CN102572938A - 一种集中控制式无线传感网络的无线传感器通信消息实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及集中控制式无线传感网络的IP无线传感器通信消息实现方法。为了解决大规模无线传感网络的可控、可管理问题，一种新型的集中控制式无线传感网络的体系结构及组网设备被设计出来。在这种组网结构中，无线传感接入复用设备在泛在传感网络控制器的控制下，实现对局域无线传感网络的拓扑维护和管理控制，对局域无线传感网络内的无线传感器节点提供网络接入、配置、管理、数据传输等功能。本发明提出了一种集中控制式无线传感网络的IP无线传感器通信消息实现方法，从而实现IP无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间的控制信息交换和数据传输。

Description

一种集中控制式无线传感网络的无线传感器通信消息实现方法

技术领域

本发明涉及通信网络，尤其涉及通信网络中一种集中控制式无线传感网络的IP无线传感器通信消息实现方法。

背景技术

为了降低大规模无线传感网络的部署成本和运营成本，解决大规模无线传感网络的可控、可管理问题，如图1所示，一种新型的集中控制式无线传感网络的体系结构及组网设备被设计出来，从而可以有效地解决大规模无线传感网络在网络管理、安全、业务控制和互操作性等方面的问题。

相比目前的无线传感网络体系结构，这种新型的集中控制式无线传感网络体系结构增加了泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备这两个新型的组网设备。泛在传感网络控制器可以看作是一组逻辑设备，为整个无线传感网络提供集中控制、管理、数据处理等功能；无线传感接入复用设备是局域范围内的无线传感网络控制设备，它在泛在传感网络控制器的控制下，实现对局域无线传感网络的网络接入、拓扑维护、数据转发和管理控制，对局域无线传感网络内的无线传感器节点提供网络接入、节点配置和管理、数据传输和处理等功能。

一个泛在传感网络控制器可以控制成百上千个无线传感接入复用设备来共同组建超过10万以上无线传感器节点的大规模无线传感网络。

在这种集中控制式无线传感网络中，每个无线传感器节点需要通过无线传感接入复用设备接入到无线传感网络中来，从而接收无线传感网控制信息，传送无线传感器节点采集的数据信息，并实现和其它无线传感器节点之间的互联互通。

发明内容

本发明针对图1所示的集中控制式无线传感网络体系结构和组网设备，提出了一种集中控制式无线传感网络的IP无线传感器通信消息实现方法，从而实现IP无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间的控制信息交换和传感数据传输。

IP无线传感器通信消息包括无线传感网络控制信息和数据信息传输消息组成。无线传感网络控制消息负责在IP无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间传输控制和管理信息，无线传感网络数据消息负责在IP无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间传输无线传感器节点采集的监测数据。无线传感网络数据消息和无线传感网络控制消息都封装于无线传感器通信报文内，进行传输。

根据本发明的第一方面，提供了一种无线传感器通信报文定义。无线传感器通信报文用于承载无线传感器通信消息，可以划分为无线传感器通信控制报文和无线传感器通信数据报文两类。其中，无线传感器通信控制报文负责承载无线传感网络控制消息，无线传感器通信数据报文负责承载无线传感网络数据消息。无线传感器通信数据报文和无线传感器通信控制报文均通过UDP协议传输，但使用不同的UDP端口。

根据本发明的第二方面，提供了一种无线传感器通信控制报文的报文格式。无线传感器通信控制报文用于承载无线传感器控制消息，由IP首部、UDP首部、无线传感器通信报文首部、无线传感器通信控制首部、消息元等五个部分组成。其中，IP首部和UDP首部分别用于表示承载该报文的IP协议和UDP协议包头；无线传感器通信报文首部用于承载该报文的通信协议首部描述信息；无线传感器通信控制首部用于承载控制消息的首部描述信息；消息元用于承载控制消息的具体内容，一个控制报文可以包含一个或多个消息元。

根据本发明的第三方面，提供了一种无线传感器通信数据报文的报文格式。无线传感器通信数据报文由IP首部、UDP首部、无线传感器通信报文首部、无线传感网数据包负荷等四个部分组成。其中，IP首部和UDP首部分别用于表示承载该报文的IP协议和UDP协议包头；无线传感器通信报文首部用于承载该报文的通信协议首部描述信息；无线传感网数据包负荷用于承载数据消息的内容。

根据本发明的第四方面，提供了一种无线传感器通信报文首部格式。无线传感器通信报文首部包括：首部长度、分组标志、分组结束标志、分组标识符、分组位移。其中：

首部长度(LEN)由6位二进制数字组成，指明无线传感器通信报文首部的长度；

分组标志(F)由1位二进制数字组成，指明这个报文是否为一个分组的分组包，当值为1时此包需要和其他分组包重组成完整的报文；

分组结束标志(L)由1位二进制数字组成，指明这个报文是否包含一个分组的最后一个分组包，值为1时表示此报文是最后一个分组包；

分组标识符(FID)由16位二进制数字组成，用于识别不同的报文分组，FID相同的分组报文属于同一个协议报文；

分组位移(FOFF)由16位二进制数字组成，用于表示分组包在整个协议报文中的位置，以方便进行报文重组工作。

根据本发明的第五方面，提供了一种无线传感器通信控制首部格式定义。无线传感器通信控制首部包括：消息类型、序列号，消息元长度、消息元(0到多个)。其中：

消息类型由2个字节组成，用于表示控制消息的类型。序列号由1个字节组成，用于匹配一对请求消息和响应消息。当一个请求消息被接收到后，其中的序列号被拷贝到随后发送的响应消息内。消息元长度由2个字节组成，用于指出消息元域的长度字节数。消息元用于携带每种消息的具体内容，根据消息类型的不同，消息元内容的具体定义也会随之变化。

根据本发明的第六方面，提供了一种消息元格式定义。消息元被用来承载控制协议内的信息，一个控制消息可以包含0到多个消息元。消息元由消息元类型、消息元长度和消息元值等部分组成。其中，消息元类型用于表示消息元值域内承载的消息类型；消息元长度用于表示消息元值域内数据的长度字节数；消息元值域用于承载具体的控制消息内容。

采用本发明的方案，可以在集中控制式无线传感网络中提供无线传感接入复用设备和无线传感器节点之间的交互式通信，使得无线传感网络数据信息和无线传感网络控制信息可以在无线传感接入复用设备和无线传感器节点之间传输。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了集中控制式无线传感网络的体系结构；

图2示出了根据本发明的一个具体实施例的控制报文的报文格式示意图；

图3示出了根据本发明的一个具体实施例的数据报文的报文格式示意图；

图4示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器通信报文首部格式示意图；

图5示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器通信控制首部格式示意图；

图6示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器节点消息元格式示意图。

其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征或装置/模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

以下，对本发明的第一方面进行描述。

无线传感网络内传输的信息可以划分为两类：控制信息和数据信息。无线传感器通信报文用于在无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间进行信息传输，包括控制信息和数据信息两类。

无线传感器通信报文用于承载无线传感器通信消息，可以划分为无线传感器通信控制报文和无线传感器通信数据报文两类。其中，无线传感器通信控制报文负责承载无线传感网络控制消息，无线传感器通信数据报文负责承载无线传感网络数据消息。无线传感器通信数据报文和无线传感器通信控制报文均通过UDP协议传输，但使用不同的UDP端口。

以下，参照图2并结合图1对本发明的第二方面进行描述。

无线传感器通信控制报文由IP首部、UDP首部、无线传感器通信报文首部、无线传感器通信控制首部、消息元等五个部分组成。其中，IP首部和UDP首部分别用于表示承载该报文的IP协议和UDP协议包头；无线传感器通信报文首部用于承载该报文的通信协议首部描述信息；无线传感器通信控制首部用于承载控制消息的首部描述信息；消息元用于承载控制消息的具体内容，一个控制报文可以包含0个或多个消息元。消息元内携带的是具体的控制消息内容，根据不同的控制消息类型，消息元内细带的内容也会有比较大的差异。

以下，参照图3并结合图1对本发明的第三方面进行描述。

无线传感器通信数据报文由IP首部、UDP首部、无线传感器通信报文首部、无线传感网数据包负荷等四个部分组成。其中，IP首部和UDP首部分别用于表示承载该报文的IP协议和UDP协议包头；无线传感器通信报文首部用于承载该报文的通信协议首部描述信息；无线传感网数据包负荷用于承载数据消息的内容。无线传感器节点采集的监测数据通过数据报文来传送，所有的数据信息都承载于无线传感网数据包负荷域内。

以下，参照图4并结合图1对本发明的第四方面进行描述。

无线传感器通信报文首部包括：首部长度、分组标志、分组结束标志、分组标识符、分组位移。其中：

首部长度(LEN)由6位二进制数字组成，用于表示无线传感器通信报文首部的长度。

分组标志(F)由1位二进制数字组成，指明这个报文是否为一个分组的分组包，当值为1时此包需要和其他分组包重组成完整的报文。

分组结束标志(L)由1位二进制数字组成，指明这个报文是包含一个分组的最后一个分组包，值为1时表示此报文是最后一个分组包，值为0时表示此报文不是最后一个分组包。当接收设备接收到最后一个分组包时，它会将属于同一个分组的所有分组包重组，形成一个完整的报文。

分组标识符(FID)由16位二进制数字组成，用于识别不同的报文分组，FID相同的分组报文属于同一个协议报文。

分组位移(FOFF)由16位二进制数字组成，用于表示分组包在整个协议报文中的位置，以方便进行报文重组工作。当接收设备对分组报文进行重组时，它根据分组位移的值来判断各分组报文的组装位置。

以下，参照图5并结合图1对本发明的第五方面进行描述。

无线传感器通信控制首部包括：消息类型、序列号，消息元长度、消息元(0到多个)。其中：

消息类型由2个字节组成，用于表示控制消息的类型；序列号由1个字节组成，用于匹配一对请求消息和响应消息。当一个请求消息被接收到后，其中的序列号被拷贝到随后发送的响应消息内。如：无线传感器节点发送无线传感接入复用设备发现请求消息到一个无线传感接入复用设备，无线传感接入复用设备在接收到该消息后会发送一个无线传感接入复用设备发现响应消息到所述无线传感器节点，承载发现响应消息的控制报文的无线传感器通信控制首部的序列号将使用接收到的无线传感接入复用设备发现请求消息中的序列号。因此，当无线传感器节点接收到这个无线传感接入复用设备发现响应消息后，可以立刻判别出它是对前面发送的无线传感接入复用设备发现请求消息的应答消息。消息元长度由2个字节组成，用于指出消息元域的长度字节数。消息元用于携带消息的具体内容，根据消息类型的不同，消息元内容的具体定义也会随之变化。

以下，参照图6并结合图1对本发明的第六方面进行描述。

消息元被用来承载无线传感网络控制信息，一个控制消息可以包含0到多个消息元。消息元由消息元类型、消息元长度和消息元值等部分组成。其中，消息元类型用于表示消息元值域内承载的消息类型；消息元长度用于表示消息元值域内数据的长度字节数；消息元值域用于承载具体的控制消息内容。

无线传感器通信协议定义了多种控制消息类型，如：无线传感接入复用设备发现请求消息(消息类型号＝1)、无线传感接入复用设备发现响应消息(消息类型号＝2)、无线传感器节点网络接入请求消息(消息类型号＝3)、无线传感器节点网络接入响应消息(消息类型号＝4)、无线传感器节点配置请求消息(消息类型号＝5)、无线传感器节点配置响应消息(消息类型号＝6)、无线传感器节点配置修改请求消息(消息类型号＝7)、无线传感器节点配置修改响应消息(消息类型号＝8)、无线传感器节点事件请求消息(消息类型号＝9)、无线传感器节点事件响应消息(消息类型号＝10)、无线传感器节点重启请求消息(消息类型号＝11)、无线传感器节点重启响应消息(消息类型号＝12)、调试数据传输请求消息(消息类型号＝13)、调试数据传输响应消息(消息类型号＝14)、无线传感器节点配置清除请求消息(消息类型号＝15)、无线传感器节点配置清除响应消息(消息类型号＝16)、等等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集中控制式无线传感网络的IP无线传感器通信消息实现方法，从而实现IP无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间的控制信息交换和传感数据传输，其特征在于：

a)IP无线传感器通信消息包括无线传感网络控制消息和无线传感网络数据消息；

b)无线传感网络控制消息负责在IP无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间传输控制和管理信息；

c)无线传感网络数据消息负责在I P无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间传输无线传感器节点采集的监测数据；

d)无线传感网络数据消息和控制消息都封装于无线传感器通信报文内，进行传输。

2.根据权利要求1所述的IP无线传感器通信消息实现方法，无线传感器通信报文的特征在于：

a)无线传感器通信报文用于承载无线传感器通信消息，可以划分为无线传感器通信控制报文和无线传感器通信数据报文两类；

b)无线传感器通信控制报文负责承载无线传感网络控制消息；

c)无线传感器通信数据报文负责承载无线传感网络数据消息；

d)无线传感器通信数据报文和控制报文均通过UDP协议传输，但使用不同的UDP端口。

3.根据权利要求2所述的无线传感器通信报文，无线传感器通信控制报文的特征在于：

a)无线传感器通信控制报文用于承载无线传感器控制消息，由IP首部、UDP首部、无线传感器通信报文首部、无线传感器通信控制首部、消息元等五个部分组成；

b)IP首部和UDP首部分别用于表示承载该报文的IP协议和UDP协议包头；

c)无线传感器通信报文首部用于承载该报文的通信协议首部描述信息；

d)无线传感器通信控制首部用于承载控制消息的首部描述信息；

e)消息元用于承载控制消息的具体内容，一个控制报文可以包含0个或多个消息元。

4.根据权利要求2所述的无线传感器通信报文，无线传感器通信数据报文的特征在于：

a)无线传感器通信数据报文由IP首部、UDP首部、无线传感器通信报文首部、无线传感网数据包负荷等四个部分组成；

b)IP首部和UDP首部分别用于表示承载该报文的IP协议和UDP协议包头；

c)无线传感器通信报文首部用于承载该报文的通信协议首部描述信息；

d)无线传感网数据包负荷用于承载数据消息的具体内容。

5.根据权利要求3-4所述的无线传感器通信控制报文和无线传感器通信数据报文，无线传感器通信报文首部的特征在于：

a)无线传感器通信报文首部包括：首部长度、分组标志、分组结束标志、分组标识符、分组位移；

b)首部长度(LEN)由6位二进制数字组成，指明无线传感器通信报文首部的长度；

c)分组标志(F)由1位二进制数字组成，指明这个报文是否为一个分组的分组包，当值为1时此包需要和其他分组包重组成完整的报文；

d)分组结束标志(L)由1位二进制数字组成，指明这个报文是包含一个分组的最后一个分组包，值为1时表示此报文是最后一个分组包；

e)分组标识符(FID)由16位二进制数字组成，用于识别不同的报文分组，FID相同的分组报文属于同一个协议报文；

f)分组位移(FOFF)由16位二进制数字组成，用于表示分组包在整个协议报文中的位置，以方便进行报文重组工作。

6.根据权利要求3所述的无线传感器通信控制报文，无线传感器通信控制首部的特征在于：

a)无线传感器通信控制首部包括：消息类型、序列号，消息元长度、消息元(0到多个)；

b)消息类型由2个字节组成，用于表示消息元域所承载的控制消息的类型；

c)序列号由1个字节组成，用于匹配一对请求消息和响应消息，当一个请求消息被接收到后，其中的序列号被拷贝到随后发送的响应消息内；

d)消息元长度由2个字节组成，用于指出消息元域的字节长度；

e)消息元用于携带每种消息的具体内容，根据消息类型的不同，消息元内容的具体定义也会随之变化。

7.根据权利要求6所述的无线传感器通信控制首部，消息元的特征在于：

a)消息元被用来承载控制消息的具体内容；

b)一个控制消息可以包含0到多个消息元；

c)消息元由消息元类型、消息元长度和消息元值等部分组成；

d)消息元类型用于表示消息元值域内承载的消息类型；

e)消息元长度用于表示消息元值域内数据的长度字节数；

f)消息元值域用于承载具体的控制消息内容。

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