基于有向非循环图成员关系的用于路径计算的控制集标识的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及对具有大量网络设备的设备网络(例如，具有成千(上万)个传感器设备的低功率损耗网络(LLN))中的网络设备之间的时隙化信道跳跃(channel hopping)路由进行优化的路径计算元件(PCE)。
【背景技术】
[0002]这部分描述了可以被采用的方法，但并不一定是此前已经被设想或采用的方法。因此，除非明确指出，否则这部分所描述的任何方法均不是本申请的权利要求的现有技术，并且这部分所描述的任何方法不因为被包括在这部分中而被承认为现有技术。
[0003]低功率和损耗网络(LLN)允许大量(例如，成千上万)的资源受限设备被互联以形成无线网状网。互联网工程任务组(IETF)已经提出了使用基于IEEE 802.15.4e的时隙化信道跳跃(TSCH)来提供IPv6路由的路由协议(“6TiSCH” )。尽管诸如路径计算实体(PCE)之类的集中式实体可以被用于小数目的不同网络设备之间的路由计算，但是PCE计算TSCH调度的复杂度将网络中的网络设备的数目限制为少于一百(100)个网络设备，或者更典型地不多于约三十(30)个网络设备，这是因为PCE不能维持较大数目的网络设备之间的对等。因此，PCE不能计算包含较大数目的网络设备的数据网络中的网络设备之间的6TiSCH路由。
【附图说明】
[0004]参考附图，其中具有相同参考数字标号的元素自始至终表示相似的元素，并且其中:
[0005]图1根据示例性实施例示出具有用于将属于有向非循环图的网络设备归类为属于用于生成网络内的经优化的路由的控制集(dominating set)的装置的示例性系统；
[0006]图2根据示例性实施例示出具有图1的网络内的经优化的路由的网络设备的示例性控制集；
[0007]图3根据示例性实施例示出图1的网络设备或路径计算设备中的任何一个的示例性实施方式；
[0008]图4根据示例性实施例示出图1的网络设备和路径计算设备的示例性方法，该方法导致生成低功率损耗网络内的经优化的路由。
【具体实施方式】
[0009]
[0010]在一个实施例中，方法包括:路径计算设备接收来自成员网络设备的设备信息，每一个成员网络设备属于到低功率损耗网络中的目的地的有向非循环图；以及路径计算设备将属于有向非循环图的每一个成员网络设备归类为属于用于生成不同于任何有向非循环图的经优化的路由的控制集，该经优化的路由用于到达该控制集中的任何一个成员网络设备。
[0011]在另一实施例中，装置包括网络接口电路和处理器电路。网络接口电路被配置为接收来自成员网络设备的设备信息，每一个成员网络设备属于到低功率损耗网络中的目的地的有向非循环图。处理器电路被配置为将属于有向非循环图的每一个成员网络设备归类为属于用于生成不同于任何有向非循环图的经优化的路由的控制集，以到达该控制集中的任何一个成员网络设备。
[0012]在另一实施例中，方法包括:低功率损耗网络中的网络设备加入到目的地的有向非循环图；以及网络设备响应于加入有向非循环图，向路径计算设备发送设备信息，使该路径计算设备能够将网络设备添加至用于由路径计算设备生成用于到达低功率损耗网络中的任何一个网络设备的经优化的路由的网络设备的控制集，该经优化的路由不同于任何有向非循环图。
[0013]详细描述
[0014]图1根据示例性实施例示出示例性系统10，该示例性系统10具有用于将属于有向非循环图(DAG)16的网络设备14归类为属于用于生成网络18内的经优化的路由(图2中的30)的控制集(图2中的28)。
[0015]具体实施例基于使用作为DAG16的成员的网络设备14，使能对要被路径计算元件(PCE)设备12用于生成低功率损耗网络18(其可包含成千上万的网络设备14、20)中的经优化的时隙化信道映射路由30的网络设备16的有效识别。在网络18中使用时隙化信道映射路由(例如，根据6TiSCH)需要沿着该时隙化信道映射路由的所有网络设备14在多个不同的频率信道上是时间同步的，以建立用于传输数据流的确定性网络。“确定性网络”是可在需要网络资源的精确时间处保证网络资源(例如，数据缓冲器、处理器容量、网络介质访问等等)的分配的数据网络。因此，所标识的需要经由网络设备“B” 14从网络设备“A” 14发送至网络设备“C” 14的数据流的数据分组可以被分配有规定的6TiSCH时隙化信道映射路由(或“路径”)，该路由具有这样的顺序:在时隙“t0”处网络设备“A”在频率信道“10”上将数据分组发送至网络设备“B”，随后在时隙“tI”处网络设备“B”在频率信道“3”上将数据分组发送至网络设备“C”。术语“路径”被定义为由时隙序列同步的、沿着多跳路径映射的频率信道的确定性序列，其中“时隙序列”可以包括一个或多个用于重传尝试的重试缝隙(例如，每一跳对应于一个重试缝隙)，并且多调路径可以根据不同的拓扑结构来实施，例如美国专利公告号N0.2012/0300668中所述的弧形链和帧复制。
[0016]从前述内容可以明显得知，计算确定性网络中的时隙化信道映射路由30的相对复杂度对PCE设备12是不可伸缩的，特别是因为许多优化限制(例如，延迟、吞吐量、最小误差率等等)可以导致NP完全问题(不确定性的多项式时间)，该NP完全问题导致随着网络设备
14、20的数量增加，找到针对增加数量的受限路径的可接受方案的计算成本呈指数增长。
[0017]具体实施例基于将任何属于到规定目的地的有向非循环图16的成员网络设备14归类为属于用于计算经优化的时隙化信道映射路由30的网络设备的控制集(DS)28，使能对要被用于计算较低功率损耗网络18中的经优化的时隙化信道映射路由30的网络设备的有效识别。“控制集”是网络中被连接的网络设备的可识别集合，其中网络中的任何网络设备是控制集的成员14，或经由数据链路22与控制集的成员14(8卩“成员网络设备”)距离仅仅一跳的“叶子网络设备”20。本文(以及权利要求)中所使用的术语“叶子网络设备”被定义为这样的网络设备:(I)附连到有向循环图16的成员网络设备14;和(2)具有任何与之附连的“子”网络设备。换句话说，如下面针对操作54所述的，在另一网络设备(例如，“Y”)附连到网络设备(例如，“X” )的情况下，网络设备“X的状态可以从“叶子网络设备”改变为“成员网络设备”。因此，每一个叶子网络设备20经由相应的数据链路22是一个或多个成员网络设备14的邻居，并且每一个成员设备14可以提供到网络18中的任何其他网络设备14、20的可达性。图1示出一般简化的用于与有向非循环图16通信的叶子网络设备20的数据链路22:将很容易理解的是实际的数据链路22将在叶子网络设备20和一个或多个成员网络设备14之间。
[0018]另外，具体实施例响应于创建或加入到目的地(例如，骨干路由器)24的DAG16的任何网络设备14加入DAG 16，使能网络设备14 (例如，经由有线数据链路32)向PCE设备12发送设备信息，该设备信息包括唯一设备标识符和关于成员网络设备14所使用的用于连接网络18中的任何其他网络设备14、20的任何数据链路22、26的设备链路信息。例如RFC6550、美国公告号N0.2012/0300668和/或美国专利号N0.7,860,025中所述，每一个网络设备14可以根据所规定的限制或参数独立决定创建和/或加入有向非循环图(DAG)16，该限制或参数根据规定的参数使能对DAG 16的优化:根据规定的参数对DAG 16的优化在RFC 6550中也被称作“目标函数”。由于成员网络设备14基于成员网络设备14之间的分布式计算建立DAG 16，对成员网络设备14和这些成员网络设备14所提供的关联数据链路22、26的标识使能PCE 12将每一个成员网络设备14归类为属于用于生成经优化的路由30的控制集28。
[0019]因此，有向非循环图16的成员网络设备14表示覆盖链路层网状网络的初步优化的拓扑结构(根据所规定的目标函数)，该链路层网状网络是网络18中的网络设备14、20的总数的子集，其中成员网络设备14的总数可以比叶子网络设备20的总数小一个或多个数量级。
[0020]因此，PCE设备12可以基于成员网络设备14的明显小得多的子集，通过对低功率损耗网络18的进一步优化来生成经优化的路由30，以保证由PCE设备12生成经优化的路由30的可伸缩性。如图1和图2所示，经优化的路由30与DAG 16不同，并且经优