CN105308905A - 使用天气预报来动态调整网络参数 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，使用天气预报来动态调整网络参数。实施例包括确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件。基于所预测的天气条件，网络参数然后被选择以进行调整。选定的网络参数被调整以响应于所预测的天气条件来提高网络的性能。

Description

使用天气预报来动态调整网络参数
技术领域
本公开一般涉及计算机网络，并且更具体地涉及使用天气预报来动态调整网络参数。
背景技术
诸如传感器网络之类的低功率有损网络(LLN)具有各种应用，例如，智能电网和智能城市。LLN呈现各种挑战，例如，有损链路、低带宽、电池运行、低存储和/或处理容量等。LLN通常被部署于能够跨越较大地理区域的室外环境中。因此，天气可能影响LLN内的应用行为。例如，在智能电网高级计量基础设施(AMI)网络中，通用网络应用涉及报告断电。用于发送断电通知(PON)的流量配置文件(profile)与典型流量(例如，计量读数)完全不同。具体地，PON在第一跳上使用广播通信，逐跳重复抑制和聚合，并且要求低延迟转发。因为断电很可能发生在恶劣天气期间，因此活动应用流量配置文件以及网络需求可能基于LLN经受的天气条件而显著变化。
附图说明
本文所公开的实施例的以上及其他对象、特征、方面和优势从结合附图的以下详细描述中将变得更加明显。
图1示出了示例通信网络。
图2示出了示例网络设备/节点。
图3示出了示例网络配置文件表，其中网络配置文件被映射到天气条件。
图4示出了示例网络配置文件表，其中网络配置文件被映射到网络应用。
图5示出了示例网络配置文件表，其中网络配置文件被映射到天气条件和一天中的时间指示符。
图6示出了通信网络中的示例有向非循环图(DAG)，其中各通信节点被选择用于调整，并且网络属性消息在网络节点之间进行传输。
图7示出了用于使用天气预报来动态调整网络参数的示例简化过程。
图8示出了用于使用天气预报来动态调整网络参数的另一示例简化过程。
应该理解，以上参考的图不必按比例绘制，从而呈现对说明本公开的基本原理的各种优选特征的在一定程度上简化的表示。本公开的具体设计特征(包括例如，特定尺寸、朝向、位置和形状)可部分由具体目的的应用和使用环境来确定。
具体实施方式
概述
根据所公开的实施例，使用天气预报来动态调整网络参数。实施例示意性地包括确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件。然后基于所预测的天气条件来选择用于调整的网络参数。然后，调整选定的网络参数以响应于所预测的天气条件来提高网络的性能。
说明
计算机网络是通过通信链路相互连接的节点和用于在端节点(例如个人计算机和工作站，或其他设备，例如传感器等)之间传输数据的段(segment)在地理上分布的集合。很多类型的网络是可用的，从局域网(LAN)到广域网(WAN)的范围。LAN通常通过位于相同的普通物理位置(例如，建筑物或校园)中的专用私有通信链路来连接节点。另一方面，WAN通常通过长距离通信链路(例如，公用载体电话线、光学光路、同步光网络(SONET)、同步数字体系(SDH)链路、或诸如IEEE61334、IEEEP1901.2之类的电力线通信(PLC)等)来连接在地理上分散的节点。此外，移动Ad-Hoc网络(MANET)是一种无线ad-hoc网络，其一般被认为是由无线链路连接的移动路由器(及相关联的主机)的自配置网络，它们的联合形成了任意拓扑结构。
具体地，智能对象网络(例如，传感器网络)是具有空间分布的自主设备(例如，传感器、致动器等)的特定类型的网络，这些自主设备以合作的方式监控不同位置处的物理或环境状况，例如，能量/电力消耗、资源消耗(例如，对于高级的测量仪器或“AMI”应用而言，水/气等)、温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染等。其他类型的智能对象包括例如负责开启/关闭引擎或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)是典型的共享介质网络，例如，无线或PLC网络。也就是说，除了一个或多个传感器，传感器网络中的每个传感器设备(节点)一般可以装备有无线电收发机或其他通信端口(例如，PLC、微控制器以及诸如电池之类的能量源)。通常，智能对象网络被看作现场区域网络(FAN)、邻居区域网络(NAN)等。一般地，智能对象节点(例如，传感器)上的大小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相应约束。
图1是示例计算机网络100的示意性框图。说明性地，计算机网络100包括通过通信链路105进行互连的节点200(例如，如所示出的标签，“根”、“11”、“12”…“45”以及下面图2中所描述的)。例如，链路105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、致动器等之类的某些节点200可以例如基于距离、信号强度、当前的操作状态、位置等与其他节点200进行通信。网络管理服务器(NMS)130与所示计算机网络中的“根”节点(例如，现场区域路由器(FAR))通信。NMS可具有任意适当类型的集中式网络管理，并且可被直接连接到根/FAR(例如，多个)，或者可以经由WAN、蜂窝网络等进行连接。对于本公开，计算机网络100可以是任意适当类型的网络，包括但不限于LLN。
本领域技术人员明白，任意数目的节点、设备、链路等可以用于计算机网络，并且本文所示出的视图是出于简化的目的。另外，本领域技术人员还将理解，尽管网络以某一方向示出，尤其具有“根”节点，但网络100仅仅是一示例说明，其不意欲限制本公开。
数据分组140(例如，在设备/节点之间发送的流量和/或消息)可以使用预定义的网络通信协议(例如，某些已知的有线协议、无线协议(例如，IEEE标准802.15.4、WiFi、蓝牙等)、LLN协议、PLC协议、或其他适当地共享介质协议)在计算机网络100的节点200之间进行交换。在该上下文中，协议包括定义节点彼此如何交互的一组规则。
图2是可以被用于本文所描述的实施例的示例节点200的示意性框图。节点200可被用作图1所示的任意节点。如上所述，节点200可具有任意适当的类型，包括路由器、传感器、计算机、致动器等。该设备可以包括通过系统总线250互联的一个或多个网络接口210(例如，无线/信道跳变)、一个或多个处理器220、存储器240以及电源260(例如，插电式、电池等)。
(一个或多个)网络接口210包含用于通过耦合至网络100的链路105来传输数据的机械电路、电学电路以及信令电路。网络接口210可以被配置为使用各种不同的通信协议来发送和/或接收数据。此外，这些节点200可以具有多种不同类型的网络接口210(例如，无线连接和有线/物理连接)，并且此处的视图仅出于说明的目的。或者，尽管网络接口210被示出为与电源260分离，但网络接口210可以通过电源260进行通信，或者可以是电源的整体组件。
存储器240包括多个存储位置，这些存储位置可由(一个或多个)处理器220和(一个或多个)网络接口210寻址，并且用于存储与本文所描述的实施例相关联的数据结构和软件程序。应当注意，某些设备可能具有有限的存储器或者没有存储器(例如，没有用于存储除了在设备和相关联的缓存上操作的程序/处理之外的存储器)。处理器220可以包括适用于运行软件程序和操纵数据结构245的硬件元件或硬件逻辑。操作系统242尤其通过调用支持在设备上运行的服务和/或软件处理的操作来在功能上组织设备，其中，操作系统242的一部分通常驻留在存储器240中并且由处理器来运行。如本文所进一步详细描述的，这些软件处理和/或服务至少可以包括路由处理/服务244以及动态网络参数调整处理246。
其他处理器和存储器类型(包括各种计算机可读介质)可以被用来存储和运行涉及本文所描述的技术的程序指令，这对本领域技术人员而言是显而易见的。另外，尽管该描述阐述了各种处理，但明确预期各种处理可以被实现为被配置来根据本文的技术(例如，根据类似处理的功能)进行操作的模块。另外，尽管已单独地示出了这些处理，但本领域技术人员将理解，这些处理可以是其他处理内的例程或模块。
路由处理(服务)244包含由处理器220运行的计算机可执行指令，以执行由一个或多个路由协议(例如，本领域技术人员将理解的先应式路由协议和反应式路由协议)所提供的功能。这些功能可以在有能力的设备上被配置为对路由/转发表(数据结构245)进行管理，路由/转发表例如包含用来做出路由/转发决策的数据。具体地，在先应式路由中，在计算到网络中任意目的地的路由之前发现并且已知连接，例如，诸如开放最短路径优先(OSPF)、或中间系统到中间系统(ISIS)、或最优链路状态路由(OLSR)之类的链路状态路由。
在另一方面，反应式路由发现邻居(即，不具有网络拓扑结构的先验知识)，并且响应于到目的地所需的路由，向网络发送路由请求以确定哪个邻居节点可以用来到达所期望的目的地。示例反应式路由协议可以包括Ad-hoc按需距离矢量(AODV)、动态源路由(DSR)、动态MANET按需路由(DYMO)等。此外，在不能或未被配置来存储路由条目的设备上，路由处理244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，网络中的其他设备可以确切地告诉具有较少能力的设备将分组发送至哪里，并且具有较少能力的设备简单地按照指导来转发分组。
特别地，近年来网状网络已经变得日益普及和实用。具体地，共享介质网状网络(例如，无线或PLC网络等)通常在被称为低功率有损网络(LLN)的网络上，LLN是路由器及其互连均被约束的一类网络：LLN路由器通常在约束(例如，处理功率、存储器和/或能量(电池))下进行操作，并且其互连说明性地由高损耗速率、低数据速率和/或不稳定性来表征。LLN包括从几十个到几千甚至几百万个LLN路由器的任何事物，并且支持点到点流量(在LLN内的设备之间)、点到多流量(从中央控制点(例如，根节点)到LLN内的设备的子集)以及多点到点流量(从LLN内的设备到中央控制点)。
LLN的示例实现方式是“物联网”(或“万联网”)网络。宽松地，术语“物联网”或“IoT”可以由本领域技术人员用于指代唯一可标识的对象(事物)及其在基于网络的架构中的虚拟表示。具体地，互联网演进的下一前沿是不仅仅连接计算机和通信设备的能力，还有连接一般“对象”(例如，灯、装置、交通工具、HVAC(采暖、通风和空调)、窗户和窗帘以及百叶窗、门、锁等)的能力。“物联网”因而一般指代诸如传感器和致动器之类的对象(例如，智能对象)通过计算机网络(例如，IP)进行互连，其中，计算机网络可以是公共互联网或私有网络。这样的设备已在工业中使用了数十载，通常以非IP或私有协议的形式使用，这些非IP或私有协议通过协议转换网关的方式而连接到IP网络。随着诸如智能电网、智慧城市、以及建筑和工业自动化以及汽车(例如，其能够互连用于感知像功率质量、轮胎压力和温度之类的事物的上百万的对象并且能够致动引擎和灯)之类的大量应用的出现，扩展适用于这些网络的IP协议极为重要。
在由Winter等提出的题为“RPL：IPv6RoutingProtocolforLowPowerandLossyNetworks(RPL：用于低功率有损网络的IPv6路由协议)”的互联网工程任务组(IETF)提议标准，请求注解(RFC)6550(2012年3月)中规定的示例协议提供了支持从LLN内的设备到中央控制点(例如，一般地，LLN边界路由器(LBR)或“根节点/设备”)的多点到点(MP2P)流量以及从中央控制点到LLN内的设备的点到多点(P2MP)流量(还有点到点或“P2P”流量)。RPL(发音为“ripple”)一般可以被描述为距离矢量路由协议，其除了定义限制控制流量、支持修护等的一组特征之外，还建立用于路由流量/分组140的有向非循环图(DAG)。应当注意，如本领域技术人员可以理解的，RPL还支持多拓扑路由(MTR)的概念，借此，可以根据单独的需求来建立多个DAG以承载流量。
此外，有向非循环图(DAG)是具有某一属性的有向图，该属性使得所有的边以期望不存在循环(回路)的方式来导向。所有的边被包含在指向一个或多个根节点(例如，“簇首(clusterhead)”或“汇集点(sink)”)并且在该一个或多个根节点处终止的路径中，通常用来互连具有较大基础设施(例如，互联网、广域网、或其他域)的DAG的设备。此外，面向目的地的DAG(DestinationOrientedDAG，DODAG)是生根于单个目的地的DAG，即，在没有向外的边的单个DAG根处。DAG内的特定节点的“双亲”是该特定节点在去往DAG根的路径上的直接继承者，以使得双亲具有比特定节点自身低的“等级”，其中，节点的等级标识了节点相对于DAG根的位置(例如，节点离根越远，则该节点的等级越高)。还应注意，树是一种DAG，其中，DAG中的每个设备/节点一般具有一个双亲或一个优选双亲。DAG一般可以基于目标函数(OF)(例如，通过DAG处理和/或路由处理244)来建立。目标函数的角色一般用来规定如何建立DAG的规则(例如，双亲的数目、备用双亲，等等)。
如上所述，由于LLN的基本属性，LLN面临很多挑战。例如，LLN是路由器及其互连均被“约束”的一类网络。这意味着LLN路由器通常在约束(例如，处理功率、存储器和/或能量(电池))下进行操作。并且其互连的特征是例如高损耗速率、低数据速率和/或不稳定性。
此外，LLN通过物理介质进行通信，该物理介质受到环境条件的强烈影响，而环境条件随时间变化。一些示例包括在干扰(例如，其他无线网络或电气设备)、物理障碍物(例如，门打开/关闭或树木的叶子密度的季节性变化)和物理介质的传播特性(例如，温度或湿度变化)方面的时间性变化。这些时间性变化的时间尺度可以在几毫秒(例如，来自其他收发器的传输)到数月(例如，室外环境的季节性变化)之间变化。
此外，低成本低功率设计限制了收发器的功能。具体地，LLN收发器通常提供低吞吐量并且通常支持有限的链路余量。因此，干扰和环境变化对LLN的影响对链路和网络协议是可见的。
当使用无线收发器时，设备必须通过暴露于环境条件并且易受环境条件影响的介质进行通信。因此，环境可以显著影响通信介质。例如，湿度的日常变化可以显著影响无线通信的有效范围。具体地，取决于空气是否干净或是否存在浓雾，10dB的日常变化是可能的。类似的效果可在大雨或大雪时观察到。
类似地，当使用能量采集源(例如，太阳能)来为设备供电时，天气可能影响可用于设备的能量资源。例如，阴天比晴天提供更少的太阳能。因此，在阴天或雾天，设备可能不能使用同样多的能量。此外，太阳被挡住的特定时间可以不同的方式影响不同的设备，取决于每个设备被如何部署。
在另一示例中，如上所述，智能电网AMI网络中的通用网络应用涉及报告断电。用于发送断电通知(PON)的流量配置文件与典型流量(例如，计量读数)完全不同。具体地，PON在第一跳上使用广播通信，逐跳重复抑制和聚合，并且要求低延迟转发。因为断电很可能发生在恶劣天气期间，因此活动应用流量配置文件以及网络需求可能基于LLN经受的天气条件而显著变化。
使用天气预报的网络参数动态调整
本文的技术通过考虑天气预报和应用需求来优化网络性能。虽然LLN协议被设计为适应变化的条件，但是使用天气预报允许网络在天气条件变化之前优化其操作，并且允许任意变化在较大的时间段内平稳地发生。因此，天气预报提供足够的前置时间来改变网络参数或行为并且提高整体网络性能。
具体地，本文的技术使用天气预报来动态调整网络参数和行为。天气预报可以影响应用流量配置文件、链路特性和能量资源。使用天气预报允许系统调整链路层参数(例如，广播容量对比单播容量、链路余量阈值、低通滤波器加权因子、低功率监听周期等)和网络层参数(例如，构建额外的有向非循环图(DAG)、向路由施加电池备份单元(BBU)约束、过滤特定应用流量等)。天气预报/流量配置文件可由NMS或FAR提供。LLN设备可以将其功能提供给NMS/FAR以协助调整参数。当未来发生类似的天气条件时，NMS/FAR/LLN设备可以使用对网络性能的反馈来微调网络参数选择。
说明性地，本文所描述的技术可以由硬件、软件和/或固件来执行，例如根据网络参数调整处理246，其可以包含计算机可执行指令，这些指令由(一个或多个)处理器220(或(一个或多个)网络接口210的独立处理器)执行，以执行与本文所描述的技术相关的功能，例如，结合路由处理244，如图2所示。本文所描述的技术可以由类似的组件处理，这些组件在本领域中被理解为可操作以动态调整网络参数。
在操作上，本文的技术一般涉及但不限于：例如，针对各种天气条件构建应用流量配置文件和/或应用需求，基于天气预报和预期应用配置文件来调整链路层和网络层参数，使用天气预报来预测未来能量资源并基于可用资源来调整参数，发送/接收基于天气预报来调整网络设备中的参数的消息，以及使用反馈环路来针对不同的天气条件对网络参数选择进行微调。
图3示出了示例网络配置文件表，其中网络配置文件被映射到天气条件。如图3所示，网络配置文件表300包括天气条件字段302和网络配置文件字段304，其中天气条件字段302包含天气条件306，网络配置文件字段304包含网络配置文件308。
如上所述，所公开的实施例包括：确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件；基于所预测的天气条件来选择网络中要调整的网络参数；以及调整选定的网络参数以响应于所预测的天气条件来提高网络性能。用于调整的网络参数可被选择的一种方式涉及网络配置文件。具体地，限定网络属性并分别对应于多个天气条件的多个网络配置文件可被确定。当接收到所预测的天气条件时，对应于所预测的天气条件的网络配置文件可被选择。对网络参数的选择然后可以基于选定的网络配置文件。
在这一方面，网络配置文件表300将多个天气条件306分别映射到多个网络配置文件308。该映射有效地提供了天气条件/网络配置文件对，使得每个天气条件306对应于单个网络配置文件308。网络配置文件表300可被预填充和/或随时间改变，例如，条目可被动态添加、移除、编辑等。例如，网络配置文件表300可以根据所获取的反馈来改变，以微调网络参数选择，如下文所详细讨论的。作为更具体的示例，由NMS/FAR130获取的反馈可以指示可以改进给定网络配置文件308(其对应于给定天气条件306)的应用流量配置文件；因此，当发生给定天气条件306时，给定网络配置文件308的应用流量配置文件可被调整以提高网络优化的效力。
网络配置文件表300可由NMS/FAR130等确定。网络配置文件表300可被存储在给定节点的存储器240中。可使用任意适当的数据库管理系统来管理网络配置文件表300。此外，网络配置文件表300可以被存储在外部并由给定节点(例如，NMS/FAR130)访问。在替换实现方式中，网络配置文件表300及其中的信息可以只在概念上存在。换言之，要被调整的网络参数可基于所预测的天气条件和/或选定的网络配置文件来选择，而无需存储器240中的网络配置文件表300的实际构成或其他方式。因此，网络配置文件表300仅为了更好地理解本公开。
天气条件字段302可以包含针对天气条件306的条目。说明性地，天气条件306可以包括：例如，“下雨”、“有雾”、“晴天”等。应该理解天气条件306可具有任意适当类型的天气，还包括：“恶劣”、“优”、“未知”等。天气条件字段302及其中的条目可被预填充和/或随时间改变，例如，条目可被动态添加、移除、编辑等。天气条件306对应于网络暴露于的环境条件。当在给定节点(例如，NMS/FAR130)处接收到天气预报时，可从网络配置文件表300中确定对应于由接收到的天气预报所预测的天气条件的天气条件306。此外，对应于所确定的天气条件306的网络配置文件308可被确定，并且计算机网络100的一个或多个节点可被相应地调整。
网络配置文件字段304可以包含针对网络配置文件308的条目。网络配置文件308的示例可以包括：例如，“配置文件A”、“配置文件B”、“配置文件C”等。可使用任意适当的命名约定。每个网络配置文件308在网络配置文件表300中被映射以对应于单个天气条件306。这种一对一的映射约定意味着在特定天气条件期间，网络(例如，计算机网络100)应根据对应于该特定天气条件的网络配置文件来执行。说明性地，网络配置文件308(即，“配置文件A”、“配置文件B”、和“配置文件C”)分别对应于天气条件306(即，“下雨”、“有雾”、和“晴天”)。
网络配置文件308限定特定时间的网络属性(即，用于指示计算机网络性能的度量)，如下文所详细讨论。对于本公开，在示例性实施例中，“特定时间”指的是特定天气条件发生的时间；然而，网络配置文件308可应用的特定时间可替换地对应于例如一天、一月、一季度等时间。网络属性可以包括用于确定网络性能的任意适当的度量，包括但不限于：应用流量配置文件、应用使用需求、链路余量阈值、能量采集应用资源可用性、应用需求、节点或链路稳定性等。因此，网络配置文件308表示相应网络(例如，计算机网络100)在特定时间的属性(例如，性能/条件)。
此外，网络配置文件308可以只限定用于调整的多个网络参数。因此，网络配置文件可以基于所预测的天气条件来选择，从而协助对用于调整的网络参数的选择以优化网络。
如本领域普通技术人员将理解的，确定特定时间的网络属性提供了各种优势，例如，能够响应于天气条件来优化网络。此外，确定未来特定时间的网络属性允许网络优化主动(即在所确定的天气条件发生之前)发生。对网络的主动调整允许任意变化在较大时间段内平稳地发生。
图4示出了示例网络配置文件表，其中网络配置文件被映射到网络应用。如图4所示，网络配置文件表400包括网络配置文件字段304、应用字段402以及应用配置文件410、412和414，其中网络配置文件字段304包含网络配置文件308，应用字段402包含应用404、406和408。
网络配置文件表400将多个应用配置文件410、412和414映射到网络配置文件308，使得应用配置文件410、412和414对应于单个网络配置文件308。网络配置文件表400可以与网络配置文件表300相同的方式进行存储、填充、管理和/或访问，如上文所详细描述的。在替换实施方式中，网络配置文件表400及其中的信息可以只在概念上存在。换言之，要被调整的网络参数可基于所预测的天气条件和/或选定的网络配置文件来选择，而无需存储器240中的网络配置文件表400的实际构成或其他方式。因此，网络配置文件表400仅为了更好地理解本公开。
网络配置文件字段304包含针对网络配置文件308的条目。网络配置文件308的示例可以包括：例如，“配置文件A”、“配置文件B”、“配置文件C”等。可使用任意适当的命名约定。每个网络配置文件308在网络配置文件表304中被映射以分别对应于每个应用404、406和408的应用配置文件410、412和414。这种“一对多”的映射约定意味着给定网络配置文件限定其所关联的每个应用配置文件。
如上所述，网络配置文件308对应于天气条件306。因此，应该理解，对应于网络配置文件308的应用配置文件410、412和414也对应于天气条件306。例如，如图3所示，网络配置文件“配置文件A”对应于天气条件“下雨”。因此，说明性地对应于网络配置文件“配置文件A”的应用配置文件410、412和414也对应于天气条件“下雨”。换言之，在下雨的天气条件下，应用404、406和408可分别根据由应用配置文件410、412和414限定的方式来执行。
应用字段402可以包含针对应用404、406和408的条目。说明性地，应用404、406和408表示在网络(例如，计算机网络100)上运行的应用。具体地，图4示出了网络应用“断电通知”404、“计量检查”406、以及“能量采集附属(Dependent)”408。然而，应该理解网络(例如，计算机网络100)可以包含任意数量的应用。在这一方面，典型LLN包含在其上运行的大量不同的应用。因此，应用404、406和408仅被示为本公开的简化示例，并且不应被解释为限制本公开。
应用404、406和408分别对应于应用配置文件410、412和414。应用配置文件410、412和414分别表示应用404、406和408在特定时间的属性。对于本公开，在示例性实施例中，“特定时间”指的是特定天气条件发生的时间；然而，应用配置文件410、412和414可应用的特定时间可替换地对应于例如一天、一月、一季度等时间。因此，当结合考虑时，应用配置文件410、412和414可被认为限定在特定天气条件发生的时间，应用404、406和408在其上运行的网络100的属性。因此，在未来的特定时间，网络100的属性可基于所预报的天气条件和相应的应用配置文件410、412和414来预测。
由应用配置文件410、412和414所限定的应用404、406和408的属性可以由测量这些应用的性能、活动和/或需求的任意度量来表示。例如，这些度量可以包括但不限于：流量配置文件、使用需求、外部设备需求、传播完整性、延迟、单播/广播通信、信号干扰、链路特性(例如，链路余量、链路稳定性等)、应用优先级、能量资源可用性、电源类型、低通滤波器加权因子、低功率监听周期等。说明性地，应用配置文件410、412和414分别表示应用“断电通知”404、“计量检查”406、以及“能量采集附属”408的属性。应用配置文件410、412和414对应于单个网络配置文件308(例如，“配置文件A”)，从而对应于单个天气条件306(例如，“下雨”)。因此，说明性地，应用“断电通知”404的应用配置文件410对应于网络配置文件“配置文件A”以及天气条件“下雨”。换言之，应用配置文件410限定“断电通知”应用的属性，应用配置文件412限定“计量检查”应用的属性，应用配置文件414限定“能量采集附属”应用的属性，其均在下雨天气条件下。
作为示例，在晴天下(即，正常/优)天气条件下，智能电网AMI网络中的主要流量可能来自“计量检查”应用406，该应用可在一天内以有规律的间隔发送计量读数。在这种情形中，计量读数必须在30分钟的操作内实现接近100％的可靠性。然而，当断电事件发生时，断电通知(PON)更加重要，并且丢弃计量读数以维持鲁棒性和低延迟PON通常是可接受的。因此，在下雨(即，恶劣)天气条件下，来自“断电通知”应用404的活动应增加，因为网络更加可能传输PON以及供电恢复通知(PRN)。当预期为恶劣天气时，终端用户可能希望暂停周期性计量读数，从而向PON和PRN提供更多的容量。这样做可能只包括指示头端停止做出请求。然而，这可能还包括指示LLN设备只丢弃分组或只允许针对PON相关的应用的流量，这种流量可使用不同的流量类别标记或通过深度分组检测来标识。
此外，在有雾或阴天天气条件下，“能量采集附属”应用408可能不能使用与平常同样多的能量，因为阴天比晴天提供更少的太阳能。在这种条件下，应用或NMS/FAR可以使用该信息来规定能量预算并确定做出哪些参数调整(如果做出调整的话)。例如，应用可以降低其向NMS或应用服务器报告消息的速率。或者，应用可以增加链路层信道采样之间的周期以减小监听占空比，代价是增加通信延迟。应用还可以使用天气预报来在作为路由器操作或作为边界设备操作之间进行动态切换。
通常是应用专用并且基于天气的以上属性可在应用配置文件410、412和414中指示。这些属性可由网络设备(例如，NMS/FAR)用于对选择哪些网络参数用于调整做出知情决策，以响应于所预测的天气条件来优化网络。
例如，如图4所示，应用配置文件410指示下雨天气条件下的“断电通知”应用404的属性，包括：高流量优先级；低延迟传输需求；以及增加的广播通信容量需求。应用配置文件412指示下雨天气条件下的“计量检查”应用406的属性，包括：低流量优先级；允许高延迟传输；以及允许暂停传输和/或丢弃分组。应用配置文件414指示下雨天气条件下的“能量采集附属”应用408的属性，包括：减少的可用能量资源；以及减少的网络流量。应该理解，所示属性仅作为简化示例提供，以便更好地理解本公开。本领域普通技术人员将认识到，应用配置文件可以包含任意数量且不同的属性。因此，图4的内容不应被认为是限制性的。
图5示出了示例网络配置文件表，其中网络配置文件被映射到天气条件以及一天中的时间指示符。如图5所示，网络配置文件表500包括天气条件字段302、网络配置文件字段304以及一天中的时间字段502，其中天气条件字段302包含天气条件306，网络配置文件字段304包含网络配置文件308，一天中的时间字段502包含时间段504。
网络100的NMS/FAR可以选择根据不同的时间段传播网络配置文件。一种游程方法可被用于将天气条件306和/或网络配置文件308应用到不同的时间段。例如，如果预期天气在X个小时内没有很大变化，则配置文件将与相应的天气条件和/或网络配置文件一起制定“X个小时”。
网络配置文件表500将网络配置文件308映射到天气条件306，并将天气条件306映射到时间段504。因此，对应于天气条件306的网络配置文件308也对应于时间段504。网络配置文件表500可以与网络配置文件表300和400相同的方式进行存储、填充、管理和/或访问，如上文所详细描述的。在替换实施方式中，网络配置文件表500及其中的信息可以只在概念上存在。换言之，要被调整的网络参数可基于所预测的天气条件和/或选定的网络配置文件来选择，而无需存储器240中的网络配置文件表500的实际构成或其他方式。因此，网络配置文件表500仅为了更好地理解本公开。
一天中的时间字段502包含针对时间段504的条目。说明性地，时间段504可以包括：例如，“6:01am-8:00am”、“8:01am-11:30am”、“11:31am-6:00pm”等。可使用任意适当的持续时间和/或频率，例如，每小时、每天、每季度等。时间段504表示相应天气条件306被预测发生的时间。该信息例如可以基于天气预报。天气预报可由网络100的节点200(例如，NMS/FAR)接收。或者，时间段504可以基于有规律的日常变化。例如，“10:00pm-6:00am”时间段可被记录在网络配置文件表500中以对应于“低光”天气条件。此外，“10:00pm-6:00am”时间段可被记录在网络配置文件表500中以作为每日重复的条目，因为可用光在每天的该时间段期间是有限的。
因为网络配置文件308可以对应于时间段504，因此网络100的参数可根据各时间段、基于网络配置文件来调整。例如，如图5所示，在6:01am到8:00am期间，由于预测为有雾条件，因此网络100的参数可基于网络配置文件“配置文件B”进行调整。然后，在8:01am到11:30am期间，由于预测为下雨条件，因此网络100的参数可进一步基于网络配置文件“配置文件A”进行调整。最后，在11:31am到6:00pm期间，由于预测为晴天条件，因此网络100的参数可进一步基于网络配置文件“配置文件A”进行调整。
因此，根据一天中的时间字段502中所记录的时间段504，网络参数调整可有效地按时间表进行操作。这样的安排在一天中雾/雨可能多次到来和过去的时候特别有用。关于能量采集附属应用，网络100的NMS/FAR可获取天气预报来估计在不同的时间可能存在多少阳光。这种方法既考虑时间又考虑天气条件以获知由能量采集器产生的电能。
图6示出了通信网络中的示例有向非循环图(DAG)，其中各网络节点被选择进行调整，网络参数消息在网络节点之间进行传输。如图6所示，计算机网络100包括通过链路105进行互连的节点200(例如，如所示出的标签，“根”、“11”、“12”…“45”)，如图1所示。此外，网络100包括被配置为向图1的网络100内的NMS/FAR传输消息602的选定节点600。例如，某些链路105可被选择用于每个节点与特定双亲通信(因此，反之与孩子(如果存在的话)通信)。这些选定的链路形成DAG610(被示为加粗线)，其从根节点向一个或多个叶子节点(没有孩子的节点)延伸。流量/分组140(示于图1中)然后可以经由路由节点向上向着根节点或向下向着叶子(或主机)节点穿过DAG610。
选定节点6001-6006(后文称“600”)表示节点200中已被选定用于参数优化的节点。因此，网络参数优化可能仅影响某些选定节点，而不是网络200中的每个节点。有利地，无论天气条件如何，通过将优化努力集中于选定节点600而不是网络中的每个节点，这允许有效的网络参数控制。节点600可由NMS/FAR选择。节点600可基于所预测的天气条件和相应的网络配置文件来选择。例如，在恶劣天气的情况下，选定节点600可以包括计量读数应用和PON应用，因为恶劣天气可能显著影响这些应用的性能，如上文所详细解释的。在同一示例中，恶劣天气条件对其影响很小或者几乎没有影响的网络节点可能不被选择，因为调整这些节点的参数对优化网络而言是不必要的。
由选定节点600经由链路105向NMS/FAR传输的消息6021-6026(后文称“602”)理想上采用数据分组104的形式(例如，设备/节点之间的流量和/或消息)，如上所述。可以使用预定义网络通信协议(例如，某些已知的有线协议、无线协议(例如，IEEEStd.802.15.4、WiFi、等)、LLN协议、PLC协议或在适当的情况下其他共享介质协议)来传输消息602。消息602可以指示发送节点的可用资源/能力以及可能受即将到来的天气条件影响的属性。或者，消息602可以仅指示发送节点的可用资源，并且NMS/FAR130可以基于即将到来的天气条件来确定该节点可能被影响的属性。例如，节点可发送消息602，以指示其是具有备用电池单元(BBU)、基于能量采集还是仅是主电源供电的(例如，“插入式”)。NMS/FAR可以使用所传输的信息来确定哪些参数是重要的以包括在网络配置文件中。NMS/FAR还可以使用该信息来帮助确定哪个(哪些)节点需要参数调整，并且只向这些节点发送特定网络配置文件，例如，通过选择节点(当只有一些节点时使用单播，或者当有很多节点时使用多播)。此外，NMS/FAR可以使用该信息来确定使用额外资源是否可行，例如，是否可以在对仅使用具有BBU的节点具有限制的情形下构建DAG。
此外，节点可以向NMS/FAR发送作为反馈的消息602，以针对不同天气条件微调网络参数选择。例如，NMS/FAR可以获取每个天气条件期间的网络性能统计，例如，DAG稳定性、端到端延迟等。NMS/FAR还可以基于用户/管理员对被选择用于调整的(一个或多个)参数是否满意，来从用户/管理员接收额外输入。或者，反馈可由NMS/FAR经由任意适当的网络性能监控技术获得。基于该反馈，NMS/FAR甚至节点200自身可以针对预测在未来发生同一天气条件时对网络参数选择进行微调。
图7示出了用于使用天气预报来动态调整网络参数的示例简化过程700。如图7所示，过程700可以开始于步骤705，继续到步骤710等等，在过程700，如上文详细所述，使用天气预报来动态调整网络参数。虽然图7以特定顺序示出了步骤，但是应该理解，所示实施例不是限制性的，并且该特定顺序仅被示出用于说明的目的。
在步骤710，过程700包括确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件。天气预报可由NMS/FAR或网络中任意其他适当的节点接收。由天气预报所预测的天气条件对应于网络所暴露的环境条件。天气条件可包括：例如，下雨、有雾、晴天等。应该理解，天气条件可具有任意适当类型的天气，还包括：恶劣、优、未知等。天气条件可以影响被暴露于这些条件下的网络的性能。
在步骤715，过程700还包括基于所预测的天气条件来选择网络的网络参数以进行调整。通常是应用专用并且基于天气的网络属性可在应用配置文件410、412和414中指示。这些属性可由网络设备(例如，NMS/FAR130)用于对选择哪些网络参数用于调整做出知情决策，以响应于所预测的天气条件来优化网络。
在步骤720，过程700还包括调整网络参数以响应于所预测的天气条件来优化网络的性能。在所预测的天气条件发生之前，可响应于所预测的天气条件来控制网络参数。或者，可在所预测的天气条件期间控制网络参数。此外，NMS/FAR或网络的任意其他适当的节点/设备可以选择网络节点进行控制。在这种情况下，对网络参数的控制仅影响选定的节点。此外，NMS/FAR或网络的任意其他适当的节点/设备可以确定网络参数要被控制的时间段。类似地，对网络参数的控制可基于被连接到网络的能量采集设备的所预测的未来能量资源。
注意，本公开考虑跨越整个网络栈的所有层，例如，从链路层到应用层。因此，所控制的网络参数包括来自网络栈中的多个层的参数。天气可能影响栈的很多层，并且成功的网络优化系统方法考虑针对不同天气预报的整个网络栈。这与仅关注单个问题/层的相关领域方法(例如，能量采集、链路状态路由等)不同。
例如，对网络参数的控制可以包括基于所预测的天气条件和所确定的网络配置文件来调整链路层和网络层的参数。关于调整链路层参数，天气可能影响链路的传播特性，例如，链路余量及其方差。例如，当与现有邻居通信时，浓雾或大雨/雪可能降低链路余量10dB。在一天中雾/雨可能多次到来和过去的时候，链路余量可能变化更快。此外，当接受新邻居时，链路层可以通过改变链路余量阈值来对变化的天气条件作出反应以增加链路稳定性。此外，链路层可以调整用于被应用到链路度量(例如，ETX)的低通滤波器的加权因子，从而在稳定性和最优性之间做出权衡。
另一方面，网络层参数也可被调整。如上所述，当预测到恶劣天气时，终端用户可以对PON和PRN划分优先级。在这种情况下，终端用户可以允许网络栈基于不同的应用流量配置文件/需求来选择不同的参数。例如，因为与周期性计量读数(其主要使用单播)相比，PON和PRN使用大量广播传输，因此当预测到恶劣天气时，网络栈可以选择增加专用于广播流量的容量。此外，在额外控制流量的代价下，可形成额外的DAG，以提供更大的路径多样性以防设备意外断电。可形成新的DAG，该新的DAG具有对仅使用具有BBU的设备来形成路由的限制。控制流量可被减少以增加接收PON的可能性以及PON系统的整体鲁棒性。
图8示出了用于使用天气预报来动态调整网络参数的另一示例简化过程。如图8所示，过程800可以开始于步骤805，继续到步骤810等等，在过程800，如上文详细所述，使用天气预报来动态调整网络参数。虽然图8以特定顺序示出了步骤，但是应该理解，所示实施例不是限制性的，并且该特定顺序仅被示出用于说明的目的。
在步骤810，过程800包括确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件。如上所述，天气预报可由NMS/FAR或网络中任意其他适当的节点接收。由天气预报所预测的天气条件对应于网络所暴露的环境条件。天气条件可包括：例如，下雨、有雾、晴天等。应该理解，天气条件可具有任意适当类型的天气，还包括：恶劣、优、未知等。天气条件可以影响被暴露于这些条件下的网络的性能。
在步骤815，过程800还包括确定多个网络配置文件，这些网络配置文件限定网络的属性并且分别对应于多个天气条件。网络配置文件限定特定时间(例如，特定天气条件发生的时间)的网络性能指标(即，用于指示计算机网络性能的度量)。网络性能指标可以包括用于确定网络性能的任意适当的度量，包括但不限于：应用流量配置文件、应用使用需求、链路余量阈值、能量采集设备资源、应用需求、节点或链路稳定性等。此外，网络配置文件可基于由例如NMS/FAR接收的性能相关的反馈来调整。基于该反馈，NMS/FAR可以针对未来预侧发生相同的天气条件的时候对网络参数选择进行微调。网络可具有任意适当的类型，如上文详细参考的。优选地，网络是低功率有损网络(LLN)。
在步骤820，过程800还包括选择对应于所预测的天气条件的网络配置文件。网络配置文件可由NMS/FAR确定。如上所述，网络配置文件表可将多个天气条件分别映射到多个网络配置文件。该映射有效地提供了天气条件/网络配置文件对，使得每个天气条件对应于单个网络配置文件。响应于给定天气条件，NMS/FAR或网络中任意其他适当的节点/设备可以根据所记录的天气条件/网络配置文件对来确定对应于给定天气条件的网络配置文件。此外，NMS/FAR或网络中任意其他适当的节点/设备可以接收消息，该消息指示可能被所预测的天气条件影响的网络的可用资源或属性。因此，所确定的网络配置文件可以基于可用资源或属性。
在步骤825，过程800还包括基于选定的网络配置文件来选择网络的网络参数以进行调整。通常是应用专用并且基于天气的网络属性可在应用配置文件410、412和414中指示。这些属性可由网络设备(例如，NMS/FAR130)用于对选择哪些网络参数用于调整做出知情决策，以响应于所预测的天气条件来优化网络。此外，对应于所预测的天气条件的选定的网络配置文件可以指示要被选择用于调整的网络参数。
在步骤830，过程800还包括调整网络参数以响应于所预测的天气条件来优化网络性能。在所预测的天气条件发生之前，可响应于所预测的天气条件来控制网络参数。或者，可在所预测的天气条件期间控制网络参数。此外，NMS/FAR或网络的任意其他适当的节点/设备可以选择网络节点进行控制。在这种情况下，对网络参数的控制仅影响选定的节点。此外，NMS/FAR或网络的任意其他适当的节点/设备可以确定网络参数要被控制的时间段。类似地，对网络参数的控制可基于被连接到网络的能量采集设备的所预测的未来能量资源。
如上所述，本公开考虑跨越整个网络栈的所有层，例如，从链路层到应用层。因此，所控制的网络参数包括来自网络栈中的多个层的参数。
应该理解，图7和图8中所示的步骤只是用于说明的示例，并且根据需要某些步骤可被包括或排除。此外，虽然示出了步骤的特定顺序，但是该顺序只是说明性的，并且在不脱离本文实施例的范围的情况下，可使用步骤的任意适当的安排。此外，虽然过程700和800被分开描述，但是来自每个过程的某些步骤可被合并到另一过程中，并且这些过程不意味着相互排斥。
因此，本文所描述技术提供了使用天气预报来动态调整网络参数。特别地，本文的技术提供了基于天气预报来优化网络性能的机制。通过使用天气预报，可以在天气条件变化之前优化网络。这样做允许任意网络变化在时间上缓慢发生。虽然现有网络协议(特别是LLN协议)被设计为适应性的，但是它们仅在条件变化之后这样做，并且经常涉及适应性、稳定性和资源消耗之间的权衡。因为LLN的性能通常被环境本身影响，因此天气预报可以提供对稍后将到来的预测网络条件和行为的重要洞察。通过改变网络参数以满足不同的应用需求，使用天气预报有助于提高整体性能。
尽管已经示出并且描述了提供使用天气预报来动态调整网络参数的说明性实施例，但应当理解，在本文的实施例的精神和范围内，可以做出各种其他的适应和修改。例如，实施例主要针对LLN网络进行示出和描述。然而，以其较宽含义的实施例不作为限制性的，并且实际上可以与其他类型的网络和/或协议一起使用。
此外，前面的描述针对具体实施例。然而，显而易见的是，可以对所描述的实施例做出其他变化和修改，从而实现其优势中的一些优势或全部优势。例如，应当明确预期，本文所描述的部件和/或元件可以被实现为装置，该装置包括与网络(例如，LLN)通信的至少一个网络接口，被耦合到该至少一个网络接口的处理器，以及被配置为存储处理器可执行的程序指令的存储器。此外，应当明确预期，本文所描述的部件和/或元件可以被实现为软件，该软件被存储于具有在计算机、硬件、固件或其组合上运行的程序指令的有形、非暂态计算机可读介质(例如，盘/CD/RAM/EEPROM/等)。因此，本说明书只通过示例的方式进行，而非以其他方式限制本文的实施例的范围。因此，所附权利要求的目的在于覆盖进入本文的实施例的真实精神和范围内的所有这样的变化或修改。

Claims (25)

1.一种方法，包括：
确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件；
基于所预测的天气条件来选择所述网络的网络参数以进行调整；以及
调整所述网络参数以响应于所预测的天气条件来提高所述网络的性能。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定多个网络配置文件，这些网络配置文件限定所述网络的属性并且分别对应于多个天气条件；以及
选择对应于所预测的天气条件的网络配置文件，其中，
对网络参数的选择是基于所选定的网络配置文件的。
3.如权利要求1所述的方法，其中所调整的网络参数包括来自所述网络的网络栈中的多个层的参数。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述网络参数在所预测的天气条件发生之前被调整。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于所预测的天气条件来预测被连接到所述网络的能量采集设备的未来能量资源，其中，
对所述网络参数的调整是基于所预测的未来能量资源的。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收消息，该消息指示易受所预测的天气条件影响的网络设备的属性，其中，
对所述网络参数的调整是基于所述网络设备的属性的。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于所预测的天气条件来选择所述网络的节点，其中，
对所述网络参数的调整仅影响所述网络中所选定的节点。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述网络参数要被调整的时间段，其中，
所述网络参数在所确定的时间段内被调整。
9.如权利要求2所述的方法，还包括：
在所预测的天气条件发生期间或在所预测的天气条件发生之后，获取关于网络性能的反馈；以及
基于所获取的反馈来调整网络配置文件。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述网络参数由网络管理系统(NMS)或现场区域路由器(FAR)来选择。
11.如权利要求2所述的方法，其中由所述多个网络配置文件限定的网络属性包括应用流量配置文件和应用使用需求。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述网络是低功率有损网络(LLN)。
13.一种装置，包括：
至少一个网络接口，该至少一个网络接口与网络通信；
处理器，该处理器被耦合到该至少一个网络接口，并且该处理器被配置为执行处理；以及
存储器，该存储器被配置为存储程序指令，该程序指令包括所述处理器可执行的处理，所述处理包括：
确定天气预报，该天气预报预测所述网络附近的天气条件；
基于所预测的天气条件来选择所述网络的网络参数以进行调整；
以及
调整所述网络参数以响应于所预测的天气条件来提高所述网络的性能。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述处理还包括：
生成多个网络配置文件，这些网络配置文件限定所述网络的属性并且分别对应于多个天气条件；以及
选择对应于所预测的天气条件的网络配置文件，其中，
对网络参数的选择是基于选定的网络配置文件的。
15.如权利要求13所述的装置，其中所调整的网络参数包括来自所述网络的网络栈中的多个层的参数。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述网络参数在所预测的天气条件发生之前被调整。
17.如权利要求13所述的装置，其中所述处理还包括：
基于所预测的天气条件来预测被连接到所述网络的能量采集设备的未来能量资源，其中，
对所述网络参数的调整是基于所预测的未来能量资源的。
18.如权利要求13所述的装置，其中所述处理还包括：
接收消息，该消息指示易受所预测的天气条件影响的网络设备的属性，其中，
对所述网络参数的调整是基于所述网络设备的属性的。
19.如权利要求13所述的装置，其中所述处理还包括：
基于所预测的天气条件来选择所述网络的节点，其中，
对所述网络参数的调整仅影响所述网络中所选定的节点。
20.如权利要求13所述的装置，其中所述处理还包括：
确定所述网络参数要被调整的时间段，其中，
所述网络参数在所确定的时间段内被调整。
21.如权利要求14所述的装置，其中所述处理还包括：
在所预测的天气条件发生期间或在所预测的天气条件发生之后，获取关于网络性能的反馈；以及
基于所获取的反馈来调整网络配置文件。
22.如权利要求13所述的装置，其中所述网络参数由网络管理系统(NMS)或现场区域路由器(FAR)来选择。
23.如权利要求14所述的装置，其中由所述多个网络配置文件限定的网络属性包括应用流量配置文件和应用使用需求。
24.如权利要求13所述的装置，其中所述网络是低功率有损网络(LLN)。
25.一种有形非暂态计算机可读介质，其存储程序指令，该程序指令使得计算机执行处理，所述处理包括：
确定天气预报，该天气预报预测网络附近的天气条件；
基于所预测的天气条件来选择所述网络的网络参数以进行调整；以及
调整所述网络参数以响应于所预测的天气条件来提高所述网络的性能。
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