CN105659531A - 确定性无线网络的有效网络探测 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，设备(例如，路径计算设备)将多个可能的探测配置文件通知给网络管理设备，计算机网络的节点从网络管理设备接收该多个可能的探测配置文件。基于确定期望来自计算机网络的节点的一个或多个特定节点的特定信息，设备然后可以基于该特定信息选择该多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件，并且指示该一个或多个特定节点根据该一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。

Description

确定性无线网络的有效网络探测

相关申请

本申请要求Vasseur等人于2013年7月18日提交的序列号为61/847,642的美国临时申请和于2013年9月30日提交的序列号为14/041,278的申请的权益，它们的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开一般地涉及计算机网络，并且更具体地，涉及有效网络探测，尤其是针对确定性无线网络。

背景技术

低功率和有损网络(LLN)(例如，传感器网络)具有各式各样的应用(例如，智能网格和智能城市)。LLN具有各种挑战，例如有损链接、低带宽、电池运行、低存储量和/或处理能力等等。

随着越来越多针对LLN的用途正在被部署(例如，在工业领域中)，网络通信的确定性和它们的标准化日益成为联网社区之内的主要焦点。尤其是，确定性的联网涉及能够在有限的时间之内保证分组的分发的网络。一般而言，这涉及实现诸如被确保的分发、固定延迟、和接近于零的抖动(例如，取决于应用的微秒到几十毫秒)之类的特性。然而，由于LLN的约束性质，在LLN的架构之内实现这些特性不容易。

附图说明

通过结合附图参考下面的描述可以更好的理解本文的实施例，附图中相似的参考编号指示相同或功能类似的元件，其中：

图1示出了示例性通信网络；

图2示出了示例性网络设备/节点；

图3示出了示例性路由协议消息格式；

图4示出了从路径计算元件(PCE)传递至网络管理服务器(NMS)用于探测配置文件的示例性消息；

图5示出了从NMS传递至网络节点用于探测配置文件的示例性消息；

图6示出了示例性探测配置文件表；

图7示出了示例性探测请求消息传递；

图8A-8B示出了探测和经压缩的探测报告的示例；

图9A-9B示出了探测和经压缩的探测报告的另一个示例；

图10从探测控制设备(例如，PCE)角度示出了用于高效网络探测(具体地用于确定性的无线网络)的示例性简化的过程；以及

图11从探测设备(例如，网络节点)角度示出了用于高效网络探测(具体地用于确定性的无线网络)的示例性简化的过程。

具体实施方式

概述

根据本公开的一个或多个实施例，设备(例如，路径计算设备)将多个可能的探测配置文件通知给网络管理设备，其中计算机网络的节点从网络管理设备接收该多个可能的探测配置文件。基于确定期望来自所述计算机网络的节点中的一个或多个特定节点的特定信息，，设备然后可以基于该特定信息选择该多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件，并且指示一个或多个特定节点根据一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。

根据本公开的一个或多个附加实施例，节点在网络管理设备上注册，并且在注册期间从网络管理设备接收多个可能的探测配置文件。当从路径计算设备接收指令以根据多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件来探测一个或多个特定的目的地节点时，节点然后可以根据指令的一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。

描述

计算机网络是通过用于在端节点(例如，个人计算机和工作站、或诸如传感器之类的其他设备等等)之间传输数据的通信链路和通信段互相连接的节点在地理上分布式的集合。从局域网(LAN)到广域网(WAN)的范围内，有许多类型的网络可用。LAN通常通过位于相同的常规物理位置(例如，建筑物或校园)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，公共载波电话线、光纤光路、同步光纤网(SONET)、同步数字系列(SDH)链路、或者诸如IEEE61334、IEEEP1901.2、和其他之类的电力线通信(PLC))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，其通常被认为是通过无线链路连接的移动路由器(和相关联的主机)的自配置网络，它们的结合形成任意拓扑结构。

特别地，诸如传感器网络之类的智能对象网络是具有在空间上分布的自主设备(例如，传感器、致动器等等)的具体类型的网络，这些在空间上分布的自主设备协同监测在不同位置的物理或环境条件，例如，能量/功率消耗、资源消耗(例如，高级量测体系或“AMI”应用的水/汽油/等等)、温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等等。其他类型的智能对象包括致动器(例如，负责打开/关闭引擎或执行任意其他动作)。传感器网络(一种智能对象网络)通常是共享介质的网络(例如，无线网络或PLC网络)。即，除了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)一般地可以配备有无线电收发器或其他通信端口(例如，PLC)、微控制器、和能量源(例如，电池)。通常，智能对象网络被认为是场域网(FAN)、邻域网(NAN)等等。一般地，智能对象节点(例如，传感器)上的尺寸和成本约束导致资源(例如能量、存储器、计算速度和带宽)上的相应的约束。

图1是说明性地包括通过各种通信方法互相连接的节点/设备110(例如，如图示所标记的，“主干”、“11”、“12”、...“46”、和下面图2所描述的)的示例性计算机网络100的概略性框图。例如，链路105可以是有线链路或共享介质(例如，无线链路、PLC链路等等)，这里某些节点110(例如，路由器、传感器、计算机等等)可以与其他节点110进行通信(例如，基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等等)。同样，如所示出的，主干设备可以将网络的节点连接至主干网络(例如通过专用无线链路或有线连接)，这里主干网络可以是专有的和/或公共的(例如，因特网)，并且可以包括诸如服务器、交换机、路由器等等之类的各种资源。本领域的技术人员将理解在计算机网络中可以使用任意数量的节点、设备、链路等等，并且本文所示出的视图是为了简洁起见。同样，本领域的技术人员还将理解虽然网络被显示处于某一方向(特别是具有“根”主干节点)，但是网络100仅仅是不意味着限制本公开的示例性图示。

使用预定的网络通信协议(例如，某些已知的有线协议、无线协议(例如，IEEE标准802.15.4、WiFi、蓝牙等等)、PLC协议、或其他适当的共享介质协议)，在计算机网络100的节点/设备之间可以交换数据分组140(例如，在设备/节点之间被发送的流量和/或消息)。在这种环境下，协议由定义节点如何互相交互的一组规则组成。

图2是可以与本文所描述的一个或多个实施例(例如，如上面图1是示出的任意节点110或服务器(例如，路径计算元件或“PCE”))一起使用的示例性节点/设备200的概略性框图。设备200可以包括通过系统总线250互相连接的一个或多个网络接口210(例如，有线、无线、PLC等等)、至少一个处理器220、和存储器240，以及电源260(例如，电池、插头等等)。

(多个)网络接口210包括用于通过耦合至网络100的链路105传递数据的机械、电气、和信令电路。网络接口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，注意节点可以具有两个不同类型的网络连接210(例如，无线和有线/物理连接)，并且本文所示出的视图仅用于说明。同样，虽然示出网络接口210从电源260分开，但是对于PLC，网络接口210可以通过电源260进行通信，或可以是电源的组成部件。在一些具体配置中，PLC信号可以被耦合至馈送电源的电力线。

存储器240包括由处理器220和网络接口210可寻址的用于存储与本文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，某些设备可以具有有限的存储器或没有存储器(例如，除了运行在设备和相关联的缓存上的程序或进程以外，没有用于存储的存储器)。处理器220可以包括适于执行软件程序和操作数据结构245的硬件元件或硬件逻辑。操作系统242(该操作系统242的一部分通常驻留在存储器240中并且由处理器来执行)通过在设备上执行的软件过程和/或服务的支持来调用操作(和其它操作)，从而在功能上组织设备。这些软件过程和/或服务可以包括路由过程/服务244、“PCE/PCC”过程246、和说明性的探测过程248(如本文所描述的)。

对本领域的技术人员，其他处理器和存储器类型(包括各种计算机可读介质)显然可以被用来存储和执行属于本文所描述的技术的程序指令。同样，虽然说明书示出了各种过程，但是各种过程可以实施为被配置为根据本文的技术(例如，根据类似过程的功能)进行操作的模块是明确被考虑的。此外，虽然过程已经被单独示出，但是本领域的技术人员将理解，过程可以是其他过程内的例程或模块。

如本领域的技术人员理解的，路由过程(服务)244包括计算机可执行指令，该计算机可执行指令由处理器220执行以施行由一个或多个路由协议(例如，主动式(或反应式)路由协议)提供的功能。这些功能在功能设备上被配置为管理路由/转发表(数据结构245)，该路由/转发表包括，例如，被用来做出路由/转发决定的数据。特别地，在主动式路由中，在计算到网络中的任意目的地的路由之前，连接性被发现和了解，例如，诸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)之类的链路状态路由。值得注意的是，在不能或不被配置为存储路由表项的设备上，路由过程244可以仅由提供源路由技术的必要机制组成。即，对于源路由，网络中的其他设备可以准确地告诉能力较差的设备向何处发送分组，并且该能力较差的设备仅仅按指示转发分组。

低功率和有损网络(LLN)(例如，传感器网络)可以被用在各式各样的应用中(例如，智能网格和智能城市)。LLN中已经出现了许多挑战，例如，：

1)链路一般地有损耗，使得分组传递速率/比率(PDR)可以由于各种干扰源显著地变化，例如，显著地影响误码率(BER)；

2)链路一般地是低带宽，使得控制面流量一般必须是有限的并且相比于低速率数据流量可忽略不计；

3)存在许多用例要求指定一组链路和节点度量，它们中的一些是动态的，因此要求具体的平滑函数来避免路由不稳定，这显著地耗尽带宽和能量；

4)一些应用可能要求约束路由，例如，建立路由路径(该路由路径将避免非加密的链路、在低功率上运行的节点等等)。

5)网络的规模可能变得非常大，例如，从数千到数百万量级的节点；以及

6)节点可以被约束使用低存储器、降低的处理能力、低电源(例如，电池)。

换句话说，LLN是一类网络，其中路由器和它们的互相连接被约束为：LLN路由器通常在约束下(例如，处理能力、存储器、和/或能量(电池))运行，并且它们的互相连接特性在于(说明性地)高损耗率、低数据率、和/或不稳定。LLN包括从几十到上千甚至数百万的任意数目的LLN路由器，并且支持点对点流量(在LLN内部的设备之间)、点对多点流量(从中央控制点到LLN内部的设备的子集)、和多点对点流量(从LLN内部的设备到中央控制点)。

LLN的示例性实施是“物联网”(或“万联网”)网络。宽松而言，本领域的技术人员可以使用术语“物联网”或“IoT”(或“IoE“)来指基于网络的架构中的唯一可识别的对象(物体)和它们的虚拟表示。特别地，因特网发展的下一个前沿是不仅仅连接计算机和通信设备的能力，而是一般地连接“对象”(例如，灯、家电、汽车、HVAC(加热、通风、和空调)、窗户和窗帘和百叶窗、门、锁具等等)的能力。因此，“物联网”一般地指对象(例如，智能对象)(例如，传感器和致动器)通过计算机网络(例如，IP)(该计算机网络可以是公共的因特网或私有网络)的互相连接。这样的设备在工业中已经使用了几十年，通常是以非IP或专有协议(通过协议转换网关的方式连接至IP网络)的形式。随着各种各样的应用(例如，智能网格、智能城市、和建筑和工业自动化、和汽车(例如，可以使数百万对象互相连接用于感应比如功率质量、轮胎压力、和温度的事物，并且可以驱动引擎和灯光))的出现，扩展IP协议以适用于这些网络已经变得愈发重要。

因特网工程任务组(IETF)建议的标准所指定的示例性协议，请求评议(RFC)6550，Winter等人的题为“RPL：用于低功率和有损网络的IPv6路由协议(RPL：IPv6RoutingProtocolforLowPowerandLossyNetworks)”(2012年3月)，提出了支持从LLN内部的设备到中央控制点(例如，一般而言，LLN边界路由器(LBR)或“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(还有和点对点、或“P2P”流量)的机制。RPL(读作“ripple”)可以一般地被描述为距离矢量路由协议，该距离矢量路由协议(除了定义约束控制流量，支持修复等等的一组特征以外)建立用于在路由流量/分组140中使用的有向无环图(DAG)。值得注意的是，本领域的技术人员可以理解，RPL还支持多拓扑路由(MTR)的概念，通过MTR，多个DAG可以被建立以根据个体需求运载(piggyback)流量。

DAG是具有所有边(和/或顶点)都是有向的属性，图中不存在循环(回路)的有向图。所有边被包括在指向和在一个或多个根节点(例如，“簇头”或“汇”)处终止的路径，通常通过更大的基础设施(例如，因特网、广域网、或其他域)互相连接DAG的设备。此外，目的地导向的DAG(DODAG)是以单一目的地为根的DAG，即，在单一DAG根处而没有外向边。DAG之内的特定节点的“父节点”是朝向DAG根的路径上的该特定节点的直接后继，这样父节点具有相比于该特定节点本身更低的“秩”，其中节点的秩标识节点相对于DAG根的位置(例如，节点离根越远，该节点的秩就越高)。此外，在某些实施例中，DAG之内的节点的兄弟节点可以被定义为处于DAG之内的相同秩的任意邻近节点。注意到，兄弟节点不一定要共享共同的父节点，并且由于没有转发过程(它们的秩相同)，兄弟节点之间的路径一般不是DAG的一部分。还注意到，树是一种DAG，这里DAG中的每一个设备/节点一般具有一个父节点或一个偏好的父节点。

一般可以基于目标函数(OF)建立(例如，通过路由过程244)DAG。目标函数的作用一般是指定关于如何建立DAG的规则(例如，父节点的数量、备份父节点等等)。

此外，一个或多个度量/约束可以由路由协议通告以对DAG进行优化。同样，路由协议允许包括约束的一个可选集合来计算约束的路径，例如，如果链路或节点不满足要求的约束，则当计算最佳路径时从候选列表中“删除”该链路或节点。(可替代地，约束和度量可以从OF分离)。此外，路由协议可以包括定义主机和一组主机(例如，作为数据连接点服务的主机、或提供到外部基础设施的连接性的网关)的“目标”，这里DAG的主要任务是让DAGA之内的设备能够实现该目标。在节点不能符合目标函数或不理解或不支持被通告的度量的情况下，它可以被配置为作为叶节点加入DAG。如本文所使用的，各种度量、约束、策略等，被认为是“DAG参数”。

作为说明，被用来选择路径(例如，偏好的父节点)的示例性度量可以包括成本、延时、延迟、带宽、预期传输计数(ETX)等等，而可以被放置在路由选择上的示例性约束可以包括各种可靠性阈值、电池操作上的限制、多路径差异、带宽要求、传输类型(例如，有线、无线等等)。OF可以提供定义负载平衡要求的规则，例如一些选择的父节点(例如，单父节点的树或多父节点的DAG)。值得注意的是，可以在IETFRFC(Vasseur等人的题为《在低功率和有损网络中用于计算路径的路由度量》(RoutingMetricsusedforPathCalculationinLowPowerandLossyNetworks)<RFC6551>(2012年3月版本))中找到如何可以获得路由度量和约束的示例。此外，可以在IETFRFC(Thubert的题为“RPLObjectiveFunction0”<RFC6552>(2012年3月版本)和O.Gnawali等人的题为《具有滞后现象的最小秩目标函数》(TheMinimumRankObjectiveFunctionwithHysteresis)<RFC6719>(2012年的9月版本))中找到示例性OF(例如，默认OF)。

建立DAG可以利用发现机制以建立网络的逻辑表示，并且利用路由分发以建立网络内的状态，以便路由器知道如何向它们的最终目的地转发分组。注意，“路由器”指可以转发以及生成流量的设备，同时“主机”指可以生成但不可以转发流量的设备。同样，“叶节点”可以被用来一般地描述通过一个或多个路由器连接至DAG的非路由器，但是其本身不能将DAG上接收到的流量转发至DAG上的另一个路由器。当建立DAG时，可以在网络内的设备之间发送控制消息用于发现和路由分发。

根据说明性RPL协议，DODAG信息对象(DIO)是一种类型的DAG发现消息，该DAG发现消息携带允许节点发现RPL实例、学习它的配置参数、选择DODAG父节点组、和维持上行路由拓扑的信息。此外，目的地通告对象(DAO)是一种类型的DAG发现应答消息，该DAG发现应答消息沿着DODAG上行传递目的地信息，以便DODAG根(和其他中间节点)可以供应下行路由。DAO消息包括识别目的地的前缀信息、记录支持源路由的路径的能力、和确定特定通告的新鲜度的信息。值得注意的是，“上行”或“上”路径是从叶节点到DAG根的方向的路由，例如，随着DAG之内的边的方向。相反，“下行”或“下”路径是从DAG根到叶节点的方向的路由，例如，一般沿着与DAG之内的上行消息相反的方向。

一般而言，DAG发现请求(例如，DIO)消息从DAG的(多个)根设备下行发送至叶节点，通知每一个连续接收设备如何到达根设备(即，从哪里接收到请求一般就是根的方向)。相应地，在朝着根设备的上行方向，创建DAG。DAG发现应答(例如，DAO)然后可以从叶节点被返回至(多个)根设备(除非不必要，例如仅用于上行流)，通知每一个连续接收设备，如何在另一方向上到达下行路由的叶节点。能够维持路由状态的节点可以从DAO消息(它们在发送DAO消息之前所接收的)聚合路由。然而，不能维持路由状态的节点可以附加下一跳父节点地址。DAO消息然后直接被发送至DODAG根，DODAG根然后可以建立拓扑并且本地地计算到DODAG中的所有节点的下行路由。在不能存储下行路由状态的DAG区域使用源路由技术，()这些节点然后是可到达的。此外，RPL还指定在具体环境下发送的被称作DIS(DODAG信息征集)消息的消息，从而发现DAG邻居和加入DAG或恢复连接性。

图3示出了示例性的简化控制消息格式300，当建立DAG时，该示例性的简化控制消息格式300可以作为DIO、DAO、或DIS消息被用于发现和路由分发。消息300说明性地包括具有一个或多个字段312(该一个或多个字段312标识消息的类型(例如，RPL控制消息))的报头310、和指示消息的特定类型(例如，DIO、DAO、或DIS)的特定编码。消息的主体/有效载荷320之内可以是被用来中继相关信息的多个字段。特别地，字段可以包括各种标记/比特321、序列号322、秩值323、实例ID324、DODAGID325、和其他字段，本领域的技术人员可以详细地理解每一个字段。此外，对于DAO消息，在其他字段(例如，用于ACK的DAO_Sequence等等)中也可以包括用于目的地前缀326和转换信息字段327的附加字段。对于任意类型的消息300，一个或多个附加子选项字段328可以被用来在消息300之内提供附加或定制信息。例如，目标代码点(OCP)子选项字段可以被用在DIO之内以携带代码(指定将被用于建立相关联的DAG的特定目标函数(OF))。可替代地，子选项字段328可以被用来在消息300之内携带其他某些信息(例如指示、请求、能力、列表、通知等等)，如在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。

值得注意的是，今天部署的工业通信系统大都在传感器/致动器与可编程逻辑控制器之间使用串行通信(它们中的大部分是专有的)。以太网通信也被广泛用于过程和离散制造。例如，许多SCADA(监督控制和数据采集)系统使用以太网通信技术来与可编程逻辑控制器进行通信。

最近随着诸如IEEE802.11、IEEE802.15.4之类的新无线技术的出现，可以日益有效和简单地在工厂装配线上以非常低的成本(例如，不需要添加有线/电缆、没有切割电线等等)部署新传感器/致动器，和以经济上可行的方式部署新监控应用(例如，通风孔、腐蚀)，添加新能力(例如，沿着管道自动匹配流量计用于泄露检测，或基于人的出现开灯用于节能)，以及允许旋转设备、移动起重机、机器人手臂、或移动手持设备的应用。监控应用表示比传统控制环有更多数量的传感器的订单，并且新无线连接的设备部署的数量正呈指数级增长。这些新技术已经获得了鲁棒性，稳定性和安全性，这使得这些部署可行。

然而，工业领域中的客户要求集中在网络通信的确定性和它们的标准化上，尤其是因为工业网络一般要求设备(例如，炼油厂的处理控制)以及其他应用(例如空中控制系统、车辆内部连通性等等)之间具有可预测的通信。如上所述，确定性的联网指能够保证在有限的时间之内分发分组的网络。这通常可以转换为下面的特性：

-分发的保证；

-固定的延迟；以及

-接近于零的抖动(取决于应用的微秒到几十毫秒)

通常，使用两种方法来满足这些要求：

-服务质量(QOS)和802.10机制；以及

-时间调度机制。

两个方法都可以被用于以太网或无线技术。也存在将QOS技术与时间调度相组合的技术(例如，由基于调度的门机制触发不同QOS队列上的分组的发射)。然而，由于LLN的约束性质，在LLN的架构之内实现这些特性不容易。

在示例实施例中，基于时间调度机制的确定性的以太网或确定性的无线要求，作为路径的一部分的所有节点是时间同步的。每一个分组转发由时间调度调节，该时间调度指定这个特定分组何时必须被发送至有线或无线电，并且这对于路径上的每一个节点继续进行。这个具体的时间段被称为时隙。外部箱子(称作编排器)通常完成这一路径和相关联的时间表的计算。当计算完成时，路径和时间表然后被推送至参与转发的每个节点，这样它们可以根据调度接收和发送分组。在确定性无线的情况下，许多系统使用信道跳频功能，在这种情况下，时间表应当定义要使用的频率信道和时隙。作为说明，对于802.15.4协议，标准的具体扩展已经被定义：802.15.4e“时隙式信道跳频”(TSCH)。TSCH是介质访问技术，其使用时间同步来完成超低功率运行和信道跳频以使能高可靠性。TSCH技术的时隙式方面是时分复用(TDM)技术，TDM要求网络中的所有节点是时间同步的。时间被切分成时隙，其长度足够长以使最大尺寸的MAC帧从微粒(节点)B被发送至微粒A，以及使微粒A应答指示成功接收的确认(ACK)帧。

此外，例如，如例如在因特网工程任务组的请求评议(RFC)4655中所定义的，路径计算元件(PCE)一般由负责计算网络中的路径或通道的外部引擎(PCE)(例如，可以在路由器或外部服务器上被托管的计算实体)组成。头端(或路径计算客户端-PCC)可以使用PCEP信令协议(RFC5440)发送请求至PCE(PCReq消息)，以及接收由于应答而计算的路径(PCReq消息)。PCEP支持具有优先级、属性、约束等等的各种复杂消息，连同使用静态和动态属性的OSPF和ISIS的基于IGP的PCE发现。各种算法(通常不是标准的)已经被指定用于PCE选择和负载平衡。存在两种形式的PCE：(1)无状态的，路径/通道的计算是无存储器的并且在大多数情况下PCE不维持LSP状态而仅TED(流量工程数据库)；以及2)有状态的，这里PCE也维持LSP的状态，LSP的状态提供更多的最优路径计算(避免双重预定分配、允许全局优化等等)，代价是额外的复杂度。PCE间路径计算也已经被指定来处理其中单一PCE将不具有路由域的完全可见性的情形，因此要求PCE之间的一些形式的合作来计算路径/通道，同时在路由域之间保持机密性。

值得注意的是，PCE一般地已经被指定用于高带宽网络，诸如核心服务供应商网络。因此，PCE协议和各种机制(例如，请求用于PCE发现的信令、诸如PCEP之类的PCC-PCE信令协议等等)通常在控制面开销和各种状态维护方面已经相当严重。虽然整体架构被保持，但是确定性的无线的基于PCE的架构的使用要求许多提高(例如，如上面所讨论的，在LLN的高度约束的环境中运行的新协议和算法和机制)。此外，PCE已经被设计为计算路径，尽管在确定性的无线环境中，所要求的不仅是计算路径，还有时隙分配(换句话说，知道流量矩阵、路径、和时隙分配是紧密结合的，这改变路由和网络操作的模式，引入要求新机制的新问题)。

有效网络探测

约束网络(例如，确定性的无线网络)中的主要问题之一在于测量服务水平协议(SLA)是否被满足。特别地，网络性能探测在传统上是“负担重的”协议(为了操作，其要求大量的信令和消息传递)。同样，难以适当地确定“超额预定”的水平，其中由于链路的可能的利用不足，低于保留的量，所计算的路径可以保留更多的带宽(相比在给定链路上的可用带宽)。此外，难以确定某些路径计算约束是否可以放宽到仍然满足SLA，因此允许更大的自由度和机会用于最优的路径。

本文的技术指定了一组探测报告机制(允许网络中使用网络本身的预加载配置文件和探测处理的有效压缩)。本文的技术还允许PCE考虑探测报告(为了动态地调整网络中的超额预定的水平同时维持SLA)，以及允许PCE考虑探测报告来执行约束放宽同时以动态的方式保证SLA。值得注意的是，本文的技术与当前的方法(其中路径计算和性能监控强烈地去耦合)形成鲜明的对比。

具体而言，根据下面所详细描述的本公开的一个或多个实施例，设备(例如，路径计算设备)将多个可能的探测配置文件通知给网络管理设备，其中计算机网络的节点从网络管理设备接收该多个可能的探测配置文件。基于确定期望来自所述计算机网络的节点中的一个或多个特定节点的特定信息，设备然后可以基于该特定信息选择该多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件，并且指示该一个或多个特定节点根据该一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。因此，当从路径计算设备接收指令以根据多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件来探测该一个或多个特定的目的地节点时，节点然后可以根据指令的一个或多个特定探测配置文件探测该一个或多个特定的目的地节点。

作为说明，本文所描述的技术可以由硬件、软件、和/或固件(例如，根据“探测”过程248)来执行，“探测”过程248可以包括计算机可执行指令，该计算机可执行指令由处理器220执行来执行与本文所描述的技术相关的功能，例如，与路由过程244和PCE/PCC过程246相结合，或作为路由过程244和PCE/PCC过程246的相应部分，该PCE/PCC过程246包括根据上面所描述的一个或多个PCE和/或PCC协议进行操作的计算机可执行指令。例如，本文的技术可以被看作为诸如RPL、各种PCE协议、和/或各种操作、管理、和维护(OAM)协议之类的传统协议的扩展，并且因此，可以由本领域执行这些协议的类似部件相应地来处理。

OAM(或在一般的探测管理中)在计算机网络中是重要的(尤其是当要求确定性时)。不幸的是，在这样的高度约束网络中，获取这样的报告(该报告对确定SLA是否被满足是至关重要的)是及其重要的并且带来了一些挑战(考虑有限的网络容量)。根据本文所描述的实施例，因此，探测/OAM技术可以不仅被用来在网络中验证SLA被满足，而且被用来执行一些形式的资源的超额预定(由于确定性不排除概率性方法的使用)以及可能执行来自PCE的一些形式的约束放宽(例如，当所有要求的流的SLA不能被满足时)。

在操作上，本文的技术的第一方面利用探测报告生成的压缩形式(说明性地，其可以由PCE动态地触发)。在一个实施例中，为了动态地适应网络中的路径计算以及基于网络状态调度探测的触发，探测请求的发起者是PCE(与其中NMS或NMS代理触发请求的“传统”IP网络相反)。为此目的，本文的技术预加载，该组探测配置文件指定所要求的探测的类型，。特别地，并非在探测请求之内，基于请求向每一个节点具体指示分组的数目、它们各自的大小、频率、和其他探测特性(例如，标记、报头配置等等)，PCE根据特定的网络要求动态地确定一组有用的“配置文件”，并且然后将配置文件提供给NMS(或诸如场域路由器(FAR)、根节点、动态主机配置协议(DHCP)服务器等等之类的其他管理设备)，如图4所示出的(探测配置文件420)。NMS然后用这个信息预加载节点，以便PCE只需要指示要使用的特定配置文件(例如，用配置文件标识符或“ID”)。如本文中所使用的，探测配置文件是一组探测特性(例如，分组的数量、它们各自的大小、频率、和其他探测特性(例如，标记、报头配置等等))，任意被指示的探测需要符合该组探测特性。

为了说明起见，PCE可以动态地确定，根据它计算路径的网络中的一组被路由的流，它利用三个配置文件用于探测报告(例如，配置文件P1：每分钟发送具有差分服务代码点(DSCP)＝Y1、分组大小＝Z1等等的X1探测；P2：每分钟发送具有DSCP＝Y2、分组大小＝Z2等等的X2探测；P3：每小时发送一个具有端口＝W1、分组类型＝V1等等的探测)。如图5所示，当注册(注册530)时，网络中的每一个设备将接收并且预加载这样的配置文件535。此外，如图6所示出的，节点可以在表600(例如，存储器240之内的数据结构245)之内存储探测配置文件620，用一组配置文件ID610给表600编索引。

如图7所示出的，当确定PCE基于从特定节点(或多个节点)X到一组节点Y1、Y2、...、Yn的探测要求探测报告时，除了探测应当被发送至(Y1-Yn)的一组目的地/节点744以外，PCE将新定义的探测请求消息740(例如，单播)发送至(多个)节点X(仅参考探测配置文件742(即，配置文件标识符以指定预加载的探测配置文件))。注意到，这组目的地可以被方便地压缩，例如，使用bloom过滤器(这组目的地应当足够大以补偿错误测试报告的缺点)或地址集(例如，前缀)或节点组的其他指示符。

本文所描述的技术的第二方面涉及将探测报告发送至PCE的网络内处理。特别地，在许多情况下，通过在网络本身中在报告被传递到PCE的路径上编译报告来避免冗余可能更有效。例如，首先参考图8A，如果PCE要求从节点31到节点33和43的探测(探测810a和810b)，计算的路径分别可以是31-32-33和31-32-43，如图8B所示出的(经压缩的报告820)，当沿着在图中所描述的计算的DAG从节点31接收探测报告时，为了避免两次沿着链路31-32报告延时，两个报告(815a和815b)可以由节点22压缩。(注意，节点31也可以压缩报告，并且在本质上，网络中检测重复信息的任何节点都可以被配置为压缩报告)。

类似地，当从不同节点要求两个报告时，路径可能交叉，因此在网络中重复测量性能。因此，根据本文所描述的技术，单播探测请求消息(例如，由PCE生成的)中的新定义的字段可以被用来指定当发送相应的报告时，网络中的哪些节点(例如，沿着DAG)应当执行用于压缩信息的OAM报告处理。例如，如图9A所示，发往节点31和/或41的探测请求消息910可以通知节点11来执行这些报告处理。指令可以仅包括指示进一步的处理可以被执行用于特定请求的指示，或可以包括诸如等待这些报告多长时间等等之类的更多细节。

然后参考图9B，如果节点11发现节点31和41两个必须分别生成探测报告915a和915b，当接收到节点31的报告时，它可以等待节点41的报告(例如，使用节点所处的距离或仅等待接收所有报告，使用最大等待时间的模)。例如，在一个特定实施例中，“处理”节点(例如，节点11)当根据生成探测的节点在网络中所处的距离(例如，它们的秩)发现报告请求时，可以配有计时器，这里计时器被用来在将报告信息“聚合”到经压缩的报告920之前“等待”所有将被接收的报告。

在另一个实施例中，一个或多个选择的网络节点可以从它的相邻节点收集探测度量，并且可以报告被聚合的信息。例如，RPLDAG可以形成节点的控制集(DS)，PCE可以使用该节点的DS用于路由(例如，节点31到1跳的DS成员节点21，然后穿过DS成员22和23，然后1跳到节点35)。这个概念可以被扩展，这样PCE可以仅通过询问DS成员(该DS成员转而询问(管理)其中PCE感兴趣的1跳相邻节点)来管理(例如，控制、测量等等)任何节点。换句话说，对于PCE想要测量的若干设备，PCE可以计算DS成员的(NP完全问题)最小集(该最小集提供到所有这些设备的可达性)，并且然后负责这些设备的DS聚合数据，以在单一实例(例如，一个消息)中将所有的信息发送至PCE。在这个指示特定节点压缩探测报告的特定方式中，网络到PCE的带宽被节省。

值得注意的是，在一个实施例中，上述任意示例中的探测报告可以是新定义的消息(例如，IPv6分组)或它们可以在路由更新(例如RPLDAO消息，如果RPL(RFC6550)是网络中使用的协议)中被运载。同样，用来将探测报告返回至PCE的路径可以以确定性的方式被保留(特别地，如果技术与IPv6TSCH(6TSCH)一起使用)。特别地，与上面的DS实施例相结合，技术可以使用DS来转发经聚合的报告信息，这里被返回的探测报告使用沿着DS的保留路径。注意到，与基于PCE的相对，为了在不要求PCE参与的情况下允许修复保留路径，可以在RPL资源保留协议(RSVP)模式中执行保留。

本文所描述的技术的第三方面涉及使用所接收的探测报告用于超额预定，即，这里一些PCE计算的路径可以被超额预定。例如，确定性一般地不包括执行超额预定的能力，但是通常公知的，一些路径计算算法具有非常保守的倾向，导致严重限制了可用资源集。同样，应用可能无法请求适当量的带宽(例如，太多或太少)，在这种情况下，各自地，保留的带宽可能保持未使用或可能导致长延迟

例如，在确定性的无线网络中，PCE可以决定一组K流可以在时间T处被路由至链路L(请求的带宽的总和小于链路容量)。另一方面，本文的技术引入了允许动态地调整超额预定因子K的反馈环。当接收一组探测报告时，PCE因此可以能够确定在计算期间使用的每一个链路上的剩下(“剩余”)容量。例如，如果在上面的示例中，应用保留了太小的带宽并且网络中注意到了实质性的延迟，则超额预定因子可以被降低以减少阻塞网络。值得注意的是，使用探测报告以动态调整超额预定因子K可以被全局地或局部地使用(不同值可以被追踪用于网络中的每一个链路)，并且可以或不可由NMS来控制。此外，每一个链路的超额预定因子还可以是在该链路上路由的流的关键性因子。还注意到，这样的方法除了基于时间的时隙管理以外，可以用于非调度的时隙。

本文所描述的技术的第四方面在于使用探测报告，以在PCE上执行在线约束放宽。事实上，PCE的一个目标是根据网络中的流量矩阵、所要求的SLA、和可用资源来找到一组路径的“最佳”位置。在绝大多数情况下，这样的问题是NP完全问题并且请求启发式的使用来找到需求与一组可用资源之间的最接近匹配。在确定性无线网络中，延迟/抖动/等等的限制使得路径计算任务更加难以实现。因此，根据本文的技术，可以基于探测反馈放宽某些约束(与带宽需求是仅仅基于到PCE的初始PCC请求的当前方法相反)。特别地，本文的技术允许PCE使用探测报告，根据请求(例如，带宽＝X)来确定SLA(例如，延迟)是否被满足。这可能允许PCE放宽一些约束(例如，将带宽从X减少到Y)(说明性地使用渐进的方法)，以在网络中释放带宽并且增加资源利用。注意到，如果明确禁止，则PCE可以不执行约束放宽。还注意到，PCE也可以通知请求者(PCC)约束已经被略微放宽，但是SLA仍然被满足(例如，由PCE发送至请求者的新定义的通知消息)。

换言之，由PCE接收的探测报告可以在闭环控制中使用，以根据承诺的SLA动态地影响路径计算。为了说明起见，考虑由PCE接收的一组请求R1、R2等等，并且为了简化，假定只考虑每个请求B1、B2等等的带宽。如果PCE根据计算的路径放置网络流，则它将使用探测报告来有效地调整超额预定因子和/或放宽约束。例如，尽管基于由F1的发起者生成的OAM报告，PCE可以确定对应于要求B1的请求R1的流F1，但是PCE可能已经计算了提供B1’<B1的路径。换言之，为了可能修改请求，OAM报告被作为输入(如果确定可以完成这一点同时仍然满足SLA)。因此，这允许高度约束的网络(例如，要求确定性)在不违反SLA的情况下，根据探测报告来调整约束以优化网络。注意到，这种方法也可以允许找到用于已经被拒绝的请求的路径：即，PCE可以基于探测，确定链路确实比根据请求应该到达的“预定”有更少的“预定”，因此允许进入新的流。

图10从探测控制设备(例如，路径计算设备)的角度示出了用于有效网络探测(根据本文所描述的一个或多个实施例，特别地用于确定性的无线网络)的示例性的简化过程1000。过程1000可以在步骤1005处开始，并且继续到步骤1010，这里如上面所详细描述的，路径计算设备(例如，PCE)可以选择多个可能的探测配置文件用于特定计算机网络，作为可用的探测配置文件的更大集合的子集，然后将该多个可能的探测配置文件通知网络管理设备(例如，NMS或FAR等等)，其中计算机网络的节点从网络管理设备接收该多个可能的探测配置文件(例如，在下面的图11中)。

一旦路径计算设备在步骤1020中确定计算机网络的节点的一个或多个特定节点想要特定信息，那么在步骤1025中，设备可以基于该特定信息选择该多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件，并且如上面所描述的，在步骤1030中指示该一个或多个特定节点根据该一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。例如，指令可以被单播至一个或多个特定节点，或可以被多播或以其他方式分发(例如，具有节点地址或群组标识符的广播消息)。可选地，如上面所提到的，在步骤1035中路径计算设备还可以明确指示计算机网络之内的一个或多个特定的节点压缩探测报告。

当在步骤1040中从一个或多个特定节点接收探测报告时(例如，单播的报告或在路由协议消息上运载(piggyback)的报告)，然后在步骤1045中路径计算设备可以相应地基于探测报告来执行路径计算。例如，如上面所描述的，路径计算可以基于探测报告来调整计算机网络之内的一个或多个链路的超额预定(例如，针对计算机网络的所有链路全局地被调整或针对计算机网络的一个或多个特定链路局部地被调整、和/或基于每一个链路流量流的各自的关键性)。可替代地或此外，如果路径计算请求设备(例如，PCC)允许或基于网络策略，则路径计算可以基于探测报告(例如，渐进地基于后续探测报告)被允许以放宽路径计算约束。在一个实施例中，如果路径计算约束被放宽，则基于探测报告，向路径计算请求设备通知路径计算约束的放宽以及该放宽是可接受的。

过程1000说明性地在步骤1050中结束，但是值得注意的是，其维持了返回图10中任意步骤的能力(例如，使用探测配置文件请求进一步探测、基于探测配置文件执行进一步路径计算等等)。还要注意，探测配置文件可以被更新并且可以被推送至网络的网络节点。

此外，图11从探测设备(例如，网络节点)的角度示出了用于有效网络探测(特别地，根据本文所描述的一个或多个实施例用于确定性的无线网络)的示例性的简化过程1100。过程1100可以在步骤1105处开始，并且继续到步骤1110，这里如上面所详细描述的，探测设备(节点)在网络管理设备(例如，NMS、FAR等等)上注册，并且在步骤1115中在注册期间从网络管理设备依次接收多个可能的探测配置文件。相应地，当在步骤1120中从路径计算设备接收指令以根据该多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件来探测一个或多个特定的目的地节点时，如上面所描述的，探测设备在步骤1125中可以根据指令的一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。

在步骤1130中，探测设备将相应的探测报告返回至路径计算设备(例如，单播的报告或在路由协议消息上运载的报告)。值得注意的是，在步骤1135中，网络设备(包括但不限于探测设备)可以压缩所接收的探测报告并且将经压缩的探测报告转发至路径计算设备，例如在压缩所接收的探测报告之前(如上面所提到的，这里接收到的探测报告可以从相同探测节点或不同探测节点被接收)，通过等待接收已知的多个探测报告或等待特定的时间。过程1100然后可以在步骤1140中结束，注意还可以选择接收进一步的探测指令、更新探测配置文件(例如，通过路由协议更新)等等。

应当注意，虽然过程1000-1100之内的某些步骤可以是可选择的(如上面所描述的)，但是图10-11中示出的步骤仅仅是用于说明的示例，并且某些其他步骤可以按照需要被包括或被排除。此外，虽然特定的步骤的顺序被示出，但是这个顺序仅仅是说明性的，并且在不背离本文的实施例的范围的情况下可以利用步骤的任意合适的排列。此外，虽然过程1000-1100被分开描述，但是来自每个过程的某些步骤可以被结合至另一个过程，并且过程不意味着相互排斥。

因此，本文所描述的技术提供用于有效网络探测，特别地用于确定性无线网络。特别地，通过使用预加载的OAM配置探测配置文件和网络内的OAM报告处理，本文的技术允许约束的网络中的更有效的OAM/探测报告。此外，通过使用OAM报告来动态地调整路径计算、超额(或低额)预定、和约束放宽(相比于原来的请求)，技术还在确定性的无线网络中通过仔细的超额预定和接受更多流(同时仍然保证SLA)增加网络资源利用。

虽然已经示出和描述了说明性的示例(提供用于有效网络探测，特别地用于确定性的无线网络)，但是应当理解，在不背离本文的实施例的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和修改。例如，本文已经示出和描述了与确定性的无线网络相关的实施例。然而，实施例在它们的更广泛的意义上不按照所限定的，并且事实上可以与其他类型的网络和/或协议(受约束或不受约束)一起使用。此外，虽然某些协议被示出，并且对OAM技术进行具体参考，但是相应地，利用上面所描述的方式进行探测的其他合适的协议可以被使用。特别地，虽然技术执行操作(监测网络)、管理(跟踪网络中正在使用的资源)、和维护(动态地调整超额预定因子、放宽约束、或其他纠正和/或预防措施来使得被管理的网络更有效地运行)，技术不限于OAM技术和协议的常见理解。

前面的描述是针对特定实施例的。然而，显然可以对所描述的实施例做出各种变型和修改，同时达到它们的一些或所有优点。例如，本文所描述的部件和/或元件可以被实现为存储在有形(非暂态)计算机可读介质(例如，磁盘/CD/RAM/EEPROM/等等)上的软件，该软件具有在计算机、硬件、固件、或它们的组合上执行的程序指令，这也是被明确考虑的。因此，本描述仅采取示例的方式，并且不另外限制本文的实施例的范围。因此，所附的权利要求书的目的是覆盖本文的实施例的真实主旨和范围内的所有这样的变型和修改。

Claims (25)

1.一种方法，包括：

将多个可能的探测配置文件通知给网络管理设备，其中计算机网络的节点从所述网络管理设备接收所述多个可能的探测配置文件；

确定期望来自所述计算机网络的节点中的一个或多个特定节点的特定信息；

基于所述特定信息选择所述多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件；以及

指示所述一个或多个特定节点根据所述一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

选择针对所述计算机网络的所述多个可能的探测配置文件作为可用的探测配置文件的更大集合的子集。

3.如权利要求1所述的方法，其中，指示包括：

将指令单播至所述一个或多个特定节点。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：

从所述一个或多个特定节点接收探测报告。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

指示所述计算机网络之内的一个或多个具体节点压缩所述探测报告。

6.如权利要求4所述的方法，其中，接收到的所述探测报告是单播的报告或在路由协议消息上运载的报告中的一者。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述通知、确定、选择、和指示由路径计算设备执行。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

从所述一个或多个特定节点接收探测报告；以及

基于所述探测报告调整所述计算机网络之内的一个或多个链路的超额预定。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述超额预定针对所述计算机网络的所有链路全局地被调整或针对所述计算机网络的一个或多个具体链路局部地被调整。

10.如权利要求8所述的方法，还包括：

基于相应的每个链路流量流的关键性来调整所述一个或多个链路的每个链路的超额预定。

11.如权利要求7所述的方法，还包括：

从所述一个或多个特定节点接收探测报告；以及

基于所述探测报告在所述路径计算设备处放宽路径计算约束。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

基于后续的探测报告渐进地放宽所述路径计算约束。

13.如权利要求11所述的方法，还包括：

仅当被相应的路径计算请求设备允许时，放宽所述路径计算约束。

14.如权利要求11所述的方法，还包括：

基于所述探测报告，向路径计算请求设备通知所述路径计算约束的放宽以及所述放宽是可接受的。

15.一种装置，包括：

一个或多个网络接口；

处理器，所述处理器被耦合至所述网络接口并且适于执行一个或多个过程；以及

存储器，所述存储器被配置为存储可由所述处理器执行的过程，所述过程当被执行时可操作以：

将多个可能的探测配置文件通知网络管理设备，其中计算机网络的节点从所述网络管理设备接收所述多个可能的探测配置文件；

确定所述计算机网络的节点的一个或多个特定节点想要特定信息；

基于所述特定信息选择所述多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件；以及

指示所述一个或多个特定节点根据所述一个或多个特定探测配置文件探测一个或多个特定的目的地节点。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述过程当被执行时还可操作以：

选择针对所述计算机网络所述多个可能的探测配置文件作为可用的探测配置文件的更大集合的子集。

17.如权利要求15所述的装置，其中，所述过程当被执行时还可操作以：

如路径计算设备一样从所述一个或多个特定节点接收探测报告。

18.如权利要求17所述的装置，其中，所述过程当被执行时还可操作以：

基于所述探测报告调整所述计算机网络之内的一个或多个链路的超额预定。

19.如权利要求17所述的装置，其中，所述过程当被执行时还可操作以：

基于所述探测报告放宽路径计算约束。

20.一种方法，包括：

在网络管理设备上注册；

在所述注册期间从所述网络管理设备接收多个可能的探测配置文件；

从路径计算设备接收指令以根据所述多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件来探测一个或多个特定的目的地节点；以及

根据所述指令的所述一个或多个特定探测配置文件探测所述一个或多个特定的目的地节点。

21.如权利要求20所述的方法，还包括：

将探测报告返回至所述路径计算设备，其中所述探测报告是单播的报告或在路由协议消息上运载的报告中的一个。

22.如权利要求20所述的方法，还包括：

压缩所接收的探测报告；以及

将经压缩的探测报告转发至所述路径计算设备。

23.如权利要求22所述的方法，还包括：

在压缩所接收的探测报告之前，等待接收已知的多个探测报告。

24.如权利要求22所述的方法，其中，所接收的探测报告从相同探测节点或不同探测节点被接收。

25.一种装置，包括：

一个或多个网络接口；

处理器，所述处理器被耦合至所述网络接口并且适于执行一个或多个过程；以及

存储器，所述存储器被配置为存储可由所述处理器执行的过程，所述过程当被执行时可操作以：

在网络管理设备上注册；

在所述注册期间从所述网络管理设备接收多个可能的探测配置文件；

从路径计算设备接收指令以根据所述多个可能的探测配置文件中的一个或多个特定探测配置文件来探测一个或多个特定的目的地节点；以及

根据所述指令的所述一个或多个特定探测配置文件探测所述一个或多个特定的目的地节点。