扩展。今天，电信系统也在不断增加使用分组交换网络，并且趋势是明显向着此基于分组的路由选择的方案发展。在数据网络中已使用此系统许多年，因此，存在许多用于此目的的标准化路由选择协议。然而，对于例如像所谓的自组织网络等快速变化的网络拓扑图，它们并未作好准备。
无线自组织网络的特征在于它们不具有像普通有线网络基础设施一样的静态性质，基于自组织的网络没有集中控制，因此经常以自发的方式创建。它通过分散式概念维护控制。与标准固定网络体系结构相比，节点可以以不受控的方式连接或断开；节点可快速加入和离开，这形成了动态变化的网络拓扑。一些情况下，此类自组织网络由作为基础设施组件的用户/客户端装置本身形成。用户四处移动，进入和离开网络小区，从这方面而言，这些组件因而确实是移动的，因此，基础设施将四处移动并相应地动态变化。这是一种令人激动并有前途的构建基础设施的方式；然而，它对路由选择协议提出了极高的要求。
无线环境中的其它问题是由于将使网络流的性能和效率降级的无线电特定问题。可能存在由于基础设施节点的移动或无线电环境中对象的移动而引起的衰落问题，并且可能存在由于来自范围内其它无线电源的干扰而引起的问题。
这些种类的网络拓扑图已在军事环境中使用，但现在还正转移到民用领域。无线系统现在用于为例如住宅区或商业区中的无线宽带接入快速构建基础设施区域。它可用于暂时的基础设施组建，例如，在紧急情况下、在灾难地区中或在战场上用于军事用途。它还可用于在像例如音乐会、会议、集会或季节性旅游区等事件期间组建临时接入覆盖区。在这些种类的区域中，不必全年覆盖而只需要在特定时期期间覆盖，因此，在此类情况下固定基础设施组建会显得太昂贵。
今天，几个因特网服务提供商(ISP)在诸如机场、餐厅、咖啡馆和酒店等公共或半公共区域，使用固定无线基础设施系统提供无线接入。这些系统经常称为所谓的热点。
随着用户获得接入的需求增长，在考虑覆盖和带宽的情况下，一种扩展无线覆盖或带宽范围的方式是安装更多的基础设施组件，然而，通过普通的固定无线组件进行此扩展是昂贵的，因此，出现了使用无线路由器构建网络的想法。这种情况下，自组织路由选择协议可用于实现简化的安装过程。
在论述自组织网络时，基本上有两种网络使用；第一种使用是组建局域网而无任何提供到例如因特网等外部网络的接入的外部网关。此方案可在涉及灾难地区的安装或战场上的军事安装中找到。另一种可能更常见的使用是在一个或几个网关为网络提供到例如基于IP(因特网协议)的专用或公共网络(例如因特网)的外部连接时。在此类网络配置中，视例如数据业务类型、拥塞或路由选择成本而定，数据分组可采用不同的路由和/或使用不同的网关。
基于分组的路由选择方案经常围绕例如OSI参考模型等分层模型构建通信网络系统。通信软件或硬件划分为以分级方式工作的几个更小的子单元、层。信息和通信控制参数在本地上下传递，并在发送端与接收端之间的相同层之间传递。每个上述层按通信顺序负责不同的任务。对于路由选择而言，根据OSI参考模型的前三层最为重要。
第1层负责数据比特的物理传输；物理工具的示例例如可以为基于以太网的网络中的有线链路或无线局域网(WLAN)中的无线链路。
第2层经常称为链路层或MAC层并负责传送数据块、检错和网络资源协调。
第3层经常称为网络层；它负责实现网络中任何对节点之间的通信。此层例如可负责路由选择计算和某一拥塞控制。为此，已开发了取决于网络类型的不同路由选择协议。
基于IP的网络中的分组路由选择协议一般是基于路由选择算法，这些算法使用距离向量或链路状态信息为网络中的每对源节点和目的节点查找和维护路由。基本上，在距离向量路由选择算法中，每个路由器向其邻路由器广播到所有主机的距离，并且接收该信息的每个路由器计算到网络中每个主机的最短路由。在链路状态路由选择算法中，每个路由器向其邻路由器广播其每个相邻网络链路的状态信息，并且接收该信息的每个路由器维护从链路状态信息得到的网络完整图形的数据库，并基于数据库中的链路成本计算到每个主机的最短路由。这些路由选择算法设计用于相对静态的网络，并且因此新的路由选择算法必须设计用于其拓扑频繁变化的自组织网络。
基本上有两种类别的现有路由选择协议用于自组织网络。它们为“主动式”(表驱动)和“反应式”(按需)路由选择协议。具有这些协议的组合的协议也是可能的。
主动式路由选择协议不断并定期计算到自组织网络中所有主机的路由，并因此在需要发送分组到某个特殊目的主机时始终有路由可用。结果被保存在所有节点中的路由选择表中。
为维护到每个主机的路由，在路由器之间交换控制消息以通知网络配置和链路状态的变化。距离向量路由选择协议和链路状态路由选择协议均被归类为主动式协议。应注意的是，控制消息产生了开销并可能导致网络效率降低。此外，在网络拓扑频繁变化时，主动式协议可能难以维护有效的路由。
DSDV(目的地排序的距离向量路由选择)是一种基于距离向量算法、使路由选择信息协议(RIP)适应自组织网络的主动式路由选择协议。每个节点维护一个路由选择表，在该表中节点存储下一跳节点和到所有可达目的主机中每个主机的跳数。在DSDV中，每个节点定期或在它检测到网络拓扑的变化时广播或多播路由选择更新。增量更新只更新与自上一次更新后的变化有关的信息，增量更新还用于减少控制业务。
反应式协议只在有数据分组要发送时执行控制消息交换以查找/更新路由。源节点要发送数据分组时，它发起控制协议以通过发送路由请求消息到其邻节点来查找路由。根据此原理，反应式方案优点在于无分组要传送时不浪费网络资源。然而，第一次必须形成路由时发送分组要花费更长的时间。AODV和DSR是典型的反应式协议。
AODV(自组织按需距离向量路由选择)协议使用DSDV算法，并按需、即只在源节点要发送数据分组时创建/更新路由。这减少了为查找/更新路由所需的广播数。
在AODV中，每个节点维护一个检测到的邻节点列表。邻居列表通过以下三种方式之一进行更新：a)在从邻节点收到分组时，b)通过从邻节点接收本地通告、即问候消息，或者c)通过来自链路层的反馈。定期从每个节点广播问候消息到其邻节点以将其存在通知其邻节点。
在AODV中，每个节点维护一个关于所有目的地的路由选择表，节点代表其它节点与每个目的地进行通信或者将数据分组转发到每个目的地。对于每个目的地，在路由选择表中存在一个项目，它包含有关该目的地的信息，如IP地址、该目的节点的序号、到该目的地的跳数、到该目的地的下一跳节点及路由的寿命。
一个节点要与目的节点进行通信、即发送数据分组到目的地时，则源节点发起路由发现机制，在该机制中，源节点向所有检测到的邻节点广播路由请求(RREQ)。邻节点收到RREQ消息并在其路由选择表中具有关于到该目的地的足够新的路由的项目时，则它将路由回复(RREP)消息发回源节点。如果邻节点未找到关于该目的地的路由项目，则它将RREQ消息转发到其自己检测到的邻节点。目的节点收到RREQ时，它返回RREP消息到源节点。
在转发RREQ分组的进程中，每个中间节点记录收到的广播RREQ的第一副本所来自的邻节点的IP地址，由此建立反向路由。以后收到的相同RREQ消息的副本全部被丢弃。中间节点将关于目的地的项目添加到其路由选择表，在表中收到的RREP所来自的邻节点被记录为去往该目的地的下一跳节点。目的地序号和路由的寿命从RREP中复制并记录在该项目中。RREP消息最终返回源节点时，形成从源到目的地的前向路由。
在节点检测到路由由于路由上关联链路的故障而变得不可用时，它发送路由错误(RERR)消息到使用该路由的所有邻节点。发送RERR消息到其邻节点，并以此类推，直至RERR消息到达源节点。源节点然后可决定是停止发送数据分组还是发起新路由发现。
DSR(动态源路由选择)协议使用一种源路由选择机制，在该机制中，源节点按需确定沿路由的完整节点序列，并在分组报头中设置中间节点列表以指示路由的节点序列。这样，每个分组必须承载用于分组路由选择的开销。然而，中间节点无需维护任何有关路由的信息，并且它们可在输送数据分组时了解路由。
在DSR中，每个节点存储(高速缓冲)它已了解的路由。在源节点要发送数据分组到目的节点并且在高速缓冲存储器中无关于该目的地的项目，则它通过在其链路层上广播RREQ消息而发起路由发现机制。收到RREQ消息的每个节点将其IP地址附加到RREQ消息并然后再将其转发。进行此进程直至找到到目的地的路由或者另一节点可以提供到目的节点的路由。然后返回包含到目的节点的网络跳序列的路由回复(RREP)消息到源节点。
在DSR中，在一个节点检测到链路故障时(即分组已被重新传送最大次数时)，该节点将该链路从其路由高速缓冲存储器中删除，并发送路由错误(RERR)消息到自上次收到确认以来已使用该链路的每个节点。那些节点必须删除包括该链路的路由。来自源节点的数据分组的重新传输然后由诸如传输控制协议(TCP)等高层来处理。
TCP/IP协议的一个问题在于它只利用IP地址，并且在以太网或令牌环示例中的数据链路中，网络组件具有其自己的寻址方案，任何使用该数据链路的网络层必须符合该方案。例如，在以太网中，几个不同的网络层可同时合作，几个网络应用可使用相同的物理电缆。将以太网帧或分组从一个位置发送到另一位置时，它使用48比特的以太网地址确定分组的目的地和源。独特的48比特的以太网地址在所有以太网连网硬件中都有，并经常称为MAC地址(介质访问控制)。此48比特的地址可与IPv4(因特网协议版本4)中使用的32比特的IP地址相比较。地址解析提供了这两种不同形式的地址之间的映射方案。此映射由ARP(地址解析协议)完成。ARP提供以下机制，在称为ARP高速缓冲存储器的暂时存储器空间中将硬件MAC地址动态映射到IP地址。换而言之，ARP将IP地址转换成MAC地址。
ARP的基本操作如下：在IP层要与网络上的另一装置进行通信时，它检查ARP高速缓冲存储器(以了解是否存在以太网地址的匹配项)。如果在ARP高速缓冲存储器中无匹配项目，则发出ARP广播数据报，基本上内容为：“具有此IP地址的装置，回复您的以太网地址？”。(具有该IP地址的)接收站以如下ARP数据报响应，内容为：“这是我的IP地址，并且以下是我的以太网地址”。更新ARP高速缓冲存储器，并且将原始IP层信息传递到MAC层以作处理。
此方案对于固定线路网络效果良好，但在无线自组织和/或多跳网络中，不是所有网络单元可相互听到，这种情况下，标准ARP解决方案将不足以解决问题。为此，开发了一些不同的2.5层解决方案用于映射IP地址和MAC地址。
主要有两种不同的路由选择协议作为第2层与第3层之间的中介工作，即所谓的2.5层协议：
1.轻型底层网络(Lightweight Underlay Network，LUNAR)。ARP业务由转换底层网络(Translating Underlay Network，SelNet)捕获并改写成可扩展解析协议(eXtensible Resolution Protocol，XRP)，而不是利用纯ARP。XRP允许比标准ARP丰富得多的表达式集。为维护LUNAR中的路由，每隔两秒清除所有路由，并且重新进行路径发现过程。
2.第2层DSR(原版本)。在路由发现进程中，用于路由选择的分组类似于ARP，但记录沿途的所有节点地址。由于协议是源路由选择协议，因此，还将整个路由添加到数据分组的每个报头。此类地址的数量有限，并因而导致跳数有限。路由维护的操作是通过为传送的每个数据分组逐跳检测确认(ack.)。未获得确认时，重新传送该分组一定的次数，直至认为链路断开，并且搜索另一路由。
上述解决方案的问题可概括如下：
1.标准ARP只可用于无线网络中的本地对等通信。
2.在自组织路由选择协议中通常不再使用网络中的分组。
3.LUNAR协议限于网络小区中总数最多10-15个节点和最多3跳。为保存更新的映射表，它经常淹没网络，这导致附加的控制业务。此外，它利用外部附加的协议实现多跳功能。
4.第2层上的DSR限于某一跳数，这是因为所有网络地址存储在所有分组(数据分组和控制业务分组两者)中。此解决方案需要附加的资源，并且引入新的类似于ARP的协议。
相应地，上述解决方案在基于标准IP的网络中不会是透明的，并会从可用的网络资源和涉及的路由选择组件的计算能力两者中占用额外的资源。
发明内容
因此，本发明优选实施例的一个目的是纠正上述问题和缺陷中的至少一些。
这通过在ARP消息中引入新特性但不更改ARP消息结构而得以实现。这样，使用标准ARP功能的网络组件不会受此新ARP消息结构的影响。然而，使用根据本发明的ARP解决方案的网络组件将能够利用有效的ARP映射。
在本发明的一个优选实施例中，为无线多跳数据通信网络提供一种用于“地址解析映射”的方法，该方法包括以下步骤：将地址解析协议(ARP)请求从第一网络节点广播到第二节点；第二节点接收ARP请求、确定ARP消息的目的地；在ARP请求被确定为是到第三节点去时传送ARP请求；以及将ARP回复从目的网络节点经中间网络节点转发到第一网络节点。
该方法还包括在节点中存储的、检测到的先前ARP请求和ARP转发的未决列表。
该方法还可包括以下步骤：限制在未决列表中存储的先前ARP请求或转发的存储时间，限制允许节点发送到特定目的地的ARP转发的速率，在ARP消息过程期间测量节点之间的链路质量并将链路质量信息分发到节点，使用链路质量信息确定何时应更新ARP表，将链路质量信息与阈值进行比较以便确定是否要进行更新，以及在转播或转发ARP请求前修改ARP请求。
根据该方法，在一个节点无法与某个节点进行通信时，可生成ARP错误消息并分发到网络中的侦听节点。
在本发明的另一实施例中，提供一种通信装置，其中该装置在多跳无线网络中具有路由选择工具，并且该装置包括：指令集存储器；至少一个无线收发信机；用于在指令集存储器中提供地址解析协议(ARP)指令的工具；以及用于在指令集存储器中提供ARP消息转发和转播指令的工具。
在该装置中，用于ARP转发和广播的工具可包括用于确定ARP消息的目的地的工具。
该装置可以为诸如但不限于膝上型计算机、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、移动电话或嵌入式计算机等客户端系统或诸如但不限于WLAN(无线局域网)基础设施装置及移动电话基础设施装置等基础设施系统。
ARP转发或转播指令可修改ARP消息以显现为源于修改消息的装置。
在本发明仍有的另一实施例中，提供一种用于多跳无线数据通信的系统，该系统包括：多个通信装置；这些通信装置包括：指令集存储器；至少一个无线收发信机；用于在指令集存储器中提供地址解析协议(ARP)指令的工具；以及用于在指令集存储器中提供ARP转发和转播指令的工具；以及由这些通信装置组建的通信网络。
该数据通信系统中的通信装置还包括用于确定ARP消息的目的地的工具。
该通信装置可以为客户端系统、基础设施系统或这两种类型的装置的组合。客户端系统的示例可以为但不限于膝上型计算机、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、移动电话或嵌入式计算机。基础设施系统的示例可以为但不限于WALN(无线局域网)基础设施装置和移动电话基础设施装置。
该系统还可包括至少一个连接到诸如因特网或专用IP网络等外部网络的网关。
本发明还涉及一种在无线多跳数据通信网络中用于“地址解析映射”的指令集，该指令集包括：用于将地址解析协议(ARP)请求从第一网络节点广播到第二节点的第一指令集；在第二节点中用于接收ARP请求、确定ARP消息的目的地的第二指令集；在ARP请求被确定为是到第三节点去时传送ARP请求的第三指令集；以及用于将ARP回复从第三节点经第二节点转发到第一网络节点的第四指令集。
附图简要说明
下面将参照附图中所示的示范实施例，以非限制性方式更详细地描述本发明，图中：
图1以示意图方式示出小型多跳网络。
图2是通过小型多跳网络带有不同通信消息的流程图。
图3示出ARP消息的示意性消息结构。
图4示出与固定网络连接的更大型多跳无线网络的示意图。
发明的详细说明
本发明涉及移动自组织网络的概念，其中移动节点的自组织无线网络通过使用所谓的多跳路由选择系统相互进行通信。这些节点既充当主机/客户端系统，又充当路由器，即基础设施装置。经这些节点对业务进行路由选择，并在必要时路由选择到可接入例如因特网等外部IP网络的外部网关。
在本发明中，提供一种关于ARP(地址解析协议)的新解决方案，其中通过使用位于ARP请求节点与ARP消息的最终接收方之间的路径上的中间节点，将ARP消息转发到接收方节点。
在图1中，示出多跳无线网络的多个网络节点101、102、103和104。这些节点101、102、103和104相互进行通信，然而，并非所有节点相互有联系。这意味着在一些情况下一些节点会中继消息并充当路由选择单元。例如，如果节点101要与节点104进行通信，则节点102或节点102和103需要参与分组交易，这是因为节点101和104无法在此情况下直接相互“听到”，即无法直接相互进行通信。
要将消息从一个节点发送到另一节点时，需要解析这些节点的网络地址。在本发明中，提出一种新ARP过程，其中添加新ARP消息以使ARP消息结构变化，从而实现ARP转发或转播。这意味着位于需要相互知道网络地址的两个节点之间的节点会转发此类ARP请求，直至ARP请求到达寻求的目的地。
假设根据图1节点101要与节点104进行通信，通过示意性逐步进行的过程示出此操作：
1.节点101要发送数据到节点104。
2.节点101自动广播ARP请求：“谁是104，告诉101？”。
3.此消息由相邻节点102接收，该节点立即转播请求：“谁是104，告诉102？”。
4.此请求由相邻节点103接收，该节点转播请求：“谁是104，告诉103？”。然而，在此特定情况下，节点104也收到该请求，节点104通过发送：“节点102，我是104”来回复。
5.节点103传送的请求由节点104接收，该节点通过发送：“节点103，我是104”来回复。
6.从节点104到节点102的回复由节点102接收。
7.节点102通过发送ARP转发：“节点101，使用节点102作为到节点104的网关”而回复请求的起源(节点101)。
8.从节点104到节点103的回复由节点103接收。节点103通过发送：“节点102，使用节点103作为到节点104的网关”而回复节点102。
在如图2所示的另一示例中，在小型网络中连接三个节点(201、202、203)。节点201要与节点203进行通信，但无法直接进行通信。然而，节点202的位置使得它可在节点201与203之间中继消息。在图2中，节点201要发送通常称为PING的ICMP(因特网控制消息协议)回送请求到节点203。图2中的消息框205、207、211和213指示根据本发明在这些节点之间传递的新消息类型。
1.节点201开始其通信过程时，它先发送ARP消息，请求它要与其进行通信的IP号码的位置。这在方框204中示出。
2.此ARP请求由节点202接收。节点202确定消息是指定给另一节点而不是其本身。改变消息以显现为源于节点202，并如方框205中所示由节点202转播。
3.消息由节点203接收，并且将ARP回复发送到节点202(方框206)，以及节点202将ARP回复转发到节点201(方框207)。
4.节点201然后具有节点203的坐标，并发送ICMP请求到节点203(方框208)，并且ICMP请求由节点202中继(方框209)。
5.节点203接收此ICMP请求，并然后要发送ICMP回复。然而，它需要知道节点201的MAC地址以便发送回复，并因此发送关于节点201的ARP请求。这在方框210中示出。
6.此消息由节点202接收。节点202确定消息是指定给另一节点而不是其本身。改变消息以显现为源于节点202，并如方框211所示由节点202转播。
7.消息由节点201接收，并且将ARP回复发送到节点202(方框212)，以及节点202将应答转发到节点203(方框213)。
8.节点203然后具有节点201的坐标，并发送ICMP回复(方框214)，该回复由节点202中继(方框215)到节点201，并且ICMP通信过程得以结束。
上述通信方法已通过ICMP回送请求示出，但本领域的技术人员应理解，在本发明的范围内可使用任何类型的通信过程、协议或方案。此外，本领域的技术人员应理解，在通信网络和业务交易中可涉及不止三个节点。
上述消息并不全属于标准ARP过程。然而，通过使用操作码(op)字段，即使非标准消息也可包括到标准消息中。这样，符合标准ARP请求的路由选择单元将能够处理由使用本发明的新ARP转发方案的路由选择单元作出的ARP请求。标准路由选择单元将只忽略此类新ARP消息类型。能够处理本发明的新ARP转发方案的修改的路由选择单元将能够利用op字段中包括的新代码。op字段定义传送或接收的消息类型。因此，无需更改ARP标准就可实施ARP转发方案。地址解析协议中op字段中使用的普通消息类型包括ARP请求、ARP回复、RARP请求和RARP回复。本发明中提出的新消息类型包括ARP转发、ARP错误和ARP链路质量。例如，在下面的表1中，示出在以太网消息系统中的三个不同的ARP消息类型及其相应内容和传输报头。表1.A示出标准ARP请求消息，表1.B示出根据本发明的ARP回复消息，以及表1.C示出根据本发明的ARP转发消息。在表1.A-C中的表右侧有消息中包含的实际信息并且在字段类型、硬件类型、协议类型及操作码中示出描述项和实际发送的十六进制代码(在括号中)：
表1
A.ARP请求
发送方硬件地址： 00：0D：56：3C：DE：C0
发送方IP地址： 192.168.0.1
接收方硬件地址： 00：00：00：00：00：00
接收方IP地址： 192.168.0.3
B.ARP回复
C.ARP转发
协议类型： IP(0x0800)
硬件地址长度： 6
协议地址长度： 4
操作码： 转发(0x000c)
发送方硬件地址： 00：0D：56：3C：DB：9D
发送方IP地址： 192.168.0.2
接收方硬件地址： 00：0D：56：3C：E2：4C
接收方IP地址： 192.168.0.3
现在将描述ARP消息类型的新类型：
ARP转发：如果此类型包括在ARP消息的op字段中，则任何具有根据本发明的实施的路由选择装置理解此消息是ARP转发消息，并将它作为ARP回复处理，但在消息处理方面有一些不同。它还是本发明中引入的ARP转发方案实施中的一个功能。此功能中继路由选择到节点。消息包含最终目的地及离最终目的地最近的跳是谁。
在节点认识到它无法与某个节点进行通信时，生成ARP错误。这在节点无法找到任何到某个寻求的节点的替代路由时生成。将ARP错误消息广播(到相邻节点，即单跳邻居)，并且ARP错误消息包含有关哪个节点生成该错误消息及无法到达的节点的信息。ARP错误生成节点删除包含丢失节点的路由的所有项目和丢失节点充当网关的所有路由。广播的ARP错误消息的接收方删除包含丢失节点的所有活动路由。如果在接收节点中不存在替代路由，则生成ARP错误消息并广播。
ARP链路质量消息包含有关两个节点之间的链路质量的信息。
还应考虑的是，中间节点转播的消息还由通信链中前面的节点接收。在图2的示例中，节点202转播ARP请求时，节点201将收到相同的消息。为减少控制业务量，每个节点可通过在每个节点本地存储未决列表而记录每个请求和回复。通过在转发ARP请求前查看此最近请求和回复的列表，节点可能能够减少在网络基础设施上广播的控制业务量。如果收到的消息被确定为是关于已经在未决列表中的节点集，则它将被丢弃。在未决列表中，存储有关哪个节点在请求哪个节点、发出此请求的时间、是否已收到回复及是否已将回复转发到另一节点等信息。
在该解决方案中，还可能引入有关节点可以多快地转播到特定节点去的请求的时间限制。在请求遍历两个或更多个不同的路径并在某个节点接收时，只应转发它一次。这通过在某个时间限制内不允许节点将请求转发到特定节点而得以解决。反之亦然，只要未发送转播，便只允许发送ARP回复或转发消息一次到每个起源。
由于本发明不更改ARP标准，因此，无需专门的ARP发起例程。然而，在本发明的另一实施例中，可将链路质量监控系统与上述ARP解决方案一起引入以便进一步减少控制业务量和提高业务速度。通过测量节点之间的链路质量，例如无线电质量、确认信息、误码率或数据率吞吐量(例如根据传输控制协议TCP)，在检测到链路质量下降时主动更新ARP清单是可能的。此类方案可减少丢失数据分组量，并减少基础设施中的控制业务量。在PCT/SE03/002074(通过引用结合于本文中)中，介绍了一种在自组织网络中用于链路质量监督的类似方案，并且该方案通过引用结合于本文中。相同的系统可用于决定何时更新ARP表。
根据本发明的ARP实施中的可控参数包括但不限于节点隔多久可以发送ARP请求、未决列表中项目有效的时长及允许存储在ARP路由选择表中未使用的路由选择项目保留在ARP路由选择表中的时间量。
将请求存储在接收节点中，这样，在从其它节点收到回复时，接收节点可发送回复到请求节点。
节点可以为任何计算装置，包括但不限于膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、嵌入式计算机或移动电话。此类装置包括至少一个无线收发信机和指令集存储器，该指令集存储器带有处理地址解析协议指令和地址解析协议转发与转播指令的编程代码。该装置还包括在指令集存储器中用于确定消息的最终目的地的工具和用于根据本发明修改ARP消息的工具。
本发明既可用于不提供外部连接的独立网络，如在灾难地区网络建立或战场上的军事网络建立中，也可用于连接在一起的无线组件群集，并且在群集中存在至少一个到外部网络(例如因特网或独立IP网络)的连接。图4中示出后一情况的实施例，其中，多个无线组件602...60n(其中n是整数)连接到网关607，该网关具有到例如因特网等外部网络的连接。外部连接600可以为任何类型，包括但不限于固定有线连接(例如以太网、光纤或类似连接)或固定无线(例如LMDS)。
该通信方案独立于使用的无线电编码方案，并且可使用任何无线电类型。例如，在IEEE 802.11系列(例如IEEE 802.11a、IEEE802.11b、IEEE 802.11g等等)、IEEE 802.15、IEEE 802.16、HiperLAN、HomeRF、蓝牙、IR(红外)、UWB(超宽带)、JTRS(联合战术无线电系统)、3G(第三代移动通信)、GPRS(通用分组无线电业务)或EDGE(全球演进的增强型数据率)中的无线电标准。然而，可能的无线电标准不限于以上所述。它可以为在100kHz到100PHz的频带内操作的任何合适的基于电磁辐射的传输方案；这包括无线电频率、微波频率和红外范围、可见范围和紫外范围中的频率。
根据本发明的ARP方法可在许多不同的应用领域中使用，如一般情况下或特殊事件期间由警察使用，灾难或意外期间由救援部队使用，在战场上或训练中由军队使用，或者用于为住宅和商业网络接入构建通信用无线接入区。例如，使用这些自组织网络在其它宽带接入技术稀少或太昂贵难以连接的住宅区中使用近距离、低成本的无线设备组建宽带接入是可能的。它还可用于商业区，用于提供到企业或小型公司的宽带接入，或用于在所谓热点的无线连接。热点的特征在于它们根据商业模型为付费客户或免费在某个区域内提供通信接入，例如，在机场候机厅或酒店中。
即使在上述示例中为说明本发明使用了三或四个节点，但本领域的技术人员也应理解在此类网络安装中可使用更多或更少数量的节点。对涉及的节点数量没有特殊限制。
虽然出于说明的目的而详细描述了本发明，但应理解上述细节只是为了该目的，并且在不脱离本发明精神和范围的情况下，本领域的技术人员可在其中进行变化，本发明的精神和范围可受随附权利要求书的限制。

Claims (22)

1.一种用于在无线多跳数据通信网络中“地址解析映射”的方法，所述方法包括以下步骤：
-将地址解析协议ARP请求从第一网络节点广播到第二节点，其中，在所述ARP请求的操作码字段部分中插入了消息类型码；
-在接收所述ARP请求的所述第二节点中确定所述ARP请求的目的地；
-所述第二节点在所述ARP请求被确定为是到第三节点去时传送所述ARP请求；以及
-所述第二节点使用ARP回复的操作码字段中指示转发ARP回复的消息类型码将所述ARP回复从所述第三节点转发到所述第一网络节点。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二节点包括多个节点。
3.如权利要求1所述的方法，还包括在所述第一网络节点、所述第二节点和所述第三节点中存储检测到的先前ARP请求和ARP转发的未决列表。
4.如权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：对所存储的先前ARP请求或转发在所述未决列表中的存储时间设定时间限制。
5.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：设定允许节点发送到特定目的地的ARP转发的速率限制。
6.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在ARP消息过程期间测量节点之间的链路质量并将链路质量信息分发到节点。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述链路质量信息至少包括确认信息、无线电链路质量、数据率吞吐量及误码率之一。
8.如权利要求6或7所述的方法，还包括以下步骤：使用所述链路质量信息确定何时应更新ARP表。
9.如权利要求6或7所述的方法，还包括以下步骤：将所述链路质量信息与阈值进行比较以便确定是否要进行更新。
10.如权利要求1所述的方法，其中在一个节点无法与某个节点进行通信时，生成ARP错误消息并分发到所述网络中的侦听节点。
11.如权利要求1所述的方法，还包括所述第二节点在转播或转发所述ARP请求前修改所述ARP请求。
12.一种用于在无线多跳数据通信网络中“地址解析映射”的设备，所述设备包括：
-用于将地址解析协议ARP请求从第一网络节点广播到第二节点的部件，其中，在所述ARP请求的操作码字段部分中插入了消息类型码；
-用于在接收所述ARP请求的所述第二节点中确定所述ARP请求的目的地的部件；
-用于所述第二节点在所述ARP请求被确定为是到第三节点去时传送所述ARP请求的部件；以及
-用于所述第二节点使用ARP回复的操作码字段中指示转发ARP回复的消息类型码将所述ARP回复从所述第三节点转发到所述第一网络节点的部件。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述第二节点包括多个节点。
14.如权利要求12所述的设备，还包括用于在所述第一网络节点、所述第二节点和所述第三节点中存储检测到的先前ARP请求和ARP转发的未决列表的部件。
15.如权利要求14所述的设备，还包括用于对所存储的先前ARP请求或转发在所述未决列表中的存储时间设定时间限制的部件。
16.如权利要求12所述的设备，还包括用于设定允许节点发送到特定目的地的ARP转发的速率限制的部件。
17.如权利要求12所述的设备，还包括用于在ARP消息过程期间测量节点之间的链路质量并将链路质量信息分发到节点的部件。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述链路质量信息至少包括确认信息、无线电链路质量、数据率吞吐量及误码率之一。
19.如权利要求17或18所述的设备，还包括用于使用所述链路质量信息确定何时应更新ARP表的部件。
20.如权利要求17或18所述的设备，还包括用于将所述链路质量信息与阈值进行比较以便确定是否要进行更新的部件。
21.如权利要求12所述的设备，还包括用于在一个节点无法与某个节点进行通信时，生成ARP错误消息并分发到所述网络中的侦听节点的部件。
22.如权利要求12所述的设备，还包括用于所述第二节点在转播或转发所述ARP请求前修改所述ARP请求的部件。
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说明书3页47段-4页51段,4页57段-62段,图5A,6A.
说明书第3栏第50行至第6栏第67行,图1A,1B,2.
说明书第5栏第45行至第8栏第41行,第14栏第34行至第15栏第53行,图5,6b,7a,7b.

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