專利名稱：無線家庭網格網絡橋接適配器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及無線設備連通性的領域。更具體而言，本發(fā)明的一個或多個實施例涉及用于在(i)第一模式中工作并且在與具有訪問限制的無線家庭網格網絡(Wireless home mesh network)的通信期間作為無線網格節(jié)點出現(xiàn)和/或(ii)在第二模式中工作并且還作為其他無線非網格節(jié)點的接入點出現(xiàn)以使得非網格節(jié)點能夠加入無線家庭網格網絡的方法和裝置。
背景技術：
無線網絡可提供靈活的數據通信系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以取代或擴展有線網絡。利用射頻(RF)技術，無線網絡在沒有有線線纜的情況下穿過墻壁、天花板、甚至水泥建造物在空氣中發(fā)送和接收數據。例如，無線局域網(WLAN)提供了諸如以太網和令牌環(huán)之類的傳統(tǒng) LAN技術的所有特征和益處，但卻沒有被線纜束縛在一起的限制。這提供了更大的自由和更高的靈活性。當前，根據電氣與電子工程師學會(IEEE) 802. 11標準(例如IEEE Std. 802. Ila/ b/g/n)工作的無線網絡可被配置成兩種工作模式之一基礎設施模式和自組織模式。截至今日，大多數安裝的無線網絡被配置成基礎設施模式并在基礎設施模式中工作，其中一個或多個接入點(AP)被配置為對有線分布網絡(例如以太網)的接口。在基礎設施模式中， 具有無線連通性的移動設備(例如具有無線電網絡接口卡“NIC”的膝上型計算機)能夠與 AP建立通信并與AP相關聯(lián)，從而，這些設備的用戶能夠訪問與有線網絡相連的服務器內的內容。然而，作為一個可選的特征，IEEE 802. 11標準規(guī)定了自組織模式，其允許每個無線設備內的無線電NIC在獨立基本服務集(IBSS)網絡配置中工作。因此，無線設備相互間執(zhí)行對等通信，而不是利用AP來支持這種無線通信。自組織模式還允許用戶自發(fā)地形成無線LAN。例如，擁有被實現(xiàn)有IEEE 802. 11無線芯片集的膝上型計算機的一組雇員可以聚集在一咖啡店并且通過將其NIC切換到自組織模式來形成小的WLAN。結果，這些雇員可以共享演示圖表和電子數據表，而不需要線纜或AP。一類自組織網絡被稱為網格網絡，其允許通過從一個設備“跳”到另一設備直到到達目的地，來進行繞過斷開或阻塞的路徑的連續(xù)連接和重配置。網格網絡與其他網絡的不同之處在于，設備全都可以在沒有基礎設施(例如AP)的情況下經由多跳相互連接，并且這些設備可以是移動的或靜止的。與網格網絡相關地，移動自組織網絡(MANET)是移動路由器的自配置網絡，其中路由器可以自由重定位。網格網絡(和MANET)的主要優(yōu)點之一是其能夠擴展無線網絡的范圍。例如，建筑物一側的用戶可以發(fā)送以遠超過遵從IEEE 802. 11的AP的點到點范圍的該設施的另一側的另一用戶為目的地的分組，其方式是通過使無線電信號從一個移動設備跳到另一移動設備，直到無線電信號到達其設定的目的地為止。取決于無線用戶的集中度，這可以將WLAN 的范圍從數百英尺擴展到數英里。
隨著近來集成電路方面技術的進步，以及多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)方面的突破， 無線數字通信已經進入了允許無線聯(lián)網應用具有更快速度的新時代。諸如智能電話、音樂 /電影播放器、個人數字助理、游戲設備等等之類的移動設備正產生對新的無線通信和聯(lián)網技術的需求，以允許家庭網絡內的無線移動設備的無縫連接，這種家庭網絡不僅支持諸如高清晰度(HD)視頻之類的高帶寬需求應用，而且依賴于無線設備之間的制造商兼容性來減輕入侵者和欺騙性網絡活動。結果，需要一種網絡橋接適配器，其使得未由特定制造商提供或認可的無線和有線設備能夠加入利用該特定制造商的專有信息形成的無線家庭網格網絡。


在附圖中以示例方式而非限制方式圖示了本發(fā)明，附圖中圖1是圖示出三層級無線自組織家庭網格網絡(WHMN)的實施例的框圖。圖2是圖示出WHMN內的層級2節(jié)點的實施例的框圖。圖3是圖示出無線家庭網格網絡協(xié)議體系結構的實施例的框圖。圖4是圖示出被配置為實現(xiàn)WHMN的無線家庭電子設備的實施例的框圖。圖5圖示出根據本發(fā)明一個實施例的通用WHMN消息分組格式。圖6圖示出根據一個實施例的通用WHMN消息分組格式的實現(xiàn)方式(使用以太網分組)的實施例。圖7A圖示出關注第一無線電單元為了使能訪問WHMN而進行的認證和關聯(lián)操作的消息流程圖的實施例。圖7B圖示出關注第二邏輯無線電單元進行的認證和關聯(lián)操作的消息流程圖的實施例。它們一起示出無線非網格節(jié)點如何訪問WHMN。
具體實施例方式在以下描述中，出于說明目的，闡述了許多具體細節(jié)以幫助透徹理解本發(fā)明。然而，本領域的技術人員將會清楚，沒有這些具體細節(jié)中的一些也可以實現(xiàn)本發(fā)明。此外，以下描述提供了示例，并且附圖出于例示目的示出了各種示例。然而，這些示例不應當被解釋為限制性的，因為它們只是想要提供本發(fā)明的實施例的示例，而不想要提供所有可能的實現(xiàn)方式的詳盡列表。在其他情況下，以框圖形式示出公知的結構和設備，以避免模糊所描述的各種實施例的公開特征的細節(jié)。系統(tǒng)體系結構在以下描述中，使用了特定的術語來描述本發(fā)明的特定特征。例如，術語“節(jié)點”一般被定義為具有數據處理能力的電子設備，并且“無線節(jié)點”是具有數據處理和無線通信能力的電子設備。自組織網絡可被規(guī)劃為“OEM特定的”，意思是訪問限于由同一實體或同一組實體制造和/或認可和/或銷售的那些無線節(jié)點。例如，OEM特定WHMN的示例是包括與 Sony Playstation 3⑧游戲機、Sony VAIO⑧計算機、Sony⑧手持式設備或者Sony⑧網格網絡橋接適配器通信的Sony BRAVIA 數字電視的網絡。這里，有兩大類節(jié)點。第一類是“網格節(jié)點”，其具體適合于加入諸如無線家庭網格網絡(WHMN)之類的OEM特定自組織網絡并成為該網絡的成員。網格節(jié)點的示例包括如下所述的網格網絡橋接適配器。第二類是“非網格節(jié)點”，其只能通過網格節(jié)點間接獲得對OEM特定WHMN的訪問。這種訪問可通過無線或有線通信進行。術語“邏輯”(或“邏輯單元”)一般被定義為被配置為執(zhí)行一個或多個功能的硬件和/或軟件。特定類型的邏輯的一個示例是特有一種無線芯片集的無線電網絡接口卡 (NIC)，該無線芯片集是一個或多個集成電路，這些集成電路進行操作以發(fā)送和/或接收信號以便訪問無線網絡和/或在允許一無線節(jié)點訪問無線網絡之前認證該無線節(jié)點?！败浖?一般描述為應用、小應用程序或者甚至例程形式的一系列可執(zhí)行指令。軟件可被存儲在任何類型的機器可讀介質中，所述機器可讀介質例如是可編程電子電路、半導體存儲器設備 (比如易失性存儲器(例如隨機訪問存儲器等等)和/或非易失性存儲器(例如任何類型的只讀存儲器(ROM)或閃存))、便攜式存儲介質(例如USB驅動器、光盤、數字磁帶)等等。術語“消息”表示被配置用于在網絡上傳送的信息。一類消息是幀，幀一般被定義為總體作為單個數據單元工作的一組信息比特。術語“內容”包括視頻、音頻、圖像、數據文件或其任何組合。參考圖1，描述了多層級無線家庭網格網絡100的示例性實施例。多層級無線家庭網格網絡(以下稱為“WHMN”或“WHM網絡”)100包括作為具有多個(N彡1)子網絡 IIO1-IIOn(以下特別稱為“層級”)的分散的無線家庭網格網絡工作的節(jié)點的集合。WHM網絡100的每個節(jié)點通常被配置為向其他節(jié)點轉發(fā)數據并且基于其性能能力和電力約束被指派到特定的層級。節(jié)點到層級的指派是基于節(jié)點的性能能力的判決，而路由判決是由節(jié)點基于網絡連通性和該特定節(jié)點轉發(fā)數據的能力來作出的。例如，WHM網絡100的一個實施例特有一種分層次體系結構，其包括基于OEM特定節(jié)點的能力來指派的三個(3個)層級。第一層級(“層級TOllO1負責確立和控制對諸如因特網之類的外部網絡的訪問。例如，第一層級IlO1可經由線纜或直接訂戶線路(DSL)連接或3G/WiMax/室外網格來模擬傳統(tǒng)的因特網連接。如圖所示，第一層級IlO1包括第一節(jié)點120，該第一節(jié)點120通常被稱為“網關節(jié)點”。網關節(jié)點120可包括但不限制于或局限于線纜或DSL調制解調器、無線路由器或網橋，等等。雖然沒有示出，但在WHM網絡100內可存在多個網關節(jié)點，以便提供到(一個或多個)外部網絡的多個通信路徑。WHM網絡100的第二層級(“層級2”)IlO2可代表互連各種適用于經由無線通信介質(例如射頻(RF)波)通信的靜止(固定位置)的OEM特定無線節(jié)點的無線網絡回程 (baclchaul)。如這里所述，“靜止無線節(jié)點”包括但不限制于或局限于平板電視130、131和 132、游戲機140、網格網絡橋接適配器150、或任何其他通常靜止并電耦合到AC電源插座的無線設備。因此，靜止無線節(jié)點不受移動節(jié)點中通常存在的電力約束，在移動節(jié)點中電力使用被最小化以延長再充電之間的電池壽命。如圖所示，網格網絡橋接適配器150同時在雙模式中工作。作為無線網格節(jié)點，它可以利用適當的網格協(xié)議與其他網格節(jié)點無線地通信并且被用戶配置為加入一個現(xiàn)有的 WHMN。作為非網格節(jié)點，它可以與具有由一不同的制造商生產的以太網和/或WiFi網絡卡的無線非網格節(jié)點通信，以允許它們利用標準IEEE 802. 11或以太網協(xié)議WHM網絡100。從效果上來說，它使得非網格節(jié)點能夠訪問WHM網絡100上的內容和資源。例如，膝上型計算機160可以使用其WiFi無線電裝置(IEEE 802. lla/b/g/n)與網格網絡橋接適配器150相關聯(lián)并實際上訪問WHM網絡100。這是通過膝上型計算機160關聯(lián)到適配器的無線SSID (其中適配器150看起來是非網格節(jié)點的接入點“AP”)來實現(xiàn)的。另外，網格網絡橋接適配器150允許有線的非網格節(jié)點與WHM網絡100相關聯(lián)并加入WHM網絡100。更具體而言，有線非網格節(jié)點(例如數碼相機162或桌面型計算機164)可利用標準以太網線纜連接到適配器150。在兩種情況下，都可以在沒有額外的硬件或軟件修改的情況下實現(xiàn)連通性。網格網絡橋接適配器150容宿有一 web界面，該web界面使得每個連接的非網格節(jié)點160-164在其首次訪問WHM網絡100時能夠輸入諸如網格通行碼之類的認證信息。也可以利用圖7中描述的認證方案或者利用具有期滿日期以防止無限制訪問的有效網格證書來認證非網格節(jié)點160-164訪問WHM網絡100。非網格節(jié)點160-164實現(xiàn)有任何操作系統(tǒng)，這種操作系統(tǒng)具有利用web瀏覽器來訪問由適配器150容宿的web界面的能力。web界面可向網絡管理員提供其他選項，以例如對于特定的非網格節(jié)點(例如訪客)將訪問權限限制到特定的網格節(jié)點或內容。仍參考圖1，WHM網絡100的第三層級(“層級3”)IlO3可包括屬于第二層級IlO2 的無線節(jié)點與一個或多個移動節(jié)點(170、172、174、176和178)之間的鏈路?！耙苿庸?jié)點”可包括任何具有無線連通性的由電池供電的電子設備，包括但不限制于或局限于膝上型計算機、手持式設備(例如個人數字助理、超級移動設備、蜂窩電話、便攜式媒體播放器、無線相機、遙控器等等)或者任何非靜止消費類電子設備。由于移動節(jié)點通常具有資源約束(例如有限的電力供應、有限的處理速度、有限的存儲器等等)，第三層級IlO3可提供縮減的網絡服務。在一個實施例中，WHM網絡100的移動節(jié)點可充當直接連接到層級2節(jié)點的從動者或孩子，這可進一步限制其在WHM網絡100內的功能。由于回程180上的流量可包括高清晰度(HD)視頻、音頻剪輯和視頻剪輯以及用戶數據，所以無線NIC可被結合在WHM網絡100的一些靜止節(jié)點內。例如，通過復用壓縮HD 視頻的流、多個因特網視頻會話、多個音頻/視頻會話以及一些間歇性的http數據流量，回程鏈路180上的負載對于TCP/UDP類型流量可達到大約60兆比特每秒，考慮到媒體訪問控制(MAC)層效率，這可要求至少100兆比特每秒的原始無線電支持。根據此示例，層級2節(jié)點可能需要802. Iln型無線電裝置(例如在5GHz頻帶)來滿足這種帶寬要求?，F(xiàn)在參考圖2，示出了層級2節(jié)點150的示例性實施例。這里，層級2節(jié)點150是包括位于殼體210的一側的一個或多個端口 200的網格網絡橋接適配器。端口 200適合于接收來自有線非網格節(jié)點的連接器。例如，作為示例，端口 200適合于接收與相應的(一個或多個)有線非網格節(jié)點相關聯(lián)的一個或多個以太網連接器的千兆比特以太網端口。網格網絡橋接適配器150包括第一無線電邏輯單元220和第二無線電邏輯單元 230。根據本發(fā)明的一個實施例，第一無線電邏輯單元220和第二無線電邏輯單元230中的每一個包括在相互不同的信道上工作以避免干擾的單頻帶或雙頻帶WiFi無線電裝置。第一無線電邏輯單元220和第二無線電邏輯單元230分別經由天線MO1和MO2接收/發(fā)送消息。這里，第一邏輯單元220使得適配器150能夠在自組織模式中工作并且與自組織網絡建立通信，而第二邏輯單元230使得適配器150能夠在基礎設施模式中工作以與無線節(jié)點建立通信，這些無線節(jié)點進行掃描以與接入點相關聯(lián)。更具體而言，當在其中第一無線電邏輯單元220工作的“網格”模式中工作時，適配器150看起來是在自組織模式中工作的無線網格節(jié)點，該無線網格節(jié)點能夠加入圖1的 WHM網絡100或者啟動新的網格網絡。在此模式期間，可向連接到端口 200的有線(非網格)節(jié)點提供對WHM網絡100的訪問。類似地，當適配器150在其中第一和第二無線電邏輯電路220和230都在工作的“混合”模式中工作時，第二無線電邏輯單元230在基礎設施模式中工作并且看起來是其信令范圍內的所有配備有標準WiFi的非網格節(jié)點的接入點。從而，這些非網格節(jié)點可能夠獲得對WHM網絡100的訪問。然而，當適配器150處于其中第一無線電邏輯單元220未在工作的第三模式中時，無線非網格節(jié)點能夠訪問與適配器150的端口 200相耦合的有線非網格節(jié)點可得的資源或者適配器150所耦合到的有線網絡上的資源。不能訪問圖1的WHM網絡100。返回參考圖1，當在網格或混合模式中工作時，適配器150與已經是WHM網絡100 的一部分的另一節(jié)點(例如節(jié)點130)相關聯(lián)。在建立關聯(lián)之后，適配器150和層級2節(jié)點 130可以交換數據。關聯(lián)過程是涉及以下三個狀態(tài)的兩步驟過程(1)未認證且未關聯(lián)；(2) 已認證但未關聯(lián)；以及(3)已認證且已關聯(lián)。為了在狀態(tài)之間轉換，通信方交換被稱為管理幀(或控制消息)的消息。在操作中，所有節(jié)點都適合于發(fā)送被稱為“鄰居發(fā)現(xiàn)請求”消息的一個或多個管理幀，以判定是否存在任何能夠對該消息解碼并適時作出響應的節(jié)點。在進行操作以關聯(lián)(加入)WHM網絡100之前，適配器150偵聽對鄰居發(fā)現(xiàn)消息的響應消息，以便識別出什么其他節(jié)點在范圍內并且正經由什么信道進行通信。在識別出適配器150之后，節(jié)點130可與此節(jié)點通信并通過交換若干個管理消息來執(zhí)行相互認證。在如圖7A中所述成功認證之后，適配器150轉移到第二狀態(tài)中，即已認證但未關聯(lián)。現(xiàn)在參考圖3，示出了一個框圖，該框圖示出了用于WHM網絡100內的網絡橋接適配器150的第一無線電邏輯單元220的系統(tǒng)協(xié)議體系結構300的開放系統(tǒng)互連(OSI)層表示的一個實施例。為了使能無線家庭網格網絡功能，可以使用雙重WiFi無線電平臺。例如， 兩個IEEE 802. lla/b/g/n雙頻帶卡(袖珍PCI、USB電子狗等等)，其中雙頻帶卡之一被用于網格回程鏈路以在5GHz頻帶或更高帶寬上工作。在本發(fā)明的一個實施例中，連接層級3 節(jié)點的鏈路與傳統(tǒng)的802. llb/g模式兼容，這只不過是因為此時大多數當前的移動節(jié)點支持IEEE 802. llb/g WiFi0當然，特定的PHY層350既支持無線通信也支持有線通信。如圖3中所示，在所描述的協(xié)議體系結構300中，無線家庭網格網絡(“WHMN”)功能320被放置在MAC層310與網絡(IP)層340之間，以提供獨立于所部署的更高OSI層并且能夠被更容易地重配置的方案。作為代表，在圖3的系統(tǒng)協(xié)議體系結構300中，增強的功能被放置在MAC層310與網絡(IP)層340之間的WHMN層320中。因此，WHMN層320大體上構成“0SI層2. 5”方案。WHMN層320的放置提供了對于更低和更高OSI層都透明的增強功能，并且能夠支持不同的無線電芯片集。在一個實施例中，WHMN層320可以執(zhí)行WHMN軟件組織和配置的功能，例如自動 PHY(安全網絡發(fā)現(xiàn))配置322、自動IP尋址324、第二層(L2)路由326、諸如節(jié)點認證之類的安全性328等等。在一個實施例中，一旦電子設備已被認證并加入了識別出的WHMN，自動 IP配置功能324就可提供自動化IP地址生成。
如圖4中所示，示出了網絡橋接適配器150的示例性框圖。適配器150包括排隊控制邏輯400，該排隊控制邏輯400耦合到一個或多個處理器402并且可適合于控制第一無線電邏輯單元220和第二無線電邏輯單元230。適配器150在存儲于存儲器404中的嵌入式Linux 操作系統(tǒng)上工作，網格聯(lián)網軟件在該操作系統(tǒng)中運行，該操作系統(tǒng)在以太網(端口 200)、第一無線電邏輯單元220和第二無線電邏輯單元230之間轉發(fā)流量。盡管有網格功能，適配器150的第二無線電裝置也可充當常規(guī)的無線因特網路由器，如果存在上行鏈路的話。適配器150將容宿一 web服務器，該web服務器在新的非網格節(jié)點首次連接并且適配器正在混合模式中工作時執(zhí)行認證功能。根據本發(fā)明的一個實施例，排隊控制邏輯400適合于為了與WHM網絡100通信或者根據特有根據IEEE 802. 11標準的任何版本工作的無線非網格節(jié)點的網絡來執(zhí)行消息格式化。這里，第一無線電邏輯單元220將適合于利用天線240i發(fā)送和接收，而第二無線電邏輯單元230將適合于利用天線2402發(fā)送和接收?；蛘?，(一個或多個)處理器402與排隊控制邏輯400相結合可適合于控制數據流或緩沖發(fā)送到或接收自第一無線 電邏輯單元220和第二無線電邏輯單元230的信息。此外，排隊控制邏輯400適合于控制邏輯單元的操作，即第一無線電邏輯單元220適合于為了與WHM網絡100的通信和天線240i的調諧而執(zhí)行消息格式化，而第二無線電邏輯單元230適合于為了與無線非網格節(jié)點的通信和天線2402的調諧而控制消息格式化。與傳統(tǒng)的電子設備不同，適配器150還包括無線(自組織)家庭網格網絡 ("WHMN")邏輯405。WHMN邏輯405包括網絡形成邏輯410、網絡發(fā)現(xiàn)邏輯420、發(fā)現(xiàn)響應邏輯430和認證邏輯440。在一個實施例中，當適配器150被加電時，網絡發(fā)現(xiàn)邏輯420可掃描每個無線信道以檢測其他作為自組織網絡工作的網絡的存在。根據本發(fā)明的一個實施例，在其初始操作期間，適配器150被網絡管理員(例如家庭業(yè)主或安裝者)配置為通過訪問橋接適配器150 中的web界面來連接到當前的網格網絡。根據IEEE 802. 11標準，當第一無線電邏輯單元 220在自組織模式中工作時，在信標時段期間可從適配器150發(fā)送信標或者可從鄰居無線節(jié)點發(fā)送信標。無論信標的發(fā)源地如何，各種節(jié)點都利用信標來進行同步并且還確定發(fā)送方節(jié)點的大體位置并且可能還確定其細節(jié)。管理員配置web界面可允許用戶掃描當前可用的網絡，其中適配器150可觸發(fā)網絡發(fā)現(xiàn)邏輯420執(zhí)行一個或多個802. 11 “自組織”功能，例如掃描每個無線信道，以確定可用的自組織網絡的列表。基于檢測到的信號(例如信標)，網絡發(fā)現(xiàn)邏輯420可識別一個或多個自組織網絡。網絡發(fā)現(xiàn)邏輯420可發(fā)送一個或多個安全性參數以從一個或多個識別出的無線自組織網絡中檢測WHM網絡。這些安全性參數通常是由網絡管理員輸入的，其可使得WHM網絡內的現(xiàn)有節(jié)點能夠驗證適配器150為OEM特定節(jié)點，即來自同一實體或形成 WHM網絡的同一組實體的電子設備。當設備150是WHMN的節(jié)點時，發(fā)現(xiàn)響應邏輯430可適當地作出響應。認證邏輯440可執(zhí)行如圖7中所示的認證過程。再次參考圖4，在一個實施例中，如果適配器150未檢測到WHMN的存在，則管理員可選擇利用網絡形成邏輯410創(chuàng)建新的網格網絡，網絡形成邏輯410可進入網絡發(fā)起者階段，以將適配器150確立為WHMN的移動節(jié)點或靜止節(jié)點。例如，再次參考圖1，平板電視 (TV) 130可以最初成為圖1的WHMN 100的第一靜止節(jié)點。根據這種實施例，TV 130將包括無線電NIC，該無線電NIC將周期性地發(fā)射信標，以使得任何新添加的電子設備能夠識別 WHMN 100。例如，適配器150在激活時可基于響應于連接請求消息而從TV 130接收的響應來檢測WHMN 100的存在，該連接請求消息是基于如圖5中所示的專有格式來組織的。系統(tǒng)功能圖5圖示出WHMN消息500的示例性格式，其代表了圖4的網絡橋接適配器150用于初始WHMN設置的消息傳遞格式。例如，在節(jié)點分析其無線環(huán)境的發(fā)現(xiàn)階段期間，每個新無線節(jié)點可運行網絡掃描(利用標準802. 11功能)，以找出其鄰近區(qū)域中的所有無線網絡。 新節(jié)點隨后以廣播或多播的形式向所有識別出的WHM網絡發(fā)送消息，以嘗試識別其鄰近區(qū)域中的WHMN。WHMN的現(xiàn)有節(jié)點利用建立新連接所必需的適當細節(jié)來響應該發(fā)現(xiàn)消息。更具體而言，如圖5中所示，作為例示性實施例，WHMN消息500可包括⑴消息頭部502，(ii)消息內容520，以及(iii)消息尾部512。這里，根據此示例性實施例，消息頭部502包括WHMN版本504、標識該特定消息的事務(消息)ID 506、指示發(fā)送該消息的節(jié)點的類型(例如層級1、層級2或層級3)的類型參數508。消息內容510可包括編碼的數據， 用于保護數據以對抗入侵者并且確保數據僅能夠被目標無線節(jié)點訪問。消息尾部512包括 WHMN代碼514。在本發(fā)明的一個實施例中，每個WHMN消息結束于WHMN代碼514，該WHMN代碼514可重復預定的次數以確保整個消息被沒有差錯地接收。作為示例，圖6圖示出兩類WHMN消息500亦即WHMN數據消息550和WHMN控制消息540的示例性格式。這里，根據本發(fā)明的此實施例，WHMN數據消息550和WHMN控制消息 540都是通過將這些消息封裝在以太網分組600內來路由的，該以太網分組600包括24字節(jié)的WHMN頭部530，該WHMN頭部530被插入在以太網頭部610之后。WHMN頭部530包括用于標識WHMN消息500的目的地的目的地MAC地址(dst_mac) 532和用于標識WHMN消息 500的源的源MAC(srC_maC)地址534。其他信息536也可被放置在頭部530內，包括但不限于標識系統(tǒng)協(xié)議體系結構的版本的協(xié)議版本號、控制標志、是數據還是控制的幀類型、 幀長度、QoS特征、規(guī)定允許消息在網絡上“存活”多久(以跳為單位)的存活時間(TTL)值 (其中每一跳使得TTL值減小1)、指示出幀在完整的消息事務內的順序的序列號、以及數據協(xié)議類型。 對于WHMN控制消息(例如發(fā)現(xiàn)、認證等等)，4字節(jié)控制頭部542被插入在頭部 530之后，其中控制頭部542包括類型508以及頭部長度544和消息長度546。在控制頭部 542之后，插入WHMN控制消息540的消息主體(內容)548。例如，對于發(fā)現(xiàn)消息，消息內容 548是如下所述的“質詢文本”。與之不同，對于WHMN數據消息550，從OSI網絡層接收的IP數據分組被附加到以太網分組600的WHMN頭部530之后，取代控制頭部542和消息主體548。圖7A和7B圖示出無線節(jié)點執(zhí)行的消息流程圖700的一個實施例，該無線節(jié)點能夠⑴基于與WHMN的響應方(現(xiàn)有)節(jié)點的通信加入WHMN，以及⑵與一個或多個無線非網格節(jié)點建立連通性。如圖7A中所示，該無線節(jié)點被稱為“節(jié)點A”702，并且響應方無線節(jié)點被稱為“節(jié)點B” 704。根據本發(fā)明的一個實施例，圖7A圖示了節(jié)點A 702(橋接適配器)與節(jié)點B 704(另一網格節(jié)點)通信。這里，節(jié)點A 702的第一無線電邏輯單元向一個或多個檢測到的無線自組織網絡發(fā)送消息(WHMN鄰居發(fā)現(xiàn)請求)710。此發(fā)送可以采取廣播或多播的方式。鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息(WHMN_DISC_REQ) 710被發(fā)送出，以嘗試從檢測到的無線自組織網絡中找出現(xiàn)有的WHMN。 鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息710是WHMN專有的并且將被鄰近區(qū)域中的其他OEM特定無線節(jié)點所認識。在一個實施例中，鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息710可包括安全性字段712，以保護WHMN免遭來自非網格節(jié)點的拒絕服務(DOS)攻擊。根據本發(fā)明的一個實施例，鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息是廣播或多播消息，節(jié)點發(fā)送出該廣播或多播消息，以嘗試找到并加入現(xiàn)有的OEM特定自組織網絡。鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息包括安全性字段712和節(jié)點類型字段714。一般地，安全性字段712包含2k比特，其中k > 5 (例如26或64個比特)。這8個字節(jié)是根據特定OEM所利用的專有函數，利用節(jié)點A嘗試加入的網絡的秘密值(例如以字母數字字符形成的、對某一實體或一組實體特定的秘密邏輯值)和擴展服務集標識(ESSID)來得出的。節(jié)點類型字段714包括令接收方節(jié)點(節(jié)點B) 獲知節(jié)點A的能力的參數。 #define GATEWAY 1 /* 節(jié)點類型-網關 */#def ine STATIONARY 2 /* 節(jié)點類型-層級 2 靜止(默認)*/#define MOBILE 3 /* 節(jié)點類型-層級 3 移動 */在安全性字段712內的內容在接收方節(jié)點處不匹配預期結果的情況下，不進一步處理鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息，從而不生成響應。然而，如果檢測到匹配，則與WHM網絡相關聯(lián)的接收方節(jié)點(節(jié)點B)發(fā)送鄰居發(fā)現(xiàn)響應消息到節(jié)點A。更具體而言，根據本發(fā)明的一個實施例，安全性字段712包括質詢文本，即與節(jié)點 A 802正嘗試加入的網絡的小區(qū)ID、ESSID和當前時間戳相組合的秘密值?！敖M合”可實現(xiàn)為一個或多個異或(XOR)運算，串接、散列或對形成秘密文本的數據的任何算術或邏輯運算。秘密值可被永久存儲在節(jié)點A 702的存儲器或ROM內，或者可基于被特定OEM利用的專有種子值來生成。在掃描無線信道并檢測到鄰居發(fā)現(xiàn)請求消息后(參見箭頭720)，節(jié)點 B 704可驗證質詢文本712與預期值相匹配。假定質詢文本712被驗證以將節(jié)點A 702識別為OEM特定無線網格節(jié)點，則節(jié)點B 704將生成鄰居發(fā)現(xiàn)響應(WHMN_DISC_RSP) 730并且發(fā)起到節(jié)點A 702的單播發(fā)送。如圖7A中進一步示出的，鄰居發(fā)現(xiàn)響應消息730可包括網格軟件的版本號732 ； 消息標識符(例如響應)734 ；標識節(jié)點B 704的層級級別的類型標識符736 ；節(jié)點標識符 (小區(qū)ID) 738 ；節(jié)點B的公鑰740 ；公鑰740的校驗和742 (公鑰校驗和742)；以及質詢文本 744。公鑰740被用在連接階段中。公鑰校驗和742被添加來減輕未檢測到的對公鑰740 的破壞或篡改，這在中間人攻擊(man-in-the-middle attack)中是最有可能需要的?？梢砸陨⒘薪Y果的形式來計算公鑰校驗和742，該散列結果是通過利用MD-5或另外的散列函數對公鑰740進行散列來計算的。質詢文本744是節(jié)點A的MAC地址和秘密值的組合。在一個實施例中，接收到鄰居發(fā)現(xiàn)響應消息(參見箭頭745)向節(jié)點A 702表明檢測到的自組織網絡被識別為WHMN。節(jié)點A 702通過將接收到的校驗和與在本地為接收到的公鑰生成的校驗和相比較來檢查鄰居發(fā)現(xiàn)響應消息的完好性。一旦確證了校驗和，節(jié)點 A 702就可保存關于節(jié)點B704的各種信息，例如其公鑰，MAC地址等等。節(jié)點A 702可重復此過程以識別多個WHMN，這多個WHMN可以以列表的形式被呈現(xiàn)給用戶，需要用戶選擇來加入期望的網絡。然后，過程現(xiàn)在進入認證階段。必須通過使用例如用戶通行語來認證網橋加入網格網絡。此通行語被利用節(jié)點B 的公鑰加密，然后在連接請求消息內與經加密的通行語的校驗和、節(jié)點A的公鑰和節(jié)點A的公鑰的校驗和一起被發(fā)送。更具體而言，節(jié)點A 702生成連接請求消息750 (參見箭頭770) 以發(fā)送到節(jié)點B 704。連接請求消息750提供版本號751、消息標識符752、重試值753、如上定義的響應代碼754。此外，連接請求消息750提供用于節(jié)點A的認證的信息，包括經加密的通行語756、經加密的通行語的校驗和758、節(jié)點A的公鑰760以及此公鑰的校驗和762。在接收到連接請求消息后，節(jié)點B 704通過審查校驗和值來檢查完好性。節(jié)點B704隨后對經加密的通行語解密，然后通過將經解密的通行語與其通行語相比較來檢查接收到的公鑰的完好性。然后，如果連接請求如上所述得到確證，則節(jié)點B 704生成帶有用于標識這種確證的失敗或成功的響應代碼的連接確認消息780 (參見箭頭790)。連接確認消息780包括響應代碼782和質詢文本785，該質詢文本785存在是為了防止發(fā)送錯誤(或偽造)的確認的攻擊。由于質詢文本785是利用OEM特定秘密值(例如與制造商相關聯(lián)的邏輯值)生成的，所以它也將用于區(qū)分該制造商一般提供或認可的產品和不是該制造商一般提供或認可的產品。連接確認消息780的響應 代碼782充當對節(jié)點A 702的反饋，指出其請求已被成功接收還是失敗接收。以下給出差錯代碼的列表。#define C0NN_SUCCESS0#define PASSCODE_FAILED1#define ENC_CHKSUM_ERR2#define PUBKEY_CHKSUM_ERR 3#define UNKN0WN_ERR4連接認證過程的超時和重試值可如下設定，以設定對連接確認消息780的等待時間和對這種傳送的重試次數。#define TIME0UT_C0NN_REQ 5 /*5 秒 */#define MAX_C0NN_RETRY3獨立于以上所述的發(fā)現(xiàn)和認證操作，如圖7B中所示，節(jié)點A 702(適配器)的第二無線電邏輯單元嘗試利用信標將自身宣告為接入點并且接受與適配器的信令鄰近區(qū)中的無線非網格節(jié)點的關聯(lián)請求。具體地，節(jié)點A702的第二無線電單元接收來自無線非網格節(jié)點(例如節(jié)點B 704)的用于與作為接入點工作并發(fā)送信標800的節(jié)點A 702建立連通性的消息?！靶艠恕?800是宣告節(jié)點A 702 (適配器)的存在并且為范圍內的無線NIC提供SSID 和其他參數的消息。信標800攜帶著關于其無線電NIC的信息，包括無線非網格節(jié)點希望關聯(lián)的網絡的SSID和支持的數據速率。用于在節(jié)點A 702和節(jié)點B 704之間建立連通性的消息可包括但不限制于或局限于探測請求810、探測請求820、關聯(lián)請求830以及關聯(lián)響應 840。根據本發(fā)明的此實施例，如果接受了關聯(lián)請求消息830，則節(jié)點A702保留存儲器， 為無線電NIC建立關聯(lián)ID并且向節(jié)點B發(fā)送關聯(lián)響應消息840。關聯(lián)響應消息840包含對關聯(lián)請求消息830的接受或拒絕。對于接受，關聯(lián)響應消息840將包含諸如關聯(lián)ID和支持數據速率之類的信息。當然，在節(jié)點A 702已經與節(jié)點B 704相關聯(lián)、但這種通信因為某種原因而中斷的替換情形中，節(jié)點A 702可通過重關聯(lián)請求和重關聯(lián)響應消息(未示出)的發(fā)送來重建立關聯(lián)。要理解，雖然在以上描述中已經闡述了本發(fā)明的各種實施例的許多特性和優(yōu)點， 以及本發(fā)明的各種實施例的結構和功能的細節(jié)，但本公開只是例示性的。在一些情況下，僅結合一個這種實施例詳細描述了某些子組合。然而，已認識到并希望這種子組合可用于本發(fā)明的其他實施例中。在表述所附權利要求的術語的寬泛一般含義所指示的整個范圍內， 可以在本發(fā)明實施例的原理內的細節(jié)尤其是部件的結構和管理方面作出改變。
在已經公開了示例性實施例和 最佳模式后，可以在保持在所附權利要求限定的本發(fā)明實施例的范圍內的同時對所公開的實施例作出修改和變化。
權利要求
1.一種用于在多個節(jié)點之間建立通信的方法，該方法包括響應于網絡橋接適配器的激活而發(fā)現(xiàn)自組織網絡，該自組織網絡的訪問限于從共同實體提供的無線節(jié)點，所述網絡橋接適配器包括用于發(fā)送和接收消息以便檢測所述自組織網絡的第一無線電邏輯單元和以接入點的功能工作的第二無線電邏輯單元；在許可所述網絡橋接適配器加入所述自組織網絡之前，認證所述網絡橋接適配器以及即使所述多個節(jié)點之中的第一節(jié)點不是從所述共同實體提供的，也許可該第一節(jié)點訪問所述自組織網絡。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一無線電邏輯單元和所述第二無線電邏輯單元兩者是在相互不同的信道上工作以避免干擾的雙頻帶WiFi無線電裝置。
3.如權利要求1所述的方法，其中，認證所述網絡橋接適配器的步驟包括(1)發(fā)送第一消息，該第一消息包括(i)經加密的通行語，該經加密的通行語是利用所述自組織網絡的無線節(jié)點的公鑰加密的通行語，(ii)所述經加密的通行語的校驗和， (iii)所述網絡橋接適配器的公鑰，以及(iv)所述網絡橋接適配器的公鑰的校驗和，以及(2)接收第二消息，該第二消息包括表明所述網絡橋接適配器是否已被成功認證的代碼。
4.如權利要求3所述的方法，其中，認證所述網絡橋接適配器的步驟還包括從所述網絡橋接適配器發(fā)送第三消息，該第三消息包括第一質詢文本，該第一質詢文本包括與所述自組織網絡的擴展服務集標識ESSID相組合的秘密值；以及接收來自所述自組織網絡的所述無線節(jié)點的第四消息，該第四消息包括第二質詢文本，該第二質詢文本包括與所述無線節(jié)點的媒體訪問控制MAC值相組合的所述秘密值。
5.如權利要求1所述的方法，還包括許可所述多個節(jié)點之中的第二節(jié)點訪問所述自組織網絡，該第二節(jié)點包括物理地連接到所述網絡橋接適配器的端口的互連。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述自組織網絡將訪問限于由所述共同實體制造或銷售的無線節(jié)點。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一邏輯無線電單元和所述第二邏輯無線電單元中的至少一個是單頻帶WiFi無線電裝置。
8.一種適合于在自組織網絡中工作的網絡橋接適配器，該自組織網絡的訪問僅限于從共同實體提供的無線節(jié)點，所述網絡橋接適配器包括殼體，位于所述殼體的一側、用于接收來自電子設備的數據的至少一個端口， 用于發(fā)送和接收消息以便檢測所述自組織網絡的存在的第一無線電邏輯單元，以及通過與由不同于所述共同實體的實體提供的節(jié)點建立通信來作為接入點工作的第二無線電邏輯單元。
9.如權利要求8所述的網絡橋接適配器，其中，所述第一無線電邏輯單元和所述第二無線電邏輯單元兩者是在相互不同的信道上工作以避免干擾的雙頻帶WiFi無線電裝置。
10.如權利要求8所述的網絡橋接適配器，其中，所述第一無線電邏輯單元經由第一天線發(fā)送和接收消息，并且所述第二無線電邏輯單元經由第二天線發(fā)送和接收消息。
11.如權利要求8所述的網絡橋接適配器，其中，所述第一無線電邏輯單元是在與所述第二無線電邏輯單元不同的信道上工作以避免干擾的雙頻帶WiFi無線電裝置。
12.如權利要求8所述的網絡橋接適配器，其中，所述第一無線電邏輯單元和所述第二無線電邏輯單元兩者是在相互不同的信道上工作以避免干擾的單頻帶WiFi無線電裝置。
13.如權利要求8所述的網絡橋接適配器，其中，所述至少一個端口是多個以太網端□。
14.一種系統(tǒng)，包括一個或多個無線節(jié)點，這一個或多個無線節(jié)點是從共同實體提供的并且形成具有訪問限制的自組織網絡；以及網絡橋接適配器，該網絡橋接適配器包括 殼體；位于所述殼體的一側、用于接收來自電子設備的數據的至少一個端口 ； 用于發(fā)送和接收消息以便檢測所述自組織網絡的存在的第一無線電邏輯單元；以及通過與由不同于所述共同實體的實體提供的節(jié)點建立通信來作為接入點工作的第二無線電邏輯單元。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡橋接適配器的第一無線電邏輯單元和第二無線電邏輯單元兩者是在相互不同的信道上同時工作以避免干擾的雙頻帶WiFi無線電裝置。
16.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡橋接適配器的第一無線電邏輯單元經由第一天線發(fā)送和接收消息，并且所述第二無線電邏輯單元經由第二天線發(fā)送和接收消肩、ο
17.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡橋接適配器的至少一個端口是多個以太網端口。
全文摘要
描述了用于使節(jié)點能夠訪問多層級無線家庭網格網絡的網絡橋接適配器和方法。該網絡橋接適配器適合于在自組織網絡中工作，該自組織網絡的訪問僅限于從共同實體提供的無線節(jié)點。根據本發(fā)明的一個實施例，該網絡橋接適配器包括殼體；位于殼體的一側、用于接收來自電子設備的數據的一個或多個端口；包含在殼體內的第一無線電邏輯單元，適合于發(fā)送和接收消息以便檢測自組織網絡的存在；以及包含在殼體內的第二無線電邏輯單元，適合于通過與由不同于所述共同實體的實體提供的節(jié)點建立通信來作為接入點工作。也描述了并要求保護其他實施例。
文檔編號H04L9/32GK102308528SQ201080007112
公開日2012年1月4日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2009年2月6日
發(fā)明者劉愛昕, 荊翔鵬, 董·N·恩古因, 阿布希舍克·帕提爾 申請人:索尼公司, 索尼電子有限公司