CN101895874A - 一种将移动终端作为从网关进行通信的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将移动终端作为从网关进行通信的方法及系统，所述方法包括以下步骤：主网关根据移动终端的代理能力信息，将所述移动终端提升为从网关，并为所述从网关分配从网关短地址；主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址；主网关将上述终端设备信息及从网关公网地址发给服务器，服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关网内公网地址。本发明通过将移动终端提升为从网关，通过移动终端来分担一部分主网关的数据处理任务，进而减轻了主网关的处理任务，避免了主网关由于任务加剧可能造成的网络故障。

Description

一种将移动终端作为从网关进行通信的方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通讯技术领域，特别是涉及一种将移动终端作为从网关进行通信的方法及系统。

背景技术

现有的物联网应用网络架构如图1所示，由终端设备构成的无线传感网部署在各种应用环境中，如智能家居、智能医疗等。网关对远程通信网和无线传感网进行协议转换，转发双方数据。远程通信网支持2G移动通信、3G移动通信、xDSL(xDSL是各种类型的DSL总称，包括ADSL、RADSL、VDSL、SDSL、IDSL和HDSL等，其中，DSL是Digital Subscribe Line，简称为数字用户线路)、FTTx(FTTx，光纤接入，其中，x＝H for home，P for premises，C for curb and Nfor node or neighborhood，即：FTTH为光纤到户，FTTP为光纤到驻地，FTTC为光纤到路边/小区，FTTN为光纤到结点)、宽带无线接入、卫星/微波等远距离无线接入方式的一种或几种，将服务器和网关的数据可靠地传输到对方。服务器对终端设备的信息进行集中管理。

当无线传感网的节点数增多，即终端设备数增多，网络流量增大时，网关的处理任务将会急剧加重。现有技术对传感网的多网关情况进行了处理，但所处理的对象是具有相同软硬件结构和处理能力的相同网关，且网关之间的任务分配是按照负载均衡的原则进行的。

在实际应用中，无线传感网附近往往存在着手机等移动终端，这些移动终端若带有zigbee(紫蜂，即IEEE 802.15.4协议)模块，则能通过远程通信网将无线传感网与服务器连接起来。此时，移动终端可以充当网关的功能。但具体可以分担原网关的什么功能，取决于原网关的通信需求和移动终端的处理能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将移动终端作为从网关进行通信的方法及系统，用以解决现有技术在网络流量增大时网关的处理任务将会急剧加重的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种将移动终端作为从网关进行通信的方法，所述方法包括以下步骤：

主网关根据移动终端的代理能力信息，将所述移动终端提升为从网关，并为所述从网关分配从网关短地址；

主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址；

主网关将上述终端设备信息及从网关公网地址发给服务器，服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址。

进一步，在主网关将所述移动终端提升为从网关之前，还包括：

所述主网关向移动终端发送请求消息，请求将所述移动终端作为从网关；

所述移动终端接收请求，并向所述主网关发送代理能力信息。

进一步，在主网关将所述移动终端提升为从网关之前，还包括：

所述移动终端向所述主网关发送从网关请求，请求将所述移动终端作为从网关；

主网关接收移动终端的请求，向移动终端返回响应，并请求移动终端发送代理能力信息；

所述移动终端向所述主网关发送代理能力信息。

进一步，为所述从网关分配从网关短地址之后，还包括以下步骤：

所述主网关将所述从网关的从网关短地址广播给所有路由器和终端设备，并命令所有路由器和终端设备向从网关发起路由请求；

所有路由器和终端设备向所述从网关发起路由请求；

所述从网关为每个路由器和终端设备选出最优路径，每个路由器和终端设备上保存与所述从网关通信的路由表。

进一步，主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址，具体包括：

从网关将每个路由器和终端设备的代价信息发至所述主网关；

所述主网关根据所述代价信息，向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址。

进一步，在服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址之后，还包括：

当终端设备发送数据得不到从网关应答时，该终端设备广播发起路由请求；

当无法建立路径，该终端设备将目标地址改为主网关地址，向主网关发送重新加入请求；

主网关接收所述重新加入请求，在终端设备列表中添加此终端设备，并请求从网关在终端设备列表中删除此终端设备；

从网关接收主网关的请求，在终端设备列表中删除上述终端设备，并向主网关报告操作成功；

主网关将该终端设备信息发给服务器，服务器将该终端设备的公网地址改为所述主网关公网地址。

进一步，在服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址之后，还包括：

主网关周期性检测从网关信号强弱，当主网关判定从网关退出网络时，所述主网关向所述从网关管理的终端设备发送命令，将它们的网内目标地址改为主网关短地址；

所述主网关向所路由器和终端设备广播命令，删除节点路由表中跟所述从网关相关的路由信息。

主网关将所述从网关管理的终端设备信息发给服务器，服务器将所述从网关管理的终端设备的公网地址改为所述主网关公网地址。

另一方面，本发明还提供一种将移动终端作为从网关进行通信的系统，包括主网关、移动终端和服务器，所述主网关包括从网关短地址分配单元和目标地址修改单元，所述服务器包括公网地址修改单元：其中，

从网关短地址分配单元，用于主网关根据移动终端的代理能力信息，将所述移动终端提升为从网关，为所述从网关分配从网关短地址；

目标地址修改单元，用于主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址；

公网地址修改单元，用于主网关将上述终端设备信息及从网关公网地址发给服务器，将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址。

进一步，所述主网关还包括请求消息发送单元，所述移动终端包括代理能力信息发送单元；其中，

请求消息发送单元，用于向所述移动终端发送请求消息，请求将所述移动终端作为从网关；

代理能力信息发送单元，用于所述移动终端接收请求，并返回接收信息；并向所述主网关发送代理能力信息。

进一步，所述移动终端包括从网关请求发送单元和代理能力信息发送单元；所述主网关包括请求处理单元；其中，

从网关请求发送单元，用于向所述主网关发送从网关请求，请求将所述移动终端作为从网关；

请求处理单元，用于接收移动终端的请求，向移动终端返回响应，并请求移动终端发送代理能力信息；

代理能力信息发送单元，用于向所述主网关发送代理能力信息。

本发明有益效果如下：

本发明通过将移动终端提升为从网关，通过移动终端来分担一部分主网关的数据处理任务，进而减轻了主网关的处理任务，避免了主网关由于任务加剧可能造成的网络故障。

附图说明

图1是现有的物联网应用网络架构示意图；

图2是本发明实施例中将移动终端作为从网关加入后的网络架构示意图；

图3是本发明实施例中一种将移动终端作为从网关进行通信的方法的流程图；

图4是本发明实施例中从网关移动导致节点通信失败时的处理流程图；

图5是本发明实施例中从网关退出时的处理流程图；

图6是本发明实施例中一种将移动终端作为从网关进行通信的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术在网络流量增大时网关的处理任务将会急剧加重的问题，本发明提供了一种将移动终端作为从网关进行通信的方法及系统，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

图2说明了移动终端作为从网关加入前后的网络架构。其中，图2中的从网关以及虚线部分为从网关加入后网络所增加的部分。

从网关加入前，无线传感网按照基于AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，无线自组网按需平面距离矢量路由协议)的路由协议进行组网，网络中的路由器和终端设备存有到主网关的路由表。终端设备通过主网关和远距离通信网与服务器进行交互。

从网关加入后，无线传感网按照基于AODV的路由协议，寻找到从网关的路径，网络中的路由器和终端设备存有到从网关的路由表。终端设备可以通过主网关或从网关和远距离通信网与服务器进行交互。

如图3所示，本发明实施例涉及一种将移动终端作为从网关进行通信的方法，当无线传感网为zigbee网络时，所述移动终端带zigbee模块，所述方法包括以下步骤：

步骤S101，将移动终端提升为从网关，该步骤中，移动终端提升为从网关，可以是主网关主动请求，也可以是移动终端主动请求，因此，本步骤包括步骤S101a和S102a，或者，S101b和S102b。

步骤S101a：主网关主动寻找附近的移动终端，请求移动终端作为从网关。

步骤S102a：移动终端在用户允许的情况下，接收请求并返回相应信息。

步骤S101b：移动终端在用户允许的情况下，自动寻找主网关并发送从网关请求。或直接由用户手动发起请求。

步骤S102b：主网关接收移动终端的请求，向移动终端返回响应，并请求移动终端发送代理能力信息。

步骤S103：移动终端向主网关发送代理能力信息。

代理能力信息包括移动终端的智能程度、通信速度、剩余电量、剩余流量等信息。其中，移动终端的智能程度信息是指移动终端的处理能力、处理速度等信息。终端设备流量信息，即终端设备单位时间内的平均流量，由节点所属的网关进行监测，包括上行流量和下行流量；剩余流量信息是指运营商分配给移动终端的流量减去移动终端自身占用的流量后剩余的流量。

步骤S104：主网关根据代理能力信息，进行网关管理决策，决定是否将移动终端提升为从网关，并将决策信息发至移动终端。如果决策为是，主网关还要为从网关分配一个zigbee网内短地址，即从网关短地址。

需要解释的是：网关有两个地址：即公网地址和短地址。公网地址与短地址是两个不同的概念，公网地址用于跟服务器通信，短地址用于跟无线传感网节点(终端设备)通信。主网关/从网关与无线传感网节点通信也支持公网地址寻址，但为了降低无线传感网的通信数据量和地址存储量，网内通信采用短地址寻址。服务器与无线传感网节点通信时，服务器根据服务器内所存储的终端设备对应的公网地址，将数据发至公网地址对应的网关(该网关可能是主网关或从网关)，网关再根据短地址将数据转发至相应的终端设备。

步骤S105：如果主网关决定将移动终端提升为从网关，主网关将从网关的网内短地址广播给所有节点，即所有路由器和终端设备，并命令所有节点向从网关发起路由请求。

步骤S106：所有节点(路由器和终端设备)基于AODV的路由协议，向从网关发起路由请求。从网关按照同样的路由协议，为每个节点选出最优路径，每个节点上保存与从网关通信的路由表。

本步骤中，从网关在为每个节点选取最优路径时，将每个节点到达从网关的连接代价记录下来。通常，连接代价是接收到的信号强度的典型函数，即连接代价与信号强度成反比。沿着路径，求出所有连接的连接代价总和，便可以得到整个路径的“路径代价”。其中，最优路径是指：节点向其它节点发起到达目标节点(例如从网关)的路径请求，其它节点如果知道到达目标节点的路径，则反馈该路径，如果不知道，则转发该路径请求给其它节点，直到有节点反馈路径信息，其中，发起节点收到的第一条反馈路径信息中的路径即为最优路径。

步骤S107：从网关将每个节点的代价信息发至主网关。终端设备代价信息，对于每个终端设备而言，代价信息包括从该终端设备到主网关的路径代价，以及从该终端设备到从网关的路径代价。

步骤S108：主网关根据代价信息，进行决策，得到决策信息。主网关在保证从网关路径代价最小的前提下，为从网关分配一定数量的终端设备，使这些终端设备的流量总和达到从网关所需分担的流量值。其中，各终端设备的流量值由主网关测得。

本步骤中，主网关进行决策的规则(分配规则)是：从网关的代理能力越强，主网关为从网关分配的流量任务就越多，根据从网关的代理能力确定流量任务；优先选择路径代价小的终端设备分配给从网关；选择一定数量的终端设备，使其流量总和达到确定的流量任务。

本步骤中，决策信息包括从网关加入结果和从网关终端分配。从网关加入结果是指主网关决定将移动终端提升为从网关的信息。从网关终端分配即为根据决策规则确定的分配给从网关的终端设备序列。

步骤S109：主网关按照从网关终端分配结果，向待分配的终端设备发送命令，将这些终端设备的网内目标地址改为从网关短地址。网内目标地址是指终端设备与网关之间通信的地址。

步骤S110：主网关向服务器同步相关信息。

本步骤中，主网关将分配终端及从网关地址发给服务器，服务器将此类分配终端的公网地址改为从网关公网地址。公网地址是指服务器与网关通信的地址。

完成上述步骤后，移动终端则可以作为从网关进行通信。

另外，由于移动终端具有一定的移动性，当移动终端作为从网关进行通信时，由于移动，可能会造成其无法实现从网关功能的问题，因此，需要对其进行移动性管理。图4表示了从网关移动导致节点通信失败时的处理流程。

步骤S201：当终端设备发送数据得不到应答时，按照基于AODV的路由方法，广播发起路由请求。

步骤S202：如果无法建立路径，终端设备将网内目标地址改为主网关短地址，向主网关发送重新加入请求；如果可以建立路径，则结束。

步骤S203：主网关接收步骤S202发来的请求，在终端设备列表中添加此终端设备，并请求从网关在终端设备列表中删除此终端设备。

步骤S204：从网关接收主网关的请求，在终端设备列表中删除上述终端设备，并向主网关报告操作成功。

步骤S205：主网关向服务器同步相关信息。即：主网关将该终端设备信息发给服务器，服务器将该终端设备的公网地址改为所述主网关公网地址。

另外，还可能会存在移动终端无信号或信号减弱的情况，当从网关(移动终端)离开无线传感网或关闭时，从网关所管理的节点需要交还给主网关管理。图5表示了从网关退出时的处理流程。

步骤S301：主网关周期性判断从网关信号强弱，如果从网关信号弱甚至全无，则转至步骤S302处理，否则不做处理。信号的强弱可以通过设置阈值进行判断得出，当信号的强度低于设置的阈值，则认为信号弱，反之，则认为信号强。阈值的设置，可以根据经验，也可以通过多次测试，得到一个合适的结果。

步骤S302：主网关判定从网关将要或已经退出网络，从节点分配表中找出从网关管理的终端设备列表，向这些终端设备发送命令，将它们的网内目标地址改为主网关短地址。

步骤S303：为了节省节点的路由开支，主网关向所有节点(路由器和终端设备)广播命令，删除节点路由表中跟所述从网关相关的路由信息。

步骤S304：主网关向服务器同步相关信息。主网关将所述从网关管理的终端设备信息发给服务器，服务器将所述从网关管理的终端设备的公网地址改为所述主网关公网地址

如图6所示(图中只示出了本发明涉及的主要装置，其它连接没有变化的装置没有示出，例如远距离通信网、终端设备、路由器等必要设备没有示出)，本发明还涉及一种实现上述方法的系统，即涉及一种将移动终端作为从网关进行通信的系统，包括主网关401、移动终端402和服务器403，主网关401包括从网关短地址分配单元4011和目标地址修改单元4012，服务器包括公网地址修改单元4031：其中，

从网关短地址分配单元4011，用于主网关401根据移动终端401的代理能力信息，将移动终端402提升为从网关，为从网关分配从网关短地址；

目标地址修改单元4012，用于主网关401向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为从网关短地址；

公网地址修改单元4031，用于主网关401将上述终端设备信息及从网关公网地址发给服务器403，将上述终端设备的公网地址改为所述从网关网内地址。

将移动终端402提升为从网关，可以是主网关401主动请求，也可以是移动终端402主动请求，因此，对应两种情况，两种情况对应了不同的主网关和从网关。第一种情况：主网关还包括请求消息发送单元，移动终端包括代理能力信息发送单元；其中，请求消息发送单元用于向所述移动终端发送请求消息，请求将所述移动终端作为从网关；代理能力信息发送单元用于所述移动终端接收请求，并返回接收信息；并向所述主网关发送代理能力信息。

另外一种情况，移动终端包括从网关请求发送单元和代理能力信息发送单元；主网关包括请求处理单元；其中，从网关请求发送单元用于向所述主网关发送从网关请求，请求将所述移动终端作为从网关；请求处理单元用于接收移动终端的请求，向移动终端返回响应，并请求移动终端发送代理能力信息；代理能力信息发送单元，用于向所述主网关发送代理能力信息。

由上述实施例可以看出，本发明通过将移动终端提升为从网关，通过移动终端来分担一部分主网关的数据处理任务，进而减轻了主网关的处理任务，避免了主网关由于任务加剧可能造成的网络故障。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

主网关根据移动终端的代理能力信息，将所述移动终端提升为从网关，并为所述从网关分配从网关短地址；

主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址；

主网关将上述终端设备信息及从网关公网地址发给服务器，服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址。

2.如权利要求1所述的将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，在主网关将所述移动终端提升为从网关之前，还包括：

所述主网关向移动终端发送请求消息，请求将所述移动终端作为从网关；

所述移动终端接收请求，并向所述主网关发送代理能力信息。

3.如权利要求1所述的将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，在主网关将所述移动终端提升为从网关之前，还包括：

所述移动终端向所述主网关发送从网关请求，请求将所述移动终端作为从网关；

主网关接收移动终端的请求，向移动终端返回响应，并请求移动终端发送代理能力信息；

所述移动终端向所述主网关发送代理能力信息。

4.如权利要求1所述的将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，为所述从网关分配从网关短地址之后，还包括以下步骤：

所述主网关将所述从网关的从网关短地址广播给所有路由器和终端设备，并命令所有路由器和终端设备向从网关发起路由请求；

所有路由器和终端设备向所述从网关发起路由请求；

所述从网关为每个路由器和终端设备选出最优路径，每个路由器和终端设备上保存与所述从网关通信的路由表。

5.如权利要求4所述的将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址，具体包括：

从网关将每个路由器和终端设备的代价信息发至所述主网关；

所述主网关根据所述代价信息，向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址。

6.如权利要求1所述的将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，在服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址之后，还包括：

当终端设备发送数据得不到从网关应答时，该终端设备广播发起路由请求；

当无法建立路径，该终端设备将目标地址改为主网关地址，向主网关发送重新加入请求；

主网关接收所述重新加入请求，在终端设备列表中添加此终端设备，并请求从网关在终端设备列表中删除此终端设备；

从网关接收主网关的请求，在终端设备列表中删除上述终端设备，并向主网关报告操作成功；

主网关将该终端设备信息发给服务器，服务器将该终端设备的公网地址改为所述主网关公网地址。

7.如权利要求1所述的将移动终端作为从网关进行通信的方法，其特征在于，在服务器将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址之后，还包括：

主网关周期性检测从网关信号强弱，当主网关判定从网关退出网络时，所述主网关向所述从网关管理的终端设备发送命令，将它们的网内目标地址改为主网关短地址；

所述主网关向所路由器和终端设备广播命令，删除节点路由表中跟所述从网关相关的路由信息。

主网关将所述从网关管理的终端设备信息发给服务器，服务器将所述从网关管理的终端设备的公网地址改为所述主网关公网地址。

8.一种将移动终端作为从网关进行通信的系统，包括主网关、移动终端和服务器，其特征在于，所述主网关包括从网关短地址分配单元和目标地址修改单元，所述服务器包括公网地址修改单元：其中，

从网关短地址分配单元，用于主网关根据移动终端的代理能力信息，将所述移动终端提升为从网关，为所述从网关分配从网关短地址；

目标地址修改单元，用于主网关向网内的一个或多个终端设备发送命令，将上述终端设备的网内目标地址改为所述从网关短地址；

公网地址修改单元，用于主网关将上述终端设备信息及从网关公网地址发给服务器，将上述终端设备的公网地址改为所述从网关公网地址。

9.如权利要求8所述的将移动终端作为从网关进行通信的系统，其特征在于，所述主网关还包括请求消息发送单元，所述移动终端包括代理能力信息发送单元；其中，

请求消息发送单元，用于向所述移动终端发送请求消息，请求将所述移动终端作为从网关；

代理能力信息发送单元，用于所述移动终端接收请求，并返回接收信息；并向所述主网关发送代理能力信息。

10.如权利要求8所述的将移动终端作为从网关进行通信的系统，其特征在于，所述移动终端包括从网关请求发送单元和代理能力信息发送单元；所述主网关包括请求处理单元；其中，

从网关请求发送单元，用于向所述主网关发送从网关请求，请求将所述移动终端作为从网关；

请求处理单元，用于接收移动终端的请求，向移动终端返回响应，并请求移动终端发送代理能力信息；

代理能力信息发送单元，用于向所述主网关发送代理能力信息。

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