[发明专利]用于平衡即兴网络构造的设备和方法

说明书

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(RT_size)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。

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。

技术领域

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。

背景技术

物联网(Internet of Things，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(border router，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(Low Power and Lossy Networks，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(Routing Protocol for LLN，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。