CN102882990B - 一种无线传感器网络标识解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线传感器网络标识解析方法，涉及无线传感器网络技术。本发明提供了一种通过网关的地址映射作用建立传感节点身份标识符与传感节点在无线传感器网络中内部通信地址之间的映射关系进而追溯到传感节点，并对传感节点身份标识符进行对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）后获取传感节点详细应用属性信息，并将其存入到本地服务器数据库中，以备用户或数据中心进行信息查询与应用管理。实现了对无线传感器网络的传感节点标识解析<!--1--><!--2-->。

Description

一种无线传感器网络标识解析方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种无线传感器网络标识解析系统架构及标识解析的实现方法。

背景技术

随着无线传感器网络技术的飞速发展与日渐成熟，加速了社会发展进程，提高了人们的生活质量，而且使信息交流与应用领域变得更加广泛与深入。无线传感器网络扩展了人们与现实世界进行远程交互的能力，具有低功耗、低成本、分布式、自组织和灵活的特点，成为众多应用领域中高速发展的关键技术之一，引领了智能系统的未来发展方向。然而，目前的无线传感器网络架构、路由协议等技术都采用了以“数据为中心”的设计思想，但随着无线传感器网络使用范围和规模的日益扩大，如在家庭网络、智能工业、智能电网等典型领域中的应用，暴露了无线传感器网络以数据为中心设计思想的局限性。

无线传感器网络是一种任务型网络，用户使用无线传感器网络查看事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的传感节点，网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。例如，在应用于目标跟踪的无线传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心由哪个传感节点监测到目标。事实上，在目标移动的过程中，必然是由不同的传感节点提供目标的位置消息。随着无线传感器网络应用领域的拓展，应用环境和网络结构日趋复杂，以“数据为中心”这一特点给无线传感器网络的应用管理带来了极大的挑战，并进一步阻碍了无线传感器网络在信息时代的整体发展。因此，无线传感器网络急需引入一个能够在高层面、大范围、互联网中唯一标识传感节点的标识符，通过解析该标识符可以对传感节点进行信息随时提取与标识实时管理的无线传感器网络标识解析系统。

目前国内外的标识解析主要是针对无线射频识别（RFID）编码进行开展的。无线射频识别（RFID）编码解析体系主要是基于分布式架构的编码解析，对所请求的无线射频识别（RFID）电子标签编码返回其信息所在的互联网地址，其地位和作用类似于互联网中的域名解析服务（DNS）。而在无线传感器网络方面，由于与无线射频识别（RFID）系统本质上有很大的区别，而且其网络结构相对复杂，应用基于无线射频识别（RFID）编码解析体系无法对传感节点进行身份标识符的解析。在专利《结合网络、处理WSN终端处理数据的方法及WSN网关》中，仅仅介绍了处理无线传感器网络（WSN）终端处理数据的方法以及无线传感器网络（WSN）网关按无线传感器网络（WSN）终端上报数据的类型采用对应的处理策略，并没有提及无线传感器网络标识解析系统架构以及实现对无线传感网中传感节点的标识解析。因此，无线传感器网络标识解析架构的设计以及实现对传感节点的标识解析显得尤为重要。

发明内容

本发明针对无线传感器网络结构复杂，应用基于无线射频识别编码解析体系无法对传感节点进行身份标识符的解析问题。提出一种无线传感器网络标识解析方法，提供了一种通过网关的地址映射作用建立传感节点身份标识符与传感节点在无线传感器网络中内部通信地址之间的映射关系进而追溯到传感节点，并对传感节点身份标识符进行对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）后获取传感节点详细应用属性信息，并将其存入到本地服务器数据库中，以备用户或数据中心进行信息查询与应用管理。该标识解析系统的工作主要包括传感节点接收标识解析请求命令、网关建立地址映射、身份标识符的对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）以及网关进行网络的标识管理四个方面的内容。

传感节点接收标识解析请求命令。传感节点入网后，网关接收到来自本地服务器的标识解析请求命令，将包含在该命令中的传感节点身份标识符提取出来，并将其与传感节点在无线传感器网络中的内部通信地址建立地址映射关系；传感节点接收到来自网关的标识解析请求命令后，将由网内通信短地址与传感节点应用属性标识符组成的数据序列发送给网关；网关建立地址映射。网关将标识解析请求命令中传感节点的身份标识符提取出来并建立其与传感节点网内源地址的映射关系，进而对无线传感器网络内对应的传感节点进行辨识与应用管理；身份标识符的对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）。本地服务器对传感节点身份标识符进行对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）后获取传感节点详细应用属性信息，并将其存入到本地服务器数据库中。

本地服务器通过对象标识符（OID）解析获得相应传感节点的生产商查询服务器的统一资源定位符（URL），将获得的统一资源定位符（URL）向域名解析系统发出域名解析请求，获得相应传感器生产厂商查询服务器的IP地址，通过该IP地址访问生产商查询服务器，查询传感节点的详细应用属性；网关进行网络的标识管理。网关作为一种无线传感器网络标识管理工具，主要用于将解析到的传感节点标识符发送给本地服务器，并将该标识符存储在本地服务器数据库中，以及建立传感节点身份标识符与本地服务器数据库目录的一一映射关系，以便用户或数据中心访问到具有相应访问权限的传感节点的对应信息。

本发明的无线传感器网络标识解析系统以无线传感器网络通信协议为基础，实现了对无线传感器网络的传感节点标识解析。通过网关建立传感节点身份标识符与传感节点网内通信地址的映射关系，以及在本地服务器中建立传感节点身份标识符与本地服务器数据库目录的一一映射关系，不仅实现了通过传感节点身份标识符追溯到对应的传感节点，还可以查找传感节点的详细应用属性信息在本地服务器数据库中的存储位置。因此，无线传感器网络标识解析系统不但实现了对传感节点数据信息的查询，而且还可以查询到传感节点的详细应用属性信息以及对其进行应用管理。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图1：无线传感器网络标识解析系统整体架构图；

图2：传感节点接收解析请求命令流程示意图；

图3：网关建立地址映射流程示意图；

图4：身份标识符到内部通信地址的映射规则；

图5：解析传感节点身份标识符具体过程图；

图6：基于标识解析系统的网络管理示意图。

具体实施方式

在无线传感器网络中，传感节点标识符包括身份标识符和应用属性标识符，用于唯一标识网络中的传感节点，使得所标识的传感节点在无线传感器网络中有确认的身份。本发明提供了一种通过网关的地址映射作用建立传感节点身份标识符与传感节点在无线传感器网络中内部通信地址之间的映射关系进而追溯到传感节点，并对传感节点身份标识符进行对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）后获取传感节点详细应用属性信息，并将其存入到本地服务器数据库中，以备用户或数据中心进行信息查询与应用管理。传感节点的标识符包括身份标识符和应用属性标识符。身份标识符用于全球范围内唯一地、无二义性地标识传感节点身份，可为网络应用和管理提供信息。应用属性标识符用于描述传感节点应用属性，由生产厂商依据相关标准确定。其中，身份标识符为必选，应用属性标识符为可选。在无线传感器网络中，传感节点标识符是用于唯一标识网络中的传感节点，使得所标识的传感节点在无线传感器网络中有确认的身份。

本发明基于无线传感器网络通信协议进行设计，通过一套在网关和传感节点间标识解析请求的命令和传输数据的命令实现对无线传感器网络中传感节点的追溯与应用管理。本发明提供一种通过网关的地址映射作用建立传感节点身份标识符与传感节点在无线传感器网络中内部通信地址之间的映射关系进而追溯到传感节点，并对传感节点身份标识符进行对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）后获取传感节点详细应用属性信息，并将其存入到本地服务器数据库中，以备用户或数据中心进行信息查询与应用管理的方法。该标识解析的工作主要包括传感节点接收标识解析请求命令、网关建立地址映射、身份标识符的对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）以及网关进行网络的标识管理四个方面的内容。

如图1所示为无线传感器网络标识解析系统整体架构，此架构由传感节点、网关、本地服务器、生产商查询服务器、数据中心以及标识注册管理机构共同构成。在该标识解析系统中，本地服务器、用户、生产商查询服务器、数据中心以及标识注册管理机构通过互联网进行相互之间的通信。其中，本地服务器用于存储传感节点的身份标识符、应用属性标识符以及解析到的传感节点的详细应用属性信息；生产商查询服务器用于存储传感节点出厂前的详细信息；数据中心主要用于存储所有传感节点的详细应用属性及其实时数据信息；标识注册管理机构主要用于对传感节点身份标识符的注册、合法性的验证以及对访问该标识解析系统的用户进行身份验证；网关作为该标识解析系统的核心部分，不仅建立传感节点身份标识符与网内通信地址的映射关系，而且对整个无线传感器网络标识进行管理。

无线传感器网络标识解析具体包括，网关接收到来自本地服务器的标识解析请求命令后，提取出传感节点身份标识符，将其映射为传感节点网内源地址进而追溯到传感节点，传感节点给网关回应一个由传感节点网内通信短地址与其应用属性标识符组成的数据序列；网关收到该数据序列后将其中包含的网内通信短地址映射为传感节点身份标识符，并与应用属性标识符组成传感节点标识符，发送给本地服务器，通过身份标识符的对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）得到传感节点的详细应用属性信息，存入本地服务器数据库中，以备用户或数据中心查询及应用管理。

下面对无线传感器网络标识解析系统做详细的叙述。

图2所示为传感节点接收解析请求命令流程示意图。传感节点入网成功后打开接收中断，等待标识解析请求命令。如果传感节点接收到来自网关的标识解析请求命令，向网关返回数据序列，即刻关闭接收中断，并将由传感节点的网内通信短地址与传感节点应用属性标识符组成的数据序列传送给网关，如果传感节点没有接收到来自网关的标识解析请求命令，则接收中断一直处于打开状态。

当本地服务器向传感节点发出标识解析请求命令时，该标识解析请求命令首先在网关中进行地址映射，具体映射流程如图3所示。由于网关通过网口接收本地服务器发送的标识解析请求命令，所以当网关接收程序启动后会先打开接收中断，等待标识解析请求命令。当网关接收到来自本地服务器的标识解析请求命令后，网关会立刻关闭接收中断，并将标识解析请求命令输入串口缓存区。由于该标识解析请求命令中包含了传感节点的身份标识符，所以网关先将标识解析请求命令中的身份标识符提取出来，并对其进行判断，判断其是否符合标准编码规则。如果不符合标准编码规则，则说明该身份标识符在传递过程中或网关提取过程中出现了差错，或是身份标识符在本身编码时出现了问题，网关自动将其丢弃；如果网关提取到的传感节点身份标识符符合标准编码规则，则对该身份标识符进行地址映射，其具体映射过程如图4所示。

图4所示为身份标识符到内部通信地址的映射关系，在该标识解析的系统设计中，每个传感节点的身份标识符都有一个固定的长度，而在无线传感器网络中每个传感节点的网内源地址也有固定长度，因此，由传感节点身份标识符到传感节点网络内部源地址的映射关系为：截取传感节点身份标识符的生产商代码段与产品代码段并且为其加上一个帧头作为其内部源地址。例如：网关截取传感节点内部源地址的后8位（生产商代码段与产品代码段），并为其加上一个帧头作为其在网络内部通信短地址。通过网关的地址映射建立传感节点身份标识符与传感节点网内通信源地址之间的对应关系，进而追溯到无线传感器网络中的传感节点，并对其进行辨识与应用管理。

当网关收到来自传感节点发送的数据序列后，将包含在该数据序列中的传感节点网内通信短地址提取出来映射为传感节点身份标识符，并将此身份标识符与其应用属性标识符共同构成传感节点标识符，之后发送给本地服务器。本地服务器接收到传感节点标识符后，将其拆分为传感节点身份标识符与传感节点应用属性标识符，并将其分别存储到本地服务器数据库中。

由于通过传感节点应用属性标识符只可以得到传感节点的部分应用属性信息，想要查看传感节点的详细应用属性信息必须通过解析传感节点身份标识符得到，如图5所示为解析传感节点身份标识符具体实现过程。

1)本地服务器以“传感节点身份标识符”的前缀+厂商编号向对象标识符（OID）解析系统发出标识解析请求；

2)对象标识符（OID）解析系统返回相应传感节点的生产商查询服务器的统一资源定位符（URL）给数据中心；

3)本地服务器将获得的统一资源定位符（URL）向域名解析系统（DNS）发出域名解析请求，获得相应传感器生产厂商查询服务器的IP地址，通过该IP地址即可访问生产商查询服务器；

4)通过访问生产厂商查询服务器即能得到每个传感节点的详细应用属性，并将该信息保存在本地服务器数据库中以备用户或数据中心查询与应用管理。

在无线传感器网络标识解析中，网关进一步实现了对整个无线传感器网络的标识管理，如图6所示为基于标识解析系统的网络管理示意图。其对整个标识解析系统的标识管理可以从两个方面进行分析：第一，网关作为一种无线传感器网络标识管理工具，将解析到的传感节点标识符发送给本地服务器，并将该标识符存储在本地服务器数据库中，以备用户或数据中心进行查询与应用管理。第二，网关作为一种简单网络管理协议（SNMP）标识服务代理，用于建立传感节点身份标识符与本地服务器数据库目录的一一映射关系，以便用户或数据中心访问到具有相应访问权限的传感节点的对应信息。

无线传感器网络标识管理，当网关接收到传感节点发送的数据序列后，将数据序列中的网内通信短地址提取出来，并将其映射为传感节点的身份标识符，由传感节点身份标识符与传感节点应用属性标识符共同构成传感节点标识符，网关将该传感节点标识符发送给本地服务器。

当本地服务器接收到网关发送过来的传感节点标识符后，按照传感节点标识符编码规则将其分解为传感节点身份标识符与传感节点应用属性标识符，并分别将其存入到对应的本地服务器数据库列表中。用户或数据中心通过解析传感节点应用属性标识符获得传感节点的一些主要应用属性信息，但如果需要查看传感节点详细应用属性及其实时数据信息，则须通过身份标识符的对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）才可以获得。简单网络管理协议（SNMP）标识服务代理，当用户或数据中心查询本地服务器数据库中传感节点的详细应用属性信息时，则须通过传感节点身份标识符才可以追溯到，因此，将传感节点身份标识符存入到本地服务器数据库后，需要将传感节点身份标识符与本地服务器数据库的目录建立一一映射关系，即建立起相应的目录服务，以便用户或数据中心可以访问到具有相应访问权限的传感节点的对应信息。

随着周围环境的变化，可能有新的传感节点需要加入到无线传感器网络中。首先，新加入网络的传感节点需要向网关发送一个请求命令，该命令由传感节点的网内通信源地址与命令帧帧头组成，网关接收到该请求命令后将传感节点网内通信地址映射为传感节点的身份标识符，并向无线传感器网络标识解析注册管理机构发送验证请求，查看该身份标识符是否有效：如果该身份标识符为有效，则网关为新入网的传感节点发送连接请求，并为该传感节点分配网内通信短地址，以使其成功入网，与此同时，将该身份标识符存入到本地服务器数据库中，以备用户或数据中心进行查询与应用管理；如果无线传感器网络标识解析注册管理机构发现该身份标识符无效，则网关不会向该传感节点发送连接请求，则该传感节点无法加入到网络中。

无线传感器网络标识解析系统具有统一安全身份认证功能，以用户信息、系统权限为核心，集成各类认证信息，使系统具有高度集成且统一的认证体系。该标识解析系统支持用户名/密码认证方式，欲访问该标识解析系统的用户需在无线传感器网络标识注册认证管理机构进行身份注册。无线传感器网络标识注册认证管理机构根据用户提供的注册信息为用户分配访问权限，否则用户无法访问该标识解析系统。无线传感器网络标识解析系统还具有统一的用户管理权限机制，主要包括用户功能权限和用户权限的数据范围。用户功能权限即检查用户是否拥有执行某项功能的权限，例如，在该标识解析系统中，普通用户是无法查看传感节点服务所在地，而高级用户则具有该项权利；用户权限的数据范围是在每个功能的实现中来控制用户操作到的数据的范围。

因此，网关在无线传感器网络标识解析中不仅是作为连接无线传感器网络与互联网的中间桥梁，而且还完成了由传感节点身份标识符到无线传感器网络内部通信地址的映射，实现了对传感节点应用属性信息查询并对其进行应用管理；最后通过对网关进行标识管理功能的扩充，对整个标识解析系统的传感节点标识进行管理。

Claims (3)

1.一种无线传感器网络标识解析的方法，其特征在于，网关接收到来自本地服务器的标识解析请求命令，将包含在该命令中的传感节点身份标识符提取出来；网关将标识解析请求命令中传感节点的身份标识符提取出来并建立其与传感节点网内通信短地址的映射关系，进而对传感节点进行辨识与应用管理；传感节点接收到来自网关的标识解析请求命令后，将由网内通信短地址与传感节点应用属性标识符组成的数据序列发送给网关，网关接收到来自传感节点的数据序列后，先将数据序列中的网内通信短地址映射为传感节点身份标识符，由传感节点身份标识符与应用属性标识符构成传感节点标识符，然后网关将该传感节点标识符发送给本地服务器；本地服务器以“传感节点身份标识符”的前缀+厂商编号向对象标识符解析系统发出标识解析请求，本地服务器对传感节点身份标识符进行对象标识符（OID）解析和域名解析服务（DNS）后获取传感节点应用属性信息，并将其存入到本地服务器数据库中，本地服务器通过对象标识符解析获得传感节点的生产商查询服务器的统一资源定位符（URL），将统一资源定位符向域名解析系统发出域名解析请求，获得相应传感器生产厂商查询服务器的IP地址，通过该IP地址访问生产商查询服务器，查询传感节点的应用属性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由传感节点身份标识符到传感节点网内通信短地址的映射关系为：截取传感节点身份标识符的生产商代码段与产品代码段并为其加上一个帧头作为其网内通信短地址。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本地服务器接收到网关传来的传感节点标识符后，将其分解为传感节点身份标识符与传感节点应用属性标识符，然后分别存储到本地服务器数据库中。