[发明专利]一种基于OpenFlow的无线传感器网络的实现及数据流处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的领域，尤其涉及一种无线传感器网络实现及数据流处理方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的自适应和多跳性使网络节点能够进行快速通信，其在结构功能上都与传统网络节具有较大差异，节点通常需要同时进行信息采集、信号处理及无线通信等活动。其结构的不同也导致网络抽象性与可维护性较差，网络策略重构及网络管理困难。

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)最初用于增强有线网络的可编程性与灵活性。作为SDN的热门实现技术之一，OpenFlow提供针对不同网络应用、协议与管理需求的简单实现。OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离，实现了对网络流量的灵活控制，为网络及应用的创新提供了良好的平台。此外，OpenFlow允许用户使用标准化的接口性网络管理与策略配置。

针对无线传感器网络路由协议的设计已存在较多成熟解决方案，如洪泛协议Flooding，低功耗自适应集簇分层型协议(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，LEACH)，定向扩散协议(Directed Diffusion，DD)等。Flooding协议中网络节点产生或收到数据后向所有邻居节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播；LEACH协议是一种低功耗的自适应路由算法,其基本思想是网络周期性的随机选择簇头节点，其它非簇头节点以就近原则加入相应簇头，形成虚拟簇，簇内节点将感知数据直接发送到簇头，由簇头转发至上层用户；DD协议是一种基于查询的路由协议，它与数据相关，节点周期性广播请求应答数据包并在网络中建立消息梯度，通过其余节点对请求应答数据包的反馈建立加强的通信路径。

为满足不同应用的网络需求(如硬件、网络协议、能量限制，网络带宽限制等)，传感器网络必须有符合自身特点的协议栈，并不能直接采用传统无线网络协议栈。协议栈是无线传感器网络的核心，然而其研究尚不成熟，许多技术也没有形成统一标准，多家研究机构基于自身需要推出了各种不同的无线传感器网络协议栈，但结构都比较单一，只能针对特定协议，这就限制了更加灵活的无线传感器网络的开发，降低了网络的整体兼容性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一种基于OpenFlow的无线传感器网络实现及数据流处理方法，有效解决了无线传感器网络中多协议网络动态实现及管理的问题。

本发明公开了一种基于OpenFlow的无线传感器网络的实现方法，其网络协议栈包含一张以数据流为核心的数据流规则表及基本网络动作库。所述数据流规则表由匹配规则域及处理动作域组成，匹配规则域包含一组针对特定数据流的匹配策略，处理动作域包含对该数据流的处理策略；每条数据流规则表项中匹配规则域和处理动作域中均包含若干匹配规则与处理动作序列。

所述数据流规则表包含一般表项及漏表项两种类别表项，一般表项针对可预知的有效网络数据流设计，完成对不同网络数据流的处理；漏表项可处理如新协议格式或其他未知网络数据流，其匹配规则域内容为空，代表匹配任意数据流。

所述无线传感器网络采用OpenFlow协议框架，增加无线传感器网络支持规则。所述无线传感器网络支持规则包括无线传感器网络匹配规则及无线传感器网络数据流处理策略；所述无线传感器网络匹配规则包括源节点地址、目的节点地址、数据包序号、数据流类别号、数据包TTL匹配规则及传感器数据匹配规则；所述传感器数据匹配规则包括温度、湿度、信号强度等；所述无线传感器网络数据流处理策略包括数据转发、接收、丢弃及匹配规则更新。

所述数据流规则表中匹配规则，包含上限阈值与下限阈值，进行数据流匹配时，数据流对应字段将与规则中给定字段的上限阈值与下限阈值进行比较，符合阈值区间则表示匹配成功(如规则1内容为“数据包序号大于0”，规则2内容为“节点温度大于0度小于70度”等)。

所述数据流规则表匹配规则更新时接收来自用户的更新指令或根据本地定义的处理动作进行操作(如更新匹配规则阈值为用户指定的数值，或根据本地处理动作对阈值进行提高、降低或重置等操作)；数据流规则表处理动作由若干处理动作序列组成，具体动作通过序号标识，更新时接收用户指定的一组序号作为新动作序列。