連接低功率網絡域的標簽交換路由選擇的制作方法
【專利摘要】本文描述了一種網絡元件。在一個實施例中，包括在第一域中的所述網絡元件接收來自第一域中的主機的分組，所述分組包括到第二域中主機的目的地地址，該目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，第二域標簽標識第二域。路由選擇標簽和縮短的MAC地址被附連到接收的分組，并且所述分組在標簽指示的標簽交換路徑上被發送到第二域。
【專利說明】連接低功率網絡域的標簽交換路由選擇
[0001]對相關申請的交叉引用
本申請要求2011年5月13日提交的名稱為“Applying MPLS to the Internet ofThings - Tackling the 6LoffPAN Case”的美國臨時申請N0.61/486100 的權益，該申請特此通過引用被結合。
【技術領域】
[0002]本發明的實施例涉及在不同域之間路由分組的領域，并且更具體地說，涉及在低功率網絡域之間路由分組以便節省功率。
【背景技術】
[0003]“物聯網”(1T)是一種迅速出現的典型，除其它之外，它引入了新型的因特網端點。在1T界，甚至處理能力有限、電池功率小、存儲器小及連網和服務能力有限的小裝置也能夠變成端點。這些小裝置其大部分壽命時間可在冬眠模式中度過。此類小功率1T裝置可被指派范圍廣泛的任務，如感應其直接周圍的不同元件或因素。如果保持低成本，則能夠大量部署它們并且覆蓋廣闊的地理區域。除其它之外，此類裝置也被提議在辦公室和工廠環境中的自動化和娛樂應用中使用。
[0004]另外，通過使用因特網協議，能夠預期這些小裝置發現和自行配置關鍵的連網參數，這些參數將授予它們在特定區域中的成員關系，并且使得它們能夠在任何時間應答本地和遠程裝置發送的查詢。在一些情形中，響應的數量能夠大幅增加，這又可增加路由選擇基礎設施的負擔。此路由選擇基礎設施也可由功率受約束裝置形成。
[0005]為降低此新類型小裝置上的功率和處理需求，IETF (因特網工程任務組)的6LoffPAN (IPv6低功率無線個人區域網絡，IEEE 802.15.4)工作組在將優化引入IPv6鄰居發現協議。優化包括尋址機制和重復地址檢測無狀態壓縮協議及其它改進。結果的開發不但能夠用于極低功率裝置，而且能夠用于重視降低空中時間、功耗或處理資源的任何裝置。
【發明內容】
[0006]在本發明的一個實施例中，一種方法由網絡元件來執行以便將分組從主機所位于的第一域中的所述主機路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，該網絡元件在所述第一域中并且通過標簽交換路徑連接到第二域。所述方法包括以下步驟:在第一域中的所述網絡元件接收來自第一域中的主機的分組，所述分組包括到第二域中主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，第二域標簽標識第二域；解析接收的分組以確定第二域中所述分組的目的地，并且基于目的地地址將路由選擇標簽和縮短的MAC地址附連到接收的分組，路由選擇標簽指示到第二域的路徑，并且縮短的MAC地址指示第二域中的目的地主機；以及將帶有附連的路由選擇標簽和縮短的MAC地址的所述分組在該標簽指示的標簽交換路徑上發送到第二域。[0007]在本發明的另一實施例中，描述了一種用于在通過標簽交換路徑連接到第二域的第一域中使用的網絡元件，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，其中，該網絡元件操作以將分組從第一域中的主機路由到第二域中的主機。該網絡元件包括:入口模塊，操作以在該網絡元件接收來自第一域中的主機的分組，接收的分組包括第二域中主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的MAC (媒體接入控制)地址而形成，第二域標簽標識第二域；處理器，操作以基于目的地地址來解析接收的分組以確定第二域中分組的目的地，并且將路由選擇標簽和縮短的MAC地址附連到接收的分組，路由選擇標簽指示到第二域的路徑，并且縮短的MAC地址指示第二域中的目的地主機；以及出口模塊，操作以將帶有目的地地址和路由選擇標簽的所述分組在該標簽指示的標簽交換路徑上發送到第二域。
[0008]在本發明的另一實施例中，一種方法在網絡元件中被執行以便將分組從第一域中的主機路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，該網絡元件在第二域中并且通過標簽交換路徑連接到第一域。所述方法包括以下步驟:在第二域中的所述網絡元件通過第一域中的網絡元件，通過標簽交換路徑接收來自第一域中的主機的分組，所述分組包括指示第二域的附連的目的地標簽和指示第二域中目的地主機的附連的縮短的MAC地址；使用縮短的MAC地址確定目的地主機；去除附連的目的地標簽和附連的縮短的MAC地址；以及將所述分組發送到確定的目的地主機。
[0009]在本發明的另一實施例中，描述了一種用于在通過標簽交換路徑連接到第一域的第二域中使用的網絡元件，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，其中，該網絡元件操作以將分組從第一域中的網絡元件路由到第二域中的主機。該網絡元件包括:入口模塊，操作以在所述網絡元件通過第一域中的網絡元件，通過標簽交換路徑接收來自第一域中主機的分組，所述分組包括標識第二域的附連的第二域標簽和指示第二域中目的地主機的附連的縮短的MAC地址；處理器，操作以使用縮短的MAC地址來確定目的地主機，并且去除附連的第二域標簽和附連的縮短的MAC地址；以及出口模塊，操作以將所述分組發送到確定的目的地主機。
[0010]在本發明的另一實施例中，一種方法在第一域中的網絡元件中被執行以便將分組路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共路由器連接的多個主機，該網絡元件在第一域中并且通過相應域的路由器，使用標簽交換路徑連接到第二域。所述方法包括以下步驟:在第一域中的所述網絡元件生成用于第二域中的主機的分組，所述分組包括到第二域中主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，第二域標簽標識第二域；以及將所述分組發送到第一域中的路由器。
[0011 ] 在本發明的另一實施例中，一種方法由第一域中的網絡元件執行以便將分組路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共路由器連接的多個主機，該網絡元件在第一域中并且通過相應域的路由器，使用標簽交換路徑連接到第二域。所述方法包括以下步驟:在第一域中的所述網絡元件生成用于第二域中的主機的分組，所述分組包括到第二域中主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，第二域標簽標識第二域；以及將所述分組發送到第一域中的路由器。[0012]在本發明的另一實施例中，描述了一種第一域中的網絡元件，操作以將分組路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共路由器連接的多個主機，該網絡元件在第一域中并且通過相應域的路由器連接到第二域。所述網絡元件包括:處理器，操作以在第一域中的所述網絡元件生成用于第二域中主機的分組，所述分組包括到第二域中主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，第二域標簽標識第二域；以及出口模塊，操作以將所述分組發送到第一域中的路由器。
[0013]因此，本發明的各種實施例能夠使用更簡單的尋址和可選的更大有效負載，在不同網絡域中的主機之間實現低功率通信。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]通過參照下面的描述和用于示出本發明實施例的附圖，可最好地理解本發明。在圖中:
圖1是根據本發明的一實施例，通過標簽交換路徑由邊緣路由器連接以允許在一個域的主機與另一域中的主機進行通信的不同網絡域的圖形；
圖2是根據本發明的一實施例的主機網絡元件的框圖；
圖3是根據本發明的一實施例的路由器網絡元件的框圖；
圖4是根據本發明的一實施例，示出在不同節點的源和目的地地址的簡化信令圖；
圖5是根據本發明的一實施例，將分組從第一域中的邊緣路由器路由到第二域中的邊緣路由器的過程流程圖；
圖6是在第二域的邊緣路由器將從第一域中的邊緣路由器接收的分組路由到第二域中的主機的過程流程圖；以及
圖7是根據本發明的一實施例，通過邊緣路由器將分組從一個域中的主機發送到另一域中的主機的過程流程圖。
【具體實施方式】
[0015]在下面的描述中，陳述了許多特定細節。然而，要理解的是，實踐本發明的實施例可無需這些特定細節。在其它情況下，公知的電路、結構和技術未詳細顯示以免混淆對此描述的理解。
[0016]說明書中對“ 一個實施例”、“一實施例”、“示例實施例”等的引用指所述實施例可包括特定特征、結構或特性，但每個實施例可不一定包括特定特征、結構或特性。另外，此類詞語不一定指相同實施例。此外，在結合實某個施例描述某個特定特征、結構或特性時，認為結合無論是否明確描述的其它實施例來實現此類特征、結構或特性是在本領域技術人員的認知之內。
[0017]在下面的描述和權利要求中，可使用術語“耦合”和“連接”及其衍生詞。應理解，這些術語無意作為彼此的同義詞。“耦合”用于指示可相互直接物理或電接觸或不直接物理或電接觸的兩個或更多元件相互協作或交互。“連接”用于指示相互耦合的兩個或更多元件之間通信的建立。
[0018]多協議標簽交換(MPLS)是一種路由選擇基礎設施，它能夠使用受約束路由器形成以便最小化數據分組尺寸(size)和能夠實現按需業務工程。在本發明的一個實施例中，分布在特定地理區域內的少量查詢節點使用短的媒體接入控制層(MAC)地址和MPLS標簽將查詢發送到一個或多個傳感器。標簽的選擇能夠取決于在該特定時間需要的服務質量(QoS)。
[0019]雖然用于傳感器網絡的平均帶寬極低，但造成許多傳感器報告的事件能夠造成對帶寬需求的迅猛增長。例如，如果在橋接器上有突然問題，或者特殊區域中有突然天氣警報，則大量的傳感器可能要立即報告，并且那些報告可能需要以高置信度被接收。這些事件是快速帶寬獲得和更改的優先級處理的主要動力。本文中所述短MAC地址和標簽的組合能夠解決QoS要求而無需另外的信令消息，并且消除了在數據分組中攜帶IPv6報頭的需要。
[0020]6LowPAN能夠使用來自因特網協議版本6 (IIPv6)的因特網協議的變化，實現端對端數據流。在能夠從中央服務器保持它并且為極大的網絡對其進行擴展的同時，它減少了代碼和存儲器的使用。協議棧包括應用層、UDP (用戶數據報協議)和ICMP (因特網控制消息協議)層、修改的IPv6層、MAC (媒體接入控制)層及PHY (物理)層。
[0021]圖1是在通過邊緣路由器連接在一起的多個網絡之間通信的圖。用于6LoWPAN的標準體系結構是末端網絡(stub network)。這例如在圖1中示為末端網絡101、102、103、
104、105。每個末端網絡具有邊緣路由器ER1、ER2、ER3、ER4、ER5以允許接入在其相應網絡外的節點。在每個末端網絡內，可以有主機和路由器。主機能夠通過路由器相互進行通信，并且路由器能夠與其它路由器和主機進行通信。
[0022]圖1的特定體系結構被示出以簡化本公開。本發明的實施例可應用到其它網絡配置，其它網絡配置使用不止一個邊緣路由器并且從特定網絡內提供其它形式的入口和出□。
[0023]如圖1所示的末端網絡只與其它末端網絡進行通信，然而，邊緣路由器也可提供連接到其它網絡和裝置。在LoWPAN內，簡單的網絡提供通過回程鏈路到其它路由器的連接，并且支持到因特網及到其它路由器和服務器的連接。在擴展LoWPAN中，骨干鏈路將邊緣路由器相互連接，以及將邊緣路由器連接到其它路由器和服務器。這些配置可用于連接圖1的網絡到其它裝置。網絡也可使用LoWPAN外的連接和配置連接到其它裝置。
[0024]再參照圖1，最左側的網絡101具有諸如Rl等路由器和諸如主機A等主機。每個主機具有用于末端網絡的完全IPv6地址和域地址。主機能夠是任何類型的裝置，這些裝置能夠從降低的功耗中受益。在一個示例中，主機是老熟森林(old growth forest)中的煙霧探測器，在閑置模式中等待火災。然而，本文中所述相同技術也能夠應用到臺式計算機、外設、便攜式音樂播放器及任何其它W1-Fi啟用的裝置。主機也能夠將LoWPAN或6LoWPAN提供為特殊的低功率模式，并且因而在需要時在其它無線電模式中操作(這取決于特定環境和要進行的通信)。主機也能夠用作域內的路由器，并且路由器也能夠用作主機。
[0025]根據6LoWPAN，每個主機使用IPv6鄰居發現協議的修改版本以便使得主機能夠配置和注冊其IPv6及媒體接入控制(MAC)地址。由于IPv6報頭的大尺寸，6LoWPAN使用強大的無狀態壓縮算法以便在為攜帶有用數據預留的少量空間中攜帶更多的信息。通過在處理器中使用更多功率，壓縮算法也以小成本最小化無線電的功耗。
[0026]表I通過完全報頭示出為在6LoWAPAN中使用指定的分組的一般配置。分組對應于127字節的一個完整802.15.4幀，
【權利要求】
1.一種在網絡元件中執行的方法，用于將分組從主機所位于的第一域中的所述主機路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，所述網絡元件在所述第一域中并且通過標簽交換路徑而連接到所述第二域，所述方法包括以下步驟: 在所述第一域中的所述網絡元件接收來自所述第一域中的主機的分組，所述分組包括到所述第二域中的主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，所述第二域標簽標識所述第二域； 基于所述目的地地址，解析所接收的分組以確定所述第二域中所述分組的目的地； 將路由選擇標簽和所述縮短的MAC地址附連到所接收的分組，所述路由選擇標簽指示到所述第二域的路徑，并且所述縮短的MAC地址指示所述第二域中的目的地主機；以及 將帶有所附連的路由選擇標簽和縮短的MAC地址的所述分組在所述標簽指示的標簽交換路徑上發送到所述第二域。
2.如權利要求1所述的方法，其中附連所述路由選擇標簽和所述縮短的MAC地址的步驟包括將包裝附連到所接收的分組。
3.如權利要求1所述的方法，其中接收所述分組的步驟包括接收包括源地址的所述分組，所述源地址通過將IPv6地址的接口標識符替代為標識接收的所述分組所源于的主機的縮短的MAC地址而形成。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述源地址不包括所述第一域的標識。
5.如權利要求4所述的方法，其中接收所述源地址的步驟包括接收作為IPv6(因特網協議版本6)分組的一部分的所述源地址。
6.如權利要求1所述的方法，其中附連路由選擇標簽的步驟包括附連所述第二域標簽。
7.如權利要求1所述的方法，其中附連所述路由選擇標簽的步驟包括附連指示所述路徑中下一網絡元件的路由選擇標簽。
8.如權利要求1所述的方法，還包括基于所述目的地地址的第二域標簽來確定用于所接收的分組的路徑的步驟。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述目的地地址包括接口標識符，所述接口標識符基本上由所述第二域標簽和所述縮短的MAC地址組成。
10.如權利要求1所述的方法,其中所述目的地地址被包括在IPv6分組的地址中，所述IPv6分組被修改成去除前綴和所述接口標識符的一部分。
11.一種用于在通過標簽交換路徑連接到第二域的第一域中使用的網絡元件，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，其中所述網絡元件操作以將分組從所述第一域中的主機路由到所述第二域中的主機，所述網絡元件包括: 入口模塊，操作以在所述網絡元件接收來自所述第一域中的主機的分組，所接收的分組包括所述第二域中的主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的MAC (媒體接入控制)地址而形成，所述第二域標簽標識所述第二域； 處理器，操作以基于所述目的地地址來解析所接收的分組以確定所述第二域中所述分組的目的地，并且將路由選擇標簽和所述縮短的MAC地址附連到所接收的分組，所述路由選擇標簽指示到所述第二域的路徑，并且所述縮短的MAC地址指示所述第二域中的目的地主機；以及 出口模塊，操作以將帶有所述目的地地址和所述路由選擇標簽的所述分組在所述標簽指示的標簽交換路徑上發送到所述第二域。
12.如權利要求11所述的網絡元件，其中所附連的路由選擇標簽和縮短的MAC地址包括附連到所述分組的包裝。
13.如權利要求11所述的網絡元件，其中所接收的數據分組包括源地址，所述源地址包括標識接收的所述分組源于的主機的縮短的MAC地址。
14.如權利要求11所述的網絡元件，其中所附連的路由選擇標簽包括所述第二域標簽。
15.如權利要求11所述的網絡元件，其中所附連的路由選擇標簽包括所述路徑中下一網絡元件的標識。
16.—種在網絡元件中執行的方法，用于將分組從第一域中的主機路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，所述網絡元件在所述第二域中并且通過標簽交換路徑連接到所述第一域，所述方法包括以下步驟: 在所述第二域中的所述網絡元件通過所述第一域中的網絡元件，通過標簽交換路徑接收來自所述第一域中主機的分組，所述分組包括附連的目的地標簽以指示所述第二域以及附連的縮短的MAC地址以指示所述第二域中的目的地主機； 使用所述縮短的MAC地址來確定所述目的地主機； 去除所述附連的目的地標簽和所述附連的縮短的MAC地址；以及 將所述分組發送到所確定的目的地主機。
17.如權利要求16所述的方法，其中接收所述分組的步驟包括:接收包括具有所述目的地主機的接口標識符的目的地地址的所述分組，所述方法還包括將所述接口標識符替代為所述目的地主機的縮短的MAC地址的步驟。
18.如權利要求16所述的方法，其中接收所述分組的步驟包括:接收包括具有接口標識符的IPv6報頭的所述分組，所述方法還包括從所述接口標識符去除所述第二域的標識的步驟。
19.如權利要求16所述的方法，其中接收所述分組的步驟包括:接收包括源地址的所述分組，所述方法還包括將指示所述第一域的標簽添加到所述源地址的步驟。
20.一種用于在通過標簽交換路徑連接到第一域的第二域中使用的網絡元件，每個域具有通過相應域的公共網絡元件進行連接的多個主機，其中所述網絡元件操作以將分組從所述第一域中的網絡元件路由到所述第二域中的主機，所述網絡元件包括: 入口模塊，操作以在所述網絡元件通過所述第一域中的網絡元件，通過標簽交換路徑接收來自所述第一域中主機的分組，所述分組包括附連的第二域標簽以標識所述第二域以及附連的縮短的MAC地址以指示所述第二域中的目的地主機； 處理器，操作以使用所述縮短的MAC地址來確定所述目的地主機，并且去除所述附連的第二域標簽和所述附連的縮短的MAC地址；以及 出口模塊，操作以將所述分組發送到所確定的目的地主機。
21.如權利要求20所述的網絡元件，其中所述分組還包括具有所述目的地主機的接口標識符的目的地地址，所述處理器還操作以將所述接口標識符替代為所述目的地主機的縮短的MAC地址。
22.如權利要求20所述的網絡元件，其中所述分組包括具有接口標識符的IPv6報頭，所述處理器還操作以從所述接口標識符去除所述第二域的指示。
23.一種在第一域中的網絡元件中執行的方法，用于將分組路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共路由器進行連接的多個主機，所述網絡元件在所述第一域中并且通過相應域的路由器使用標簽交換路徑連接到所述第二域，所述方法包括以下步驟: 在所述第一域中的所述網絡元件生成用于所述第二域中主機的分組，所述分組包括到所述第二域中所述主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，所述第二域標簽標識所述第二域；以及 將所述分組發送到所述第一域中的路由器。
24.如權利要求23所述的方法，其中生成分組的步驟還包括:生成具有不包括所述第一域的標識的源地址的分組。
25.如權利要求24所述的方法，其中生成分組的步驟包括:生成具有所述源地址而不是IP地址的接口標識符以及具有所述目的地地址而不是IP地址的接口標識符的所述分組。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述IP地址沒有IPv6前綴。
27.一種第一域中的網絡元件，操作以將分組路由到第二連接的域中的主機，每個域具有通過相應域的公共路由器進行連接的多個主機，所述網絡元件在所述第一域中并且通過相應域的路由器連接到所述第二域，所述網絡元件包括: 處理器，操作以在所述第一域中的所述網絡元件生成用于所述第二域中主機的分組，所述分組包括到所述第二域中所述主機的目的地地址，所述目的地地址通過將IP地址的接口標識符替代為第二域標簽和縮短的媒體接入控制(MAC)地址而形成，所述第二域標簽標識所述第二域；以及 出口模塊，操作以將所述分組發送到所述第一域中的路由器。
【文檔編號】H04L12/723GK103534993SQ201280023606
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月3日 優先權日:2011年5月13日
【發明者】W.哈達德, J.哈爾佩恩, S.查克拉巴蒂 申請人:瑞典愛立信有限公司