CN102196529A - 无线传感器网络的接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络的接入方法，该方法包括：在一个无线传感器网络(WSN)中配置多个网关；WSN中的WSN终端通过多个网关接入电信网络。本发明还公开了一种无线传感器网络的接入系统，该系统包括WSN、WSN中的WSN终端和电信网络，该系统还包括：在一个WSN中所配置的多个网关；其中，多个网关，用于作为WSN终端接入电信网络的传输媒介，将WSN中的WSN终端接入电信网络。采用本发明的方法及系统，能避免WSN终端通过网关接入电信网络时，所导致的数据不能及时发送及拥塞的问题。

Description

无线传感器网络的接入方法及系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)与电信网络结合的通信技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络的接入方法及系统。

背景技术

WSN作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物，是一种全新的信息获取和处理技术。由于近来微型制造的技术、通讯技术及电池技术的改进，促使微小的WSN终端可具有感应、无线通讯及处理信息的能力。此类WSN终端不但能够感应及侦测环境的目标物及改变，并且可处理收集到的数据，并将处理过后的数据以无线传输的方式送到数据收集中心。这些WSN终端通常由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件这几部分构成。其中，电源为传感器节点提供正常工作所必需的能源。感知部件用于感知、获取外界的信息，并将其转换为数字信号。嵌入式处理器负责协调节点各部分的工作，如对感知部件获取的信息进行必要的处理、保存，控制感知部件和电源的工作模式等。通信部件负责与其他传感器或观察者的通信。软件则为传感器节点提供必要的软件支持，如嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等。借助于终端中内置的形式多样的传感部件，测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。WSN终端一般通过自组织或者预配置的方式构成网络。在通信方式上，虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，一般称作WSN。目前使用比较广泛的无线低功率通信技术包括：IEEE802.15.4和Zigbee技术。

IEEE 802.15.4是由IEEE开发的低速无线个域网标准。IEEE 802.15.4规定了物理层和媒体访问控制层标准。符合IEEE 802.15.4标准的通信模块具备低成本、低耗电、小尺寸的特点。

Zigbee联盟是一个致力于在开放的全球标准的基础上，开发可靠的、低成本、低耗电、无线网络连接的监测和控制产品的组织。Zigbee标准的物理层和介质访问控制层采用IEEE 802.15.4技术，网络层、安全管理、应用层规范以及互通性由Zigbee联盟开发。Zigbee标准中的Zigbee智能能源公共应用规范(Zigbee smart energy public applications profile)和Zigbee家庭自动化应用规范(Zigbee home automation public applications profile)分别针对商业环境应用和家庭应用。

WSN终端的微处理能力和无线通信能力使WSN有广阔的应用前景，其应用包括军事应用、生物和环境监测、健康应用、家庭应用、工业控制和监测等。

WSN和电信网络结合，如2G移动通信、3G移动通信、数字用户环路通信技术(xDSL)、光纤通信(FTTx)、宽带无线接入、卫星/微波等，可以使WSN作为现有网络的延伸，扩展了通信网络的能力，使通信对象从人扩展到物理世界，具有良好的发展前景。WSN与现有的电信网络结合后，可以使传感网感知的数据有效的传递到数据中心，通过对数据的整理和分析，可以极大程度的改变人类获取自然世界的数据的方式，同时也能够对WSN进行集中的管理，解决目前分散在各处的WSN难以管理的问题。

WSN与电信网络结合，是指将WSN与电信网络相连接，利用电信网络对WSN及其提供的业务进行监控、管理及完成业务的承载与合作实施，并通过电信网络扩展WSN所提供的业务。WSN和电信网的结合一般是WSN通过网关设备连接至电信网平台。

WSN终端为构成WSN的传感器节点，通过一跳或多跳与网关连接。WSN终端负责采集并上传数据，以及接收并执行命令。组成WSN的WSN终端少则几个多则几百个，WSN终端之间可根据需要以星形、树形或网状(mesh)等方式组网，其中某些WSN终端或具有较强的组网和数据转发能力。在WSN中，网关负责将WSN终端上报的数据，发送至电信网络中的有关网络单元实体，电信网络中的有关网络单元实体通过网关将有关指令发送给WSN终端。而且在WSN采用常用的IEEE 802.15.4和Zigbee技术时，一般由网关负责创建WSN，负责WSN终端加入和离开传感网时的管理，网关中保存有WSN终端的配置信息和传感网的业务配置信息等重要数据。

WSN终端上报的数据，需要通过网关发送给电信网络中的有关网络单元实体，而现有WSN中仅有一个网关，用于将WSN终端上报的数据转发给电信网络中的有关网络单元实体，从而当WSN中的WSN终端数量比较多、或者WSN终端频繁上报数据时，会对WSN中的网关造成很大的负荷，导致WSN终端的数据不能及时发送，以及WSN终端与网关之间的通信发生拥塞的问题。这样，会严重的影响到WSN的正常工作。目前，在WSN和电信网络相结合的场景下，针对这个问题尚未存在有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种WSN的接入方法及系统，能避免WSN终端通过网关接入电信网络时，所导致的数据不能及时发送及拥塞的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线传感器网络的接入方法，该方法包括：在一个无线传感器网络(WSN)中配置多个网关；所述WSN中的WSN终端通过所述多个网关接入电信网络。

其中，所述多个网关中，包括一个主网关和多个从网关；所述多个网关中，由所述主网关进行网关的调度分配，并为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；

所述WSN终端接入电信网络时，该方法还包括：所述WSN终端通过主网关所分配的网关接入到所述电信网络；其中，所述主网关所分配的网关包括：主网关自身、或多个从网关中的任意一个从网关。

其中，从网关申请加入WSN时，该方法还包括：

管理平台通知所述WSN中的主网关，有新的从网关申请加入所述WSN；所述主网关将所述从网关加入所述WSN所需要的网络配置参数，通过所述管理平台发送给所述从网关；所述从网关通过接收到的所述网络配置参数加入到所述WSN。

其中，从网关加入到WSN后，该方法还包括：所述主网关记录所述从网关的信息；

所述从网关的信息包括：所述从网关在所述WSN中的地址、所述从网关在所述电信网络中的地址、和所述从网关能够提供的电信网络接入能力；

其中，当所述从网关在所述WSN中的地址与在所述电信网络中的地址采用同一个地址时，所述主网关只需要记录一个地址。

其中，该方法还包括：在所述主网关保存WSN终端的电信网络接入配置信息，主网关通过所述电信网络接入配置信息，记录WSN终端接入所述电信网络时所使用的网关。

其中，当所述主网关所分配的网关为从网关时，该方法还包括：所述从网关记录通过所述从网关接入电信网络的WSN终端的电信网络接入配置信息；从网关通过所述WSN终端的电信网络接入配置信息，记录通过所述从网关接入电信网络的WSN终端的标识信息、和所述WSN终端与所述从网关之间的通信连接配置信息。

其中，WSN终端申请加入WSN时，该方法还包括：

主网关为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；

主网关将WSN终端的信息、和所述通信连接配置信息发送给主网关所分配的网关；

主网关将所分配的网关的信息、和所述通信连接配置信息发送给所述WSN终端。

其中，所述WSN终端的信息，由所述WSN的业务客户端向管理平台提交时，该方法还包括：

所述管理平台根据所述WSN终端的信息，确定WSN终端准备使用的位置的WSN；

管理平台向所确定的WSN中的主网关发送获取所述网络配置参数的请求；所述主网关将所述网络配置参数反馈给管理平台，并通过所述业务客户端发送到所述WSN终端；

所述WSN终端通过所述网络配置参数加入到所述WSN。

其中，所述WSN终端加入到WSN后，该方法还包括：

主网关能变更WSN终端接入电信网络所使用的网关；

WSN终端离开WSN时，主网关和所述WSN终端接入电信网络所使用的网关，能清除主网关和所使用的网关中保存的所述WSN终端的电信网络接入配置信息。

一种无线传感器网络的接入系统，该系统包括WSN、WSN中的WSN终端和电信网络，该系统还包括：在一个WSN中所配置的多个网关；

其中，所述多个网关，用于作为所述WSN终端接入所述电信网络的传输媒介，将所述WSN中的所述WSN终端接入所述电信网络。

其中，所述多个网关中，包括一个主网关和多个从网关；

所述主网关，用于在所述多个网关中进行网关的调度分配，并为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；

其中，主网关所分配的网关包括：主网关自身、或多个从网关中的任意一个从网关。

其中，所述主网关，进一步用于在从网关申请加入WSN的情况下，从管理平台获知有新的从网关申请加入所述WSN，主网关将所述从网关加入所述WSN所需要的网络配置参数，通过所述管理平台发送给所述从网关；

所述从网关，用于通过接收到的所述网络配置参数加入到所述WSN。

其中，所述主网关，进一步用于在WSN终端申请加入WSN的情况下，为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；主网关将WSN终端的信息、通信连接配置信息发送给主网关所分配的网关；主网关将所分配的网关的信息、和通信连接配置信息发送给所述WSN终端。

其中，该系统还包括：所述WSN的业务客户端，用于将所述WSN终端的信息提交给管理平台；在主网关将所述网络配置参数反馈给管理平台后，所述业务客户端从管理平台获知所述网络配置参数并发送到所述WSN终端；

所述WSN终端，进一步用于通过接收到的所述网络配置参数加入到所述WSN；

所述主网关，进一步用于在管理平台根据所述WSN终端的信息，确定WSN终端准备使用的位置的WSN后，作为所确定的WSN中的主网关，收到来自管理平台的获取所述网络配置参数的请求，将所述网络配置参数反馈给管理平台。

本发明在一个WSN中配置多个网关；WSN中的WSN终端，通过多个网关接入电信网络。

采用本发明，在WSN和电信网络结合时，在一个WSN中配置多个网关，由多个网关分别为WSN中的WSN终端提供电信网络的接入，从而，提高了WSN的电信网络接入能力，可以有效的解决现有技术中因WSN终端通过一个网关接入电信网络时，所导致的数据不能及时发送及WSN拥塞的问题。

附图说明

图1为本发明方法实施例二的WSN终端加入WSN的流程图；

图2为本发明系统实施例WSN中存在多个网关时的系统架构图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：在一个WSN中配置多个网关；WSN中的WSN终端，通过多个网关接入电信网络。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

就本发明的方法而言，一种WSN的接入方法，该方法主要包括以下内容：

本发明区别于现有技术WSN中只有一个网关，WSN中存在多个网关，WSN终端通过多个网关连接到电信网络。WSN的多个网关中，其中一个网关为主网关，其余的网关为从网关。

主网关指定WSN终端接入电信网络时所使用的网关，WSN终端通过主网关所指定的网关接入到电信网络。需要指出的是：该指定的网关可以为主网关自身，也可以为其中的一个从网关。

从网关为主网关所指定的WSN中的WSN终端提供电信网络接入。

从网关加入到WSN时，从网关在现有的管理平台进行注册，由该管理平台通知该WSN中的主网关，有新的从网关加入到该WSN。主网关可以将从网管加入WSN所需要的网络配置参数，通过该管理平台发送给从网关，从网关通过该WSN的网络配置参数加入到该WSN。

从网关加入到该WSN后，主网关记录该从网关的信息，从网关的信息可以包括：从网关在该WSN中的地址、从网关在电信网络中的地址、从网关能够提供的电信网络接入能力等。如果从网关在该WSN中的地址和在电信网络中的地址采用同一个地址，主网关只需要记录该地址。

主网关和从网关之间的通信可以通过WSN，也可以通过电信网络。

主网关除了记录从网关的信息外，还保存有WSN中的WSN终端的电信网络接入配置信息，主网关可以通过该电信网络接入配置信息，记录WSN终端接入电信网络时所使用的网关。

这里需要指出的是：针对以上涉及的从网关加入WSN所需要的网络配置参数和此处的电信网络接入配置信息而言，二者是不同的概念。其中，从网关加入WSN所需要的网络配置参数指：从网关要加入传感网时需要具备的网络配置的有关参数，例如密钥、主网关的地址等；而此处的电信网络接入配置信息指：记录WSN终端接入电信网络的配置信息。

从网关记录通过该网关接入电信网络的WSN终端的电信网络接入配置信息。该信息可以包括WSN终端的地址、WSN终端和该网关之间通信连接的配置信息等。这里，所述通信连接配置信息可以为建立WSN终端和该网关之间的通信连接所需要的配置参数。

WSN终端加入WSN时，由WSN的主网关指定WSN终端接入电信网络所使用的网关。

主网关指定WSN终端所使用的网关时，主网关可以将该WSN终端的信息、和通信连接配置信息发送给指定的网关，主网关将指定的网关的信息和所述通信连接配置信息发送给该WSN终端。这里的，所述WSN终端的信息可以是WSN中的标识，从网关可以通过该标识识别WSN终端。

WSN终端加入WSN后，主网关可以变更WSN终端接入电信网络所使用的网关。由主网关新指定的网关为该WSN终端提供电信网络接入，原先的网关不再为该WSN终端提供电信网络接入。

WSN终端离开WSN时，主网关和该WSN终端接入电信网络所使用的网关可以清除网关中保存的该WSN终端的电信网络接入配置信息，主网关和该WSN终端对应的网关在WSN终端离开WSN后，不再为该WSN终端提供电信网络接入。

就本发明的系统而言，一种WSN的接入系统，该系统主要包括以下内容：

WSN由WSN终端和网关设备组成，WSN终端和网关可以按照WSN的现有相关技术标准组建WSN。WSN通过网关连接到电信网络，和电信网络中WSN的管理平台、业务平台等建立通信。

网关负责连接WSN和电信网络，主要完成协议转换、地址映射和数据转发等功能，也可以集成安全和计费等功能。网关可以支持的功能可以包括：支持WSN内部数据协同和汇聚；支持以移动通信、有线接入、宽带无线接入、卫星/微波等远距离通信接入方式的一种或多种，将汇聚的数据传输到通信对端；支持业务平台和远程管理服务器对网关的设备认证和用户认证；支持业务平台和远程管理服务器对网关的参数和软件配置；支持用户认证和业务安全、设备管理安全机制。

业务平台是电信网络中运行和管理与WSN相结合的业务的功能实体，负责整合各个服务提供商提供的业务，并将其提供给终端用户，同时对用户使用业务的情况进行管理。业务平台会根据不同业务的需要，协同电信网络中其他功能实体完成整个业务流程，例如认证、授权及计费(AAA，AuthenticationAuthorization and Accounting，)服务器。业务平台还可能与远程服务器连接，直接对业务进行更新。

WSN的管理平台是对WSN实施管理功能的实体，由远程管理服务器组成。远程管理服务器通过电信网络对WSN实施基本的管理功能。

WSN的业务客户端可以同WSN的管理平台和业务平台连接，可以执行WSN管理的有关业务数据的查询和录入等功能，配合WSN的管理平台完成WSN的管理；WSN的业务客户端可以通过连接线等方式与WSN终端和网关建立通信连接，并配合WSN的管理平台和业务平台，将WSN的有关参数和WSN业务的有关参数写入到WSN终端和网关。这里需要指出的是：上述系统架构中，多个网关的架构以及业务客户端是本发明区别于现有技术新增的，而其他的部件，比如管理平台是在现有基础上改进的。

综上所述，通过本发明提供的方法及系统，可以在一个WSN中配置多个网关，由多个网关为WSN中的WSN终端提供电信网络接入，从而提高了WSN的电信网络接入能力，可以有效的解决因WSN终端接入电信网络时存在的无线传感器网络拥塞的问题。

以下对本发明进行举例阐述。

系统实施例：

WSN是由一组无线传感器节点设备，比如WSN终端以自组织方式组成的无线网络。WSN终端间以近距离无线通信技术进行通信。WSN通常部署在几米至几百米的区域范围内，其中，WSN终端通常是由电池供电，具有较低的功耗和成本。近距离通信技术一般采用Zigbee和IEEE 802.15.4技术。

WSN与电信网络结合，是指将WSN与电信网络相连接，利用电信网络对WSN及其提供的业务进行监控、管理及完成业务的承载与合作实施，并通过电信网络扩展WSN所提供的业务。电信网络包括移动通信网络、xDSL、FTTx、卫星通信等多种通信网络。

本实施例中，WSN同电信网络相结合时，WSN中的多个WSN终端通过多个网关接入电信网络的系统架构图如图2所示，图2中的以交叉线填充的部分表示多个WSN终端，点填充的部分表示多个WSN终端所在的区域。以下对图2的系统架构具体阐述。

图2中，WSN由多个WSN终端和多个网关组成，多个WSN终端和多个网关可以按照WSN的有关技术标准组建无线传感器网络，可用于组建WSN的近距离通信技术包括Zigbee技术、IEEE 802.15.4标准等。WSN通过多个网关连接到电信网络，和电信网络中WSN的管理平台等建立通信。其中，多个网关包括一个主网关和多个从网关。

为了实现WSN和电信网络的连接，WSN通过多个网关接入电信网络，并经由电信网络与接入网、核心网、业务平台、WSN的管理平台相连。WSN终端通过多个网关连接至电信网络。WSN终端为构成WSN的传感器节点，通过一跳或多跳与网关连接。WSN终端负责采集并上传数据，以及接收并执行命令。组成WSN的WSN终端少则几个多则几百个，WSN终端间可根据需要以星形、树形或mesh方式组网，其中某些WSN终端或具有较强的组网和数据转发能力。

网关负责连接WSN和电信网络，主要完成协议转换、地址映射和数据转发等功能，也可以集成安全和计费等功能。网关可以支持的功能可以包括：支持传感器网络内部数据协同和汇聚；支持以2G移动通信、3G移动通信、xDSL、FTTx、宽带无线接入、卫星/微波等远距离通信接入方式的一种或多种，将汇聚的数据传输到通信对端；支持业务平台和远程管理服务器对网关的设备认证和用户认证；支持业务平台和远程管理服务器对网关的参数和软件配置；支持用户认证和业务安全、设备管理安全机制。

业务平台是电信网络中运行和管理与WSN相结合的业务的功能实体，负责整合各个服务提供商提供的业务，并将其提供给终端用户，同时对用户使用业务的情况进行管理。业务平台会根据不同业务的需要，协同电信网络中其他功能实体完成整个业务流程，例如AAA服务器。业务平台还可能与远程服务器连接，直接对业务进行更新。

WSN的管理平台是对WSN实施管理功能的实体，由远程管理服务器组成。远程管理服务器通过电信网络对WSN实施基本的管理功能。

WSN的业务客户端可以同WSN的管理平台和业务平台连接，可以执行WSN管理的有关业务数据的查询和录入等功能，配合WSN的管理平台完成WSN终端和网关的管理。WSN的业务客户端可以配置有可以连接到WSN终端和WSN中网关的连接线，WSN的业务客户端通过连接线，可以与WSN终端和WSN中的网关建立连接。除通过连接线建立通信连接外，WSN的业务客户端和WSN终端、网关之间也可以采用其他的通信连接方式。WSN的业务客户端可以配合WSN的管理平台和业务平台将WSN的有关参数和WSN业务的有关参数写入到WSN终端和网关。至于管理，是通过Zigbee技术组建WSN和对WSN进行管理。

方法实施例一：

主网关创建WSN后，从网关可以作为无线传感器网络中的路由节点加入到该WSN，在WSN中可以有多个从网关。从网关加入到WSN的流程包括以下步骤：

步骤101、从网关通过电信网络提供的通信连接在管理平台进行注册。

这里，从网关在申请加入的WSN区域安装后，可以通过电信网络同管理平台建立通信连接，向管理平台发送注册请求。管理平台可以通过从网关的身份标识进行身份认证，确定从网关身份的真实性。在管理平台中预先保存有从网关的信息，该信息包括从网关的网络接入能力参数、安装的位置等。

步骤102、管理平台通知WSN中的主网关，有新的从网关申请加入到该WSN。

这里，管理平台根据该从网关准备安装的位置确定从网关准备加入的WSN，然后通知该WSN的主网关有新的从网关申请加入到该WSN。管理平台可以同时将该从网关的信息发送给主网关，该从网关的信息可以包括：从网关在电信网络中的地址、网络接入能力参数等。

步骤103、主网关将加入到该WSN所需要的网络配置参数发送给从网关。

这里，主网关将从网关加入到该传感网需要的网络配置参数发送给管理平台，然后由管理平台将该网络配置参数、和主网关在电信网络中的地址发送给从网关。这里的网络配置参数包括主网关在传感网中的地址、初始主密钥。

步骤104、从网关使用获得的传感网的网络配置参数加入到WSN。

这里，从网关从主网关获得WSN的网络配置参数后，在该WSN的覆盖区域内进行信道扫描，然后向WSN中的网关发送关联请求(Association Request)帧请求加入到该WSN。该从网关和主网关根据初始主密钥进行协商，确定网络密钥、链接密钥和地址等。从网关记录自己在该WSN中的地址和有关路由信息，主网关记录该从关在该WSN中的的地址和从网关的信息。

这里，从网关加入传感网后，主网关和从网关之间可以通过该WSN进行通信和交换有关数据等。主网关和从网关在电信网络中的地址可以采用IP地址，由于主网关和从网关都保存有对方的在电信网络中的IP地址，双方也可以通过电信网络进行通信。

在Zigbee网络中，为了使WSN终端可以加入WSN，WSN终端需要先从WSN的管理平台，获得加入WSN所需要的网络配置参数，网络配置参数包括要加入的WSN的初始主密钥和信任中心的地址，即主网关的地址。WSN终端加入WSN时，主网关验证WSN终端的初始主密钥的真实性，从而验证该WSN终端的身份。如果该WSN终端的初始主密钥是正确的，则允许该WSN终端加入WSN，WSN终端和主网关之间可以基于初始主密钥进行协商，确定加入该WSN所需要的链接密钥、网络密钥和地址等，从而实现WSN终端成功的加入该WSN。不具备网络配置参数的WSN终端申请加入WSN时，因不能提供初始主密钥或者初始主密钥不是正确的密钥，主网关则拒绝该WSN终端加入该WSN。

这里，WSN终端生产商在生产WSN终端时，并没有在WSN终端中写入WSN的网络配置参数，可以在WSN终端在投入使用前由WSN的业务客户端，在WSN终端中写入要加入的WSN的网络配置参数。为了实现WSN网络配置参数的安全，WSN终端生产商可以为每个或者一组WSN终端设置读写密钥，通过读写密钥实现对外部实体的认证以读写的信息的安全传输。外部实体在读取和写入WSN终端内的网络配置参数时，必须具备正确的读写密钥。WSN终端生产商可以将WSN终端的读写密钥，提供给WSN的管理平台并由WSN的管理平台进行安全保存。

下面描述采用Zigbee技术组建的传感网中WSN终端加入WSN的过程。这里需要指出的是：WSN的管理平台可以通过两种方式获得WSN的网络配置参数。第一种方式为：WSN的管理平台向WSN中的主网关发送获取传感网网络配置参数请求，主网关提供WSN终端加入该WSN所需要的网络配置参数。第二种方式为：WSN创建后，WSN将加入该WSN所需要的网络配置参数，提供给WSN的管理平台，并在WSN的管理平台进行保存。

方法实施例二：

如图2所示，采用以上第一种方式，获取加入WSN所需要的的网络配置参数时的WSN终端加入传感网的流程包括以下步骤：

步骤201、WSN的业务客户端向WSN的管理平台，提交WSN终端的信息。

这里，WSN终端的信息可以包括：WSN终端的标识号、WSN终端准备使用的位置等。

这里，在本步骤中，通过WSN的业务客户端，可以向WSN的管理平台输入WSN终端的有关信息包括该WSN终端的标识号、WSN终端的类型和准备使用的位置，在WSN终端使用的位置输入界面上，只允许输入存在WSN的管理平台所管理的WSN的位置，不能输入不存在的WSN的位置信息。

步骤202、WSN的管理平台根据WSN终端准备使用的位置信息，获取WSN终端准备使用的位置的WSN的信息。

这里，在本步骤中，WSN的管理平台根据该传感网终端的使用位置信息在平台保存的传感网的信息中进行查询，获取到该位置的传感网的信息，包括传感网的标识号、主网关的地址等。

步骤203、WSN的管理平台和该位置的WSN的主网关建立通信，请求获得WSN终端加入该WSN所需要的WSN的网络配置参数。

这里，在本步骤中，WSN的管理平台向WSN的主网关发送获取WSN的网络配置参数的请求消息，在该消息中WSN的管理平台可以将准备加入该WSN的WSN终端的信息发送给主网关，WSN终端的信息可以包括WSN终端的标识号、WSN终端类型等。

步骤204、WSN的主网关准备WSN终端加入该WSN的网络配置参数，并发送给WSN的管理平台。

这里，在本步骤中，主网关可以将接收到的终端信息进行保存并将该WSN终端加入到待加入WSN终端列表，主网关为该WSN终端准备加入到WSN的网络配置参数，然后将该网络配置参数发送给WSN的管理平台。主网关为WSN终端准备网络配置参数时，可以为该传感网终端设置一个初始主密钥，然后将初始主密钥和主网关地址作为作为加入该WSN的网络配置参数发送给WSN的管理平台。

步骤205、WSN的管理平台将加入该WSN的网络配置参数通过WSN的业务客户端写入到WSN终端。

这里，在本步骤中，WSN的管理平台通过WSN的业务客户端同WSN终端建立通信，并通过读写密钥进行身份验证；身份验证通过后，将网络配置参数写入到WSN终端；WSN终端可以采用加密的方式安全保存网络配置参数。

步骤206、WSN终端使用WSN的网络配置参数申请加入到WSN，主网关对WSN终端进行验证，如果验证通过，则执行步骤207；如果验证失败，则执行步骤208。

这里，在本步骤中，WSN终端被放置在准备加入的WSN所覆盖的区域。WSN终端开机启动后，WSN终端可以先在设定的信道上进行网络扫描，确定要加入的WSN。网络扫描可以通过在信道上发送信标请求(Beacon Request)帧，在这个信道上的WSN中的设备收到Beacon Request后，如果允许有新的WSN终端加入该传感网络，将会回应Beacon帧，该Beacon帧包含了发送该帧的WSN终端的地址信息，以及是否允许其他WSN终端以其子节点的方式加入。WSN终端将收到的Beacon帧的信息保存在自己的关联表中。

这里，WSN终端在关联表中选择合适的父节点，并向父节点发送Association Request帧请求加入WSN。处于WSN的父节点的WSN终端收到加入WSN的请求后，通知WSN的主网关有新的WSN终端请求加入WSN。

这里，WSN的主网关对WSN终端进行验证，验证方法可以按照Zigbee规范中节点设备加入到网络的方法，主网关判断WSN终端中的初始主密钥的真实性。如果WSN终端验证通过，则执行步骤207中的操作；如果WSN终端验证失败，则进行步骤208中的操作。

步骤207、WSN终端验证通过后，和主网关进行通信协商确定链接密钥和网络密钥，主网关在节点管理表中添加该WSN终端的信息，WSN终端的父节点设备在自己的相邻表中保存该传感网终端的信息，WSN终端在自己的相邻表中保存父节点和主网关的信息。至此，WSN终端成功加入传感网。

步骤208、WSN终端认证不通过，主网关拒绝该WSN终端加入WSN。

步骤209、主网关指定该WSN终端接入电信网络所使用的网关。

这里，主网关可以将该WSN终端的信息和通信连接配置信息发送给指定的网关，主网关将指定的网关的信息和所述通信连接配置信息发送给该WSN终端。

这里，所述通信连接配置信息是该指定的网关和该传感网终端之间建立通信连接所需要的链接密钥，该指定的网关和该WSN终端之间通过该链接密钥建立安全的通信连接。

步骤210、WSN的主网关通知WSN的管理平台该WSN终端已经加入到该WSN。

这里，在本步骤中，WSN的管理平台可以记录WSN终端的有关信息，并将WSN终端的信息发送给业务平台，业务平台配置和WSN终端的有关数据，启用WSN终端所支持的业务。

这里，在本步骤中，WSN的管理平台可以记录WSN终端的有关信息，并将WSN终端的信息发送给业务平台，业务平台配置和WSN终端的有关数据，启用WSN终端所支持的业务。

可见：通过上述过程，WSN终端中写入网络配置参数并加入指定的WSN，并且WSN的主网关指定了该WSN终端接入电信网络所使用的网关，使该WSN终端能够通过网关向业务平台上报数据。

这里需要指出的是：为了记录WSN中的终端接入电信网络所使用的网关等信息，主网关保存有WSN中的WSN终端的电信网络接入配置信息，通过该电信网络接入配置信息记录传感网终端接入电信网络时所使用的网关。该配置信息可以在主网关中通过一个专用文件进行保存。

从网关可以记录通过该网关接入电信网络的WSN终端的电信网络接入配置信息。该信息可以包括WSN终端的地址、WSN终端和该网关之间通信连接的配置参数等。该配置信息可以在从网关中通过一个专用文件进行保存。

WSN终端加入到WSN后，可能存在需要变更WSN终端接入电信网络所使用的网关的情况，例如主网关可以为一个WSN终端选择另外一个距离该WSN终端更近的从网关，从而减少该WSN终端和从网关间的路由路径，达到减少WSN内的通信复杂度和节能的效果。这时可以由主网关指定为WSN终端提供电信网络接入的新网关，主网关可以将该WSN终端的信息和通信连接配置信息发送给新指定的网关，并将网关变更消息，通知原来为该WSN终端提供电信网络接入的网关。新指定的网关在该网关中添加该WSN终端的配置信息，原来的网关删除该网关中保存的该WSN终端的电信网络接入配置信息。新指定的网关为该WSN终端提供电信网络接入，原先的网关不再为该WSN终端提供电信网络接入。

加入WSN的终端在离开传感网时，主网关和该传感网终端接入电信网络所使用的网关，可以清除网关中保存的该WSN终端的电信网络接入配置信息，主网关和该WSN终端对应的网关，在WSN终端离开WSN后不再为该WSN终端提供电信网络接入。

这里，对以上涉及到的“通过Zigbee技术组建WSN和对WSN进行管理”说明如下：

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低成本、低功耗的无线网络技术。它采用直接序列扩频(DSSS)技术，工作频率为868MHz、915MHz或2.4GHz，都是无须申请执照的频率。基于ZigBee技术配置无线个域网络是近年来近距离无线通信技术的一种新发展，在工业自动化领域以及智能家居领域获得了越来越广泛的应用。

ZigBee网络中有3种类型的节点：ZigBee协调点、ZigBee路由节点和ZigBee终端节点。

就ZigBee协调点而言，ZigBee协调点在IEEE 802.15.4中也称为个域网(PAN，Personal Area Network)协调点(ZC，ZigBee Coordinator)，在WSN中可以作为汇聚节点。ZigBee协调点必须是全功能设备(FFD，Full-FunctionDevice)，一个ZigBee网络只有一个ZigBee协调点，它往往比网络中其他节点的功能更强大，是整个网络的主控节点。它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。ZigBee协调点是3种类型ZigBee节点最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。

就ZigBee路由节点而言，ZigBee路由节点(ZR，ZigBee Router)也必须是全功能设备。ZigBee路由节点可以参与路由发现、消息转发，通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等。此外，ZigBee路由节点还可以在它的个人操作空间(POS，Personal Operating Space)中充当普通协调点，IEEE 802.15.4称为协调点。普通协调点与ZigBee协调点不同，它仍然受ZigBee协调点的控制。

就ZigBee终端节点而言，ZigBee终端节点(ZE，ZigBee EndDevice)可以是全功能设备或者精简功能设备(RFD，Reduced-Function Device)，它通过ZigBee协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络，但不允许其他任何节点通过它加入网络，ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行。

本发明中，主网关作为Zigbee网络中的Zigbee协调点，负责WSN的组建。WSN终端可以作为Zigbee路由节点、或者Zigbee终端节点加入WSN，从网关作为Zigbee路由节点加入WSN。网关和WSN终端需要支持Zigbee通信技术。

另外，为了实现Zigbee网络的安全，需要对WSN中的通信进行加密，Zigbee网络中的加密运算，采用先进加密标准算法(AES，Advanced EncryptionStandard)，采用的对称密钥长度为128位。Zigbee网络中使用的密钥主要包括：主密钥、链接密钥和网络密钥。以下分别阐述。

主密钥：该密钥是执行对称钥密钥建立协议过程中使用的一个共享密钥。主密钥是两个设备之间长期安全的基础，并可用于生成链接密钥。

链接密钥：在一个PAN网中，是两个设备之间共享的密钥，用于两个设备之间的安全通信。

网络密钥：该密钥为一个PAN网络中共享的密钥，用于广播通信的安全。

为实现Zigbee网络的安全和密钥的管理等，Zigbee网络中存在信任中心。信任中心是在网络中分配安全钥匙的一种令人信任的设备，它允许设备加入网络，并分配密钥，因而确保设备之间端到端的安全性。在采用安全机制的网络中，网络协调者可成为信任中心。信任中心提供以下三种功能：

(1)信任管理：任务是负责对加入网络的设备验证。

(2)网络管理：任务是负责获取和分配网络钥匙给设备。

(3)配置管理：任务是对其管理的设备绑定应用程序，在两设备之间实现端到端的安全传输。

为了实现信任管理，设备需要从信任中心接收初始主密钥。

为了实现网络管理的目的，设备应接收初始的网络密钥，并且只能从信任中心获得网络密钥的更新。

为了实现网络配置，设备需要从信任中心接收主密钥或链路密钥，以建立两个设备间的端对端安全链路。

除了初始的主密钥，附加的链路密钥、主密钥、网络密钥只能够采用安全的方式从信任中心获得。信任中心应当根据某一策略周期性地更新网络密钥，并将新的网络密钥传送给每个设备。

本发明中，由主网关作为信任中心进行网络的安全管理。

本发明中，网关和电信网中的传感网管理平台和其他网络单元实体之间可以通过网关的身份标识实现对网关的身份认证和安全通信。

本发明中，通过WSN的网络标识识别某个WSN。主网关创建WSN后，可以由主网关或者由传感网管理平台确定该传感网的网络标识，传感网管理平台中记录传感网的包括网络标识和网络位置的有关信息。由此，传感网管理平台可以根据一个给定的位置判断该位置是否存在由该传感网管理平台管理的无线传感器网络，如果存在WSN可以获得在该位置的WSN的标识，从而确定在该位置的WSN。

这里，对以上涉及文字的中英文注释进行说明：WSN可以用Wireless SensorNetwork表示，缩写为WSN；无线个域网可以用Wireless Personal Area Network表示，缩写为WPAN；媒体访问控制层可以用Media Access Control表示，缩写为MAC；关联表可以用neighbor table表示；主密钥可以用Master key表示；链接密钥可以用Link key表示；网络密钥可以用Network key表示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种无线传感器网络的接入方法，其特征在于，该方法包括：在一个无线传感器网络(WSN)中配置多个网关；所述WSN中的WSN终端通过所述多个网关接入电信网络。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个网关中，包括一个主网关和多个从网关；所述多个网关中，由所述主网关进行网关的调度分配，并为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；

所述WSN终端接入电信网络时，该方法还包括：所述WSN终端通过主网关所分配的网关接入到所述电信网络；其中，所述主网关所分配的网关包括：主网关自身、或多个从网关中的任意一个从网关。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从网关申请加入WSN时，该方法还包括：

管理平台通知所述WSN中的主网关，有新的从网关申请加入所述WSN；所述主网关将所述从网关加入所述WSN所需要的网络配置参数，通过所述管理平台发送给所述从网关；所述从网关通过接收到的所述网络配置参数加入到所述WSN。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从网关加入到WSN后，该方法还包括：所述主网关记录所述从网关的信息；

所述从网关的信息包括：所述从网关在所述WSN中的地址、所述从网关在所述电信网络中的地址、和所述从网关能够提供的电信网络接入能力；

其中，当所述从网关在所述WSN中的地址与在所述电信网络中的地址采用同一个地址时，所述主网关只需要记录一个地址。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述主网关保存WSN终端的电信网络接入配置信息，主网关通过所述电信网络接入配置信息，记录WSN终端接入所述电信网络时所使用的网关。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，当所述主网关所分配的网关为从网关时，该方法还包括：所述从网关记录通过所述从网关接入电信网络的WSN终端的电信网络接入配置信息；从网关通过所述WSN终端的电信网络接入配置信息，记录通过所述从网关接入电信网络的WSN终端的标识信息、和所述WSN终端与所述从网关之间的通信连接配置信息。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，WSN终端申请加入WSN时，该方法还包括：

主网关为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；

主网关将WSN终端的信息、和所述通信连接配置信息发送给主网关所分配的网关；

主网关将所分配的网关的信息、和所述通信连接配置信息发送给所述WSN终端。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述WSN终端的信息，由所述WSN的业务客户端向管理平台提交时，该方法还包括：

所述管理平台根据所述WSN终端的信息，确定WSN终端准备使用的位置的WSN；

管理平台向所确定的WSN中的主网关发送获取所述网络配置参数的请求；所述主网关将所述网络配置参数反馈给管理平台，并通过所述业务客户端发送到所述WSN终端；

所述WSN终端通过所述网络配置参数加入到所述WSN。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述WSN终端加入到WSN后，该方法还包括：

主网关能变更WSN终端接入电信网络所使用的网关；

WSN终端离开WSN时，主网关和所述WSN终端接入电信网络所使用的网关，能清除主网关和所使用的网关中保存的所述WSN终端的电信网络接入配置信息。

10.一种无线传感器网络的接入系统，该系统包括WSN、WSN中的WSN终端和电信网络，其特征在于，该系统还包括：在一个WSN中所配置的多个网关；

其中，所述多个网关，用于作为所述WSN终端接入所述电信网络的传输媒介，将所述WSN中的所述WSN终端接入所述电信网络。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述多个网关中，包括一个主网关和多个从网关；

所述主网关，用于在所述多个网关中进行网关的调度分配，并为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；

其中，主网关所分配的网关包括：主网关自身、或多个从网关中的任意一个从网关。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述主网关，进一步用于在从网关申请加入WSN的情况下，从管理平台获知有新的从网关申请加入所述WSN，主网关将所述从网关加入所述WSN所需要的网络配置参数，通过所述管理平台发送给所述从网关；

所述从网关，用于通过接收到的所述网络配置参数加入到所述WSN。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述主网关，进一步用于在WSN终端申请加入WSN的情况下，为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关；主网关将WSN终端的信息、通信连接配置信息发送给主网关所分配的网关；主网关将所分配的网关的信息、和通信连接配置信息发送给所述WSN终端。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，该系统还包括：所述WSN的业务客户端，用于将所述WSN终端的信息提交给管理平台；在主网关将所述网络配置参数反馈给管理平台后，所述业务客户端从管理平台获知所述网络配置参数并发送到所述WSN终端；

所述WSN终端，进一步用于通过接收到的所述网络配置参数加入到所述WSN；

所述主网关，进一步用于在管理平台根据所述WSN终端的信息，确定WSN终端准备使用的位置的WSN后，作为所确定的WSN中的主网关，收到来自管理平台的获取所述网络配置参数的请求，将所述网络配置参数反馈给管理平台。

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