无线传感器网络与电信网络结合的总体技术要求

无线传感器网络与电信网络结合的总体技术要求

国家标准 GB/T40422一2021 无线传感器网络与电信网络结合的 总体技术要求 Generaltechnielrequirementsofeonvergingwirelesssensornetworksand mobilecommunicationnetwork 2021-10-11发布 2022-02-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T40422一2021 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语、定义和缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 网络概述 4.1网络架构 4.2网络功能实体 业务需求 网络与网络功能实体要求 6.1网关 6.2wsN节点 6.3接人网和核心网 6.4业务平台 6.5管理平台 功能要求 7.1接人控制 7.2命名与标识 7.3IP协议 7.4节点移动性管理 7.5多网关模式 管理功能要求 8.1管理平台 8.2业务平台 8.3无线传感器网络 8.4wSN网关 8.5wSN节点 0 参考文献
GB/40422一2021 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由工业和信息化部提出 本标准由全国通信标准化技术委员会(SAC/TC485)归口 本标准起草单位;信息通信研究院、中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司电信科学技术 研究院有限公司 本标准主要起草人:党梅梅、焦臻桢、陆洋、成城、龚达宁许玲、李风
GB/40422一2021 无线传感器网络与电信网络结合的 总体技术要求 范围 本标准确立了无线传感器网络与电信网络相结合的网络架构,描述了功能实体和业务需求,规定了 网络与网络功能实体要求,功能要求、管理功能要求等技术要求 本标准适用于无线传感器网络与电信网络结合所提供的应用和业务以及相关网络和设备 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 IETFRFC4919 IPv6低功耗个域网:概览、假设、问题陈述及目标[IPv6overLow-Power ? wireless AreaNe etworks6L.oWPANs):Overview，assumptions，problemstatement，and 'ersonal goals unctionalarchitecture) oneM2MTS-0001功能架构(Fu 术语、定义和缩略语 3.1术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1.1 shor-rangewirelesscommunication 近距离无线通信 通信收发双方通过无线电波传输信息,并且传输距离限制在较短的范围内通常是百米以内,典型 距离在10m以内 3.1.2 wirelesssensornetworks;WSN 无线传感器网络 无线传感网 由一组无线传感器节点设备通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统 注:该网络的目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者 3.1.3 无线传感器节点 wirelesssensornode -个处理能力、存储能力和通信能力相对较弱,通过携带有限的电池供电的微型嵌人式系统 注无线传感器节点一般由传感器模块、处理器模块,无线通信模块和能量供应模块四部分组成 传感器模块负责 监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据 以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数 据;能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量,通常采用微型电池
GB/T40422一2021 3.1.4 无线传感器网络网关 gatewayofwSN 无线传感器网络与电信网络结合的网关 注:无线传感器网络网关是无线传感器网络的数据汇聚采集者以及wSN与电信网络间的中继者 3.1.5 数据级数据融合 dat-leveldatafusion 面向传感器采集的数据的最底层的融合 3.1.6 特征级数据融合 feature-leveldatafusion 通过一些特征提取手段将数据表示为一系列的特征向量以反映事物的属性的面向监测对象特征的 融合 3.1.7 决策级数据融合 deeision-leveldatafusion 根据应用需求进行较高级决策的,面向应用的最高级的融合 注:决策级融合的操作可以依据特征级融合提取的数据特征,对监测对象进行判别,分类,并通过简单的逻辑运算， 执行满足应用需求的决策 3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件 FTTx:光纤接人(Fiberto-the-x) MIB;管理信息库(ManagementInformationBase) QoS;网络服务质量QualityofService) REST:资源表述性状态转移ResourceRepresentationalStateTransfer) xDSL;各种数字用户线路(xDigitalSubseriberLine) 网络概述 4.1网络架构 无线传感器网络与电信网络结合,是指将无线传感器网络与电信网络相连援,利用电信网络对无线 传感器网络及其运行的业务进行监控、管理,并通过电信网络扩展和开放相关网络所提供的业务 wsN与电信网络结合的网络架构如图1所示
GB/40422一2021 业务应用 管理 电信网络 平台 业务平台 配置管理 业务管理 数据管理 计费功能 性能管理 核心网 故障管理 安全管理 接入网 网 网关 WSN wSN节点 WSN节点 图1wSN与电信网络结合的网络架构 该系统架构中,wSN由一组无线传感器节点设备通过自组织等方式形成网络,并通过网关与外界 网络交互 wSN属于延伸层 电信网络的接人网和核心网能为适应WSN网络的业务特征而进行优化和适配 4.2网络功能实体 4.2.1wsN节点 wSN节点通过网关设备连接至电信网络 wSN节点是构成wSN的传感器节点,一般采用近距 离无线通信方式通过一跳或多跳与网关连接 wSN节点负责采集并上传数据,以及接收并执行命令 设备间可根据需要采用星形、树形、网状等拓扑,或混合方式组网,其中个别设备可具有较强的组网和数 据转发能力 wSN节点为延伸网的最末端 注:对于直接与电信网络发生交互的wSN节点,不在本标准规定范围之内 4.2.2网关 网关负责连接wSN和电信网络 与WSN的连接,除了能够实现和WSN的信号互通外,还提供 对wSN的配置、协议转换、地址映射、数据转发、命令转发等功能 与电信网络的连接,除了通过各种 接人方式接人电信网络外,还需要和业务平台或者业务应用通信,处理业务逻辑等;同时,网关还将相应 的业务数据、事件、状态上传到业务平台中的相应业务能力单元;并协同业务平台、管理平台等完成对 wSN的管理等;并支持安全和计费等功能 个wSN可通过多个网关接人到电信网络
GB/T40422一2021 4.2.3业务平台 业务平台是提供、管理业务及服务的主要功能实体 业务平台对业务应用进行统一管理,包括业务认证和鉴权、处理业务请求,支持业务流量控制、监测 业务状态,结合业务需求对资源进行调度、对接人业务的网关设备进行业务相关管理、计费等 业务平 台对网关下发业务指令,也可对wsN上传的感知数据进行存储及相关管理,并以开放接口的方式将数 据、网络业务能力开放给业务应用 4.2.4管理平台 管理平台是对wSN与电信网络相结合网络所涉及的设备等进行管理的功能实体 管理平台的主 要功能包括:对wSN网关等设备的配置管理,对网络的性能管理,以及安全管理和故障管理等 5 业务需求 wS业务主要指在不同应用场景下,在满足业务属性要求的前提下,完成对环境的感知及数据上 传 业务平台对wSN节点获取,通过网关汇聚并经电信网络传输的数据进行分析、处理 不同应用场 景对业务属性有不同的需求 wSN与电信网络结合的业务属性主要通过以下属性的组合描述,通过不同业务属性的组合,确定 特定WSN业务 wSN相关属性,包括 a 是否支持节点移动性; 是否支持节点休眠轮替工作的节能模式; 是否支持定制型节点的数据汇报,包括“周期性”“事件驱动”“查询”和“持续性上报”等 类型 b)业务相关属性,包括 能否容忍数据时延; 是否支持数据具有不同的优先级; 是否支持群组管理 是否支持数据级数据融合、特征级数据融合或决策级数据融合; -能否容忍数据损失及相应容忍程度 安全相关属性,包括 设备接人控制; 业务接人认证; 数据完整性检验 网络与网络功能实体要求 6 6.1网关 wSN网关符合下列要求 应支持wSN内部数据汇聚并能提供所需要的协调 a b 应支持以2G移动通信,3G移动通信、4G移动通信,xDSLFTTx、宽带无线接人、,卫星/微波 等远距离通信接人方式的一种或多种,将wSN网络汇聚的数据传输到通信对端 应支持业务平台对其进行业务相关管理;
GB/40422一2021 ) 应支持管理平台对其进行接人认证及日常管理等 应支持基于不同业务下发的要求对wSN进行管理、调度等 ee fD 应支持安全管理; 应支持业务平台对业务信息的监测和采集,以及管理平台对设备、网络运行状态等信息的监测 g 和采集; h)应支持wSN的配置与组网,协议转换、地址映射和数据转发等功能,保存wSN节点的相关信 息,包括wSN节点的标识,地址等信息; i 应支持电信网对wSN的流量、任务、内容计费; 应支持本地管理用户账号的添加、删除,账号信息的修改和查询 k 可支持对wSN节点的接人控制、认证和授权; 应支持版本升级失败后自动回退到前一个可正常工作的版本; m应支持无需手动安装驱动或手动配置即能加人wSN网络的“上电自配置"的工作方式; n 宜支持管理信息库MB的生成.推护与通信 6.2wSN节点 ws节点应支持 将感知数据通过wsN传递到网关 a b网关.管理平台对ws节点的接人认证、参数和软件配置等; 网关、管理平台对wSN节点的状态监测; c d)无需手动安装驱动或手动配置即能加人wSN网络的“上电自配置”的工作方式 若wsN节点支持远程升级,则其应支持版本升级失败后可自动回退到前一个可正常工作的版本 wsN节点宜支持 网关,业务平台对wSN节点的业务认证、业务配置、参数和软件配置等; aa b)业务和设备安全机制; r 电信网对wsN的流量、任务、内容计费 wSN节点应满足低功耗的要求 6.3接入网和核心网 接人网和核心网应支持以2G移动通信、3G移动通信、4G移动通信、xDsL、FTTx、宽带无线接人、 卫星/微波等远距离通信接人方式的一种或多种,将网关和wSN节点的数据可靠传输到通信对端 接人网和核心网还应具备以下增强的延伸层支持能力 支持网关多业务流连接; a 支持网关不同传输速率,时延要求、传输间隔、数据包大小的数据可靠传输; b 支持网关不同传输速率,时延要求、传输间隔、数据包大小的数据传输QoS机制 支持对应急情况[例如;健康监护(病人突发疾病)、故障报警(工业监控对象异常或者传感器本 d 身异常]提供高优先级接人 在不影响业务功能和性能的前提下,可重用电信网的通信协议 e 支持网关和wSN节点的用户平面和管理平面数据传输安全机制 6.4业务平台 业务平台应支持: 感知数据的管理和处理等; a b 业务的认证; 电信网对网关和wSN节点的流量、任务、内容计费
GB/T40422一202 d 业务参数和业务相关软件的配置; e 业务请求的处理和业务状态的监测和控制,并能够针对业务请求对资源做出调度决策等 6.5管理平台 管理平台应支持: wsN网关的管理和对节点的部分管理， a) b网络和设备的故障管理， 管理参数和管理相关软件的配置 c 功能要求 7.1接入控制 7.1.1wSN网关的接入 wS网关的接人控制是指电信网络通过管理平台对wsN网关的接人进行控制,其内容包括但不 限于wSN网关的网络选择,连接控制及资源分配和调度等 wSN网关是电信网络的终端设备,其接人控制应符合相应网络的技术要求的规定 7.1.2wSN节点的接入 电信网络可以在wSN节点接人电信网络时采用下述两种方式进行接人控制 电信网络接人点控制方式 由电信网络中的接人控制节点判断是青允许wsN节点接人 a wsN网络,允许加人后,为其分配相应的电信网络接人资源 网关代理方式 当wsN节点通过网关接人电信网络时,先要对网关进行验证 当网关通过 b wsN节点的验证后,wSN节点向该网关发起人网请求 网关根据电信网络中的接人控制要 求或预配置,对该wS节点进行验证,验证通过后网关向该wsN节点提供接人电信网络的 服务 其中,预配置方式是指在wSN节点加人wSN前已经获得加人网络所需的网络配置参 数并进行了必要的配置 7.1.3业务的接入 新增业务应用在接人网络前应经过认证以获准接人网络 对新增业务的认证由业务平台完成 业 务在获得业务平台认证通过后可作为合法业务在网络内下达,以及获准在网络内传输该业务相关数据 7.2命名与标识 7.2.1概述 命名与标识是指对wSN与电信网络相结合网络中的设备,资源,服务等物理和逻辑实体进行命名 与标识,使网络、应用等能够基于该命名及标识对目标对象进行控制和管理,并进行相关信息的获取、处 理、传送与交换 命名与标识体系在wSN与电信网络相结合网络中主要包括通信标识和应用标识 两类 7.2.2通信标识 通信标识用于在网络中标识具有通信能力的节点,并使其能够利用该地址实现网络通信 wSN节点通过wSN网关与电信网络进行通信和业务交互时,wSN网关应支持两种标识处理方 式:wSN节点标识不能被电信网络直接识别和wSN节点标识可以被电信网络直接识别
GB/40422一2021 若wSN节点标识不能被电信网络直接识别,则当wSN内的wSN节点通过网关与电信网络进行 通信及业务交互时,网关支持将WSN内部的传感器节点的标识转换为电信网络中可识别的标识,并且 支持这两种标识之间的双向转换,同时,网关将维护转换前后标识的映射关系 wSN节点通过wSN 网关在与电信网络进行通信和业务交互时,wSN节点和wSN网关之间使用wSN节点自身的标识 wSN网关和电信网络之间的接口使用经网关转换后的标识作为wSN节点的标识 当wSN节点的标识可以被电信网识别的时候,wSN网关可不对wSN节点的标识进行转换， WSN节点使用自身的标识与电信网之间进行业务交互 7.2.3应用标识 应用标识主要通过对网络中的可访问资源进行应用相关的标识,从而实现服务的接口化和对外部 访问的优化 应用标识在标识形式上可以为域名、,URI等,在标识方法上可采用RESsT的风格,即;将 一切可访问的数据、对象,实体均抽象为资源,并由统一的URI进行标识,并通过给定接口实现访问和 操作 具体要求见oneM2MTS-0001 7.3IP协议 ws网络可支持P协议,此时所有ws节点均支持IP地址,其IP地址可采用全局IPv6/IPv4 地址或私有IPv4地址 私有IP地址是wSN节点在其所加人的wsN范围内分配和使用的地址;私有 P地址可由wsN网关分配 具体要求见IETFRFC4919 ws网络不支持P协议时,仅ws网关支持P地址.wsN节点不支持P地址 电信网络中 的网络单元实体进行wsN节点的寻址时,可从管理平台获得wSN节点所在的wsN的信息,然后通 过该wsN的网关寻找到wS节点 网关作为P网络(电信网络)与非IP网络(wsN网络)之间的连 接设备,在寻址时,应支持将wsN内部的传感器节点的地址转换为通信网络中可使用的地址,并且支 持这两种地址之间的双向转换,同时,网关将维护转换前后的地址的映射关系 7.4节点移动性管理 如果wSN节点移动,脱离原wsN,加人到新的wSN时,原wSN网关和新wSN网关应及时更新 各自wSN的配置信息,并由网关通知管理平台,对相关的wsN配置进行更新 7.5多网关模式 个wSN可通过多个网关,采用主从工作模式,对等工作模式和代理工作模式接人到电信网络 主从工作模式;wSN网关中,一个网关为主网关,其余的网关为从网关 主网关进行网关的调 a 度分配,分配wSN节点接人电信网络时所使用的网关,wSN节点通过主网关所分配的网关 接人到电信网络,该分配的网关为主网关或者其中的一个从网关 主网关应将wSN内的 wSN节点和其被分配的网关的对应关系的信息发送给管理平台并由管理平台保存 电信网 络中的网络单元实体发起和wSN节点的通信时,先通过管理平台查询该节点对应的网关,再 直接通过该网关与该节点通信 若当前的主网关不能正常工作时,从网关或管理平台应能自 动监测到异常并能从多个从网关中选出一个从网关作为主网关继续工作 新的主网关可由多 个从网关协调确定,也可由管理平台指定 b 对等工作模式:由管理平台来管理和协调网关之间的工作,管理平台为wSN节点分配接人电 信网络所使用的网关 管理平台保存wSN内的wSN节点和其被分配的网关的对应关系的 信息 电信网络中的网络单元实体发起和wSN节点的通信时,先从管理平台获得wSN节点 所对应的网关,通过该网关建立和wSN节点的通信 创建wSN的网关(即wSN控制器)不 能正常工作时,管理平台或者其他网关应能检测到异常并由其他网关中的一个网关作为wSN
GB/T40422一202 控制器继续工作;新的wSN控制器可以由管理平台指定,也可以由其他网关协调确定 代理工作模式wSN节点因业务需要,应始终从属于某个指定网关,并仅以该网关为业务数据 出口且仅从该网关获取下发管理指令 当该WSN节点具有移动性，且在某一时刻,只能依靠 其他网关与自身所属网关取得通信时,可启用代理模式,即由其他网关扮演代理人角色,对该 wSN节点和其所属网关之间的数据流量进行中继转发,转发可经由电信网络或由从属于其他 网关的wsN节点进行中继转发 当分配给wsN节点的网关不能正常工作时，主网关(主从工作模式下)或者管理平台(对等工作模 式下)可以为该wsN节点分配其他的网关,由新分配的网关为该wsN节点提供电信网络接人;在代理 工作模式下,其他网关将仅扮演中继代理角色,为wsN节点和其所属主网关建立通信连接 管理功能要求 8 8.1管理平台 管理平台应支持对wSN网关进行基本的管理,并可通过wSN网关实现对wSN节点的部分管理 功能 管理平台获取、保存并更新wSN节点的信息一般通过网关进行,管理平台仅在需要时从网关 获取 管理平台应支持的基本管理功能如下 性能管理 a 设备生命周期管理;管理平台应支持对网关和wSN节点进行生命周期管理 设备静态信息记录和查询:管理平台应支持对不同类型的网关设备和wSN节点的能力、 性能等静态信息进行记录和查询; 设备动态信息监控和查询;管理平台应支持对不同类型的网关设备和wsN节点的位置、 状态(失效(电池耗尽或节点损坏)、休眠/待机模式(节电模式)和工作模式(射频数据收发 和信息处理))、可用性等动态信息进行监控和查询 b配置管理: 远程管理管理平台应支持对网关的直接远程配置管理 上电自配置;设备宜支持“上电自配置”获得网络连接的配置方式 管理平台宜自动发现 符合规则的各类设备,并对其进行初始配置,使其能正常工作; -wSN的自动配置:管理平台应支持wSN的自动配置 升级管理;管理平台应支持对管理区域内的设备的软件/固件进行远程升级,并支持对相 同设备升级的批处理操作 对于因不支持远程升级或升级过程中由于通信故障或其他原 因造成升级失败,应将错误原因上报管理平台,并且设备应能自动回退到旧的软件/固件 的版本;管理平台应支持对不同版本的软件/固件/硬件的兼容性 故障管理 管理平台应支持对wsN节点和网关的故障管理; wsN和电信网中的部分网元应支持诊断模式 诊断模式是一种非正常工作的调测模式， 能够提供系统和网络通信的附加信息; 在部分wSsN的网络连通性不明确的情况下,管理平台应支持对个别网元或网络个别部 分的连通性进行测试; -管理平台应支持对其所管理的设备进行远程的诊断、恢复、复位、或隔离等操作 安全管理: d -管理区域划分:管理平台应支持管理区域的划分,可将不同的资源分配到不同的管理区 域,在不同管理区域内对相应资源进行管理操作
GB/40422一2021 -日志;管理平台的日志中,应记录wSN中的重要事件以及诊断信息 日志应记录所有用 户的操作,包括用户名、登录时间、操作类型 未经授权的访问宜由系统记录并作为安全 性告警; -不同的操作用户应具备不同的管理权限和管理区域,确保操作用户只能在自己的权限范 围内执行管理操作 8.2业务平台 业务平台应支持对wSN网关进行业务相关管理,并通过wSN网关实现对WSN节点的业务 管理 业务平台应支持的基本业务管理功能如下 业务管理 业务生命周期管理;业务平台应对所有业务的生命周期进行管理; 业务相关信息管理业务平台应对不同业务和设备相关信息进行记录和查询 b 数据及流程管理 业务平台应对wsN所采集并上传的感知数据进行管理并提供应用接口,包括存储、相关 关系映射、数据融合等 应用平台应对业务流量进行监控和控制 应用平台应能结合不同应用的特征和数据及流量情况对网络资源进行调度; 应用平台应支持对流量,内容等的计费 安全管理 业务认证业务平台应支持对请求接人业务的认证 用户认证和业务安全管理机制业务平台应支持用户认证和业务安全管理机制 日志;业务平台的日志中,应记录wsN中的重要事件以及诊断信息 配置管理;业务平台应支持对业务参数的配置 d 8.3无线传感器网络 wSN应支持的基本管理功能如下 wSN的自动测试:wSN中的传感器节点应具备自测试的能力,不借助外部设备就能确定通 a 信连通性和本地的运行情况 b)wSN的自愈;wSN中的部分节点出现故障时,不应影响整个网络的正常运行 当wSN中有 节点掉电或是有新设备加人时,网络应具备自动修复连通性的能力 网络恢复所需要的时间 不做要求 故障的发现和报告;运行状态应是可监控、可管理 当故障出现时,能向管理平台报告 wSN可支持时间同步功能,即wSN中的设备应具备与管理平台进行可靠的时间同步的能力 时 间同步应精确到毫秒 8.4wSN网关 对wSN网关的管理要求如下 a 管理平台对网关的管理;网关设备在初次使用时应在管理平台进行注册 网关作为电信网络 终端设备首先完成接人电信网络的接人认证,并接人电信网络 网关接人电信网络后,向管理 平台发送注册请求,收到网关的注册请求后,管理平台为网关创建注册信息及安全与管理相关 的参数并对网关进行参数配置 网关在管理平台的注册信息和参数配置信息由管理平台管理 和维护
GB/T40422一202 b 业务平台对网关的管理:业务平台对网关仅进行业务相关的管理和交互 网关在业务平台进 行注册 业务平台针对特定业务,向相应的网关下发业务指令等 网关在业务平台的注册信 息和参数配置信息等由业务平台管理和维护 8.5wSN节点 对wSN节点的管理要求如下 网关对wSN节点的管理;应支持网关对wSN进行组网配置等管理 网关可根据管理平台和 a 业务平台的配置参数对wSN的组网进行必要配置 b 管理平台对wSN节点的管理:在部分场景中和部分必要情况下,wSN节点可由管理平台直 接进行管理 0
GB/40422一2021 参考文献 [1]孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.