无线传感器网络汇聚路由方法、汇聚路由系统及其实现方法

摘要

本发明提供一种无线传感器网络汇聚路由方法、汇聚路由系统及汇聚路由系统的实现方法，设计一种同时包括多个汇聚节点的汇聚路由设备，每一汇聚节点用以连接一无线传感器网络及其服务器，同时将多个无线传感器网络与对应的服务器建立连接，有效减少了汇聚路由设备的数量，有效降低设备成本和运行成本，降低能耗，使得用户操作和系统维护更加简便。

说明书

技术领域

本产品涉及无线传感器网络领域，特别涉及一种无线传感器网络汇聚路由方法、汇聚路由系统及其实现方法。

背景技术

无线传感器网络，英文WirelessSensorNetwork，简称WSN，是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。典型的无线传感器网络一般包括：传感器节点（Sensornode）、汇聚节点（Sinknode）和服务器。大量的传感器节点用于探测及采集数据，通过汇聚节点经其它网络，如远程通信网络，发送给服务器。无线传感器网络远程通信的过程中，需要设计一个汇聚节点，作为在无线传感器节点与服务器实现数据协议转换的网关设备，通过远程通信网络将无线传感器节点与服务器相连接。现有技术中，汇聚网关设备大多是为某个特定的无线传感器网络而设计的，一个汇聚网关设备只能包括一个汇聚节点，也就是说，一个汇聚网关设备只能实现一个无线传感器网络的远程通信的连接功能。如果同一区域存在多个无线传感器网络，通常会设计有多个汇聚网关设备共同工作，分别将不同的无线传感器网络通过远程通信网络连接到不同的服务器。无线传感器网络越多，需要连接到远程通信网络的汇聚网关设备也就越多，不但成本高昂、能耗较高，而且给用户的使用和系统维护都带来很多不便。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无线传感器网络汇聚路由方法、汇聚路由系统及汇聚路由系统的实现方法，有效解决现有技术中存在的成本高、能耗高、用户使用麻烦、系统维护不便等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明涉及一种无线传感器网络汇聚路由方法，包括如下步骤：

部署至少一传感器网络，每一传感器网络包括至少一无线传感器节点；

设置一聚合路由装置，包括至少一汇聚节点，每一汇聚节点对应一无线传感器网络节点，每一汇聚节点无线连接至与其相应的无线传感器网络节点；以及

设置至少一服务器，每一服务器对应一无线传感器网络节点，所有服务器皆通过一远程通信网络连接至所述聚合路由装置。

进一步地，设置一聚合路由装置，包括设置其IP服务功能的步骤，具体包括如下步骤：

为每个汇聚节点分配一个IP地址；

检索每一服务器的互联网地址；以及

在对应同一无线传感器网络的汇聚节点与服务器之间建立TCP/IP连接。

本发明还涉及一种无线传感器网络汇聚路由系统，包括：

至少一无线传感器网络，每一无线传感器网络包括至少一无线传感器网络节点；

一聚合路由装置，包括至少一汇聚节点，每一汇聚节点对应一无线传感器网络节点，每一汇聚节点无线连接至与其相应的无线传感器网络节点；以及

至少一服务器，每一服务器对应一无线传感器网络节点，所有服务器皆通过一远程通信网络连接至所述聚合路由装置。

进一步地，所述聚合路由装置还包括一IP服务功能模块，所述IP服务功能模块包括：

一IP分配模块，用于为每个汇聚节点分配一个IP地址；

一服务器地址检索模块，用于检索每一服务器的互联网地址；以及

一TCP/IP连接建立模块，用于在对应同一无线传感器网络的汇聚节点与服务器之间建立TCP/IP连接。

所述聚合路由装置包括：

至少一节点模块，每一节点模块对应一无线传感器网络节点，每一节点模块连接至一相应的无线传感器网络节点，用于获取该无线传感器网络节点的节点数据，所述节点数据的格式符合该无线传感器网络的无线通信协议，所述节点数据是指所述无线传感器网络节点的传感器直接获取的数据；

至少一封包模块，每一封包模块对应一无线传感器网络节点，每一封包模块连接至一相应的节点模块，用于将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包；以及

一路由模块，连接至至少一封包模块，用于通过一远程通信网络转发装后的节点数据包至一服务器，所述服务器与所述封包模块对应同一无线传感器网络节点；

其中，对应同一无线传感器网络的一节点模块、一封包模块及所述路由模块构成一汇聚节点。

进一步地，所述路由模块通过所述远程通信网络从一服务器接收符合TCP/IP协议的数据包并转发所述数据包至一封包模块，所述封包模块与所述服务器对应同一无线传感器网络，符合TCP/IP协议的数据包包括一服务器发送给一无线传感器网络节点的控制指令；所述封包模块将符合TCP/IP协议的数据包解封装为控制指令并转发至一节点模块，所述节点模块与所述封包模块对应同一无线传感器网络，解封装后的控制指令的数据格式符合对应该封包模块的无线传感器网络的无线通信协议。

本发明还涉及一种无线传感器网络汇聚路由系统的实现方法，包括如下步骤：

获取至少一无线传感器网络节点的节点数据，所述节点数据的格式符合该无线传感器网络节点的无线通信协议，所述节点数据是指所述无线传感器网络节点的传感器直接获取的数据；

将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包；以及

通过一远程通信网络转发封装后的节点数据包至一服务器，所述服务器与所述封包模块对应同一无线传感器网络节点。

进一步地，所述的无线传感器网络汇聚路由系统的实现方法，还包括如下步骤：

所述路由模块通过所述远程通信网络从一服务器接收符合TCP/IP协议的数据包，所述数据包包括该服务器发送给无线传感器网络节点的控制指令；

所述路由模块转发所述数据包至一封包模块，所述封包模块与所述服务器对应同一无线传感器网络节点；以及

所述封包模块将所述数据包解封装为控制指令并转发至一节点模块，所述节点模块与所述封包模块对应同一无线传感器网络节点，解封装后的控制指令的数据格式符合所述无线传感器网络节点的无线通信协议。

本发明提供一种无线传感器网络汇聚路由方法、汇聚路由系统及汇聚路由系统的实现方法，设计一种同时包括多个汇聚节点的汇聚路由设备，每一汇聚节点用以连接一无线传感器网络及其服务器，同时将多个无线传感器网络与对应的服务器建立连接，有效减少了汇聚路由设备的数量，有效降低设备成本和运行成本，降低能耗，使得用户操作和系统维护更加简便。

附图说明

图1所示为本发明中一种无线传感器网络汇聚路由方法的流程框图；

图2所示为本发明中设置聚合路由装置的步骤的流程框图；

图3所示为本发明中一种无线传感器网络汇聚路由系统的结构示意图；

图4所示为本发明中无线传感器网络节点的结构示意图；

图5所示为本发明中聚合路由装置的IP服务功能模块框图；

图6所示为本发明中聚合路由装置的结构示意图；

图7所示为本发明中无线传感器网络汇聚路由系统的一种实现方法的流程框图；

图8所示为本发明中无线传感器网络汇聚路由系统的另一种实现方法的流程框图；

图9所示为本发明中一种无线传感器网络汇聚路由系统的优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。应当理解，尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

如图1所示，本发明涉及一种无线传感器网络汇聚路由方法，包括如下步骤：

S1)部署至少一传感器网络，每一传感器网络包括至少一无线传感器节点；

S2)设置一聚合路由装置，包括至少一汇聚节点，每一汇聚节点对应一无线传感器网络节点，每一汇聚节点无线连接至与其相应的无线传感器网络节点；以及

S3)设置至少一服务器，每一服务器对应一无线传感器网络节点，所有服务器皆通过一远程通信网络连接至所述聚合路由装置。

如图2所示，设置聚合路由装置的步骤，包括设置其IP服务功能的步骤，具体包括如下步骤：

S21)为每个汇聚节点分配一个IP地址，作为IP网络中区分每个汇聚节点的身份标识；

S22)检索每一服务器的互联网地址；以及

S23)在对应同一无线传感器网络节点的汇聚节点与服务器之间建立TCP/IP连接。

设置聚合路由装置的过程，也就是在相应的汇聚节点与服务器之间建立TCP/IP连接的过程，用一个独立的聚合路由装置实现多个聚合路由节点的功能，必须要使得每一个汇聚节点都能找到相对应的服务器。其具体设计过程就是，先找到每个汇聚节点对应的IP地址，再找到每个服务器对应的互联网地址，只需要在汇聚节点的IP地址与服务器的互联网地址之间建立地址对应关系，即可汇聚节点与服务器之间建立TCP/IP连接。

检索每一服务器的互联网地址，是指在一地址数据库中检索对应一服务器的互联网地址，所述地址数据库包括至少一服务器名称、编号及对应每一服务器的地址，服务器名称存储于无线传感器网络节点中，通过检索地址数据库，就可以获得无线网络所对应的服务器的互联网地址。

聚合路由装置具有加入多个无线传感器网络的能力，一个无线传感器网络可以包括多个无线传感器网络节点，各个无线传感器网络节点使用相同或不同的无线通讯协议，聚合路由装置加入到各个无线传感器网络后，各个传感器网络之间的信息仍然是相互独立，相互不可见的。分配给某一汇聚节点的IP地址，只有对应该汇聚节点的无线传感器网络节点可以识别，对于其他无线传感器网络或者同一无线传感器网络的其他网络节点是不可见的，无线传感器网络节点通过相应的汇聚节点实现该网络节点与相应的远程服务器之间的通信。

如图3所示，本发明还涉及一种无线传感器网络汇聚路由系统，包括：

至少一无线传感器网络，每一无线传感器网络包括至少一无线传感器网络节点1；所述无线传感器网络为蓝牙网络和/或ZigBee网络，也可以为其他无线通讯网络；

一聚合路由装置2，包括至少一汇聚节点（图未示），每一汇聚节点（图未示）对应一无线传感器网络节点1，每一汇聚节点无线连接至与其相应的无线传感器网络节点1；以及

至少一服务器3，每一服务器3对应一无线传感器网络节点1，所有服务器皆通过一远程通信网络4连接至聚合路由装置2。

如图4所示，无线传感器网络节点1包括至少一无线传感器11、一数据处理模块12、一无线通讯模块13以及一能量供应模块14，无线传感器11、无线通讯模块13分别连接至数据处理模块12，无线传感器11、数据处理模块12、无线通讯模块13分别连接至能量供应模块14。无线传感器11用于采集数据，数据处理模块12用于处理数据，无线通讯模块13用于无线通信、实现数据交换，能量供应模块14用于为节点1内的其他模块供电。

如图5所示，聚合路由装置2包括一IP服务功能模块5，IP服务功能模块5包括：

一IP分配模块21，用于为每个汇聚节点分配一个IP地址；

一服务器地址检索模块22，用于从地址数据库检索每一服务器的互联网地址，所述地址数据库包括至少一服务器名称、服务器编号、对应每一服务器的地址以及其他服务器信息；地址数据库存储在汇聚路由装置2内部或远程网络上；以及

一TCP/IP连接建立模块23，用于在对应同一无线传感器网络节点1的汇聚节点与服务器3之间建立TCP/IP连接。

如图6所示，聚合路由装置2包括：

至少一节点模块210，每一节点模块210对应一无线传感器网络节点1，每一节点模块连接至一相应的无线传感器网络节点1，用于获取该无线传感器网络节点1的节点数据，所述节点数据是指所述无线传感器网络节点的传感器直接获取的数据，所述节点数据格式符合该无线传感器网络的无线通信协议；节点模块211用于建立与无线传感器网络其他节点之间的通信连接；

至少一封包模块220，每一封包模块对应一无线传感器网络节点1，每一封包模块220连接至一相应的节点模块210，用于将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包并转发至一路由模块230；封包模块212在无线传感器网络和TCP/IP网络之间转发数据；

一路由模块230，连接至至少一封包模块220，用以实现TCP/IP路由协议，用于通过一远程通信网络4转发由一封包模块220封装后的节点数据包至一服务器3，服务器3与封包模块220对应同一无线传感器网络；

其中，对应同一无线传感器网络的一节点模块210、一封包模块220及路由模块200构成一汇聚节点。

路由模块230通过远程通信网络4从一服务器3接收符合TCP/IP协议的数据包并转发至一封包模块220，封包模块220与服务器3对应同一无线传感器网络节点1，所述符合TCP/IP协议的数据包包括一服务器发送给一无线传感器网络节点的控制指令；封包模块220将符合TCP/IP协议的数据包解封装并转发至一相应的节点模块210，节点模块210与封包模块220对应同一无线传感器网络节点1，解封装后的数据格式符合对应封包模块220的无线传感器网络的无线通信协议；其中，符合TCP/IP协议的数据包是指符合互联网络协议（TCP协议）标准的IP数据格式的数据包。

如图7所示，本发明还涉及一种无线传感器网络汇聚路由系统的实现方法，包括如下步骤：

S101)节点模块210获取一无线传感器网络节点的节点数据，所述节点数据是指所述无线传感器网络节点的传感器直接获取的数据，所述节点数据格式符合该无线传感器网络的无线通信协议；

S102)封包模块220将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包并转发至一路由模块230；以及

S103)路由模块230通过一远程通信网络转发封装后的节点数据包至一服务器3，服务器3与封包模块对应同一无线传感器网络节点。

如图8所示，所述的无线传感器网络汇聚路由系统的实现方法，还包括如下步骤：

S201)路由模块230通过远程通信网络4从一服务器3接收符合TCP/IP协议的数据包；所述数据包包括该服务器3发送给与一节点模块210相对应无线传感器网络节点1的控制指令。

S202)路由模块230转发所述数据包至一封包模块220，封包模块220与服务器3对应同一无线传感器网络节点1；以及

S203)封包模块220将所述数据包解封装为控制指令并转发至一节点模块210，该节点模块与所述封包模块对应同一无线传感器网络节点，解封装后的控制指令的数据格式符合所述无线传感器网络的无线通信协议。节点模块210将获得的控制指令数据发布到网络节点1所在的无线传感器网络中。

步骤S101)-S103)与步骤S201)-S203)是两个独立进行的过程，并无先后关系。

如图9所示为本发明的一个优选实施例，图9所示为一种无线传感器网络汇聚路由系统，包括两个无线传感器网络、一聚合路由装置以及三个服务器。两个无线传感器网络包括一个蓝牙网络10和一个Zigbee网络20；每一传感器网络包括至少一无线传感器网络节点，蓝牙网络10具有两个无线传感器节点101、102；Zigbee网络20具有一个无线传感器网络节点103。

聚合路由装置包括三个汇聚节点201、202、203，汇聚节点201连接至无线传感器节点101，汇聚节点202连接至无线传感器节点102，汇聚节点203连接至无线传感器节点103。本实施例中设有三个服务器301、302、303，服务器301对应无线传感器网络节点101，服务器302对应无线传感器网络节点102，服务器302对应无线传感器网络节点103，所有服务器皆通过一远程通信网络4连接至聚合路由装置2。聚合路由装置2包括三个节点模块211、212、213，三个封包模块221、222、223，以及一路由模块200。

其中，对应同一无线传感器网络节点101的节点模块211、封包模块221及路由模块200构成一汇聚节点201，对应同一无线传感器网络节点102的节点模块212、封包模块222及路由模块200构成一汇聚节点202，对应同一无线传感器网络节点103的节点模块213、封包模块223及路由模块200构成一汇聚节点203。

在本发明的实施例中，所述无线传感器网络汇聚路由方法，包括如下步骤：

S1001)部署两个无线传感器网络，包括一个蓝牙网络和一个Zigbee网络；蓝牙网络具有两个无线传感器网络节点101、102，Zigbee网络具有一个无线传感器网络节点103；

S1002)设置一聚合路由装置，在聚合路由装置2中设置三个汇聚节点201、202、203，每一汇聚节点对应一无线传感器网络节点，每一汇聚节点无线连接至与其相应的无线传感器网络节点；以及

S1003)设置三个服务器301、302、303，每一服务器对应一无线传感器网络节点，所有服务器皆通过一远程通信网络4连接至聚合路由装置2。

在本发明的实施例中，设置一聚合路由装置，包括设置其IP服务功能的步骤，具体包括如下步骤：

S10021)为三个汇聚节点分配一个IP地址；为无线传感器ZigBee网络的汇聚节点分配一个内部IP地址abc，为无线传感器蓝牙网络的两个汇聚节点分别分配一个内部IP地址def、ghi；

S10022)从地址数据库检索三个服务器的互联网地址；获得无线传感器ZigBee网络所对应的远程服务器的互联网地址（网址）xyz；获得无线传感器蓝牙网络所对应的两个远程服务器的互联网地址（网址）uvw、rst；

S10023)在对应同一无线传感器网络节点的汇聚节点与服务器之间建立TCP/IP连接，实现数据交换。

无线传感器ZigBee网络的汇聚节点分配的内部IP地址为abc；无线传感器ZigBee网络所对应的远程服务器的互联网地址（网址）为xyz；这样，地址为abc的汇聚节点与互联网地址为xyz的远程服务器即为对应关系，可以在二者之间建立TCP/IP连接。同理，对应无线传感器蓝牙网络的两个汇聚节点的内部IP地址为def、ghi，对应无线传感器蓝牙网络的两个远程服务器的互联网地址（网址）为uvw、rst，可以在地址为def的汇聚节点与互联网地址为rst的远程服务器之间建立对应关系，在地址为ghi的汇聚节点与互联网地址为uvw的远程服务器之间建立对应关系。

在本发明的实施例中，无线传感器蓝牙网络节点101与服务器301实现数据交换的方法，具体包括如下步骤：

S1011)节点模块211获取无线传感器网络节点101的节点数据；

S1012)封包模块221将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包并转发至路由模块230；以及

S1013)路由模块230通过一远程通信网络4转发封装后的节点数据包至服务器301。

无线传感器蓝牙网络节点101与服务器301实现数据交换的方法，还包括如下步骤：

S2011)路由模块230通过远程通信网络4从服务器301接收符合TCP/IP协议的数据包；所述数据包包括该服务器301发送给无线传感器网络节点101的控制指令；

S2012)路由模块230转发所述数据包至一封包模块221；以及

S2013)封包模块221将所述数据包解封装为控制指令并转发至节点模块211，节点模块211将获得的控制指令数据发布到无线传感器网络节点101所在的无线传感器网络中，该网络中的各个传感器执行所述控制指令。

步骤S1011)-S1013)与步骤S2011)-S2013)是两个独立进行的过程，并无先后关系。

在本发明的实施例中，无线传感器蓝牙网络节点102与服务器302实现数据交换的方法，具体包括如下步骤：

S1021)节点模块212获取无线传感器网络节点102的节点数据；

S1022)封包模块222将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包并转发至路由模块230；以及

S1023)路由模块230通过一远程通信网络4转发封装后的节点数据包至服务器302。

无线传感器蓝牙网络节点102与服务器302实现数据交换的方法，还包括如下步骤：

S2021)路由模块230通过远程通信网络4从服务器302接收符合TCP/IP协议的数据包；所述数据包包括该服务器302发送给无线传感器网络节点102的控制指令；

S2022)路由模块230转发所述数据包至一封包模块222；以及

S2023)封包模块222将所述数据包解封装为控制指令并转发至节点模块212，节点模块212将获得的控制指令数据发布到无线传感器网络节点102所在的无线传感器网络中，该网络中的各个传感器执行所述控制指令。

步骤S1021)-S1023)与步骤S2021)-S2023)是两个独立进行的过程，并无先后关系。

在本发明的实施例中，无线传感器ZigBee网络节点103与服务器303实现数据交换的方法，具体包括如下步骤：

S1031)节点模块213获取无线传感器网络节点103的节点数据；

S1032)封包模块223将所述节点数据封装成符合TCP/IP协议的节点数据包并转发至路由模块230；以及

S1033)路由模块230通过一远程通信网络4转发封装后的节点数据包至服务器303。

无线传感器ZigBee网络节点103与服务器303实现数据交换的方法，还包括如下步骤：

S2031)路由模块230通过远程通信网络4从服务器303接收符合TCP/IP协议的数据包；所述数据包包括该服务器303发送给无线传感器网络节点103的控制指令；

S2032)路由模块230转发所述数据包至一封包模块223；以及

S2033)封包模块223将所述数据包解封装为控制指令并转发至节点模块213，节点模块213将获得的控制指令数据发布到无线传感器网络节点103所在的无线传感器网络中，该网络中的各个传感器执行所述控制指令。

步骤S1031)-S1033)与步骤S2031)-S2033)是两个独立进行的过程，并无先后关系。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。