TWI469676B - In the pan-sensor network used to support multi-hometown approach - Google Patents

In the pan-sensor network used to support multi-hometown approach Download PDF

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Description

在泛在傳感器網路中用於支援多家鄉的方法
本發明關於泛在傳感器網路，尤其關於在泛在傳感器網路中用於支援多家鄉的方法。
傳感器網路是集無線技術、嵌入式技術和傳感器網路技術於一體的綜合智慧資訊系統，可用於公共安全、生態環保、應急指揮、智慧交通、反恐、智慧家居等諸多領域。例如，智慧化家居中的傳感器/控制器網路、工業現場各種參數收集、控制器的統一聯網調控等，都可以通過傳感器網路實現。
在現有的泛在傳感器網路(Ubiquitous Sensor Network,USN)環境中，傳感器節點或傳感器網路的數量以及傳感器應用用戶的數量都是巨大的。隨著傳感器節點或傳感器網路的數量以及傳感器應用用戶的數量的增加，網際網路中的單一的用於將傳感器網路存取到網際網路中的存取點負載過重，從而傳感器節點或傳感器網路以及傳感器應用用戶受到在存取點排隊所產生的延遲的影響，從而增加了端到端的延遲。此外，傳感器節點或傳感器網路將來將支援越來越多的應用。這些傳感器應用中的一部分有較高的QoS要求，例如，醫療系統QoS要求不能丟包，因此適合於運行於3GPP存取系統中；而另一些應用，例如天氣預報資料的傳輸，對丟包並不敏感，適合於運行於其他補充 的存取系統中，例如WiFi存取網路。
現有的行動節點的多家鄉以及負載均衡的解決方案包括採用代理行動IPv6(Proxy Mobile IPv6,PMIPv6)技術。
在傳統PMIPv6多家鄉技術中，當通過一個新的介面新關聯到一個新的行動存取閘道(Mobile Access Gateway,MAG)時，新的MAG向本地行動錨點(Local Mobility Anchor,LMA)發送代理綁定更新消息，以註冊新的代理轉交位址(care-of-address)。在代理綁定更新消息中，新的MAG設置存取技術(例如，是採用Wifi存取技術或者採用3G存取技術等)和切換指示符(Handoff Indicator,HI)的值。如果存取技術的類型不同於當前綁定緩存表項中的對應的該節點的值、並且HI的值為2，LMA確定發生了在不同存取技術之間的切換。LMA然後向MAG回應一條代理綁定確認消息，在該確認消息中，HI被設置為2。
如果將傳統PMIPv6多家鄉技術用於大規模的泛在傳感器網路中，將會產生以下問題：在傳統PMIPv6多家鄉技術中，HI的值必須設置為2。然而，在實際應用中，當一個新的介面被啟動並存取到一個新的MAG，該新的MAG通常將HI值設置為1，以指示關聯到一個新的介面，而並非將該HI值設置為2。
在傳統PMIPv6多家鄉技術中，新的MAG在發往LMA的代理綁定更新消息中設置HI的值。這意味著終端節點需要告知新的MAG該終端節點是一個多家鄉節點。但是，在USN環境中，由於傳感器節點通常能量低，處 理能力差，因此，這些傳感器節點不會告訴新的MAG本節點是否為多家鄉節點。因此，新的MAG應該以其他方式確定該節點是否為多家鄉節點。
此外，正確地設置存取技術的類型對於支援單一的存取技術的MAG和LMA是容易的。然而，在USN環境下，傳感器節點或傳感器網路可能同時通過不同的存取技術存取到網際網路中。也即，MAG和LMA可能具有不同的存取技術。在多存取技術的環境中，很難正確地設置存取技術。
為了解決上述技術問題，有利地可以提供一種方法，使得傳感器節點或傳感器網路能夠同時以多種介面方式存取到網際網路中(該技術被稱為多家鄉)。考慮到傳感器節點的通常功率和處理能力較低，因此，本發明提出了一種基於網路的泛在傳感器網路多家鄉方法。
根據本發明的第一方面，提供了一種在傳感器網路閘道中支援傳感器網路多家鄉的方法，該方法包括以下步驟：向傳感器網路控制器發送配置請求，該配置請求用於查詢該傳感器網路閘道所轄的傳感器網路是否支援多家鄉；接收來自所述傳感器網路控制器的配置文件，該配置文件用於指示該傳感器網路是否支援多家鄉；當所述傳感器網路支援多家鄉時，向所述傳感器網路控制器發送綁定更新消息，其中，該綁定更新消息中包含所述傳感器網路 的標識，以及用於指示該傳感器網路支援多家鄉的指示符。
根據本發明的第二方面，提供了一種在傳感器網路控制器中用於處理傳感器網路的位置資訊的方法，包括以下步驟：接收來自傳感器網路閘道的配置請求；根據該配置請求，查詢預先配置好的本地資料庫，以確定該傳感器網路是否支援多家鄉；向所述傳感器網路閘道發送配置文件，該配置文件用於指示該傳感器網路是否支援多家鄉。
採用本發明的方案，存取網路中可選用的網路資源被整合，因此，增強了可擴展性；匹配了單獨的傳感器網路資料流程和存取網路鏈路之間的成本、安全、QoS(Quality of Service，服務品質)等參數；達到了無損切換，從而提高了可靠性。
以下，首先對本發明中的主要的技術術語進行解釋。
傳感器網路：在本文中，包括傳感器網路和傳感器網路節點。
多家鄉：傳感器網路能夠同時以多種方式存取到網際網路中，這種多存取的方式，稱為多家鄉。
網路架構：
圖1示出了根據本發明的一個具體實施例的網路拓撲結構示意圖。整個網路被劃分為幾個域，每個域稱為UC 域。每個域具有集中的協調器，也即泛在傳感器網路控制器(Ubiquitous Sensor Network Controller,UC)，傳感器網路控制器轉發來自或者發往其域中的資料包。
圖1示出的架構包括以下的主要的實體：傳感器網路閘道(Sensor network Gateway,SGW)：位於網際網路中，負責將傳感器網路連入網際網路中。SGW周期地發送信標，該信標中包括SGW的擴展設備標識(Extended Unique Identifier,EUI)和個人區域網標識(Personal Area Network ID,PAN ID)。每個SGW在該網路中具有獨特的PAN標識。如果傳感器網路接收到信標，傳感器網路查看由SGW發送的PAN ID，並確定該傳感器網路是否連接到新的SGW中。
傳感器網路控制器(Ubiquitous Sensor Network Controller,UC)：傳感器網路控制器是一個協調器，用於負責該UC域中的傳感器網路和傳感器閘道的管理。UC還轉發來自或者發往其域中的資料包。此外，UC還為傳感器網路創建綁定緩存表項。
以下，將介紹UC建立綁定緩存表項(binding cache entry)的過程。
傳感器網路控制器建立綁定緩存表項
當傳感器網路新註冊到網際網路中時，傳感器網路需要通過傳感器網路閘道進行註冊。傳感器網路首先將註冊請求發送給傳感器網路閘道，該註冊請求中包括該傳感器 網路的標識。
然後，傳感器網路閘道發送註冊請求至傳感器網路控制器，在該註冊請求中，包括傳感器網路的標識。
然後，傳感器網路控制器接收來自傳感器網路控制器所轄的各個傳感器網路閘道的註冊資訊，其中，該註冊資訊中包含該各個傳感器網路閘道所轄的各個傳感器網路標識。
傳感器網路控制器根據該註冊資訊，建立綁定緩存表項，其中，該綁定緩存表項中包含該各個傳感器網路閘道位址與該各個傳感器網路閘道分別所轄的各個傳感器網路標識之間的對應關係。
負載均衡過程
以下，將介紹負載均衡過程，在負載均衡過程中，優選地，傳感器網路可以以利用多種存取方式存取到網際網路中。以下，參照圖2，對負載均衡的過程進行具體的描述。
圖2示出了根據本發明的一個具體實施例的系統方法流程圖。
首先，在步驟S20中，傳感器網路閘道向傳感器網路發送信標。該信標中包括該傳感器網路閘道的EUI和PAN_ID。
然後，在步驟S21中，傳感器網路根據由SGW發來的信標中的EUI和PAN_ID，傳感器網路確定傳感器網路 是否移動到了新的SGW所轄的區域。
具體地，傳感器網路通過比較新SGW和舊SGW發送的信標中的PAN ID來進行移動性檢測。如果新SGW的信標中的PAN ID與舊SGW的信標中的PAN ID相同，那麽傳感器網路(sensor network，SN)就獲知它仍在相同SGW中移動。如果新SGW的信標中的PAN ID與舊SGW的信標中的PAN ID不同，那麽傳感器網路就獲知它移動到了新的SGW。
如果傳感器網路希望連接到新的SGW，則在步驟S22中，傳感器網路向新的SGW發送關聯請求。該關聯請求中包括用於通知SGW該傳感器網路對於該PAN是新的並且該傳感器網路希望關聯到該PAN中。該關聯請求中還包括該傳感器網路的標識(sensor ID)。
然後，在步驟S23中，SGW接收到來自傳感器網路的關聯請求後，SGW向傳感器網路發送關聯回應。
然後，在新的SGW和UC的協助下，認證、授權、鑒權伺服器(Authentication，Authorization and Accounting server,3A server)與傳感器網路進行相互認證。由於本發明並不關於鑒權，因此，在此不予贅述，且圖2中也未示出3A伺服器。
然後，在成功地進行認證以後，SGW將從UC下載配置文件。具體地，首先，在步驟S24中，SGW向UC發送配置請求。
然後，在UC接收來自傳感器網路閘道的配置請求 後，在步驟S25中，UC根據該配置請求，查詢預先配置好的本地資料庫，以確定該傳感器網路是否支援多家鄉。
然後，在步驟S26中，UC向傳感器網路閘道發送配置文件，該配置文件用於指示該傳感器網路支援多家鄉。當然，如果UC通過查詢本地資料庫，發現傳感器網路不支援多家鄉，則在步驟S26中，UC向傳感器網路閘道發送的配置文件指示該傳感器網路不支援多家鄉。當然，考慮到SGW所存取的傳感器網路的個數可能不唯一，因此，該網路閘道配置文件中還應該包括該傳感器網路的標識。
然後，如果傳感器網路支援多家鄉，則在步驟S27中，SGW向UC發送綁定更新消息，該綁定更新請求例如是以IPv6資料包形式發送的，在該IPv6資料包的包頭中的IPv6源位址就是該新的SGW的IPv6位址。在該綁定更新消息中，Mu標誌被設置為1，且行動選項域中的HI的值也被設置為1。在綁定更新消息中的行動選項域中還包括傳感器網路的標識。圖4示出了示例的綁定更新消息的格式。與在傳統的PMIPv6中定義的傳統的綁定更新消息相比，本發明中的示例的綁定更新消息新引入了Mu標記，該Mu標記特別設計用於泛在傳感器網路的負載平衡。
然後，當UC接收到來自SGW的綁定更新消息後，在步驟S28中，UC更新綁定緩存表項，為該新的介面分配新的行動會話。在綁定緩存表項中，原始的SGW被標記 為M(主，master)，新增的SGW被標記為S(從，slavery)。參見圖3，圖3示出了示例的綁定緩存表項格式。
然後，在步驟S29中，UC向新的SGW返回綁定確認消息，也即，綁定更新確認消息。在該綁定確認消息中，Mu被設置為1，且在行動選項域中的HI的值為1。本發明提出的示例的綁定確認消息的格式如圖5所示。與在傳統的PMIPv6中定義的傳統的綁定確認消息相比，本發明中的示例的綁定確認消息新引入了Mu標記，該Mu標記特別設計用於泛在傳感器網路的負載平衡。
以上對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於特定的系統、設備和具體協定，本領域內技術人員可以在所附申請專利範圍的範圍內做出各種變形或修改。
那些本技術領域的一般技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的申請專利範圍，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在申請專利範圍中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，並且措辭“一個”不排除複數。在本發明中，“第一”、“第二”僅表示名稱，不代表次序關係。在發明的實際應用中，一個零件可能執行申請專利範圍中所引用的多個技術特徵的功能。申請專利範圍中的任何附圖標記不應理解為對範圍的限制。
通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳 細描述，本發明的其他特徵、目的和優勢將會更為明顯。
圖1示出了示出了根據本發明的一個具體實施例的網路拓撲結構示意圖；圖2示出了根據本發明的一個具體實施例的系統方法流程圖；圖3示出了根據本發明的一個具體實施例的綁定緩存表項；圖4示出了示出了根據本發明的一個具體實施例的示例的綁定更新消息的格式；圖5示出了根據本發明的一個具體實施例的綁定確認消息的格式。
其中，相同或相似的附圖標記表示相同或相似的步驟特徵或裝置/模組。

Claims (8)

  1. 一種在傳感器網路閘道中支援傳感器網路多家鄉的方法，該方法包括以下步驟：A.向傳感器網路控制器發送配置請求，該配置請求用於查詢該傳感器網路閘道所轄的傳感器網路是否支援多家鄉；B.接收來自該傳感器網路控制器的配置文件，該配置文件用於指示該傳感器網路是否支援多家鄉；以及C.當該傳感器網路支援多家鄉時，向該傳感器網路控制器發送綁定更新消息，其中，該綁定更新消息中包含該傳感器網路的標識，以及用於指示該傳感器網路支援多家鄉的指示符。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，當該傳感器網路發生切換時，該綁定更新消息中還包含切換指示符，其中，該切換指示符的值為1。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該步驟A之前還包括：- 向該傳感器網路發送信標，該信標中包含該傳感器網路閘道的擴展唯一標識、以及該傳感器網路閘道的個域網標識；- 接收來自該傳感器網路的關聯請求，該關聯請求中包含該傳感器網路的標識；以及- 根據來自該傳感器網路的關聯請求，發送關聯回應。
  4. 一種在傳感器網路控制器中用於處理傳感器網路的位置資訊的方法，包括以下步驟：I.接收來自傳感器網路閘道的配置請求；II.根據該配置請求，查詢預先配置好的本地資料庫，以確定該傳感器網路是否支援多家鄉；以及III.向該傳感器網路閘道發送配置文件，該配置文件用於指示該傳感器網路是否支援多家鄉。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的方法，其中，該步驟III之後還包括：IV.向該傳感器網路閘道發送回應消息，該回應消息中包含指示該傳感器網路支援多家鄉的指示符以及切換指示符，其中，該切換指示符的值為1。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述的方法，其中，該步驟III之後還包括：- 接收來自傳感器網路閘道的綁定更新消息，其中，該綁定更新消息中包含該傳感器網路的標識，以及用於指示該傳感器網路支援多家鄉的指示符；以及- 根據該綁定更新消息，更新該綁定緩存表項。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的方法，其中，當該傳感器網路支援多家鄉時，該綁定緩存表項還包含指示該傳感器網路閘道是主閘道還是從閘道的資訊。
  8. 根據申請專利範圍第4項所述的方法，其中，該步驟I之前還包括：- 接收來自傳感器網路控制器所轄的各個傳感器網路 閘道的註冊資訊，其中，該註冊資訊中包含該各個傳感器網路閘道所轄的各個傳感器網路標識；以及- 根據該註冊資訊，建立綁定緩存表項，其中，該綁定緩存表項中包含該各個傳感器網路閘道位址與該各個傳感器網路閘道分別所轄的各個傳感器網路標識之間的對應關係。
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