CN103442021A - 集中控制式无线传感网络中的无线传感器节点网络接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及一种集中控制式无线传感网络中的IP无线传感器节点的网络接入方法。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。本发明提出了一种基于IP的无线传感器节点的网络接入方法，从而帮助基于IP的无线传感器节点自动接入无线传感接入复用设备，成为大规模无线传感网络拓扑中的一员。

Description

集中控制式无线传感网络中的无线传感器节点网络接入方法

技术领域

本发明涉及通信网络，尤其涉及一种集中控制式无线传感网络中的IP无线传感器节点的网络接入方法。

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，传送传感器采集信息，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，提出了一种基于IP的无线传感器节点的网络接入方法，从而帮助无线传感器节点在启动后自动接入无线传感接入复用设备，成为大规模无线传感网络拓扑中的一员。

在进入网络接入过程之前，无线传感器节点需要通过无线传感接入复用设备发现过程获取可以为其提供网络接入服务的无线传感接入复用设备的IP地址。此后，无线传感器节点可以利用得到的IP地址和无线传感接入复用设备通信，请求接入所述无线传感接入复用设备。无线传感器节点只有在获得无线传感接入复用设备的网络接入服务后，才可以接入无线传感接入复用设备所属的无线传感网络体系结构，并可以开始提供感知服务。

根据本发明的第一方面，提供了无线传感器节点网络接入请求消息定义。无线传感器节点网络接入请求消息中所承载的信息包括：无线传感器节点标识、无线传感器节点硬件描述单元、无线传感器节点描述单元、无线传感器节点IP地址。其中：无线传感器节点标识用于携带无线传感器节点标识信息；无线传感器节点硬件描述单元用于承载无线传感器节点的硬件信息，包括：设备生产厂商标识、无线传感器节点序列号、无线传感器节点MAC地址；无线传感器节点描述单元用于承载无线传感器节点信息，包括：节点类型、加密能力参数、硬件版本号、软件版本号、引导程序版本号、其他软件版本号；无线传感器节点IP地址用于表示无线传感器节点的发包地址。

无线传感器节点网络接入请求消息被无线传感器节点用于向无线传感接入复用设备请求网络接入服务。

根据本发明的第二方面，提供了无线传感器节点网络接入响应消息定义。无线传感器节点网络接入响应消息中所承载的信息包括：结果代码、无线传感接入复用设备描述单元、无线传感接入复用设备名称、无线传感器节点软件版本标识符、最大消息长度。其中：结果代码表示对无线传感器节点网络接入请求消息的响应结果，0表示网络接入成功、1表示网络接入失败；无线传感接入复用设备描述单元用于承载无线传感接入复用设备描述信息，包括：当前无线传感器节点数量、无线传感器节点数量限制、安全类型；无线传感接入复用设备名称由标识无线传感接入复用设备的字符串组成；无线传感器节点软件版本标识符被用来指出要求无线传感器节点运行的软件版本号；最大消息长度用来指出无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间的消息的最大长度。

当无线传感接入复用设备接收到来自无线传感器节点的无线传感器节点网络接入请求消息后，会根据无线传感器节点网络接入请求消息的内容，来进行准入判断。并根据准入判断的结果，立刻返回无线传感接入复用设备网络接入响应消息。无线传感器节点网络接入响应消息中的结果代码反应了是否允许所述无线传感器节点接入无线传感接入复用设备。

当无线传感器节点接收到来自无线传感接入复用设备的无线传感器节点网络接入响应消息，且结果代码被设置为0，表示无线传感器节点已经被接纳成为无线传感接入复用设备所控制的局域无线传感网络的一部分，否则表示无线传感接入复用设备拒绝所述无线传感器节点的网络接入请求，所述无线传感器节点需要重新启动无线传感接入复用设备发现流程，以发现其它可以提供网络接入服务的无线传感接入复用设备。

根据本发明的第三方面，提供了连接请求消息定义。连接请求消息中不承载任何信息元。连接请求消息用于保持无线传感接入复用设备和无线传感器节点之间的通信连接状态。无线传感器节点会周期性地发送连接请求消息到无线传感接入复用设备。

根据本发明的第四方面，提供了连接请求响应消息定义。连接请求响应消息中不承载任何信息元。当无线传感接入复用设备接收到连接请求消息后，会返回连接请求响应消息给发送连接请求消息的无线传感器节点。

连接请求和连接请求响应消息的使用，可以使无线传感器节点维护和无线传感接入复用设备间的通信通道的连接状态。若无线传感器节点不能及时收到连接请求响应，则表示无线传感器节点和无线传感接入复用设备间的通信通道失效。无线传感器节点将重新启动无线传感接入复用设备发现流程，并建立和新发现的无线传感接入复用设备之间的网络连接。若无线传感接入复用设备不能在定时周期内收到来自无线传感器节点的连接请求消息，则表示无线传感器节点和无线传感接入复用设备间的通信通道失效，无线传感接入复用设备会将所述无线传感器节点从无线传感网络拓扑中去除，停止为该无线传感器节点提供服务。

根据本发明的第五方面，提供了无线传感器节点的网络接入过程的处理流程。其中，包括以下步骤：

a)无线传感器节点发送无线传感器节点网络接入请求消息到无线传感接入复用设备；

b)无线传感接入复用设备进行准入检查，判断是否接受无线传感器节点的网络接入请求；

c)无线传感接入复用设备发送无线传感器节点网络接入响应消息到无线传感器节点。

根据本发明的第六方面，提供了无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程的处理流程。其中，包括以下步骤：

a)无线传感器节点发送连接请求消息到无线传感接入复用设备；

b)无线传感接入复用设备在接收到无线传感器节点的连接请求消息后，发送连接请求响应消息给无线传感器节点。

采用本发明的方案，无线传感器节点可以自动实现到无线传感接入复用设备的网络接入，成为无线传感接入复用设备所控制的局域无线传感网络拓扑中的一员。

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系统架构图；

图2示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器节点网络接入请求消息格式示意图；

图3示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器节点网络接入响应消息格式示意图；

图4示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器节点的网络接入过程的处理流程图；

图5示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程的处理流程图。

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，根据图2对本发明的第一方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

无线传感器节点网络接入请求消息中所承载的信息包括：无线传感器节点标识、无线传感器节点硬件描述单元、无线传感器节点描述单元、无线传感器节点IP地址。其中：

无线传感器节点标识用来携带无线传感器节点的标识符。

无线传感器节点硬件描述单元用于承载无线传感器节点的硬件信息，包括：设备生产厂商标识、无线传感器节点序列号、无线传感器节点MAC地址。设备生产厂商标识是指无线传感器节点生产厂商的标识符；无线传感器节点序列号表示无线传感器节点的硬件序列号；无线传感器节点MAC地址用于指示无线传感器节点地址信息。

无线传感器节点描述单元用于承载无线传感器节点信息，包括：节点类型、加密能力参数、硬件版本号、软件版本号、引导程序版本号、其他软件版本号。节点类型用于表示无线传感器节点类型；加密能力参数，用于表示无线传感器节点是否具有对传输的数据流的加密能力；硬件版本号用于表示无线传感器节点的硬件版本；软件版本号用于表示无线传感器节点当前运行的软件版本；引导程序版本号用于表示无线传感器节点的引导程序版本；其他软件版本号表示无线传感器节点上存储的非运行状态的软件版本号。

无线传感器节点IP地址用于表示无线传感器节点发包地址。无线传感器节点IP地址信息被无线传感接入复用设备用于检测无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间是否存在NAT设备。通过比对无线传感器节点IP地址和无线传感器节点网络接入请求消息的发包地址，无线传感接入复用设备可以探测到在它和无线传感器节点之间是否存在NAT设备。

以下，参照图3对本发明的第二方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

无线传感器节点网络接入响应消息中所承载的信息包括：结果代码、无线传感接入复用设备描述单元、无线传感接入复用设备名称、无线传感器节点软件版本标识符、最大消息长度。其中：

结果代码表示对无线传感器节点网络接入请求消息的响应结果。当无线传感接入复用设备接收到来自无线传感器节点的无线传感器节点网络接入请求消息后，会根据网络接入请求消息的内容，进行准入判断。并根据准入判断的结果，立刻返回无线传感接入复用设备的网络接入响应消息。无线传感器节点网络接入响应消息中的结果代码反应了是否允许所述无线传感器节点接入无线传感接入复用设备。结果代码为0表示网络接入成功，无线传感器节点已经被接纳成为无线传感接入复用设备所控制的局域无线传感网络的一部分；结果代码为1表示网络接入失败。

无线传感接入复用设备描述单元用于承载无线传感接入复用设备描述信息，包括：当前无线传感器节点数量、无线传感器节点数量限制、安全类型。当前无线传感器节点数量是指所述无线传感接入复用设备目前所接入的无线传感器节点个数；无线传感器节点数量限制是指所述无线传感接入复用设备最大可以接入的无线传感器节点数量；安全类型是指无线传感接入复用设备和无线传感器节点之间通信的安全方式，其中1表示明文通信方式，2表示加密通信方式。

无线传感接入复用设备名称由标识无线传感接入复用设备的字符串组成。

无线传感器节点软件版本标识符被用来指出要求无线传感器节点运行的软件版本号。如果无线传感器节点当前运行的软件版本不同于此版本，则无线传感器节点需要立刻启动软件版本加载，从无线传感接入复用设备加载所要求的软件版本程序。

最大消息长度用来指出无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间通信的消息的最大长度。

以下，对本发明的第三方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

连接请求消息中不承载任何信息元。当无线传感器节点成功接入无线传感接入复用设备后，它会周期性地发送连接请求消息到它所接入的无线传感接入复用设备，以维持和无线传感接入复用设备之间的通信通道的连通性。由于无线传感器节点通常是低功耗节点，故发送连接请求消息的周期也会较长，可以从几十秒到几分钟。

以下，对本发明的第四方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

当无线传感接入复用设备接收到来自无线传感器节点的连接请求消息后，它会用连接请求响应消息应答该无线传感器节点。无线传感接入复用设备会定时收到来自无线传感器节点的连接请求消息。如果无线传感接入复用设备在预配置的超时周期内未收到来自某个无线传感器节点的连接请求消息，则无线传感接入复用设备判定和所述无线传感器节点之间的通信连接失效，将会从局域无线传感网络拓扑中去除所述无线传感器节点。

根据本发明实施例，还提供了一种无线传感器节点的网络接入过程的处理流程。下面根据图4并结合图1来介绍该流程。

当无线传感器节点通过无线传感接入复用设备发现过程获取可用的无线传感接入复用设备的IP地址后，会立即启动网络接入过程来建立和所述无线传感接入复用设备之间的网络连接。网络接入流程包括以下处理步骤：

步骤S10，无线传感器节点发送无线传感器节点网络接入请求消息到无线传感接入复用设备。

步骤S11，无线传感接入复用设备在接收到无线传感器节点网络接入请求消息后，根据消息中的无线传感器节点信息，进行准入检查，判断是否接受该网络接入请求。当无线传感接入复用设备管理模式为本地管理模式时，无线传感器节点的准入检查由无线传感接入复用设备在本地进行，判断所述无线传感器节点是否符合无线传感接入复用设备的网络接入策略。当无线传感接入复用设备管理模式为远程管理模式时，无线传感器节点的准入检查由泛在传感网络控制器进行。无线传感接入复用设备发送无线传感器节点网络接入请求消息到泛在传感网络控制器，泛在传感网络控制器执行完准入检查后，发送准入检查结果到所述无线传感接入复用设备，无线传感接入复用设备再根据泛在传感网络控制器的准入检查结果产生无线传感器节点网络接入响应消息。

步骤S12，无线传感接入复用设备发送无线传感器节点网络接入响应消息到无线传感器节点。在无线传感器节点网络接入响应消息中的结果代码域内携带准入检查的结果。如果结果代码为0，则表示无线传感器节点成功接入所述无线传感接入复用设备；如果结果代码为1，则表示所述无线传感接入复用设备拒绝无线传感器节点的网络接入请求，无线传感器节点的网络接入操作失败。

如果网络接入操作失败，无线传感器节点需要重新进行无线传感接入复用设备发现过程，发现其他可以提供网络接入服务的无线传感接入复用设备，并尝试与其建立网络连接。

根据本发明实施例，还提供了一种无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程的处理流程。下面根据图5并结合图1来介绍该流程。该流程包括以下处理：

步骤S20，无线传感器节点发送连接请求消息到其所连接的无线传感接入复用设备；

步骤S21，无线传感接入复用设备在接收到连接请求消息后，发送连接请求响应消息到无线传感器节点。

当无线传感器节点实现到无线传感接入复用设备的网络接入过程后，为了维护其间的通信连接，无线传感器节点会周期性地发起上述流程。考虑到无线传感器节点的低功耗问题，连接请求消息的发送周期可以定义得比较长。

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 (9)

1.一种集中控制式无线传感网络中的IP无线传感器节点的网络接入方法，从而帮助IP无线传感器节点启动后自动接入无线传感接入复用设备，成为大规模无线传感网络拓扑中的一员，其特征在于：

(1)在进入网络接入过程之前，无线传感器节点通过无线传感接入复用设备发现过程获取可以为其提供网络接入服务的无线传感接入复用设备的IP地址；

(2)利用无线传感接入复用设备发现过程获得的可用无线传感接入复用设备IP地址，无线传感器节点启动网络接入处理流程，和无线传感接入复用设备通信，请求接入所述无线传感接入复用设备；

(3)无线传感器节点只有在获得无线传感接入复用设备的网络接入服务后，才可以接入无线传感接入复用设备所属的无线传感网络体系结构，并可以开始提供感知服务。

2.根据权利要求1所述的IP无线传感器节点的网络接入方法，无线传感器节点的网络接入处理流程的特征在于，包括以下步骤：

(1)无线传感器节点发送无线传感器节点网络接入请求消息到无线传感接入复用设备；

(2)无线传感接入复用设备进行准入检查，判断是否接受无线传感器节点的网络接入请求；

(3)无线传感接入复用设备发送无线传感器节点网络接入响应消息到无线传感器节点。

3.根据权利要求2所述的无线传感器节点的网络接入处理流程，无线传感器节点网络接入请求消息的特征在于：

(1)无线传感器节点网络接入请求消息中所承载的信息包括：无线传感器节点标识、无线传感器节点硬件描述单元、无线传感器节点描述单元、无线传感器节点IP地址；

(2)无线传感器节点标识用于携带无线传感器节点标识信息；

(3)无线传感器节点硬件描述单元用于承载无线传感器节点的硬件信息，包括：

设备生产厂商标识、无线传感器节点序列号、无线传感器节点MAC地址；

(4)无线传感器节点描述单元用于承载无线传感器节点信息，包括：节点类型、加密能力参数、硬件版本号、软件版本号、引导程序版本号、其他软件版本号；

(5)无线传感器节点IP地址用于表示无线传感器节点的发包地址。

4.根据权利要求2所述的无线传感器节点的网络接入处理流程，无线传感器节点网络接入响应消息的特征在于：

(1)无线传感器节点网络接入响应消息中所承载的信息包括：结果代码、无线传感接入复用设备描述单元、无线传感接入复用设备名称、无线传感器节点软件版 本标识符、最大消息长度；

(2)结果代码表示对无线传感器节点网络接入请求消息的响应结果，0表示网络接入请求成功、1表示网络接入请求失败；

(3)无线传感接入复用设备描述单元用于承载无线传感接入复用设备描述信息，包括：当前无线传感器节点数量、无线传感器节点数量限制、安全类型；

(4)当前无线传感器节点数量是指所述无线传感接入复用设备目前所接入的无线传感器节点个数；

(5)无线传感器节点数量限制是指所述无线传感接入复用设备最大可以接入的无线传感器节点数量；

(6)安全类型是指无线传感接入复用设备和无线传感器节点之间通信的安全方式，其中1表示明文通信方式，2表示加密通信方式；

(7)无线传感接入复用设备名称由标识无线传感接入复用设备的字符串组成；

(8)无线传感器节点软件版本标识符被用来指出要求无线传感器节点运行的软件版本号；

(9)最大消息长度用来指出无线传感器节点和无线传感接入复用设备之间的消息的最大长度。

5.一种无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程，其特征在于，包含以下步骤：

(1)无线传感器节点发送连接请求消息到无线传感接入复用设备；

(2)无线传感接入复用设备在接收到无线传感器节点的连接请求消息后，发送连接请求响应消息给无线传感器节点。

6.根据权利要求5所述的无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程，其特征还在于：当无线传感器节点实现到无线传感接入复用设备的网络接入过程后，为了维护其间的通信连接，无线传感器节点会周期性地发送连接请求消息到无线传感接入复用设备，执行通信通道的维护过程，以维护和无线传感接入复用设备之间的通信连接。

7.根据权利要求5所述的无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程，其特征还在于：

(1)若无线传感器节点在预定义的定时周期内没有收到来自无线传感接入复用设备的连接请求响应消息，则表示无线传感器节点和无线传感接入复用设备间的通信通道连接失效，无线传感器节点将重新启动无线传感接入复用设备发现流程，并建立和新发现的无线传感接入复用设备之间的网络连接；

(2)若无线传感接入复用设备不能在定时周期内收到来自无线传感器节点的连接请求消息，则表示无线传感器节点和无线传感接入复用设备间的通信通道连接失 效，无线传感接入复用设备将所述无线传感器节点从无线传感网络拓扑中去除，停止为该无线传感器节点提供网络接入服务。

8.根据权利要求5所述的无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道维护过程，连接请求消息的特征在于：

(1)连接请求消息用于保持无线传感接入复用设备和无线传感器节点之间的通信通道的连接状态；

(2)连接请求消息中不承载任何信息元；

(3)无线传感器节点会周期性地发送连接请求消息到其所接入的无线传感接入复用设备。

9.根据权利要求5所述的无线传感器节点和无线传感接入复用设备间通信通道的维护过程，连接请求响应消息的特征在于：

(1)连接请求响应消息中不承载任何信息元；

(2)当无线传感接入复用设备接收到来自无线传感器节点的连接请求消息后，会发送连接请求响应消息给所述无线传感器节点作为应答。 

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