CN106688277A - 在时隙化信道调频网络中的有效集中式资源和调度管理 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于在6T1SCH网络中分配轨迹的系统和方法。该方法包括以PCEP从第一骨干路由器上的第一PCE代理接收轨迹计算请求的步骤。该方法还包括计算在源LLN设备和目的地LLN设备之间的最佳轨迹的步骤。此外，该方法包括向最佳轨迹中的一个或多个LLN设备发送轨迹指派消息的步骤。本申请还涉及用于向PCE报告TSCH调度信息的系统和方法。此外，本申请涉及LLN设备。

Description

在时隙化信道调频网络中的有效集中式资源和调度管理
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年7月31日提交的美国临时申请No.62/031,737的优先权，其公开的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
在联网拓扑的领域中，已经采用信道跳频策略来提高低功率和有耗网络(LLN)的可靠性。也就是说，时隙化信道跳频(TSCH)是其中将时间分成几个时隙。这些时隙被分组为一个或多个时隙帧，其中每个时隙帧随时间连续地重复。
在TSCH架构中，与资源和调度管理相关的问题是普遍的。具体地，在源LLN设备和目的地LLN设备之间的底层网络中的时隙和信道频率被低效地管理。例如，6TiSCH网络中的LLN设备(例如，TSCH中的IPv6)是资源受限的，并且因此可能不支持基于会话的传输协议或应用协议。此外，6TiSCH网络中的现有控制协议作为在路径计算元件(PCE)和LLN设备之间的通信协议是低效的。即使提供了这样的资源，处理现有协议(诸如每层的UDP和CoAP)所需的协议报头和处理时间将导致额外的开销和显著的延迟。
传统的路径计算客户端通信协议(PCEP)和其它相关协议也无法支持LLN设备报告调度信息。此外，传统PCEP和其它协议无法支持6TiSCH网络中的轨迹预留。例如，PCE仅向发送路径计算请求的源节点发送路径计算响应。通过这样做，PCEP不能将轨迹推送到沿着在源和目的地LLN设备之间的路径存在的所有LLN设备。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在限制所要求保护的主题的范围。在很大程度上，涉及用于在6TiSCH网络中分配/预留轨迹的过程和系统的本申请满足了前述需求。本申请还涉及用于向PCE报告TSCH调度信息的方法和系统。
本申请的一个方面涉及一种用于在6TiSCH网络中分配轨迹的方法。从第一骨干路由器接收PCEP中的轨迹计算请求。接下来，计算从源LLN设备到目的地LLN设备的最佳轨迹或路径。优选地，参考单体(cell)调度。然后，轨迹指派消息被发送到最佳轨迹中的一个或多个LLN设备。在一个实施例中，轨迹指派消息经由第一骨干路由器(例如BR)被发送到位于最佳轨迹中的LLN设备。在另一实施例中，轨迹指派消息经由第一BR被发送到更靠近LLN设备的另一骨干路由器。在又一实施例中，轨迹指派消息被发送到在轨迹上比第一BR上更靠近LLN设备定位的另一骨干路由器。
本申请的另一方面涉及一种用于向PCE报告TSCH调度信息的方法。具体地，具有PCE代理的骨干路由器经由互联网控制消息收发协议(ICMP)从一个或多个LLN设备接收TSCH调度信息。在接收后，聚合TSCH调度信息。然后，经由PCEP协议将聚合的TSCH调度信息发送到PCE。
本申请的又一方面涉及采用多个LLN设备、具有PCE代理的骨干路由器和具有单体调度的PCE的6TiSCH网络架构。在一个实施例中，从LLN设备向骨干路由器报告的TSCH调度信息可以包括以下信息类型中的一个或多个：网络地址、软单体的数目以及多个软单体的时隙偏移和信道偏移。在另一实施例中，从骨干路由器到PCE的聚合调度报告消息可以包括以下信息类型中的一个或多个：聚合消息的数目和多个TSCH调度报告消息。在另一实施例中，TSCH调度信息由PCE存储在单体调度数据库中。单体调度数据库可以包括以下信息类型中的一个或多个：LLN设备地址、代理地址以及多个调度单体的时隙偏移、信道偏移和类型。
本申请的又一方面涉及一种计算机实现的LLN设备。LLN设备包括存储有用于在网络中分配轨迹的指令的非瞬时存储器。LLN设备还包括可操作地耦合到配置为执行某些指令的存储器的处理器。即，指令包括：(i)以ICMP向骨干路由器发送轨迹分配请求消息；(ii)从所述骨干路由器接收轨迹分配答复消息；和(iii)向骨干路由器发送确认消息。
因此，已经相当广泛地概述了本发明的某些实施例，以便可以更好地理解本发明的详细描述，并且以便更好地理解对本领域的贡献。
附图说明
为了便于对本申请的更鲁棒的理解，现在参考附图，其中相同的元件用相同的附图标记表示。这些附图不应被解释为限制本申请，并且仅旨在是说明性的。
图1示出了根据本申请的实施例的6TiSCH协议栈中的6TiSCH操作子层。
图2示出了根据本申请的实施例的6TiSCH网络的架构。
图3示出了低功率和有耗网络中的工业自动化和过程控制的实施例。
图4A示出了机器到机器(M2M)或IoT通信系统的实施例。
图4B示出了M2M服务平台的应用的实施例。
图4C示出了示例性M2M设备的系统图的应用的实施例。
图4D示出了示例性计算系统的框图的应用的实施例。
图5示出了根据本申请的实施例的骨干路由器辅助轨迹分配/预留架构。
图6示出了根据本申请的实施例的骨干路由器辅助轨迹预留过程的技术。
图7示出了根据本申请的另一实施例的骨干路由器辅助轨迹预留过程的技术。
图8示出了根据本申请的另一实施例的骨干路由器辅助轨迹分配/预留架构。
图9示出了根据图8的骨干路由器辅助轨迹预留过程的技术。
图10示出了根据本申请的又一个实施例的骨干路由器辅助轨迹分配/预留架构。
图11示出了根据图10的骨干路由器辅助轨迹预留过程的技术。
图12示出了根据本申请的实施例的用于增强在LLN设备和PCE之间的通信的骨干路由器辅助架构。
图13示出了根据图12的骨干路由器辅助通信接口的技术。
具体实施方式
将参考本文的各种附图、实施例和方面来讨论说明性实施例的详细描述。尽管本描述提供了可能实现的详细示例，但是应当理解，这些细节旨在作为示例，并且因此不限制本申请的范围。
在本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“一个或多个实施例”、“一个方面”等的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。此外，说明书中各个地方的术语“实施例”不一定指的是相同的实施例。也就是说，描述了可以由一些实施例而不是由其他实施例展现的各种特征。
根据应用，在6TiSCH网络中的一个或多个骨干路由器上采用新颖的功能，例如路径计算元件(PCE)代理。PCE代理帮助促进在LLN设备和路径计算元件(PCE)之间的通信。即，在骨干路由器上的PCE代理可以利用现有的路径通信元件通信协议(PCEP)来与位于6TiSCH网络内部或外部的PCE对接。此外，骨干路由器被配置为使用网络层协议(例如，互联网控制消息收发协议(ICMP))与LLN设备通信。
在一个实施例中，骨干路由器上的PCE代理被配置为聚合由LLN设备定向的TSCH调度报告消息和轨迹分配请求消息。在另一实施例中，骨干路由器上的PCE代理帮助PCE有效地预留源和目的地之间的轨迹。在又一实施例中，存在于多个骨干路由器中的每一个上的PCE代理相互协作以有效地配置在源和目的地之间的轨迹。该轨迹可以是沿着多跳路径的确定的一系列单体。一般来说，这是预订的结果。
根据另一实施例，6TiSCH网络采用附加架构，诸如与PCE通信的单体调度数据库，用于存储从一个或多个LLN设备报告的TSCH调度。
在本申请的实施例中，在6TiSCH网络内使用的6TiSCH控制消息可以由ICMP消息承载。控制消息可以在骨干路由器上的PCE代理与LLN设备和/或在骨干路由器上的其它PCE代理之间。在骨干路由器上的PCE代理和LLN设备之间的6TiSCH控制消息可以包括例如TSCH调度报告消息、轨迹分配请求消息、轨迹分配答复消息、轨迹指派消息和轨迹指派确认消息。同时，在骨干路由器上的PCE代理之间的6TiSCH控制消息可以包括例如轨迹转发请求消息、轨迹转发答复消息、轨迹转发指派消息和轨迹转发指派确认消息。
通常，6TiSCH控制消息是具有类型159的ICMPv6信息消息。通常，上述6TiSCH控制消息包括ICMPv6报头，后面是消息主体。代码字段还可以识别6TiSCH控制消息的特定类型。例如，代码字段可以从'0x01'到'0x09'运行，并且与上述识别的6TiSCH控制消息中的每一个相关联。
此外，在骨干路由器上的PCE代理和PCE之间使用的控制消息可以经由PCEP消息来承载。这些控制消息可以包括例如聚合TSCH调度报告消息、轨迹计算请求消息、轨迹计算答复消息、轨迹转发指派消息和轨迹转发指派确认消息。上述PCEP控制消息类型中的每一个可以具有预定值。
IEEE 82.15.4e的TSCH模式
时隙化信道跳频(TSCH)是IEEE 802.15.4e中规定的媒体访问模式之一。以下属性存在于IEEE 802.15.4e的TSCH模式中：(i)时间被划分为若干时隙；(ii)时隙被分组为一个或多个时隙帧；和(iii)时隙帧随时间连续重复。例如，表1示出了TSCH调度。x轴是时隙偏移，并且y轴是信道偏移。因此，LLN设备可以在不同的时隙中使用不同的信道。TSCH时隙帧中被称为“单体”的单个元素由时隙偏移值和信道偏移值来标识。通常，给定单体可以是调度单体，例如Tx、Rx或TxRx，或者如表1所示的未调度单体。此外，“硬单体”是由网络中的集中式控制器配置的调度单体，意味着该单体无法由LLN设备本身进一步配置和/或修改。替代地，“软单体”是仅由LLN设备本身配置的调度单体，并且可以由LLN设备或由集中式控制器进一步配置。然而，一旦软单体由集中控制器配置，其将变成硬单体。
为了接收或传送分组，LLN设备需要获得调度。主要地，LLN设备可以使用信道0在时隙0处发送分组。接下来，LLN设备打开其无线电装置以通过信道1在时隙1处接收进入分组。LLN设备可以使用信道15在时隙2处同时发送或接收分组。LNN设备可以在时隙99处在未调度的单体中关闭其无线电装置。
表1
6TiSCH网络架构
6TiSCH网络架构通常包括使用802.15.4e的TSCH模式作为媒体访问控制(MAC)协议的多个受限设备。IETF 6TiSCH工作组规定了用于解决6TiSCH网络的网络层问题的协议。为了管理TSCH调度，在6TiSCH工作组中采用6TiSCH操作子层(6top)。如图1所示，6top是作为IEEE 802.15.4e TSCH MAC的下一高层的子层。6top提供对上层的管理和数据接口二者。例如，6top提供诸如读取/创建/更新删除的命令来修改其资源，例如TSCH调度。
6TiSCH网络可以由PCE管理。PCE不仅能够计算源和目的地之间的路由路径，还能够以集中式方式配置用于路径上的一个或多个LLN设备的TSCH调度。PCE可以位于骨干路由器上，或者替代地位于6TiSCH网络之外。
PCEP消息可以包括公共报头，后面是可变长度主体。PCEP消息的公共头部包括Ver[版本][0-2]、标志[3-7]；消息类型[8-15]；和消息长度[16-31]，其中数字表示比特偏移。因此，Ver包括3比特，标志包括5比特，并且消息类型包括8比特。消息长度包括16比特并且是包括以字节为单位的公共头部的PCEP消息的总长度。
在一个实施例中，在诸如骨干路由器的路径计算客户端(PCC)可以发送路径计算请求之前，需要完成以下过程。首先，PCC需要与PCE建立TCP连接(3方握手)。第二，PCC需要通过TCP连接建立PCEP会话。第三，PCC需要周期性地发送保持活动消息以保持PCEP会话。PCC或骨干路由器是位于6TiSCH网络的边界处的强大设备。骨干路由器用作用于将6TiSCH网络连接到互联网的网关。
路径计算请求包含指定用于要计算的路径的约束和属性集合的各种对象。例如，路径计算请求可以包含诸如源IP地址、目的地IP地址和带宽的信息。在接收到路径计算请求之后，PCE将尝试寻找用于PCC的路径。然后，PCE将经由路径计算响应消息进行答复。如果请求可以被满足，则路径计算响应消息包含包括路径上的每个跳的一组计算的多协议标签交换(MPLS)路径。如果请求无法被满足，则路径计算响应消息包含为什么没有找到路径的原因。
关于LLN设备，它们具有约束的资源，例如有限的电源、存储器和处理能力。它们经由单跳或多跳通信连接到一个或多个骨干路由器。由于有限的资源，LLN设备可能无法支持复杂的协议，诸如传输控制协议(TCP)。
LLN设备可以支持诸如ICMP协议的网络层协议。互联网控制消息协议版本6(ICMPv6)由主机和路由器使用以相互通信网络层信息。在互联网协议(IP)数据报内承载ICMP消息。ICMP消息使用基本IP报头被发送。每个ICMP消息包含定义其目的的三个字段，并提供校验和。它们是类型、代码和校验和字段。类型字段识别ICMP消息。代码字段提供有关关联类型字段的更多信息。校验和提供用于确定消息完整性的方法。标记为“未使用”的任何字段被预留用于以后的扩展，并且在发送时必须为零。然而，接收器不应使用这些字段(除了将其包括在校验和中)。类型(159-199的数字)未指派。
此外，LLN设备可以用作受限IP路由器。具体地，LLN设备可能不具有用于计算到所有LLN设备的路由表的能力。然而，其可以基于由位于6TiSCH网络内部或外部的其它实体预先配置的路由表来转发分组。
LLN设备的TSCH调度也可以在路由器上被配置，如图2所示。如图所示，调度从LLN设备1处的源被映射到LLN设备3处的目的地。LNN设备在6TiSCH网络中用圆圈表示。可以由PCE预留轨迹以增强在源和目的地之间的多跳通信。根据本申请，轨迹上的LLN设备不仅知道应当使用哪个单体来从其前一跳接收分组，而且知道应当使用哪个单体在其下一跳中发送分组。通过使用轨迹，可以合理地保证在源和目的地之间的路径的吞吐量和延迟。这对于工业自动化和过程控制是重要的。
6TiSCH网络使用情况
如图3所示，用于工业自动化和过程控制的6TiSCH网络设置有多跳通信。在该图中，传感器和致动器是LLN设备。例如，当网络中的温度传感器1“T1”感测事件时，其将向致动器4“A4”发送信令分组以触发若干动作。而且，在自动化装配线中，当致动器2“A2”完成任务时，其将向致动器4“A4”发送信令分组以触发自动化装配线中的下一动作。这些分组的吞吐量和延迟对于工业自动化和过程控制来说是非常重要的。因此，在源和目的地之间预留轨迹，以便按时递送这些重要的信令分组。
一般架构
图4A是其中可以实现一个或多个公开的实施例的示例性机器到机器(M2M)、物联网(IoT)或物联网络(WoT)通信系统10的图。通常，M2M技术提供用于IoT/WoT的构建块，并且任何M2M设备、网关或服务平台可以是IoT/WoT以及IoT/WoT服务层等的组件。
如图4A所示，M2M/IoT/WoT通信系统10包括通信网络12。通信网络12可以是固定网络，例如以太网、光纤、ISDN、PLC等或无线网络，例如WLAN、蜂窝等、或异构网络的网络。例如，通信网络12可以包括向多个用户提供诸如语音、数据、视频、消息收发、广播等的内容的多个接入网络。例如，通信网络12可以采用一种或多种信道接入方法，例如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)等。此外，通信网络12可以包括诸如核心网络、互联网、传感器网络，工业控制网络、个人区域网络、融合个人网络、卫星网络、家庭网络或例如企业网络的其它网络。
如图4A所示，M2M/IoT/WoT通信系统10可以包括基础设施域和现场域。基础设施域是指端到端M2M部署的网络侧，并且现场域是指通常位于M2M网关后的区域网络。现场域包括M2M网关14，诸如具有代理的骨干路由器以及诸如LLN设备的终端设备18。应当理解，根据需要，任何数目的M2M网关设备14和M2M终端设备18可以被包括在M2M/IoT/WoT通信系统10中。M2M网关设备14和M2M终端设备18中的每一个被配置为经由通信网络12或直接无线电链路发送和接收信号。M2M网关设备14允许例如蜂窝和非蜂窝的无线M2M设备以及固定网络M2M设备(例如，PLC)，以通过诸如通信网络12或直接无线电链路的运营商网络进行通信。例如，M2M设备18可以经由通信网络12或直接无线电链路收集数据并将数据发送到M2M应用20或M2M设备18。M2M设备18还可以从M2M应用20或M2M设备18接收数据。此外，可以经由M2M服务层22向M2M应用20发送数据和信号并且从M2M应用20接收数据和信号，如下所述。在一个实施例中，服务层22可以是PCE。M2M设备18和网关14可以经由包括例如蜂窝、WLAN、WPAN(例如，紫蜂(Zigbee)、6LoWPAN、蓝牙、直接无线电链路和有线线路)的各种网络进行通信。
参考图4B，在现场域中示出的M2M服务层22为M2M应用20、M2M网关设备14和M2M终端设备18以及通信网络12提供服务。应当理解，M2M服务层22可以根据需要与任何数目的M2M应用、M2M网关设备14、M2M终端设备18和通信网络12进行通信。M2M服务层22可以由一个或多个服务器、计算机等实现。M2M服务层22提供应用于M2M终端设备18、M2M网关设备14和M2M应用20的服务能力。可以以各种方式实现M2M服务层22的功能。例如，M2M服务层22可以在web服务器中、在蜂窝核心网络中、在云中等实现。
与所示的M2M服务层22类似，在基础设施域中存在M2M服务层22'。M2M服务层22'为基础设施域中的M2M应用20'和底层通信网络12'提供服务。M2M服务层22'还为现场域中的M2M网关设备14和M2M终端设备18提供服务。将理解，M2M服务层22'可以与任何数目的M2M应用、M2M网关设备和M2M终端设备进行通信。M2M服务层22'可以通过不同的服务提供商与服务层交互。M2M服务层22'可以通过一个或多个服务器、计算机、虚拟机(例如云/计算/存储场等)等实现。
还参考图4B，M2M服务层22和22'提供分集应用和垂直可以利用的服务递送能力的核心集合。这些服务能力使M2M应用20和20'能够与设备交互并且执行诸如数据收集、数据分析、设备管理、安全性、计费、服务/设备发现等功能。基本上，这些服务能力免除了应用的实现这些功能的负担，从而简化应用程序开发，并且减少成本和上市时间。服务层22和22'还使得M2M应用20和20'能够通过与服务层22和22'提供的服务相关的各种网络12和12'进行通信。
M2M应用20和20'可以包括各种行业中的应用，例如但不限于交通、保健和健康、家庭连接、能量管理、资产跟踪以及安全和监督。如上所述，跨系统的设备、网关和其它服务器运行的M2M服务层支持诸如数据收集、设备管理、安全性、计费、位置跟踪/地理围栏、设备/服务发现和遗留系统集成的功能，并且将这些功能提供为对M2M应用20和20'服务。此外，M2M服务层还可以被配置为与如本申请中所讨论的以及图中所示的其它设备(例如LLN设备、骨干路由器和PCE)对接。
如本申请中所讨论的预留轨迹的方法可以被实现为服务层的一部分。服务层是通过一组应用编程接口(API)和底层网络接口支持增值服务能力的软件中间件层。ETSI M2M和一个M2M都使用可以包含这种预留轨迹的方法的服务层。ETSI M2M的服务层被称为服务能力层(SCL)。SCL可以在M2M设备(其中它被称为设备SCL(DSCL))、网关(其中它被称为网关SCL(GSCL))和/或网络节点(其中它被称为网络SCL(NSCL))内实现。一个M2M服务层支持一组公共服务功能(CSF)，例如服务能力。一组一个或多个特定类型的CSF的实例化被称为可以在不同类型的网络节点(例如，基础设施节点、中间节点、应用特定节点)上托管的公共服务实体(CSE)。此外，本申请中描述的预留轨迹的方法可以被实现为使用面向服务的架构(SOA)和/或面向资源的架构(ROA)来访问服务(诸如根据本申请的预留轨迹)的M2M网络的一部分。
图4C是示例性M2M设备30的系统图，诸如例如M2M终端设备18或M2M网关设备14。如图4C所示，M2M设备30可以包括处理器32、收发器34、发射/接收元件36、扬声器/麦克风38、小键盘40、显示器/触摸板/指示器42、不可移除存储器44、可移除存储器46、电源48、全球定位系统(GPS)芯片组50和其它外围设备52。应当理解，M2M设备40可以包括前述元件的任何子组合，同时保持与实施例一致。该设备可以是使用所公开的用于传感数据的嵌入语义命名的系统和方法的设备。M2M设备30还可以与其它设备一起使用，包括本申请中描述的并且如图所示的例如LLN设备、骨干路由器和PCE。
处理器32可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机等。处理器32可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理和/或使得M2M设备30能够在无线环境中操作的任何其它功能。处理器32可以耦合到收发器34，收发器34可以耦合到发射/接收元件36。虽然图4C将处理器32和收发器34描述为单独的组件，但是应当理解，处理器32和收发器34可以一起集成在电子封装或芯片中。处理器32可以执行例如浏览器的应用层程序和/或无线电接入层(RAN)程序和/或通信。处理器32可以执行安全操作，诸如例如在接入层和/或应用层处的认证、安全密钥协商和/或加密操作。
发射/接收元件36可以被配置为向M2M服务平台22发射信号或从M2M服务平台22接收信号。例如，在实施例中，发射/接收元件36可以是配置为发射和/或接收RF信号的天线。发射/接收元件36可以支持各种网络和空中接口，例如WLAN、WPAN、蜂窝等。在实施例中，发射/接收元件36可以是配置为发射和/或接收例如IR、UV或可见光信号的发射器/检测器。在另一实施例中，发射/接收元件36可以被配置为发射和接收RF和光信号二者。应当理解，发射/接收元件36可以被配置为发射和/或接收无线或有线信号的任何组合。
另外，虽然在图4C中将发射/接收元件36描绘为单个元件，但是M2M设备30可以包括任何数目的发射/接收元件36。更具体地，M2M设备30可以采用MIMO技术。因此，在实施例中，M2M设备30可以包括用于发射和接收无线信号的两个或更多个发射/接收元件36，例如多个天线。
收发器34可以被配置为调制要由发射/接收元件36发射的信号，并且解调由发射/接收元件36接收的信号。如上所述，M2M设备30可以具有多模式能力。因此，收发器34可以包括多个收发器，以用于使得M2M设备30能够经由多个RAT(例如，诸如UTRA和IEEE 802.11)进行通信。
处理器32可以从诸如不可移除存储器44和/或可移除存储器46的任何类型的适当存储器访问信息并将数据存储在其中。不可移除存储器44可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘或任何其它类型的存储器存储设备。可移除存储器46可以包括订户身份模块(SIM)卡、记忆棒、安全数字(SD)存储器卡等。在其它实施例中，处理器32可以从物理上不位于M2M设备30上(例如在服务器或家用计算机上)的存储器访问信息，并且将数据存储在其中。
处理器32可以从电源48接收电力，并且可以被配置为向M2M设备30中的其它部件分发和/或控制电力。电源48可以是用于为M2M设备供电的任何合适的设备。例如，电源48可以包括一个或多个干电池(例如镍镉(NiCd)、镍锌(NiZn)、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li-ion)等)、太阳能电池、燃料电池等。
处理器32还可以耦合到GPS芯片组50，GPS芯片组50被配置为提供关于M2M设备30的当前位置的位置信息，例如经度和纬度。应当理解，M2M设备30可以通过任何合适的位置确定方法获取位置信息，同时保持与实施例一致。
处理器32还可以耦合到其它外围设备52，其可以包括提供附加特征、功能和/或有线或无线连接的一个或多个软件和/或硬件模块。例如，外围设备52可以包括加速度计、电子罗盘、卫星收发器、传感器、数字相机(用于照片或视频)、通用串行总线(USB)端口，振动设备、电视收发器、免提耳机、模块、调频(FM)无线电单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏播放器模块、互联网浏览器等。
图4D是例如在其上可以实现图4A和图4B的M2M服务平台22的示例性计算系统90的框图。计算系统90可以包括计算机或服务器，并且可以主要由计算机可读指令控制，计算机可读指令可以是软件形式，无论何处，或者通过这种软件被存储或访问的任何手段。这样的计算机可读指令可以在中央处理单元(CPU)91内执行以使计算系统90进行工作。在许多已知的工作站、服务器和个人计算机中，中央处理单元91由称为微处理器的单片CPU实现。在其它机器中，中央处理单元91可以包括多个处理器。协处理器81是与执行附加功能或辅助CPU 91的主CPU 91不同的可选处理器。CPU 91和/或协处理器81可以接收、生成和处理与所公开的用于嵌入式语义命名的系统和方法相关的数据，诸如对于具有嵌入式语义名称的传感数据的查询。
在操作中，CPU 91取得、解码和执行指令，并经由计算机的主数据传输路径系统总线80向其它资源传送信息和从其它资源传送信息。这种系统总线连接计算系统90中的组件，并且定义用于数据交换的介质。系统总线80通常包括用于发送数据的数据线、用于发送地址的地址线、以及用于发送中断和用于操作系统总线的控制线。这种系统总线80的示例是PCI(外围组件互连)总线。
耦合到系统总线80的存储器设备包括随机存取存储器(RAM)82和只读存储器(ROM)93。这种存储器包括允许存储和检索信息的电路。ROM 93通常包含不易修改的存储数据。存储在RAM 82中的数据可以由CPU 91或其它硬件设备读取或改变。对RAM 82和/或ROM93的访问可以由存储器控制器92控制。存储器控制器92可以提供地址转换功能，其在执行指令时将虚拟地址转换为物理地址。存储器控制器92还可以提供存储器保护功能，其隔离系统内的进程并将系统进程与用户进程隔离。因此，以第一模式运行的程序可以仅访问由其自己的进程虚拟地址空间映射的存储器；它无法访问另一进程的虚拟地址空间内的存储器，除非已经建立了进程之间的存储器共享。
另外，计算系统90可以包含外围设备控制器83，外围设备控制器83负责将指令从CPU 91通信到外围设备，诸如打印机94、键盘84、鼠标95和磁盘驱动器85。
由显示控制器96控制的显示器86用于显示由计算系统90产生的视觉输出。这种视觉输出可以包括文本、图形、动画图形和视频。显示器86可以用基于CRT的视频显示器、基于LCD的平板显示器、基于气体等离子体的平板显示器或触摸面板来实现。显示控制器96包括产生发送到显示器86的视频信号所需的电子部件。显示器86可以使用嵌入式语义名称在文件或文件夹中显示传感数据。此外，计算系统90可以包含网络适配器97，其可以用于将计算系统90连接到外部通信网络，诸如图4A和图4B的网络12。
根据本申请，应当理解，本文所描述的系统、方法和过程中的任何一个或全部可以以存储在计算机可读存储介质上的计算机可执行指令(例如，程序代码)的形式来实现，指令在由诸如计算机、服务器、M2M终端设备、M2M网关设备等的机器执行时执行和/或实现本文描述的系统、方法和过程。具体地，可以以这样的计算机可执行指令的形式来实现上述任何步骤、操作或功能。计算机可读存储介质包括以用于存储信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，但是这种计算机可读存储介质不包括信号。计算机可读存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD ROM、数字通用盘(DVD)或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储设备或可用于存储所需信息并可由计算机访问的任何其它物理介质。
预留轨迹的技术
根据本申请的方面，公开了一种用于使LLN设备在6TiSCH网络中预留轨迹的技术。如图5所示，源LLN设备使用骨干路由器请求将轨迹分配给目的地。骨干路由器上的PCE代理协助PCE配置位于轨迹上的LLN设备的TSCH调度。根据实施例，PCE向骨干路由器发送一个响应消息而不是多个消息以配置源和目的地之间的轨迹。例如，图5中的PCE 5以PCEP从具有PCEP代理的骨干路由器1接收轨迹请求。进而，PCE以PCEP向具有PCEP代理的骨干路由器1发送轨迹响应。根据这种技术，通过该技术由PCE接收的请求在频率上被限制可以减少PCE的总工作负荷。
根据另一实施例，描述了具体描述骨干路由器的预留过程的呼叫流程。也就是说，如图6所示，源LLN设备使用ICMP协议向位于骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹分配请求(TAReq)(步骤1)。该过程的每个步骤由图6中的罗马数字表示。TAReq可以包括但不限
于以下表2中列出的字段。
表2
根据步骤2，骨干路由器1上的PCE代理提取TAReq，并且使用PCEP协议向PCE发送TCReq。TCReq可以包括但不限于以下表3中列出的字段。
字段名称 描述
代理地址 发送TCReq的路由器的IP地址
TAReq 表2中列出的第一TAReq的信息
表3
接下来，PCE将检查与安利其或在其中定位的单体调度数据库(步骤3)。这里，PCE将检查单体调度数据库以计算从源LLN设备到目的地LLN设备的最佳轨迹。接下来，PCE将使用PCEP协议向骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹计算答复(TCRep)消息(步骤4)。TCRep包括但不限于以下表4中列出的字段。根据表4，除“请求的结果”之外的字段名称仅在“请求的结果”的值为真时是有效的。
表4
根据步骤5，在骨干路由器1上的PCE代理从TCRep提取轨迹信息并且针对该轨迹上的对等体构建轨迹指派消息。接下来，轨迹指派消息被发送到指定轨迹上的所有LLN设备。如图6所示，LLN设备2和3经由ICMP协议被通知并且等待进一步的指令(步骤6和8)。此外，轨迹指派消息可以由其它LLN设备调频。例如，图5示出了从骨干路由器1跳到LLN设备4(例如，偏离轨迹(off-Track))以便到达位于轨迹上的LLN设备3的消息。轨迹指派消息可以包括但不限于下面表5中列出的字段。
字段名称 描述
轨迹ID 轨迹的ID
设备地址 要配置的LLN设备的IP地址
进入单体信息 用于从前一跳接收分组的单体的时隙偏移、信道偏移
外出单体信息 用于将分组发送到下一跳的单体的时隙偏移、信道偏移
表5
接下来，LLN设备2和3将使用ICMP协议分别向骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹指派确认消息(步骤7和9)。在从轨迹上的所有LLN设备接收轨迹指派确认之后，使用ICMP协议将轨迹分配答复消息从骨干路由器1发送到源LLN设备1。轨迹分配答复消息包括但不限于下面表6中列出的字段。最后，源LLN设备(例如LLN设备1)将使用ICMP协议将轨迹分配确认消息发送回骨干路由器1上的PCE代理。
字段名称 描述
轨迹ID 轨迹的ID
源地址 轨迹上的源LLN设备的IP地址
目的地地址 轨迹上的目的地LLN设备的IP地址
外出单体 用于将分组发送到下一跳的单体的时隙偏移、信道偏移
表6
根据另一实施例，描述了一种技术，其中骨干路由器对从LLN设备接收的TAReq消息进行排队，并且发送包含一个或多个TAReq消息的聚合轨迹计算请求(ATCReq)。通过这样做，最终减少了发送到PCE并由此到达PCE的TCReq分组的数目。具体地，图7示出了本实施例的呼叫流程。每个步骤在图7中由罗马数字表示。
根据步骤1和步骤3，TAReq消息由源LLN设备1和2中的每一个发送到骨干路由器。如本领域普通技术人员所希望的，可以采用附加的LLN设备。此外，为每个源LLN设备提供排队优先。如果TAReq消息被允许在骨干路由器上的PCE代理中被排队，则TAReq消息中的排队优先被设置为“1”。否则设置为“0”。例如，如图7所示，LLN设备1具有优先1，而LLN设备2具有优先0。
然后，骨干路由器1上的PCE代理检查TAReq消息并且按照从源、LLN设备1和LLN设备2中的每一个接收的来对其优先进行排队(步骤2和步骤4)。在骨干路由器1上的PCE代理将推送与队列优先为“1”的队列中的LLN设备相关联的TAReq消息。这是来自LLN设备1的TAReq消息。在步骤5中，骨干路由器1上的PCE代理使用PCEP协议向PCE发送“聚合轨迹计算请求”(ATCReq)消息。这可以针对以下情况来进行：(i)从LLN设备接收的TAReq无法被排队，例如，TAReq消息中的队列优先是“0”；(ii)队列中的TAReq数目达到最大限制；和(iii)从上次发送TCReq消息开始的超时发生。在另一实施例中，骨干路由器1上的PCE代理将包含存储在队列中的所有TAReq消息的TCReq消息发送到PCE，如下面的表7所列。
字段名称 描述
代理地址 发送TCReq的路由器的IP地址
请求的数目 TCReq中包含的TAReq的数目N
TAReq 1 如表2中列出的第一TAReq的信息
TAReq N 如表2中列出的第二和后续TAReq的信息
表7
接下来，在PCE接收到ATCReq消息之后，PCE将检查单体调度数据库以计算TCReq消息中的所有请求的轨迹(步骤6)。如图7所示，PCE使用PCEP协议向骨干路由器1上的PCE代理发送聚合轨迹计算答复(ATCRep)消息(步骤7)。ATCRep消息包含如表4所列的一个或多个TCRep消息。接下来，在骨干路由器1上的PCE代理提取从ATCRep消息接收的每个TCRep消息。然后遵循相同的过程来配置ATCRep消息中的每个轨迹(步骤8)。根据一个实施例，称为“块A”的在图6的步骤6-11中讨论的协议可以在图7中在骨干路由器1与源LLN设备1和2中的每一个之间被采用。
根据本申请的另一实施例，描述了用于在用于促进轨迹预留的多个骨干路由器之间协作的技术。如图8所示，骨干路由器与网络中的其它骨干路由器协商并且协作，以便于轨迹指派。主骨干路由器可以通过识别位于更接近LLN设备的另一骨干路由器来这样做。通过这样做，可以减轻由骨干路由器(例如，骨干路由器1)处理的一些繁重的工作负荷。替代地，其分布在许多骨干路由器之间。优选地，轨迹中的每个LLN设备由位于最接近它的骨干路由器来配置。当轨迹过长时，这可能是实用的。直观地，骨干路由器需要更长的时间来配置位于更远处的LLN设备。这将有助于减少分配轨迹所需的时间。
根据例如图9中所示的另一实施例，LLN设备1(例如，源)使用ICMP协议向位于骨干路由器1上的PCE代理发送TAReq(步骤1)。该过程的每个步骤由图9中的罗马数字表示。根据步骤2，在骨干路由器1上的PCE代理提取TAReq，并且使用PCEP协议向PCE发送TCReq。接下来，PCE将检查远离或在其中定位的单体调度数据库(步骤3)。这里，PCE将检查单体调度数据库以计算从源LLN设备到目的地LLN设备的最佳轨迹。接下来，PCE将使用PCEP协议向骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹计算答复(TCRep)消息(步骤4)。
接下来，在骨干路由器1上的PCE代理从TCRep提取轨迹信息(步骤5)。然后，骨干路由器1上的PCE代理向网络中的所有其它PCE代理骨干路由器发送轨迹转发请求(步骤6)。通常，PCE代理骨干路由器使用ICMP协议。通过发送轨迹转发请求，骨干路由器1能够找到可以协作以更有效地完成轨迹指派过程的其它骨干路由器。如图9所示，骨干路由器1找到更接近LLN设备2和3的骨干路由器2。轨迹转发请求消息可以包括但不限于表8中列出的字段。
字段名称 描述
请求方地址 发送消息的骨干路由器的IP地址
设备ID列表 轨迹上的所有LLN设备的ID
表8
接下来，在接收到轨迹转发请求的骨干路由器中的一个或多个(例如，骨干路由器2)上的PCE代理使用ICMP协议将轨迹转发答复消息发送回到骨干路由器1(步骤7)。即，骨干路由器2可以向骨干路由器1通知可以到达的轨迹上的LLN设备，例如LLN设备2和3。然后，骨干路由器1上的PCE代理决定是否配置在骨干路由器2上的PCE代理上的LLN设备2和3的TSCH调度(步骤8)。如果决定为“是”，则骨干路由器1上的PCE代理将使用ICMP协议向骨干路由器2上的PCE代理发送轨迹转发指派请求(步骤9)。轨迹转发指派请求消息可以包括但不限于表9中列出的字段。
表9
在骨干路由器2上的PCE代理从骨干路由器1上的PCE代理接收到轨迹转发指派请求之后，骨干路由器2上的PCE代理将使用ICMP协议向位于的轨迹转发指派请求中的所有LLN设备(诸如例如LLN设备2(在轨迹上的设备)和3(目的地))发送轨迹指派消息2(步骤10和步骤12)。轨迹指派消息包括但不限于上面表5中列出的字段。
接收轨迹指派消息的LLN设备(例如LLN设备2和3)将使用ICMP协议向骨干路由器2上的PCE代理发送轨迹指派确认消息(步骤11和步骤13)。在从轨迹上的LLN设备接收到所有轨迹指派确认之后，在骨干路由器2上的PCE代理可以使用ICMP协议向在骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹转发指派确认消息。此后，在骨干路由器1上的PCE代理将使用ICMP协议向源LLN设备发送轨迹分配答复消息(步骤15)。轨迹分配答复消息可以包括但不限于上面表6中列出的字段。此外，源LLN设备可以使用ICMP协议向骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹分配确认消息。
根据又一实施例，公开了PCE辅助轨迹预留过程。即，例如，当在骨干路由器之间存在高控制消息开销时，可以采用该技术。在网络中存在许多骨干路由器的情况下，该技术可以是进一步优选的。
如图10所示，在PCE检查单体调度数据库以计算源和目的地之间的轨迹时，可以确定在转发在轨迹上的LLN设备的TSCH调度的骨干路由器上的PCE代理的地址。因此，PCE可以将轨迹指派消息直接向外发送到更接近轨迹上的LLN设备定位的骨干路由器上的PCE代理。通过这样做，可以减少和/或甚至消除由于在骨干路由器之间的开销而导致的协商。
参考图11，提供了PCE辅助轨迹预留过程的呼叫流程。图11中的每个步骤由罗马数字表示。图11中的步骤1-3类似于上面在图6中引用的那些。这里，PCE将PCE代理定位在骨干路由器上，其报告在轨迹上的每个LLN设备的TSCH调度(步骤4)。例如，骨干路由器2被配置为报告LLN设备2和3的TSCH调度。PCE将使用PCEP协议向骨干路由器2上的PCE代理发送轨迹转发指派请求消息(步骤5)。轨迹转发指派请求消息可以包括但不限于上面表9中列出的字段。然后，骨干路由器2上的PCE代理将提取包含在轨迹转发指派请求中的所有LLN设备，并且构造轨迹指派消息(步骤5)。
然后，骨干路由器2上的PCE代理将使用ICMP协议向LLN设备2和3发送轨迹指派消息，并等待它们的确认(步骤6和8)。轨迹指派消息可以包括但不限于上面公开的表5中列出的字段。LLN设备2和3将使用ICMP协议将轨迹指派确认消息发送到骨干路由器2上的PCE代理(步骤7和9)。在从轨迹上的LLN设备接收到所有轨迹指派确认之后，在骨干路由器2上的PCE代理将使用PCEP协议向PCE发送轨迹指派确认消息(步骤10)。然后，PCE将使用PCEP协议向骨干路由器1上的PCE代理发送TCRep消息(步骤11)。TCRep可以包括但不限于上面公开的表4中列出的字段。
然后，在骨干路由器1上的PCE代理将提取要在TCRep中配置的LLN设备(步骤12)。接下来，在骨干路由器1上的PCE代理将向源LLN设备发送轨迹分配答复消息(步骤13)。轨迹分配答复消息可以包括但不限于上面公开的表6中列出的字段。此外，源LLN设备将使用ICMP协议向骨干路由器1上的PCE代理发送轨迹分配确认消息(步骤14)。
用于从LLN设备向PCE报告信息的技术
根据本申请的另一方面，公开了一种用于从LLN设备向PCE报告信息的方法。如图12所示，LLN设备可以使用ICMP协议将其TSCH调度在TSCH调度报告消息中报告给其在骨干路由器上最接近的PCE代理，而不是使用PCEP协议直接向PCE报告。
如本申请中之前所讨论的，“硬单体”由网络的中央控制器配置。因此，PCE在分配新资源时知道该信息。然而，“软单体”由每个LLN设备配置，并且因此PCE不知道该信息。
该过程的呼叫流程在图13中示出，其中每个步骤由罗马数字(例如1)表示。请求6TiSCH网络中的每个LLN设备来周期性地向PCE报告其“软单体”，使得其可以有效地分配新资源(步骤1)。TSCH调度报告消息可以包括但不限于以下表10中列出的字段。
表10
在骨干路由器上的PCE代理可以聚合从LLN设备接收的TSCH调度报告消息，并且然后使用PCEP协议向PCE报告这些TSCH调度(步骤2)。聚合的TSCH调度报告消息的内容在下面的表11中示出。
字段名称 描述
聚合的消息的数目 消息中包含的TSCH调度报告消息的数目N
TSCH调度报告消息1 如表11中列出的第一TSCH调度报告消息的信息
TSCH调度报告消息2 第二TSCH调度报告消息的信息
TSCH调度报告消息N 后续TSCH调度报告消息的信息
表11
此外，PCE将所接收的TSCH调度存储在单体调度数据库中(步骤3)。存储在单体调度数据库中的每个记录包括如下表12所示的字段/参数/属性。PCE可以利用存储在单体调度数据库中的信息来有效地计算和配置轨迹。
表12
根据本申请的又一方面，公开了一种用于存储计算机可读或可执行指令的非瞬时计算机可读或可执行存储介质。该介质可以包括一个或多个计算机可执行指令，诸如上面在根据图6、7、9、11和图13的多个呼叫流程中所公开的。计算机可执行指令可以被存储在存储器中并由上面在图4C和图4D中公开的处理器执行，并且在包括LLN设备、骨干路由器和PCE的设备中被采用。在一个实施例中，如上面在图4C和图4D中所描述的，公开了具有非瞬时存储器和可操作地与之耦合的处理器的计算机实现的LLN。具体地，非瞬时存储器存储有用于在网络中分配轨迹的指令。处理器被配置为执行以下指令：(i)以ICMP向骨干路由器发送轨迹分配请求消息；(ii)从骨干路由器接收轨迹分配答复消息；和(iii)向骨干路由器发送确认消息。
尽管已经根据当前被认为是特定方面的内容描述了系统和方法，但是本申请不必限于所公开的方面。旨在覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种修改和类似布置，其范围应当符合最宽泛的解释，以便包括所有这样的修改和类似结构。本公开包括以下权利要求的任何和所有方面。

Claims (20)

1.一种计算机实现的设备，包括：
非瞬时存储器，所述非瞬时存储器存储有用于在网络中分配轨迹的指令；以及
处理器，所述处理器操作地耦合到所述非瞬时存储器，所述处理器被配置为执行以下步骤：
以路径计算客户端通信协议从所述网络中的第一路径计算元件代理接收轨迹计算请求；以及
计算所述网络中从源设备延伸到目的地设备的轨迹。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器进一步被配置为，向位于所述轨迹中的一个或多个设备发送轨迹消息。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述轨迹消息包括发送到所述骨干路由器上的所述第一路径计算元件代理的轨迹计算答复消息。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述处理器进一步被配置为，经由所述骨干路由器上的所述第一路径计算元件代理，向所述一个或多个设备发送基于所述轨迹计算答复消息的轨迹指派消息。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器进一步被配置为确定通过其来配置位于轨迹上的一个或多个设备的第二骨干路由器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理器进一步被配置为，向位于比所述骨干路由器上的所述第一路径计算元件代理更接近所述轨迹上的所述一个或多个设备的所述第二骨干路由器上的第二路径计算元件代理发送轨迹转发指派消息。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述轨迹转发指派消息经由后处理器上的所述第一路径计算元件代理来发送。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述计算步骤包括检查单体调度数据库中的信息，所述信息包括设备地址、代理地址、第一调度单体和后续调度单体的时隙偏移、所述第一调度单体和所述后续调度单体的信道偏移、所述第一调度单体和所述后续调度单体的类型及其组合。
9.一种用于在网络中分配轨迹的计算机实现的方法，包括：
以路径计算客户端通信协议从所述网络中的骨干路由器上的第一路径计算元件代理接收轨迹计算请求；
计算从源设备延伸到目的地设备的轨迹；以及
向位于所述轨迹中的一个或多个设备发送轨迹消息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述轨迹消息包括发送到所述骨干路由器上的所述第一路径计算元件代理的轨迹计算答复消息。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
经由所述骨干路由器上的所述路径计算元件代理，向所述一个或多个设备发送基于所述轨迹计算答复消息的轨迹指派消息。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
确定通过其来配置位于所述轨迹上的一个或多个设备的第二骨干路由器。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
将包括轨迹转发指派消息的所述轨迹消息发送到位于比所述骨干路由器上的所述第一路径计算元件代理更接近所述轨迹上的所述一个或多个设备的所述第二骨干路由器上的第二路径计算元件代理。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
经由所述第二骨干路由器上的所述第二路径计算元件代理，向所述一个或多个设备发送基于所述轨迹转发指派消息的轨迹指派消息。
15.一种计算机实现的设备，包括：
非瞬时存储器，所述非瞬时存储器存储有用于将时隙化信道跳频调度信息报告给路径计算元件的指令；以及
处理器，所述处理器操作地耦合到所述非瞬时存储器，所述处理器被配置为执行以下步骤：
从一个或多个设备接收所述时隙化信道跳频调度信息；
聚合所接收的时隙化信道跳频调度信息；以及
将所聚合的时隙化信道跳频调度信息发送到所述路径计算元件。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，
经由互联网控制消息收发协议消息来接收所述时隙化信道跳频调度信息，并且
经由路径计算客户端通信协议消息来发送所聚合的时隙信道跳频调度信息。
17.一种用于将时隙化信道跳频调度信息报告给路径计算元件的计算机实现的方法，包括：
经由互联网控制消息协议消息从一个或多个设备接收所述时隙化信道跳频调度信息；
聚合所接收的时隙化信道跳频调度信息；以及
经由路径计算客户端通信协议消息将所聚合的时隙化信道跳频调度信息发送到路径计算元件。
18.一种计算机实现的设备，包括：
非瞬时存储器，所述非瞬时存储器存储有用于在网络中分配轨迹的指令；以及
处理器，所述处理器操作地耦合到所述非瞬时存储器，所述处理器被配置为执行以下步骤：
以互联网控制消息收发协议向骨干路由器发送轨迹分配请求消息；
从所述骨干路由器接收轨迹分配答复消息；以及
向所述骨干路由器发送确认消息。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，由所述处理器接收的所述轨迹分配答复消息包括从轨迹ID、源地址、目的地地址、外出单体及其组合中选择的信息。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述处理器进一步被配置为向所述骨干路由器报告时隙化信道跳频调度。
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