CN102469553A - 一种无线传感器网络的接入方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络(WSN)的接入方法和***，***包括：WSN和电信网络，其中，WSN中配置多个网关，电信网络中包括WSN的管理平台和网络单元；管理平台，用于保存WSN中的WSN终端及其被分配的网关的对应关系；WSN中的WSN终端，用于通过分配的网关接入电信网络；网络单元，用于从管理平台获取WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与WSN终端之间的通信。通过本发明，实现了在WSN配置多网关的情况下电信网络中的网络单元与无线传感器网络中的WSN终端之间的通信。

Description

一种无线传感器网络的接入方法及***

技术领域

本发明涉及无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)与电信网络结合的通信技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络的接入方法及***。

背景技术

WSN作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物，是一种全新的信息获取和处理技术。由于近来微型制造的技术、通讯技术及电池技术的改进，促使微小的WSN终端可具有感应、无线通讯及处理信息的能力。此类WSN终端不但能够感应及侦测环境的目标物及改变，并且可处理收集到的数据，并将处理过后的数据以无线传输的方式送到数据收集中心。这些WSN终端通常由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件这几部分构成。其中，电源为传感器节点提供正常工作所必需的能源；感知部件用于感知、获取外界的信息，并将其转换为数字信号；嵌入式处理器负责协调节点各部分的工作，如对感知部件获取的信息进行必要的处理、保存，控制感知部件和电源的工作模式等；通信部件负责与其他传感器或观察者的通信；软件则为传感器节点提供必要的软件支持，如嵌入式操作***、嵌入式数据库***等。借助于WSN终端中内置的形式多样的传感部件，测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多物质现象。WSN终端一般通过自组织或者预配置的方式构成网络。在通信方式上，虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，通常称作WSN。目前使用比较广泛的无线低功率通信技术包括：电气和电子工程师协会(IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4和Zigbee技术等等。其中，Zigbee与蓝牙类似，是一种新兴的短距离无线技术。

IEEE 802.15.4是由IEEE开发的低速无线个域网标准。IEEE 802.15.4规定了物理层和媒体访问控制层标准，符合IEEE 802.15.4标准的通信模块具备低成本、低耗电、小尺寸的特点。

Zigbee联盟是一个致力于在开放的全球标准的基础上，开发可靠的、低成本、低耗电、无线网络连接的监测和控制产品的组织。Zigbee标准的物理层和介质访问控制层采用IEEE 802.15.4技术，网络层、安全管理、应用层规范以及互通性由Zigbee联盟开发。Zigbee标准中的Zigbee智能能源公共应用规范(Zigbee smart energy public applications profile)和Zigbee家庭自动化应用规范(Zigbee home automation public applications profile)分别针对商业环境应用和家庭应用。

WSN终端的微处理能力和无线通信能力使WSN有广阔的应用前景，其应用包括军事应用、生物和环境监测、健康应用、家庭应用、工业控制和监测等。

WSN和电信网络结合，如2G移动通信、3G移动通信、数字用户环路通信技术(xDSL)、光纤通信(FTTx)、宽带无线接入、卫星/微波等，可以使WSN作为现有网络的延伸，扩展了通信网络的能力，使通信对象从人扩展到物理世界，具有良好的发展前景。WSN与现有的电信网络结合后，可以使传感网感知的数据有效的传递到数据中心，通过对数据的整理和分析，可以极大程度的改变人类获取自然世界的数据的方式，同时也能够对WSN进行集中的管理，解决目前分散在各处的WSN难以管理的问题。

WSN与电信网络结合，是指将WSN与电信网络相连接，利用电信网络对WSN及其提供的业务进行监控、管理及完成业务的承载与合作实施，并通过电信网络扩展WSN所提供的业务。WSN和电信网的结合一般是WSN通过网关设备连接至电信网平台。

WSN终端为构成WSN的传感器节点，通过一跳或多跳与网关连接。WSN终端负责采集并上传数据，以及接收并执行命令。组成WSN的WSN终端少则几个多则几百个，WSN终端之间可根据需要以星形、树形或网状(mesh)等方式组网，其中某些WSN终端或具有较强的组网和数据转发能力。在WSN中，网关负责将WSN终端上报的数据，发送至电信网络中的相关网络单元，电信网络中的相关网络单元通过网关将相关指令发送给WSN终端。而且在WSN采用常用的IEEE 802.15.4和Zigbee技术时，一般由网关负责创建WSN，负责WSN终端加入和离开传感网时的管理，网关中保存有WSN终端的配置信息和传感网的业务配置信息等重要数据。

WSN终端上报的数据，需要通过网关发送给电信网络中的相关网络单元，而现有WSN中通常只配置一个网关，用于将WSN终端上报的数据转发给电信网络中的相关网络单元，从而当WSN中的WSN终端数量比较多、或者WSN终端频繁上报数据时，会对WSN中的网关造成很大的负荷，导致WSN终端的数据不能及时发送，以及WSN终端与网关之间的通信发生拥塞的问题。这样，会严重的影响到WSN的正常工作。另外，电信网络侧的网络单元执行对无线传感器网络中的WSN终端的管理时，需要通过无线传感器网络的网关建立和WSN终端的通信；如果电信网络侧的网关单元只通过一个网关和无线传感器网络中的WSN终端建立通信，同样会给该网关造成比较大的承载压力，导致电信网络侧的网关单元不能及时的与无线传感器网络中的WSN终端建立通信，影响相关业务的正常运行。因此，需要考虑电信网络侧的相关网络单元怎样与无线传感器网络中的WSN终端进行通信等问题。目前，在WSN和电信网络相结合的场景下，针对这个问题尚未存在有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线传感器网络的接入方法及***，以实现在WSN配置多网关的情况下电信网络中的网络单元与无线传感器网络中的WSN终端之间的通信。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种无线传感器网络(WSN)的接入***，该***包括：WSN和电信网络，其中，所述WSN中配置多个网关，所述电信网络中包括WSN的管理平台和网络单元，

所述管理平台，用于保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系；

所述WSN中的WSN终端，用于通过分配的网关接入所述电信网络；

所述网络单元，用于从管理平台获取所述WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与所述WSN终端之间的通信。

所述WSN中的多个网关采用主从工作模式，

主网关，用于在所述多个网关中进行网关的调度和分配，为所述WSN终端分配接入电信网络时所用的网关；所分配的网关为主网关自身、或任意一个从网关；

所述从网关，用于根据所述主网关的调度为所述WSN终端提供电信网络接入。

所述主网关进一步用于，在所述WSN终端申请加入WSN时，为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关，将所述WSN终端的信息、通信连接配置信息发送给所分配的网关，并将所分配网关的信息、通信连接配置信息发送给所述WSN终端；还用于将所述WSN终端与其被分配的网关的对应关系发送给所述管理平台进行保存。

所述管理平台进一步用于，在接收到所述从网关的注册请求时，记录所述从网关的相关信息，并通知所述主网关有新的从网关加入WSN；其中，所述从网关的相关信息至少包括：所述从网关的标识和从网关在电信网络中的地址；

相应的，所述主网关进一步用于，将加入到所述WSN所需要的网络配置参数发送给所述从网关；

所述从网关进一步用于，使用获得的网络配置参数加入到所述WSN。

所述WSN中的多个网关采用对等工作模式，

所述管理平台进一步用于，为所述WSN中的WSN终端分配接入电信网络时所用的网关。

所述网络单元进一步用于，向所述管理平台发送获取WSN终端被分配的网关的请求，其中至少包含所述WSN终端的标识；

相应的，所述管理平台进一步用于，确定所述WSN终端被分配的网关的信息并提供给所述网络单元；

所述网络单元进一步用于，根据获得的网关的信息与所述网关建立通信连接，并将所述WSN终端的标识提供给被分配的网关，通过被分配的网关建立与所述WSN终端的通信。

本发明还提供了一种无线传感器网络的接入方法，应用于WSN和电信网络相结合的网络架构，该方法包括：

在所述WSN中配置多个网关，所述电信网络中的管理平台保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系；

所述WSN中的WSN终端通过分配的网关接入所述电信网络，所述网络单元从管理平台获取所述WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与所述WSN终端之间的通信。

所述WSN中的多个网关采用主从工作模式，该方法进一步包括：

主网关在所述多个网关中进行网关的调度和分配，为所述WSN终端分配接入电信网络时所用的网关；所分配的网关为主网关自身、或任意一个从网关；

从网关根据所述主网关的调度为所述WSN终端提供电信网络接入。

该方法进一步包括：所述主网关在所述WSN终端申请加入WSN时，为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关，将所述WSN终端的信息、通信连接配置信息发送给所分配的网关，并将所分配网关的信息、通信连接配置信息发送给所述WSN终端；还将所述WSN终端与其被分配的网关的对应关系发送给所述管理平台进行保存。

该方法进一步包括：

所述管理平台在接收到所述从网关的注册请求时，记录所述从网关的相关信息，并通知所述主网关有新的从网关加入WSN；其中，所述从网关的相关信息至少包括：所述从网关的标识和从网关在电信网络中的地址；

所述主网关将加入到所述WSN所需要的网络配置参数发送给所述从网关；

所述从网关使用获得的网络配置参数加入到所述WSN。

所述WSN中的多个网关采用对等工作模式，该方法进一步包括：

所述管理平台为所述WSN中的WSN终端分配接入电信网络时所用的网关。

所述网络单元从管理平台获取WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与WSN终端之间的通信，具体为：

所述网络单元向所述管理平台发送获取WSN终端被分配的网关的请求，其中至少包含所述WSN终端的标识；

所述管理平台确定所述WSN终端被分配的网关的信息并提供给所述网络单元；

所述网络单元根据获得的网关的信息与所述网关建立通信连接，并将所述WSN终端的标识提供给被分配的网关，通过被分配的网关建立与所述WSN终端的通信。

本发明所提供的一种无线传感器网络的接入方法及***，在WSN和电信网络结合时，在一个WSN中配置多个网关，由多个网关分别为WSN中的WSN终端提供电信网络的接入，从而提高了WSN的电信网络接入能力，可以有效解决现有技术中因WSN终端通过一个网关接入电信网络时，所导致的数据不能及时发送及WSN拥塞的问题。此外，管理平台保存WSN终端与其被分配的网关的对应关系，电信网络中的网络单元可以通过被分配的网关建立和WSN终端的通信，这样在电信网络中的网络单元建立和无线传感器网络中的WSN终端的通信时也能通过无线传感器网络中的多个网关，使电信网络中的网络单元能够及时的与WSN终端建立通信。

附图说明

图1为本发明实施例的WSN中存在多个网关时的网络架构示意图；

图2为本发明实施例中WSN配置多网关的流程图；

图3为本发明实施例中WSN终端加入WSN，以及采用主、从网关的工作模式时，为该WSN终端分配网关的流程图；

图4为本发明实施例中WSN终端加入WSN，以及WSN的多网关之间采用对等工作模式时，为该WSN终端分配网关的流程图；

图5为本发明实施例中业务平台与WSN中的WSN终端建立通信的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。

本发明的基本思想是：在一个WSN中配置多个网关；WSN中的WSN终端，通过被分配的网关接入电信网络；电信网络中的管理平台保存WSN中的WSN终端及其被分配的网关的对应关系，电信网络中的网络单元可以从管理平台获得WSN节点所被分配的网关的信息，进而通过该网关建立与WSN终端的通信。

在WSN的多个网关中，可以采用主从工作模式或者对等工作模式。

在主从工作模式下，WSN配置的多个网关中，其中一个网关为主网关，其余的网关为从网关。主网关用于指定WSN终端接入电信网络时所使用的网关，WSN终端通过主网关所指定的网关接入到电信网络。需要指出的是，该指定的网关可以为主网关自身，也可以为其中的一个从网关。从网关为主网关所指定的WSN终端提供电信网络接入。

主网关负责WSN的创建，从网关作为WSN中的路由节点加入到WSN。从网关加入到WSN时，需要在管理平台进行注册，管理平台记录该从网关的相关信息，至少包括从网关的标识、从网关在电信网络中的地址等信息，并由管理平台通知WSN中的主网关有新的从网关加入到该WSN。从网关加入到该WSN后，主网关记录该从网关的信息，从网关的信息可以包括：从网关在WSN中的地址、从网关在电信网络中的地址、从网关能够提供的电信网络接入能力等等。如果从网关在该WSN中的地址和在电信网络中的地址采用同一个地址，那么主网关只需要记录该地址。主网关和从网关之间的通信可以通过WSN，也可以通过电信网络。

WSN终端加入WSN时，主网关根据网关分配的相关规则为该WSN终端分配接入电信网所使用的网关，该分配的网关可以为主网关，也可以为从网关。主网关可以根据网络的拓扑、网关间的负载均衡、WSN节点到网关的路由的长度等方面确定WSN节点接入电信网所使用的网关。进行网关的分配时，主网关将分配的网关的信息(如网关在WSN中的地址)提供给该WSN终端，WSN终端保存所分配的网关的信息，并创建到该网关的路由信息；主网关将该WSN终端的信息(包括WSN终端的标识、WSN终端在WSN中的地址)提供给所分配的网关，所分配的网关记录该WSN终端的信息。

主网关保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系，并将该对应关系的信息发送给管理平台，管理平台保存该对应关系的信息。该对应关系可以采用对应表的形式实现，该对应关系中记录WSN终端的标识以及其所被分配的网关的标识。通过该对应关系可以查询到某个WSN终端接入电信网络所使用的网关，以及WSN中的某个网关为WSN中的哪些WSN终端提供电信网络接入。

另外，WSN终端加入WSN后，主网关可以变更WSN终端接入电信网络所使用的网关。由主网关新指定的网关为该WSN终端提供电信网络接入，原先的网关不再为该WSN终端提供电信网络接入。

WSN终端离开WSN时，主网关和该WSN终端接入电信网络所使用的网关可以清除各自保存的该WSN终端的信息，主网关和该WSN终端对应的网关在WSN终端离开WSN后，不再为该WSN终端提供电信网络接入。

在对等工作模式下，由管理平台为WSN中的WSN终端分配接入电信网所使用的网关。WSN配置的多个网关中，可以由一个网关创建WSN，其余的网关作为WSN中的路由节点加入到WSN。管理平台保存WSN中的网关的信息，包括网关的标识、网关在电信网络中的地址、以及网关在WSN中的地址、网关的电信网络接入能力等。

WSN终端加入WSN前，可以由管理平台通过客户端或者其他方式在WSN终端中写入加入WSN所需要的网络配置参数，该网络配置参数可以由管理平台从WSN终端申请加入的WSN中的负责创建WSN的网关处获得。WSN终端加入WSN时，向创建WSN的网关提出加入WSN的请求，该请求中包括WSN终端的标识等信息，创建WSN的网关可以将WSN终端的信息发送给管理平台。管理平台收到创建WSN的网关发送的WSN终端的信息后，根据网关分配的相关规则为该WSN终端分配一个网关。管理平台可以将分配的网关的信息发送给创建WSN的网关，由创建WSN的网关将分配的网关信息(如网关在WSN中的地址)发送给该WSN终端；WSN终端保存所分配的网关的信息，并创建到该网关的路由信息。管理平台将该WSN终端的信息(包括WSN终端的标识、WSN终端在WSN中的地址)通过电信网络的通信连接发送给该分配的网关，所述分配的网关记录该WSN终端的信息；另外，管理平台也可以指示创建WSN的网关将该WSN终端的信息(包括WSN终端的标识、WSN终端在WSN中的地址)通过WSN中的通信连接发送给该分配的网关。

在对等工作模式下，管理平台保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系，该对应关系可以采用对应表的形式实现，该对应关系中记录WSN终端的标识以及其被分配的网关的标识。管理平台通过该对应关系可以查询到某个WSN终端接入电信网络所使用的网关，以及WSN中的某个网关为WSN中的哪些WSN终端提供电信网络接入。

通过上述的两种方式为WSN中的WSN终端分配接入电信网所使用的网关后，管理平台保存有WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系。如果电信网络中的网络单元(如业务平台)准备建立和WSN中的WSN终端的通信，电信网络中的网络单元可以从管理平台获得该WSN终端接入电信网所使用的网关的信息(如网关的地址、标识)，然后通过该网关建立与该WSN终端的通信。

基于上述思想，本发明还提供了一种WSN和电信网络相结合的网络架构，其中，WSN由WSN终端和网关(多个)组成，WSN终端通过各自被分配的网关连接到电信网络，与电信网络中的管理平台和其他网络单元(如业务平台)等建立通信。管理平台，用于保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系。WSN中的WSN终端，用于通过分配的网关接入电信网络。网络单元，用于从管理平台获取WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与WSN终端之间的通信；具体包括：网络单元向管理平台发送获取WSN终端被分配的网关的请求，其中至少包含WSN终端的标识；管理平台确定WSN终端被分配的网关的信息并提供给网络单元；网络单元根据获得的网关的信息与网关建立通信连接，并将WSN终端的标识提供给被分配的网关，通过被分配的网关建立与WSN终端的通信。

进一步的，WSN中的多个网关可以采用主从工作模式，主网关在多个网关中进行网关的调度和分配，为WSN终端分配接入电信网络时所用的网关；所分配的网关为主网关自身、或任意一个从网关；从网关根据主网关的调度为WSN终端提供电信网络接入。

进一步的，WSN中的多个网关也可以采用对等工作模式，那么管理平台为WSN中的WSN终端分配接入电信网络时所用的网关。

综上所述，通过本发明提供的方法及***，可以在一个WSN中配置多个网关，由多个网关为WSN中的WSN终端提供电信网络接入，从而提高了WSN的电信网络接入能力，可以有效的解决WSN终端接入电信网络时存在的无线传感器网络拥塞的问题。另外，管理平台保存WSN终端与其被分配的网关的对应关系，电信网络中的网络单元可以通过被分配的网关建立和WSN终端的通信，这样在电信网络中的网络单元建立和无线传感器网络中的WSN终端的通信时也能通过无线传感器网络中的多个网关，使电信网络中的网络单元能够及时的和WSN终端建立通信。

下面再结合具体的实施例对上述WSN的接入方法及***进一步详细阐述。

***实施例：

WSN是由一组无线传感器节点设备，比如WSN终端以自组织方式组成的无线网络；WSN终端间以近距离无线通信技术进行通信。WSN通常部署在几米至几百米的区域范围内，其中，WSN终端通常是由电池供电，具有较低的功耗和成本。近距离通信技术一般采用Zigbee和IEEE 802.15.4技术。

WSN与电信网络结合，是指将WSN与电信网络相连接，利用电信网络对WSN及其提供的业务进行监控、管理及完成业务的承载与合作实施，并通过电信网络扩展WSN所提供的业务。电信网络包括移动通信网络、xDSL、FTTx、卫星通信等多种通信网络。

本实施例中，WSN同电信网络相结合时，WSN中的多个WSN终端通过多个网关接入电信网络的***架构图如图1所示，图1中的以交叉线填充的阴影部分表示多个WSN终端，点填充的阴影部分表示多个WSN终端所在的区域。以下对图1的***架构具体阐述。

图1中，WSN由多个WSN终端和多个网关组成，多个WSN终端和多个网关可以按照WSN的相关技术标准组建无线传感器网络，可用于组建WSN的近距离通信技术包括Zigbee技术、IEEE 802.15.4标准等。WSN通过多个网关连接到电信网络，和电信网络中WSN的管理平台等建立通信。其中，多个网关之间可以采用主从网关的工作模式和对等工作模式。

为了实现WSN和电信网络的连接，WSN通过多个网关接入电信网络，并经由电信网络与接入网、核心网、业务平台、WSN的管理平台相连。WSN终端通过多个网关连接至电信网络。WSN终端为构成WSN的传感器节点，通过一跳或多跳与网关连接。WSN终端负责采集并上传数据，以及接收并执行命令。组成WSN的WSN终端少则几个多则几百个，WSN终端间可根据需要以星形、树形或网状(mesh)方式组网，其中某些WSN终端或具有较强的组网和数据转发能力。

网关负责连接WSN和电信网络，主要完成协议转换、地址映射和数据转发等功能，也可以集成安全和计费等功能。网关支持的功能可以包括：支持传感器网络内部数据协同和汇聚；支持以2G移动通信、3G移动通信、xDSL、FTTx、宽带无线接入、卫星/微波等远距离通信接入方式的一种或多种，将汇聚的数据传输到通信对端；支持业务平台和远程管理服务器对网关的设备认证和用户认证；支持业务平台和远程管理服务器对网关的参数和软件配置；支持用户认证和业务安全、设备管理安全机制。

业务平台是电信网络中运行和管理与WSN相结合的业务的功能实体，负责整合各个服务提供商提供的业务，并将其提供给终端用户，同时对终端用户使用业务的情况进行管理。业务平台会根据不同业务的需要，协同电信网络中其他功能实体完成整个业务流程，例如认证、授权及计费(AAA，AuthenticationAuthorization and Accounting)服务器。业务平台还可以与远程服务器连接，直接对业务进行更新。

WSN的管理平台是对WSN实施管理功能的实体，管理平台可以由管理服务器组成，管理服务器通过电信网络对WSN实施管理功能。

方法实施例：

本发明的方法实施例一描述WSN配置多网关的过程，具体为：

多个网关中首先由一个网关创建WSN，该网关创建WSN后，将WSN的信息(如：WSN的网络标识等)发送给管理平台，管理平台保存该WSN以及该网关的信息。

其他的网关可以作为WSN中的路由节点加入到该WSN，具体流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤201，其他网关(即除了创建WSN的网关之外的其他网关，也称新网关)通过电信网络提供的通信连接在管理平台进行注册。

这里，所述新网关在申请加入的WSN区域安装后，可以通过电信网络同管理平台建立通信连接，向管理平台发送注册请求。管理平台可以通过所述新网关的身份标识进行身份认证，确定所新网关身份的真实性。在管理平台中预先保存有所新网关的信息，该信息包括所新网关的网络接入能力参数、安装的位置等。

步骤202、管理平台通知WSN中负责WSN创建的网关，有新网关申请加入到该WSN。

这里，管理平台根据新网关准备安装的位置确定新网关准备加入的WSN，然后通知创建该WSN的网关有新网关申请加入到该WSN。管理平台可以同时将该新网关的信息发送给创建该WSN的网关，该新网关的信息可以包括：新网关在电信网络中的地址、网络接入能力参数等。

步骤203，创建WSN的网关将加入到该WSN所需要的网络配置参数发送给注册的新网关。

这里，创建WSN的网关将该新网关加入到该WSN需要的网络配置参数发送给管理平台，然后由管理平台将该网络配置参数、以及创建WSN的网关在电信网络中的地址发送给该新网关。这里的网络配置参数包括创建WSN的网关在WSN中的地址、初始主密钥等。

步骤204，新网关使用获得的网络配置参数加入到WSN。

这里，新网关获得WSN的网络配置参数后，在该WSN的覆盖区域内进行信道扫描，然后向创建该WSN的网关发送关联请求(Association Request)帧，请求加入到该WSN。所述新网关和创建该WSN的网关根据初始主密钥进行协商，确定网络密钥、链接密钥和地址等。新网关记录自身在该WSN中的地址和相关路由信息，创建该WSN的网关记录所述新网关在该WSN中的地址和所述新网关的信息。

网关加入WSN后，网关之间可以通过该WSN进行通信和交换相关数据等。网关在电信网络中的地址可以采用IP地址，由于网关之间保存有对方的在电信网络中的IP地址，双方也可以通过电信网络进行通信。

通过上述实施例一，WSN中可以配置多个网关。

在Zigbee网络中，为了使WSN终端可以加入WSN，WSN终端需要先从WSN的管理平台获得加入WSN所需的网络配置参数，网络配置参数包括：要加入的WSN的初始主密钥和创建WSN的网关的地址。WSN终端加入WSN时，创建WSN的网关验证WSN终端的初始主密钥的真实性，从而验证该WSN终端的身份。如果该WSN终端的初始主密钥是正确的，则允许该WSN终端加入WSN，WSN终端和创建WSN的网关之间可以基于初始主密钥进行协商，确定加入该WSN所需要的链接密钥、网络密钥和地址等，从而实现WSN终端成功的加入该WSN。不具备网络配置参数的WSN终端申请加入WSN时，因不能提供初始主密钥或者初始主密钥不是正确的密钥，创建WSN的网关则会拒绝该WSN终端加入该WSN。

这里，WSN终端生产商在生产WSN终端时，并没有在WSN终端中写入WSN的网络配置参数，可以在WSN终端在投入使用前由管理平台通过客户端或者其他方式在WSN终端中写入其要加入的WSN的网络配置参数。管理平台可以从创建WSN的网关获得加入该WSN所需要的网络配置参数。

需要指出的是，WSN的管理平台可以通过两种方式获得WSN的网络配置参数。第一种方式为：管理平台向创建WSN的网关发送获取WSN网络配置参数请求，创建WSN的网关提供WSN终端加入该WSN所需要的网络配置参数。第二种方式为：WSN创建后，创建WSN的网关将加入该WSN所需要的网络配置参数，提供给WSN的管理平台，并在WSN的管理平台进行保存。

本发明的方法实施例二描述采用Zigbee技术组建的WSN中，WSN终端加入WSN，以及采用主、从网关的工作模式时，为该WSN终端分配网关的过程。在该过程中，主网关即为创建WSN的网关。如图3所示，具体过程包括以下步骤：

步骤301，在WSN终端中写入WSN终端申请加入的WSN的网络配置参数。

步骤302、WSN终端使用WSN的网络配置参数申请加入到WSN，主网关对WSN终端进行验证，如果验证通过，则执行步骤303；如果验证失败，则执行步骤304。

在本步骤中，WSN终端被放置在准备加入的WSN所覆盖的区域。WSN终端开机启动后，WSN终端可以先在设定的信道上进行网络扫描，确定要加入的WSN。网络扫描可以通过在信道上发送信标请求(Beacon Request)帧，在该信道上的WSN中的设备收到Beacon Request后，如果允许有新的WSN终端加入该WSN，将会回应Beacon帧，该Beacon帧包含了发送该帧的WSN终端的地址信息，以及是否允许其他WSN终端以其子节点的方式加入。WSN终端将收到的Beacon帧的信息保存在自身的关联表(neighbor table)中。

这里，WSN终端在关联表中选择合适的父节点，并向父节点发送关联请求(Association Request)帧请求加入WSN。处于WSN的父节点的WSN终端收到加入WSN的请求后，通知WSN的主网关有新的WSN终端请求加入WSN。

WSN的主网关对WSN终端进行验证，验证方法可以按照Zigbee规范中节点设备加入到网络的方法，主网关判断WSN终端中的初始主密钥的真实性。如果WSN终端验证通过，则执行步骤303的操作；如果WSN终端验证失败，则进行步骤304的操作。

步骤303，WSN终端验证通过后，与主网关进行通信协商确定链接密钥和网络密钥，主网关在节点管理表中添加该WSN终端的信息，WSN终端的父节点设备在自身的相邻表中保存该WSN终端的信息，WSN终端在自身的相邻表中保存父节点和主网关的信息。至此，WSN终端成功加入WSN。

步骤304，WSN终端认证不通过，主网关拒绝该WSN终端加入WSN。

步骤305，主网关为该WSN终端指定接入电信网络所使用的网关。

这里，主网关根据网关分配的相关原则确定该WSN终端接入电信网络所使用的网关。主网关可以将该WSN终端的信息和通信连接配置信息发送给所分配的网关，主网关将所分配的网关的信息和所述通信连接配置信息发送给该WSN终端。

所述通信连接配置信息是该指定的网关和该WSN终端之间建立通信连接所需要的链接密钥，该指定的网关和该WSN终端之间通过该链接密钥建立安全的通信连接。

步骤306，WSN的主网关通知WSN的管理平台该WSN终端已经加入到WSN，并将WSN终端与其被分配的网关的对应关系发送给管理平台。

在本步骤中，管理平台保存该WSN终端的相关信息，包括WSN终端的标识、WSN终端与其所属的WSN的对应关系、WSN终端与其被分配的网关的对应关系；管理平台还将WSN终端的相关信息发送给业务平台，业务平台配置WSN终端的相关数据，启用WSN终端所支持的业务。

可见，通过上述过程，WSN终端中写入网络配置参数并加入指定的WSN，并且WSN的主网关指定了该WSN终端接入电信网络所使用的网关，使该WSN终端能够通过网关向业务平台上报数据。

需要说明的是，为了记录WSN中的WSN终端接入电信网络所使用的网关等信息，主网关保存有WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系。

WSN终端加入到WSN后，可能存在需要变更WSN终端接入电信网络所使用的网关的情况，例如：主网关可以为一个WSN终端选择另外一个距离该WSN终端更近的从网关，从而减少该WSN终端和从网关间的路由路径，达到减少WSN内的通信复杂度和节能的效果。此时，可以由主网关指定为WSN终端提供电信网络接入的新网关，主网关可以将该WSN终端的信息和通信连接配置信息发送给新指定的网关，并将网关变更消息通知原来为该WSN终端提供电信网络接入的网关。新指定的网关在该网关中添加该WSN终端的配置信息，原来的网关删除该网关中保存的该WSN终端的电信网络接入配置信息。新指定的网关为该WSN终端提供电信网络接入，原来的网关不再为该WSN终端提供电信网络接入。

加入WSN的终端在离开WSN时，主网关和该WSN终端接入电信网络所使用的网关，可以清除各自保存的该WSN终端的电信网络接入配置信息，主网关和该WSN终端对应的网关，在WSN终端离开WSN后不再为该WSN终端提供电信网络接入。

本发明的方法实施例三描述采用Zigbee技术组建的WSN中，WSN终端加入WSN，以及WSN的多网关之间采用对等工作模式时，为该WSN终端分配网关的过程。在该过程中，管理平台为WSN终端分配接入电信网络所使用的网关。如图4所示，具体过程包括以下步骤：

步骤401，在WSN终端中写入WSN终端申请加入的WSN的网络配置参数。

步骤402，WSN终端使用WSN的网络配置参数申请加入到WSN，创建WSN的网关对WSN终端进行验证，如果验证通过，则执行步骤403；如果验证失败，则执行步骤404。

在本步骤中，WSN终端被放置在准备加入的WSN所覆盖的区域。WSN终端开机启动后，WSN终端可以先在设定的信道上进行网络扫描，确定要加入的WSN。网络扫描可以通过在信道上发送信标请求(Beacon Request)帧，在该信道上的WSN中的设备收到Beacon Request后，如果允许有新的WSN终端加入该WSN，将会回应Beacon帧，该Beacon帧包含了发送该帧的WSN终端的地址信息，以及是否允许其他WSN终端以其子节点的方式加入。WSN终端将收到的Beacon帧的信息保存在自身的关联表中。

这里，WSN终端在关联表中选择合适的父节点，并向父节点发送Association Request帧请求加入WSN。处于WSN的父节点的WSN终端收到加入WSN的请求后，通知创建WSN的网关有新的WSN终端请求加入WSN。

创建WSN的网关对WSN终端进行验证，验证方法可以按照Zigbee规范中节点设备加入到网络的方法，创建WSN的网关判断WSN终端中的初始主密钥的真实性。如果WSN终端验证通过，则执行步骤403的操作；如果WSN终端验证失败，则进行步骤404的操作。

步骤403，WSN终端验证通过后，与创建WSN的网关进行通信协商确定链接密钥和网络密钥，创建WSN的网关在节点管理表中添加该WSN终端的信息，WSN终端的父节点设备在自身的相邻表中保存该WSN终端的信息，WSN终端在自身的相邻表中保存父节点和创建WSN的网关的信息。至此，WSN终端成功加入WSN。

步骤404，WSN终端认证不通过，创建WSN的网关拒绝该WSN终端加入WSN。

步骤405，WSN终端加入WSN后，创建WSN的网关将该WSN终端的信息发送给管理平台。

步骤406，管理平台为该WSN终端指定接入电信网络所使用的网关。

在该步骤中，管理平台保存该WSN终端的信息，根据网关分配的相关原则确定该WSN终端接入电信网络所使用的网关。管理平台可以将分配的网关的信息发送给创建WSN的网关，由该网关将分配的网关信息(如网关在WSN中的地址)发送给该WSN终端；WSN终端保存所分配的网关的信息，并创建到该网关的路由信息。管理平台将该WSN终端的信息(WSN终端的标识、WSN终端在WSN中的地址)通过电信网络的通信连接发送给所分配的网关，所述分配的网关记录该WSN终端的信息。

管理平台保存该WSN终端与其被分配的网关的对应关系。

步骤407，创建WSN的网关通知WSN的管理平台该WSN终端已经加入到该WSN。

步骤408，管理平台将WSN终端的信息发送给业务平台，业务平台配置WSN终端的相关数据，启用WSN终端所支持的业务。

通过实施例二和实施例三的描述，WSN终端加入WSN后，管理平台保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系；电信网络中的网络单元可以从管理平台获得WSN终端接入电信网络所使用的网关的信息。

本发明的方法实施例四描述电信网络中的业务平台与WSN中的WSN终端建立通信的过程，如图5所示，包括以下步骤：

步骤501，业务平台向管理平台发送获取WSN终端被分配的网关的请求。

业务平台向管理平台发送的请求信息中至少包含WSN终端的标识。

步骤502，管理平台确定该WSN终端被分配的网关的信息并提供给业务平台。

管理平台根据WSN终端的标识在WSN终端与其被分配的网关的对应关系中进行查找，获得该WSN终端被分配的网关的标识，然后根据网关的标识在管理平台保存的网关的信息中进行查询，获得到该网关在电信网络中的地址等信息。管理平台将查询获得的网关的信息发送给业务平台。

步骤503，业务平台根据获得的网关的信息与该网关建立通信连接。

在该步骤中，业务平台根据网关在电信网络中的地址与对应的网关建立通信。

步骤504，业务平台将WSN终端的标识提供给网关，通过网关建立和WSN终端的通信。

在该步骤中，业务平台将准备建立通信的WSN终端的标识提供给网关，网关在其保存的WSN终端的信息中进行查询，得到该WSN终端的地址，并与该WSN终端建立通信；WSN终端和业务终端通过该网关建立通信，网关转发WSN终端与业务平台之间通信的数据。

通过上述的过程，业务平台能够主动发起并建立与WSN终端的通信，电信网络中的其他网络单元(除了业务平台、管理平台)也可以采用上述的过程建立和WSN终端的通信。

管理平台主动建立与WSN终端的通信时，管理平台可以通过WSN终端的标识在自身保存的WSN终端与其被分配的网关的对应关系中进行查询，获得到对应的网关的信息；然后与该网关建立通信，并将WSN终端的标识提供给该网关；该网关寻找到对应的WSN终端并与WSN终端建立通信；管理平台和WSN终端通过该网关进行通信。

下面再对以上涉及到的通过Zigbee技术组建WSN和对WSN进行管理的相关内容，说明如下：

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低成本、低功耗的无线网络技术。其采用直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)技术，工作频率为868MHz、915MHz或2.4GHz。ZigBee网络中有3种类型的节点：ZigBee协调点、ZigBee路由节点和ZigBee终端节点。

其中，ZigBee协调点在IEEE 802.15.4中也称为个域网(PAN，Personal AreaNetwork)协调点(ZC，ZigBee Coordinator)，在WSN中可以作为汇聚节点。ZigBee协调点必须是全功能设备(FFD，Full-Function Device)，一个ZigBee网络只有一个ZigBee协调点，它往往比网络中其他节点的功能更强大，是整个网络的主控节点。它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。

ZigBee路由节点(ZR，ZigBee Router)也必须是全功能设备。ZigBee路由节点可以参与路由发现、消息转发，通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等。此外，ZigBee路由节点还可以在它的个人操作空间(POS，Personal OperatingSpace)中充当普通协调点，IEEE 802.15.4称为协调点。普通协调点与ZigBee协调点不同，它仍然受ZigBee协调点的控制。

ZigBee终端节点(ZE，ZigBee EndDevice)可以是全功能设备或者精简功能设备(RFD，Reduced-Function Device)，它通过ZigBee协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络，但不允许其他任何节点通过它加入网络，ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行。

本发明中，主网关(或负责WSN创建的网关)作为Zigbee网络中的Zigbee协调点，负责WSN的组建。WSN终端可以作为Zigbee路由节点、或者Zigbee终端节点加入WSN；从网关(或除创建WSN的网关之外的其他网关)作为Zigbee路由节点加入WSN。网关和WSN终端需要支持Zigbee通信技术。

另外，为了实现Zigbee网络的安全，需要对WSN中的通信进行加密，Zigbee网络中的加密运算，采用先进加密标准算法(AES，Advanced EncryptionStandard)，采用的对称密钥长度为128位。Zigbee网络中使用的密钥主要包括：主密钥(Master Key)、链接密钥(Link Key)和网络密钥(Network Key)。其中，主密钥是执行对称密钥建立协议过程中使用的一个共享密钥，是两个设备之间长期安全的基础，并可用于生成链接密钥；链接密钥在一个PAN网中，是两个设备之间共享的密钥，用于两个设备之间的安全通信；网络密钥为一个PAN网络中共享的密钥，用于广播通信的安全。

为实现Zigbee网络的安全和密钥的管理等，Zigbee网络中存在信任中心。信任中心是在网络中分配安全钥匙的一种信任设备，它允许设备加入网络，并分配密钥，因而确保设备之间端到端的安全性。在采用安全机制的网络中，网络协调者可成为信任中心。信任中心提供以下三种功能：

(1)信任管理：任务是负责对加入网络的设备验证。

(2)网络管理：任务是负责获取和分配网络钥匙给设备。

(3)配置管理：任务是对其管理的设备绑定应用程序，在两个设备之间实现端到端的安全传输。

为了实现信任管理，设备需要从信任中心接收初始主密钥。为了实现网络管理的目的，设备应接收初始的网络密钥，并且只能从信任中心获得网络密钥的更新。为了实现网络配置，设备需要从信任中心接收主密钥或链路密钥，以建立两个设备间的端对端安全链路。

除了初始的主密钥，附加的链路密钥、主密钥、网络密钥只能够采用安全的方式从信任中心获得。信任中心应当根据某一策略周期性地更新网络密钥，并将新的网络密钥传送给每个设备。

本发明中，由主网关作为信任中心进行网络的安全管理。网关和电信网中的管理平台和其他网络单元之间可以通过网关的身份标识实现对网关的身份认证和安全通信。

本发明中，通过WSN的网络标识识别某个WSN。网关创建WSN后，可以由网关或者由管理平台确定该WSN的网络标识，管理平台中记录WSN的包括网络标识和网络位置的相关信息。由此，管理平台可以根据一个给定的位置判断该位置是否存在由该管理平台管理的WSN，如果存在WSN可以获得在该位置的WSN的标识，从而确定在该位置的WSN。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种无线传感器网络(WSN)的接入***，其特征在于，该***包括：WSN和电信网络，其中，所述WSN中配置多个网关，所述电信网络中包括WSN的管理平台和网络单元，

所述管理平台，用于保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系；

所述WSN中的WSN终端，用于通过分配的网关接入所述电信网络；

所述网络单元，用于从管理平台获取所述WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与所述WSN终端之间的通信。

2.根据权利要求1所述无线传感器网络的接入***，其特征在于，所述WSN中的多个网关采用主从工作模式，

主网关，用于在所述多个网关中进行网关的调度和分配，为所述WSN终端分配接入电信网络时所用的网关；所分配的网关为主网关自身、或任意一个从网关；

所述从网关，用于根据所述主网关的调度为所述WSN终端提供电信网络接入。

3.根据权利要求2所述无线传感器网络的接入***，其特征在于，所述主网关进一步用于，在所述WSN终端申请加入WSN时，为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关，将所述WSN终端的信息、通信连接配置信息发送给所分配的网关，并将所分配网关的信息、通信连接配置信息发送给所述WSN终端；还用于将所述WSN终端与其被分配的网关的对应关系发送给所述管理平台进行保存。

4.根据权利要求2或3所述无线传感器网络的接入***，其特征在于，所述管理平台进一步用于，在接收到所述从网关的注册请求时，记录所述从网关的相关信息，并通知所述主网关有新的从网关加入WSN；其中，所述从网关的相关信息至少包括：所述从网关的标识和从网关在电信网络中的地址；

相应的，所述主网关进一步用于，将加入到所述WSN所需要的网络配置参数发送给所述从网关；

所述从网关进一步用于，使用获得的网络配置参数加入到所述WSN。

5.根据权利要求1所述无线传感器网络的接入***，其特征在于，所述WSN中的多个网关采用对等工作模式，

所述管理平台进一步用于，为所述WSN中的WSN终端分配接入电信网络时所用的网关。

6.根据权利要求1、2、3或5所述无线传感器网络的接入***，其特征在于，所述网络单元进一步用于，向所述管理平台发送获取WSN终端被分配的网关的请求，其中至少包含所述WSN终端的标识；

相应的，所述管理平台进一步用于，确定所述WSN终端被分配的网关的信息并提供给所述网络单元；

所述网络单元进一步用于，根据获得的网关的信息与所述网关建立通信连接，并将所述WSN终端的标识提供给被分配的网关，通过被分配的网关建立与所述WSN终端的通信。

7.一种无线传感器网络的接入方法，应用于WSN和电信网络相结合的网络架构，其特征在于，该方法包括：

在所述WSN中配置多个网关，所述电信网络中的管理平台保存WSN中的WSN终端与其被分配的网关的对应关系；

所述WSN中的WSN终端通过分配的网关接入所述电信网络，所述网络单元从管理平台获取所述WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与所述WSN终端之间的通信。

8.根据权利要求7所述无线传感器网络的接入方法，其特征在于，所述WSN中的多个网关采用主从工作模式，该方法进一步包括：

主网关在所述多个网关中进行网关的调度和分配，为所述WSN终端分配接入电信网络时所用的网关；所分配的网关为主网关自身、或任意一个从网关；

从网关根据所述主网关的调度为所述WSN终端提供电信网络接入。

9.根据权利要求8所述无线传感器网络的接入方法，其特征在于，该方法进一步包括：所述主网关在所述WSN终端申请加入WSN时，为所述WSN终端分配接入所述电信网络时所使用的网关，将所述WSN终端的信息、通信连接配置信息发送给所分配的网关，并将所分配网关的信息、通信连接配置信息发送给所述WSN终端；还将所述WSN终端与其被分配的网关的对应关系发送给所述管理平台进行保存。

10.根据权利要求8或9所述无线传感器网络的接入方法，其特征在于，该方法进一步包括：

所述管理平台在接收到所述从网关的注册请求时，记录所述从网关的相关信息，并通知所述主网关有新的从网关加入WSN；其中，所述从网关的相关信息至少包括：所述从网关的标识和从网关在电信网络中的地址；

所述主网关将加入到所述WSN所需要的网络配置参数发送给所述从网关；

所述从网关使用获得的网络配置参数加入到所述WSN。

11.根据权利要求7所述无线传感器网络的接入方法，其特征在于，所述WSN中的多个网关采用对等工作模式，该方法进一步包括：

所述管理平台为所述WSN中的WSN终端分配接入电信网络时所用的网关。

12.根据权利要求7、8、9或11所述无线传感器网络的接入方法，其特征在于，所述网络单元从管理平台获取WSN终端被分配的网关的信息，并通过获取的网关信息建立与WSN终端之间的通信，具体为：

所述网络单元向所述管理平台发送获取WSN终端被分配的网关的请求，其中至少包含所述WSN终端的标识；

所述管理平台确定所述WSN终端被分配的网关的信息并提供给所述网络单元；

所述网络单元根据获得的网关的信息与所述网关建立通信连接，并将所述WSN终端的标识提供给被分配的网关，通过被分配的网关建立与所述WSN终端的通信。

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