一种感知网络控制层、感知网络架构及其构建方法技术

本发明专利技术公开了一种感知网络控制层、感知网络架构及其构建方法，设置在物理网感知层内部；物联网感知层的所有节点均通过感知网络控制层与物理网网关进行通信；所述感知网络控制层，包括：若干个控制节点；所述控制节点均是从物联网感知层的节点中筛选出来的；所述控制节点之间的链路均是从物联网感知层的链路中筛选出来的；控制节点和链路的筛选满足以下条件：每个控制节点的能量大于设定能量阈值；每个控制节点的移动速度均小于设定速度阈值；控制节点的总数量小于设定数目阈值；物联网感知层的非控制节点均通过控制节点与物理网网关进行通信；如果一个链路被加入到感知网络控制层中，则该链路是连通的且该链路的两个节点也在感知网络控制层中。

A Perception Network Control Layer, Perception Network Architecture and Its Construction Method

The invention discloses a perceptual network control layer, a perceptual network architecture and a construction method thereof, which are set inside the perceptual layer of the physical network; all nodes of the perceptual layer of the Internet of Things communicate with the physical network gateway through the perceptual network control layer; the perceptual network control layer includes: several control nodes; and the control section. Points are screened from the nodes of the perception layer of the Internet of Things; the links between the control nodes are screened from the links of the perception layer of the Internet of Things; the screening of the control nodes and links satisfies the following conditions: the energy of each control node is greater than the set energy threshold; and the moving speed of each control node is less than the set energy threshold. The speed threshold is set; the total number of control nodes is less than the set number threshold; the non-control nodes in the perception layer of the Internet of Things communicate with the physical network gateway through the control nodes; if a link is added to the perception network control layer, the link is connected and the two nodes of the link are also in the perception network control layer. Medium.

【技术实现步骤摘要】
一种感知网络控制层、感知网络架构及其构建方法
本专利技术属于物联网与云计算领域，涉及一种感知网络控制层、感知网络架构及其构建方法。
技术介绍
信息和通信技术的迅速发展促进了诸如RFID、蓝牙以及嵌入式系统等智能设备的发展。这些智能设备可以通过网络实现相互通信，进而完成自动记录、自动处理等任务，从而导致了新的服务和应用的出现。物联网(Internetofthings，IoT)的概念应运而生。目前，大量的物联网设备通过不同的方式连接到互联网中，预计到2020年，通过物联网互联的智能设备将达到500亿个。然而，由于当前的物联网设备往往根据其具体应用场景和部署情况进行配置，导致其具有典型的应用相关的特性，专用性较高。这导致了管理如此庞大的物联网变得极其困难。软件定义网络以及当前较为流行的南向接口协议OpenFlow为解决网络的可管理性提供了一种新的思路。SDN将控制平面与数据平面分开，通过保证控制平面的可编程性实现网络的灵活管理。OpenFlow利用流表的概念来处理接收到的数据报文：如果一个数据流匹配到了一个流表项，其将根据该流表项指定的“action”域进行处理；如果一个数据流无法匹配到流表中的任何一条流表项，该节点将向远程的控制器(Controller)发送报文处理请求。在SDN中，控制器是对当前网络元素的高级抽象，其拥有网络的全局视图，并基于此管理网络中的流表项以决定报文在网络中的路由方式。通过这种方式，控制器完全控制了报文的转发路径，并可以通过简单修改流表规则的方式实现新服务和管理策略的部署。由于SDN最初是为有线网络设计的，在这种网络中，有一个专用的网络用于OpenFlow的控制信道，而这种假设在物联网中是不现实的。在物联网中，物联网设备通常以无线、多跳的方式与控制器进行通信，而部分物联网节点由于能量、噪声等因素导致节点的通信质量极不稳定。因此，将SDN的概念直接应用于物联网中，将导致物联网的控制平面很不稳定，而控制平面的不稳定又会进一步导致整个网络性能的下降。当前关于将SDN概念扩展到各种无线网络的工作均不能很好地解决控制信道不稳定的问题。此外，由于物联网实现了物与物之间的连接和实时感知，如何在海量的数据中实现信息的分析和处理进而为人们提供相应的决策支持，已成为影响物联网发展的关键问题。由于云计算拥有一个包含大量资源的资源池，可以根据不同的负载实现资源的动态配置、完成资源的优化利用，可为物联网应用提供强有力的支持。因此，物联网与云计算的融合得到了业界的广泛认可和关注，目前，亚马逊、阿里、腾讯等企业均提出了通过物联网云平台构建物联网生态的计划。然而，物联网与云计算的融合引入了额外的通信开销，不利于物联网中实时业务的开展，同时，将网络控制器放在云端增加了节点与控制器通信的延迟，降低了网络性能。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种感知网络控制层、感知网络架构及其构建方法，旨在物理网网关中完成感知层网络控制平面的构建，以较低的控制开销增强物联网感知层的可控性，同时提高感知层网络的寿命、稳定性以及通信质量。作为本专利技术的第一方面，提供了一种感知网络控制层；一种感知网络控制层，设置在物理网感知层内部；物联网感知层的所有节点均通过感知网络控制层与物理网网关进行通信；所述感知网络控制层，包括：若干个控制节点；所述控制节点均是从物联网感知层的节点中筛选出来的；所述控制节点之间的链路均是从物联网感知层的链路中筛选出来的；控制节点和链路的筛选满足以下条件：每个控制节点的能量大于设定能量阈值；每个控制节点的移动速度均小于设定速度阈值；控制节点的总数量小于设定数目阈值；物联网感知层的非控制节点均通过控制节点与物理网网关进行通信；物联网感知层的非控制节点均通过一跳的链路与控制节点通信；如果一个链路被加入到感知网络控制层中，则该链路是连通的且该链路的两个节点也在感知网络控制层中；感知网络控制层的任意两个节点中没有环路。作为本专利技术的第二方面，提供了一种感知网络架构；一种感知网络架构，包括：物联网感知层，所述物联网感知层与物联网服务层进行通信，所述物理网服务层与物联网应用层进行通信；所述物联网感知层中设置感知网控制层，所述物联网服务层中设有物理网网关和物理网云平台；物理网感知层的节点通过感知网控制层与物理网网关进行通信；物理网网关与物联网云平台进行通信，物联网云平台与物理网应用层进行通信；所述感知网络控制层，包括：若干个控制节点；所述控制节点均是从物联网感知层的节点中筛选出来的；所述控制节点之间的链路均是从物联网感知层的链路中筛选出来的；控制节点和链路的筛选满足以下条件：每个控制节点的能量大于设定能量阈值；每个控制节点的移动速度均小于设定速度阈值；控制节点的总数量小于设定数目阈值；物联网感知层的非控制节点均通过控制节点与物理网网关进行通信；物联网感知层的非控制节点均通过一跳的链路与控制节点通信；如果一个链路被加入到感知网络控制层中，则该链路是连通的且该链路的两个节点也在感知网络控制层中；感知网络控制层的任意两个节点中没有环路。进一步的，所述物联网感知层，用于进行数据采集，并将采集的数据通过物理网网关上传给物联网云平台；物联网感知层节点在物理网网关的控制下进行数据传输和相互协作；进一步的，所述物联网服务层，用于为物理网感知层提供数据计算和数据存储服务，接收物联网应用层的数据调用服务请求；进一步的，所述物联网应用层，用于接收数据调用服务请求。进一步的，所述物理网网关，用于缩短物联网感知层与物理网云平台之间的通信延迟，便于实时物联网业务的开展；具有计算能力，对物联网感知层节点进行管理，为物联网感知层节点的通信提供路由服务。进一步的，物联网云平台为物联网应用层提供计算、存储、访问服务，并通过物理网网关实现对物联网感知层的控制。作为本专利技术的第三方面，提供了一种感知网络控制层的构建方法；一种感知网络控制层的构建方法，包括：网络拓扑的获取步骤：在物联网感知层的每个节点中预留一条优先级低的默认流表项；物联网感知层的节点执行拓扑发现过程；候选控制节点的筛选步骤：根据得到的物联网感知层所有节点的拓扑信息，从物联网感知层的节点中筛选出一个候选的控制节点集合；感知网络控制层的构建步骤：从候选的控制节点集合中选出部分节点完成控制层的构建。作为本专利技术的进一步改进，在拓扑发现过程中，每个节点每间隔设定时间向邻居节点发送一次拓扑发现报文；拓扑发现报文的目的节点为物理网网关；每个物联网感知层的节点将其邻居节点列表、自身能量、与邻居节点之间的信号强度信息发送到物理网网关中；每个节点如果接收到邻居节点的拓扑发现报文，则将邻居节点的拓扑发现报文以广播的形式进行转发，转发给所有的邻居节点；物理网网关对全网拓扑进行分析，分析得到物联网感知层所有节点的拓扑信息，所述拓扑信息，包括：邻居节点列表、自身能量、与邻居节点之间的信号强度信息；并在物理网网关中得到物联网感知层所有节点的拓扑信息。进一步的，在网络拓扑的获取步骤中，如果一个节点出现异常关机，则在该节点重新启动后，需要重新执行拓扑发现过程。作为本专利技术的进一步改进，从物联网感知层的节点中筛选出一个候选的控制节点集合的筛选条件为：(a)节点的能量大于设定能量阈值；(b)节点的移动速度小于设定速度阈值。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感知网络控制层，其特征是，设置在物理网感知层内部；物联网感知层的所有节点均通过感知网络控制层与物理网网关进行通信；所述感知网络控制层，包括：若干个控制节点；所述控制节点均是从物联网感知层的节点中筛选出来的；所述控制节点之间的链路均是从物联网感知层的链路中筛选出来的；控制节点和链路的筛选满足以下条件：每个控制节点的能量大于设定能量阈值；每个控制节点的移动速度均小于设定速度阈值；控制节点的总数量小于设定数目阈值；物联网感知层的非控制节点均通过控制节点与物理网网关进行通信；物联网感知层的非控制节点均通过一跳的链路与控制节点通信；如果一个链路被加入到感知网络控制层中，则该链路是连通的且该链路的两个节点也在感知网络控制层中；感知网络控制层的任意两个节点中没有环路。

【技术特征摘要】
1.一种感知网络控制层，其特征是，设置在物理网感知层内部；物联网感知层的所有节点均通过感知网络控制层与物理网网关进行通信；所述感知网络控制层，包括：若干个控制节点；所述控制节点均是从物联网感知层的节点中筛选出来的；所述控制节点之间的链路均是从物联网感知层的链路中筛选出来的；控制节点和链路的筛选满足以下条件：每个控制节点的能量大于设定能量阈值；每个控制节点的移动速度均小于设定速度阈值；控制节点的总数量小于设定数目阈值；物联网感知层的非控制节点均通过控制节点与物理网网关进行通信；物联网感知层的非控制节点均通过一跳的链路与控制节点通信；如果一个链路被加入到感知网络控制层中，则该链路是连通的且该链路的两个节点也在感知网络控制层中；感知网络控制层的任意两个节点中没有环路。2.一种感知网络架构，其特征是，包括：物联网感知层，所述物联网感知层与物联网服务层进行通信，所述物理网服务层与物联网应用层进行通信；所述物联网感知层中设置感知网控制层，所述物联网服务层中设有物理网网关和物理网云平台；物理网感知层的节点通过感知网控制层与物理网网关进行通信；物理网网关与物联网云平台进行通信，物联网云平台与物理网应用层进行通信；所述感知网络控制层，包括：若干个控制节点；所述控制节点均是从物联网感知层的节点中筛选出来的；所述控制节点之间的链路均是从物联网感知层的链路中筛选出来的；控制节点和链路的筛选满足以下条件：每个控制节点的能量大于设定能量阈值；每个控制节点的移动速度均小于设定速度阈值；控制节点的总数量小于设定数目阈值；物联网感知层的非控制节点均通过控制节点与物理网网关进行通信；物联网感知层的非控制节点均通过一跳的链路与控制节点通信；如果一个链路被加入到感知网络控制层中，则该链路是连通的且该链路的两个节点也在感知网络控制层中；感知网络控制层的任意两个节点中没有环路。3.一种感知网络控制层的构建方法，其特征是，包括：网络拓扑的获取步骤：在物联网感知层的每个节点中预留一条优先级低的默认流表项；物联网感知层的节点执行拓扑发现过程；候选控制节点的筛选步骤：根据得到的物联网感知层所有节点的拓扑信息，从物联网感知层的节点中筛选出一个候选的控制节点集合；感知网络控制层的构建步骤：从候选的控制节点集合中选出部分节点完成控制层的构建。4.如权利要求3所述的一种感知网络控制层的构建方法，其特征是，在拓扑发现过程中，每个节点每间隔设定时间向邻居节点发送一次拓扑发现报文；拓扑发现报文的目的节点为物理网网关；每个物联网感知层的节点将其邻居节点列表、自身能量、与邻居节点之间的信号强度信息发送到物理网网关中；每个节点如果接收到邻居节点的拓扑发现报文，则将邻居节点的拓扑发现报文以广播的形式进行转发，转发给所有的邻居节点；物理网网关对全网拓扑进行分析，分析得到物联网感知层所有节点的拓扑信息，所述拓扑信息，包括：邻居节点列表、自身能量、与邻居节点之间的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志勇，贾智平，王睿，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37