CN104065754A - 一种基于p2p技术的无线传感器网络及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于P2P技术的无线传感器网络及其构建方法，包括通过P2P协议构架的传感器网络层、网关层和处理层；传感器网络层由无线传感器相互连接构成并实现自身信息的发布、传感器数据的收集及数据的简单处理；网关层由网关节点构成，各节点与无线传感器网络相连并集成至P2P网络中；处理层是选择具有超强任务处理能力的网关层端即超级端构成，处理层将任务需求分解为子任务并交予网关节点进行分发，同时接收和处理反馈数据并予以展现。这种网络多层构架方式，实现有效的传感数据复用，减少了进出传感器网络的消息量及传感器网络通信开销，延长了网络的生命周期。

Description

一种基于P2P技术的无线传感器网络及其构建方法
技术领域
本发明属于无线传感器网络通讯技术领域，具体来说是一种基于P2P技术的无线传感器网络及其构建方法，该网络构架采用三层网络拓扑结构，并且在通信中采用了P2P的方式。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，顾名思义，物联网就是物-物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品-物品-应用者之间进行信息交换和通信。随着移动网络的普及，物联网中的“网”已经扩展至更为方便的移动网络，而作为“物”产品终端范围从电饭煲、热水器、洗衣机、电冰箱、电视机、空调家用电器直至打印机、投影仪、复印机等办公设备甚至生产中的各类仪表和控制器等也融入物联网之中。物联网的发展主要集中在三个方面，（1）传感器技术；（2）RFID标签；（3）嵌入式系统开发。实现物联网的关键是多无线传感器网络协作，但已部署的传感器网络都是针对某一特定领域的特定应用需求的，标准和制式各异的传感器网络由不同的组织所管理，大大限制了这些网络之间的协作处理和数据共享。因此，无线传感器网络与Internet 等其他网络的互联以及不同无线传感器网络之间的异构互联就具有了重要的研究意义和实用价值。
无线传感器网络是由一定数量的传感器节点通过某种无线通信协议联结而成的测控系统，采用P2P技术实现传感器网络的互联和交互，解决了大数据量的通信瓶颈, 传感器网络亦可自由加入、变更或退出, 方便部署, 网络可扩展性好, 同时屏蔽底层网络差异及多种接入方式, 为用户提供多个访问入口。然而，整个系统在传感数据复用和接入灵活性方面存在着不足，如何更灵活的实现无线传感器网络的构建并实现相互之间的通讯对物联网的发展方向有着重要的意义和作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决无线传感器网络系统在传感数据复用和接入灵活性方面存在的不足，提出了一种基于P2P的多无线传感器网络系统及其构建设计方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种基于P2P技术的无线传感器网络，该网络包括通过P2P协议构架的传感器网络层、网关层和处理层；传感器网络层由无线传感器相互连接构成并实现自身信息的发布、传感器数据的收集及数据的简单处理；网关层由网关节点构成，各节点与无线传感器网络相连并集成至P2P网络中；处理层是选择具有超强任务处理能力的网关层端即超级端构成，处理层将任务需求分解为子任务并交予网关节点进行分发，同时接收和处理反馈数据并予以展现。这种网络多层分层协作的构架方式，实现有效的传感数据复用，减少了进出传感器网络的消息量，缩减了传感器网络通信开销，有效延长了整个网络的生命周期。同时，在系统中引入了超级端技术，超级端将用户需求进行处理，并向用户提供整个系统的状态信息。
上述网络构架中，传感器网络层由多个子传感器网络构成，每个子传感器网络和网关层节点相互关联。通过多个子传感器连接构成的传感器网络各个子传感器之间就可以进行简单的数据通信和交流，从而减少了数据的网络传送量，将底层处理的信息直接放置在下层进行了处理，需要与上层交换的数据再通过网关节点进行连接、通讯。
上述网络构建的网关层还包括接入其中的用户终端及数据服务器，能够实现用户和网络信息的更好通讯。
为提高整个网络传输的效率，P2P网络可以通过光纤直接构架；为了同时实现网络的更便捷覆盖，也可以采用移动互联网络构建整个P2P网络。
本申请的技术方案还包括一种基于P2P技术的无线传感器网络构建方法，构建步骤如下：（1）搭建传感器网络层、网关层和处理层三重网络体系，传感器网络层由多个子传感器网络构成，网关层由网关节点构成，各节点与无线传感器网络相连并集成至P2P网络中，处理层是选择具有超强任务处理能力的网关层端即超级端构成；（2）子传感器网络在网关层选择相应的网关进行注册, 完成注册后网关端检查传感器的描述信息是否已在系统中存在，若不存在，网关端发送描述请求到子传感器网络节点，子传感器网络节点收到请求后将自身描述信息发送给网关端；（3）子传感器网络节点的反馈信息被保存在处理层的P2P超级端中，从而实现用户加入网络即可访问正在运行的任务或传感器网络的信息，完成整个网络的构建和通讯。上述方法中，子传感器网络的节点发现过程为：请求加入网络的传感器被激活以后，在覆盖范围内选择相应的网关进行注册并接入网络。如果选择网关端失败或者建立的链接质量低于设定的链接质量阈值，节点自动开始一个新的注册操作。注册完成后通过网关端对系统中无线传感器节点信息状态的分析和处理，最终将这些信息保存到超级端。网关层P2P采用分布式散列表来路由信息，保证所有端之间关键值的均匀分布，如果有某个端正在进行传感器关联和任务运行，则其他端就没有必要再存储这些关联和任务信息。通常在网络中典型的信息项包括一系列已知的活跃节点、一系列服务和一系列正在运行的任务等，如果一个端加入或离开网络，不是这个端执行一个任务或者建立与某个传感器节点的连接，而只是改变内存中相应的关键值，网关端既是连接传感器节点的嵌入式设备又是发布查询任务的客户端。传感器信息向P2P系统提交一次后，描述信息就被存储在P2P网络冗余上，这样用户不需要访问传感器节点就可以查询这些信息，用户还可以通过查询了解正在运行的任务或者仅仅通过从相同的任务中订阅信息的方式就能获得自己感兴趣的信息。
由于本方法采用的路由方式保证了所有端之间关键值的均匀分布，如果某个端正在进行传感器子网络的关联和任务运行，则其他端就没有必要存储这些关联和任务。当一个端加入或离开网络时，改变的只是内存中相应的关键值。同时，根据P2P 原则，一个超级端的故障也不会引起系统状态信息的丢失，所有相关信息都被存储在多个冗余超级端上。在整个P2P网络中，网关端既连接了无线传感器网络的节点，又作为客户端发布查询任务，若客户端长期处于网络的活跃位置中，可以将其升为超级端。
附图说明
图1是本发明基于P2P技术的无线传感器网络结构；
图2是子传感器网络通过网关层接入P2P网络的过程。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行具体描述，如图1所示为本发明所述的基于P2P技术的无线传感器网络结构，该网络包括通过P2P协议构架的传感器网络层、网关层和处理层；传感器网络层由无线传感器相互连接构成并实现自身信息的发布、传感器数据的收集及数据的简单处理；网关层由网关节点构成，各节点与无线传感器网络相连并集成至P2P网络中；处理层是选择具有超强任务处理能力的网关层端即超级端构成，处理层将任务需求分解为子任务并交与网关节点进行分发，同时接收和处理反馈数据并予以展现。子传感器网络通过网关层的网关接入P2P网络，网关与数据服务器、用户、客户端实现P2P的数据交换。选择部分网关端作为处理层，对整个网络的任务进行管理和分配。各层功能为：传感器网络层的主要功能是自身信息的发布、传感器数据的收集和数据的简单处理；网关层将无线传感器网络集成到P2P网络中；处理层由很多具有超强任务处理能力的网关层端即超级端实现。任何得到系统认可的客户端都可以在系统内发布查询，超级端对这些查询进行处理，找到相应的网关端，注册传感器节点并向相关节点发送子查询，在需要的时候这些客户端将继续转发这些查询。
图2是子传感器网络通过网关层的接入P2P网络的过程，子传感器网络的节点在覆盖域中选择相应的网关进行注册；注册完成后网关端检查传感器的描述信息是否已在系统中存在，若不存在，网关端发送描述请求到传感器节点；传感器节点收到请求后将自己的描述信息发送给网关端；传感器节点的反馈信息将被保存在P2P的超级端中，这样用户就可以加入网络来访问正在运行的任务或传感器网络的信息。解决了大数据量的通信瓶颈, 传感器网络亦可自由加入、变更或退出, 方便部署, 网络可扩展性好, 同时屏蔽底层网络差异及多种接入方式, 为用户提供多个访问入口。
由于本方法采用的路由方式保证了所有端之间关键值的均匀分布，如果某个端正在进行传感器关联和任务运行，则其他端就没有必要存储这些关联和任务。当一个端加入或离开网络时，改变的只是内存中相应的关键值。同时，根据P2P 原则，一个超级端的故障也不会引起系统状态信息的丢失，所有相关信息都被存储在多个冗余超级端上。在整个P2P网络中，网关端既连接了无线传感器网络的节点，又作为客户端发布查询任务，若客户端长期处于网络的活跃位置中，可以将其升为超级端。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于P2P技术的无线传感器网络，其特征在于，该网络包括通过P2P协议构架的传感器网络层、网关层和处理层；传感器网络层由无线传感器相互连接构成并实现自身信息的发布、传感器数据的收集及数据的简单处理；网关层由网关节点构成，各节点与无线传感器网络相连并集成至P2P网络中；处理层是选择具有超强任务处理能力的网关层端即超级端构成，处理层将任务需求分解为子任务并交予网关节点进行分发，同时接收和处理反馈数据并予以展现。
2.根据权利要求1所述的基于P2P技术的无线传感器网络，其特征在于，传感器网络层由多个子传感器网络构成，每个子传感器网络和网关层节点关联。
3.根据权利要求1所述的基于P2P技术的无线传感器网络，其特征在于，网关层还接入有用户终端及数据服务器。
4.根据权利要求1所述的基于P2P技术的无线传感器网络，其特征在于，P2P网络是光纤网络或移动物联网络。
5.一种基于P2P技术的无线传感器网络构建方法，其特征在于，构建步骤如下：（1）搭建传感器网络层、网关层和处理层三重网络体系，传感器网络层由多个子传感器网络构成，网关层由网关节点构成，各节点与无线传感器网络相连并集成至P2P网络中，处理层是选择具有超强任务处理能力的网关层端即超级端构成；（2）子传感器网络的在网关层选择相应的网关进行注册, 完成注册后网关端检查传感器的描述信息是否已在系统中存在，若不存在，网关端发送描述请求到子传感器网络节点，子传感器网络节点收到请求后将自身描述信息发送给网关端；（3）子传感器网络节点的反馈信息被保存在处理层的P2P的超级端中，从而实现用户加入网络即可访问正在运行的任务或传感器网络的信息，完成整个网络的构建和通讯。
6.根据权利要求5所述的基于P2P技术的无线传感器网络构建方法，其特征在于，网关层采用分布式散列表来路由信息。
7.根据权利要求5所述的基于P2P技术的无线传感器网络构建方法，其特征在于，网关层的网关端可以升级为处理层的超级端。
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