论文研究-WSN/IMS融合体系业务网关设计 .pdf

所需积分/C币:6 2019-08-15 12:55:26 609KB .PDF
17
收藏 收藏
举报

WSN/IMS融合体系业务网关设计,路召希,谢东亮,无线传感器网络分布式、异构性、区域部署的特点在一定程度上阻碍了传感器网络的广泛应用。使用IMS将无线传感器网络和电信网络结合
山国武花论文在丝 基于 的无线传感器网络业务模式 传统的 业务采用发布订阅模式,用于管理状态信息的收集和分发。在这种模式 下,信息的观察者订阅自己感兴趣的事件,而信息的发有者负责发布与这些事件相关的信息, 两者之间的信息交互通过一个事件管理服务器进行。发布者将与事件有关的信息发布到服务 器,当服务器收到这些信息后,将这些信息以通告的方式返凹给订阅者。如图所小。 在协议中,为了实现事件通知和状态发布,对进行了扩展。主要的扩展包括事 件通知框架和状态发布框架。事件通知框架在 中被定义,它以通用的方式描述了 订阅和通知的框架,并给出了创建 和 消息的规则 方法用 于向远端的通信端点请求当前的状态和此后的状态更新,并通过消息中的头字段水表 希望订阅的事件或事什类型。中状态的发布在 中被定义,它允许客户端向状 态代理服务器发布事件状态,并状态代理服务器充当这些状态的汇聚者而产牛通知。该方 法由的 方法来实现。 图发布订阅模式 在改计中基于 来实现无线传感器网络业务基于以下几点考虑 业务中呈现的状态信息和 提供的感知信息有一定的相似性。事实上, 不仪可以提供用户的通信能力和通信意愿的状态,经过扩展还可以提供用户地里位 置给其他感兴趣的用户。如果把现实中的物体抽象为实体,那么提供的感知数据同样 是该实体现实状态的客观表示,可以看成是实体状态信息的展 业务中发布订阅通知三个消息,能够为传感器网络服务提供通信基础。通过 发布消息,传感器网终可以主动将数据发送到的业务提供引擎上。通过订阅消息,用 户可以只关注自己关心的传感器网络和传感器网络数据。通过通知消息,在传感器网络数据 满足一定条件时,可以主动推送到用户设备上,提供报警的功能。 是一种成熟的业务,其数据描述、通信协议栈只有完整的定义,且只有扩 展性。另外 有较多的廾源项目,易」实现。因此把 作为基础具有现实意 义 考虑到感知信息数据量大、数据复杂的特点,在扩展吋从业务沇程和数据格式两个角度 进行扩展,形成一种适用于无线传感器网络业务的架构,米实现从网关设备到无线传感器网 终业务提供引擎再到应用的感知数据传输与分发。 山国武技论文在丝 sSag 无线传感器 inscribe- 业务引擎 观察者 Publish Notify 网关 Subscribe Notify- 图无线传感器网络业务模式 如图所示,观察者从无线传感器业务引擎获取信息的方式没有变化,扩展的是网关向 业务引擎提供感知信息的方式。扩展后网关通过两种模式提供感知数据:上动模式,这是较 常用的模式。网关通过 消息不断地向业务引擎提供感知信息,鉴于感知数据的复杂 性,网关可以发送 消息来调整网关上传的信息。被动模式,业务引擎通过 消息定义事件来订阅感知信息,在网关中一匚定义的事件触发,网关冋业务引擎发送事件报 告的消息。 感知信息的数据格式遵从 ,)的标准 标 准定义了·个摧述观测数据和抽样特性的概念模型,该模型由实现。网关和业务引擎 之间的数据交互遵从规范。 网关设计 由前文的内容可知,网关作为无线传感器网络与电信网络之间起桥接作用的逻辑实体, 在 结合的无线传感器网络业务提供体系中扮演着重要的角色。为了让域中的 业务提供引擎获取无线传感器网络采集到的感知信息,网关设备需要支持以卜两个基本功 能:感知信息管理功能,包括数据获取、数据存储、格式转换、数据处理和数据传输;协议 适配功能,网关实体同时具有与无线传感器网络和网络进行通信的接凵,在两种协议 之间进行适配。除以上两种基本功能外,网关实体还包括了一些支持功能,如连接管理、网 关注册和传感器网终管理功能等。下面分成两个部分详细描述无线传感器网络业务提供体系 网关实体的设计 网关模块设计 如图所示,在该无线传感器业务提供体系中,网关由两个外接接冂和·系列处理模块 组成。一个 父互的外接接凵负责消息的接收和发送,另一个接与父互 负责收集无线传感器网络采集的感知信息。而这些处理模块负责将收集的感知信息经 过处理和格式转换后传送给网终。这些模块分成两类,初始化模块部分和功能模块部 分 山国武花论文在丝 IMS Interface SIP sender SIP receiver SIP generator SIP resolver XML Formatter Publisher Notified K+Event monitor K+ nformation ac contro XML parser KH apabilities thiation publication Into mode l Data Repos Lur y Notif cat I icy W/SN Interface Management Module 图 网关模块设计 初始化模块部分由注册模块和能力发布模块构成,负责网关启动时与域中的无线传 感器网终业务引擎交互,完成网关在业务引擎上的配置工作。注册模块是网关开启服务后第 个调用的模块,它生成 消息并完成网关的注册过程。注册完成之后,网关将自 身的能力(比如感知数据的类型、采样周期)发送给无线传感器ψ务引擎。 功能模块部分由数据处理模块、信息接入控制模块、事件触发模块 解析和 格式化模块、两个信息发布模块和三个存储器模块构成,负责网关工作中向无线传感器业务 引擎提供感知信息和接收业务引擎下发的指令。数据处理模块负责接收从接口中获取 的感知数据,将数据在该模块中进行处理,将文木格式的感知数据转换成适当的格式,再将 格式化后的感知数据发送给感知数据存储器。感知数据仔储器是所需谷量最大的存储器,负 责存储无线传感器网络釆集的感知数据,并将感知数据发送到事件监控模块和两个信息发布 模块。信息接λ控制模块负责接收从业务引擎发送过来的消息,将控制感知信息 和的策略发送至策略存储器保存。策略存储器负责存储控制感知信息和的 箎略。这些策略经过解析模块解析之后发送到事件监控模块。信息模型存储器中含有 感知信息编码建模的模型,在本设计中采用的标准,该模块将模型提供给感知数 据编码器。事件监控模块是感知信息向业务引擎发送的控制器,当该模块检测到发布 策略中对应的事件之后,它会控制感知信息发布模块发布相应的感知信息。感知信息发布模 块将感知数据经过格式化之后,经由接口将信息推送给无线传感器网络业务引擎。 网关业务流程 在和结合的体系结构中,无线传感器网络所能提供的服务,卡要指传感器对 环境信息的感知和采集,而感知数据的使用者则通过向无线传感器网络请求服务,以 获取需要的数据。无线传感器网终提供服冬的过程可以分为以下几个子过程: 无线传感器网终注册、更新和注销过程。该过程在无线传感器网络初始化完成后由网关 实体发起,其目的是使无线传感器网终业务引擎了解到当前接入到中的无线传感器网 山国武花论文在丝 终的网关基本信息,包括网关的地址、地址、支持的传输协议等。该过程通过 方法中的 方法实现。而在无线传感器网络的状态发生变化时,网关将发起重注 册的请求,刷新无线传感器网络业务引擎中存储的网络的基本信息。同时,网关发送的 消息中的 头字段指明了超时时间,在超过该时间后,若未收到网关发送 的重注册消息 会认为该无线传感器网络已失效,将会执行对该网络的 注销过程;而网关也可以指明 消息中的超时时间为,以实现由无线传感器网终 主动发起的注销过程。 无线传感器网终服务能力发布过程。该过程使得无线传感器网络业务引擎能够获得无线 传感器网络所提供的基本服务能力,以构建一个服务目录,并在收到服务凊求的时候,能够 选择对应的无线传感器网络提供服务。该过程通过协议的 方法实现。无线 传感器网络所提供的服务信息,如软、硬件信息等,包含在 的消息体中,无线 传感器网络业务引蔡收到 消息后,将对这些服务信息进行处理和解析。 无线传感器网络感知信息处理过程。该过程用于无线传感器网络业务引擎获取所需的感 知信息。无线传感器网络网关通过两种方式向业务引擎提供感知信息:主动方式,网关使用 消息每隔一段时间将所需的感知数据发送到业务引擎,业务引擎可以通过 消息来调整网关发送消息的间隔和内容,这是较常用的信息发送方式;被动方式 业务引擎通过 消息订阅某事件(比如温度超过℃),当事件监控模块发现 事件出发后,使用 消息通知业务引擎,这是一种增强的方式,还可以用作感知数 据的详细查询。图表示业务中模块交互的流程,粗箭头(阿拉伯数据)代表感知信息的 流动方向,细箭头代表控制信息的流动方向(①表示内容控制,Ⅰ衣示格式控制信息) I nfo mode XML formatter 4 Publisher tory MS interface Notii Information access Publication policy Authorization polie XML formatter Event non tor 图 网关感知数据处理过程 原型验证 在原型实现中,网关实体则由一台 节点及一台运行了网关程序的便携笔 记本设备组成。其中 节点负责实现与传感器网终的通信,担负着感知数据的 收集和转发的任务;而网关程序则实现了对温度的监控及监测,并负责对感知信息在 上进行发布的功能。而实验网终和无线传感器业务引擎运行在一台上。其中,使用 构建核心网络,实现对信令的路由和转发等功能:业务引擎基于 实现,完成与网关的交互并向用户提供感知信息 在实现的原型验证中,并没有对细节进行深入验证,而主要验证该网关设计的可行性, 验证在无线传感器网络服务过程中的信令流程。图是使用 软件捕获的 山国武花论文在丝 信令交互的数据包。 Source Destination B.10.102、18 19.108.12.138 SIP Request: REGISTER sip: tide-ims test 1日.108.102.18 1B.108,102,138 13.108,102,18 status: 401 Unauthorized- Challenging the JE (0 bindings) .108.102.18 13.108,12.138 Request: REGISTER sip: tide. ims,test .108.102,138 13.108,12.18 status: 401 Unauthorized- Chal lenging the JE o bindings) 0.935251 status: 200 OK- SAR succes ful and registrar saved 13.108,12.L38 ratide-ims. test ng 10,102,1g 日.108.102.1 12.w,22.138 Request: MESSAGE s-P sorroretide-ims test 19933 18.108.102.138 13.108.102.18 status: 200 OK 2.13 XML Request: PUELISH S-p: g(Tide. ims, test 644538 .108.192.138 13.108.1e2.18 status: 200 OK .108.192.18 1 9.10 .1⊙2.138 /XML Request: PUELISH s-p: gwetide-ims test .108.102,138 13.108.102.18 status: 200 OK 109.102,138 13.108.1e2.18 Recuest: MESSAGE 5-P: g@10. 108 1C2.18: 50EC; Line-9b3ae029addEeO5 COCOA .108.102.18 13.108.162.138 529548 .108.102.1g 13.198.102.13 IP/XML Rccuest: PUELISH s-P: gwgtidc ims,test 4.644539 .108.102.138 13.108.12.18 status: 200 OK 4.∈23248 1B.108.102.1 108.12.138 ,IP/XML Rcqucst: PUELISH S-P: gwctidc ims tcst 10,1e9,1 10Be2,1 status: 200 OK Request: SUESCRIBE sip: gwctide-Ins tes. 10.10日 13.100.12.138 status: 200 Subser-ption to REG saved 49034 10.100,102.130 GIP/ML nccucst: NOTINY siP: s@10. 100.. 330: 5C60 11.48350 10.10 13.108,12.18 图网关信令交互 图 部分是网关 网络注册的过程。网关实体作为未注册用户,使用 消息问网终发起注册;网络对网关实体执行鉴权,并将鉴权标记在 消息中返回给网关实体;网关实体牛成密钥,继续向发起注册;成功后获 得响应。第二部分是网关向业务引擎提供网关能力的过程。网关使用 息将包含自身能力的文档发送到业务引擎:成功后获得 响应。第三部分是网关向业 务引擎提供感知信息的过程。网关使用 消息将 文档提供给业务引擎。业务 引擎可以使用 修改网关发布信息的设置,如图中所知,业务引擎发送 消息后,网关发布信息的周期由五秒变成十秒。第四部分是业务引擎订阅网关感知信息的过 程。业务引擎使用 消息订阅感知信息,网关在事件出发后发送 消息 通知用户 结论 木文给出了一种无线传感器网络业务网关的设计方案,以在和融合的体系下, 向感知数据业务引擎按需发送感知数据。文中简单地介绍了整个无线传感器网络业务提供体 系及信令交互过程:而对于业务网关中的功能模块和数据处理流程,我们则重点进行了详细 的措述。为了验证该业务网关的设计方案,我们利用开源工具实现了一个原型系统,并对该 网关的业务流程进行验证。在验证中,业务网关按照设计的业务流程正常地进行工作,证明 该业务网关的设计方案是可行的,能够有效地将感知数据发送给业务引擎。 参考文献 张瑞,谢东亮一种基于 和 融合的无线传感器网络业务增强架构 张端基于的无线传感器网络业务提供体系研究北京:北京邮电大学 强磊,姚少阳,陈卉核心原理与应用北京:人民邮电出版社,

...展开详情
试读 7P 论文研究-WSN/IMS融合体系业务网关设计 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
您会向同学/朋友/同事推荐我们的CSDN下载吗?
谢谢参与!您的真实评价是我们改进的动力~
关注 私信
上传资源赚钱or赚积分
最新推荐
论文研究-WSN/IMS融合体系业务网关设计 .pdf 6积分/C币 立即下载
1/7
论文研究-WSN/IMS融合体系业务网关设计 .pdf第1页
论文研究-WSN/IMS融合体系业务网关设计 .pdf第2页

试读结束, 可继续读1页

6积分/C币 立即下载 >