技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及在泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基于網(wǎng)絡(luò)的組播方法和裝置。

背景技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是集無(wú)線技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的綜合智能信息系統(tǒng)，可用于公共安全、生態(tài)環(huán)保、應(yīng)急指揮、智能交通、反恐、智能家居等諸多領(lǐng)域。例如，智能化家居中的傳感器/控制器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種參數(shù)收集、控制器的統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)調(diào)控等，都可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)(Ubiquitous?Sensor?Network，USN)含有大量的傳感器節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)絡(luò)。因此，USN引入了對(duì)有效的在資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)的集合中的自動(dòng)路由、監(jiān)控或管理需求。例如，在環(huán)境監(jiān)控場(chǎng)景下，USN可以含有多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，并且這些傳感器節(jié)點(diǎn)分別部署于不同的區(qū)域中用以收集與環(huán)境相關(guān)的信息。對(duì)于這些傳感器節(jié)點(diǎn)，由于用戶經(jīng)常對(duì)一組傳感器節(jié)點(diǎn)，而不是單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的屬性感興趣，因此有效的組播是所期望的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如，對(duì)監(jiān)控給定區(qū)域的溫度并位于該區(qū)域中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)配置新的參數(shù)或更新固件。與向每個(gè)溫度傳感器單播相同的消息“配置新參數(shù)或更新傳感器固件”相比，組播此類的消息能夠提供更好的能量效率，低的開銷，并且更加靈活。

但是，由于下面這些特性，為USN提供組播支持并不是件簡(jiǎn)單的工作。

1.傳感器的電池壽命十分有限，并且由于成本受限導(dǎo)致存儲(chǔ)器、CPU速度和無(wú)線接口復(fù)雜性都受到限制。因此，USN常常經(jīng)受嚴(yán)重的資源受限和功能限制。由于這些限制，組播協(xié)議應(yīng)該盡量地輕量化，或者甚至不需要傳感器節(jié)點(diǎn)參與。

2.USN面臨移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)的挑戰(zhàn)。傳感器節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)，或者在該網(wǎng)絡(luò)中變化位置，或者離開該網(wǎng)絡(luò)。這些事件在某些應(yīng)用中會(huì)頻繁發(fā)生，因此，組播協(xié)議必須能夠允許傳感器的移動(dòng)性，并提供適應(yīng)的移動(dòng)性管理。也就是說(shuō)，用于USN的組播協(xié)議必須適應(yīng)由傳感器加入/離開網(wǎng)絡(luò)或傳感器位置移動(dòng)所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?/p>

3.支持某些應(yīng)用的傳感器的數(shù)量預(yù)計(jì)是非常大的，例如從102至107級(jí)別。如果每個(gè)移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)到新的域時(shí)，都單獨(dú)地更新它的位置信息，并重新加入所感興趣的組播組，這將導(dǎo)致信令的蜂擁并且增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。隨著傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量變多，信令開銷問題也變得更加嚴(yán)重。因此，用于USN的組播協(xié)議必須提供可擴(kuò)展性。

目前，對(duì)于USN，由于IPv6具有極大的地址空間，所以它是用于連接孤立的傳感器節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)的方案。由于IPv6移動(dòng)組播允許網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效利用，并且支持用于多點(diǎn)通信的移動(dòng)性管理，因此它被期望成為用于向USN傳遞服務(wù)的實(shí)質(zhì)性的通信類型。

大多數(shù)現(xiàn)有的IPv6移動(dòng)組播方案是基于主機(jī)的移動(dòng)性管理協(xié)議，它們依賴于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(Mobile?Node，MN)的移動(dòng)性信令來(lái)支持IPv6移動(dòng)性。即，需要位于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的移動(dòng)性堆棧。相應(yīng)地，它們僅限用于功能強(qiáng)大的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這也成為了基于主機(jī)的移動(dòng)性管理協(xié)議的一個(gè)較大的缺陷。

一種傳統(tǒng)的使能IPv6移動(dòng)組播的方法是建立在基于網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理協(xié)議的基礎(chǔ)上。目前最好的現(xiàn)有方案是使用代理移動(dòng)IPv6(Proxy?Mobile?IPv6，簡(jiǎn)稱PMIPv6)，它正在由IETF進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。使用PMIPv6，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)由移動(dòng)性實(shí)體，例如移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)(Mobile?Access?Gateway，MAG)和本地移動(dòng)性錨點(diǎn)(Local?Mobility?Anchor，LMA)所管理。

在該傳統(tǒng)的PMIPv6中，在使用新MAG(n-MAG)和LMA之間交換代理綁定更新消息和代理綁定確認(rèn)消息來(lái)進(jìn)行位置更新后，當(dāng)前服務(wù)MN的n-MAG發(fā)送MLD(Multicast?Listener?Discovery，組播監(jiān)聽發(fā)現(xiàn))查詢消息至移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。作為響應(yīng)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送MLD成員報(bào)告消息，該消息指示了特定的所感興趣的組播組。在n-MAG接收到來(lái)自移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的MLD成員報(bào)告消息后，如果需要，它更新它的組播轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)以及它的MLD代理成員數(shù)據(jù)庫(kù)，并將一個(gè)聚合的MLD成員報(bào)告消息發(fā)送給LMA。當(dāng)LMA接收到該MLD成員報(bào)告消息，它更新它的組播轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

因此，下面的用于MAG和LAM的部署需求被定義：1)MAG需要組播監(jiān)聽器發(fā)現(xiàn)代理功能來(lái)協(xié)助由MN發(fā)送的MLD成員報(bào)告并轉(zhuǎn)發(fā)組播業(yè)務(wù)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；2)需要組播路由器功能來(lái)維護(hù)用于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的組播轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)并將組播業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。

但是，當(dāng)傳統(tǒng)的組播使能的PMIPv6被用于大規(guī)模的USN時(shí)，存在一些缺點(diǎn)：