CN102457581B - 无线传感器网络终端的寻址方法及结合网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络(WSN)终端的寻址方法，包括：电信网络侧的网络单元实体从电信网络侧的存储单元获取WSN终端的网络地址；网络单元实体根据WSN终端的网络地址寻找到WSN终端。本发明还公开了一种结合网络，通过本发明可以电信网络侧的网络单元实体能够寻找到位于WSN中的WSN终端并建立通信。

Description

无线传感器网络终端的寻址方法及结合网络

技术领域

本发明涉及结合网络技术，尤其涉及一种无线传感器网络(WSN，WirelessSensorNetwork)终端的寻址方法及结合网络。

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。由于近来微型制造技术、通讯技术及电池技术的改进，促使微小的传感器终端可具有感应、无线通讯及处理信息的能力。此类传感器终端不但能够感应及侦测环境的目标物及其改变，并且可处理收集到的数据，并将处理过后的资料以无线传输的方式送到数据收集中心。这些传感器终端通常由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和执行软件这几部分构成。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进行通信。执行软件则为传感器终端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。借助于传感器终端中内置的形式多样的感知部件来测量该传感器终端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、速度和方向等众多信息。传感器终端一般通过自组织或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的使用，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：电气和电子工程师协会(IEEE，InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)802.15.4和ZigBee技术。

IEEE802.15.4是由IEEE开发的低速无线个域网(WPAN，WirelessPersonalAreaNetwork)标准。IEEE802.15.4规定了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC，MediaAccessControl)标准。符合IEEE802.15.4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MAC层采用IEEE802.15.4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(ZigBeesmartenergypublicapplicationsprofile)和ZigBee家庭自动化应用规范(ZigBeehomeautomationpublicapplicationsprofile)分别针对商业环境应用和家庭应用。

互联网工程任务组(IETF，theInternetEngineeringTaskForce)制定了在基于IEEE802.15.4标准的无线低速个域网上支持IP通信的技术方案、即6LowPan技术方案。在6LowPan方案中，无线低速个域网的底层采用IEEE802.15.4规定的PHY层和MAC层，网络层采用IPv6协议；由于IPv6中，MAC支持的载荷长度远大于6LowPan底层所能提供的载荷长度，为了实现MAC层与网络层的无缝链接，在网络层和MAC层之间增加一个网络适配层，用来完成包头压缩、分片与重组以及网状路由转发等工作。根据该方案，可以利用IEEE802.15.4链路支持基于IP的通信的同时，遵守开放标准以及保证与其他IP设备的互操作性，减少无线个域网与其它网络互联时的复杂度。

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。

另外，为了实现WSN的安全，可以对WSN中的通信进行加密，WSN中的加密运算采用先进加密标准算法(AES，AdvancedEncryptionStandard)，采用的对称密钥长度为128位。WSN中使用的密钥主要包括：

主密钥(Masterkey)，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(Linkkey)，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(Networkkey)，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WSN的安全和密钥的管理等，WSN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信任设备，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：信任管理，任务是负责对加入网络的设备验证；网络管理，任务是负责获取和分配网络钥匙给设备；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的安全链路。

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。

WSN和电信网结合，如第二代(2G，2ndGeneration)移动通信、第三代(3G，3rdGeneration)移动通信、各种类型数字用户线路(xDSL，xDigitalSubscriberLine)、光纤接入(FTTx，FiberToThex，x为home、building、node、premises等)、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WSN感知的数据有效地传递到数据中心，通过对数据的整理和分析，可以极大程度地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的设备少则几个多则几百个，设备间可根据需要以星形、树形或网状(MESH)等方式组网，其中某些设备或具有较强的组网和数据转发能力。

WSN和电信网络结合时，WSN采用6LowPan技术方案支持IP通信，使WSN和电信网络之间能够采用IP技术进行通信，可以减少在协议转换、数据转发等方面的复杂度。因此WSN支持IP通信将是WSN和电信网络结合时的重要的技术方向。

WSN和电信网络结合后，除了实现WSN终端通过网关将有关数据上报给电信网络侧相关的网络单元实体以外，从WSN终端管理的角度考虑，在WSN终端的软件需要升级或者WSN终端内的参数需要更新等情况下，需要电信网络侧相关的网络单元实体主动建立和WSN终端的通信，建立通信后，执行WSN终端的软件升级和参数更新等业务。但WSN终端处于WSN内，电信网络侧相关的网络单元实体不掌握WSN终端的网络地址，因此电信网络侧的网络单元实体不能直接和WSN终端建立通信。目前针对该问题和需求，还没有对应的技术方案。

因此，在WSN和电信网络的结合时，需要考虑WSN终端的寻址方法，使电信网络侧的网络单元实体能够寻找到位于WSN中的WSN终端并建立通信，从而可以使电信网络侧的网络单元实体执行对WSN终端的管理功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种WSN终端的寻址方法及结合网络，使电信网络侧的网络单元实体能够寻找到位于WSN中的WSN终端并建立通信。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种WSN终端的寻址方法，该方法包括：

电信网络侧的网络单元实体从电信网络侧的存储单元获取WSN终端的网络地址；所述网络单元实体根据所述WSN终端的网络地址寻找到WSN终端。

进一步地，所述存储单元至少存储WSN终端的标识和对应的WSN终端的网络地址。

进一步地，所述网络单元实体从存储单元获得WSN终端的网络地址，具体为：

所述网络单元实体向所述存储单元提供WSN终端的标识；

所述存储单元根据所述WSN终端的标识查找对应的WSN终端的网络地址，并返回给所述网络单元实体。

进一步地，所述网络单元实体向存储单元提供WSN终端的标识，具体为：所述网络单元实体向存储单元发送寻址WSN终端的请求，所述请求中包括WSN终端的标识。

进一步地，所述网络单元实体向存储单元发送寻址WSN终端的请求之前，该方法还包括：

WSN终端加入WSN时，WSN网关为WSN终端分配一个网络地址。

进一步地，WSN终端加入WSN后，该方法还包括：所述WSN网关将WSN终端的标识和分配的所述网络地址发送给所述存储单元进行保存；所述WSN网关将WSN终端的标识发送给所述网络单元实体进行保存。

进一步地，所述网络地址为IP地址。

进一步地，所述存储单元设置在WSN管理平台中；

或者，所述存储单元作为一个独立的设备设置在电信网络中。

本发明还提供了一种结合网络，包括电信网络和WSN；所述电信网络包括网络单元实体和存储单元；所述WSN包括WSN终端；其中，

所述网络单元实体，用于从存储单元获取WSN终端的网络地址；还用于根据所述存储单元返回的WSN终端的网络地址寻找到WSN终端；

所述存储单元，用于向所述网络单元实体提供WSN终端的网络地址。

进一步地，所述WSN还包括WSN网关，用于在WSN终端加入WSN时，为WSN终端分配一个网络地址；所述网络地址为IP地址。

进一步地，所述WSN网关，还用于在WSN终端加入WSN后，将WSN终端的标识和分配的所述网络地址发送给所述存储单元进行保存；将WSN终端的标识发送给所述网络单元实体进行保存。

进一步地，所述网络单元实体，还用于向所述存储单元发送寻址WSN终端的请求，所述请求中包括WSN终端的标识；

相应的，所述存储单元，还用于根据所述请求中的WSN终端的标识查找对应的WSN终端的网络地址，并返回给所述网络单元实体。

本发明的寻址方案中，当WSN终端加入到WSN时，由WSN网关为该WSN终端分配一个符合IP地址格式的网络地址；该WSN终端的网络地址保存在电信网络侧的存储单元；并且该存储单元中还保存了WSN终端的标识；当电信网络侧的网络单元实体需要对某个WSN终端寻址时，将该WSN终端的标识提供给存储单元，则存储单元可以直接查找到WSN终端的网络地址返回给网络单元实体，如此根据该网络地址按照IP通信协议就可以寻找到WSN终端并建立通信，实现电信网络侧的网络单元实体执行对WSN终端的管理功能。

附图说明

图1为本发明WSN终端的寻址方法流程示意图；

图2为本发明结合网络的结构示意图；

图3为本发明结合网络一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

本发明中，WSN可以采用IETF组织制定的6LowPan技术方案，则WSN内部的通信、以及WSN与电信网络的通信都可以采用IP技术进行通信。当WSN终端加入到WSN时，由WSN网关为该WSN终端分配符合IP地址格式的网络地址。WSN终端的网络地址保存在电信网络侧的存储单元；电信网络侧的网络单元实体向存储单元获得WSN终端的网络地址后，根据该网络地址按照IP通信协议寻找到WSN终端并建立通信。

本发明WSN终端的寻址方法如图1所示，包括如下步骤：

步骤101，电信网络侧的网络单元实体从电信网络侧的存储单元获取WSN终端的网络地址。

网络单元实体可以是电信网络侧的WSN业务平台、也可以是电信网络侧的WSN管理平台，也可以是电信网络侧的其他设备。

本发明在电信网络侧设置一个存储单元，用于存储WSN终端的标识和网络地址等WSN终端的信息。较佳地，该存储单元可以位于电信网络侧的WSN管理平台中；存储单元也可以作为一个独立的设备设置在电信网络侧。

为了标识WSN终端，每个WSN终端可以具有一个标识。对于WSN终端的识别，可以采用与国际移动设备身份码(IMEI，InternationalMobileEquipmentIdentity)类似的格式对WSN终端进行标识。WSN终端的标识可以由WSN终端设备提供商在生产WSN终端时将WSN终端的标识写进WSN终端。

当WSN终端加入到WSN时，由WSN网关为该WSN终端分配一个网络地址，该网络地址为IP地址。

WSN终端加入到WSN后，WSN网关将该WSN终端的信息发送给存储单元进行保存，WSN终端的信息至少包括：WSN终端的标识、和WSN终端的网络地址，还可以包括：WSN终端所在的WSN的网络标识、WSN终端的设备能力参数等信息。

另外，WSN终端加入到WSN后，电信网络侧的网络单元实体也会保存WSN终端的标识，例如、WSN业务平台除了保存WSN终端的标识外，还保存WSN终端的业务参数等信息，并配置WSN终端执行的业务的有关参数，启用WSN终端支持的有关业务等。当WSN终端的网络地址发生变动时，由WSN网关将变动后的WSN终端的网络地址发送给存储单元进行保存。

当一个网络单元实体需要和某个WSN终端建立通信时，网络单元实体向存储单元提供WSN终端的标识，具体的：网络单元实体向存储单元发送寻址WSN终端的请求，该请求中包括WSN终端的标识；存储单元中保存了加入WSN网络的每个WSN终端的标识和对应的网络地址，如此，存储单元根据请求中的WSN终端的标识查找到对应的WSN终端的网络地址，并返回给网络单元实体。

步骤102，网络单元实体根据WSN终端的网络地址寻找到WSN终端。

网络单元实体根据WSN终端的网络地址，按照IP通信协议就可以查找到具体的WSN终端，并与之建立通信。

为了实现上述寻址方法，如图2所示，本发明提供了一种结合网络，包括电信网络和WSN；电信网络包括网络单元实体10和存储单元20；WSN包括WSN终端30；其中，

网络单元实体10，用于从存储单元获取WSN终端的网络地址；还用于根据存储单元20返回的WSN终端30的网络地址寻找到WSN终端30；

存储单元20，用于向网络单元实体10提供WSN终端的网络地址。

WSN还包括WSN网关40，用于在WSN终端30加入WSN时，为WSN终端30分配一个网络地址；分配的网络地址为IP地址。

WSN网关40，还用于在WSN终端30加入WSN后，将WSN终端30的标识和分配的网络地址发送给存储单元20进行保存；将WSN终端30的标识发送给网络单元实体10进行保存。

网络单元实体10，还用于向存储单元20发送寻址WSN终端30的请求，该请求中包括WSN终端30的标识；

相应的，存储单元20，还用于根据所述请求中的WSN终端30的标识查找对应的WSN终端30的网络地址，并返回给网络单元实体10。

网络单元实体10可以是WSN管理平台，也可以是WSN业务平台；

具体的，当上述网络单元实体10为WSN管理平台时，WSN管理平台根据WSN终端的标识到存储单元中查找所述WSN终端的网络地址，并根据所述WSN终端的网络地址寻找到WSN终端并建立通信。

当上述网络单元实体10为WSN业务平台时，WSN业务平台接收到与WSN终端有关的业务请求时，根据WSN终端的标识到存储单元中查找所述WSN终端的网络地址，并根据所述WSN终端的网络地址寻找到WSN终端并建立通信。

图3所示为本发明一个具体实施例的结合网络示意图，其中，网络单元实体为WSN业务平台；存储单元位于WSN管理平台。下面结合该实施例来说明本发明的结合网络和寻址流程。

如图3所示存在多个WSN，每个WSN是由一组WSN终端以自组织方式组成的无线网络，WSN内部(一个WSN中的WSN终端间，WSN终端和WSN网关间)以近距离无线通信技术进行通信。每个WSN对应了一个WSN网关。WSN通过WSN网关和电信网络连接。如图所示，WSN网关通过接入网接入到电信网络的核心网，再通过核心网连接到WSN管理平台和WSN业务平台。本发明中，WSN是基于IEEE802.15.4技术组建的。

WSN网关为负责连接WSN和电信网络的设备，主要完成协议转换、地址映射、数据转发、通信路由等功能，也可以集成安全和计费、WSN的创建和管理等功能。WSN网关可以支持的功能包括：支持WSN内部数据协同和汇聚；支持以2G移动通信、3G移动通信、xDSL、FTTx、宽带无线加入、卫星/微波等远距离通信加入方式的一种或多种，将汇聚的数据传输到通信对端；支持WSN业务平台和远程管理服务器对WSN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WSN网关的参数和软件配置；支持用户认证、业务安全、设备管理安全机制；WSN的创建和管理。

这里，具体说明一下WSN的创建：WSN网关作为WSN中的个域网协调点，负责WSN的组建；WSN终端可以作为路由节点或者终端节点加入WSN。WSN网关和WSN终端需要支持IEEE802.15.4通信技术。为了区分不同的WSN，网关创建WSN时需要为该WSN选择一个网络标识(PANID)。WSN的网络标识可以由WSN网关指定，也可以由WSN管理平台指定。

本发明中，WSN网关创建WSN后，由WSN网关或者由WSN管理平台确定该WSN的网络标识，WSN管理平台中记录该WSN的信息，包括：WSN的网络标识、该WSN网关的信息；WSN网关的信息可以包括WSN网关的标识、WSN网关在电信网络中的网络地址等。本发明中，可以根据WSN终端所在的WSN的网络标识、WSN网关的标识、WSN网关在电信网络中的网络地址、WSN网关与电信网络连接的接口信息中的至少一个来确定出WSN终端所在的WSN。

另外，WSN网关还作为信任中心进行WSN的安全管理。一个WSN终端加入WSN时，从WSN网关获得实现安全通信的网络配置参数(WSN网关对WSN终端进行认证，此时可以获知WSN终端的信息)，WSN终端使用网络配置参数加入到该WSN并实现安全通信。WSN终端加入WSN的过程可以采用IEEE802.15.4技术中的有关规范，在本发明中不再进行说明。

WSN终端加入WSN时，WSN网关为该WSN终端分配一个符合IP地址格式的网络地址；WSN终端加入WSN后，WSN网关将WSN终端的信息发送给WSN管理平台(存储单元)进行保存，WSN终端的信息至少包括：WSN终端的标识、和WSN终端的网络地址，还可以包括：WSN终端所在的WSN的网络标识、WSN终端的设备能力参数等信息。

WSN业务平台，是电信网络中运行和管理电信网络及WSN中共同业务的功能实体，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。WSN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，例如认证授权计费(AAA，AuthenticationAuthorizationandAccounting)服务器完成整个业务流程。业务平台还可能与远程服务器连接，直接对业务进行更新。在WSN终端加入WSN后，WSN业务平台配置WSN终端执行的业务的有关参数，启用WSN终端支持的有关业务等；并保存WSN终端的标识、和WSN终端的业务参数等信息。

WSN管理平台，是对WSN实施管理的功能实体。WSN管理平台可以由管理服务器组成，管理服务器通过电信网络对WSN实施管理功能。在该实施例中，WSN管理平台(存储单元)保存有WSN终端的信息，因此可以根据WSN终端的标识查询到WSN终端的网络地址。

本发明中，网络单元实体可以是WSN管理平台或WSN业务平台或其他网络设备；其中：

在网络单元实体是WSN管理平台时，当WSN管理平台接收到某个WSN终端的业务请求时，向存储单元发送寻址WSN终端的请求(携带WSN终端的标识)、即WSN管理平台可以根据WSN终端的标识在自身(存储单元)保存的WSN终端的信息中查询到WSN终端的网络地址，然后根据获得的WSN终端的网络地址寻找到该WSN终端，并和该WSN终端建立通信；

在网络单元实体是WSN业务平台时，当WSN业务平台接收到某个WSN终端的业务请求时，向存储单元发送寻址WSN终端的请求(携带WSN终端的标识)，将该WSN终端的标识提供给WSN管理平台(存储单元)，WSN管理平台可以根据WSN终端的标识在自身(存储单元)保存的WSN终端的信息中查询到WSN终端的网络地址，并将该WSN终端的网络地址提供给WSN业务平台，业务平台根据获得的WSN终端的网络地址寻找到对应的WSN终端。

如此就实现了对WSN终端的寻址。

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 (10)

1.一种WSN终端的寻址方法，其特征在于，该方法包括：

电信网络侧的网络单元实体从电信网络侧的存储单元获取无线传感器网络(WSN)终端的网络地址；所述网络单元实体根据所述WSN终端的网络地址寻找到WSN终端；

其中，所述存储单元至少存储WSN终端的标识和对应的WSN终端的网络地址；所述WSN终端的网络地址为WSN终端加入WSN时，WSN网关为WSN终端分配一个网络地址；

相应的，所述网络单元实体从存储单元获得WSN终端的网络地址，包括：

所述网络单元实体向所述存储单元提供WSN终端的标识；

所述存储单元根据所述WSN终端的标识查找对应的WSN终端的网络地址，并返回给所述网络单元实体。

2.根据权利要求1所述WSN终端的寻址方法，其特征在于，所述网络单元实体向存储单元提供WSN终端的标识，具体为：所述网络单元实体向存储单元发送寻址WSN终端的请求，所述请求中包括WSN终端的标识。

3.根据权利要求2所述WSN终端的寻址方法，其特征在于，所述网络单元实体向存储单元发送寻址WSN终端的请求之前，该方法还包括：

WSN终端加入WSN时，WSN网关为WSN终端分配一个网络地址。

4.根据权利要求3所述WSN终端的寻址方法，其特征在于，WSN终端加入WSN后，该方法还包括：所述WSN网关将WSN终端的标识和分配的所述网络地址发送给所述存储单元进行保存；所述WSN网关将WSN终端的标识发送给所述网络单元实体进行保存。

5.根据权利要求1至4中任一项所述WSN终端的寻址方法，其特征在于，所述网络地址为IP地址。

6.根据权利要求1至4中任一项所述WSN终端的寻址方法，其特征在于，

所述存储单元设置在WSN管理平台中；

或者，所述存储单元作为一个独立的设备设置在电信网络中。

7.一种结合网络，其特征在于，包括电信网络和WSN；所述电信网络包括网络单元实体和存储单元；所述WSN包括WSN终端；其中，

所述网络单元实体，用于从存储单元获取WSN终端的网络地址；还用于根据所述存储单元返回的WSN终端的网络地址寻找到WSN终端；

所述存储单元，用于向所述网络单元实体提供WSN终端的网络地址；

其中，所述存储单元至少存储WSN终端的标识和对应的WSN终端的网络地址；所述WSN终端的网络地址为WSN终端加入WSN时，WSN网关为WSN终端分配一个网络地址；

相应的，所述网络单元实体，具体用于向所述存储单元提供WSN终端的标识；

所述存储单元，具体用于根据所述WSN终端的标识查找对应的WSN终端的网络地址，并返回给所述网络单元实体。

8.根据权利要求7所述结合网络，其特征在于，所述WSN还包括WSN网关，用于在WSN终端加入WSN时，为WSN终端分配一个网络地址；所述网络地址为IP地址。

9.根据权利要求8所述结合网络，其特征在于，所述WSN网关，还用于在WSN终端加入WSN后，将WSN终端的标识和分配的所述网络地址发送给所述存储单元进行保存；将WSN终端的标识发送给所述网络单元实体进行保存。

10.根据权利要求9所述结合网络，其特征在于，

所述网络单元实体，还用于向所述存储单元发送寻址WSN终端的请求，所述请求中包括WSN终端的标识；

相应的，所述存储单元，还用于根据所述请求中的WSN终端的标识查找对应的WSN终端的网络地址，并返回给所述网络单元实体。