CN103416041B - 远程缝合的有向非循环图 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，响应于在计算机网络的主要有向非循环图(DAG)中的特定位置处检测到的触发条件，该特定位置处的主要DAG中的特定节点可被确定为充当该特定位置处的远程缝合(RS)-DAG的RS-DAG根。所确定的RS-DAG根然后可被指示为发起RS-DAG，该指示基于触发条件并且与主要DAG的属性不同的RS-DAG的一个或多个属性。在另一实施例中，特定节点接收作为其RS-DAG根来发起该RS-DAG的指令，发起RS-DAG，并且利用主要DAG的主要根来中继RS-DAG的消息。

Description

远程缝合的有向非循环图
技术领域
本公开总地涉及计算机网络，并且更具体地涉及有向非循环图(DAG)的路由和管理。
背景技术
低功率有损网络(LLN)，例如传感器网络，具有大量应用，例如智能电网和智能城市。LLN面临各种挑战，例如有耗链路、低带宽、电池操作、低存储器和/或处理能力等。对LLN挑战的一种示例路由解决方案是一种称为用于LLN的路由协议或者说“RPL”的协议，该协议是除了构建一组用于约束控制流量、支持本地(和缓慢)修复等的特征之外还构建面向目的地的有向非循环图(DODAG，或者只是DAG)的距离矢量路由协议。RPL架构提供了一种灵活的方法，每个节点通过该方法来执行DODAG发现、构造和维护。
DAG可被例示性地针对各种度量和约束(例如，可靠性、等待时间等)优化，数据沿着其被收集并报告给通常与DAG根紧密连接的汇点(sink)。例如，DAG可被构建以优化诸如ETX(估计传输计数)之类的特定度量并且通常具有低频率报告速率以限制网络中的流量、避免拥塞和延迟并且增加网络寿命。这些DAG属性通常被全局化以供整个DAG使用，并且目前如果存在针对DAG内的任何位置改变属性的任何原因(例如，本地化事件)，则利用这些改变的属性重建整个DAG。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，这里的实施例可被更好理解，在附图中相似的标号指示相同或者功能类似的元件，其中：
图1图示出示例性的计算机网络；
图2图示出示例性的网络设备/节点；
图3图示出示例性的消息；
图4图示出图1的计算机网络中的示例性有向非循环图(DAG)；
图5A图示出图4的DAG中的感兴趣区域的示例；
图5B图示出消息交换的示例；
图5C图示出示例性的远程缝合(RS)-DAG；
图6图示出从根/管理节点角度的用于操作RS-DAG的示例性简化过程；并且
图7图示出从RS-DAG根角度的用于操作RS-DAG的示例性简化过程。
具体实施方式
概览
根据本公开的一个或多个实施例，响应于在计算机网络的主要有向非循环图(DAG)中的特定位置处检测到的触发条件，该特定位置处的主要DAG中的特定节点可被确定为充当该特定位置处的远程缝合(RS)-DAG的RS-DAG根。所确定的RS-DAG根然后可被指示来发起RS-DAG，该指示指示基于触发条件并且不同于主要DAG的属性的该RS-DAG的一个或多个属性。
根据本公开的一个或多个附加实施例，主要DAG中的特定位置处的特定节点接收作为RS-DAG的RS-DAG根来发起该RS-DAG的指令，其中这些指令指示不同于主要DAG的属性的RS-DAG的一个或多个属性。作为响应，RS-DAG根然后发起RS-DAG并且利用主要DAG的主要根来中继RS-DAG的消息。
描述
计算机网络是通过用于在诸如个人计算机和工作站之类的终端节点或者诸如传感器、公用事业计量仪表等其他设备之间传输数据的通信链路和段互联的节点的地理分布式集合。许多类型的网络是可用的，类型的范围从局域网(LAN)到广域网(WAN)。LAN通常通过位于诸如建筑物或者校园之类的相同一般物理位置的专用私有通信链路来连接节点。另一方面，WAN通常通过诸如公用载波电话线、光学光路径、同步光学网络(SONET)、同步数字层次(SDH)链路、或者诸如IEEE61334、IEEEP1901.2等电力线通信(PLC)之类的长距离通信链路来连接地理上分散的节点。此外，移动Ad-Hoc网络(MANET)是一种无线ad-hoc网络，其通常被视为通过无线链路相连的移动路线(和相关主机)的自配置网络，其联合组成任意拓扑。
智能对象网络，尤其例如传感器网络，是具有诸如传感器、致动器等协同监视不同位置处的诸如能量/功率消耗、资源消耗(例如，水/煤气/等，用于高级计量基础设施或者说“AMI”应用)、温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等物理或环境条件的空间分布式自治设备的一种特定类型的网络。其它类型的智能对象包括例如负责打开/关闭引擎或者执行任何其他动作的致动器。传感器网络，一种类型的智能对象网络，通常是无线网络，尽管有线连接也是可用的。就是说，除了一个或多个传感器之外，传感器网络中的每个传感器设备(节点)通常可被配备以无线电收发器或者其他通信端口、微控制器以及诸如电池之类的能量源。一般而言，对传感器节点的尺寸和成本约束导致对诸如能量、存储器、计算速度和带宽之类资源的相应约束。相应地，对于传感器网络，反应式路由协议可以，尽管无需，用来代替先应式路由协议。
在某些配置中，传感器网络中的传感器将其数据与来自其他传感器的路由/中继数据一起发送到一个或多个集中式或者分布式的数据库管理节点，这些数据库管理节点获取数据以供一个或多个相关应用使用。作为替代(或者除此之外)，某些传感器网络提供感兴趣的订户(例如，“汇点”)可用来特别请求来自网络中的设备的数据的机制。在“推送模式”下，传感器例如以有规律间隔/频率无提示的情况下或者响应于诸如警告消息之类的外部触发而将其数据发送到传感器汇点/订户。相反地，在“拉取模式”下，传感器汇点可以特别请求传感器(例如，特定传感器或者所有传感器)将其当前数据发送到(或者进行测量并将该结果发送到)传感器汇点。(本领域技术人员将认识到每种模式的益处和缺点，并且两者均适用于在此描述的技术。)
图1是例示性地包括通过各种通信方法互联的节点/设备200(例如，如图所示标记，“根”、“11，”、“12，”…“44，”“45，”并且在下面的图2中描述)的示例性计算机网络100的示意性框图。例如，链路105可以是共享介质(例如，无线链路、PLC链路等)，其中诸如路由器、传感器、计算机等某些节点200可以基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等与其他节点200通信。本领域技术人员将理解任何数目的节点、设备、链路等可被在计算机网络中使用，以及在此示出的视图是为了简化。另外，虽然这里的实施例是参考一般“树”形网络示出的，但是这里的描述并不如此受限，并且可被应用于具有从一般位于多个围绕节点的中央的根节点向所有方向发射的分支的网络。
数据分组140(例如，在设备/节点之间发送的流量和/或消息)可被使用诸如传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、多协议标签交换(MPLS)、各种私有协议、无线/共享介质协议(例如，IEEE标准802.15.4、WiFi、蓝牙等)等预定义的网络通信协议在计算机网络100的节点/设备之间交换。在该情境下，协议由定义节点如何相互交互的一组规则组成。此外，网络100内的分组取决于设备能力可被以不同方式传输，例如源路由分组。
图2是可被与例如在此描述为节点11-45和根的一个或多个实施例一起使用的示例性节点/设备200的示意性框图。设备可包括一个或多个网络接口210(例如有线和/或无线的)、可选的传感器组件215(例如，传感器网络设备的传感器/致动器)、至少一个处理器220(例如，8-64位微控制器)和通过系统总线250互联的存储器240，以及电源260(例如，电池、插件等)。显著地，根节点以及其他节点无需包含传感器组件215。
一个或多个网络接口210包含用于通过与网络100相耦合的实体和/或无线链路105传送数据的机械、电和信号电路。网络接口可被配置为使用尤其包括TCP/IP、UDP、无线协议(例如，IEEE标准802.15.4、WiFi、蓝牙)、以太网、电力线通信(PLC)协议、电力线宽带(BPL)等在内的各种不同通信协议来发送和/或接收数据。注意到根可具有两种不同类型的网络连接210。即一个或多个接口可被用来与网状网络(进入网格单元)即图1中示出的其他节点通信，而对于根节点，另一接口可被用作根节点与例如通过WAN定位的头端设备之间的WAN上行链路网络接口。
存储器240包括可由处理器220和网络接口210寻址的用于存储与这里描述的实施例相关联的软件程序和数据结构的多个存储位置。注意到某些设备可具有有限的存储器或者没有存储器(例如，除了用于在设备上操作的程序/处理之外没有用于存储的存储器)。处理器220可包括适用于执行软件程序和操纵诸如路由或前缀245(注意仅在具有能力的设备上)之类数据结构的必要元件或逻辑。其多个部分通常驻留在存储器240中并由处理器执行的操作系统242尤其通过调用支持在设备上执行的软件处理和/或服务的操作来在功能上组织设备。这些软件处理和/或服务可包括路由处理/服务244，路由处理/服务244可包括例示性的有向非循环图(DAG)处理246。另外，对于具有根能力的设备(或者其他管理设备)，“RS-DAG”管理处理248也可存在于存储器240中，以供如这里描述的使用。
本领域技术人员将显见，包括各种计算机可读介质在内的其他处理器和存储器类型可被用来存储和执行与这里描述的技术有关的程序指令。另外，虽然说明书图示出各种处理，但是明确预期到各种处理可被实现为被配置为按照这里的技术(例如根据类似处理的功能)进行操作的模块。另外，虽然处理已被单独示出，本领域技术人员将认识到处理可以是其他处理内的例程或者模块(例如，RS-DAG管理处理248可以是DAG处理246的特定子例程)。
路由处理(服务)244包含由处理器220执行以履行诸如本领域技术人员将会理解的先应式或者反应式路由协议之类的一个或多个路由协议所提供的功能的计算机可执行指令。这些功能在具有能力的设备上可被配置为管理例如包含用来做出路由/转发决定的数据的路由/转发表245。具体而言，在先应式路由中，在计算到网络中的任何目的地的路由(例如，诸如开放最短路径优先(OSPF)或者中间系统到中间系统(ISIS)或者优化链路状态路由(OLSR)之类的链路状态路由)之前发现并知晓连通性。另一方面，反应式路由发现邻居(即没有对网络拓扑的先验知识)，并且响应于所需要的到目的地的路由而将路由请求发送到网络中以确定哪个邻近节点可被用来达到期望目的地。示例性的反应式路由协议可包括自组织按需距离矢量(AODV)、动态源路由(DSR)、动态MANET按需路由(DYMO)等。显著地，在没有能力或者未被配置为存储路由条目的设备上，路由处理244可仅由源路由技术所必需的提供机制组成。就是说，对于源路由，网络中的其他设备可以告诉具有更少能力的设备具体向哪里发送分组，并且具有更少能力的设备只是按指示转发分组。
低功率有损网络(LLN)，例如某些传感器网络，可被使用在例如用于“智能电网”和“智能城市”的大量应用中。LLN中的大量挑战已被提出，例如：
1)链路一般是有损的，从而使得分组递送速率/比率(PDR)由于例如相当大地影响比特误差率(BER)的各种干扰源而可以动态变化；
2)链路一般是低带宽，从而使得控制平面流量一般必须被约束并且与低速率数据流量相比是可以忽略的；
3)存在需要指定一组链路和节点度量的若干用例，其中的一些是动态的，因而需要特定的平滑函数来避免路由不稳定、相当大地耗尽带宽和能量；
4)一些应用可能需要约束路由，例如以建立将避免非加密链路、缺少能量的节点等的路由路径；
5)网络的规模可变得极大，例如大约数千到数百万个节点；以及
6)节点可能受低存储器、降低的处理能力、低电源(例如电池)的约束。
换言之，LLN是其中路由器及其互联均受约束的一类网络：LLN路由器通常带约束(例如，处理能力、存储器和/或能量(电池))地操作，并且其互联例示性地以高损失速率、低数据速率和/或不稳定为特征。LLN由来自几打上至数千乃至数百万LLN路由器的任何事物组成，并且支持(LLN内部的设备之间的)点对点流量、(从中央控制点到LLN内部的设备的子集的)点对多点流量以及(从LLN内部的设备向中央控制点的)多点对点流量。
在Winter等人的题为“RPL：IPv6RoutingProtocolforLowPowerandLossyNetworks”的因特网工程任务组(IETF)因特网草案<draft-ietf-roll-rpl-18>(2011年2月4日版本)中规定的示例性协议提供了支持从LLN内部的设备向中央控制点(例如，LLN边界路由器(LBR)或者总称为“根节点/设备”)的多点对点(MP2P)流量以及从中央控制点到LLN内部的设备的点对多点(P2MP)流量(以及点对点或者说“P2P”流量)的机制。RPL(发音为“ripple”)一般可被描述为除了定义用来约束控制流量、支持修复等的一组特征之外还构建在路由流量/分组140中使用的有向非循环图(DAG)的距离矢量路由协议。显著地，如本领域技术人员可认识到的，RPL还支持多拓扑路由(MTR)的概念，由此多个DAG可被构建以根据个体需求来携带流量。
DAG是具有以下属性的有向图：所有边缘以不应该存在循环(回路)的方式确定方向。所有边缘被包含在朝向一个或多个根节点(例如，“簇头(clusterhead)”或者“汇点”)并且在一个或多个根节点处终止的路径中，经常使DAG的设备与具有诸如因特网、广域网或者其他域的更大基础设施互连。此外，面向目的地的DAG(DODAG)是根在单个目的地处即在没有外出边缘的单个DAG根处的DAG。DAG内的特定节点的“父母”是该特定节点在朝向DAG根的路径上的紧接后继者，以使得父母具有比特定节点本身更低的“等级”，其中节点的等级标识该节点相对于DAG根的位置(例如，节点离根越远，该节点的等级越高)。另外，在某些实施例中，DAG内的节点的兄弟可被定义为在DAG内处于相同等级的任何邻近节点。注意到兄弟不一定共有共同的父母，并且兄弟之间的路由由于没有转发处理(其等级相同)而一般不是DAG的一部分。还注意到树是一种DAG，其中DAG中的每个设备/节点一般具有一个父母或者一个优选父母。
DAG一般可基于目标函数(ObjectiveFunction，OF)来构建。目标函数的作用一般是指定关于如何构建DAG的规则(例如，父母数目、后备父母等)。
此外，一个或多个度量/约束可被路由协议广告以优化DAG。另外，路由协议允许包括一组可选约束来计算约束路径，例如如果链路或节点不满足所需约束，则当计算最佳路径时其被从候选者名单中“删除”。(可替代地，约束和度量可与OF分开。)此外，路由协议可包括定义主机或者一组主机(例如充当数据采集点的主机或者向外部基础设施提供连通性的网关)的“目标(goal)”，其中DAG的主要目标是让DAG内的设备能够到达目标。在节点无法遵守目标函数或者不理解或支持所广告的度量的情况下，其可被配置为作为叶节点加入DAG。如这里所使用的，各种度量、约束、策略等被看作“DAG参数”。
例示性地，用于选择路径(例如，优选父母)的示例性度量可包括成本、延迟、等待时间、带宽、估计传输计数(ETX)等，而可被放置在路由选择上的示例性约束可包括各种可靠性阈值、对电池操作的约束、多路径分集、带宽要求、传输类型(例如，有线、无线等)。OF可提供定义负载均衡要求的规则，例如所选择的父母的数目(例如，单父母树或者多父母DAG)。显著地，路由度量和约束可被如何获得的示例可以在Vasseur等人的题为“RoutingMetricsusedforPathCalculationinLowPowerandLossyNetworks”<draft-ietf-roll-routing-metrics-18>的IETF因特网草案(2011年2月22日版)中找到。另外，示例性OF(例如，缺省OF)可以在Thubert的题为“RPLObjectiveFunction0”<draft-ietf-roll-of0-05>的IETF因特网草案(2011年1月5日版)中找到。
构建DAG可利用发现机制来构建网络以及路由散播的逻辑表示，以建立网络内的状态以使得路由器知道如何将分组朝向其最终目的地转发。注意到“路由器”指代可以转发流量以及生成流量的设备，而“主机”指代可以生成流量但是不转发流量的设备。另外，“leaf(叶)”可被用来一般性地描述通过一个或多个路由器连接到DAG但是自身无法将在DAG上接收到的流量转发到DAG上的另一路由器的非路由器。当构建DAG时，控制消息可被在网络内的设备之间传输以用于发现和路由散播。
根据例示性的RPL协议，DODAG信息对象(DIO)是携带允许节点发现RPL实例、学习其配置参数、选择DODAG父母集和维持上行路由拓扑的信息的一类DAG发现消息。此外，目的地广告对象(DAO)是沿着DODAG向上传送目的地信息以使得DODAG根(和其他中间节点)可以提供下行路由的一类DAG发现中继消息。DAO消息包括标识目的地的前缀信息、记录支持源路由的路线的能力，以及确定特定广告的新鲜度的信息。显著地，“上行”或者说“上”路径是在从叶节点朝向DAG根的方向上(例如，遵循DAG内的边缘的朝向)进行引导的路线。相反地，“下行”或者说“下”路径是在从DAG根朝向叶节点的方向上(例如，一般在与DAG内的上行消息相反方向上行进)进行引导的路线。
一般而言，DAG发现请求(例如DIO)消息被从DAG的一个或多个根设备朝向叶而向下传输，从而通知每个接续的接收设备如何到达根设备(就是说，请求所接收自的地方一般是根的方向)。相应地，DAG在朝向根设备的上行方向上被创建。DAG发现中继(例如DAO)然后可被从叶返回到一个或多个根设备(除非不必要，例如仅针对上行流)，从而通知另一方向上的每个接续接收设备如何到达下行路线的叶。能够维持路由状态的节点在发送DAO消息之前可聚合来自其所接收的DAO消息的路线。而不能够维持路由状态的节点可附加下一跳父母地址。DAO消息然后被直接发送到DODAG根，DODAG根继而可构建拓扑并且在本地计算到DODAG中的所有节点的下行路线。这种节点然后可以使用源路由技术通过DAG中不能够存储下行路由状态的区域来到达。
图3例示出当构建DAG时可被用于发现和路由散播的示例性简化控制消息格式300，例如作为DIO或者DAO。消息300例示性地包括具有标识消息类型(例如，RPL控制消息)的一个或多个字段312以及指示特定类型消息(例如DIO或DAO(或者DAG信息征集))的特定代码的头部310。消息的体/有效载荷320内可以是用来中继相关信息的多个字段。具体而言，这些字段可包括各种标志/比特321、顺序号322、等级值323、实例ID324、DODAGID325以及其他字段，每个如本领域技术人员可以更详细地认识到的。另外，对于DAO消息，用于目的地前缀326和传输信息字段327的附加字段等(例如，用于ACK的DAO_Sequence等)也可被包括。对于DIO或DAO，一个或多个附加子选项字段328可被用来在消息300内提供附加或者定制信息。例如，目标代码点(OCP)子选项字段可被在DIO内用来携带指定将被用于构建相关DAG的特定目标函数(OF)的代码。可替代地，子选项字段328可被用来在消息300内携带某些其他信息，例如指示、请求、能力、列表等，如这里例如可在一个或多个类型长度值(TLV)字段中描述的。
图4图示出图1的网络100内的例如通过上面描述的技术(由DAG处理246)可创建的示例性简化DAG。例如，可为每个节点选择某些链路105以与特定父母通信(并且从而反过来与孩子通信，如果存在的话)。所选择的这些链路构成DAG410(作为加粗线示出)，其从根节点朝向一个或多个叶节点(没有孩子的节点)延伸。流量/分组140(在图1中示出)然后可在朝向根的上行方向或者朝向叶节点的下行方向上穿过DAG410。
如在上面注意到的，可例示性地针对各种度量和约束(例如，可靠性、等待时间等)来优化DAG，数据沿着其被收集并报告给通常与DAG根部紧密连接的汇点。例如，DAG可被构建以优化诸如ETX(估计传输计数)之类的特定度量并且通常具有低频率报告速率以限制网络中的流量、避免拥塞和延迟并且增加网络寿命。这些DAG属性通常被全局化以供整个DAG使用，并且目前，如果存在针对DAG内的任何位置改变属性的任何原因(例如，本地化事件)，则利用这些改变的属性重建整个DAG。
具体而言，存在可在DAG中检测到异常行为的多种情形。例如，由于外部干扰，DAG中的区域可经历突然高速率的链路故障，从而需要大量网络统计被收集以寻找网络故障。另一情形可以是可被检测到的异常情形(例如，报告低电力质量、高放射性等的一系列传感器)。在这两种情况下，可能希望开始收集DAG的特定区域内的更多信息。然而，当前，这将强制利用不同特性/属性来重建整个DAG410。
远程缝合的DAG(RS-DAG)
这里的技术提供了借以利用来自主要DAG的不同属性在该主要DAG的特定位置中建立远程缝合(RS)-DAG的机制。具体而言，如在下面更详细描述的，RS-DAG(其可具有临时生命)可响应于触发条件而被创建并被用来收集网络区域中的大量信息以在被中继到主要DAG根之前被在本地分析和/或聚合以使网络影响最小化，从而无需妥协整个主要DAG的稳定性。
具体而言，根据如在下面详细描述的本公开的一个或多个实施例，响应于在计算机网络的主要DAG中的特定位置处检测到触发条件，该特定位置处的主要DAG中的特定节点可被确定为充当该特定位置处的RS-DAG的远程缝合(RS)-DAG根。所确定的RS-DAG根然后可被指示为发起RS-DAG，该指示指示基于触发条件并且不同于主要DAG的属性的该RS-DAG的一个或多个属性。根据一个或多个附加实施例，特定节点接收作为其RS-DAG根来发起该RS-DAG的指令，发起RS-DAG，并且利用主要DAG的主要根来中继RS-DAG的消息。根据另一具体实施例，能够变为RSDAG根的节点可在触发条件之前构造RS-DAG，并且可保持该RSDAG容易地可用于在触发条件实际发生时激活。
例示性地，这里描述的技术可通过硬件、软件和/或固件来执行，例如根据RS-DAG处理248，其可包含由处理器220执行以例如结合路由处理244和DAG处理246完成与这里描述的新颖技术有关的功能的计算机可执行指令。例如，这里的技术可被看作对诸如RPL协议之类的传统协议的扩展，并且因而相应地将由本领域中了解的执行RPL协议的类似组件来处理。
在操作上，根节点或者管理节点(例如头端节点)可以识别具体感兴趣的区域。感兴趣的区域例示性地可以是通过其位置和/或能力来识别的节点的子集，或者基于在全局中表现异常或报告了需要进一步调查的数据的一组节点。例如，在潜在包括几十万节点的大城市中，网络管理系统(NMS)可以注意到报告异常升高的毒气水平的一组传感器，或者位于可报告与电力质量有关的问题的区域中的一组电表，等等。
图5A图示出具有感兴趣区域510的图4的DAG410。具体而言，通过检测主要DAG410中的特定位置(感兴趣区域)510处的触发条件，例如通过识别异常情形(联网行为失当、物理现象等)和/或可能需要临时收集更大量数据的区域或事件，根/管理节点可以确定要建立RS-DAG的特定位置。例示性地，该感兴趣区域位于节点22、23、24、33、34、44和45附近。例如，这些节点中的每一个可能已经报告了将被进一步调查的某些感兴趣的数据，或者特定的一个或多个节点可能已经这样做(例如，节点34)，并且可能希望向周围邻居证实该信息。注意，触发条件一般可包括特定位置处的感知事件、特定位置处的拥塞、特定位置处大于丢失分组阈值、特定位置处的链路故障，或者其他(例如周期性的)维护或数据采集情形等。
基于特定位置510，根/管理节点可确定主要DAG410中的特定节点充当该特定位置处的RS-DAG的RS-DAG根。例如，基于各种因素，例如临近度、能力(例如，被配置为和/或能够这样操作)等，相比于区域中的其它节点可以将特定节点选择为RS-DAG根。注意，特定位置可以是DAG410内可辨认的任何一组节点，例如特定子网掩码、一个或多个特定地址或节点ID的列表、地理定位、报告特定一组数据或者特定数据值的一组设备、距离特定设备在识别距离内的一组设备，等等。可替代地，在一个实施例中，感兴趣的区域可通过网络管理(例如头端)软件来识别并且经由主要根节点被传送到相关节点。
一旦RS-DAG根节点被确定(例如节点23)，根/管理节点就指示(或者传达来自头端节点的消息)RS-DAG根发起RS-DAG。例如，图5B示出了其中例示性的单播控制消息，“RS-DIO”消息520，被发送到RS-DAG根节点候选者的示例性消息交换。注意，RS-DIO是作为单播数据分组发送的并且不被主要DAG根与RS-DAG的根之间的任何节点处理。RS-DIO消息520可被类似于上面的DIO消息300而被构造，并且包括RS-DAG的一组参数(例如，RPLInstanceID、工作模式或者说“MOP”等)以及感兴趣区域510的标识。可选地，特殊标志可被在RS-DIO中设置，从而表明强烈建议接收到RS-DIO的节点加入RS-DAG(例如，使得RS-DAG可被这些节点看作“关键DAG”)。
注意，RS-DIO中的DODAGID(例如，DIO300中的字段325)可被设置为RS-DAG消息的目的地的地址(例如IPv6)，即所选择的RS-DAG根。另外，感兴趣的区域由于子网掩码(具有该子网掩码的所有路由器应当加入RS-DAG)、特定地址的列表、通过地理定位来识别的路由器的列表等而可被标识(例如在子选项字段328中)。可替代地，感兴趣的区域可以简单地被定义为RS-DAG的深度，从而将RS-DAG的大小限制为距离所选择的RS-DAG根在特定距离内的一组节点。另外，主要DAG中的要从RS-DAG中专门排除或包括的一个或多个节点的列表可被包括在感兴趣的区域的标识内(或者作为RS-DAG属性)。
根据这里的一个或多个实施例，指令(RS-DIO520)指示将被构建的RS-DAG的一个或多个属性。具体而言，这些属性不同于主要DAG的属性(例如，显著如此)，并且一般可基于上面检测到的触发条件。就是说，RS-DIO520还包括将在将由新RS-DAG的RS-DAG根生成的DIO消息300内被携带的信息。例如，这种RS-DAG属性可定义要使用的新的一组定时器、不同的一组路由度量(例如，优化延迟，其中主要DAG410可试图例如使用ETX来优化路径质量)、不同的目标函数(OF)，一般例如以增加网格化程度、定义网络负载均衡的使用等。另外，可被定义的RS-DAG属性还可包括维持RS-DAG的时间长度、RS-DAG的有限深度(上面提到的)，以及RS-DAG中的传感器节点的增加的传感速率，例如从而向感兴趣的区域中的节点发现号通知在RS-DAG活动时以更高频率发送附加数据。(注意，更低的频率也可被请求，例如以平息发送多于所需信息(例如重复地指示相同警报等)的感兴趣的“吵闹”区域)。还注意到在一个实施例中，DAG属性可被用来提供应用级指示，例如请求每隔这么多秒报告特定类型的数据。
一接收到RS-DIO消息520，接收者(所选择的RS-DAG根(例如节点23))就可根据接收到的信息发起新RS-DAG的形成。应当注意到如上面描述的，RS-DAG的构造可与用于通过网络的正常消息路由的主要DAG的构造并行发生。就是说，RS-DAG可在主要DAG的创建期间并且因而在接收到任何触发条件通知之前被RS-DAG根发起，以使得RS-DAG可响应于接收到来自主要根的触发条件通知而被快速地“激活”(例如以开始中继消息，如下面描述的)。
图5C图示出基于在RS-DIO520(以及接下来的DIO300，如在图5B中示出)中定义的RS-DAG属性在感兴趣区域510内创建的示例性RS-DAG530。注意，主要DAG410被不在感兴趣区域510中的所有节点保存，并且在某些实施例中可能可以被同时用于去往和来自感兴趣区域内的节点的其他流量，其中节点能够区分这种流量。还注意，RS-DAG530图示出一定程度的冗余(多个父节点)，而主要DAG410在适当的位置上没有这种冗余。
一旦RS-DAG530被建立，RS-DAG根(例如节点23)就可以在自身与主要DAG根之间中继RS-DAG的消息(被中继消息555)。注意，被中继消息555可被在主要DAG410上作为传统消息来传输，否则可被在主要DAG根与RS-DAG根之间的已建立隧道540上发送。根据这里的一个或多个实施例，RS-DAG的作用可以是在有限时间段内专门收集更多数据550以在不影响整个网络的情况下分析临时情形(例如，网络的失当行为或者物理现象)。RS-DAG根然后可以负责采集更大量的数据550，并将其作为被中继消息555中继到主要DAG根。
根据一个或多个实施例，例如由于大容量的数据550，RS-DAG根在某些实施例中可被专门配置为聚合数据550，或者乃至执行对触发条件的远程分析并将其报告回主要DAG根(或者其他管理节点)。例如，在这种实施例中，聚合或分析可以是RS-DIO所指示的RS-DAG属性之一，表示RS-DAG的本地流量应当穿过数据聚合器/分析器，例如以避免流量拥塞。数据聚合具体而言可意味着多个较短的消息550被采取并被做成单个较长的消息550。数据分析另一方面采取许多消息550、使其相关联或者对其进行其他方式处理，并且基于这些多个消息做出决定以将结论消息555上行发送到主要DAG根。(注意，在这里的某些实施例中，数据聚合器或分析器可以是被配置为对数据550进行聚合和/或分析并将经分析数据发送到RS-DAG根以供转发或者直接发送到主要DAG根的除RS-DAG根之外的节点)。
还注意，虽然RS-DAG的节点一般可被用来采集将经由RS-DAG根发送到主要DAG根的信息550(例如，基于某些变化的报告和/或计量属性)，在某些实施例中RS-DAG可被用来将信息中继到RS-DAG的节点。就是说，主要DAG根节点可具有到达与主要DAG410的剩余部分分离的感兴趣区域510的原因，并且因而可基于位置将RS-DAG用作一类多播DAG，感兴趣区域中的任何节点将接收被引导到RS-DAG530上的任何消息。
如果RS-DIO消息520包括RS-DAG的寿命限制，例如实际时间和/或要中继的消息数目(例如，一个或多个)，则RS-DAG的根在RS-DAG建立期间可启动定时器(或者计数器)，在其期满之后，RS-DAG根例示性地通过破坏RS-DAG来拆除RS-DAG。可替代地，RS-DAG的节点可意识到定时器或计数器，并且例如在一次使用之后可独立地迁移回主要。
图6图示出例如从根/管理节点的角度、根据这里描述的一个或多个实施例的用于操作RS-DAG530的示例性简化过程。过程600在步骤605处开始，并且继续到步骤610，在步骤610处根/管理节点如上所述在主要DAG410的特定位置510处检测到触发条件。例如，触发条件可以是感测到的事件或者检测到的拥塞、丢失分组、链路故障等。在步骤615中，特定位置处的主要DAG中的特定节点可被确定/选择为充当该特定位置处的RS-DAG530的RS-DAG根。RS-DAG根(例如，节点23)然后在步骤620中可被指示为发起RS-DAG(例如，经由RSDIO520)，该指示表明与主要DAG的属性不同的(例如，并且基于触发事件的)RS-DAG的一个或多个属性，如上面详细描述的。隧道540然后在步骤625中可被建立在主要DAG根与RS-DAG根之间，并且在步骤630中中继消息555可被在主要根与RS-DAG的RS-DAG根之间传递。例如一旦RS-DAG530不再被需要(将其拆除)或者在RS-DAG属性中标识的一定长度时间之后，过程600就在步骤635中结束。
此外，图7图示出例如从RS-DAG根的角度、根据这里描述的一个或多个实施例的用于操作RS-DAG530的另一示例性简化过程。过程700在步骤705处开始，并且继续到步骤710，在步骤710处主要DAG410中的特定节点(例如节点23)接收发起RS-DAG的指令，其中这些指令指示可不同于主要DAG的属性的RS-DAG的一个或多个属性。作为响应，在步骤715中，所选择的RS-DAG根可发起RS-DAG530。如上面提到的，在这里的一个或多个实施例中，RS-DAG根可以可选地在步骤720中聚合RS-DAG的数据，并且/或者还可以可选地在步骤725中执行对特定触发条件(例如，提示了如上面提到的RS-DAG的创建的条件)的分析。在步骤730中，RS-DAG可利用主要根建立隧道540，并且在步骤735中利用主要根来中继RS-DAG的消息(例如，去往或者来自RS-DAG)。例如一旦RS-DAG530不再被需要(响应于另一指令而将其拆除)或者在RS-DAG属性中标识的一定长度时间之后，过程700就在步骤740中结束。
应当注意到，图6-7仅仅是用于例示的示例，并非旨在限制这里的实施例的范围。例如，虽然过程600和700内的某些步骤如上所述可以是可选的，某些步骤可被按需包括或者排除，并且步骤在合适的情况下还可以按照不同次序。
这里描述的新颖技术因而在计算机网络中提供RS-DAG。具体而言，这里的技术创建了远程的本地化RS-DAG(例如，响应于“问题区域”)，并且可以改变DAG的路由行为和/或该RS-DAG的数据采集行为。例如，RS-DAG可被用作寻找关键情形的故障的高效机制，其将受益于在不会全局地影响使用中的主要DAG的情况下收集短时间段内的大量数据。例示性地，RS-DAG的一些示例性用途可包括例如在警报情形或者其他高优先级感测情形(例如，放射性、火等)中寻找网络的故障或者获取更细粒度的感测数据。另外，RS-DAG的例示性示例用途包括专门避开(例如，绕过其而隧穿)网络中的特定节点(例如被怀疑恶意地或者由于故障而提供错误信息的节点)的安全机制。
虽然已经示出并描述了在计算机网络中提供RS-DAG的例示性实施例，但是将会明白在这里的实施例的精神和范围内可做出各种其他变更和修改。例如，这里已经关于LLN尤其是RPL协议示出并描述了实施例。然而，更广阔意义上的实施例并不如此受限，而是事实上可被与利用DAG路由的其他类型的网络和/或协议(例如，距离向量协议)一起使用。另外，虽然上面描述的技术一般地参考特定触发条件和/或DAG属性，但是其他触发条件和/或DAG属性也可被使用，并且这里提到的那些仅仅是示例。
另外，虽然建立(和/或激活)RS-DAG的决定已被一般地描述为由主要DAG根节点或者更具体地说由除所选择的RS-DAG根节点之外的节点(例如，头端节点中的应用)执行的动作，但是在这里的一个或多个实施例中RS-DAG根节点自身可响应于检测到的触发事件而自己自发起(自激活)RS-DAG。就是说，虽然上面的实施例示出了RSDIO消息520被发送到RS-DAG根，但是RS-DAG根可代以被配置为自己建立RS-DAG，调整RS-DAG的路由和/或报告属性，并且将消息中继到根/管理节点。该独立操作在可信情形中可有益于减轻根/管理节点控制，或者有益于时间敏感型反应，例如检测紧急感测值(例如，放射性、火等)，以及创建RS-DAG以快速地收集周围信息，周围信息在向根/管理节点报告任何事情之前或者在首先最初报告紧急情况之后可被聚合。例如，如果配置有充当RS-DAG根的能力的节点检测到例如火警消息，那么作为响应该节点可触发到附近的其他节点/传感器的消息以查明其他传感器是否观察到相同条件，或者是否是该特定节点的传感器发生故障的情况。
另外，RS-DAG的“深度”可被设置为“0”(零)，以使得特定位置510可以只是单个设备，即RS-DAG根本身(RS-DAG中没有子节点)。这例如对保持该单个设备的报告行为与主要DAG410的剩余部分分离是有用的。
前面的描述已针对于特定实施例。然而将会显见可对所描述的实施例做出其他变更和修改，同时保持其一些或者全部优点。例如，明确预期到这里描述的组件和/或元件可被实现为在有形(非暂时)计算机可读介质(例如，盘/CD/等)上存储的具有在计算机、硬件、固件或其组合上执行的程序指令的软件。相应地，该描述将仅作为示例来理解并且不是要以其他方式限制这里的实施例的范围。因此，所附权利要求的目的是覆盖落入这里的实施例的真实精神和范围内的所有这种变更和修改。

Claims (27)

1.一种用于远程缝合的有向非循环图DAG的方法，包括：
在计算机网络中的主要DAG中的特定位置处检测触发条件；
将所述特定位置处的主要DAG中的特定节点确定为充当所述特定位置处的远程缝合的有向非循环图(RS-DAG)的RS-DAG根；以及
指示所述RS-DAG根发起所述RS-DAG，该指示指示基于所述触发条件的并且与所述主要DAG的属性不同的所述RS-DAG的一个或多个属性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述触发条件是所述特定位置处感测到的事件。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述触发条件是从由以下各项组成的群组中选择的：所述特定位置处的拥塞；所述特定位置处大于丢失分组的阈值；以及所述特定位置处的链路故障。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括所述RS-DAG的一个或多个路由度量。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括要从所述RS-DAG中专门排除或包括的所述主要DAG中的一个或多个节点的列表。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括要保持所述RS-DAG的时间长度。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括所述RS-DAG中的传感器节点的增加的传感速率。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括所述RS-DAG的目标函数(OF)。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括所述RS-DAG的有限深度。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括所述RS-DAG的数据聚合属性。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述特定位置是从由以下各项组成的群组中选择的：子网掩码、一个或多个特定地址的列表、地理定位；特定设备；以及距离特定设备在识别距离内的一组设备。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述主要DAG的主要根与所述RS-DAG根之间建立隧道。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测、确定和指示是由所述主要DAG的主要根或所述计算机网络中的网络管理节点中的一个执行的。
14.一种用于远程缝合的有向非循环图DAG的装置，包括：
一个或多个网络接口，用来在计算机网络中通信；
处理器，该处理器与所述网络接口相耦合并且适用于执行一个或多个处理；以及
存储器，其被配置为存储可由所述处理器执行的处理，该处理当被执行时可操作来：
在所述计算机网络中的主要DAG中的特定位置处检测触发条件；
将所述特定位置处的主要DAG中的特定节点确定为充当所述特定位置处的远程缝合的有向非循环图(RS-DAG)的RS-DAG根；以及
指示所述RS-DAG根发起所述RS-DAG，该指示指示基于所述触发条件的并且与所述主要DAG的属性不同的所述RS-DAG的一个或多个属性。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述触发条件是从由以下各项组成的群组中选择的：所述特定位置处感测到的事件；所述特定位置处的拥塞；所述特定位置处大于丢失分组的阈值；以及所述特定位置处的链路故障。
16.如权利要求14所述的装置，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性是从由以下各项组成的群组中选择的：所述RS-DAG的一个或多个路由度量；要从所述RS-DAG中专门排除或包括的所述主要DAG中的一个或多个节点的列表；要保持所述RS-DAG的时间长度；所述RS-DAG中的传感器节点的增加的传感速率；所述RS-DAG的目标函数(OF)；所述RS-DAG的有限深度；以及所述RS-DAG的数据聚合属性。
17.一种用于远程缝合的有向非循环图DAG的方法，包括：
由计算机网络中的主要DAG中的特定位置处的特定节点接收由作为远程缝合的有向非循环图(RS-DAG)根的所述特定节点来发起RS-DAG的指令，所述指令指示与所述主要DAG的属性不同的所述RS-DAG的一个或多个属性；
从所述RS-DAG根发起所述RS-DAG；以及
在所述RS-DAG根与所述主要DAG的主要根之间中继所述RS-DAG的消息。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性是从由以下各项组成的群组中选择的：所述RS-DAG的一个或多个路由度量；要从所述RS-DAG中专门排除或包括的所述主要DAG中的一个或多个节点的列表；要保持所述RS-DAG的时间长度；所述RS-DAG中的传感器节点的增加的传感速率；所述RS-DAG的目标函数(OF)；以及所述RS-DAG的有限深度。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性中的一个包括所述RS-DAG的数据聚合属性；所述方法还包括：
在所述RS-DAG根处聚合所述RS-DAG的数据。
20.如权利要求17所述的方法，还包括：
在所述主要DAG的主要根与所述RS-DAG根之间建立隧道。
21.如权利要求17所述的方法，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性是基于触发条件的，所述方法还包括：
在所述RS-DAG根处执行对所述触发条件的分析。
22.如权利要求17所述的方法，其中，在所述RS-DAG根与所述主要根之间中继所述RS-DAG的消息是响应于接收到来自所述主要根的触发条件通知的，并且其中在接收到所述触发条件通知之前所述RS-DAG被发起。
23.如权利要求17所述的方法，其中，接收由所述特定节点发起所述RS-DAG的指令包括：
通过所述特定节点检测触发条件，所述指令指示与所述主要DAG的属性不同并且基于所述触发条件的所述RS-DAG的一个或多个属性。
24.一种用于远程缝合的有向非循环图DAG的装置，包括：
一个或多个网络接口，用来作为计算机网络中的主要DAG中的特定位置处的特定节点通信；
处理器，该处理器与所述网络接口相耦合并且适用于执行一个或多个处理；以及
存储器，其被配置为存储可由所述处理器执行的处理，该处理当被执行时可操作来：
接收由作为远程缝合的有向非循环图(RS-DAG)根的所述特定节点来发起RS-DAG的指令，所述指令指示与所述主要DAG的属性不同的所述RS-DAG的一个或多个属性；
从所述RS-DAG根发起所述RS-DAG；以及
在所述RS-DAG根与所述主要DAG的主要根之间中继所述RS-DAG的消息。
25.如权利要求24所述的装置，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性是从由以下各项组成的群组中选择的：所述RS-DAG的一个或多个路由度量；要从所述RS-DAG中专门排除或包括的所述主要DAG中的一个或多个节点的列表；要保持所述RS-DAG的时间长度；所述RS-DAG中的传感器节点的增加的传感速率；所述RS-DAG的目标函数(OF)；所述RS-DAG的有限深度；以及所述RS-DAG的数据聚合属性。
26.如权利要求24所述的装置，其中，所述RS-DAG的一个或多个属性是基于触发条件的，所述处理当被执行时还可操作来：
执行对所述触发条件的分析。
27.如权利要求24所述的装置，其中，所述处理可操作来在所述RS-DAG根与所述主要根之间中继所述RS-DAG的消息是响应于接收到来自所述主要根的触发条件通知的，并且其中所述处理可操作来在接收到所述触发条件通知之前发起所述RS-DAG。
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