专利名称：面向传感业务应用的无线传感器网络的编址和寻址方法
技术领域：
本发明属于无线传感器(WSN，wireless sensor network)技术领域，具体的说，是一种融合无线传感器网络和互联网(Internet)的编址和寻址技术。
背景技术：
无线传感器网络(WSN)是由大量部署在作用区域内的、具有通信与计算能力的微小传感器节点组成的分布式智能化网络，可通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务。传感业务应用的定义从广义上来说就是一组经过处理后的能够满足用户特定需求的传感数据的有序集合，它所包含的数据是由多个传感器节点独立采集到的。从狭义上来讲，业务应用的是一组相关传感数据经过WSN网内处理后形成的类似于hternet中主机中应用进程的一种服务，它可以是一个具体数值，也可以是一个服务进程，还可以是一系列的网络响应。用户通过访问这个进程就可以获取某种服务。无线传感器网络中采集到的信息并不是简单的存储在单个传感节点当中，因为一个传感业务应用(如平均温度、平均湿度和最高温度等信息)所感兴趣的数据往往是以单独的数字信息形式分散在多个传感节点中，并不是以传感业务应用的方式提供给用户的，因此即使用户访问到了这些传感数据，也无法立刻获得其所需的应用服务，而是要将这些数据进行处理后才能得到有意义的结果，我们将这样的一个或多个传感业务应用存储到sink节点(汇聚节点)。目前所使用的基于传感节点的编址和寻址方法主要存在以下缺陷1.针对传感器节点直接进行编址和寻址所获取的数据难以给予用户直接的传感业务应用。用户希望传感器网络提供的是由多个传感器节点采集的传感信息共同提供的某一具体的传感业务应用，而不是简单无意义的数字信息。目前WSN内的编址和寻址方式仍然是沿用针对节点的编址和寻址方式，只有传感器节点才拥有地址，这样的编址和寻址方式并不符合传感器网络以数据为核心的组网特点，因此，具有某一具体的传感业务应用的无线传感器网络不再适合传统的使用基于传感器节点的编址和寻址方式。普通的传感器网络系统中，WSN为用户提供的是传感器节点采集到的传感数据，用户在得到这些凌乱的，数量繁多的传感数据后并无法直满足其查询目的，仅仅是获得了一堆数据信息而已，还需要对这些传感数据进行一系列的处理才能得到有效结果。即便WSN采用了数据融合的策略来提高网络效率，其侧重点通常是在节点的接入和布置上面，没有系统的依据数据的内容来对数据从功能上和逻辑上进行融合与处理。2.现有的无线传感器网络的编址和寻址方法不利于无线传感器网络与hternet的融合。无线传感器网络是一种与实际环境交互的网络，目前无线传感器网络与hternet相结合的复合型网络已经是一种大势所趋，用户通过hternet访问无线传感器网络高效可靠的数据将会变得十分必要，目前无线传感器网络所使用的编址寻址方式与hternet所使用的IP编址寻址方式有所不同，hternet中的用户不能直接使用IP寻址方式访问WSN。
发明内容
本发明的目的是为了克服基于传感节点的编址和寻址方法难以提供给用户直接的传感业务应用和与互联网融合差的不足，提出了面向传感业务应用的无线传感器网络的编址和寻址方法。本发明的技术方案之一是面向传感业务应用的无线传感器网络的编址方法，包括如下步骤步骤A.传感器节点向sink节点上传传感数据；步骤B. sink节点对上传的传感数据进行处理形成一个或多个传感业务应用并将该传感业务应用存储到sink节点上；步骤C.为上述传感业务应用分配IP地址。上述步骤B中，传感器节点在向sink节点上报采集到的传感数据后，sink节点在WSN中相关设备的辅助下对传感数据进行标记，从而使得每类数据都拥有一个可以被sink节点辨识的标签，sink节点通过查询自身节点中预先储存的映射表，完成具体的传感业务应用与传感数据的标签的映射，从而对拥有不同标签的传感数据进行处理形成具体的传感业务应用，并为每个具体的业务应用分配唯一的可被hternet节点识别的IP地址，最后将具体的业务应用及其IP地址储存在sink节点的存储单元上。本发明的技术方案之二是面向传感业务应用的无线传感器网络的寻址方法，包括如下步骤Internet中的用户需要访问一个WSN提供的传感业务应用时，用户首先向DNS服务器发送查询报文请求域名解析，根据域名获得所需传感业务应用的地址，DNS通过地址解析得到的传感业务应用的IP地址后返回给用户，用户根据这个地址首先访问到提供该传感业务应用的sink节点，Sink节点在获得此查询请求后查询本地存储单元，找到该IP地址所对应的具体的业务应用，sink节点查寻映射表得到该具体的传感业务应用所对应的标签及该标签对应的数据，然后按照映射表中的定义对相关传感数据进行处理后产生出数据结果，最后将该数据结果返回给用户以满足用户的特定要求。本发明的有益效果是在面向传感业务应用的无线传感器网络的编址和寻址方法下，WSN向用户提供的将不仅仅是由分散的传感器节点独立采集到的、无法满足用户具体需求的传感数据，而是经过处理后的有具体功能的传感业务应用，用户通过访问这些传感业务应用既可以或的所需的结果，因此，本专利提出的编址寻址方式更为符合传感器网络面向数据的这一网络特点。同时，通过对传感业务应用进行IP地址配置，可以将WSN所提供的传感业务应用抽象成为hternet中的一个网络节点，使得WSN与传统的hternet很好的结合在了一起，用户可以通过访问hternet直接获得由WSN提供的传感业务应用，因此有利于WSN的推广与普及。
图1是面向传感业务应用的无线传感器网络的寻址编址系统架构图。图2是传感业务应用的互联网地址配置过程示意图。图3是用户访问传感业务应用过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做详细的说明。本专利的主要思想是让WSN将由各个传感器节点独立采集到的传感数据进行处理后形成具有某种特殊功能性的传感业务应用，并为该类传感业务应用分配唯一的合法的IP地址，从而使得hternet中的用户可以像访问一台主机一样通过hternet直接访问到WSN中所提供的传感业务应用，从而获取WSN提供的结果。面向传感业务应用的无线传感器网络的编址方法，即为生成传感业务应用过程，如图1所示，包括如下步骤步骤A.传感器节点向sink节点上传传感数据；在一般情况下，传感器节点采用轮询的方式向sink节点上报传感数据，当用户对某个传感数据产生“强烈兴趣”(如用户急需获取该传感数据)并向sink节点发出查询请求时，sink节点将立即访问相关传感器节点，如果用户对所需的这个传感数据“兴趣”不足够强，则sink节点将等待传感器节点轮询上报的结果。当传感器节点检测到某对象数据发生异常时，如果，该异常的重要性很强(造成重大人员/财务损失)，则传感器节点将使用基于中断的方法主动向sink节点发送异常报告，如果该异常的重要性不强，则传感器节点将等待到轮询时上报sink节点。步骤B. sink节点对上传的传感数据进行处理形成一个或多个传感业务应用并将该传感业务应用存储到sink节点上。标记传感信息过程中，sink节点需要对WSN子网汇集来的信息标记标签(如错误！未找到引用源。所示)，通过对各类标签进行相应数据处理，将由各个传感器节点独立采集到的传感数据融以传感业务应用的形式存储于sink节点中。Sink节点通过查询自身的业务应用表得知一个传感业务应用所包含的全部传感数据有哪些，在收集齐全该传感业务应用包含的全部传感数据后，然后，sink节点根据务应用表中对该传感业务应用的数据处理的定义，对这些传感数据进行相应的处理，最终将处理的结果储存在本地节点上。步骤C.为上述传感业务应用分配IP地址；为了更好的推广WSN，需要将WSN与现有的hternet进行近一步的融合，即位于hternet中的用户可以使用传统的IP寻址方式通过访问hternet直接获取到有WSN提供的传感业务应用，因此，WSN将对每一个传感业务应用分配一个在hternet中唯一的、合法的IP地址的方法，地址配置的方式分为有状态和无状态两种方式。有状态方式的地址配置方式(如图所示)是指由DHCP(DynamicHostconfiguration Protocol)服务器统一管理，客户端从DHCP服务器的地址池中拿到IP地址、域名以及其它地址信息，本专利中选择有状态方法为传感业务应用配置IP地址。无状态地址自动配置是指不需要DHCP服务器进行管理，客户端根据网络路由通告和自己的MAC地址计算出自己的IPv6地址，网络如检测到用户所设的地址与其他主机地址有冲突则提示用户重新设置一个新的IP地址以保证网络中每一个设备都拥有唯一的IP地址。如图1所示为面向传感业务应用的无线传感器网络的寻址编址系统架构图，图中共有1、2……9共9个传感器节点，上述传感器节点按照一定的函数关系进行组合后形成一个具体的传感业务应用(如平均温度)后被存储在sink节点中，一个sink节点可以包含多个传感业务应用，每个sink节点中的传感业务应用都按照动态主机设置协议(DynamicHostConfiguration Protocol,DHCP)被赋予一个IP地址,进一步的可以为该IP地址设定一个对应的域名。这样若干传感器节点和一个具体的传感业务应用通过标签及映射表建立匹配的关系，每个具体的传感业务又通过匹配一个IP地址或域名而融入到hternet中，从而是的用户可以hternet的常规方式获取他所需要的传感数据业务，而不必在面对繁琐的传感器节点的底层数据信息。上述步骤B中，形成具体的传感业务应用的详细过程如图2所示，传感器节点在向sink节点上报采集到的传感数据后，sink节点在WSN中相关设备(如标签服务器负责生成和维护由传感器节点采集到的传感数据与其对应标签之间的映射表，为传感器节点采集到的每一类数据分配唯一的标签)的辅助下对传感数据进行标记，从而使得每类数据都拥有一个可以被sink节点辨识的标签(如Labi、Lab2、Lab3,每个标签分别对应数据DataU Data2、Data3)，sink节点通过查询自身节点中预先储存的业务应用表(映射表)，完成具体的业务应用与传感数据的标签的映射，从而对拥有不同标签的传感数据进行处理形成具体的传感业务应用，并为每个具体的业务应用分配唯一的可被hternet节点识别的IP地址，最后将具体的业务应用及其IP地址储存在sink节点的存储单元上。sink节点对传感数据的处理方法很多，可以是简单的数据融合，也可以是复杂的运算过程。例如加权平均法，取最大值法等简单的数学运算是最简单、最直观的数据处理的方法，处理后的数据或是这个运算过程本身都可以成为一个传感业务应用，因为它们所包含的信息可以满足查询用户的某种需求。为了建立sink节点和传感器节点的数据上的关联性，是通过建立两者之间的映射表来实现的，本处的映射表表达了 sink节点和传感器节点的函数关系，比如，sink节点上反应的是某个区域内的平均温度，那么sink节点和该区域内的若干个传感器节点的映射关系就是对这些传感器节点所采集到的温度进行求平均值运算。本领域的普通技术人员应该意识到sink节点和传感器节点之间的函数关系有很多种，可以根据业务类型和应用需求建立需要的函数关系(映射)。下面通过一个具体的实施例对上述过程进行详细的描述在某一大学校园内均勻分布着10传感器节点，这些传感器节点组成了一个WSN，传感器节点编号分别A J，为每个传感器节点可以同时负责采集节点所处地理位置(经度和纬度)，节点所在地点周边的温度，湿度，含氧量。在WSN初始化过程中，每个传感器节点向该WSN中的sink节点发送查询报告，请求查询每个传感器节点所采集到的传感数据的标签，sink节点在标签服务器的辅助下通过查询传感数据与标签的映射表，得知地理位置数据的标签为0001，温度数据的标签为0010，湿度数据的标签为0011，含氧量数据的标签为0100，sink节点将查询后的结果存储在本地节点上，从而sink节点可以掌握整个WSN内每一个传感器节点所采集到的数据的标签信息。Sink节点获取WSN内所有传感器节点的标签信息后，根据存储在其自身的具体的业务应用表(传感业务应用与传感数据处理方法的映射表)对传感数据进行数据处理，最后形成可以满足用户特定查询需求的具体的业务应用。例如，根据用户需求，WSN可以为用户提供该校园范围内地区在当下这一时刻的平均温度，其实现过程为sink节点查询自身的业务应用表，对标签为0010的传感数据(即温度数据)进行求平均值的运算，得到的所有标签为0010的传感数据的平均值即为该校园范围内的当前时刻平均温度，该过程产生的数据结果即为WSN向用户提供的一个具体的业务应用。这样，平均温度即为一具体的业务应用，平均温度即可被虚拟为一个特定的sink节点，可以被赋予IP地址，这样就使得该sink节点和一个hternet所对应，用户就可以在Internet上按照常规的网页访问规则查看他所需要的具体的业务应用即平均温度，从而避免直接面对繁琐的无具体含义的传感器节点数据。其他的具体的业务应用如平均湿度等也是采用类似的思路进行设置的，因此不再详细描述。面向传感业务应用的无线传感器网络的寻址方法，即为用户访问传感业务应用过程，如图3所示，包括如下步骤=Internet中的用户需要访问一个WSN提供的传感业务应用时，用户首先向DNS服务器发送查询报文请求域名解析，根据域名获得所需传感业务应用的地址，DNS通过地址解析得到的传感业务应用的IP地址后返回给用户，用户根据这个地址首先访问到提供该传感业务应用的sink节点，Sink节点在获得此查询请求后查询本地存储单元，找到该IP地址所对应的具体的业务应用，sink节点查寻映射表得到该具体的传感业务应用所对应的标签及该标签对应的数据，然后按照映射表中的定义对相关传感数据进行处理后产生出数据结果，最后将该数据结果返回给用户以满足用户的特定要求。对与通过hternet访问传感业务应用的用户而言，整个过程就与该用户访问Internet中某个WLAN内的一台主机一样方便。下面通过一个具体的传感业务应用的实施例对上述过程进行详细的描述用户需要获取某一大学校园当前时刻的平均温度时，首先根据其所需业务应用的IP地址访问到该提供该传感业务应用的Sink节点，sink节点在收到查询请求后根据目的IP地址找到该IP地址所对应的具体的传感业务应用(平均温度)，然后sink节点查询该传感业务应用执行后的结果是否是预先存储在本地节点上的，在该例中，由于用户所需的业务应用所提供的是实时性较强服务，所以其执行结果并未存储在本地sink节点中，sink节点需要先查询业务应用表，获取到标签为0010的全部传感数据，并照业务应用表中的定义对这些数据进行求取平均值的数据处理，最后将计算得到的平均值返回给用户。由上述案例可以得知，一个业务应用通常需要对多个传感数据进行处理来形成数据结果，而由于每个传感数据实时性的不同，导致了并不是每个业务应用执行后的结果都是已经生成好的存储在sink节点上等待着用户访问的，同时，对于向用户提供进程类服务的传感业务应用，可以看作是触发系统对传感数据进行某种处理的一个开关而已，只有当用户需要访问这类传感业务应用时系统才开始对传感数据进行处理产生结果。因此，很多传感业务应用的生成是在用户向sink节点发出查询请求后才形成的，sink节点上并没有预存这些业务应用的执行结果，而仅仅只是定义了这些业务应用而已。在hternet用户向WSN发出查询请求后，sink节点首先根据用户查询的传感业务应用的域名或是IP地址访问到该传感业务应用，然后根据该传感业务应用中包含的标签，在WSN子网中收集齐全这些传感数据，对这些数据按照业务应用中的定义进行相关处理形成结果后再返回给用户。对于由实时性较弱的传感数据构成的传感业务应用，其执行后的数据结果可以在规定时段内保持不变并存储在sink节点上，通过周期性的进行更新保持数据的准确性，用户在向WSN获取该类型的业务应用时，sink节点可以根据用户所需的业务应用的IP地址直接在自身节点上提取出该业务应用执行后的数据结果，并将该结果返回给用户。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
权利要求
1.面向传感业务应用的无线传感器网络的编址方法，包括如下步骤步骤A.传感器节点向Sink节点上传传感数据；步骤B. sink节点对上传的传感数据进行处理形成一个或多个传感业务应用并将该传感业务应用存储到sink节点上；步骤C.为上述传感业务应用分配IP地址。
2.根据权利要求1所述的面向传感业务应用的无线传感器网络的编址方法，其特征在于，上述步骤B中，传感器节点在向sink节点上报采集到的传感数据后，sink节点在WSN中相关设备的辅助下对传感数据进行标记，从而使得每类数据都拥有一个可以被sink节点辨识的标签，sink节点通过查询自身节点中预先储存的映射表，完成具体的传感业务应用与传感数据的标签的映射，从而对拥有不同标签的传感数据进行处理形成具体的传感业务应用，并为每个具体的业务应用分配唯一的可被hternet节点识别的IP地址，最后将具体的业务应用及其IP地址储存在sink节点的存储单元上。
3.面向传感业务应用的无线传感器网络的寻址方法，包括如下步骤=Internet中的用户需要访问一个WSN提供的传感业务应用时，用户首先向DNS服务器发送查询报文请求域名解析，根据域名获得所需传感业务应用的地址，DNS通过地址解析得到的传感业务应用的IP地址后返回给用户，用户根据这个地址首先访问到提供该传感业务应用的sink节点，Sink节点在获得此查询请求后查询本地存储单元，找到该IP地址所对应的具体的业务应用，sink节点查寻映射表得到该具体的传感业务应用所对应的标签及该标签对应的数据，然后按照映射表中的定义对相关传感数据进行处理后产生出数据结果，最后将该数据结果返回给用户以满足用户的特定要求。
全文摘要
本发明涉及面向传感业务应用的无线传感器网络的编址方法，包括如下步骤步骤A.传感器节点向sink节点上传传感数据；步骤B.sink节点对上传的传感数据进行处理形成一个或多个传感业务应用并将该传感业务应用存储到sink节点上；步骤C.为上述传感业务应用分配IP地址。本发明的有益效果是本申请的编址寻址方式更为符合传感器网络面向数据的这一网络特点。同时，通过对传感业务应用进行IP地址配置，用户可以通过访问Internet直接获得由WSN提供的传感业务应用，因此有利于WSN的推广与普及。
文档编号H04L29/12GK102394946SQ20111031804
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者怀楚凡, 李龙江 申请人:电子科技大学