CN102404716A - 用于在基于ip的无线传感器网络中进行数据传输的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的方法和设备。在本发明的实施例中，通过将无线传感器网络中的设备在逻辑上划分为不同的虚拟专用传感器网络并使用虚拟专用传感器网络标识符来标识来进行网络虚拟化。在本发明的实施例，提供了一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的方法，包括：接收数据分组，其中所述数据分组包括设备关联的虚拟专用传感器网络标识符以及虚拟专用传感器网络短地址形式的目的地址；基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；确定所述目的地址是否匹配当前地址；以及基于确定的结果进行操作。从而能够以较低的通信开销共享物理的无线传感器网络，减少了无线传感器网络服务提供商和无线传感器网络运营商双方的设置和运营成本。

Description

用于在基于IP的无线传感器网络中进行数据传输的方法和设备

技术领域

概括地说，本发明实施例涉及无线传感器网络。更具体地，本发明实施例涉及基于IP的无线传感器网络，例如IPv6低功率无线个域网6LoWPAN。

背景技术

随着传感器技术、微机电系统、网络和无线通信等技术的快速进步，无线传感器网络也涌现了日新月异的发展。无线传感器网络能够获取客观物理信息从而扩展了人们的信息获取能力，并将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息，因此无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，能应用于例如军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等广泛的领域。

针对以数十亿计的大量因特网用户，如果将无线传感器网络与TCP/IP网络集成在一起时，则实际上可以对这些因特网用户提供更有意义的服务。以前因为无线传感器网络严格的资源限制和极端的通信条件而认为TCP/IP协议栈不适用于无线传感器网络。然而，因特网工程任务组的6LoWPAN(IPv6低功率无线个域网)工作组通过引入适配层以支持IEEE802.15.4无线链路上有效的IP(v6)通信而根本上解决了这个问题。因为传感器网络通常利用低速率以及低功率无线个域网(LoWPAN)组成，所以IEEE 802.15.4协议虽然不是具体针对无线传感器网络开发的，也非常适合于无线传感器网络。此外，由于IPv6已经被广泛认同为下一代因特网协议，6LoWPAN方法也能够保持与未来的因特网同步发展和演进，因此在无线传感器网络中广泛使用。

图1为现有技术中的6LoWPAN网络的示意性框图。在网络100中可以包括PAN协调器A、普通协调器B、C、D、E和F以及其各自的传感器设备，例如b1、b2...b5和c1等。PAN协调器A作为中心节点发起整个网络，其他节点可以作为其子节点加入到网络中，两个或更多节点在其信号范围内构成一个无线个域网，在该网络中还可以包括其它的PAN。从逻辑功能上可将网络100中的设备分为全功能设备FFD和部分功能设备RFD。全功能设备FFD具备IEEE 802.15.4协议规定的所有特性，可以作为网络协调器即中心节点，网络协调器可以在不同PAN网络中路由数据，通常也可作为中间路由的路由器，为PAN网络中的其他节点转发数据。而部分功能设备RFD仅具备IEEE 802.15.4协议规定的一部分功能，在个域网PAN中仅作为端节点，只有数据的发送和接收功能，传感器设备通常为RFD设备。本领域技术人员可以理解，仅为了例示的目的，而非对其进行限制，上述网络可以不限于以上全功能设备以及特定数目的部分功能设备，可以根据实际需求进行数量上的增减以及连接上的适当变化。

在现有技术中，服务提供商通常自己来开发物理的无线传感器网络，这由于成本的限制而不足以有效地提供其服务。随着社会的精细分工，无线传感器网络服务提供商与致力于提供并开发物理的无线传感器网络的公司合作是提高公共无线传感器网络服务的一种趋势。然而，在现有技术中并没有在不同的服务提供商之间共享相同的物理的无线传感器网络(例如如图1所示的网络100)的方案。为了满足不同服务提供商的要求，最直接的方案就是无线传感器网络管理者不得不安装附加的物理传感器网络基础架构(例如可以包括A’、B’、C’、D’等全功能设备以及其他部分功能设备的另外的网络100’等)来支持多个无线传感器网络服务提供商，并在其中实现路由分段。然而，这种方案极大增加了开发和运营成本，因此是不经济的方案。

另外的可能的方案可以考虑采用无线VLAN(虚拟局域网)。对于传统的无线VLAN，来自不同组的用户可以利用分配的不同服务集标识符(SSID)或VLAN ID(VLAN标识符)来进行分类并分组，该服务集标识符或VLAN ID可以映射到接入点(AP)上的不同无线VLAN。然而，当将虚拟局域网的虚拟化技术引入无线传感器网络时，将可能造成地址空间重叠，即属于不同的虚拟的专用传感器网络的传感器可以在一个物理传感器网络内具有相同的IP地址。此外，无线VLAN没有考虑无线传感器网络中的资源限制，从而使用这样的技术传感器网络虚拟化可导致额外的巨大通信开销，无法成为一个实用的方案。因此，无线VLAN对于无线传感器网络虚拟化是不适当的。迄今，这些问题还没有在基于IP的网络例如6LoWPAN中进行考虑。

因此，存在有效地在不同服务提供商之间共享相同的物理的无线传感器网络的需要，从而缩减对于服务提供商和网络基础架构运营商双方的成本。

发明内容

以下提供发明内容以提供本发明一些方面的基本理解。发明内容不是本发明的广泛概况。其既不用于标识本发明的主要或关键部分，也不界定本发明的范围。以下发明内容仅以简化形式提供本发明的一些概念，作为以后的具体实施方式部分的前序。

本发明实施例的一方面涉及一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据发送的方法，可以包括：在传感器设备处确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；通过插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组；以及发送所述数据分组。

本发明实施例的另外的方面涉及一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的方法，可以包括：接收来自设备的数据，并确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；通过在接收的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装数据分组；以及转发所述数据分组。

本发明实施例的另外的方面涉及一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的方法，可以包括：接收数据分组，其中所述数据分组包括设备关联的虚拟专用传感器网络标识符以及虚拟专用传感器网络短地址形式的目的地址；基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；确定所述目的地址是否匹配当前地址；以及基于确定的结果进行操作。

本发明实施例的另外的方面涉及一种传感器设备，可以包括：传感器，用于采集数据；输入输出装置，用于接收和发送数据；控制装置，用于将所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址存储在存储装置，并通过在要发送的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组；以及存储装置，用于存储分配的虚拟专用传感器网络标识符、虚拟专用传感器网络短地址以及关联的虚拟专用传感器网络的路由信息。

本发明实施例另外的方面涉及一种设备，可以包括：输入输出装置，用于接收和发送数据；控制装置，用于确定传感器设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，并通过在接收的来自所述传感器设备的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装数据分组以发送，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述传感器设备归属的虚拟专用传感器网络。

本发明实施例的另外的方面涉及一种设备，包括：输入输出装置，用于接收和发送数据；控制装置，用于对接收到的数据分组进行路由与转发，其中所述控制装置进一步包括：解封装装置，用于基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；判决装置，用于确定所述目的地址是否匹配所述设备的地址；以及处理装置，用于基于确定的结果进行操作。

本发明实施例的另外的方面涉及一种用于在基于IP的无线传感器网络中控制数据发送的装置，可以包括：用于在传感器设备处确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址的装置，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；用于通过插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组的装置；以及用于发送所述数据分组的装置。

本发明实施例的另外的方面涉及一种用于在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的装置，可以包括：用于接收来自设备的数据，并确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址的装置，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；用于通过插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装接收的数据分组的装置；以及用于转发所述数据分组的装置。

在本发明的实施例中，所述基于IP的无线传感器网络可以优选为基于IPv6的低功率无线个域网，所述虚拟专用传感器网络标识符可以优选为虚拟个域网标识符，所述虚拟专用传感器网络短地址可以优选为虚拟个域网短地址。

在本发明的实施例中，所述基于IP的无线传感器网络可以优选为基于IPv4的无线传感器网络。

在本发明的实施例中，上述方法还可以基于虚拟编码来压缩数据分组。

附图说明

可通过参照考虑附图的以下说明获得本发明的更完整理解及其优点，其中类似的标号指示类似的特征，并且其中：

图1例示了现有技术中的IPv6低功率无线传感器网络的示意性的架构；

图2示意性示出了根据本发明实施例的在其中实现本发明的实施例的虚拟化方法的IPv6低功率个域网(6LoWPAN)的网络环境；

图3示意性示出了根据本发明实施例的传感器设备的结构框图；

图4示意性示出了根据本发明实施例的中间设备的结果框图；

图5例示了根据本发明实施例的基于6LoWPAN的编码格式；

图6例示了根据本发明实施例的在基于如图2所示的6LoWPAN中、采用如图5所示的编码的数据传输的格式；

图7例示了根据本发明实施例的在传感器设备处控制数据发送的方法的流程图；

图8例示了根据本发明实施例的在中间设备处控制数据发送的方法的流程图；

图9例示了根据本发明实施例的在中间设备处控制数据传输的方法的流程图；以及

图10例示了根据本发明实施例的在基于IPv4的无线传感器网络中进行编码的格式。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本发明的实施例。贯穿本说明书全文，谈及特征、优点或类似的措辞并非意味着可以利用本发明而实现的所有特征与优点应当在或者是在本发明的任何单个的实施例中。相反，要理解涉及特征与优点的措辞意味着结合实施例所描述的具体特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书全文，对特征和优点的讨论以及类似的措辞可以指同一实施例，但却不一定指同一实施例。此外，所描述的本发明的特征、优点以及特性可以用任何合适的方式合并在一个或多个实施例中。相关领域的技术人员将会认识到，可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它的实例中，可以在某些实施例中实现附加的特征和优点，其不一定出现于本发明的所有实施例之中。

为了实现共享物理的无线传感器网络基础架构，本发明给出了一种基于虚拟化技术的解决方案。通过引入虚拟化的概念，将基于IP的无线传感器网络中的设备逻辑地划分给不同的虚拟专用无线传感器网络VPSN，这多个虚拟专用无线传感器网络可以属于不同的服务提供商或者具有不同需求的相同的服务提供商，并为该VPSN分配不同的标识符，从而属于一个VPSN的所有传感器设备能够彼此互连并与其他VPSN完全分离。

在本发明的实施例中，为了清楚起见，将以6LoWPAN网络为基础进行说明。6LoWPAN网络采用IEEE 802.15.4协议规定的物理层和MAC层，在网络层上使用IETF规定的IPv6，并在IPv6网络层和MAC层之间的适配层上提供对IPv6的支持，为了简要起见，涉及的相关内容通过引用IEEE 802.15.4协议合并于此，在此不再赘述。

图2示意性示出了根据本发明实施例的在其中实现本发明的虚拟化方法的基于IPv6的低功率个域网的网络环境。如图2所示，网络200可以包括PAN ID为1的PAN 1，其包括网络协调器21、普通协调器22、23、24、25和26以及各自的部分功能设备(或者传感器设备，例如221、221、223、224和225)。

在本发明的实施例中，可以将设备22、23和24以及其各自的部分功能设备(即传感器设备)设置为一个虚拟专用传感器网络(VPSN)。所谓的虚拟专用传感器网络VPSN，是指在公共传感器网络中属于同一逻辑分组的传感器所组成的网络，该虚拟组成的传感器网络利用公共传感器网络实现专用的传感器网络服务，就如同一个独立的传感器网络一样。在本发明实施例中，该VPSN可为虚拟专用传感器网络VPSN 1，即VPSN ID＝1，而将设备24、25和26以及其部分功能设备设置为另一虚拟专用传感器网络(在此可为VPSN 2，即VPSN ID＝2)。

本领域的技术人员可以理解，上述仅仅例示了虚拟专用传感器网络设置的一个实例，还可以将属于不同PAN中的设备设置为一个虚拟专用传感器网络(相当于一个组)，网络中的物理设备可以基于一定的服务需求和规则，例如但不限于任务、运营商、传输介质、所处地理位置等进行分组。

在本发明的实施例中，可以使用8比特的VPSN ID来标识虚拟专用传感器网络。其中，VPSN ID＝1用于标识默认的VPSN(默认的VPSN有且仅有一个)，其余VPSN ID可以但不限于采用随机的方式分配给所有的VPSN。

在本发明的实施例中，对于一个VPSN内的节点，可以采用16比特的短地址来标识。分配16比特短地址的规则可以但不限于：按加入该VPSN的时间先后顺序依次分配给各个传感器网络节点；如果在同一时刻加入一批传感器节点，则按照其全球IPv6单播地址转化为10进制数后的大小顺序依次进行分配。还可以基于某种现有的算法来进行地址的分配，例如哈希算法，在此不再赘述。

本领域的技术人员可以理解，VPSN ID还可以占用其他数目的比特，VPSN的短地址也可以基于系统的容量以及设备的能力而设置为其他数目的比特，甚至还可以使用短地址中的某几位来标识VPSN ID，当然，这限制了VPSN的规模。

图3示意性示出了根据本发明实施例的传感器设备的结构框图。如图3所示，传感器设备30可以包括传感器31、输入输出装置32、控制装置33以及存储装置34。传感器31用于采集数据。输入输出装置32用于接收和发送数据，也即发送/接收装置。存储装置34用于存储来自传感器31的采集的数据，虚拟PSN分配给传感器设备30的VPSN标识符以及相应的虚拟专用传感器网络短地址。可选地，存储装置34还可以存储关联的虚拟专用传感器网络的路由信息。控制装置33用于基于期望的数据传输格式以及路由信息控制传感器设备30的数据传输。这将在下面结合图5-9详细描述。

图4示意性示出了根据本发明实施例的中间设备的结果框图。如图4所示，中间设备40包括输入输出装置41，用于接收和发送数据；以及控制装置42，用于对来自传感器设备的数据进行数据分组封装并进行转发。该操作将在下面结合图5-9详细描述。中间设备40还可以包括存储装置，用于存储分配的VPSN ID、VPSN短地址和/或全局路由表以及其归属的虚拟专用传感器网络的路由表。

在本发明的实施例中，中间设备40还可以作为路由器进行数据分组的路由。在本发明的实施例中，中间设备40的控制装置可以包括：解封装装置，用于基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；判决装置，用于确定所述目的地址是否匹配所述设备的地址；以及处理装置，用于基于确定的结果进行操作。其操作将在下面进一步详细描述。

在本发明的实施例中，由于无线传感器网络资源有限并且功耗较低，为了满足其要求，基于IP的无线传感器网络也需要在低速率和低功率条件下实施，所以在基于IP的无线传感器网络的虚拟化技术需要缩减开销以及存储器需求以满足这些资源限制和多跳特性。

在本发明的实施例中，提出了一种新的报头压缩编码方案(虚拟编码)，称为PSN_VNC。在本方案中，可以与VPSN ID、源、目的地址一起来压缩IP分组报头。该方案的构思如下：

在IP报头之前插入PSN_VNC头，该PSN_VNC头中第一字段指示编码方式为PSN_VNC类型，并将该第一字段的最右边比特设置为VID位以指示有无扩展字段，例如1表示有扩展字段，而0为无扩展字段；第二字段为编码字段，指示对IP报头的编码压缩规则。在第一字段的最右比特指示有扩展字段时(该比特值为1)，第三字段为VPSN ID字段，来指示所属的VPSN的标识符。

下面以6LoWPAN为例来详细描述该编码方案的思想。尽管以6LoWPAN为例来具体描述该编码方案的实现，对于本领域技术人员而言，可以理解，该PSN_VNC编码方案还可以进行细节(例如比特数量)和功能上的改变。

表1为IPv6基本报头的格式，如表1所示，IP报头中存在可以在接收时从链路级802.15.4报头的相关域中得到的网络级信息，这些信息为冗余的或不必要的网络级信息。为了有效缩减开销，需要在编码过程中去除IP报头中的冗余或不必要的网络级信息。

表1IPv6的基本报头组成

在6LoWPAN网络中有益的情况在于：可以从更低层信息例如IEEE802.15.4物理层的帧长度字节中推断出载荷长度；跳数限制由源设置为已知值；链接本地地址使用根据IEEE 802.15.4的16位短地址创建的接口标识符来生成；以及由无缝IPv6自动配置通过组合全局前缀和基于接口的IEEE扩展的唯一标识符地址(EUI-64)来生成全局单播地址。

如图5所示，提出的PSN_VNC编码方案可以包括第一字段分发字段、第二字段编码字段以及附加的VPSN ID字段。在第一字段分发(dispatch)字段的第1-6比特分发值设置为该标准预留的分发值0101111，表示为基于IPv6的PSN_VNC编码，第7比特VID(虚拟化标识符扩展)指示是否使用附加的8比特VPSN ID扩展字段。当VID＝0时，表示该编码为基本编码方式，2个8位字节长，不附加VPSN ID扩展字段，因为对于该情况使用缺省的VPSN ID值以便报头开销可以进一步减少(参见图6a)。当VID＝1，附加的8比特VPSN ID扩展字段紧跟DAM字段(参见图6b)。

在第二字段编码字段，利用8比特来指示对IP报头的压缩处理。在编码字段，TF比特指示业务类别和流标签是否均为零并被省略或者没有被压缩。NH比特指示下一报头是否被压缩或是内联(in-line)运输。HLIM(占用2比特)比特指示跳限制是否采取值例如1、64或255以及被压缩或内联运输。SAM(DAM)比特(各占2比特)分别指示源(目的)地址模式，例如可以具有以下意义：00:128比特、01:64比特、10:16比特、以及11:0(在这种情况下MAC地址和IP地址关联且为RFD与其FFD之间的通信)比特。

通过这种虚拟编码压缩方案，能减小IP报头的字节数目，从而有效降低传感器网络的通信开销。

如图6所示，没有全部省略的IPv6报头字段放置为紧跟PAN_VNC之后。

在虚拟专用无线传感器网络初始化时，网络运营商已经配置了VPSN映射表，为该VPSN中的设备分配了VPSN ID和VPSN短地址(参见上述描述的方法，在此不再赘述)，并建立了与IP地址的映射关系。

VPSNID	16-bit短地址	IP地址
			1(缺省)	1	2001:A800:200C:417A:0217:3B00:1122:3344/64
1	2	2003:03B3:7654:FE03:0321:114F:F344:1234/64
			...	...	...
1	N	2005:A3B1:305C:F09E:0221:1C7E:D321:1122/64
			2	1	2001:A800:200C:417A:0217:3B00:4433:2211/64
2	2	2003:03B3:7654:FE03:0334:134F:5723:6732/64
			...	...	...
2	L	2005:A3B1:305C:F09E:273C:14CB:973A:5566/64
			...	...	...
M	1	2005:A3B1:305C:F09E:8C6D:1123:875E:7788/64
			...	...	...

表2地址映射表

如表2所示，通过VPSN ID和VPSN的短地址可以唯一地标识特定虚拟专用传感器网络的特定设备，并与其IP地址建立映射关系，从而消除了地址空间冲突问题。

在本发明的实施例中，以6LoWPAN为例来描述本发明的方案的构思，本领域的技术人员可以理解，在其他应用网络的情境中，还可以采用其他的地址来建立映射关系。

图6a例示了根据本发明实施例的VPSN ID为缺省的数据传输的格式。图6b例示了根据本发明的实施例的VPSN ID为特定值的数据传输的格式。如图6a、6b所示，在本发明的实施例中，在IEEE 802.15.4报头的格式上根据图5所示的编码格式对IP报头进行压缩，并在虚拟专用传感器网络中进行传输。

在本发明的实施例中，无线传感器网络还可以与IPv4进行融合，本发明实施例也可以通过虚拟化技术来共享基于IPv4的无线传感器网络架构，则依据本发明的虚拟化的原理，将对编码方式和地址映射方式进行相应的改变，如以下详述。

图10例示了基于IPv4的无线传感器网络中进行编码的格式。如图10所示，其也包括一个分发字段，该分发值也可以基于其标准中预留的分发值进行选择，类似地表示为基于IPv4的虚拟编码。在该分发字段中也包括VID比特，含义与IPv6的情形相同，在此不再赘述。

对于本领域技术人员而言，还可以在分发字段中设置1个比特，来指示版本号(例如IPv4或IPv6)。

其编码字段中各个比特的含义如下：SAM(DAM)比特分别指示源(目的)地址模式，例如设置为0可以表示源(目的)地址为内联运输；为1则表示源(目的)地址利用16位短地址运输。FRG比特可以设置为0，表示IPV4的分段字段(Fragmentation field)为内联运输；为1则表示IPv4的分段字段压缩了(即MV＝0，DF＝0Fragment Offset＝0，Id＝0)。IHL比特为0时，则表示IPv4的报头长度字段(IP Header Length Field)将内联运输；为1则表示IPv4的报头长度字段压缩了(即IHL＝5)。TOS比特为0表示IPv4的服务类型字段(Type of Service Field)将内联运输；为1则表示IPv4的服务类型字段压缩了(即Precedence＝000；D＝0；T＝0；R＝0)。NH比特(2位)为00时表示IPv4的下一协议报头字段(Next Header/Protocol field)将内联运输；为01则表示IPv4的下一协议报头为UDP(即Protocol＝17，UDP)；为10表示IPv4的下一协议报头为ICMP(即Protocol＝1，ICMP)；为11则表示代表下一协议报头为TCP(即Protocol＝6，TCP)。NMH比特为0时表示没有下一协议报头的压缩比特；为1则表示有下一协议报头的压缩比特，并将依据NH位(2个比特)的值选择相应的头压缩方式。

在本发明的实施例中，在基于IPv4的无线传感器网络中进行虚拟化，将与上述类似地建立VPSN ID、VPSN短地址与IPv4的32位地址之间的映射，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的虚拟化技术可以进行类似的格式和细节的变形而应用在各种基于IP的无线传感器网络中。

下面将结合图7-9来详细描述本发明实施例的在基于IP的无线传感器网络中使用虚拟VPSN ID和地址进行数据传输和控制的过程。下面的示意性流程图一般作为逻辑流程图来进行阐述。因此，所示出的顺序和所标记的步骤表示所提出的方法的一个实施例。可以想到在功能、逻辑或效果方面等效于所描述的方法的一个或多个步骤或其部分的其它步骤和方法。另外，所采用的格式和符号是为了阐释该方法的逻辑步骤而提供的，并且被理解为并不限制该方法的范围。尽管在流程图中可以采用各种箭头类型和线条类型，然而它们被理解为并不限制相应的方法的范围。事实上，某些箭头或其它的连接符可能仅仅用于指示该方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示所示方法的所列步骤之间未指定的持续时间的等待或监视期。另外，特定方法发生的顺序可以严格按照所示对应步骤的顺序，或者，可以不严格按照所示对应步骤的顺序。

图7例示了根据本发明实施例的在基于IP的传感器网络中控制数据发送的方法的流程图。

在本发明的实施例中，在网络初始化时，就在中间设备(在6LoWPAN情境中为FFD设备)中保持全局路由表，还保持相对于特定VPSN的路由表以及地址映射表，以便对每个VPSN进行路由分离和专用。此外，在传感器设备(例如RFD设备)上也保存相对于中间设备的微小的路由表，其只指示在该虚拟专用传感器网络中的下一跳的地址。

在本发明的实施例中，例如在6LoWPAN网络情境中，在中间设备(全功能设备FFD)上接收的所有分组可以通过其VPSN ID值毫无疑义地标识。而所谓的特定于VPSN的路由表限定了该VPSN ID指示的虚拟专用传感器网络的路由表，其仅由一个特定VPSN使用(并非与通常的路由表不同)，并且与其他VPSN的路由表完全分离。这样，可以缩减路由表的规模，减少了查找时间，并与其他虚拟专用网络逻辑隔离，也不会造成对其他服务提供商的干扰。

如图7所示，在步骤S710传感器设备30确定关联的虚拟专用传感器网络的标识符和虚拟专用传感器网络短地址。这可以通过从存储装置取回分配的VPSN ID和VPSN短地址来确定。或者可以向网络管理者来请求分配的VPSN ID和VPSN短地址。

在步骤S720，可以通过插入该VPSN ID和虚拟专用传感器短地址的源地址和目的地址来封装设备发送的数据。在本发明的实施例中，也可以采用128位的IP地址来代替短地址。对于本领域技术人员而言，这也会在中间设备处进行IP地址到短地址的映射而进行路由。

在本发明的实施例中，可以在传感器设备处封装该传感数据。如图5所示，可以采用该编码方案来对IP报头进行压缩编码。如果VID为0，则VPSN ID缺省为1，并且如图6a所示给压缩的数据报文增加分发字节、VNC字节以及16比特的目的地址和源地址的虚拟报头。在本发明的实施例中，对于VPSN ID为1、源地址为0001、目的地址为0002则对应源IP地址为2001:A800:200C:417A:0217:3B00:1122:3344/64、目的IP地址为2003:03B3:7654:FE03:0321:114F:F344:1234/64。

在本发明的实施例中，如图6b所示，在采用如图5所示的编码过程中，VID＝1，则对于VPSN ID＝2、源地址为0001、目的地址为0002则对应源IP地址为2001:A800:200C:417A:0217:3B00:4433:2211/64、目的IP地址为2003:03B3:7654:FE03:0334:134F:5723:6732/64。通过采用该编码方式来给压缩的数据报文增加分发字节、VNC字节以及16比特的目的地址和源地址的虚拟报头。

最后，在步骤S730，发送所述数据分组。在本发明的实施例中，传感器设备将封装好的数据分组发送给其下一跳的中间设备，并由其依照特定于该VPSN的路由表进行转发或处理。

在本发明的实施例中，还可以在中间设备处封装该传感数据并进行数据的传输。如图8所示，在步骤S810中间设备接收到来自其传感器设备的数据，例如FFD接收到来自其RFD的数据，并提取VPSN ID以及地址。

在步骤S820，如上所述，通过给压缩的数据报文增加分发字节、VNC字节以及16比特的目的地址和源地址的虚拟报头来封装数据分组，其操作与上类似，在此不再赘述。

最后，在步骤S830进行数据分组的转发。

对于本领域技术人员而言，通过在VPSN ID、16位短地址和全局单播地址之间建立映射，可以根据中间设备处的映射表恢复压缩的地址信息。而数据的转发和路由的操作除了VPSN ID、VPSN短地址和IP地址之间的映射之外，其余与现有技术中的原理类似，为了简要起见，在此不再赘述。

在本发明的实施例中，可以对于处于不同虚拟专用传感器网络的传感器设备，基于任务或服务等来选择合适的虚拟专用传感器网络，即选择合适的VPSN ID以及VPSN短地址。例如图2中的设备24可以处于VPSNID为1的虚拟PSN中，也可以处于VPSN ID为2的虚拟PSN中，那么在发送数据时，基于对其的控制信号(在该信号中已经指出其合适的VPSN)，则选择向合适的其虚拟PSN传输数据。并且基于其路由表，向其下一跳中间设备传输其数据分组。

图9例示了根据本发明实施例的在中间设备处控制数据传输的方法的流程图。如图9所示，在步骤S910接收数据分组，其中所述数据分组包括设备关联的虚拟专用传感器网络标识符以及虚拟专用传感器网络短地址形式的目的地址。

在步骤S920基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址。在本发明的实施例中，可以对该数据分组进行解封装，并提取接收到的数据分组中的虚拟局域网标识符和目的地址，并根据保存的地址映射表来恢复目的地址。

之后，在步骤S930确定所述目的地址是否匹配当前地址(例如中间设备的IP地址)。

最后，在步骤S940基于确定的结果进行操作。在本发明的实施例中，如果恢复的目的地址匹配于当前的地址，即接收方为目的地，可以提取出数据并进行相应的处理。如果地址不匹配，则接收方继续转发。

在本发明的实施例中，传感器设备30的控制装置33可以实现上述方法中的步骤，例如其可以被配置为将所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址存储在存储装置，并通过在要发送的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组。

在本发明的实施例中，中间设备40的控制装置42可以实现上述方法中的步骤，可以被配置为确定传感器设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，并通过在接收的来自所述传感器设备的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装数据分组以发送，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述传感器设备归属的虚拟专用传感器网络。

可选择的，中间设备40的控制装置42可以实现上述方法中的步骤，所述控制装置可进一步包括：解封装装置，用于基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；判决装置，用于确定所述目的地址是否匹配所述设备的地址；以及处理装置，用于基于确定的结果进行操作。

本发明实施例中的虚拟化方案能够有效地共享物理的无线传感器网络基础架构并显著减少服务提供商和基础架构运营商双方的配置和运营成本，并且还通过综合压缩虚拟化和地址信息来减轻开销以适应无线传感器网络的虚拟化和IP分组报头压缩的实际需求，因此具有广泛的应用前景。

本发明的一个或多个方面可以在由一个或多个计算机或其他设备执行的计算机可执行指令(例如在一个或多个程序模块)中实现。通常，程序模块包括在由计算机或其他设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。计算机可执行指令可存储在计算机可读介质(例如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、RAM等)上。本领域普通技术人员可以认识到，根据各个实施例的期望可组合或分配程序模块的功能。此外，可以整体地或部分地在固件或硬件等同物(例如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等)中实现功能。

实施例包括这里清楚或任意概括描述的任意新颖性特征或特征组合。尽管结合了含有用于实现本发明的目前优选实施方式的特定实例描述了实施例，但是本领域普通技术人员可以认识到，存在上述系统和技术的各种变形和排列。因此，如所附权利要求所阐述应该广泛地解释本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据发送的方法，包括：

在传感器设备处确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；

通过插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组；以及

发送所述数据分组。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述基于IP的无线传感器网络为基于IPv6的低功率无线个域网，其中所述虚拟专用传感器网络标识符为虚拟个域网标识符，所述虚拟专用传感器网络短地址为虚拟个域网短地址。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述基于IP的无线传感器网络为基于IPv4的无线传感器网络。

4.一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的方法，包括：

接收来自设备的数据，并确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；

通过在接收的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装数据分组；以及

转发所述数据分组。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述基于IP的无线传感器网络为基于IPv6的低功率无线个域网，其中所述虚拟专用传感器网络标识符为虚拟个域网标识符，所述虚拟局域网短地址为虚拟个域网短地址。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述基于IP的无线传感器网络为基于IPv4的无线传感器网络。

7.一种在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的方法，包括：

接收数据分组，其中所述数据分组包括设备关联的虚拟专用传感器网络标识符以及虚拟专用传感器网络短地址形式的目的地址；

基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；

确定所述目的地址是否匹配当前地址；以及

基于确定的结果进行操作。

8.一种传感器设备，包括：

传感器，用于采集数据；

输入输出装置，用于接收和发送数据；

控制装置，用于将所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址存储在存储装置，并通过在要发送的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组；以及

存储装置，用于存储分配的虚拟专用传感器网络标识符、虚拟专用传感器网络短地址以及关联的虚拟专用传感器网络的路由信息。

9.一种设备，包括：

输入输出装置，用于接收和发送数据；

控制装置，用于确定传感器设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址，并通过在接收的来自所述传感器设备的数据中插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装数据分组以发送，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述传感器设备归属的虚拟专用传感器网络。

10.一种设备，包括：

输入输出装置，用于接收和发送数据；

控制装置，用于对接收到的数据分组进行路由与转发，其中所述控制装置进一步包括：

解封装装置，用于基于接收到的数据分组中的所述虚拟局域网标识符和虚拟局域网短地址形式的目的地址来恢复目的IP地址；

判决装置，用于确定所述目的地址是否匹配所述设备的地址；以及

处理装置，用于基于确定的结果进行操作。

11.一种用于在基于IP的无线传感器网络中控制数据发送的装置，包括：

用于在传感器设备处确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址的装置，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；

用于通过插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装所述设备要发送的数据分组的装置；以及

用于发送所述数据分组的装置。

12.一种用于在基于IP的无线传感器网络中控制数据传输的装置，包括：

用于接收来自设备的数据，并确定所述设备关联的虚拟专用传感器网络标识符和虚拟专用传感器网络短地址的装置，其中所述虚拟专用传感器网络标识符用于识别所述设备归属的虚拟专用传感器网络；

用于通过插入所述虚拟专用传感器网络标识符和相应的虚拟专用传感器网络短地址形式的源地址和目的地址来封装接收的数据分组的装置；以及

用于转发所述数据分组的装置。

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