一种无线传感器网络协议的转换方法

1.一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述方法包括下列步骤：
步骤1：支持双协议的传感器节点存储地址绑定信息；所述支持双协议的传感器节点具体是支持IEEE 802.15.4协议和IEEE 802.11b协议的传感器节点；
步骤2：支持双协议的传感器节点确定传输数据所需的协议，具体包括：
步骤21：支持双协议的传感器节点从接收的数据包中解析数据类型和服务类型；
步骤22：根据数据类型，判断待传输的数据是否为感应数据，如果是，则执行步骤23；
否则为非感应数据，执行步骤25；
步骤23：根据服务类型，判断感应数据是否为紧急消息，如果是，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，执行步骤24；
步骤24：比较采用IEEE 802.15.4协议传输数据和采用IEEE 802.11b协议传输数据所产生的能耗，如果采用IEEE 802.11b协议传输数据能耗较小，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，执行步骤25；
步骤25：判断支持双协议的传感器节点判断发送缓存区是否已满，如果已满，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，传输数据所需的协议为IEEE 802.15.4协议；
所述感应数据具体是指：数据量大或者需要长距离传输的数据，包括温度、湿度、压强、图像和音频；
所述非感应数据具体是指：数据量小并且无需长距离传输的数据，包括入网请求、通告、控制信息和绑定请求；
步骤3：根据传输数据所需的协议进行相应处理后，返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述支持双协议的传感器节点存储地址绑定信息具体包括：
步骤11：支持双协议的传感器节点创建一个地址绑定表；
步骤12：支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包，确定其他支持双协议的传感器节点的IEEE 802.15.4协议地址与IEEE 802.11b协议地址；
步骤13：支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送绑定请求，请求将自己的IEEE 802.15.4协议地址与IEEE 802.11b协议地址通过指针绑定在一起，形成地址绑定信息；
步骤14：支持双协议的传感器节点收到请求后，将自身和其他支持双协议的传感器节点的地址绑定信息存储到地址绑定表。
3.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述地址绑定表包括字段：支持双协议的传感器节点标识、IEEE 802.15.4协议地址和IEEE 802.11b协议地址。
4.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包具体是，支持双协议的传感器节点采用IEEE 802.11b协议向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包。
5.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述根据传输数据所需的协议进行相应处理具体是：
当传输数据所需的协议是IEEE 802.15.4协议时，支持双协议的传感器节点判断是否需要转换协议，如果无需转换协议，则将数据封装为IEEE 802.15.4格式的数据包传送出去；如果需要转换协议，则将原数据包中的有效信息，写到IEEE 802.15.4格式的数据包中并传送出去；
当传输数据所需的协议是IEEE 802.11b协议时，支持双协议的传感器节点判断是否需要转换协议，如果无需转换协议，则直接将原数据包传送出去；如果需要转换协议，则将数据封装到IEEE 802.11b格式的数据包中传送出去。
6.根据权利要求5所述的一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述有效信息包括：IEEE 802.15.4源地址、目的地址和数据净荷。

一种无线传感器网络协议的转换方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络协议的转换方法。\n背景技术\n[0002] 无线传感器网络由大量低功耗、低速率、低成本、低复杂度的微型节点组成，采用无线通信方式和动态组网的多跳移动性对等网络，具有自我组织与自愈能力。利用传感器网络可以实现数据的采集融合、传输应用和远程控制访问，为用户提供所需信息，从而提高人们的生活质量和工作效率。\n[0003] 针对这种低速率、低成本无线网络的需求，2000年12月IEEE成立IEEE802.15.4工作组，致力于定义一种廉价、便携、移动、低成本、低复杂度、低能耗和低速率的无线连接技术。IEEE802.15.4主要制定了物理层和MAC协议，突出优点是：组网能力强，适用面广，可靠性高，节能性好。它定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915Mhz物理层，每个频段提供不同的数据传输速率；提供自动帧确认和数据校验等功能。MAC层信道访问机制为CSMA/CA；支持Beacon(信标)和Beaconless(无信标)两种工作模式。在\n2.4GHz ISM频段中定义了16个信道，每一信道宽3MHz，信道中心间隔为5MHz，使相邻信道间留有2MHz的频率间隔。802.15.4协议已经在无线传感器网络中得到了广泛的应用。虽然IEEE802.15.4协议具有灵活、快速、低成本和低功耗的优势，但面对传输距离长、数据量大或者需要快速响应的紧急消息时，会显得力不从心。\n[0004] 在无线传输网络中，另一种常见的无线传输协议是IEEE 802.11b。在802.11协议定义了物理层和MAC层的基础上，802.11b作为补充版本，定义了2.4GHz频段上数据率高达\n11Mbps的物理层。802.11b无线局域网引进了CSMA/CA机制。具有以百米为单位的传输范围。此外，802.11b还具有可伸缩性，最多三个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户同时使用语音和数据交互信息。两个设备之间的通信可以采用Ad-hoc方式，也可以在基站(Base Station，BS)或者访问点(Access Point，AP)的协调下进行。IEEE \n802.11b协议技术已经发展成熟，并且比起IEEE 802.15.4具有更好的安全性和网络服务质量保证，更具安全性和高效性，尤其对于图像、音频等数据量较大的数据，或者需要快速做出响应的紧急消息的传输，具有极大优势。\n[0005] IEEE802.15.4协议和IEEE 802.11b协议具有不同的性能特点，可以满足无线传感器网络中不同数据服务的要求，图1是两种协议的性能比较表。在无线传感器网络中，各种数据的传输都有不同的服务要求，为了提高服务质量，需要有一种机制来为每种服务选择更合适的协议。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于，使支持IEEE802.15.4协议和IEEE 802.11b协议的传感器节点根据无线传感器网络传输服务和传输数据的类型，采用不同的通信协议进行通信，从而提高网络传输性能。\n[0007] 技术方案是：一种无线传感器网络协议的转换方法，其特征是所述方法包括下列步骤：\n[0008] 步骤1：支持双协议的传感器节点存储地址绑定信息；\n[0009] 步骤2：支持双协议的传感器节点确定传输数据所需的协议；\n[0010] 步骤3：根据传输数据所需的协议进行相应处理后，返回步骤2。\n[0011] 所述支持双协议的传感器节点具体是支持IEEE 802.15.4协议和IEEE802.11b协议的传感器节点。\n[0012] 所述支持双协议的传感器节点存储地址绑定信息具体包括：\n[0013] 步骤11：支持双协议的传感器节点创建一个地址绑定表；\n[0014] 步骤12：支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包，确定其他支持双协议的传感器节点的IEEE 802.15.4协议地址与IEEE \n802.11b协议地址；\n[0015] 步骤13：支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送绑定请求，请求将自己的IEEE 802.15.4协议地址与IEEE 802.11b协议地址通过指针绑定在一起，形成地址绑定信息；\n[0016] 步骤14：支持双协议的传感器节点收到请求后，将自身和其他支持双协议的传感器节点的地址绑定信息存储到地址绑定表。\n[0017] 所述地址绑定表包括字段：支持双协议的传感器节点标识、IEEE 802.15.4协议地址和IEEE 802.11b协议地址。\n[0018] 所述支持双协议的传感器节点确定传输数据所需的协议具体包括：\n[0019] 步骤21：支持双协议的传感器节点从接收的数据包中解析数据类型和服务类型；\n[0020] 步骤22：根据数据类型，判断待传输的数据是否为感应数据，如果是，则执行步骤\n23；否则为非感应数据，执行步骤25；\n[0021] 步骤23：根据服务类型，判断感应数据是否为紧急消息，如果是，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，执行步骤24；\n[0022] 步骤24：比较采用IEEE 802.15.4协议传输数据和采用IEEE 802.11b协议传输数据所产生的能耗，如果采用IEEE 802.11b协议传输数据能耗较小，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，执行步骤25；\n[0023] 步骤25：判断支持双协议的传感器节点判断发送缓存区是否已满，如果已满，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，传输数据所需的协议为IEEE 802.15.4协议。\n[0024] 所述感应数据具体是指：数据量大或者需要长距离传输的数据，包括温度、湿度、压强、图像、音频。\n[0025] 所述非感应数据具体是指：数据量小并且无需长距离传输的数据，包括入网请求、通告、控制信息、绑定请求。\n[0026] 所述支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包具体是，支持双协议的传感器节点采用IEEE 802.11b协议向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包。\n[0027] 所述根据传输数据所需的协议进行相应处理具体是：\n[0028] 当传输数据所需的协议是IEEE 802.15.4协议时，支持双协议的传感器节点判断是否需要转换协议，如果无需转换协议，则将数据封装为IEEE 802.15.4格式的数据包传送出去；如果需要转换协议，则将原数据包中的有效信息，写到IEEE 802.15.4格式的数据包中并传送出去；\n[0029] 当传输数据所需的协议是IEEE 802.11b协议时，支持双协议的传感器节点判断是否需要转换协议，如果无需转换协议，则直接将原数据包传送出去；如果需要转换协议，则将数据封装到IEEE 802.11b格式的数据包中传送出去。\n[0030] 所述有效信息包括：IEEE 802.15.4源地址、目的地址、数据净荷。\n[0031] 发明的效果在于，解决了无线传感器网络中IEEE 802.15.4和IEEE 802.11b的协议转换问题，提高无线传感器网络的传输效率，降低能耗，改善网络的性能。\n附图说明\n[0032] 图1是IEEE802.15.4协议和IEEE 802.11b协议性能比较表；\n[0033] 图2是实现本发明的无线传感器网络的体系结构图；\n[0034] 图3是支持双协议的传感器节点的地址绑定表；\n[0035] 图4是支持双协议的传感器节点确定传输数据所需的协议协议流程图；\n[0036] 图5是IEEE802.15.4协议和IEEE 802.11b协议能耗示意图。\n具体实施方式\n[0037] 下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。\n[0038] 图2是实现本发明的无线传感器网络的体系结构图。图2描述了具有协议转换机制的无线传感器网络的体系结构。网络中含单协议节点和双协议节点，单协议节点只具备IEEE 802.15.4协议，而双协议节点具有IEEE 802.15.4和IEEE 802.11b两种协议的端口，负责实施协议转换。图2中，所有节点分布固定且相对均匀的分布在监测区域。\n[0039] 本发明的具体实施过程是：\n[0040] 包括下列步骤：\n[0041] 步骤1：支持双协议的传感器节点存储地址绑定信息，具体是：\n[0042] 步骤11：支持双协议的传感器节点创建一个地址绑定表。\n[0043] 步骤12：支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送广播包，确定其他支持双协议的传感器节点的IEEE 802.15.4协议地址与IEEE \n802.11b协议地址。\n[0044] 步骤13：支持双协议的传感器节点向无线网络中其他支持双协议的传感器节点发送绑定请求，请求将自己的IEEE 802.15.4协议地址与IEEE 802.11b协议地址通过指针绑定在一起，形成地址绑定信息。\n[0045] 图2中，双协议节点1的802.15.4地址为3ffe:3240:8007:1004::1009，802.11b的地址为2001:da8:205:fe8e::1009，该节点通过802.15.4完成入网之后，发送802.11协议的广播信息，找到另一个双协议节点2，之后再向节点2发送地址绑定请求，绑定请求包中包含其802.11地址，各节点都会创建一个地址绑定表，用于存储自己及其他节点的地址绑定信息，可以以链表的形式表示，节省存储空间。\n[0046] 步骤14：支持双协议的传感器节点收到请求后，将自身和其他支持双协议的传感器节点的地址绑定信息存储到地址绑定表。\n[0047] 图3是支持双协议的传感器节点的地址绑定表，其中PAN是传感器网络节点的唯一标识。\n[0048] 步骤2：支持双协议的传感器节点确定传输数据所需的协议。图4是支持双协议的传感器节点确定传输数据所需的协议流程图，确定传输数据所需的协议具体过程是：\n[0049] 步骤21：支持双协议的传感器节点从接收的数据包中解析数据类型和服务类型。\n[0050] 步骤22：根据数据类型，判断待传输的数据是否为感应数据，如果是，则执行步骤\n23；否则为非感应数据，执行步骤25。\n[0051] 感应数据具体是指：数据量大或者需要长距离传输的数据，包括温度、湿度、压强、图像、音频。这时需要进一步判断。\n[0052] 非感应数据具体是指：数据量小并且无需长距离传输的数据，包括入网请求、通告、控制信息、绑定请求。这类数据的数据量都很小，并且无需长距离传输，多数情况下采用IEEE 802.15.4协议传输即可满足要求，但是当支持双协议的传感器节点的缓存区已满时，则要采用IEEE 802.11b协议。\n[0053] 步骤23：根据服务类型，判断感应数据是否为紧急消息，如果是，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，执行步骤24。\n[0054] 在遇到重大事故、灾难预警、紧急事件时，消息能否快速准确的发送到指定节点关系重大。等长距离的传输，IEEE 802.11b协议比起IEEE 802.15.4协议占有绝对优势。对于这种特殊感应数据，采用IEEE 802.11b协议传输。紧急消息是由指定传感器节点发出，此类节点一旦监测到异常数据，就采用IEEE802.11b协议。\n[0055] 步骤24：比较采用IEEE 802.15.4协议传输数据和采用IEEE 802.11b协议传输数据所产生的能耗，如果采用IEEE 802.11b协议传输数据能耗较小，则直接采用IEEE \n802.11b协议传输数据；否则，执行步骤25。\n[0056] 采用IEEE 802.15.4协议传输数据和采用IEEE 802.11b协议传输数据消耗的能量，由跳数、有效数据字段长度、每跳的传输距离以及802.15.4协议或802.11b协议的平均发射功率决定。其中，有效数据字段长度是指在数据包中除去包头、地址等占用的字段，实际数据占用的字段长度。\n[0057] 图5是IEEE802.15.4协议和IEEE 802.11b协议能耗示意图。图5中，由于IEEE \n802.11b协议传输距离长，因此从节点3至节点4的跳数会少于IEEE802.15.4协议的跳数。\n但是，由于IEEE802.15.4的平均发射功率小于IEEE802.11b协议的平均发射功率，因此，在比较IEEE802.15.4协议和IEEE 802.11b协议能耗能耗时，要综合考虑跳数、有效数据字段长度、每跳的传输距离以及802.15.4协议或802.11b协议的平均发射功率。\n[0058] 步骤25：判断支持双协议的传感器节点判断发送缓存区是否已满，如果已满，则传输数据所需的协议为IEEE 802.11b协议；否则，传输数据所需的协议为IEEE 802.15.4协议。\n[0059] 在采用IEEE 802.15.4协议传输数据一段时间后，网络负担会逐步加重，当发送缓存区已满时，可以将IEEE 802.11b协议作为传输协议进行数据传输，用以分担网络负担。拥堵通过数据发送缓存区来判断，当指向数据发送队列已满，则表明网络现在处于拥堵状态，需要改用IEEE 802.11b协议传输。\n[0060] 步骤3：根据传输数据所需的协议进行相应处理。\n[0061] 当传输数据所需的协议是IEEE 802.15.4协议时，支持双协议的传感器节点判断是否需要转换协议，如果支持双协议的传感器节点原先传输数据所采用的协议也是IEEE \n802.15.4协议，则无需转换协议，将数据封装为IEEE 802.15.4格式的数据包传送出去。如果支持双协议的传感器节点原先传输数据所采用的协议是IEEE 802.11b协议，则需要转换协议，将原数据包中的有效信息，包括：IEEE 802.15.4源地址、目的地址、数据净荷，写到IEEE 802.15.4格式的数据包中并传送出去。\n[0062] 当传输数据所需的协议是IEEE 802.11b协议时，支持双协议的传感器节点判断是否需要转换协议，如果支持双协议的传感器节点原先传输数据所采用的协议也是IEEE \n802.11b协议，则无需转换协议，直接将原数据包传送出去。如果支持双协议的传感器节点原先传输数据所采用的协议是IEEE 802.15.4协议，则需要转换协议，则将数据封装到IEEE 802.11b格式的数据包中传送出去。数据传送完毕后，返回步骤2，支持双协议的传感器节点传送下一个数据包。\n[0063] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。