一种传感器网络支持网络寻呼的移动性管理方法及系统

摘要

本发明提供了一种用于传感器节点网络寻呼的网络系统，所述网络系统包括与传感器网络向连的若干网络网关、以及用于控制所述网络网关相连的控制设备，其中：控制设备确定被叫传感器节点及其所对应的寻呼区域，发送寻呼请求给寻呼区域内的网络网关，网络网关在接收来自网络侧控制器的寻呼请求之后，结合网络网关中的传感器节点状态信息确定本地被呼叫传感器节点并向被呼叫传感器节点发起寻呼请求。网络网关可根据来自传感器节点的附着请求，对所述传感器节点进行区域移动性检测，以确定是否请求网络侧控制器对该传感器节点状态进行更新。本发明技术方案可减少节点由于注册和位置更新所带来的信令开销，并降低了传感器节点或网络的电力消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种传感器网络进行移动性管理的方法及其系统。 

背景技术

传感器网络是集无线技术、嵌入式技术和传感器网络技术于一体的综合智能信息系统，可用于公共安全、生态环保、应急指挥、智能交通、反恐、智能家居等诸多领域。例如，智能化家居中的传感器/控制器网络、工业现场各种参数收集、控制器的统一联网调控等，都可以通过传感器网络实现。 

对于传感器节点或网络的移动性管理方面，不论传感器节点平常是通过有线媒体或者无线媒体连接到网络，当传感器节点或网络移动时，不论传感器节点实际上在何处，其他通信设备都能够通过同一个IP地址来访问该传感器节点。 

通常，当一个传感器节点或由其构成的一个传感器网络进行移动时，它需要在相关网络实体中进行位置更新操作，从而使得与其通信的通信节点(CN)能够访问到它，如果传感器网络下的每个传感器节点都独立进行位置更新操作，将导致大量的移动管理信令，网络负载增加；移动位置更新对传感器节点在移动性管理方面的信令处理要求较高，由于传感器节点能力限制，它不可能具有一般主机的多功能性、以支持相关移动性信令处理；此外，传感器节点的电力消耗也是一个潜在的挑战，通常，传感器节点为了降低电力消耗而置于“空闲”状态，仅仅在进行数据通信过程中才转换为“活动”状态，在该情况下，网络侧一般不会记录传感器节点或网络的精确位置，需要其他机制来进行定位。 

发明内容

本发明旨在提供一种面向传感器节点或网络的支持网络寻呼的移动性管理 技术方案，使得网络侧在必要的情况下可寻找到空闲模式的传感器节点，而传感器节点在移动过程中也不需要注册其准确的位置信息。 

根据本发明的一个方面，这里提供一种网络网关中辅助对传感器节点进行网络寻呼的方法，包括：步骤Al，接收来自网络侧控制器的第一寻呼请求；步骤B1，根据所述第一寻呼请求、以及网络网关中的传感器节点状态信息确定本地被呼叫传感器节点，向被呼叫传感器节点发起第二寻呼请求。 

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种控制设备中用于对传感器节点进行网络寻呼的方法，包括：步骤A2，确定被呼叫传感器节点及其所属的寻呼区域；步骤B2，发送寻呼请求给寻呼区域内的网络网关；步骤C2，根据来自寻呼区域内的网络网关的寻呼应答对被呼叫传感器节点状态进行更新。 

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种用于传感器节点网络寻呼的网络系统，所述网络系统包括与传感器网络向连的若干网络网关、以及用于控制所述网络网关相连的控制设备，包括：控制设备，确定被叫传感器节点及其所对应的寻呼区域，发送寻呼请求给寻呼区域内的网络网关；网络网关：接收来自网络侧控制器的寻呼请求，以及网络网关中的传感器节点状态信息确定本地被呼叫传感器节点并向被呼叫传感器节点发起寻呼请求。 

本发明技术优势： 

采用本发明技术方案可很大程度上减少了由于注册和位置更新所带来的信令开销；因为空闲模式的传感器节点或网络不需要向网络侧的相关网络实体进行位置更新操作，从而降低了传感器节点或网络的电力消耗。 

附图说明

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中： 

图1为本发明所提供的传感器网络系统结构图例； 

图2为本发明所提供的对传感器节点在同一寻呼区域内移动进行移动性管理相关信令消息流程图例； 

图3为本发明所提供的对传感器节点在不同寻呼区域内移动进行移动性管 理相关信令消息流程图例； 

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。 

图1是本发明所提供的本发明所提供的传感器网络系统结构图例，它包括：它包括：传感器网络及其所连接的网络网关(GW)11、12、13、21、22，控制设备(UC)30，通信节点(CN)40，其中：传感器网络分别由若干传感器节点构成的，可以是基于6LoWPAN或Zigbee协议等短距离、低速率、低功耗无线个域网标准类型组织构建；前述传感器网络分别通过网络网关11、12、13、21、22接入到不同类型接入网络(图例中未示意出)，例如固定接入网络、WiMax无线接入网络等，网络网关将完成传感器网络协议标准到相应接入网络协议标准之间的数据协议转换；UC 30将分别负责不同区域1、2内的传感器节点的寻呼管理，甚至该域内所有传感器节点数据通信的出入。 

在本发明所提供的一种实施例中，传感器网络中的一个传感器节点10在启动后，可通过区域1中的一个网络网关11完成其在网络侧控制器UC 30中的注册，控制器UC30建立并维护该传感器节点状态信息，该状态信息可包括传感器节点标识SN_ID、所接入的网络网关、生命周期等。之后，控制器UC30可将该传感器节点状态信息发送给区域1内的其他网络网关11、12、13使得它们可维护同寻呼区域内的所有传感器节点状态信息。传感器节点10在其生命周期结束后进入空闲模式，空闲模式下的传感器节点10在移动到同区域1下的其他网络网关12的空域范围，它接收来自该网络网关广播的Beacon帧，根据移动前后Beacon帧的信息不同可确定向移动后的网络网关12发起附着请求。由于网络网关12在接收到传感器节点10的附着请求后，结合其维护的区域1内传感器节点状态信息可确定该传感器节点处于空闲状态并且是区域内移动，它不需要向网络侧控制器UC30进行位置更新请求。当UC30需要对传感器节点10发起通信时，它根据传感器节点10的状态信息(例如生命周期是否过期)以及最后的位置信息(例如接入网络网关)，确定采用网络寻呼通信方式，以及该传感器节点当前所在的寻呼区域1，进而它发送一个寻呼请求给寻呼区域1内的网络网关11、12、13。网络网关11、12、13将在各自接入网络内广播寻呼请求。由于网络网关12是传 感器节点10的当前接入网络网关，它将收到被呼叫传感器节点10发送的寻呼应答，并将向UC30发送相应的寻呼应答以对被呼叫传感器节点状态信息进行更新。 

由此可见，传感器节点10在同寻呼区域内移动时，移动后提供接入的网络网关无需要向网络侧发起位置更新，从而减少了由此所带来的信令开销； 

在本发明所提供的一种实施例中，传感器网络11中的一个传感器节点10在启动后，可通过区域1中的一个网络网关11完成其在网络侧控制器UC30中的注册，控制器UC30建立并维护该传感器节点状态信息，该状态信息可包括传感器SN_ID、所接入的网络网关、生命周期等。之后，传感器节点10在其生命周期结束后进入空闲模式，空闲模式下的传感器节点在移动到新区域2下的网络网关21的空域范围，它接收来自该网络网关21广播的Beacon帧，根据移动前后Beacon帧的信息不同确定向移动后的网络网关21发起附着请求。由于网络网关21在接收到传感器节点10的附着请求后，结合其维护的区域2内传感器节点信息可确定该传感器节点是区域间移动，它即向网络侧控制器UC30发起位置更新请求以更新该传感器节点10在UC中的位置信息。当UC 30需要对传感器节点10发起通信时，它根据传感器节点10的状态信息(例如生命周期是否过期)以及最后的位置信息(例如接入网络网关)，确定采用网络寻呼通信方式，以及该传感器节点当前所在的寻呼区域2，进而它发送寻呼请求给寻呼区域2内的网络网关21、22。网络网关21、22将在各自接入网络内广播寻呼请求。由于网络网关21是传感器节点10的当前接入网络网关，它将收到被呼叫传感器节点10发送的寻呼应答，并将向UC30发送相应地寻呼应答以对被呼叫传感器节点状态进行更新。 

由此可见，无论是同区域移动还是区间移动，传感器节点不需要向网络侧的相关网络实体进行位置更新操作，从而降低了传感器节点或网络的电力消耗，即使传感器节点处于空闲状态，网络侧控制器通过寻呼方式仍可定位该节点。 

下面，结合图2对传感器节点10在同一寻呼区域1内移动进行移动性管理相关信令消息流程图例进行说明， 

步骤200，当传感器节点10首次启动，它连接到一个寻呼区域1内的网络网 关11，并向网络侧注册自己的SN_EUI、SN_ID、生命周期。网络网关11和UC30记录传感器节点10的相关状态信息，并创建一个绑定定时器以对生命周期计时，当一个传感器节点生命周期过期时，网络网关和UC将其寻呼状态置于空闲状态。 

步骤201A、201B，UC 30可通知同一寻呼区域1内的其他网络网关12、13对该传感器节点状态进行创建或更新，使得它们可维护同寻呼区域内的所有传感器节点状态信息，例如：传感器节点的SN_EUI、SN_ID、生命周期、以及所接入的网络网关等； 

优选地，UC 30可通过组播消息通过寻呼区域1内的所有网络网关11、12、13对该传感器节点状态进行创建或更新。 

步骤202，当传感器节点10在其注册生命周期结束时，它进入空闲模式； 

步骤203，空闲模式下的传感器节点10发生移动时，它将接收到来自其所在空域范围内网络网关13的信标帧，它获得该信标帧中的PAN_ID，并与移动前获得的PAN_ID进行比较，发现不同，意味着它移动到一个新的网络网关，它向网络网关13发送附着请求(Association request)消息，该请求消息包含其SN_EUI，SN_ID等，相应地，网络网关13A回应一个附着响应(Association Response)消息，其消息结构可参考IEEE 802.15.4MAC命令帧格式。 

步骤204，网络网关13对传感器节点10进行区域移动性检测，结合其保存的本区域1内传感器节点状态信息，它确定该传感器节点10属于本网络网关下的同一区域内的传感器节点。由此，它将不会请求UC30对该传感器节点的位置予以更新。 

步骤205，当UC30需要向该传感器节点10送数据(或指令)时，结合其本地维护的传感器节点状态信息，它发现该传感器节点10的生命周期已经结束，处于空闲模式，UC可先对收到的数据包进行缓存； 

步骤206A、206B、206C，UC 30可根据本地保存的传感器节点10的位置信息-网络网关11决定该传感器节点的寻呼区域1，它发寻呼请求给该区域1内的所有网络网关11、12、13，该寻呼请求消息包含被呼叫传感器节点的SN IDs集合，该消息可通过扩展ICMPv6echo请求消息方式实现，其数据域包含所有被叫传感器节点的SN_IDs集合，即也包含传感器节点10的SN_ID信息。 

该请求消息可通过组播方式发送至寻呼区域1内的所有网络网关11、12、13。 

步骤207，收到来自网络侧UC30寻呼请求后，网络网关11、12、13分别在各自接入网络内广播该寻呼请求。 

步骤208，传感器节点10收到来自网络网关13的寻呼请求，它恢复活动模式并发送应答消息给网关13； 

步骤209，网络网关13根据所获得的本传感器网络内的传感器节点的寻呼应答，进一步发送寻呼应答给UC30，寻呼应答可采用通过扩展ICMPv6echo应答消息方式实现，其数据域包含本网络网关下所有响应的被叫传感器节点的SN_IDs集合，即也包括传感器节点10的SN_ID。 

步骤210，UC30根据前述寻呼应答可更新传感器节点信息或状态，具体地，该传感器节点所对应的网络网关信息，恢复该传感器节点的生命周期等。 

步骤211，UC30根据所获得的位置信息与网络网关13建立数据隧道，将缓存的数据通过该数据隧道发送到网络网关13； 

步骤212，网络网关13执行解封装，将数据封装在适于它和传感器节点10之间传送的数据帧中发送给传感器节点； 

步骤213A、213B，UC30进一步通知同一寻呼区域1内的其他网络网关11、12对该传感器节点状态进行更新，具体地，该传感器节点所对应的网络网关信息，恢复该传感器节点的生命周期计时等。 

前述更新通知可通过组播方式发送到寻呼区域1内的所有网络网关。 

下面结合图3对传感器节点10在不同寻呼区域间移动进行移动性管理相关信令消息流程图例进行说明，进入空闲模式的传感器节点10从区域1移动到区域2内的网络网关21空域范围，以下仅就区别于图例2中的部分消息流程进行说明。 

步骤303，空闲模式下的传感器节点10发生移动时，它将接收到来自其所在空域范围内网络网关21的信标帧，它获得该信标帧中的PAN_ID，并与移动前获得的PAN_ID进行比较，发现不同，意味着它移动到一个新的网络网关，它向网络网关21发送附着请求(Association request)消息，该请求消息包含 SN_EUI，SN_ID，相应地，网络网关21回应一个附着响应(Association Response)消息，其消息结构可参考IEEE 802.15.4MAC命令帧格式。 

步骤304，网络网关21进行区域移动性检测，当其接收到传感器节点10的附着请求，结合该网关保存的相关历史纪录，它知道该传感器节点为不同寻呼区域间移动的传感器节点； 

步骤305，网络网关21发送位置更新(Binding Update)消息给UC，所述位置更新消息包含该传感器节点的SN_EUI、SN_ID、以及本网络网关21的网络地址GW_IPv6等相关信息。 

步骤306，UC30在接收到来自网络网关21的位置更新消息后，它执行相应的位置更新操作，具体地，根据所获得的传感器节点的相关属性对该传感器节点状态进行本地位置更新操作。 

步骤307，UC发送位置更新确认消息给网络网关21。 

步骤308A，308B，进一步地，UC 30可通知同一寻呼区域2内的其他网络网关22对该传感器节点状态进行创建或更新，使得它们可维护同寻呼区域内的所有传感器节点状态信息，例如：传感器节点SN_EUI、SN_ID、生命周期、接入网络网关等，并通过绑定定时器以对其生命周期计时。 

步骤309，当UC30需要向该传感器节点10送数据(或指令)时，结合其本地维护的传感器节点状态信息，它发现该传感器节点10的生命周期已经结束，处于空闲模式，UC可先对收到的数据包进行缓存； 

步骤310A、310B，根据传感器节点10的上次位置信息-网络网关21决定该传感器节点的寻呼区域2，UC 30发寻呼请求给该区域2内的所有网络网关21、22，该寻呼请求消息包含被呼叫传感器节点的SN_IDs集合，该消息可通过扩展ICMPv6echo请求消息方式实现，其数据域包含所有被叫传感器节点的SN_IDs，其中也包含传感器节点10的SN_ID信息。 

该请求消息可通过组播方式发送至寻呼区域2内的所有网络网关21、22。 

步骤311，收到来自网络侧UC30寻呼请求的网络网关21、22分别在各自接入网络内广播寻呼请求； 

步骤312，传感器节点10收到来自网络网关21的寻呼请求，它恢复活动模式并发送应答消息给网关13； 

步骤313，网络网关21根据所获得的本传感器网络内的传感器节点的寻呼应答，进一步发送寻呼应答给UC30，寻呼回答可采用通过扩展ICMPv6echo应答消息方式实现，其数据域包含本网络网关下所有响应的被叫传感器节点的SN_IDs，其中也包括传感器节点10的SN_ID。 

步骤314，UC30根据前述寻呼应答可更新传感器节点信息或状态，具体地，该传感器节点所对应的网络网关信息，恢复该传感器节点的生命周期等。 

步骤315，UC30根据所获得的位置信息与网络网关21建立数据隧道，将缓存的数据通过该数据隧道发送到网络网关21； 

步骤316，网络网关21执行解封装，将数据封装在适于它和传感器节点10之间传送的数据帧中发送给传感器节点； 

步骤317A、317B，UC30进一步通知同一寻呼区域2内的网络网关21、22对该传感器节点信息或状态进行更新，具体地，该传感器节点所对应的网络网关信息，恢复该传感器节点的生命周期计时等。 

前述更新通知可通过组播方式发送到寻呼区域2内的所有网络网关。 

尽管上述说明为本发明提供了一些实施例，并非用来限定本发明的保护范围，本领域的技术人员能进一步理解，结合这里公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑模块或步骤可以作为电子硬件、计算机软件或二者的组合来实现。为了清楚说明硬件和软件之间的互换性，各种说明性的逻辑模块或步骤一般按照其功能性进行了阐述。这些功能性究竟作为硬件或软件来实现取决于整个系统所采用的特定的应用程序和设计。技术人员可以认识到这些情况下硬件和软件的交互性，以及怎样最好地实现每个特定应用程序的所述功能。技术人员可能以对于每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为造成背离本发明的范围。