用于平衡即兴网络构造的设备和方法技术

在一种实施方式中，本申请提供一种用于平衡即兴网络构造的机制。为了实现平衡即兴网络构造，本申请发送度量信息和DIO控制消息。在RPL中引入新型度量容器用于保存所述度量信息，选择路径成本最小的父节点，并根据定义的逻辑切换至路径成本最小的父节点。无状态度量假设每个节点的平均流量大致相同。所述无状态度量直接利用路由表条目数(RTsize)决定要使用的路径。在有状态度量中，节点记录自己每秒处理的报文。对于有状态度量，节点维护可变的报文处理速率(packet processing rate，简称PPR)，再将其用作度量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于平衡即兴网络构造的设备和方法本申请是2016年1月7日提交的国际申请IN201641000628的延续。上述申请的公开内容以引入的方式并入本文。
本申请通常涉及在无线网络中路由报文，尤其涉及一种用于平衡即兴网络构造的设备、系统和方法，以延长网络寿命。
技术介绍
物联网(InternetofThings，简称IoT)能够使所有的通用设备/器具以及传感器/执行器连接到互联网，因此在监控方面可以有更好的控制，并且可以在任何时间、任何地点指挥这些设备。例如楼宇自动化，其中所有的传感器(火灾传感器、温度传感器等)、灯具、房间窗帘、门锁都连接到互联网，并且可以利用移动应用程序或者任何其它便于使用的设备远程/本地控制。这些设备通常构成即兴模式的网络，其中设备互相连接以最终到达边界路由器(borderrouter，简称BR)，这些设备通过所述边界路由器连接到互联网。低功耗有损网络(LowPowerandLossyNetworks，简称LLN)是一种由空间分布自主且资源受到约束的传感器/执行器组成的网络，用于监测温度、声音、压力等物理或环境条件，并将其数据通过网络协同传递到主位置。这类网络中的节点在以下几个方面受到极大限制：存储空间(RAM、ROM和闪存都)较小、处理能力较弱、网络带宽较小、功率较小(电池供电的节点)等等。以网状结构建构使得节点连接到一个或者多个中间路由器的网络称为即兴网。LLN路由协议(RoutingProtocolforLLN，简称RPL)是LLN中最广泛使用的路由协议之一。通过考虑各种度量标准和约束条件例如ETX(估计的传输次数)、时延和/或节点能量等，构建路由表/路径。网络寿命定义为网络中第一个节点发生故障之前的时间量。过度使用节点导致能源耗尽可能是故障原因。图1示出了一个解释网络故障问题的示例性场景。如图1所示，假设一个智能农业场景，部署在其中的传感器用于测量土壤的水分含量。传感器有助于分析农作物的水分需求，并且合理利用可用水资源。这些传感器周期性地向远程服务器发送信息，远程服务器对信息进行分析以决定是否浇灌更多的水以及向哪块农田浇灌。传感器分散在农田中，数千个这样的传感器中通常只有一个边界路由器。因此，这些传感器以即兴方式互相连接。传感器通常是电池供电，因为农田中所有的相关区域不可能都与电力网连接。即兴网络的构造决定如何在节点之间分配流量模式。节点处理的流量越多，电池耗电越快。因此，网络构造的整体流量分布需要到达最优。图2示出了一个最优流量分布的示例。如图2所示，假设一个拓扑结构I，其网络构造示出节点X用作节点A、B、C、D的路由器，而拓扑结构I中的节点Y则不会从其它节点接收任何流量，即使节点Y与其它节点例如节点C之间存在连接(虚线所示)。这使得节点X接收的流量越来越多，而节点Y被闲置。因此，相比节点Y，节点X的电池消耗较多，从而使得节点X发生故障的时间远早于节点Y。在场景II中，因为节点C连接到节点Y，并且节点D的流量也通过节点Y路由，因此拓扑构造是平衡的，节点X和节点Y分担的流量几乎相等(假设每个节点生成的流量相等)。因此，树中特定级别的网络的整体电池消耗得以均匀平衡。这使得网络寿命最优。为了形成平衡网络以实现最优的流量分布，现有技术提供了几种不同的解决方案和方法。基于ETX的路由度量方法启用了一种路由度量，使得节点试图使用(重新)传输次数最少的路径。这是最广泛采用的路由度量之一，并且是根据标准默认使用。但是，基于ETX的路由度量会导致网络构造不平衡。原因在于ETX度量主要适用于在发送报文时优化/减少传输次数，没有考虑到网络平衡。基于节点能量的路由度量方法提供了一种路由度量，优选电池电量最多的节点作为下一跳。这是一种反应性方法，认为电池电量只要降到特定阈值之下就无法使用。同时，如果网络构造的动力发生变化，该路由度量就无法保证平衡的电池消耗。但是，通过形成将节点能量视为路由度量的网络拓扑，节点能量才能发生作用。这是针对网络平衡的反应性方法。称其反应性是因为一旦节点能量低至特定阈值，网络拓扑构造就会发生改变。问题在于这段时间网络节点可能已经移动，并且可能导致网络能量的次优平衡。在现有技术中，TripathiJ等人于2013年在《信息科学与系统(InformationSciencesandSystems，简称CISS)》上发表了文献“量化负载不平衡(QuantifyingLoadImbalance)”，公开了一种仅利用非常有限的相邻节点或父节点的子集来逐渐最小化不平衡度量的技术。根据文中定义的技术：每个节点都应该向DAG根或LBR通告一个父节点集而非单个父节点。节点最多向DAG根通告三个父节点。当然，如果只能通过单个父节点访问节点，则通告所述唯一的父节点。其次，在收集关于整个DAG/网络的信息之后，DAG根(LBR)应该运行启发式方法，从每个节点提供的父节点集中为该节点分配一个父节点。所述根通过应答消息将分配的父节点通知给每个节点，这些父节点应该用于定期或批量数据上报。但是，“量化负载不平衡(QuantifyingLoadImbalance)”方法存在一些缺点，例如在这种方法中，每个子节点都需要将其父节点集通知给根节点(rootnode，简称BR)。这会在网络中产生额外流量。BR需要运行某种算法决定每个子节点需要使用的父节点。该算法无法大规模使用，实际上是一个待解决的NP疑难问题。所述方法试图通过定义自己的算法实现接近最优的构造。即使这样，随着网络中节点数量的增加，算法的时间也将呈指数增长。所述方法仅在非存储模式的操作中有效。当节点产生的流量各不相等时，所述方法不起作用。在现有技术中，XinxinLiu等人于2013年在“无线通信与网络会议(WirelessCommunicationsandNetworkingConference，简称WCNC)”和专利US20140204759A1中发表了文献“低功耗有损网络的负载平衡路由(LoadBalancedRoutingforLowpowerandlossynetworks)”，公开了基于RPL协议的负载平衡路由协议，以实现大规模低功耗有损网络中的节点之间的工作负载的平衡分布。提供了一种分布式和非侵入式的技术，以实现自动工作负载不平衡信令及检测。综合考虑工作负载分布和通信条件，选择最优数据转发路径以最大化报文传输速率。该理念的工作原理是允许子节点同时使用多个父节点，并将工作负载(待发送报文)分配至所述多个父节点。该理念定义了通过每个待使用父节点发送的流量的大小。因此，这种情况的主要区别在于子节点可能会使用多条路径分配工作负载。因为需要存储所有的路径信息，这会导致更大的内存利用率。其次，决定分配给每个父节点的权重的算法较为复杂，程序逻辑更多，占用的程序ROM空间也更多，这些都是受限设备比较关注的。但是，“低功耗有损网络的负载平衡路由(LoadBalancedRoutingforLowpowerandlossynetworks)”和US20140204759存在一些缺点，例如该方法要求每个子节点维护包括不同父节点的多条路径和关于每个父节点的权重。所述权重决定了直接通过特定父节点的流量的大小。终端节点需要额外的内存来存储这些信息。决定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备602，其特征在于，包括：至少一个接收模块610，用于从至少一个其它设备接收至少一个度量信息；至少一个选择模块612，用于：根据接收到的度量信息，计算从即兴网络中的一个或者多个设备中选择的至少一个相邻设备的至少一个路径成本；如果相邻设备的路径成本最小，选择所述相邻设备作为父设备；至少一个切换模块614，用于基于选择和工作负载量切换至所述父设备，其中，如果父设备的路径成本与当前父设备的路径成本相比较小，并且父设备的工作负载量与当前父设备的工作负载量相比较少，则所述设备的当前父设备切换至所述父设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.07 IN 2016410006281.一种设备602，其特征在于，包括：至少一个接收模块610，用于从至少一个其它设备接收至少一个度量信息；至少一个选择模块612，用于：根据接收到的度量信息，计算从即兴网络中的一个或者多个设备中选择的至少一个相邻设备的至少一个路径成本；如果相邻设备的路径成本最小，选择所述相邻设备作为父设备；至少一个切换模块614，用于基于选择和工作负载量切换至所述父设备，其中，如果父设备的路径成本与当前父设备的路径成本相比较小，并且父设备的工作负载量与当前父设备的工作负载量相比较少，则所述设备的当前父设备切换至所述父设备。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，接收所述度量信息和至少一个有向无环图信息对象(DestinationOrientedDirectedAcyclicGraphInformationObject，简称DIO)控制消息，所述DIO控制消息包括至少一个保存所述度量信息的容器。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述度量信息是作为度量对象用于存储模式的操作的路由表大小(routingtablesize，简称RTsize)，或者是作为度量对象用于非存储模式的操作的报文处理速率(packetprocessingrate，简称PPR)，或其任意组合中的至少一个。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备用于在低功耗有损网络中路由至少一个报文以实现负载平衡路由。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括：存储器608和处理器604，其中所述存储器608用于存储至少一个报文，所述处理器604用于基于所述存储器608中存储的报文数量确定工作负载。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括处理所述度量信息的平衡网络目标函数(balancednetworkobjectivefunction，简称BNOF)，所述度量信息是作为度量对象用于存储模式的操作的路由表大小(routingtablesize，简称RTsize)，或者是作为度量对象用于非存储模式的操作的报文处理速率(packetprocessingrate，简称PPR)，或其任意组合中的至少一个。7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，基于与至少一个有向无环图信息对象(DestinationOrientedDirectedAcyclicGraphInformationObject，简称DIO)控制消息一起接收的至少一个度量值计算路径成本，所述DIO控制消息包括至少一个保存度量信息和度量值的容器。8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少基于接收到的度量信息和/或设备的路由表大小和/或父级切换阈值计算路径成本。9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，通过以下等式计算所述路径成本：用于无状态路由度量计算；用于有状态路由度量计算；其中：上述等式中的数值1是默认父级切换阈值；NBRTSize指相邻设备的路由表大小；PPR指报文处理速率；NBppr指相邻节点的PPR；OWNppr指节点自身计算的PPR；DIO指有向无环图信息对象；ip指互联网协议(地址)；OWNRTSize指所述设备的路由表大小。10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括至少一个存储相邻设备的信息的表，所述表在计算路径成本时连续更新。11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，一旦切换父设备，所述设备用于将至少一个无路径有向无环图广告对象(DestinationOrientedDirectedAcyclicGraphAdvertisementObject，简称DAO)消息发送至切换前的父设备，所述父设备用于在接收到DAO消息时从作为向下通信的下一跳的设备的父设备的至少一个路由表中删除至少一个路由条目。12.一种节点602，其特征在于，包括：至少一个接收模块610，用于从至少一个边界路由器接收至少一个度量信息；至少一个选择模块612，用于：根据接收到的度量信息，计算从即兴网络中的一个或者多个节点中选择的至少一个相邻节点的至少一个路径成本；如果相邻节点的路径成本最小，选择所述相邻节点作为父节点；至少一个切换模块614，用于分别基于选择和当前父节点的工作负载量，利用所述父节点切换当前父节点，其中，如果父节点的路径成本与当前父节点的路径成本相比较小，并且父节点的工作负载量与当前父节点的工作负载量相比较少，则将所述节点的当前父节点切换至所述父节点。13.一种用于获取平衡即兴网络构造的方法，其特征在于，所述方法包括：从至少一个其它设备接收702至少一个度量信息；根据接收到的度量信息，计算704从即兴网络中的一个或者多个设备中选择的至少一个相邻设备的至少一个路径成本；如果相邻设备的路径成本最小，选择706所述相邻设备作为父设备；基于选择和工作负载量切换708至所述父设备，其中，如果父设备的路径成本与当前父设备的路径成本相比较小，并且父设备的工作负载量与当前父设备的工作负载量相比较少，则所述设备的当前父设备切换至所述父设备。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，接收所述度量信息以及至少一个有向无环图信息对象(Des...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉胡尔·阿尔温德·贾达夫，维杰亚钱德拉·玛丽亚潘，拉比·纳拉扬·萨胡，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44