CN101547441B

CN101547441B - 下一代全ip无线传感器网络服务的实现方法

Info

Publication number: CN101547441B
Application number: CN2009100265552A
Authority: CN
Inventors: 王晓喃
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Changshu Institute of Technology
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: CN101547441A

Abstract

本发明提供了下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，与IPv6网络全IP通信的无线传感器网络提供的网络服务由多个传感器节点共同完成，网络服务划分为多个子服务，一个网络服务由一个IPv6地址和端口号唯一标识且此IPv6地址标识的传感器节点至少能够提供相应网络服务的一个子服务。本发明提供的下一代全IP无线传感器网络服务实现方法能够融合以数据为中心与以IP地址为中心的工作机制，使多个传感器节点协调工作共同完成用户所需的网络服务，使用户通过一次交互就能获取所需的所有服务数据，减轻了用户负担，缩短了服务响应时间；缩短了数据传输时间，减轻了网络负载，避免了网络拥塞，提高了网络服务性能。

Description

下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法

技术领域

本发明涉及一种网络服务的实现方法，尤其涉及的是下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法。

背景技术

由于无线传感器网络采用以数据为中心的工作机制，而全IP无线传感器网络采用以IP地址为中心的工作机制，因此，在全IP无线传感器网络中实现以数据为中心的网络服务往往存在工作低效等问题。例如，一个传感器节点一般只能采集某一类数据(如温度)，如果用户同时需要获取传感器节点采集的几类数据(如温度、湿度、光照强度等)，那么用户不得不发送几次服务请求分别获取所需的几类数据，既增加用户负担，又降低了网络服务性能。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，即与IPv6网络全IP通信的无线传感器网络服务的实现方法，其主要是融合以数据为中心与以IP地址为中心的工作机制，提高网络服务性能，使用户通过一次交互就能获取所需的所有服务数据。

技术方案：本发明公开了一种下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，所述方法中，与IPv6网络全IP通信的无线传感器网络提供的网络服务(以下简称网络服务)由多个传感器节点协同工作共同完成，网络服务划分为多个子服务，一个网络服务由一个IPv6地址和端口号唯一标识且此IPv6地址标识的传感器节点必须至少能够提供相应网络服务的一个子服务。

本发明中，当用户发送网络服务请求数据包时，此数据包的目的地址为标识此网络服务的IPv6地址，目的端口号为标识此网络服务的端口号。

本发明中，当用户发送网络服务请求数据包时，此数据包到达目的IPv6地址标识的目的传感器节点。传感器节点如果能够提供完整的网络服务，那么它将服务响应数据直接发送给用户，否则如果没有能力提供完整的网络服务，那么它将完整地网络服务划分为多个子服务，并在无线传感器网络内部广播子服务请求数据包，同时设定一个时钟，数据包应用层数据包括一个字段：子服务字段。

本发明中，子服务请求数据包采用IP头部中的TTL字段来控制子服务请求数据包的广播范围，TTL初始值为子服务请求数据包所能经过传感器节点的最大值，每经过一个传感器节点，TTL的值递减1；应用层的子服务字段用来记录哪些子服务已经完成，哪些子服务没有完成。

本发明中，传感器节点收到子服务请求数据包时，如果它是第一次接收到此数据包且能提供子服务字段中记录的没有完成的子服务，那么它将子服务的响应数据直接发送到目的传感器节点，同时修改子服务字段内容与TTL字段，将提供的子服务标识为已经完成，将TTL字段值递减1。如果此时所有子服务都已完成，那么停止广播子服务请求数据包；如果此时TTL值为0，那么停止广播子服务请求数据包；如果传感器节点不是第一次接收到此数据包，那么停止广播子服务请求数据包；否则如果存在没有完成的子服务且TTL值大于0且传感器节点是第一次接收到子服务请求数据包，那么传感器节点继续广播此子服务请求数据包。

本发明中，传感器节点收到子服务请求数据包时，如果它不能提供子服务字段中记录的没有完成的子服务且是第一次接收到子服务请求数据包，那么它修改TTL字段，将TTL字段值递减1，如果此时TTL值为0，那么停止广播子服务请求数据包；否则传感器节点继续广播此子服务请求数据包。

本发明中，目的传感器节点在时钟指定时间范围内，如果接收到的子服务响应数据能够提供完整的网络服务，那么它删除重复数据，将完整地网络服务响应数据发送给用户；否则如果目的传感器节点在时钟指定时间范围内无法提供完整的网络服务，那么它将TTL的初始值递增1，重新广播子服务请求数据包。

本发明中，如果目的传感器节点广播子服务请求数据包的次数多于预先设定的阈值，则将收到的不完整的子服务响应数据发给用户。即如果目的传感器节点广播子服务请求数据包的次数多于预先设定的阈值，那么它将收到的子服务响应数据以及没有完成的子服务数据(用0表示)共同构造一个完整的网络服务响应数据包，并将此数据包发给用户。

有益效果：本发明提供的下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法能够融合以数据为中心与以IP地址为中心的工作机制，使多个传感器节点协调工作共同完成用户所需的网络服务，使用户通过一次交互就能获取所需的所有服务数据，减轻了用户负担，缩短了服务响应时间；目的传感器节点从距离(距离度量单位为跳数)自己较近的传感器节点获取服务数据，缩短了数据传输时间，减轻了网络负载，避免了网络拥塞，提高了网络服务性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明所述的下一代全IP无线传感器网络服务流程示意图。

图2为本发明所述的子服务请求数据包格式示意图。

图3为本发明所述的传感器节点获取网络子服务的数据交互示意图。

图4为本发明所述的传感器节点获取网络子服务流程示意图。

图5为用户通过下一代全IP无线传感器获取农作物生存环境参数示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，所述方法中，与IPv6网络全IP通信的无线传感器网络提供的网络服务(以下简称网络服务)由多个传感器节点协同工作共同完成，网络服务划分为多个子服务，一个网络服务由一个IPv6地址和端口号唯一标识且此IPv6地址标识的传感器节点必须能够提供相应网络服务的一个子服务。当用户发送网络服务请求数据包时，此数据包到达目的IPv6地址标识的目的传感器节点。传感器节点如果能够提供完整的网络服务，那么它将服务响应数据直接发送给用户，否则如果没有能力提供完整的网络服务，那么它将完整地网络服务划分为多个子服务，并在无线传感器网络内部广播子服务请求数据包，同时设定一个时钟。目的传感器节点在时钟指定时间范围内，如果接收到的子服务响应数据能够提供完整的网络服务，那么它将完整地网络服务响应数据发送给用户；否则如果目的传感器节点在时钟指定时间范围内无法提供完整的网络服务且广播子服务请求数据包的次数少于预先设定的阈值，那么它将增大子服务请求数据包的广播范围，继续广播子服务请求数据包，否则，如果目的传感器节点广播子服务请求数据包的次数大于预先设定的阈值，那么它将收到的子服务响应数据以及没有完成的子服务数据(用0表示)共同构造一个完整的网络服务响应数据包，并将此数据包发给用户。

图1所示的是下一代全IP无线传感器网络服务流程示意图，步骤如下：

步骤101：用户发送网络服务请求数据包，数据包的目的地址为标识此网络服务的IPv6地址，目的端口号为标识此网络服务的端口号。

步骤102：数据包通过路由系统到达目的IPv6地址标识的传感器节点。

步骤103：目的传感器节点看自己是否能提供用户所请求的网络服务，如果能提供，则进行步骤104；否则进行步骤105。

步骤104：目的传感器节点直接将所请求的网络服务响应数据发送给用户，流程结束。

步骤105：目的传感器节点将网络服务划分为多个子服务。

步骤106：目的传感器节点在无线传感器网络内广播子服务请求数据包。

步骤107：目的传感器节点设定一个定时器。

步骤108：在时钟指定时间范围内，目的传感器节点接收到的子服务响应数据如果能提供完整的网络服务，则进行步骤110；否则进行步骤109。

步骤109：目的传感器节点整理接收到的子服务响应数据，将完整的网络服务响应数据发送给用户，整个流程结束。

步骤110：目的传感器节点查看广播子服务请求数据包的次数是否大于预先设定的阈值，如果大于，进行步骤112，否则，进行步骤111。

步骤111：目的传感器节点增加子服务请求数据包的广播范围，然后进行步骤106。

步骤112：目的传感器节点将收到的子服务响应数据以及没有完成的子服务数据(用0表示)共同构造一个完整的网络服务响应数据包，并将此数据包发给用户，整个流程结束。

图2所示的是子服务请求数据包格式示意图，子服务请求数据包数据格式为应用层数据，传输层与网络层分别采用现有网络协议(如UDP或IP)定义的格式。子服务请求数据包包含一个字段：子服务字段，它的长度为n字节，n为大于等于1的正整数，其值根据无线传感器网络子服务的数量来确定，本发明中，n取值为1。子服务字段用来记录哪些子服务已经完成，哪些子服务没有完成。在子服务字段中，按照从左到右的顺序每个比特位对应一种子服务，如果子服务已完成，那么对应的比特位为1，否则为0。

图3所示的是用户获取网络服务的数据交互示意图，用户将网络服务请求数据包发送到目的传感器节点，目的传感器节点将网络服务划分为多个子服务，并在无线传感器网络中广播子服务请求数据包，当传感器节点接收到目的传感器节点广播的子服务请求数据包时，如果它能提供子服务字段中未完成的子服务且它从来没有向目的传感器节点发送过此子服务的响应数据，那么它就向目的传感器节点发送此子服务的响应数据。最后，目的传感器节点将接收到的子服务响应数据进行整理，将完整的网络服务响应数据发送给用户。

图4所示的是传感器节点获取网络子服务流程示意图，步骤如下：

步骤401：传感器节点收到目的传感器节点广播的子服务请求数据包。

步骤402：传感器节点判断自己近期内是否第一次接收到此子服务请求数据包(根据数据包的源IP地址以及源端口号来判断是否曾经接收到过相同的子服务请求数据包)，如果是第一次，那么进行步骤404，否则进行步骤403。

步骤403：传感器节点放弃处理此子服务请求数据包，整个流程结束。

步骤404：传感器节点判断自己是否能提供数据包中子服务字段中标识为未完成的子服务，如果能，进行步骤405，否则如果不能，进行步骤408。

步骤405：传感器节点将能提供的子服务响应数据发送到目的传感器节点。

步骤406：传感器节点将提供的子服务状态从未完成状态改为已完成状态。

步骤407：传感器节点查看子服务字段中的所有子服务是否都标识为完成状态，如果是，进行步骤410，否则进行步骤408。

步骤408：传感器节点将子服务请求数据包中IP头部结构中的TTL字段值递减1。

步骤409：传感器节点判断此时的TTL值是否为0，如果为0，进行步骤410，否则如果不为0，进行步骤411。

步骤410：传感器节点停止广播子服务请求数据包，整个流程结束。

步骤411：传感器节点继续广播更新数据后的子服务请求数据包。

如图5所示以农作物生存环境参数为例：本发明设定提供农作物生存环境参数的网络服务对应的端口号为1024，并且此种网络服务所提供的农作物生存环境参数包括四种：温度、湿度、光照强度以及二氧化碳浓度。设定目的传感器节点的IPv6地址为3fe8:1:1:1::1/64，用户想通过目的节点获取其所在区域的农作物生存环境参数，那么他需要发送一个网络服务请求数据包，数据包的目的地址为3fe8:1:1:1::1/64，目的端口号为1024。这样，此数据包会被网络系统路由到目的传感器节点，并将服务请求提交给端口号为1024的服务处理进程进行处理。此服务处理进程发现自己只能提供温度的数据(即只有传感单元只能采集有关温度的数据)，而无法其他三种环境参数值，因此，目的传感器节点根据网络服务类型将整个网络服务分解为四种子服务，第一种子服务为获取温度参数值，第二种子服务为获取湿度参数值，第三种子服务为获取光照强度参数值，第四种子服务为获取二氧化碳浓度参数值。然后，构造子服务请求数据包应用层数据，即1000 0000(子服务请求数据包应用层数据设定为1个字节)，其中，前四比特为有效位，按照自左向右的顺序，第一个比特位1对应第一种子服务，表示已完成，第二个比特位0对应第二种子服务，表示未完成，以此类推。子服务请求数据包的目的地址为广播地址，目的端口号为1024，TTL值设定为2。目的传感器节点在广播子服务请求数据包的同时还设定一个时钟。这样，子服务请求数据包在无线传感器网络中进行广播，当传感器节点接收到子服务请求数据包之后，它根据子服务请求数据包的源地址及源端口判断近期内(以一个预先时钟设定值来判断是否为近期，如果在时钟时间范围内，则认为是近期)是否接到过同样的子服务请求数据包，如果没有接收到同样的数据包，传感器节点则根据子服务请求数据包的目的端口号及应用层数据判断自己是否能够提供标识为未完成状态的子服务响应数据，如果能提供，就将响应数据直接发送给目的传感器节点，并将相应子服务的状态从未完成修改为已完成，如果此时所有子服务状态都为已完成，那么传感器节点停止广播此子服务请求数据包，否则它将子服务请求数据包的TTL值递减1，如果此时TTL值为0，那么停止广播子服务请求数据包，否则继续广播此数据包。

目的传感器节点在时钟设定范围内，查看返回的子服务响应数据是否能提供完整的网络服务，如果能，则将完整的网络服务数据返回给用户，否则，判断发送子服务请求的次数是否超过了设定的阈值，如果没有，则增加数据包的TTL值(如将TTL值从2增加为3)，重新广播子服务请求数据包。如果发送子服务请求的次数超过了设定的阈值，那么将获取的不完全网络服务响应数据返回给用户。

本发明提供了一种下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，其特征在于，与IPv6网络全IP通信的无线传感器网络提供的网络服务由一个以上传感器节点完成，所述网络服务划分为多个子服务，一个网络服务由一个IPv6地址和端口号唯一标识，且此IPv6地址标识的传感器节点至少能够提供相应网络服务的一个子服务；当用户发送网络服务请求数据包时，此数据包的目的地址为标识所述网络服务的IPv6地址，目的端口号为标识所述网络服务的端口号；当用户发送网络服务请求数据包时，此数据包到达目的IPv6地址标识的目的传感器节点；传感器节点如果能够提供完整的网络服务，则将服务响应数据直接发送给用户，否则将完整的网络服务划分为多个子服务，并在无线传感器网络内部广播子服务请求数据包，同时设定一个时钟，所述数据包应用层数据包括一个子服务字段。

2.根据权利要求1所述的下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，其特征在于，所述子服务请求数据包采用IP头部中的TTL字段来控制子服务请求数据包的广播范围，TTL初始值为子服务请求数据包所能经过传感器节点的最大值，每经过一个传感器节点，TTL的值递减1；应用层的子服务字段用于已经完成的服务和未完成的服务。

3.根据权利要求2所述的下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，其特征在于，当传感器节点收到子服务请求数据包时，如果所述传感器节点是第一次接收到此数据包且能提供子服务字段中记录的没有完成的子服务，则将子服务的响应数据直接发送到目的传感器节点，同时修改子服务字段内容与TTL字段，将提供的子服务标识为已经完成，并将TTL字段值递减1；如果此时所有子服务都已完成，则停止广播子服务请求数据包；如果此时TTL值为0，则停止广播子服务请求数据包；如果传感器节点不是第一次接收到此数据包，则停止广播子服务请求数据包；如果存在没有完成的子服务且TTL值大于0且传感器节点是第一次接收到子服务请求数据包，则传感器节点继续广播此子服务请求数据包。

4.根据权利要求3所述的下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，其特征在于，当传感器节点收到子服务请求数据包时，如果所述传感器节点不能提供子服务字段中记录的没有完成的子服务且是第一次接收到子服务请求数据包，则修改TTL字段，将TTL字段值递减1，如果此时TTL值为0，则停止广播子服务请求数据包；否则所述传感器节点继续广播此子服务请求数据包。

5.根据权利要求4所述的下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，其特征在于，所述目的传感器节点在时钟指定时间范围内，如果接收到的子服务响应数据能够提供完整的网络服务，则删除重复数据，将完整的网络服务响应数据发送给用户；如果目的传感器节点在时钟指定时间范围内无法提供完整的网络服务，则将TTL的初始值递增1，并重新广播子服务请求数据包。

6.根据权利要求5所述的下一代全IP无线传感器网络服务的实现方法，其特征在于，如果目的传感器节点广播子服务请求数据包的次数多于预先设定的阈值，则将收到的子服务响应数据发给用户。