[发明专利]一种在泛在传感器网络中的基于网络的组播方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感器网络，尤其涉及在泛在传感器网络中的基于网络的组播方法和装置。

背景技术

传感器网络是集无线技术、嵌入式技术和传感器网络技术于一体的综合智能信息系统，可用于公共安全、生态环保、应急指挥、智能交通、反恐、智能家居等诸多领域。例如，智能化家居中的传感器/控制器网络、工业现场各种参数收集、控制器的统一联网调控等，都可以通过传感器网络实现。

泛在传感器网络(Ubiquitous Sensor Network，USN)含有大量的传感器节点/网络。因此，USN引入了对有效的在资源受限的传感器节点的集合中的自动路由、监控或管理需求。例如，在环境监控场景下，USN可以含有多个传感器节点，并且这些传感器节点分别部署于不同的区域中用以收集与环境相关的信息。对于这些传感器节点，由于用户经常对一组传感器节点，而不是单个传感器节点的属性感兴趣，因此有效的组播是所期望的网络服务，例如，对监控给定区域的温度并位于该区域中的所有传感器节点配置新的参数或更新固件。与向每个温度传感器单播相同的消息“配置新参数或更新传感器固件”相比，组播此类的消息能够提供更好的能量效率，低的开销，并且更加灵活。

但是，由于下面这些特性，为USN提供组播支持并不是件简单的工作。

1.传感器的电池寿命十分有限，并且由于成本受限导致存储器、CPU速度和无线接口复杂性都受到限制。因此，USN常常经受严重的资源受限和功能限制。由于这些限制，组播协议应该尽量地轻量化，或者甚至不需要传感器节点参与。

2.USN面临移动传感器节点的挑战。传感器节点将进入该网络，或者在该网络中变化位置，或者离开该网络。这些事件在某些应用中会频繁发生，因此，组播协议必须能够允许传感器的移动性，并提供适应的移动性管理。也就是说，用于USN的组播协议必须适应由传感器加入/离开网络或传感器位置移动所导致的网络拓扑变化。

3.支持某些应用的传感器的数量预计是非常大的，例如从102至107级别。如果每个移动传感器节点在移动到新的域时，都单独地更新它的位置信息，并重新加入所感兴趣的组播组，这将导致信令的蜂拥并且增加网络负载。随着传感器节点的数量变多，信令开销问题也变得更加严重。因此，用于USN的组播协议必须提供可扩展性。

目前，对于USN，由于IPv6具有极大的地址空间，所以它是用于连接孤立的传感器节点的最优的方案。由于IPv6移动组播允许网络带宽的有效利用，并且支持用于多点通信的移动性管理，因此它被期望成为用于向USN传递服务的实质性的通信类型。

大多数现有的IPv6移动组播方案是基于主机的移动性管理协议，它们依赖于移动节点(Mobile Node，MN)的移动性信令来支持IPv6移动性。即，需要位于移动节点处的移动性堆栈。相应地，它们仅限用于功能强大的移动节点，这也成为了基于主机的移动性管理协议的一个较大的缺陷。

一种传统的使能IPv6移动组播的方法是建立在基于网络的移动性管理协议的基础上。目前最好的现有方案是使用代理移动IPv6(Proxy Mobile IPv6，简称PMIPv6)，它正在由IETF进行标准化。使用PMIPv6，移动节点由移动性实体，例如移动网络网关(Mobile Access Gateway，MAG)和本地移动性锚点(Local Mobility Anchor，LMA)所管理。

在该传统的PMIPv6中，在使用新MAG(n-MAG)和LMA之间交换代理绑定更新消息和代理绑定确认消息来进行位置更新后，当前服务MN的n-MAG发送MLD(Multicast Listener Discovery，组播监听发现)查询消息至移动节点。作为响应，移动节点发送MLD成员报告消息，该消息指示了特定的所感兴趣的组播组。在n-MAG接收到来自移动节点的MLD成员报告消息后，如果需要，它更新它的组播转发状态以及它的MLD代理成员数据库，并将一个聚合的MLD成员报告消息发送给LMA。当LMA接收到该MLD成员报告消息，它更新它的组播转发状态。

因此，下面的用于MAG和LAM的部署需求被定义：1)MAG需要组播监听器发现代理功能来协助由MN发送的MLD成员报告并转发组播业务给移动节点；2)需要组播路由器功能来维护用于移动节点的组播转发状态并将组播业务转发给移动节点。

但是，当传统的组播使能的PMIPv6被用于大规模的USN时，存在一些缺点：