CN105393596A - 对于使用指向型波束成形的网状路由协议的优化通信 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，从使用网状路由协议的网络中的传送节点，第一通信在第一方向上被传送。该第一通信在该网络中的特定节点处被接收。基于该第一通信，方向型属性被计算。基于该方向型属性，第二方向被计算。然后，从使用波束成形技术的该特定节点，第二通信在第二方向上被传送。

Description

对于使用指向型波束成形的网状路由协议的优化通信

技术领域

本文中一般地涉及计算机网络，并且更特别地，涉及对于使用指向型波束成形的网状路由协议的优化通信。

背景技术

低功率和失真网络(LLN)，例如传感器网络，具有大量的应用，比如智能网格和智能城市。关于LLN存在各种挑战，比如失真链路、低带宽、电池管理、低存储和/或处理能力等。对LLN挑战的一个示例性路由解决方案是被称为针对LLN的路由协议或“RPL”的网状路由协议，该网状路由协议为基于距离向量的路由协议，该路由协议在限定控制流量、支持本地(并且慢)修复等一组特性以外，建立了目标导向的有向无环图(DODAG，或简称为DAG)。RPL架构提供了柔性方法，通过该方法，每一个节点执行DODAG发现、构建、和维持。

在以上环境中，低功率无线电技术，例如比如在IEEE802.15.4中所描述的，为网络设备之间通常使用的通信方法。这种通信技术对于与分组传送相关的区域和能量水平非常敏感。尤其是，指向型波束成形已被用于优化能量使用和增加无线电传送的区域。因此，波束成形技术可以在使用网状路由协议(例如RPL)的网络中使用，以优化设备之间的通信，并进一步优化网络DAG的形成。

附图简要描述

通过参考以下描述连同附图，本文中的实施例可以被更好地理解，在附图中，相同的参考数字指示相同的或功能上类似的元件，附图中：

从参考附图的实施例的以下描述，本发明的实施例的方面、特征和优势将变得明显，在附图中，相同的数字代表相同的元件，并且在附图中：

图1表述了示例性的通信网络；

图2表述了网络设备/节点的示例性概略视图；

图3表述了示例性简化的控制消息格式，当建立有向无环图(DAG)时，该控制消息格式可以用于发现和路由分发；

图4表述了通信网络中的示例性简化的DAG；

图5表述了接收第一通信的示例；

图6A和6B表述了使用波束成形技术传送第二通信的示例；

图7A和7B根据涓流算法，表述了使用波束成形技术传送第二通信的示例；

图8表述了在应用网状路由协议的通信网络中，用于使用波束成形技术传送通信的示例性的简化过程；

应当理解，以上的参考附图不必然按照比例，它们提及了表述本公开的基本原则的各种优选特性的某种程度上的简化表述。本公开的具体设计特性，包括例如具体维度、朝向、位置和形状，将部分地通过特定意图的应用和使用环境而被确定。

示例性实施例描述

概述

根据本公开的一个或多个实施例，从使用网状路由协议的网络中的第一节点，第一通信在第一方向上被传送。在使用波束成形技术的网络中的第二节点，第一通信被接收。基于该第一通信，方向型属性被计算。基于该方向型属性，第二方向被计算。然后，从使用该波束成形技术的第二节点，第二通信在第二方向上被传送。

描述

计算机网络为被用于在端节点之间传送数据的通信链路和分区互相连接的节点在地理上分布的集合，这些端节点比如个人计算机和工作站，或其它设备，比如传感器等。从局域网(LAN)到广域网(WAN)，许多类型的网络是可用的。LAN通常连接位于同一个一般物理位置(比如建筑物或校园)的指定私人通信链路上的节点。在另一方面，WAN通常连接在长距离通信链路上(比如公共载波电话线、光纤路径、同步光网络(SONET)、同步数字分级(SDH)链路、或电力线通信(PLC)，比如IEEE61334、IEEEP1901.2等)的地理上分散的节点。另外，移动Ad-Hoc网络(MANET)为一种无线ad-hoc网络，该网络通常被认为是通过无线链路连接的移动路由器(和相关的主机)的自配置网络，它们的联合构成了任意的拓扑结构。

特别地，智能目标网络(比如传感器网络)为具有空间上分布的自治型设备(比如传感器、驱动器等)的网络，这些设备合作地监控在不同位置的物理或环境条件，比如能量/功率消耗、资源消耗(例如，对于高级的计量基础设施或“AMT”应用的水/电/等)、温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等。其它类型的智能目标包括驱动器，例如，响应于打开/关闭引擎或执行任何其他行为。传感器网络，一种类型的智能目标网络，通常为共享介质网络，比如无线或PLC网络。也就是说，除一个或多个传感器以外，传感器网络中的每一个传感器设备(节点)可以通常被装备有无线电收发机或其它类型的通信端口，比如PLC、微控制器、和电源(比如电池)。通常，智能目标网络被认为现场网络(FAN)、邻域网(NAN)等。一般地，智能目标节点(例如传感器)的大小和开销限制导致资源上的相应限制，这些资源比如能量、存储器、计算速度和带宽。

图1为示例性计算机网络100的概略性框图，该框图表述性地包括被各种通信方法互相连接的节点/设备200(例如，如所示地被标记为“根”、“11”、“12”…“44”并且在以下的图2中被描述)。例如，链路105可以为有线链路或共享介质(例如，无线链路、PLC链路等)，这里某些节点200，比如路由器、传感器、计算机等，可以例如基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等，与其他节点200通信。本领域的技术人员将可理解，任何数目的节点、设备、链路等，可以在计算机网络中使用，并且本文所示的视图是为了简化。为了本公开的目的，计算机网络100可以为任何适当类型的网络，包括但不限于LLN。此外，设备200可以可互换地被称为“设备”或“节点”

本领域的技术人员将进一步理解，虽然网络以某个方向被示出，尤其是通过“根”节点的方向，但是网络100仅为示例性表述，不意图限定本公开。网络管理服务器(NMS)130可以与网络100通信，比如经由根节点(例如现场路由器(FAR))在WAN或蜂窝网络上。

数据分组140(例如，在设备/节点之间被发送的流量和/或消息)可以在使用预定的网络通信协议的计算机网络100的节点/设备之间被交换，这些网络通信协议比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)、PLC协议、或其它适当的共享介质协议。在这一环境中，协议由一组定义节点如何彼此交互的规则组成。

图2为示例性节点/设备200的概略性框图，该节点/设备200可以在本文所描述的一个或多个实施例(比如，如图1中所示的实施例)中使用。设备可以包含被系统总线250互联的一个或多个网络接口210(例如，无线/信道-跳)、至少一个处理器220、和存储器240、以及电源260(例如，插入式、电池等)，所有这些组件可以通过系统总线250互联。

网络接口(一个或多个)210(例如收发机)包含用于在耦接至网络100的无线链路105上传递数据的机械的、电的、和信令电路。网络接口可以被配置为使用如上所提到的各种不同的通信协议来传送和/或接收数据，并且如被本领域的技术人员所理解的，尤其是本文中关于根据各种波束成形技术的传送和/或接收。设备200可以具有多个不同类型的网络接口210，比如无线和有线/物理连接，并且本文中的视图仅用于表述。

存储器240包括多个可以被处理器220和网络接口210寻址的、用于存储与本文所描述的实施例相关的软件程序和数据结构的存储位置，。注意到某些设备可以具有有限的存储器或没有存储器(例如，除了存储在设备上运行的程序/过程以外，没有用于存储的存储器)。处理器(一个或多个)220可以包括适于执行软件程序和操作数据结构245的必要元件或逻辑。操作系统242的一部分通常驻留在内存240中并且被处理器执行，除此之外，通过受在设备上执行的软件过程和/或服务支持的唤醒操作，在功能上管理该设备。这些软件过程和/或服务可以包括如本文中所讨论的路由过程/服务244、有向无环图(DAG)246、以及表述性的“通信优化”过程248。注意到虽然通信优化过程248被示出在集中式的存储器240中，替代性的实施例提供了该过程、或其中的部分在网络接口210)内被操作，比如作为MAC层的组件(过程“248a”)。

对本领域的技术人员而言，显然其它处理器和存储器类型，包括各种计算机可读介质，可以用于存储和执行属于本文中所讨论的技术的程序指令。同样，虽然描述表述了各种过程，各种过程可以被实现为被配置为根据本文中所讨论的技术来操作的模块也是明显被考虑的。此外，虽然过程已被分离地示出，但是本领域的技术人员可以理解，过程可以为其它过程内的例程或模块。

路由过程(服务)244包含计算机可执行指令，这些指令被处理器(一个或多个)220执行以施行被一个或多个路由协议所提供的功能，比如将被本领域的技术人员理解的主动性或反应式的路由协议。在有能力的设备上，这些功能可以被配置为管理包括用于进行路由/转发决定的数据的路由/转发表(例如数据结构245)。特别地，在主动性路由中，在计算到网络中的任何目的地的路径之前，连接性被发现和了解，例如，比如开放式最短路径优先(OSPF)、或中间系统到中间系统(ISIS)、或最优链路状态路由(OLSR)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)，并响应于到目的地的所需路由，向网络发送路由响应以确定哪一个邻居节点可以用于到达所需的目的地。示例性反应路由协议可以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。尤其是，当设备不能或未被配置为存储路由项时，路由过程244可以仅仅由提供用于源路由技术的必要机制组成。换言之，对于源路由，网络中的其它设备可以确切地告知能力较差的设备向哪发送分组，并且能力较差的设备仅如所指示的转发该分组。

尤其是，近些年来，网状网络变得日益广泛和使用。特别地，共享介质网状网络，比如无线或PLC网络等，通常位于被称为低功率和失真网络(LLN)之上。LLN(例如某些传感器网络)可以在大量应用中使用，这些应用比如用于“智能网格”和“智能城市”。LLN由来自数十和多达数千或甚至数以百万的LLN路由器的任意个数构成，并支持点对点流量(例如，在LLN内部的设备之间)、点对多点流量(例如，从比如根节点的中央控制节点到LLN内部的设备的子集之间)和多点对点流量(例如，从LLN内部的设备的子集到比如根节点的中央控制节点之间)。

LLN的示例性实施为“物联网”网络。松散地，术语“物联网”或“IoT”可以被本领域人员使用以指代唯一可识别目标(物体)和它们在基于网络的架构中的虚拟代表。特别地，在互联网演进中的下一前沿不仅仅是连接计算机和通信设备的能力，而是连接通常“目标”的能力，比如灯、装置、交通工具、HVAC(取暖、通风、和空调)、窗户与百叶窗和窗帘、门、锁等。因此，“物联网”通常指代目标(例如智能目标)在计算机网络(例如IP)上的互联，该目标比如传感器和驱动器，该计算机网络可以为公共互联网或私有网络。这些设备已在产业界使用了数十年，经常以非IP或专属协议的形式，该专属协议通过协议解释网关的方式连接至IP网络。随着大量应用的出现，比如智能网格、智能城市、以及建造和产业自动化，和汽车(例如，该汽车可以与数百万的目标互连用于感应事物，比如电能指令、胎压、和温度，以及可以驱动引擎和灯的事物)，为这些网络扩展IP协议组已变得非常重要。

在互联网工程任务组(IETF)建议标准中指定的示例性协议，请求注解(RFC)6550，被Winter等(2012年3月)命名为“RPL：对低功率和失真网络的IPv6路由协议”，提供了支持从LLN内部的设备向中央控制点(例如，通常地，LLN边界路由器(LBR)或“根节点/设备”)的多点对点(MP2P)流量的机制，以及从中央控制点向LLN内部的设备(以及还有点对点，或P2P)的点对多点(P2MP)流量的机制。通常，RPL(发音为“ripple”)可以被描述为在定义一组特征以约束控制流量、支持修复等以外，建立用于在路由流量/分组140时使用的有向无环图(DAG)的距离矢量路由协议。尤其是，如可以被本领域的技术人员理解的，RPL还支持多拓扑路由(MTR)的概念，凭借多拓扑路由，多个DAG可以被建立以根据每个要求来运载流量。

DAG为有向图，它具有所有的边是以不存在循环(环路)的方式有向的特性。所有的边被包含在朝向和在一个或多个根节点终止的路径(例如，“簇首”或“接收器”)，通常通过较大的基础设施(比如互联网、广域网、或其它域)将DAG的设备互联。另外，目标导向的DAG(DODAG)为根植于单个目的地的DAG，即，在单个DAG根，没有朝外的边。在DAG内的特定节点的“父亲”为朝向DAG根的路径上该特定节点的紧接的下一点，以使得父亲比该特定节点本身具有较低的“秩”，这里节点的秩识别节点关于DAG根的位置(例如，节点从根距离越远，该节点的秩越高)。还注意到，树为一种DAG，这里DAG中的每一个设备/节点通常具有一个父亲或一个优选的父亲。

DAG的建立可以利用发现机制来建立网络的逻辑表述，以及路径分发来确立网络内的状态，以使得路由器知道如何朝向它们的最终目的地转发分组。注意到，“路由器”指代可以转发以及生成流量的设备，同时“主机”指代可以生成但是不能转发流量的设备。同样，“叶子”一般可以用于描述非路由器，该非路由器通过一个或多个路由器连接至DAG，但是本身不能将在DAG上接收的流量转发至DAG上的另一路由器。当建立DAG时，控制消息可以在网络内的设备之间传送，用于发现和路径分发。

根据示例性的RPL协议，DODAG信息目标(DIO)为一种DAG发现消息，该消息运载信息，该信息允许节点发现RPL距离、学习它的配置参数、选择DODAG父亲集、以及维持向上的路由拓扑。另外，目的地通告对象(DAO)为一种DAG发现回复消息，该消息向上沿着DODAG传递目的地信息，以使得DODAG根(和其它中间节点)可以向下提供路径。DAO消息包括前缀信息以识别目的地、在源路由的支持下记录路径的能力，以及确定特定通告的新鲜度。尤其是，“向上”或“往上”路径为引导从叶节点朝向DAG根的方向上的路径，例如，沿着DAG内的边的方向。相反地，“向下”或“往下”路径为引导从DAG根朝向叶节点的方向上的路径，例如，一般沿DAG内的向上消息的方向的反方向。

通常，DAG发现请求(例如DIO)消息从DAG的根设备朝叶子向下传送，通知每一个连续接收设备如何达到根节点(也就是说，该请求从哪接收通常为根的方向)。相应地，DAG以朝着根设备的向上方向被创建。DAG发现返回(例如DAO)然后可以从叶子返回根设备(除非不必要，比如对于仅往上的流)，在另一方向上通知每一个连续接收设备对于向下路径如何到达叶子。能够维持路径状态的节点可以在传送DAO消息之前，从他们接收的DAO消息聚合路径。然而，不能维持路径状态的节点，可以附加下一跳父亲地址。然后，DAO消息被直接发送至DODAG跟，该DODAG根之后可以建立拓扑结构，并且在本地计算到DODAG中的所有节点的向下路径。在不能存储向下路径状态的DAG的区域内使用源路由技术，这些节点然后是可到达的。另外，RPL还指定被称为DIS(DODAG信息询问)消息的消息，该消息在特定环境下被发送，以发现DAG邻居并加入DAG或存储连接性。

图3表述了示例性的简化控制消息格式300，该格式可以当建立DAG时，用于发现和路由分发，例如，作为DIO、DAO、或DIS消息。表述性地，消息300包括具有一个或多个识别消息类型(例如，RPL控制消息)的字段312的头部310，以及指示消息的具体类型(例如DIO、DAO、或DIS)的具体代码。在消息的主体/载荷320内，可以为用于中继相关信息的多个字段。特别地，字段可以包括各种标示/比特321、序列号322、秩值323、实例ID324、DODAGID325，以及其他字段，每一个字段如可以被本领域的技术人员更详细理解的。此外，除这些(例如，用于ACK的DAO_序列等)以外，对于DAO消息，对于目的地前缀326和传送信息字段317的另外字段也可以被包括。对于任何类型的消息300，一个或多个另外的子选项字段328可以用于提供消息300内的另外或传统的信息。例如，目标代码点(objectivecodepoint，OCP)子选择字段可以在DIO内使用以运载指定特定目标功能(OF)的代码，以用于创建相关的DAG。替代地，子选择字段328可以用于运载消息300内得其它某些信息，比如指示、请求、能力、列表、通知等，如本文中可以被描述的，例如，在一个或多个类型-长度-值(TLV)字段中。

图4表述了在图1的网络100内，可以被创建的示例性简化DAG，例如，通过以上所描述的技术。例如，某些链路105可以被选择用于每一个节点以与特定父亲通信(因此反向地，如果存在一个孩子，与孩子通信)。这些从DAG410被选择的链路(被示出为粗线)，该链路从根节点超一个或多个叶节点(没有孩子的节点)延伸。特别地，如本文所描述的，流量/分组140(图1中所示)然后可以在或者朝着根的向上方向或者向下朝着叶节点来穿过DAG410。

如以上所提到的，低功率无线电技术，比如IEEE802.15.4中所描述的，例如，经常在网络设备之间的通信方法中使用。这些通信技术对于与分组传送相关的区域和能量水平是敏感的。尤其是，指向型波束成形(例如，空间过滤)已被用于优化能量使用和增加无线电传送的区域。波束成形是在传感器阵列中使用的信号处理技术，用于指向型信号传送或接收。波束成形技术通常利用包括以下的组件，例如多输入多输出(MIMO)和天线阵列，以形成在预定方向上提供最大传送能量的无线电波束。或者，当接收分组时，波束成形使节点能够确定无线电发射器的方向和无线电传送的能量水平。

相应地，波束成形技术可以在使用网状路由协议的网络(例如RPL)中采用，以优化网状环境中的通信。此外，波束成形可以被采用以优化应用网状路由协议的网络中的DAG的信息，例如，如以上所描述的，通过DIO/DAO消息的定向传送。

另外，基于计时器的算法，比如已知的涓流算法，可以用于进一步优化针对网状路由协议的通信。特别地，涓流算法可以通过估计来自第一节点的第一传送的覆盖，在密度梯度上运行。因此，基于第一传送，来自第二节点的第二传送是否是冗余的可以被确定，如果是冗余的，那么在该网络的这一区域上。

使用波束成形优化针对网状路由协议的通信

本文中的技术设计使用无线电波束成形技术，以在网状环境中优化路由协议的控制消息传送。特别地，波束成形技术适于网状路由协议，例如，RPL、操作、以及涓流操作。作为结果，路由协议可以对方向/指向更为敏感，因此优化了协议传送波束。

具体地，根据如以下被详细描述的本公开的一个或多个实施例，从使用网状路由协议的网络中的第一节点，第一通信在第一方向上被传送。在使用波束成形技术的网络中的第二节点，第一通信被接收。基于该第一通信，方向型属性被计算。基于该方向型属性，第二方向被计算。然后，从使用该波束成形技术的第二节点，第二通信在第二方向上被传送。

表述性地，本文中所描述的技术可以被硬件、软件、和/或固件执行，比如根据“通信优化”过程248/248a，该硬件、软件、和/或固件可以包括可以被处理器220(或接口210的独立处理器)执行的计算机可执行指令，以施行涉及本文中所讨论技术的功能，例如，连同路由过程244(和/或DAG过程246)。例如，本文中的技术可以被认为传统协议的扩展，该传统协议比如各种无线通信协议，如此，相应地，可以被执行这些协议的领域中所理解的类似组件处理。

操作上，本文中的技术一般涉及但不限定于，优化针对网状路由协议的通信，例如，使用指向型波束成形的RPL。特别地，波束成形可以用于优化能量使用和增加无线电传送的区域。另外，基于计时器的算法，比如涓流算法，可以用于进一步优化网状环境中的通信。

图5表述了接收第一通信的示例。如图5所示，网络100包括通过链路105互联的节点200。网络100可以为使用例如RPL的网状路由协议的网状网络。网络100包括第一设备505和第二设备510。

为了本公开的目的，示例性网状路由协议为RPL，RPL为针对LLN涉及的路由协议。RPL为指向型网状路由协议，具有向上(例如，朝向根)、和向下(例如，朝向孩子设备)的含义。例如DIO的控制消息为大量向下发送，并且由于通常隐藏的终端问题，可能彼此干扰。因此，波束成形可以被有利地利用以向下传送DIO分组，以限制干扰和优化传送的能量水平，并且针对单播，朝下一跳聚焦波束。因此，可以消耗较低的能力并降低干扰，尤其是在稠密网络中。尽管本文中主要描述RPL，但是所公开的实施例适用于任何适当的网状路由协议。

第一设备505可以在第一方向上传送第一通信515。第一通信515可以被使用波束成形技术的第二设备510接收。(尤其是，即使第一设备不能使用波束成形技术，但是消息从特定方向接收，即，从第一设备朝向第二设备，如以下所描述的，假定第二设备能够确定该方向)。如图5中所示，节点22在第一通信515的覆盖区域内，因此可以结束该通信。然而，取决于覆盖区域，例如，第一通信515的传送区域和能量水平，第一通信还可以被另外的设备接收。第一通信515可以为例如用于节点发现和创建DAG的DIO或DAO控制消息。尽管为了本公开的目的，但是第一通信515不限于这些控制消息。此外，波束成形技术可以覆盖类似技术，包括例如多天线相位，以及物理策略，例如旋转天线。

当在第二设备210处接收第一通信515时，波束成形技术然后可以被利用。特别地，第二设备510可以基于第一通信515计算方向型属性。对于大量应用，包括例如网状路由协议的大量发送和单播操作，基于波束成形的计算可以被利用以优化整体的无线电传送区域。

例如，计算方向型属性可以包括计算从第二节点510朝向第一节点505的方向(或相反)。在这点上，图6A表述了网络100的第一被提取部分，包括第一节点505和第二节点510。例如，第一节点505可以为父节点，第二节点510可以为子节点。第二节点510可以基于方向型属性，计算“第二方向”。在这一示例中，第二方向通常可以为从第二节点510到第一节点505的方向的反方向(也就是说，通常与第一通信相同的方向)。如图6A所示，在以上计算后，第二节点510可以在第二方向上传送第二通信520，即，在从第二节点510到第一节点505的方向的反方向上。可选地，在一段时间后，对于增加的方向多样性，第二通信520可以在另一方向上传送。第二通信520可以到达单个网络设备，或多个网络设备，这取决于网络的拓扑结构和传送区域及能量水平。

在另一示例中，计算该方向型属性可以包括计算第一通信515本质上不可到达的网络的区域，例如，基于该传送区域和能量水平，该通信为覆盖的网络区域。在这一点上，图6B表述了网络100的第二被提取部分，包括第一节点505和第二节点510。

第二节点510可以基于方向型属性，计算第二方向。在这一示例中，第二方向可以为从第二节点510朝向本质上不可到达区域的方向(也就是说，在接收节点周围除了接收第一通信)

通常可以为从第二节点510到第一节点505的方向的反方向(也就是说，通常与第一通信相同的方向)。如图6A所示，在以上计算后，第二节点510可以在第二方向上传送第二通信520，即，在从第二节点510到第一节点505的方向的反方向上。可选地，在一段时间后，对于增加的方向多样性，第二通信520可以在另一方向上传送。第二通信520可以到达单个网络设备，或多个网络设备，这取决于网络的拓扑结构和传送区域及能量水平。

尤其是，方向型属性不限于以上。相反地，任何涉及第一通信515的适当的方向型属性可以被计算，以使得方向型属性提供充分的基础，通过该基础来计算第二通信520的传送方向。例如，计算该方向型属性可以还包括计算从第一节点505或从第二节点510到网络的本质上可到达区域或网络的本质上不可到达区域的方向。例如，第二节点可以确定报告相同信息(比如去往或从同一父节点)的其他设备(例如对等设备)未能很好覆盖的分区/区域。

相应地，在使用波束成形技术接收第一通信515并基于第一通信计算方向型属性之后，第二节点510可以以从第一节点505(例如父节点)的一个角度传送第二通信520，以覆盖避开了第一通信波束的某个区域。替代地，如果看起来该信号已经消失，第二传送520可以在于第一通信波束相同的大致方向上传送。通过两种方法之一，第二通信520可以提供第一通信515的有效范围扩展。

以上技术还可以使用第二通信520，用于检测网络100中的第三节点(未被示出)，可能由于干扰或范围问题，第三节点孤离于网络100中的DAG，第一节点505和第二节点510位于网络100内。例如，将无线电能量集中于细但是远距离波束的旋转窄波束，可以以类似于雷达系统的方式被利用以发现孤离设备。被发现的节点可以加入DAG中和/或向集中式管理节点(例如NMS)报告。以上系统还可以用于多播的大量转发，例如，通过使用指向型波束来向多播接收方发送多播分组。

图7A和图7B表述了包括第一节点505和第二节点510的网络100的第三和第四被提取部分，这里第二通信可以根据涓流算法，使用波束成形技术而被传送。涓流的基本前提是设备周期性地向其他设备传送数据，除非它监听到其他传送，该传送的数据表示它自身的传送是冗余的。涓流算法在本领域中是已知的，并且其中的参数、变量和过程步骤在互联网工程任务组建议标准“请求注解”6206(RFC6206)中被进一步详细讨论。尤其是，应当理解，所公开的实施例可以与任何类似的基于冗余的传送算法兼容(或适用于任何类似的基于冗余的传送算法)。

根据涓流，从来自给定设备的数据传送，存在两种可能结果：(1)监听消息的每一个接收设备(即接收方)发现消息数据与它的自身状态时“一致的”(例如，该数据不为冗余)。检测可以为监听到新内容的过期设备或监听到旧内容的更新设备的结果。

关于所公开的实施例，涓流算法可能在节点稠密度的陡梯度(steepgradient)中失败，这里节点的稠密分布组接收传送的许多拷贝。问题是，稠密分布的组可能位于发送节点的一侧，同时它可能未认识到另一侧的系数节点实际上闲置，例如，未接收到传送的拷贝。

为了改正以上问题，本质上第一通信515到达的网络区域可以被计算，并且这一区域可以被分为一个或多个分区。如图7A中所示，被分开区域的分区被指示为“I”、“II”和“III”。涓流算法然后对每一个角度的分区计算，即，逐个分区的基础。

因此，本质上第一通信515不可到达的网络区域可以被计算。可以做出是否向方向重复消息(例如，第二传送520)的决定，从该方向未发现该消息，例如，从第二节点510朝向本质上不可到达的区域的方向。如图7B所示，第二通信520可以在从第二节点510朝向本质上不可到达的区域(例如，朝向节点“11”和“23”)的方向上传送。本质上不可到达的区域也可以被分为分区，这里波束成形技术可以用于在逐个分区的基础上传送第二通信520。此外，取决于该传送是否到达比之前的传送更远之处，在从第二节点510朝向本质上不可到达的区域的方向上传送第二通信520可以是有条件的。

能量水平、方向、和/或进入分组的源，例如，第一通信515，可以被第二节点510检验以确定稠密节点的区域的方向/位置。在这一点上，第一通信515可以包括以下的一个或多个的指示：i)第一通信的能量水平；ii)第一通信到达的网络的一个或多个分区；iii)第一节点的位置；以及iv)第一节点的指向。以上信息可以通过任何适当的方式，被嵌入由第一节点505的第一通信的分组中。从第一节点505传送的第一通信515的每一个拷贝可以运载上述信息。因此，覆盖和指向的含义可以被所有接收节点共享。

通过该信息，接收节点(例如第二节点510)可以计算第一通信的预期覆盖范围，例如，该通信本质上可到达的区域。然后，当涓流时间结束，第二节点510可以指引传送波束(例如，第二通信520)到未被邻居发射覆盖的区域，例如，该通信本质上不可到达的区域。

图8表述了在使用网状路由协议的通信网络中，用于传送使用波束成形技术的通信的示例性简化过程。如图8所示，过程800可以开始于步骤805，继续步骤810，以此类推，这里，如以上所详细描述的，第一通信使用波束成形技术接收，并且第二通信在第二方向上使用波束成形技术传送。

在步骤810，过程800包括接收在第一方向上从网络中的第一节点传送的第一通信，例如，使用波束成形技术。第一通信在应用网状路由协议(例如RPL)的网络中的第二节点接收。在步骤815，方向型属性基于该第一通信被计算。在步骤820，第二指向基于该方向型属性被计算。在步骤825，确定是否应用涓流算法，或其它基于时间的算法，连同波束成形技术。如果使用涓流算法，那么过程800继续步骤830，这里网络的本质上可到达的区域(例如，被第一通信本质上可到达的网络区域)被分为一个或多个分区。然后，在步骤835，基于逐个分区的基础，涓流算法被应用于网络的本质上可到达的区域的每一个分区。如果涓流不被应用，那么过程800直接前进至步骤840。尤其是，第二方向可以被指定给从第二节点朝向网络的本质上不可到达区域的方向。第二通信从第二节点被传送。通过该技术，过程800的步骤被执行，以及辅助的过程和参数在以上被详细讨论。

应当理解，图8中所示的步骤仅为用于表述的示例，并且某些步骤可以如所需的被包括或排除。此外，虽然步骤的特定顺序被示出，但是这一排序仅为表述性的，并且步骤的任何适当布置可以被利用，而不脱离本文中的实施例的范围。

因此，本文中所描述的技术利用了波束成形技术以优化网络中的通信，该网络使用了网状路由协议，比如RPL。特别地，所公开的实施例除了优化DAG的形两仪式成以外，优化了传送范围和无线电发射的能量水平。此外，波束成形技术适应于涓流算法以使网络设备在检测上敏感，例如，在往上(朝向根节点)和往下(朝向子节点)的含义上。

虽然已示出和描述了表述性的实施例，该实施例提供了使用网状路由协议的网络中的通信的优化，但是应当理解，可以进行各种其它的变形和修改，而不脱离本文中的实施例的主旨和范围。例如，本文中实施例主要关于LLN网络被示出和描述。然而，在它们的更广泛含义上，实施例不是作为限定，并且实际上可以利用其它类型的网络和/或协议而被使用。另外，实施例主要关于RPL和DAG形成控制消息(例如，DIO/DAO消息)被示出和描述。然而，应当理解，所公开的实施例不限于此，并且可以适用于其它类型的协议和数据消息。

此外，前面的描述以被指向具体的实施例。然而，显然可以对所描述的实施例进行其它变形和修改，并取得它们的优势的一些或所有。例如，本文中所描述的组件和/或元件可以被实现为装置也是明确被考虑的，该装置包括：至少一个与网络(例如LLN)通信的网络接口；处理器，耦接至该至少一个网络接口；以及存储器，被配置为存储可被该处理器执行的程序指令。此外，本文中所描述的组件和/或元件可以被实现为存储在有形的、非暂时性计算机可读媒介(例如，盘/CD/RAM/EEPROM/等)的软件也是明确被考虑的，该计算机可读媒介具有可被计算机执行的程序指令、硬件、固件、或它们的组合。相应地，该描述仅通过示例的方式被考虑，不以其它方式限制本文中的实施例的范围。因此，所附的权利要求的目标是覆盖本文中实施例的真实主旨和范围内的所有这些变形和修改。

Claims (21)

1.一种方法，包括：

在应用网状路由协议的网络中的特定节点处，接收从所述网络中的传送节点传送的第一通信；

基于所述第一通信，计算方向型属性；

基于所述方向型属性，计算特定方向；以及

从所述特定节点，在所述特定方向上，使用波束成形技术传送第二通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方向型属性的计算包括：

计算下述项中的一个或多个：i)从所述特定节点朝向所述传送节点的方向；ii)从所述传送节点朝向所述特定节点的方向；iii)所述第一通信本质上可到达的网络区域；iv)所述第一通信本质上不可到达的网络区域；v)从所述特定节点和所述传送节点之一到所述网络的本质上可到达区域和所述网络的本质上不可到达区域之一的方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述特定方向为从所述特定节点到所述传送节点的方向的反方向。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述特定方向为从所述特定节点朝向所述网络的本质上不可到达区域的方向。

5.根据权利要求2所述的方法，还包括：

将所述网络的本质上可到达区域分为一个或多个分区；以及

在逐个分区的基础上，将基于冗余的传送算法应用于所述网络的本质上可到达区域的每个分区。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

确定所述第二通信是否可以比所述第一通信到达更远之处；其中

仅当所述第二通信可以比所述第一通信到达更远之处时，所述第二通信被传送。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

使用所述第二通信，检测所述网络中的第三节点，所述第三节点孤离于所述网络中的有向无环图(DAG)，所述传送节点和所述特定节点位于所述网络内。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

向集中化管理节点报告所述第三节点。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一通信包括以下的一个或多个的指示：i)所述第一通信的能量水平；ii)所述第一通信到达的所述网络的一个或多个分区；iii)所述传送节点的位置；以及iv)所述传送节点的指向。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一通信被使用所述波束成形技术接收。

11.一种装置，包括：

一个或多个网络接口，与应用网状路由协议的网络通信；

处理器，耦接至所述一个或多个网络接口，并且被配置为执行过程；以及

存储器，被配置为存储程序指令，所述程序指令包含可以被所述处理器执行的过程，所述过程包括：

在所述网络中的特定节点处，接收从所述网络中的传送节点传送的第一通信；

基于所述第一通信，计算方向型属性；

基于所述方向型属性，计算特定方向；以及

从所述特定节点，在所述特定方向上，使用波束成形技术传送第二通信。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述方向型属性的计算包括：

计算下述项中的一个或多个：i)从所述特定节点朝向所述传送节点的方向；ii)从所述传送节点朝向所述特定节点的方向；iii)所述第一通信本质上可到达的网络区域；iv)所述第一通信本质上不可到达的网络区域；v)从所述特定节点和所述传送节点之一到所述网络的本质上可到达区域和所述网络的本质上不可到达区域之一的方向。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述特定方向为从所述特定节点到所述传送节点的方向的反方向。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述特定方向为从所述特定节点朝向所述网络的本质上不可到达区域的方向。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述过程还包括：

将所述网络的本质上可到达区域分为一个或多个分区；以及

在逐个分区的基础上，将基于冗余的传送算法应用于所述网络的本质上可到达区域的每个分区。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述过程还包括：

确定所述第二通信是否可以比所述第一通信到达更远之处；其中

仅当所述第二通信可以比所述第一通信到达更远之处时，所述第二通信被传送。

17.根据权利要求11所述的装置，其中所述过程还包括：

使用所述第二通信，检测所述网络中的第三节点，所述第三节点孤离于所述网络中的有向无环图(DAG)，所述传送节点和所述特定节点位于所述网络内。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述过程还包括：

向集中化管理节点报告所述第三节点。

19.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一通信包括以下的一个或多个的指示：i)所述第一通信的能量水平；ii)所述第一通信到达的所述网络的一个或多个分区；iii)所述传送节点的位置；以及iv)所述传送节点的指向。

20.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一通信被使用所述波束成形技术接收。

21.一种存储程序指令的非暂时性计算机可读媒介，所述程序指令使计算机执行过程，所述过程包括：

在应用网状路由协议的网络中的特定节点处，接收从所述网络中的传送节点传送的第一通信；

基于所述第一通信，计算方向型属性；

基于所述方向型属性，计算特定方向；以及

从所述特定节点，在所述特定方向上，使用波束成形技术传送第二通信。