一种支持自治计算的传感网关模型与实现方法技术

物联网的发展需要标准和规范的研究，无线传感网络在物联网络中一般作为末级感知网络而构建。本发明专利技术选择传感网关这个有特殊位置的网络节点，进行模型化研究。从计算、通道控制、对外和对内功能视图，必要和完整地刻画传感网络的抽象特征，从实际功能需求和标准化需要的角度出发，适度在传感子网支持自治特征，得到一个便于标准化的模型和实现方法。本发明专利技术涉及一种传感网关模型与方法，应用于底层无线传感网络的架构、软件平台和服务的标准化设计。其目的在于研究无线传感网络如何接入到物联网络的模型和方法，用于为应用及中间件的接口规范和标准化提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感网关模型与方法，应用于底层无线传感网络的架构、软件平台和服务的标准化设计，属于计算机

技术介绍
在互联网、物联网络、大数据的发展和普及进程中，无线传感网络有其重要的作用。三层传感网体系架构已经为国家标准、国际标准化工作组所采纳，是无线传感器网络规模化、产业化的必由之路。物联网络的组成成分，可以包括各种各样的子网络类型。从层次上看，通常可以分为三层：高层接入网络，指蜂窝网、互联网等公众通信服务网络；中层无线传感网，指由传感网网关节点组成的网络；底层微传感网，是由微传感节点通过特定协议和结构组成的传感子网，无线传感子网的基本网络结构是由一组微传感节点组网，并通过传感网关与接入网络连接。物联网的发展，从更大的范围和更远的目标来说，是以信息物理系统（Cyberphysicalsystem,简称CPS）为其终点。它是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统，是计算进程和物理进程的统一体。通过人机交互接口实现和物理感知世界的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。把通信放在与计算和控制同等地位上，让整个世界互联起来，如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动，催生出众多具有计算、通信、控制、协同和自治性能的设备。CPS最大的特点就在于它是由很多具有通信、计算和决策控制功能的设备组成的智能网络，这些设备可以通过相互作用使得整个系统处于最佳状态。CPS可以看成是物联网发展的终点，但就目前阶段而言，建立物联体系的标准化，是关键的步骤。本专利技术的内容则是其中的一个工作。
技术实现思路
物联网的发展需要标准和规范的研究，无线传感网络在物联网络中一般作为末级感知网络而构建。本专利技术的目的，在于为这样的无线传感网络提供一种模型，研究无线传感网络如何接入到接入网络的模型和方法，用于为应用及中间件的接口规范和标准化提供技术支持。物联网络的组成成分可以包括各种各样的网络类型。通常物联网络从网络组成角度可以分为：高层接入网络、中层无线传感网、底层微传感网（主要指无线传感网络），无线传感网的基本网络结构是由一组微传感节点组网，并通过感知网关与接入网络连接。高层接入网络指蜂窝网、互联网等公众通信服务网络。部署在高层接入网络上的服务器提供用户直接交流的业务服务视图，根据业务的需求，提供应用业务层面功能。在感知网络（包括中层传感网和底层微传感网），通常以数据为中心，提供关于传感网抽象的视图，在特定情况下，如传感节点的维护、管理等，才有必要提供关于传感网内部细节。中层无线传感网，由传感网网关节点及某些工具型节点组成的网络。无线传感网网关节点提供了底层微传感网、中层传感网到业务系统的关键环节和通路，通常可以在此类节点上部署中间层的管理和业务功能。对于小型的网络，也可以把用户业务功能缩小到网关节点上，或配置与网关节点的直通的连接，提供业务分解/综合视图。由传感器节点组成的各种无线传感网，组成前端测量、控制的各类节点，它们连通到网关节点，并且通过网关节点连通到领域业务平台。通常传感器节点与网关节点组成多对一或多对多的关系。底层微传感网，是由微传感器节点通过特定协议和结构组成的传感子网。微传感器节点软件与网关节点通信，以到达业务平台的通路。在此层次通常只提供抽象的数据为中心的视图，只在特定的需求下才提供局部管理、监控维护的节点视图。传感器节点软件平台的关键之处在于如何提供数据为中心的抽象视图。底层微传感器节点自动组成监测网络，多节点协同监测周围物理环境中发生的现象，并协同决策，上报结果或原始数据。基于三层传感网体系架构，需要充分考虑传感网应用多样性、异构性，大规模产业化发展的趋势和需求。可以看出，传感网关节点承担底层微传感网协调控制的角色，也可以连接辅助的管理机器。传感网关节点是一类边界节点，对于物联网架构的标准化，及向CPS网络的演化有特殊的意义，对其建模有着重要意义。传感网关的模型化研究是建立具体的物联网络标准的关键，是基于物联的互联互通和建立各种基于物联的应用模型和系统的基础。本专利技术基于这样一个常规的假设，传感网关节点是一类可以承担特定功能的边界节点。在这类节点上，微传感网络的自治性，可以在通信通道的控制和局部计算两方面进行合理的模型设计。所以对传感网关节点，进行如下建模。1.传感网关节点，是传感子网中一类边界节点，同时也是本地传感子网的管理实体，以提供本地传感网合适的功能抽象传感网关节点是本地传感子网中一类位置特殊节点，是该传感子网跟外部网络的通路关节点。由于本地传感子网内大部分的感知节点相对计算资源通常设计成受限的，传感网关节点就被设计成资源相对丰富的，有利于完成传感网功能的标准化。代理和穿透，分别代表本地传感子网中不同类型的传感节点对于与外部系统进行通信的不同需求。网关节点基本管理功能,主要包括消息处理、数据处理及存储、通信控制、状态管理等。2.传感子网对外要提供的功能视图传感网关节点可以看作传感子网“代言者”，而代理只是通信通道的“代言者”。对外要提供功能视图的目的，是传感子网对外部的功能定义,控制本地传感子网内的传感节点的可见性。大部分的场合，本地传感子网是以一个完整功能实体为外部所识别，其中的传感节点不以物理的地址和物理对象的面目出现。功能视图包括数据视图和控制视图两类。传感网查询和操作接口，是网关节点对于对外要提供的功能视图的具体实现形态。3.传感网关节点，对内要提供的功能视图在本地传感子网内，网关节点处于“门口”位置，同时相对于普通传感节点，也有较丰富的软硬件资源。虽然不同情况下的传感子网可以有不同规模，不同结构，网关节点依然是子网内的一个资源集中点，可以赋予局部的本地传感子网集中计算和管理的能力，是微传感网计算模型的关键。传感子网内汇聚数据依数据模型，可以在网关节点上进行集中计算处理，进行缓存处理，并定义本地传感子网的功能实体的视图，以便可以对外展示。4.传感节点的点对点（PtoP）视图和代理视图传感子网需要提供两种基本的能力，一是代理，二是穿透，由此需要依靠传感网关节点建立内-外通道安全特性。大部分传感节点既不需要对于外部网络的知识，也不需要被外部直接可见。所谓不被外部直接可见，是该感知节点的物理地址和标识不在其传感网关于其服务的接口中直接提供，该感知节点获取的数据被传感网计算，从其传感网所提供服务中间件使用其价值的方式。对于代理的实现方法，本地传感网中的某个节点需要与外部进行通信，网关节点帮助建立一个临时的本地请求、外部响应的通道。对于穿透的实现方法，由ICE(InteractiveConnectivityEstablishment)服务器协调内外通信双方的参数，以建立和管理PtoP通道，内部节点和外部实体间进行双向的通信。只有一些特殊的节点，需要与外部节点建立PtoP通道，以进行点对点的数据传输。建立PtoP通道需要ICE的服务，因为有传统的ICE服务的实现方法，本专利技术不规定ICE服务的实现方法。附图说明：图1是传感网关视图结构图；图2是传感网关功能部署结构参考图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持自治的传感网关模型与方法，其特征在于，在系统架构上，传感网关是本地传感子网的一类特殊的边界节点和连接节点，负责对本地传感网络和对外部网络规范化视图；传感网关模型是对传感网关的基础功能视图的约束，以建立一个标准化的结构，实现方法提供关于模型实现的一个参考。

【技术特征摘要】
1.一种支持自治的传感网关模型与方法，其特征在于，在系统架构上，传感网关是本地传感子网的一类特殊的边界节点和连接节点，负责对本地传感网络和对外部网络规范化视图；传感网关模型是对传感网关的基础功能视图的约束，以建立一个标准化的结构，实现方法提供关于模型实现的一个参考。2.权利要求1中所述的传感网关模型，其特征在于，其连接视图包括传感节点的点对点（PtoP）视图和代理视图；大部分传感节点既不需要对于外部网络的知识，也不需要被外部直接可见；所谓不被外部直接可见，是该感知节点的物理地址和标识不在其传感网关于其服务的接口中直接提供，而是指该感知节点获取的数据被传感网计算，从其传感网所提供服务中间接使用其价值的方式；对于代理的实现方法，本地传感网中的某个节点需要与外部进行通信，网关节点帮助建立一个临时的本地请求、外部响应的通道；对于穿透的实现方法，只有一些特殊的节点，需要与外部节点建立PtoP通道，以进行点对点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾玉良，
申请(专利权)人：北京中科院软件中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11