CN104012149B - 用于简约连接对象的网络架构 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，网络架构包括简约连接对象(MCO)、分布式智能代理(DIA)、以及中央智能控制器(CIC)。MCO具有足以执行它们相应的指定任务、安全地加入计算机网络、以及提供标称状态信息的有限智能。MCO未被配置成执行复杂的专用数据处理或复杂的联网任务，诸如进行QoS决策、参与CAC操作、提供TE服务、执行复杂的可靠性协议、或者推断网络管理信息。DIA被配置成针对MCO提供计算机网络边缘，并且负责智能联网管理以及执行针对MCO的复杂的专用数据处理。CIC在所述计算机网络内操作并且与DIA通信以执行针对MCO/DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对MCO/DIA操作的一组用户定义的规则。

Description

用于简约连接对象的网络架构
技术领域
本公开一般地涉及计算机网络。
背景技术
在过去几年里，诸如传感器和促动器(actuator)之类的智能连接对象的概念打开了诸如智能电网、连接车辆、智能城市、或智能卫生保健等的无数应用的大门。为此，提出了若干“架构”，除各种混合选项外，这些架构一般包括通过多协议网关或者使用互联网协议(IP)(例如，IPv6) 端到端来连接这些装置。
迄今为止，一般策略包括在受约束的装置上实现复杂的联网协议，这些受约束的装置除负责受约束的路由、呼叫允许控制(CAC)、以及背压机制外，还负责操纵服务质量(QoS)、路由、管理、流量工程、感测、用于网络中的流量降低的算法、用来增加低带宽链路上的信道容量的复杂策略、用于快速故障恢复的自修复技术等。换句话说，使“Internet ofThings”(IoT，物联网)(例如，低功率有损网络或LLN)变得尽可能智能，同时限制在IoT的边缘处所需要的资源已成为普遍共识。
附图说明
结合附图通过参考下面的描述可以更好地理解这里的实施例，其中相同的附图标记指示等同或功能类似的元件，其中：
图1示出了示例计算机网络；
图2A-2E示出了图1的计算机网络中的数据流的示例；
图3示出了复杂系统中的功能与可扩展性之间的示例折衷；
图4示出了根据这里针对简约连接对象(Minimalistic Connected Obiect，MCO)描述的架构的计算机网络的示例视图；
图5示出了MCO装置的示例；
图6示出了分布式智能代理(DIA)装置的示例；
图7示出了中央智能控制器(CIA)装置的示例；
图8示出了用于操作网络架构中的MCO的示例简化过程；
图9示出了用于操作网络架构中的DIA的示例简化过程；以及
图10示出了用于操作网络架构中的CIC的示例简化过程。
具体实施方式
概述
根据本公开的一个或多个实施例，网络架构包括一个或多个简约连接对象(MCO)、一个或多个分布式智能代理(DIA)、以及一个或多个中央智能控制器(CIC)。具体地，每个MCO具有足以执行其相应的指定任务、安全地加入计算机网络、以及提供标称状态信息的有限智能，其中 MCO没有被配置成执行复杂的专用数据处理和复杂的联网任务，所述复杂的联网任务是诸如，进行服务质量(QoS)决策、参与呼叫允许控制 (CAC)操作、提供流量工程(TE)服务、执行复杂的可靠性协议、或者推断网络管理信息。另外，DIA被配置成针对MCO向计算机网络提供边缘，并且负责针对MCO的智能联网管理以及针对MCO执行复杂的专用数据处理。最后，CIC在计算机网络中操作并且与DIA通信来执行针对 MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对MCO和DIA操作的一组用户定义的规则。
描述
计算机网络是通过用于在端节点之间传输数据的通信链路和分段相互连接的节点的地理上分布的集合，所述端节点诸如是个人计算机和工作站或诸如传感器之类的其它装置等。包括局域网(LAN)和广域网 (WAN)在内的许多类型的网络可用。LAN一般通过位于相同的一般物理位置(诸如，建筑物或学校)中的专用的私有通信链路来连接节点。另一方面，WAN一般通过长距离通信链路来连接地理上分散的节点，所述长距离通信链路诸如是公共的载波电话线、光学光路、同步光纤网络(SONET)、同步数字体系(SDH)链路、或诸如IEEE61334、IEEE P1901.2之类的电力线通信(PLC)等。此外，移动自组织网络(Mobile Ad-Hoc Network，MANET)是一种无线自组织网络，其一般被认为是由无线链路连接的移动路由(以及相关联的主机)的自配置网络，其中无线链路的联合形成了任意拓扑。
特别地，智能对象网络(诸如，传感器网络)是具有诸如传感器、促动器之类的在空间上分布的独立装置的特定类型的网络，其中在空间上分布的独立装置协作地监控不同位置处的物理或环境条件，例如，能量/功率消耗、资源消耗(例如，水/煤气等以用于先进的计量基础设施或“AMI”应用)、温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等。其它类型的智能对象包括例如，负责接通/切断引擎或执行任何其它动作的促动器。传感器网络(一种智能对象网络)一般是共享介质网络，诸如无线或PLC网络。也就是说，除了一个或多个传感器外，传感器网络中的每个传感器装置(节点)一般可以装备有无线电收发机或诸如PLC之类的其它通信端口、微控制器、以及诸如电池之类的能量来源。通常，智能对象网络被认为是现场局域网(FAN)、邻域网(NAN)等。一般，对智能对象节点 (例如，传感器)的尺寸和成本约束导致对诸如能量、存储器、计算速度以及带宽之类的资源的对应约束。
值得注意的是，网状网络近年来已经变得日益流行和实用。特别地，诸如无线或PLC网络之类的共享介质网状网络常常被称为低功率有损网络 (LLN)，其是路由器和它们的互连被约束的一类网络：LLN路由器一般在例如，处理能力、存储器、和/或能量(电池)之类的约束条件下操作，并且它们的互连说明性地具有高丢失率、低数据率、和/或不稳定的特点。 LLN包括数十个、数千个、甚至数百万个LLN路由器，并且支持点对点通信(在LLN内的装置之间)、点对多点通信(从根节点处的中央控制点到LLN内的装置的子集)、以及多点对点通信(从LLN内的装置到中央控制点)。
大体上，术语“物联网”或“IoT”可以被本领域技术人员用来指代基于网络的架构中的唯一地可识别的对象(事物)和它们的虚拟表示。特别地，互联网演进中的下一个新领域是连接计算机、通信装置、以及其他物体的能力，更确切的说是连接诸如灯、电器、车辆、HVAC(加热、通风、以及空气调节)、窗户以及窗帘和百叶窗、门、锁等的一般“对象”的能力。因此，“物联网”一般是指对象(例如，智能对象)(诸如，传感器和促动器)通过计算机网络(例如，IP)的互连，所述计算机网络可以是公用互联网或专用网络。这样的装置通常以通过协议转换网关连接到 IP网络的非IP或专有协议的形式被用在产业中几十年了。随着诸如智能电网、智能城市、建筑物与工业自动化、以及汽车之类的无数应用(例如，能够互连用于感测像电能质量、轮胎压力、以及温度等的事物的数百万个对象并且能够启动引擎和灯的应用)的出现，最重要的是扩展适用于这些网络的IP协议。
图1是说明性地包括通过各种通信方法互连的节点/装置的示例计算机网络100的示意性框图。例如，链路(未示出)可以是有线链路或共享介质(例如，无线链路、PLC链路等)，其中诸如路由器、传感器、计算机等的某些节点可以例如，基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等与其它节点进行通信。本领域技术人员将理解，可以在计算机网络中使用任意数目的节点、装置、链路等，并且这里示出的视图是为了简单起见。另外，本领域技术人员将进一步理解，虽然网络被示出在某一定向上，但是网络100仅仅是不意在限制本公开的示例图示。
根据说明性网络100，可以创建多个网络“体系”，其中每个体系一般可以包括完全不同类型的装置和/或通信协议(虽然不是必须的)。如图所示，IoT域110(也被称为LLN110)可以包括一般通过低功率和/或有损链路互连的诸如上面所描述的传感器、促动器等的“对象”115的嵌入堆栈。说明性地，IoT域可以包括能想到的数百万个对象115。
每个IoT域110(为了清楚起见，仅示出了一个)可以被互连到诸如现场局域网120的下一个层次级，其说明性地提供了“云”或核心网130 的边缘。一个或多个现场局域网120可以将一个或多个IoT域互连到核心网130，并且一般包括多个路由器125(或交换机或网关)。在示例实施例中，现场局域网处的通信可以包括多服务协议，诸如“3G”、“4G”、“LTE”等，如本领域内将清楚地理解的。一般，现场局域网中的装置125的数目能达到上万个。
最终，如所指出的，现场局域网120(为了清楚起见，示出了一个) 通过核心网130被互连，所述核心网130是例如，数千个一般更有能力的装置135(诸如，核心路由器、交换机等)的多协议标签交换(MPLS)网络和/或互联网协议(IP)网络。一般，这种层次级除了在现场局域网本身内支持这些特征外还控制IoT域的安全、服务质量(QoS)、多播操作等。网络管理组件140可以存在于核心网130内，或者可以经由核心网 130互连，以提供各种高级功能(诸如，IoT分析的托管、网络管理服务 (NMS)等)。例如，网络管理组件140可以包括被配置成通过网络100 的网络操作来提供高级控制的一个或多个服务器，并且可以将接口提供给用户(管理员)，如本文中所描述的那样。
可以使用诸如某些已知的有线协议、无线协议(例如，IEEE标准 802.15.4、WiFi、等)、PLC协议、或者适当的其它共享介质协议之类的预定义的网络通信协议在计算机网络100的节点/装置之间交换数据分组150(例如，在装置/节点之间发送的流量和/或消息)。在这种背景下，协议包括定义节点如何彼此交互的一组规则。如所提到的，每个体系可以利用彼此不同的协议(尽管不是必须的)，并且实际上可以利用与体系内的其它子域(例如，不同的IoT域110或现场局域网120)不同的协议。
图2A-2E示出了诸如根据一般IoT操作并且可以根据本文中描述的技术使用的图1的计算机网络100内的示例数据流。例如，如图2A所示，数据250可以被各种对象115收集并且被(例如)作为分组150沿路传送到一个或多个现场局域网装置125，并且可以沿路经历各种程度的聚集、丢弃等。现场局域网装置125然后可以如图2B所示地对数据250应用进一步的智能(诸如，传感器应用、控制、以及相关)，并且经处理的数据 255然后可以如图2C所示地被传送到网络管理装置140。另外，作为示出移动对象的IoT操作的具体示例，图2D和2E示出了诸如车辆260(一般，车辆可以实际包括许多网络连接的“对象”)之类的对象115如何可以在IoT域110之间行进，以及一般如何取决于接近程度被在现场局域网装置125(诸如，现场局域路由器或“FAR”)甚至现场局域网120之间转移。
如上面所指出的，在过去几年里，诸如传感器和促动器之类的智能连接对象的概念已经打开了诸如智能电网、连接车辆、智能城市、或智能卫生保健等的无数应用的大门。为此，提出了若干“架构”，这些架构除了包括各种混合选项外，还包括通过多协议网关或使用IP(v6)端到端来连接这些装置。
使用多协议网关的构思由于许多原因而引起问题，但是对于协议迁移和提供从现有的旧协议到IP的迁移路径的有限及时策略来说是有利的。一些问题包括操作复杂、缺少可扩展性(指数量的协议转换)、缺少QoS以及路由一致性、单点故障(有状态的多协议网关的使用是很昂贵的选项)、安全漏洞等。
因此，自2007年以来，已出现了有利于IP端到端的明显势头，并且已开发和规定了许多技术：
-在装配有几千字节的RAM和闪存以及8/16位微控制器的低功率微控制器上运行的轻量级操作系统；以及
-优化的IPv6堆栈和新的低功率PHY/MAC技术(例如，IEEE 802.15.4、低功率Wifi、P1901.2、PRIME、HP GreenPHY等)的出现。
在仔细分析IP协议系列后认识到，这些高度受约束的恶劣环境需要新的IP协议。一些关键示例包括：
1)6LoWPAN：除头部压缩外，适配层处理针对低MTU链路的碎片；
2)RPL：用于LLN的新路由协议；
3)CoAP：被设计成在低功率终端装置上运行的轻量资源管理协议，显著地轻于SNMP；以及
4)在链路层处托管的各种优化功能(例如，用于15.4g、PLC (P1901.2)等的跳频)。
迄今为止，一般策略包括在受约束的装置上实现复杂的联网协议，其中受约束的装置除了负责受约束的路由、呼叫允许控制(CAC)、以及背压机制外，还负责处理QoS、路由、管理、流量工程、感测、用于LLN 中的流量降低的算法、用来增加低带宽链路上的信道容量的复杂策略、用于快速故障恢复的自修复技术等。换句话说，使物联网(IoT)变得尽可能智能，同时限制IoT(LLN)的边缘处所需要的资源已成为目标。
然而，在复杂系统中存在功能与可扩展性之间的微妙折衷。也就是说，在很多区域中，一个人能够观察到图3中示出的现象。当功能被添加到装置时，结合所有特征的总体系统(也被简单地称为“网络”)的复杂度增加到了这样的一个点，其中增量成本在命中拐点之前是可以接受的，而在拐点时系统的总体理解和可扩展性大大下降。尽管用随机Petri网络或马尔可夫(Markov)链在数学上对这样的模型建模是相当有挑战性的，但是这样的经验分析大多是由数年的设计和操作复杂系统的经验来驱动的。注意，尽管可扩展性是根据许多因素变化的多个多项式函数，但是“理解”因素的权重无疑是大的；在许多情况下，在本领域中不采用一些技术，不是因为它们从技术观点看在本质上是不可扩展的，而是因为考虑到对于终端用户的附加值，理解总体系统太昂贵了。例如，从纯技术观点看，即使能够理解某些系统，但是随着功能水平的增加，病态的不可理解的情况的数目也极其迅速地增长。
在几年的深度技术调查后，智能对象所支持的总体复杂度并不是随着这些网络的尺寸和所支持的特征的数目线性增长而是指数规律增长，从而使得总体系统本身的可扩展性崩溃。在IoT的情况下，我们可以基于两个原因预期这种现象的放大：(1)这种网络的规模大大超过了迄今为止具有潜在的数百万个装置的最大的已知网络；以及(2)想不到地，轻量级协议(在存储器和带宽使用方面具有小占用空间)的设计需要具有未知行为模式的相当复杂的技术，这会导致也被称为LLN(低功率有损网络)或 IP智能对象网络的网络的这个部分中的附加的复杂性。
本文中描述的新网络架构的目标是重新考虑包括添加终端装置的分布式智能的当前模型，而不是将智能限制于提供安全连通所需要的最小值。如在下面所描述的那样，例如，由于由流量观察(例如，深度报文检测)、一组目标(例如，服务等级协定或SLA)、性能监控、行为模式和网络动态的分析(例如，为了最佳性与稳定性之间的权衡)等所馈送的学习机，引入了在本文中被称为边缘路由器的现场局域网的边缘装置(例如，路由器)上所托管的中间代理，这些中间代理在许多决策进程 (QoS、网络管理、流量工程等)中帮助终端装置并且紧密地与中央智能 (托管的或更有能力的计算机，例如，在数据中心中)交互以便做出适当的决策。
特别地，这里的技术致力于将智能和网络控制切换到路由器边缘边界。如上面所指出的，值得为物联网(IoT)考虑完全新颖的联网模型，从而在许多区域中的联网的诸如路由、自修复技术、QoS、CAC、NMS、可靠性、或安全性之类的方面产生根本变化。根据下面描述的实施例，这里的技术一般包括在位于LLN外围的路由器(有时被称为LBR：LLN边界路由器)上移动在网络的第二层的联网智能，其中LLN处的资源相比 LLN中的装置(传感器/致动器/标签)可以被认为是“非有限的”。主要原理在于，LBR和其它组件(在路由器、带外路由器/服务器等上运行的应用)托管其输出随后被提供给简约连接对象或“MCO”(相对于“智能对象”，其还可以被称为“哑连接对象”或“DCO”)的功能的能力。
在这种新的架构模型中，传感器/促动器有目的地成为与智能对象相对的IPv6“简约连接对象”(整个行业在过去十年里一直促进的趋势)。
作为理论基础，一个主要的技术原因在于将网络缩放到大于当前互联网的数量级大小的能力。简单的数学表明，极其大规模的LLN意味着为了有效地管理这些网络的非常先进的技术(不是先前规定的和/或已知的)。注意到这样的网络将是自动的、自配置的、并且嵌入有支持自修复技术和自动配置并且能够执行本地故障排除的本地智能变得重要。将大域分解成较小的域有助于降低总体复杂度，但仅是一种临时措施。
通过采用包括使这些装置“仅仅被连接”而不是“智能”的完全不同的策略，本文中所描述的架构将使能大的生态系统，使能极其受约束的装置(包括能量清道夫启用的装置)上的连通性，并且网络将被“馈送”以有价值的数据，从而增加网络托管界内智能(in-boundintelligence)的理论基础，使它成为未来的平台。
特别地，本公开规定了用于物联网(IoT)/LLN的完全不同的架构，其中智能对象被简约连接对象(MCO)代替，所述MCO被限制为将基本的安全连通提供给处于连接LLN的“经典IP网络”外围的LBR。LBR说明性地托管分布式智能代理(DIA)，DIA是由许多输入馈送的软件/硬件模块，所述输入诸如是使用深度报文检测的流量流观察、由用户规定并且由中央智能控制器(CIC)提供的SLA要求。DIA还可以托管观察流以及网络动态和行为趋势的学习机，从而使得DIA可以进一步执行与MCO交互的许多任务以激活在网络中何时/在哪里/是否需要诸如网络管理、路由、服务质量(QoS)、呼叫允许控制(CAC)等之类的联网特征。
也就是说，根据下面详细描述的本公开的一个或多个实施例，如图4 中所示的网络架构包括一个或多个简约连接对象(MCO)500、一个或多个分布式智能代理(DIA)600、以及一个或多个中央智能控制器(CIC) 700。具体地，每个MCO具有足以执行其相应的指定任务、安全地加入计算机网络、以及提供标称状态信息的有限智能，其中MCO没有被配置成执行复杂的专用数据处理和复杂的联网任务，所述复杂的联网任务诸如是进行服务质量(QoS)决策、参与呼叫允许控制(CAC)操作、提供流量工程(TE)服务、执行复杂的可靠性协议、或者推断网络管理信息(这与当前的IoT架构形成对比)。并且，DIA被配置成针对MCO向计算机网络提供边缘，并且负责针对MCO的智能联网管理以及执行针对MCO的复杂的专用数据处理。最后，CIC在计算机网络内操作并且与DIA通信以执行针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对MCO和DIA操作的一组用户定义的规则。
说明性地，本文中所描述的技术可以由硬件、软件、和/或固件(诸如)根据特定于每个类型的装置(MCO、DIA、CIC)的相应进程来执行，所述相应的进程可以包含由处理器执行来例如与在相应的装置上执行的其它进程相结合地执行涉及本文中所描述的新颖技术的功能的计算机可执行指令。例如，这里的技术可以被视为对传统协议(诸如，各种路由、通信、和/或管理协议)的扩展，并且因此，可以由相应执行那些类型的协议的本领域内所理解的类似组件来处理。
对于本领域技术人员而言将显而易见的是，包括各种计算机可读介质在内的其它处理器和存储器类型可以被用来存储和执行与本文中所描述的技术有关的程序指令。另外，虽然本描述示出了各种进程，但是明确设想了各种进程可以被具体化为被配置成根据本文的技术(例如，根据类似进程的功能)来操作的模块。进一步地，虽然可以分别示出某些进程，但是本领域技术人员将理解，一些进程可以是其它进程中的例程或模块。
操作上，如上面所指出的那样，简约连接对象(MCO)500是由于低智能和决策而具有极其轻量级的处理要求的对象(例如，传感器、促动器、射频标识符(RFID)标签、或简单退化路由器)。与当前的“智能对象”方法相比，MCO具有刚好足以以安全方式使用退化路由方法加入网络的智能，并且将关于其功能、资源以及支持能力的刚好足够的状态信息提供给DIA/CIC(在下面描述)。MCO一般不执行(自我引导的)QoS 或任何形式的CAC、TE、复杂的可靠性特征、网络管理信息(例如，网络统计)，并且不执行专用数据处理，因为这些功能现在被托管在DIA 600上，如在下面所描述的那样。
图5是本文所述的一个或多个实施例可以使用的作为MCO的示例装置500的示意框图。该装置可以包括电源560(例如，电池、插头等)、以及通过系统总线550互连的一个或多个网络接口510(例如，有线、无线、PLC等)、处理器520、和存储器540。此外，MCO一般可以包括传感器和/或促动器组件570。
一个或多个网络接口510包含用于通过耦合到网络110的链路(即，在IoT域110中)传送数据的机械、电气以及信令电路。网络接口可以被配置成使用各种不同的通信协议来传送和/或接收数据。进一步注意的是，节点可以具有两个不同类型的网络连接510，例如，无线和有线/物理连接，并且这里的视图仅仅用于图示。另外，虽然网络接口510被与电源560分开示出，但是对于PLC来说，网络接口510可以通过电源560进行通信，或者可以是电源的有机组成部分。在一些特定配置中，PLC信号可以被耦合到馈入电源的电力线。
存储器540包括可由处理器520和网络接口510寻址的用于存储与本文中所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，某些装置可以具有有限的存储器或者没有存储器(例如，除用于在装置和关联的高速缓存上操作的程序/进程的存储器外，没有用于存储的存储器)。处理器520可以包括被适配成执行软件程序并且操纵数据结构545 的必要元件或逻辑。操作系统542(其多个部分通常驻留在存储器540中并且由处理器来执行)通过调用支持在该装置上执行的软件进程和/或服务的操作来在功能上组织该装置。这些软件进程和/或服务可以说明性地包括“MCO进程”548，其可以包括一个或多个子进程，诸如路由进程/服务 548a，如本文中所描述的那样。
如上面所指出的，每个MCO500具有足以执行其相应的指定任务 (例如，感测、启动、路由)、安全地加入计算机网络、以及提供标称状态信息的有限智能。因此，MCO进程548包含由处理器520执行来相应执行与这样的MCO动作相关的功能的计算机可执行指令。如本文中所描述的，MCO进程没有被配置成执行复杂的专用数据处理、进行QoS决策、参与CAC操作、提供TE服务、执行复杂的可靠性协议、或者推断网络管理信息。路由进程548a是一般的退化路由进程，并且被保持足够简单以相应地提供从MCO500到其它装置(其它MCO500或DIA600)的通信。例如，可以像在下面所提到的那样简单地从DIA接收拓扑信息，或者在 MCO完全不能存储路由条目的情况下，路由进程548可以仅包括提供源路由技术所必需的机制。也就是说，对于源路由，网络中的其它装置能够确切地告诉不太有能力的装置在哪里发送分组，并且不太有能力的装置像所指示的那样简单地转发分组。可替代地，可以使用路由协议的简约版本，诸如各种简化的链路状态协议，例如，如在Dimitrelis等人的标题为“Autoconfiguration of routers using a link state routing protocol”<draft-dimitri- zospf-00>的互联网工程任务组(IETF)互联网草案(2002年10月版本) 或另外RPL的简化版本中所规定的零配置开放最短路径优先或“zOSPF”，其完整版本在Winter等人的标题为“RPL：IPv6Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks”<draft-ietf-roll-rpl-19>的IETF互联网草案(2011年3月13日版本)中被规定。
根据本文中所描述的新颖架构，另一类型的装置(分布式智能代理 (DIA)600)包括托管在网络(现场局域网120)边缘处的软件/硬件模块组，并且负责许多联网和面向应用的功能，诸如，在IoT/LLN110内进行路由、对是否(whether)/是否(if)/如何动态地激活QoS、CAC、流量工程、NMS相关处理(例如，联网统计的聚合)、应用感知数据处理(例如，托管能够解释来自MCO500的数据、潜在地聚合/丢弃数据分组、触发本地驱动等的应用)的决策。DIA600一般被托管在装配有深度报文检测、互联网协议流信息导出(IPFIX)操作能力等的更有能力的装置(例如，边缘路由器)上，如可以由本领域技术人员所理解的。
图6是本文中所述的一个或多个实施例可以使用的作为DIA的示例装置600的示意框图。与装置500类似，DIA装置600可以包括电源660 (例如，插头)、以及通过系统总线650互连的一个或多个网络接口 610、至少一个处理器620、和存储器640。一般，DIA装置600比有限的 MCO装置500更有能力，并且因此，可以具有更大的处理能力、更大的存储器等。
在存储器640内，操作系统642通过调用支持在该装置上执行的软件进程和/或服务的操作来在功能上组织该装置，所述软件进程和/或服务诸如是“DIA进程”648，其可以包括一个或多个子进程，诸如“DIA-R”进程648a、“DIA-Q”进程648b、“DIA-N”进程648c等，如本文中所描述的那样。也就是说，除应用相关的特征(不与联网智能本身相关)外， DIA可以由分别负责特定任务的一组智能模型：DIA-N(NMS)648c、 DIA-Q(QoS)648b 、DIA-R(路由)648a等组成。进一步地，存储器640 还可以被用来相应地存储一个或多个数据结构645。
如上面所指出的，每个DIA600都被配置成针对MCO向计算机网络提供边缘，并且负责针对MCO的智能联网管理以及执行针对MCO的复杂的专用数据处理。因此，DIA进程648包含由处理器620执行来相应执行与这样的DIA动作相关的功能的计算机可执行指令。如本文中所描述的，DIA进程648被配置成执行复杂的专用数据处理，诸如，解释来自 MCO的数据、聚合来自MCO的数据、丢弃来自MCO的数据、以及在MCO处触发本地驱动，如上面所提到的那样。此外，DIA进程648 进一步负责针对MCO进行QoS决策(DIA-Q进程648b)、参与针对MCO的CAC操作、针对MCO提供TE服务、以及针对MCO推断网络管理信息 (DIA-N进程648c)等。路由进程(DIA-R)648a包含由处理器620执行来执行由一个或多个路由协议所提供的功能的计算机可执行指令，所述一个或多个路由协议诸如是本领域技术人员将理解的先应式或反应式路由协议。这些功能可以在有能力的装置上被配置成管理包含(例如)用来进行路由/转发决策的数据的路由/转发表(数据结构645)。
值得注意的是，DIA600严重依赖由MCO提供的状态报告、使用深度报文检测和IPFIX的流量观察，而且为了确定服务等级协定和/或性能监控而紧密地与一个或多个CIC700交互以便确定网络性能是否被与目标对准(例如，在性能结果报告由DIA-N提供的情况下)。为了实现此情况，各种DIA进程648 (模块648a -c...)可以与彼此交互：例如，DIA-R(路由)可以与DIA-Q(QoS)交互以便确定路由拓扑改变对服务质量的影响。注意，这样的协作现在是可能的，这不是当前的完全分布式模型的情况。也就是说，DIA600一般是负责执行各种性质的任务的智能模块，所述各种性质的任务诸如是计算路由拓扑、确定何时/在哪里/是否在网络中激活QoS、执行与NMS相关的本地任务(代替像在现今的模型中那样在 NMS与装置之间采用对等网络管理功能)、确定如何执行流量工程等。 (值得注意的是，可以在别处详细规定这些特征/算法和相关协议的细节，并且这些细节在本公开的范围之外)。
来自DIA600的输出决策导致将消息(例如，单播或很少多播消息) 发送到请求行为改变的MCO500，所述行为改变诸如是转发决策的改变、诸如标记分组或对分组应用优先级之类的QoS特征的激活、数据生成的激活和/或管理(例如，开始、停止、和/或定时感测到的数据的发送，例如，所感测到的数据是否已被确定为不正确的或非相干的或冗余的或不改变的等)。此外，DIA600可以请求一个或多个CIC700执行某些校正动作，并且一个或多个CIC可以直接与MCO500交互，例如，试图在功能失调的装置上下载新的软件/固件升级。
根据本文中所描述的新颖架构，最后定义的类型的装置(中央智能控制器(CIC)700)被用来托管用于控制IoT域110，并且用于接收由终端用户定义的一组规则(例如，服务等级协定(SLA)的规范、安全等级、用于性能监控的任务等)的更复杂的任务。一个或多个CIC将与DIA600 直接通信，所述DIA600将进行决策并且进而与MCO进行通信，但是在一些情况下CIC可以直接与MCO500交互。
图7是本文中描述的一个或多个实施例可以使用的作为CIC的示例装置700的示意框图。与装置600类似，CIC装置700可以包括电源760 (例如，插头)、以及通过系统总线750互连的一个或多个网络接口 710、至少一个处理器720、和存储器740。在存储器740(其可以存储数据结构745)内，操作系统742通过调用支持在该装置上执行的软件进程和/或服务(诸如，“CIC进程”748)的操作来在功能上组织该装置，如本文中所描述的那样。
特别地，如上面所指出的，一个或多个CIC700被配置成执行针对 MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对MCO和DIA操作的一组用户定义的规则。因此，CIC 进程748包含由处理器720执行来相应执行与这样的CIC动作相关的功能的计算机可执行指令。如本文中所述的，因此，CIC进程748被配置成执行针对由CIC执行的MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，诸如安全性操作、性能监控、以及SLA管理等。此外，如上面所提到的，CIC进程 748还可以被配置用于从DIA接收指令，并且相应地更新MCO操作(例如，经由DIA或直接地针对MCO)。
如上所述的架构规定了与传统的计算机架构不同的强范式转移。例如，与当前模型相比，QoS在每个节点上被激活而不管流量观察和SLA如何，然而在这种模型中，外部节点(托管DIA)基于由CIC提供的流量观察和SLA来确定是否(if)/何时/是否(weather)必须激活QoS。在现今的网络中，路由是完全集中式的(例如，在大多数光学/SDH网络中)或分布式的。然而，在如本文所述的架构中，LBR(DIA600)的作用是根据需要迭代地改进和/或建立路由拓扑。NMS范式也被改变：代替NMS与装置之间的对等模型，中间智能被添加到网络中，从而相应在IDA处执行大量NMS任务。
图8示出了根据本文中所描述的一个或多个实施例的用于操作MCO 500的示例简化过程800。值得注意的是，虽然示出了步骤的顺序，但是应该理解的是，所描述的过程更多的是功能的列举，并且不需要对顺序进行推理。因此，对于所描述的过程而言没有“开始”和“结束”。如上面更详细地描述的，在功能805中，MCO500被配置成执行其指定任务，例如，作为传感器、促动器、退化路由器等进行操作。此外，在功能810 中，MCO被配置成像上面所提到的那样安全地加入计算机网络，并且在功能815中，还被配置成提供标称状态信息。例如，如本文中所指出的，这样的标称状态信息可以包括资源可用性、MCO功能、以及MCO能力。进一步地，在功能820中，MCO被配置成从DIA600接收指令，或者在功能825中，被配置成相应地从CIC700接收升级或任何其它信息和/或指令。
注意，过程800的功能集被保持为简单的，从而使得MCO实际上可以是简约的。特别地，如本文中所描述的，MCO没有被配置成执行复杂的专用数据处理、进行QoS决策、参与CAC操作、提供TE服务、执行复杂的可靠性协议、或者推断网络管理信息等。相反，大多数这种“更智能的”的功能被向上地推送到DIA600。
图9示出了根据本文中所描述的一个或多个实施例的用于操作DIA 600的示例简化过程900。再次注意，虽然示出了步骤的顺序，但是应该理解的是，所描述的过程更多的是功能的列举，并且不需要对顺序进行推理。因此，对于所描述的过程而言没有“开始”和“结束”。如上面更详细地描述的，在功能905中，DIA600一般被配置成针对MCO500向计算机网络提供边缘，并且在功能910中，DIA一般还被配置成负责针对 MCO的智能联网管理。此外，在这里描述的功能915中，一个或多个 DIA、或者所有DIA一般被配置成执行针对MCO的专用数据处理和复杂的联网，例如，解释、聚合、或者丢弃来自MCO的数据，以及在MCO 处触发本地驱动等。
另外，根据本文中所描述的架构，还可以根据下面的功能以及上面更详细地描述的功能中的任何一个或多个功能来配置DIA600：
-功能920：针对MCO进行QoS决策；
-功能925：针对MCO参与CAC操作；
-功能930：针对MCO提供TE服务；
-功能935：针对MCO推断网络管理信息；
-功能940：执行深度报文检测；
-功能945：执行IPFIX操作；
-功能950：将行为改变指令提供给MCO，诸如，转发决策、激活对分组进行标记/优先级排序的QoS功能、激活/管理数据生成等；以及
-功能955：将指令提供给CIC以更新MCO操作，并且从一个或多个 CIC接收指令。
此外，图10示出了根据本文中所描述的一个或多个实施例的用于操作CIC700的示例简化过程1000。然而，尽管示出了步骤的顺序，但是应该理解的是，所描述的过程更多的是功能的列举，并且不需要对顺序进行推理。因此，对于所描述的过程而言没有“开始”和“结束”。如上面更详细地描述的，在功能1005中，一个或多个CIC被配置成执行针对MCO 和DIA操作的上层控制的复杂任务。例如，如上面所提到的，这些复杂任务可以包括各种安全操作、性能监控、以及SLA管理。进一步地，一个或多个CIC在功能1010中被配置成提供一个或多个接口以接收针对MCO和 DIA操作的一组用户定义的规则。另外，一个或多个CIC可以在功能1015 中被配置成从DIA接收指令，并且在功能1020中被配置成相应地将一个或多个更新提供给MCO。
应该注意的是，过程800-1000中的某些功能(步骤)可以是可选的，并且图8-10中所示出的那些仅仅是用于图示的示例，并且可以视需要包括或者排除某些其它功能。进一步地，如所提到的，虽然示出了功能的特定顺序，但是这种排序仅仅是说明性的，并且在不背离本文实施例的范围的情况下，可以利用功能的任何适合的布置。另外，虽然分别地描述了过程 800-1000，但是来自每个过程的某些功能可以被并入每个其它过程，并且各过程不是相互排他的。
因此，本文中所描述的新颖技术提供了用于简约连接对象或MCO的新颖网络架构。特别地，本文技术真正地改变了网络范式并且将智能重新分配在网络中，以便更高效地运行该网络，大大地提高对总体系统的理解，降低受约束装置的复杂性，从而帮助激活网络中的更多装置，以及最后但并非最少地将甚大规模连接的对象网络(例如，物联网)增大一个数量级。
虽然已经示出并且描述了提供用于MCO的新颖网络架构的说明性实施例，但是应当理解的是，可以在本文实施例的精神和范围内进行各种其它改编和修改。例如，关于LLN已经在本文中示出并且描述了实施例。然而，实施例在它们更广泛的意义上没有限制，并且实际上，可以与其它类型的网络和/或协议一起使用，而无论它们是低功率的还是有损的。此外，虽然CIC被示出为与DIA分离，但是在某些实施例中可能的是，CIC功能 (CIC进程748)可以在本地驻留在一个或多个DIA上，即，CIC和DIA 是配置有CIC功能和DIA功能两者的单个装置。因此(或分别地)，DIA 还可以具有用来接收用户定义的规则和配置的接口。
前面的描述是针对具体实施例的。然而将显而易见的是，在达到所描述的实施例的优点中的一些或全部的情况下，可以对这些实施例进行其它变化和修改。例如，特意设想了本文中所描述的组件和/或元件能够被实现为被存储在具有在计算机、硬件、固件或其组合上执行的程序指令的有形的(非暂时性)计算机可读介质(例如，磁盘/CD/等)上的软件。因此，本描述将仅通过示例的方式来进行，并且将不以其它方式限制本文实施例的范围。因此，所附权利要求的目标是涵盖如落入本文实施例的真实精神和范围内的所有这样的变化和修改。

Claims (21)

1.一种用于简约连接对象的系统，包括：
多个简约连接对象(MCO)，每个MCO具有刚好足以执行其相应的指定任务、安全地加入计算机网络、与所述多个MCO中的其他MCO通信、以及提供标称状态信息的智能，其中所述MCO没有被配置成执行复杂的专用数据处理和复杂的联网任务；
一个或多个分布式智能代理(DIA)，被配置成针对所述MCO向所述计算机网络提供边缘，所述DIA负责针对所述MCO的智能联网管理、负责执行针对所述MCO的复杂的专用数据处理、并且负责以下任务中的至少一项：针对所述MCO进行服务质量(QoS)决策、参与呼叫允许控制(CAC)操作、提供流量工程(TE)服务、以及针对所述MCO推断网络管理信息；以及
一个或多个中央智能控制器(CIC)，所述CIC在所述计算机网络中与所述DIA通信，所述CIC被配置成执行针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对所述MCO和DIA操作的一组用户定义的规则，其中，由所述CIC执行的针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务包括安全操作、性能监控、以及服务等级协定(SLA)管理中的至少一项。
2.如权利要求1所述的系统，其中，由所述DIA进行的复杂的专用数据处理包括以下处理中的至少一项：解释来自所述MCO的数据、聚合来自所述MCO的数据、丢弃来自所述MCO的数据、以及在所述MCO处触发本地驱动。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述DIA被配置成执行深度报文检测和互联网协议流信息导出(IPFIX)操作中的至少一项。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述DIA被配置成将行为改变指令提供给所述MCO。
5.如权利要求4所述的系统，其中，行为改变是从包括以下各项的群组中选择的：转发决策、激活标记分组的服务质量(QoS)功能、激活对分组应用优先级的QoS功能、配置呼叫允许控制(CAC)、激活数据生成、以及管理数据生成。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述DIA被配置成将指令提供给所述一个或多个CIC以更新MCO操作。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述CIC中的一个或多个在本地驻留在所述DIA中的一个或多个上。
8.如权利要求1所述的系统，其中，由所述MCO提供的标称状态信息包括资源可用性、MCO功能、以及MCO能力中的至少一项。
9.如权利要求1所述的系统，其中，每个MCO的指定任务是从包括以下各项的群组中选择的：传感器、促动器、标签、以及退化路由器。
10.一种分布式智能代理设备，包括：
处理器，被适配成执行一个或多个进程；
存储器，被配置成存储能够由所述处理器执行的分布式智能代理(DIA)；
多个简约连接对象(MCO)，每个MCO具有刚好足以执行其相应的指定任务、安全地加入计算机网络、与所述多个MCO中的其他MCO通信、以及提供标称状态信息的智能，其中所述MCO没有被配置成执行复杂的专用数据处理和复杂的联网任务，所述复杂的联网任务是从以下任务中选择的：进行服务质量(QoS)决策、参与呼叫允许控制(CAC)操作、提供流量工程(TE)服务、执行复杂的可靠性协议、以及推断网络管理信息；
与所述计算机网络中的一个或多个中央智能控制器(CIC)通信的一个或多个网络接口，所述CIC被配置成执行针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对所述MCO和DIA操作的一组用户定义的规则，其中，所述CIC执行的针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务包括安全操作、性能监控、以及服务等级协定(SLA)管理中的至少一项；并且
其中，所述DIA进程在被执行时能够操作来：
针对所述MCO向所述计算机网络提供边缘；
针对所述MCO提供智能联网管理；以及
针对所述MCO执行复杂的专用数据处理。
11.如权利要求10所述的设备，其中，复杂的专用数据处理包括以下处理中的至少一项：解释来自所述MCO的数据、聚合来自所述MCO的数据、丢弃来自所述MCO的数据、以及在所述MCO处触发本地驱动。
12.如权利要求10所述的设备，其中，所述DIA进程在被执行时进一步能够操作来执行深度报文检测和互联网协议流信息导出(IPFIX)操作中的至少一项。
13.如权利要求10所述的设备，其中，所述DIA进程在被执行时进一步能够操作来：将行为改变指令提供给所述MCO。
14.如权利要求13所述的设备，其中，行为改变是从包括以下各项的群组中选择的：转发决策、激活标记分组的服务质量(QoS)功能、激活对分组应用优先级的QoS功能、管理呼叫允许控制(CAC)、激活数据生成、以及管理数据生成。
15.如权利要求10所述的设备，其中，所述DIA进程在被执行时进一步能够操作来：将指令提供给所述一个或多个CIC以更新MCO操作。
16.如权利要求10所述的设备，其中，所述存储器被配置成存储能够由所述处理器执行来执行CIC操作的CIC进程。
17.如权利要求10所述的设备，其中，每个MCO的指定任务是从包括以下各项的群组中选择的：传感器、促动器、标签、以及退化路由器。
18.一种简约连接对象设备，包括：
处理器，被适配成执行一个或多个进程；
存储器，被配置成存储能够由所述处理器执行的简约连接对象(MCO)进程，所述MCO进程在被执行时具有刚好足以执行以下任务的智能：
执行指定的MCO任务；
安全地加入计算机网络；
与其他MCO通信；以及
提供标称状态信息，
其中，所述MCO进程不能够操作来执行复杂的专用数据处理和复杂的联网任务，所述复杂的联网任务是从以下任务中选择的：进行服务质量(QoS)决策、参与呼叫允许控制(CAC)操作、提供流量工程(TE)服务、执行复杂的可靠性协议、以及推断网络管理信息；
与其它MCO通信的一个或多个网络接口；以及
与一个或多个分布式智能代理(DIA)通信的一个或多个网络接口，所述DIA被配置成针对所述MCO向所述计算机网络提供边缘，所述DIA负责针对MCO的智能联网管理、负责执行针对MCO的复杂的专用数据处理、并且负责进行下列处理中的至少一项：针对所述MCO进行QoS决策、针对所述MCO参与CAC操作、针对所述MCO提供TE服务、以及针对所述MCO推断网络管理信息，所述DIA被进一步配置成与一个或多个网络接口进行通信以与所述计算机网络中的一个或多个中央智能控制器(CIC)通信，所述CIC被配置成执行针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务，并且还被配置成提供一个或多个接口以接收针对所述MCO和DIA操作的一组用户定义的规则，
其中，所述CIC执行的针对MCO和DIA操作的上层控制的复杂任务包括安全操作、性能监控、以及服务等级协定(SLA)管理中的至少一项。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述MCO进程在被执行时进一步能够操作来：从所述DIA接收行为改变指令，其中，行为改变是从包括以下各项的群组中选择的：转发决策、激活标记分组的服务质量(QoS)功能、激活对分组应用优先级的QoS功能、管理呼叫允许控制(CAC)、激活数据生成、以及管理数据生成。
20.如权利要求18所述的设备，其中，所述指定任务是从包括以下各项的群组中选择的：传感器、促动器、标签、以及退化路由器。
21.如权利要求18所述的设备，其中，由所述MCO进程提供的标称状态信息包括资源可用性、MCO功能、以及MCO能力中的至少一项。
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