CN101990004A - 一种基于物联网家庭网关的虚拟id和虚拟ip分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，该方法通过Wi-Fi管理模块、RFID管理模块、Zigbee管理模块、数据模块和综合管理模块的相互配合，统一为接入设备分配虚拟ID地址和虚拟IP地址，所述的综合管理模块包括：信息数据库子模块、虚拟ID生成子模块和虚拟IP生成子模块。外部网络终端能够对家庭网络的接入节点实时寻址，建立存有接入设备虚拟ID和虚拟IP地址的设备信息绑定表，实现了家庭网络内多种接入技术设备对上层网络的统一性，使得家庭内部异构网络能够融合成一个虚拟网络；实现了接入设备对外部网络的透明性，保证了家庭网络的安全及易于管理；实现了接入节点寻址的实时效果。

Description

一种基于物联网家庭网关的虚拟ID和虚拟IP分配方法

技术领域

本发明涉及物联网、嵌入式系统和无线通信的交叉领域，具体地说，本发明涉及一种基于物联网家庭网关的虚拟ID和虚拟IP生成方法。

背景技术

2005年欧洲EPoSS发布的“ITU欧洲互联网报告2005：物联网”正式提出物联网的概念，随后，该组织于2008年5月发布了“2020年欧洲物联网规划”，该规划同样主要针对基于RFID的物联网技术进行了阐述和规划，重点指出了物联网在零售、后勤保障、医药行业、食品行业、健康、智能家居和智能交通等领域的巨大应用潜力。2009年9月该组织又发布了物联网发展路线图，进一步对物联网的定义以及涉及的技术领域进行了描述。该发展路线图将“物”的含义作了进一步的拓展，即从原来RFID拓展到了传感器、执行器以及一些虚拟事件等。

所谓物联网(Internet of Things：IoT)是指一种通过各种接入技术将海量电子设备与Internet进行互联的大规模虚拟网络。包括RFID、传感器以及其他执行器的电子设备，通过Internet互联互通，异构信息汇聚以后共同完成某项特定的任务。物联网将现实世界与虚拟网络世界进行完美结合，使整个现实世界成为物联网的应用工厂。原来不具备信息含义的高楼，桥梁以及商品，通过物联网技术，能很好地与计算机等互联网设备进行互联互通，从而创新性地为使用者提供各类信息服务。

然而，对各类接入设备要实现简单便捷的综合管理，其一个重要前提是统一为各种接入设备分配地址。现有的不同接入技术设备的编址标准各不相同，其中Wi-Fi设备采用的是48位MAC地址，Zigbee设备采用的是64位IEEE802.15.4标准定义的地址，RFID设备采用64/96/256位的EPC编码体系。这种由不同技术组成的家庭网络设备给网络统一管理增加了难度。

物联网家庭网关概念的提出正是考虑到智能家庭网络中存在各种不同的接入技术，不仅能使不同接入技术能互联互通，而且着重考虑到了家庭内部网络的安全性。

智能家居中往往分布着依托于Wi-Fi技术的视频监控设备以及承载着用于收集感知信息的各类传感器和行为执行器的Zigbee设备和RFID设备。家庭网络基本结构示意图如图1所示。

物联网家庭网关支持不同接入技术设备与外部网络的通信，实现不同网络协议转换和数据包转发。在不同接入技术的接入设备上承载着多个子器件，为区分不同设备，在每一设备上配置了设备ID；为区分同一设备上的子器件，在每一设备子器件上配置了设备子器件ID；为区分不同接入技术类型，在每一接入技术中分配了设备协议ID，于是，{设备ID，设备子器件ID，设备协议ID}这三元组便可以标识家庭网络中的任一设备。物联网家庭网关上建立了设备信息表见表一，设备信息表记录了设备ID(设备的物理地址)、子设备ID(设备上承载的子器件的标识号)、设备协议ID(接入设备的接入技术类型)、虚拟MAC地址、虚拟子设备ID、虚拟协议ID、虚拟ID和虚拟IP。

表1：家庭网关维护的设备信息表

为方便理解，下面列出本发明中出现的一些术语的中英文对照：

HGW：home gataway家庭网关

VIP：virtual IP虚拟IP

VID：virtual ID虚拟ID

VMAC：virtual MAC

VSID：virtual sub-ID

VPID：virtual protocol ID

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网家庭网关的虚拟ID和虚拟IP分配方法，用于解决现有智能家庭网络中不同类型接入设备ID分配标准不统一的现象和不能对家庭网络感知设备进行实时寻址的问题，本发明在保证家庭网络安全前提下，实现了为不同类型接入设备统一分配地址和实时寻址的分配方法。

为实现上述发明目的，本发明的一种基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法是通过Wi-Fi管理模块、RFID管理模块、Zigbee管理模块、数据模块和综合管理模块的相互配合，统一为接入设备分配虚拟ID地址和虚拟IP地址，所述的综合管理模块包括：信息数据库子模块、虚拟ID生成子模块和虚拟IP生成子模块，所述的方法具体包括以下步骤：

步骤1)：Wi-Fi接入设备、RFID接入设备和Zigbee接入设备成功入网后，Wi-Fi管理模块、RFID管理模块和Zigbee管理模块提取接入设备的设备ID、子设备ID和设备协议ID，发往虚拟ID生成子模块；

步骤2)：虚拟ID生成子模块分别对接收到的三种ID运用均匀哈希算法，生成长度分别为：48bit、8bit和8bit的虚拟MAC地址、虚拟子设备ID和虚拟协议ID，并排列组合生成长度为64bit的虚拟ID，发往设备信息数据库子模块；如果收到设备信息数据库子模块的虚拟ID冲突消息，则重新组合生成虚拟ID。

步骤3)：设备信息数据库子模块提取接收的虚拟ID，在数据库中查验虚拟ID的唯一性；

步骤4)：虚拟IP生成子模块根据本网关网络地址前缀和虚拟ID生成虚拟IP地址，发往设备信息数据库子模块；

步骤5)：设备信息数据库子模块绑定并存储设备ID、子器件ID、设备协议ID、虚拟MAC地址、虚拟子设备ID、虚拟协议ID、虚拟ID和虚拟IPv6地址。

所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤2)具体包括如下子步骤：

步骤(2.1)：提取设备ID，运用哈希函数H1(设备ID)得到48bit哈希值，记为虚拟MAC地址；

步骤(2.2)：提取子设备ID，运用哈希函数H2(子设备ID)得到8bit哈希值，记为虚拟子设备ID；

步骤(2.3)：提取设备接入技术类型，运用哈希函数H3(设备接入技术类型)得到8bit哈希值，记为虚拟协议ID；

步骤(2.4)：将三元组{虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID}随机排列组合，生成64bit虚拟ID；

步骤(2.5)：将七元组{设备ID，子设备ID，设备接入技术类型，虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID，虚拟ID}发送给设备信息数据库子模块。

所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤3)具体包括如下子步骤：

步骤(3.1)：提取虚拟ID，遍历设备信息绑定表中的虚拟ID项目，遍历完毕，若存在相同的虚拟ID项目，则转至步骤(2.4)；否则发送所述的虚拟ID项目至虚拟IP生成模块；

步骤(3.2)：若该虚拟ID项目唯一，将七元组{设备ID，子设备ID，设备接入技术类型，虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID，虚拟ID}存储于设备信息绑定表中，同时标记所述的设备信息条目为未完善条目。

所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤4)具体包括如下子步骤：

步骤(4.1)：获取本地网关IPv6地址，提取网络前缀；

步骤(4.2)：将本网关网络地址前缀和虚拟ID生成IPv6地址，发送至设备信息数据库子模块。

所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤5)具体包括如下子步骤：

步骤(5.1)：将IP地址填入步骤(3.2)中的设备信息未完善条目中；

步骤(5.2)：以IP地址大小为序，将设备信息条目插入设备信息IP-ID映射表中；

步骤(5.3)：以ID地址大小为序，将设备信息条目插入设备信息ID-IP映射表中。

所述的虚拟ID还包括：虚拟MAC地址、虚拟子设备ID和虚拟协议ID。

所述的虚拟IP是指网关为接入设备分配一个IP地址。

与现有技术相比，本发明的一种物联网家庭网关的虚拟ID和虚拟IP分配方法，具有以下优点：

1、通过家庭网关上的Wi-Fi管理模块、RFID管理模块、Zigbee管理模块、上行数据模块和综合管理模块的相互配合，统一为接入设备分配虚拟ID地址，实现了家庭网络内多种接入技术设备对上层网络的统一性，使得家庭内部异构网络能够融合成一个虚拟网络，而不需要修改已有的网络协议。

2、统一为接入设备分配虚拟IP地址，外部网络终端能够对家庭网络的接入节点实时寻址，且不影响家庭异构网络灵活选择合适自身的网内路由协议，实现了接入设备对外部网络的透明性，提高了家庭网络的安全性。

3、建立存有接入设备虚拟ID和虚拟IP地址的设备信息绑定表，实现了接入设备的统一性，解决了家庭网络中多种无线接入技术难以融合互通的问题，实现了家庭异构网络管理的简易化。

附图说明

结合附图来详细说明本发明的实施例如下，其中：

图1为现有的家庭网络结构示意图；

图2为本发明的家庭网关实现虚拟ID和虚拟IP分配过程示意图；

图3为本发明的家庭网关实施结构示意图；

图4为本发明的接入设备的虚拟ID和虚拟IP结构示意图；

图5为本发明的家庭网关分配虚拟ID和虚拟IP的时序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案。

本发明的技术解决方案是：本发明提供一种基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，包括：物联网家庭网关通过Wi-Fi管理模块、RFID管理模块或Zigbee管理模块在相应接入设备成功入网后，提取接入设备的设备ID、设备子器件ID和接入技术类型，并转交给综合管理模块；综合管理模块运用算法统一为接入设备分配虚拟ID和虚拟IP地址，并验证唯一性，如图2和3所示。

本发明提出的物联网家庭网关支持Wi-Fi接入设备、Zigbee接入设备和RFID接入设备，针对不同设备物理地址分配标准不统一的现状，同时为了实现家庭内部网络接入设备对外部网络的透明性，对家庭网络内部接入设备实现统一管理，为家庭网络内部接入设备分配虚拟ID。同时便于外部网络对接入设备实时寻址，统一为家庭网络内部接入设备分配虚拟IP地址。本发明的中心思想是：在物联网家庭网关内部结构中设置Wi-Fi管理模块、Zigbee管理模块、RFID管理模块、上行数据模块和综合管理模块。通过Wi-Fi管理模块、RFID管理模块和Zigbee管理模块与综合管理模块相互配合，统一为接入设备分配虚拟ID和虚拟IP地址，达到了家庭网络中异构网络的互联互通，实现了接入设备对外部网络的透明性和接入节点能够实时寻址，保证了家庭网络的安全和易于管理。

图4是本发明虚拟ID和虚拟IP的结构示意图，其中虚拟ID由虚拟MAC地址、虚拟子设备ID和虚拟协议ID三者共同组成。其中虚拟IP是指网关为接入设备分配一个IP地址，但没有存储在接入设备中，而是存储在家庭网关上。虚拟IPv6地址由网络前缀和接口标识组成，其中网络前缀为家庭网关IP地址的网络前缀，接口标识为虚拟ID号，由两者组合而成一个具有全球唯一性的IPv6单播地址。

图5是本发明家庭网关分配虚拟ID和虚拟IP的时序流程图，如图5所示，该方法步骤包括：

1)Wi-Fi接入设备、RFID接入设备和Zigbee接入设备成功入网后，Wi-Fi管理模块、RFID管理模块和Zigbee管理模块提取接入设备的设备ID、子设备ID和设备协议ID，发往虚拟ID生成子模块；

2)虚拟ID生成子模块分别对接收到的三种ID运用均匀哈希算法，生成长度分别为：48bit、8bit和8bit的虚拟MAC地址、虚拟子设备ID和虚拟协议ID，并排列组合生成长度为64bit的虚拟ID，发往设备信息数据库子模块；若是收到设备信息数据库子模块的虚拟ID冲突消息，则重新组合生成虚拟ID，子步骤包括：

2-1)提取设备ID，运用哈希函数H1(设备ID)得到48bit哈希值，记为虚拟MAC地址；

2-2)提取子设备ID，运用哈希函数H2(子设备ID)得到8bit哈希值，记为虚拟子设备ID；

2-3)提取设备接入技术类型，运用哈希函数H3(设备接入技术类型)得到8bit哈希值，记为虚拟协议ID；

2-4)将{虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID}三元组随机排列组合，生成64bit虚拟ID；

2-5)发{设备ID，子设备ID，设备接入技术类型，虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID，虚拟ID}七元组给设备信息数据库子模块；

3)设备信息数据库子模块提取接收的虚拟ID，在数据库中查验虚拟ID的唯一性；子步骤包括：

3-1)提取虚拟ID，遍历设备信息绑定表中的虚拟ID项目。遍历完毕，若不存在相同ID，发送该ID至虚拟IP生成模块；若存在相同ID，转(2-4)；

3-2)若该ID唯一，存储{设备ID，子设备ID，设备接入技术类型，虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID，虚拟ID}七元组于设备信息绑定表中，同时标记该条目为未完善条目；

4)虚拟IP生成子模块根据本网关网络地址前缀和虚拟ID生成虚拟IP地址，发往设备信息数据库子模块；子步骤包括：

4-1)获取本地网关IPv6地址，提取网络前缀；

4-2)结合网络前缀和虚拟ID生成IPv6地址，发往设备信息数据库子模块；

5)设备信息数据库子模块绑定并存储设备ID、子器件ID、设备协议ID、虚拟MAC地址、虚拟子设备ID、虚拟协议ID、虚拟ID和虚拟IPv6地址；子步骤包括：

5-1)将IP地址填入(3-2)中的设备信息未完善条目；

5-2)以IP地址大小为序，将设备信息条目插入设备信息IP-ID映射表中；

5-3)以ID地址大小为序，将设备信息条目插入设备信息ID-IP映射表中；

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法是通过Wi-Fi管理模块、RFID管理模块、Zigbee管理模块、数据模块和综合管理模块的相互配合，统一为接入设备分配虚拟ID地址和虚拟IP地址，所述的综合管理模块包括：信息数据库子模块、虚拟ID生成子模块和虚拟IP生成子模块，所述的方法具体包括以下步骤：

步骤1)：Wi-Fi接入设备、RFID接入设备和Zigbee接入设备成功入网后，Wi-Fi管理模块、RFID管理模块和Zigbee管理模块提取接入设备的设备ID、子设备ID和设备协议ID，发往虚拟ID生成子模块；

步骤2)：虚拟ID生成子模块分别对接收到的三种ID运用均匀哈希算法，生成长度分别为：48bit、8bit和8bit的虚拟MAC地址、虚拟子设备ID和虚拟协议ID，并排列组合生成长度为64bit的虚拟ID，发往设备信息数据库子模块；如果收到设备信息数据库子模块的虚拟ID冲突消息，则重新组合生成虚拟ID。

步骤3)：设备信息数据库子模块提取接收的虚拟ID，在数据库中查验虚拟ID的唯一性；

步骤4)：虚拟IP生成子模块根据本网关网络地址前缀和虚拟ID生成虚拟IP地址，发往设备信息数据库子模块；

步骤5)：设备信息数据库子模块绑定并存储设备ID、子器件ID、设备协议ID、虚拟MAC地址、虚拟子设备ID、虚拟协议ID、虚拟ID和虚拟IPv6地址。

2.根据权利要求1所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤2)具体包括如下子步骤：

步骤(2.1)：提取设备ID，运用哈希函数H1(设备ID)得到48bit哈希值，记为虚拟MAC地址；

步骤(2.2)：提取子设备ID，运用哈希函数H2(子设备ID)得到8bit哈希值，记为虚拟子设备ID；

步骤(2.3)：提取设备接入技术类型，运用哈希函数H3(设备接入技术类型)得到8bit哈希值，记为虚拟协议ID；

步骤(2.4)：将三元组{虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID}随机排列组合，生成64bit虚拟ID；

步骤(2.5)：将七元组{设备ID，子设备ID，设备接入技术类型，虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID，虚拟ID}发送给设备信息数据库子模块。

3.根据权利要求1所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤3)具体包括如下子步骤：

步骤(3.1)：提取虚拟ID，遍历设备信息绑定表中的虚拟ID项目，遍历完毕，若存在相同的虚拟ID项目，则转至步骤(2.4)；否则发送所述的虚拟ID项目至虚拟IP生成模块；

步骤(3.2)：若该虚拟ID项目唯一，将七元组{设备ID，子设备ID，设备接入技术类型，虚拟MAC地址，虚拟子设备ID，虚拟协议ID，虚拟ID}存储于设备信息绑定表中，同时标记所述的设备信息条目为未完善条目。

4.根据权利要求1所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤4)具体包括如下子步骤：

步骤(4.1)：获取本地网关IPv6地址，提取网络前缀；

步骤(4.2)：将本网关网络地址前缀和虚拟ID生成IPv6地址，发送至设备信息数据库子模块。

5.根据权利要求1所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法中步骤5)具体包括如下子步骤：

步骤(5.1)：将IP地址填入步骤(3.2)中的设备信息未完善条目中；

步骤(5.2)：以IP地址大小为序，将设备信息条目插入设备信息IP-ID映射表中；

步骤(5.3)：以ID地址大小为序，将设备信息条目插入设备信息ID-IP映射表中。

6.根据权利要求1所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的虚拟ID还包括：虚拟MAC地址、虚拟子设备ID和虚拟协议ID。

7.根据权利要求1所述的基于物联网家庭网关虚拟ID和虚拟IP的分配方法，其特征在于，所述的虚拟IP是指网关为接入设备分配一个IP地址。

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