专利名称：一种Wi-Fi无线传感网络接入装置及组网方法
技术领域：
本发明涉及信息与通信技术领域，尤其涉及一种Wi-Fi无线传感网络的接入装置及组网方法。
背景技术：
目前无线传感器网络最典型的通信方式是采用Zigbee技术。Zigbee技术可以满足低功耗传感器节点之间低带宽、近距离的通信需求。但是Zigbee技术在组网复杂性、网络安全性等方面存在着明显的缺陷。随着超低功耗Wi-Fi技术的成熟，Wi-Fi已经可以被用于作为无线传感网络的通信技术。由于Wi-Fi是一种成熟的、广泛部署的无线传输技术， 它可以解决基于Zigbee的无线传感网络所面临的低带宽、组网复杂、安全保障不足等等方面的问题。在局域Wi-Fi网络覆盖下的超低功耗Wi-Fi传感器节点群组可以形成一个覆盖局部范围的无线传感器网络，但是这个无线传感网络需要有更高能力的节点来实现网络拓扑维护、网络控制、数据处理、外部网络接口功能、等等。而传统的无线传感网关均是针对 Zigbee无线传感网络所设计的，无法适用于Wi-Fi无线传感网络。
发明内容
为了实现超低功耗Wi-Fi无线传感器的高效组网和数据传输，本发明提出了一种新型的无线传感网络接入装置及组网方法。根据本发明的第一方面，提供了一种新型的无线传感网络接入装置。其中，包括 第一获取装置，用于获取来自Wi-Fi无线传感器的数据流。第一发送装置，用于发送数据流和控制流到Wi-Fi无线传感器。第二获取装置，用于获取来自外部网络侧的数据流和控制流。第二发送装置，用于向外部网络侧发送数据流。安全控制单元，负责实现和Wi-Fi无线传感器之间的数据流和控制流的加解密功能，保证Wi-Fi无线传感网络内的数据通信的安全性；数据处理单元，负责实现传感网络数据过滤、数据聚合、数据存储等功能；任务处理单元，负责实现传感器任务调度和任务分发等功能；传感网络管理单元，负责实现Wi-Fi无线传感器接入控制、Wi-Fi无线传感网络拓扑维护等传感网络管理功能；应用接口单元，用于实现和各种传感网络应用服务之间的接口，传感网应用服务器通过应用接口单元和无线传感网络接口。无线传感网络接入装置和Wi-Fi无线传感器之间通过Wi-Fi技术通信；无线传感网络接入装置和外部通信网络之间可以通过以太网、DSL、3G等任何有线或无线通信技术进行数据传输。根据本发明的第二方面，提供了一种基于新型的无线传感网络接入装置的Wi-Fi 无线传感网络组网方法。包含有本发明的一个具体实施例的无线传感网络接入装置和多个 Wi-Fi无线传感器之间通过Wi-Fi网络连接，无线传感网络接入装置和外部传感网络应用服务器之间通过任何二层或三层IP网络连接。无线传感网络接入装置负责维护局域Wi-Fi无线传感网络，控制Wi-Fi无线传感网络内的所有Wi-Fi无线传感器，并作为Wi-Fi无线传感网络和外部传感网络应用服务器之间的唯一接口，负责对外部各类传感网络应用服务提供无线传感网络信息采集支持。根据本发明的第三方面，提供了一种Wi-Fi无线传感网络拓扑生成流程。其中，包括以下步骤a)无线传感网络接入装置发送Wi-Fi无线传感网络接入广告消息；b) Wi-Fi 无线传感器应答Wi-Fi无线传感网络接入广告消息；c)无线传感网络接入装置发送Wi-Fi 无线传感器认证通知；d)Wi-Fi无线传感器认证；e)Wi-Fi无线传感网络拓扑建立。根据本发明的第四方面，提供了一种基于无线传感网络接入装置的数据流传输流程。其中，包括以下步骤a)无线传感网络接入装置接收来自传感网络应用服务器的控制流；b)无线传感网络接入装置对收到的控制流进行分析处理和任务分解，并分发控制命令到Wi-Fi无线传感器；c) Wi-Fi无线传感器发送采集到的数据信息给无线传感网络接入装置；d)无线传感网络接入装置对收到的传感器数据包进行数据处理；e)对于需要进一步发送给传感网络应用服务器的数据流，无线传感网络接入装置将封装为以太帧的数据流发送给传感网络应用服务器。采用本发明的方案，可以利用无线传感网络接入装置和Wi-Fi无线传感器来快速组织Wi-Fi无线传感网，并实现对该Wi-Fi无线传感网络的控制和管理。
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示出了根据本发明的一个具体实施例的Wi-Fi无线传感网络体系结构示意图；图2示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感网络接入装置示意图；图3示出了根据本发明的一个具体实施例的Wi-Fi无线传感网络拓扑生成流程图；图4示出了根据本发明的一个具体实施例的Wi-Fi无线传感网络的数据流传输处理流程图。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。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。如图1所示，包含有本发明的一个具体实施例的无线传感网络接入装置通过 Wi-Fi网络和多个Wi-Fi无线传感器连接，组成Wi-Fi无线传感网络。预先部署的Wi-Fi AP 提供局域范围Wi-Fi网络覆盖。无线传感网络接入装置可以通过任何IP网络或hternet 和传感网络应用服务器连接。图2示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感网络接入装置的示意图，主要包括第一获取装置101、第一发送装置102、第二获取装置103、第二发送装置104、数据处理单元105、应用接口单元106、安全控制单元107、任务处理单元108、传感网络管理单元
5109。其中第一获取装置101，用于获取来自Wi-Fi无线传感器的数据流。无线传感网络接入装置通过802. lla/b/g/n等技术和各类Wi-Fi无线传感器通信，接收来自Wi-Fi无线传感器的数据流。第一获取装置101将接收到的数据流信息传递给安全控制单元107进行处理。第一发送装置102，用于向Wi-Fi无线传感器发送数据流或控制流。无线传感网络接入装置通过802. lla/b/g/n等技术和各类Wi-Fi无线传感器通信，发送数据流或者控制流到Wi-Fi无线传感器。第二获取装置103，用于获取来自外部网络侧的控制流或数据流，如接收来自传感网络应用服务器的查询命令。第二获取装置103将接收到的外部控制流或数据流传递给应用接口单元106进行进一步处理。第二获取装置可以通过任何有线、无线通信方式和外部IP网络、Internet连接，并通过外部IP网络或者hternet连接到各种传感网络应用服务器。第二发送装置104，用于向外部网络侧发送数据流，如向传感网络应用服务器发送Wi-Fi无线传感器检测到的数据信息。数据处理单元105，用于对Wi-Fi无线传感器采集到的数据进行数据过滤、数据聚合、数据处理、数据存储等传感网络数据处理功能。来自Wi-Fi无线传感器的数据在发送到传感网络应用服务器之前，通常需要进行各种处理操作，并最终生成可以传送到传感网络应用服务器的数据信息。数据处理单元105负责生成需要传递到传感网络应用服务器的数据信息，并将之传递给应用接口单元106进行进一步处理。应用接口单元106，用于为各种传感网络应用服务提供接口。应用接口单元是 Wi-Fi无线传感网络和传感网络应用服务器之间的接口，通过这个接口，Wi-Fi无线传感网络可以服务于多种传感网络应用，接收多个传感网络应用服务器的信息查询命令，并向多个传感网络应用服务器传送Wi-Fi无线传感器检测到的监控信息。当应用接口单元106接收到来自传感网络应用服务器的查询命令后，它将命令转发给任务处理单元108做进一步处理。安全控制单元107，负责实现和Wi-Fi无线传感器之间传输的数据和控制流的加解密功能，保证Wi-Fi无线传感网络数据通信的安全性。802. 11技术已经提供了成熟的安全技术，如802. lli、WPA、WPA2等等。利用802. 11技术所提供的安全传输技术可以确保 Wi-Fi无线传感网络内信息传送的安全。安全控制单元107负责依据WPA、WPA2等技术实现无线传感网络接入装置和Wi-Fi无线传感器之间传输的数据流的加、解密功能。在经过数据流解密处理后，安全控制单元107把来自Wi-Fi无线传感器的数据流转发给数据处理单元105做进一步数据处理，将来自Wi-Fi无线传感器的控制流转发给传感网络管理单元 109做进一步处理。在接收到来自任务管理单元的任务消息后，安全控制单元107将任务消息内容进行加密后通过第一发送装置发送给指定Wi-Fi无线传感器。任务处理单元108，用于实现任务调度、任务分发等传感网络任务处理功能。任务处理单元接收来自应用接口单元106的传感器操作或者信息查询命令，对其进行分析，分解为对Wi-Fi无线传感器的操作命令和对数据处理单元的操作命令。任务处理单元108将对数据处理单元的操作命令转交给数据处理单元进行处理；将对Wi-Fi无线传感器的操作命令转发给安全控制单元107进行数据流安全加密后发送给Wi-Fi无线传感器。传感网络管理单元109，负责实现接入控制、网络拓扑维护等无线传感网络管理功能。传感网络管理单元109负责实现Wi-Fi无线传感器的接入认证和接入控制，以及Wi-Fi 无线传感网络的拓扑建立和更新维护。无线传感网络接入装置实现Wi-Fi无线传感网络的各种管理和数据处理功能，实现Wi-Fi无线传感网络的安全控制和拓扑维护功能，并对外提供和外部网络以及各类应用服务之间的唯一接口。根据本发明实施例，还提供了一种Wi-Fi无线传感网络拓扑生成流程，下面根据图3并结合图1来介绍该流程。其中，包括以下步骤步骤S10，无线传感网络接入装置通过Wi-Fi网络向Wi-Fi无线传感器广播Wi-Fi 无线传感网络接入广告消息。无线传感网络接入装置的传感网络管理单元109负责生成 Wi-Fi无线传感网络接入广告消息，并利用广播方式通过第一发送装置102向Wi-Fi无线传感器发送。Wi-Fi无线传感网络接入广告消息中携带无线传感网络接入装置的标识和地址。步骤S11，接收到Wi-Fi无线传感网络接入广告消息的Wi-Fi无线传感器利用单播方式发送无线传感网络接入应答消息。无线传感网络接入应答消息中包含Wi-Fi无线传感器的标识。步骤S12，无线传感网络接入装置接收到无线传感网络接入应答消息后，向无线传感网络接入装置发送认证通知消息。步骤S13，Wi-Fi无线传感器通过802. Ix等认证方式，进行认证。无线传感网络接入装置的传感网络管理单元109负责和Wi-Fi无线传感器交互，完成Wi-Fi无线传感器的认证功能。步骤S14，若认证通过，则无线传感网络接入装置将该Wi-Fi无线传感器加入其网络拓扑。否则，拒绝其加入。只有成功加入到无线传感网络接入装置所维护的网络拓扑中的Wi-Fi无线传感器才可以作为Wi-Fi无线传感网络的一部分，接收来自无线传感网络接入装置的控制命令，并发送采集到的数据信息到该无线传感网络接入装置。根据本发明实施例，还提供了一种基于无线传感网络接入装置的数据流传输流程，下面根据图4并结合图1来介绍该流程。其中，包括以下步骤步骤S20，无线传感网络接入装置1接收来自传感网络应用服务器1的控制流。无线传感网络接入装置1的第二接收装置接收到来自传感网络应用服务器的控制流，并转交给无线传感网络接入装置的任务处理单元做进一步处理。步骤S21，无线传感网络接入装置1对收到的控制流进行分析处理和任务分解，并分发控制命令到Wi-Fi无线传感器1。无线传感网络接入装置1的任务处理单元负责执行任务分析和任务分解，生成对Wi-Fi无线传感器的控制命令。Wi-Fi无线传感控制命令在通过第一发送装置发送到Wi-Fi无线传感器1之前需要通过安全控制单元的处理，在对控制流加密后发送到Wi-Fi无线传感器1。步骤S22，Wi-Fi无线传感器1根据收到的控制命令进行监测信息采集，并将采集到的数据信息发送给无线传感网络接入装置1。无线传感网络接入装置1的第一接收装置接收到来自Wi-Fi无线传感器1的数据流，并将之传送给无线传感网络接入装置的数据处理单元做进一步处理。步骤S23，无线传感网络接入装置对收到的Wi-Fi无线传感器监测信息进行数据处理，数据处理单元按照定义的规则对收到的检测信息进行数据过滤、数据聚合或者数据存储操作。步骤S24，对于需要进一步发送给传感网络应用服务器1的数据流，无线传感网络接入装置对数据流进行封装，并通过第二发送装置发送给传感网络应用服务器1。上述设备实施例中描述的多个细节同样适用于该方法实施例，因此，省略了对相同或相似部分的重复描述。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。
权利要求
1.一种无线传感网络接入装置，负责实现Wi-Fi无线传感网络的各种管理和数据处理功能，实现Wi-Fi无线传感网络的安全控制和拓扑维护功能，并对外提供和外部网络以及各类应用服务之间的唯一接口，其中，包括第一获取装置，用于获取来自Wi-Fi无线传感器的数据流； 第一发送装置，用于发送数据流和控制流到Wi-Fi无线传感器； 第二获取装置，用于获取来自外部网络侧的数据流和控制流； 第二发送装置，用于向外部网络侧发送数据流；安全控制单元，负责实现和Wi-Fi无线传感器之间的数据流和控制流的加解密功能， 保证Wi-Fi无线传感网络内的数据通信的安全性；数据处理单元，负责实现传感网络数据过滤、数据聚合、数据存储等功能； 任务处理单元负责实现传感器任务调度和任务分发等功能； 传感网络管理单元，负责实现Wi-Fi无线传感器接入控制、Wi-Fi无线传感网络拓扑维护等传感网络管理功能；应用接口单元，用于实现和各种传感网络应用服务之间的接口，传感网络应用服务器通过应用接口单元和无线传感网络接口。
2.一种基于新型的无线传感网络接入装置的Wi-Fi无线传感网络组网方法，其特征在于a)无线传感网络接入装置和多个Wi-Fi无线传感器之间通过Wi-Fi网络连接；b)无线传感网络接入装置和外部传感网络应用服务器之间通过任何二层或三层IP网络连接，无线传感网络接入装置和外部通信网络之间可以通过以太网、DSL、3G等任何有线或无线通信技术进行数据传输；c)无线传感网络接入装置负责维护局域Wi-Fi无线传感网络，控制Wi-Fi无线传感网络内的所有Wi-Fi无线传感器，并作为Wi-Fi无线传感网络和外部传感网络应用服务器之间的唯一接口，负责对外部各类传感网络应用服务提供无线传感网络信息采集支持。
3.根据权利要求1-2所述的无线传感网络接入装置和Wi-Fi无线传感网络组网方法， Wi-Fi无线传感网络拓扑生成流程的特征在于，包括以下步骤a)无线传感网络接入装置发送Wi-Fi无线传感网络接入广告消息；b)Wi-Fi无线传感器应答无线传感网络接入广告消息；c)无线传感网络接入装置发送Wi-Fi无线传感器认证通知；d)Wi-Fi无线传感器认证；e)Wi-Fi无线传感网络拓扑建立。
4.根据权利要求1-2所述的无线传感网络接入装置和Wi-Fi无线传感网络组网方法， Wi-Fi无线传感网络的数据流传输流程的特征在于，包括以下步骤a)无线传感网络接入装置接收来自传感网络应用服务器的控制流；b)无线传感网络接入装置对收到的控制流进行分析处理和任务分解，并分发控制命令到Wi-Fi无线传感器；c)Wi-Fi无线传感器发送采集到的数据信息给无线传感网络接入装置；d)无线传感网络接入装置对收到的传感器数据信息进行数据处理；e)对于需要进一步发送给传感网络应用服务器的数据流，无线传感网络接入装置将封装为以太帧的数据流发送给传感网络应用服务器。
5. 一种在通信网络中的无线传感网络接入设备，包括根据权利要求1所述的装置。
全文摘要
本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及一种Wi-Fi无线传感网络的接入装置及组网方法。为了实现Wi-Fi无线传感器的高效组网和数据传输，本发明提出了一种新型的无线传感网络接入装置及其组网方法。本发明的技术方案中，无线传感网络接入装置负责实现Wi-Fi无线传感网络的各种管理和数据处理功能，实现Wi-Fi无线传感网络的安全控制和拓扑维护功能，并对外提供和外部网络以及各类应用服务之间的唯一接口，通过以太网、DSL、3G等任何有线或无线通信技术和外部传感网络应用服务器之间进行数据传输。无线传感网络接入装置和各种Wi-Fi无线传感器之间通过Wi-Fi网络连接，组建Wi-Fi无线传感网络。
文档编号H04W48/08GK102316547SQ201010222648
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者汤晓辉, 马松伟 申请人:江苏联优信息科技有限公司