具有可通过桥终端互连的子网络的网络 本发明涉及具有多个子网络的网络，该子网络可通过各个桥终端进行互连且每个子网络包括用于控制一个子网络的控制器。这样的网络是自组织的，以及可以包含例如几个子网络。它们也被称为特定网络(adhoc network)。
具有几个终端的特定网络从以下文件可知：“J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du：Central Controller Handover Procedurefor ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networks and Clustering withQuality of Service Gurantees(用于ETSI-BRAN HIPERLAN/2特定网络的中央控制器切换过程和具有业务质量保证的集群)，1
st IEEE AnnualWorkshop on Mobile Ad Hoc Networking & Computing，Aug.11，2000”和“J.Habetha，M.Nadler：Concept of a Centralised Multihop AdHoc Network(集中的多跳的特定网络的概念)，European Wireless，Dresden，Sep.，2000”。至少一个终端被提供作为用于控制该特定网络的控制器。在某些条件下，可能需要不同的终端成为控制器。一旦这样的网络达到一定的尺寸，把它再划分成子网络是必要的。被构建为桥终端的终端用来与子网络进行通信。这些桥终端交替地与子网络同步。由于所连接网络的不同MAC帧结构，等待时间上升，直到一个桥终端可以与新同步的网络交换数据。
本发明的目的是提供一种网络，它使得在子网络之间的改进的数据交换成为可能。
本发明还涉及子网络的控制器和相关的方法，该子网络可通过桥终端被连接到网络的其他子网络。
对于按照本发明的网络，这个目的是通过具有几个子网络的网络完成的，每个子网络包括用于控制子网络的控制器，以及每个子网络可通过桥终端进行互连，其中在该连接中所涉及的子网络与桥终端之间的数据通信被提供，用来建立在子网络之间的连接，以及其中这个数据通信被设计来定出该桥终端在参与连接的子网络中存在的时间参量。
按照本发明，要互连两个子网络的桥终端首先应当被建立。为了建立在子网络之间的连接，桥终端和所涉及的子网络的控制器互相通信。这里涉及的控制器约定有关桥终端在各个子网络中存在的时间参量。这意味着，它定出桥终端在参与连接的子网络中存在的时间。
与桥终端有关的字“存在”被理解为是指桥终端与各个子网络同步以及可提供来用于与子网络进行数据交换。
由于桥终端在所涉及的子网络中存在的时间参量被定出，所以控制器事先知道桥终端将在哪个时刻在各个子网络中存在和可被各个子网络使用。因此控制器可有效地规划和实现在各个子网络之间的数据传输，以及最佳地利用桥终端的传输容量。
子网络的控制器负责控制和管理功能。此外，控制器也可作为在相关子网络中的正常终端运行。控制器例如负责在子网络中进行操作的终端的登记，负责建立在无线电传输媒介中在至少两个终端之间的连接，负责资源管理，以及负责在无线电传输媒介中的接入控制。因此，例如在登记后和在提交传输请求后，子网络的终端由控制器指配以用于数据(分组单元)的传输容量。
在网络中，数据可以通过TDMA，FDMA，或CDMA方法(TDMA＝时分多址，FDMA＝频分多址，CDMA＝码分多址)在各终端之间进行交换。这些方法也可以被组合。多个不同的信道被指配给网络的每个子网络，它们被称为信道组。一个信道由一个频率范围、一个时间范围以及例如在CDMA方法中由一个扩频码被规定。例如，具有不同的各个载频fi的一定的、不同的频率范围可被提供给每个子网络，用于数据交换。在这样的频率范围中，例如数据可以通过TDMA方法被发送。然后第一载频可被指配给第一子网络，第二载频被指配给第二子网络，以及第三载频被指配给第三子网络。
例如被安排在第一和第二子网络之间的桥终端一方面能够用第一载频与第一子网络的其它终端进行数据交换，另一方面，它也能够用第二载频与第二子网络的其它终端进行数据交换。
为了在各个子网络之间进行切换，在本例中每次都必须达到桥终端与新频率的同步。同步被理解为是指把桥终端包括到子网络中一直到数据实际上开始交换的整个过程。
一旦桥终端已经与子网络同步，它就可以与所有终端和与这个子网络的控制器交换数据。
两个子网络的时间帧通常不同步。桥终端因此不单在切换时间期间也在等待时间期间不被连接到子网络。
切换时间是桥终端本身与新子网络的频率相同步所必需的时间。等待时间表示在与该新子网络的频率同步结束与这个子网络的新时间帧的开始之间的时间间隔。
桥终端的建立过程可以由控制器和桥终端本身来启动。
按照本发明，控制器从定出的有关存在的时间参量知道，桥终端在哪个时刻存在于各个子网络中。这使得控制器有可能在它们规划和实施在各个子网络之间的数据传输时也考虑必要的切换时间和等待时间。切换时间和等待时间可被控制器利用来服务于子网络内的连接。
按照权利要求2，该时间参量优选地是桥终端在参与连接的子网络中存在的持续时间和不存在的持续时间。
存在的持续时间被理解为其中桥终端可与该子网络交换数据的时间间隔。
不存在的持续时间被理解为其中在桥终端与子网络之间不可能交换数据的时间间隔。不存在的持续时间因此包括其中桥终端与另一个子网络同步的时间间隔和所需要的切换时间与等待时间。存在和不存在的持续时间一起构成一个完全的周期。被定出的另一个时间参量优选地是完全周期的开始时刻。该开始时刻表示完全周期相对于各个子网络的时间帧或时钟的时间位置。各个子网络的控制器从这里知道，由存在的持续时间和不存在的持续时间构成的完全的周期在网络中何时开始。
在权利要求3中规定的、本发明的有利的实施例中，桥终端的存在的时间参量根据要被传输的数据的性质被选择。因此，在数据应当尽可能快速地在两个子网络之间传输而没有长的延时的情形下，将桥终端在所涉及的两个子网络中的存在持续时间选为相对较短是有利的。这意味着，在两个子网络之间的切换是以相对较短的间隔发生。对于延时有严格要求的这种数据的例子由例如视频数据构成。
另一方面，对于想要尽可能高的吞吐量的数据，提供桥终端在两个子网络中的相对较长的、存在持续时间是有利的。这意味着，在两个子网络之间的切换是以相对较长的间隔发生的。对于吞吐量有高要求的这种数据是例如数据库数据。
在权利要求10中规定的、本发明的有利的实施例中，在桥终端运行期间，数据连接建立可被较高的层利用来传输控制信息。
下面参照附图1到10，更详细地描述本发明的几个实施例，其中：
图1显示具有三个子网络的特定网络，每个子网络包括被提供来用于无线电传输的终端，
图2显示图1的本地网的终端，
图3显示图2的终端的无线电装置，
图4显示被设计用于互连两个子网络的桥终端的实施例，
图5显示两个子网络的MAC帧，和桥终端的MAC帧的结构，
图6显示桥终端的建立过程的消息顺序图(MSC)，
图7显示桥终端的建立完成过程的消息顺序图(MSC)，
图8显示对于桥终端的修正过程的消息顺序图(MSC)，
图9显示桥终端的修正结束过程的消息顺序图(MSC)，以及
图10显示桥终端的释放过程的消息顺序图(MSC)。
下面描述的实施例涉及到特定网络，与传统的网络不同，它们是自组织的。在这样的特定网络中的每个终端可以达到接入到固定网络，以及是立即可利用的。特定网络具有这样的特征：参加者的结构和数目不能低于给定的限制值。例如，参加者的通信设备可以取自网络，或可被包括在其中。不像传统的移动电话网络那样，特定网络不取决于固定地安装的基础结构，
特定网络的覆盖区域通常比一个终端的传输范围大得多。因此在两个终端之间的通信有必要激活另外的终端，这样后者可在该两个通信的终端之间传递消息或数据。这样的特定网络，也就是其中消息和数据的传递必须通过一个终端的特定网络被称为多跳特定网络。一个特定网络的可能的组织在于：子网络或集群被定期地形成。该特定网络的一个子网络可以由例如借助于无线电链路进行互连且属于围桌而坐的参加者的终端而被形成。这样的终端可以是例如用于文件、图象等等的无线交换的通信设备。
两种类型的特定网络可被区别开。它们是集中的和非集中的特定网络。在非集中特定网络中，在终端之间的通信被分开，即，每个终端可以在这样的条件下直接与任何其他终端通信：该终端处在各个其他终端的传输范围内。非集中的特定网络的优点是它对抗差错的简单性和鲁棒性。在集中的特定网络中，诸如终端到该无线电传输媒介的多址接入的功能(媒介接入控制＝MAC)的某些功能由用于每个子网络的某个终端进行控制。这个终端被称为中央终端或中央控制器(CC)。这些功能并不总是需要由同一个终端实行，而是它们可以从用作为中央控制器的一个终端被移交到接着将用作为中央控制器的另一个终端。集中特定网络的优点是，在其中有可能以简单的方式达到业务质量(QoS)的一致性。集中特定网络的一个例子是按照HIPERLAN/2家庭环境扩展(HEE)被组织的网络(参阅J.Habetha，A.Hettich，J.Peetz，Y.Du：CentralController Handover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad HocNetworks and Clustering with Quality of Service Gurantees(用于ETSI-BRAN HIPERLAN/2特定网络的中央控制器切换过程和具有业务质量保证的集群)，1
st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad HocNetworking & Computing，Aug.11，2000)。
图1显示具有三个子网络1到3的特定网络的实施例，每个子网络包括几个终端4到16。终端4到9形成子网络1的一部分，终端4和10到12形成子网络2的一部分，以及终端5和13到16形成子网络3的一部分。属于一个子网络的终端，通过在相应子网络中的无线电链路交换数据。图1上画出的椭圆指示了各个子网络(1到3)的无线电范围，其中在属于该子网络的终端之间有可能进行基本上不成问题的无线电传输。
终端4和5被称为桥终端，因为它们分别使得在两个子网络1和2之间与在1和3之间的数据交换成为可能。桥终端4负责在子网络1和2之间的数据业务，以及桥终端5负责在子网络1和3之间的数据业务。
图1的本地网的终端4到16可以是移动或固定的通信设备，它包括例如至少一个站17、连接控制装置18和带有天线20的无线电装置，如图2所示。站17可以是例如膝上型电脑、电话等等。
终端6到16的无线电装置19不单包括天线20，也包括高频电路21，调制解调器22和协议装置23，如图3所示。协议装置23根据连接控制装置18接收的数据流形成分组单元。一个分组单元包含部分数据流和由协议装置23形成的附加控制信息。协议装置使用用于LLC层(LLC＝逻辑链路控制)和用于MAC层(MAC＝媒介接入控制)的协议。MAC层控制终端到无线电传输媒介的多址接入，以及LLC层实行数据流和差错检查。
如上所述，某个终端负责控制和管理功能，以及它被称为集中特定网络的子网络1到3中的中央控制器。此外，该控制器在该相关的子网络中用作为通常的终端。控制器例如负责开始在该子网络中运行的终端的登记，负责在无线电传输媒介中建立在至少两个终端之间的链路，负责资源管理，以及负责在无线电传输媒介中的接入控制。因此，例如在登记后和在作出传输请求以后，子网络的一个终端由控制器分配给用于数据(分组单元)的传输容量。
数据可以通过TDMA，FDMA，或CDMA方法(TDMA＝时分多址，FDMA＝频分多址，CDMA＝码分多址)在特定网络中的终端之间进行交换。这些方法也可以被组合。本地网的每个子网络1到3被分配以多个给定的信道，它们被称为信道组。一个信道由一个频率范围，一个时间范围，以及例如在CDMA方法中以一个扩频码来规定。例如，具有载频f1的一定的、常常是唯一的频率范围可被提供给每个子网络1到3，用于数据交换。在这样的频率范围中，数据可以例如通过TDMA方法被发送。载频f1然后可被分配给子网络1，载频f2分配给子网络2，以及载频f3分配给子网络3。桥终端4一方面能够用载频f1与子网络1的其它终端进行数据交换，另一方面，能够用载频f2与子网络2的其它终端进行数据交换。第二桥终端5存在于本地网中，它在子网络1和3之间传输数据，用载频f1和f3运行。
如上所述，中央控制器具有例如接入控制的功能。这意味着，中央控制器负责形成MAC层的帧(MAC帧)。这里使用了TDMA方法。这样的MAC帧包括几个信道，用于控制信息和有效荷载数据。
图4上显示桥终端的一个实施例的方框图。这个桥终端的无线电交换装置包括协议装置24，调制解调器25和带有天线27的高频电路26。无线电交换装置28被连接到协议装置24，以及还被连接到连接控制装置29和中间贮存装置30。在本实施例中的中间贮存装置30包括存储器单元，用来进行数据的中间贮存，以及它被实现为FIFO部件(先进先出)，即，数据以它们被写入中间贮存装置30的顺序从该装置读出。图4所示的终端也能够作为通常的终端运行。被连接到连接控制装置29的站(图4上未示出)在这种情形下，通过连接控制装置29提供数据到无线电交换装置28。
图4的桥终端交替地与第一和第二子网络同步。同步被理解为是指在子网络中并入终端直到数据交换的整个处理过程。当桥终端与第一子网络同步时，它可以与所有的终端和这个第一子网络的控制器交换数据。当数据由连接控制装置29被提供到无线电交换装置28，其目的地是第一子网络的终端或控制器，或是通过该第一子网络可达到的另一个子网络的终端或控制器时，该无线电交换装置将直接传递这些数据到协议装置24。数据被放置在协议装置24的中间贮存器中，直至已经达到由控制器确定的、用于传输的时间周期为止。当由连接控制装置29给出的数据要被发送到终端或第二子网络的控制器，或发送到通过第二子网络可接入的某个其他子网络时，无线电传输要被延时到其中桥终端与第二子网络同步的时间周期。无线电交换装置因此把其目的地位于第二子网络中或其目的地是通过第二子网络可接入的这些数据引导到该中间贮存装置30，该中间贮存装置存储数据，直至桥终端与第二子网络同步为止。
当桥终端从一个终端或从第一子网络的控制器接收数据，以及其目的地是第二子网络的一个终端或控制器，或是通过第二子网络可接入的一个不同子网络的终端或控制器时，这些数据也可放入中间贮存装置30中，直至达到与第二子网络同步为止。其目的地是桥终端的站的数据被直接通过无线电交换装置28传送到连接控制装置29，后者然后把接收的数据传送到期望的站。其目的地既不是桥终端的站也不是第二子网络的终端或控制器的数据被发送到例如另一个桥终端。
在桥终端从第一子网络同步切换到第二子网络后，中间贮存装置30中存在的数据再次以写入顺序被从中间贮存装置30中读出。然后，目的地是第二子网络的终端或控制器，或是是通过第二子网络可接入的某个其他子网络的所有数据，由无线电接入装置28在桥终端与第二子网络同步的时间周期内立即传送到协议装置24，以及只有其目的地是第一子网络的终端或控制器，或是通过第一子网络可接入的某个其他子网络的那些数据被存储在中间贮存装置30。
两个子网络SN1和SN2的MAC帧通常是不同步的。因此，桥终端BT不仅仅在切换时间Ts期间，而且在等待时间Tw期间都不连接到子网络SN1或SN2。这可在图5上看到，图上显示两个子网络SN1和SN2的MAC帧序列，和桥终端BT的MAC帧的结构。切换时间Ts是桥终端与子网络同步所必须的时间。等待时间Tw是在与子网络的同步结束与这个子网络的新MAC帧的开始之间的时间。
假设桥终端BT每次只在一个MAC帧的持续时间内被连接到子网络SN1或SN2，那么桥终端BT将只有子网络的可提供信道容量的1/4的信道容量。在另一个极端情形下，其中桥终端BT在相对较长的时间间隔内被连接到子网络，则该信道容量是子网络的可提供的信道容量的一半。
按照本发明，桥终端建立过程被使用来最佳地利用桥终端的传输容量，和从控制器看来使得有可能规划这个终端在集群中的存在持续时间。在这个建立过程期间，桥终端在该集群中的存在持续时间和这些存在持续时间的开始时刻可在桥终端与所涉及的子网络的控制器之间协商。从一个集群的中央控制器看来，该方法的主要优点是桥终端在该集群中的存在的可预测性，该中央控制器因此可以利用这个信息来进行MAC帧的优化容量分配(“调度”)。
建立过程由控制器和由桥终端本身发起。图6以所谓的消息顺序图(MSC)显示建立过程的可能的实施例。桥终端在这里被称为“转发终端”，简称为FT。建立过程被称为“FT_SETUP”。图6显示在两个子网络之间的连接的情形，其中FT_SETUP过程由两个控制器(CC)之一启动。这个CC发送RLC_FT_SETUP_REQUEST消息到FT，用于把该终端设置为该请求的CC与具有识别号“peer-cc-id”的CC之间的FT。在该消息中作出对于子网络切换阶段的开始时刻，对于存在和不存在周期的时间间隔(“周期时间”)，和对于FT在每个子网络(”presence-cluster-1”和”presence-cluster-2”)中的存在的持续时间的建议。可以隐含地定出，例如在开始时刻FT总是在请求的CC的子网络(图6上的”cluster-1”)中开始。而且，消息RLC_FT_SETUP_REQUEST启动在第一CC与FT之间和在FT与第二CC之间的一个或几个数据链路的建立。这些(个)链路可以在网络层的以后的运行中被利用来例如传输路由信息。要被建立的链路的参量被包含在duc-descr-list中。
FT用RLC_FT_SETUP消息回答CC的RLC_FT_SETUP_REQUEST，其中FT定出对于开始时刻、周期时间、和在子网络中的存在持续时间的确定值，以及要被建立的链路的参量。RLC_FT_SETUP_ACK消息只用来提供任何参量值的一个CC的应答，这些参量值可能已被FT改变(可被看作为可任选的)。
完全类似的过程现在运行在目标子网络的FT和CC之间，差别是现在请求从FT发起。这里，在FT_SETUP过程从开始就由FT本身发起的情形下，FT_SETUP过程将如何被实施变得很清楚。在这种情形下，第一次消息交换从FT开始，这类似于FT与CC-2交换消息。应当指出，图6的两个单元FT1_RLC和FT2_RLC位于同一个FT中。
在与第二CC的FT_SETUP后，这两个CC现在必须被告知：与相应对方CC的过程成功地完成。消息FT_SETUP_COMPLETION的交换用于这个目的，如图7上详细地显示的。
FT借助于建立过程成功完成的FT_SETUP_COMPLETION消息通知CC1和CC2。这两个CC又用FT_SETUP_COMPLETE_ACK消息来应答这个消息的接收。
在图6和7上，两个双三角符号表示定时器的设置，以及十字叉表示各个定时器期满。定时器具有尤其触发适当的例外处理的用途，如果各个回答信号没有被给出的话。还应当指出，除了上述的消息参量以外，还可以交换另外的信息。
建立过程定出桥终端在子网络中存在的持续时间为某个数值。然而，按照本发明，修正过程(FT_MODIFY)被使用来使能数据处理的参量适配，诸如在子网络中存在的持续时间，以便以灵活的方式改变要求。
FT_MODIFY过程可以像SETUP过程那样，由其中一个CC和由FT本身被发起。图8显示对于由CC进行启动的情形下的FT_MODIFY过程。将不给出消息交换的说明，因为它完全类似于FT_SETUP过程。在结束时，FT_MODIFY_COMPLETION消息交换是必须的，如图9所示，它以类似于FT_SETUP_COMPLETION消息交换的方式进行。
这样设置的FT的链路参量可以在单独的连接修正过程中与FT的周期和存在持续时间无关地被修正。
最后，当通过相关终端的另外连接不再必要时，免除桥终端的任务可能是有用的。为此，按照本发明，使用被称为FT_RELEASE的释放过程。
这个过程也可被CC以及FT本身发起。图10以所谓的消息时序图(MSC)的形式显示了CC发起情形下的释放过程的可能的实施例。
CC通过RLC_FT_RELEASE消息通知FT：希望进行释放。然后，FT又发送RLC_FT_RELEASE消息到所涉及的所有其他CC(本例中的另一个CC)。这些CC用RLC_FT_RELEASE_ACK消息进行回答。并不是直到从所涉及的所有其他CC接收到这样的确认，才轮到FT通过RLC_FT_RELEASE_ACK消息来对发起的CC确认该直通连接活动的终止，所述活动随之立即被停止。
如果FT_RELEASE由FT本身发起，则CC的第一RLC_FT_RELEASE请求被省略。作为替代，FT本身发送RLC_FT_RELEASE消息到涉及的所有CC。FT只在从各个CC接收到RLC_FT_RELEASE_ACK消息后才放弃它的直通连接活动。
从图10看到，RLC_FT_RELEASE消息，除了各个其它CC的Id以外，可包括另外的参量，诸如“final-cc-id”和“release-cause”。
参量“final-cc-id”表示其子网络中FT最后保持为简单终端的控制器。在CC发起的FT_RELEASE的情形下，在第一RLC_FT_RELEASE消息中final-cc-id的表示法仅仅被解释为是推荐的。正是FT本身在最后的分析中决定它想要保持在哪个子网络中，以及它在消息RLC_FT_RELEASE和RLC_FT_RELEASE_ACK中通知其相关的控制器。
参量”release-cause”表征用于释放FT的理由。
FT的连接可以与直通连接功能的释放同时被释放(例如，由网络层利用的那些连接)。参量dlcc-id-list是与FT功能的撤会一起被释放的、所有连接识别符的表。