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软件定义物联网路由研究

王军锋  
【摘要】:物联网和软件定义网络是新一代信息与网络的核心技术,尤其是计算机网络是当前的热门研究课题。在物联网时代,异构网络系统的物理基础设施将更加复杂,在物联网中引入软件定义网络,可以为物联网的感知层、网络层以及与边缘设备或传感器节点连接的核心蜂窝网络提供弹性、敏捷和个性化的管理机制。在智能应用和服务方面,如智慧城市和医疗监控,物联网将成为软件定义网络发展的主要推动力。从物联网架构的角度来看,无线传感网是物联网的基础,路由是无线传感器网络中一个重要的研究领域。目前软件定义无线传感网的研究方兴未艾,软件定义路由替代传统路由的方法正在研究中,部分传统路由算法实际也应用了软件定义的思想。为了更好地推进物联网路由的发展,本文将软件定义网络技术引入到物联网路由研究中。探讨了软件定义物联网的体系架构及架构流程,提出了一个软件定义无线多跳网络的路由协议,通过OPNET对所提出的协议进行了仿真验证,结果证明,利用SDN技术进行集中式路径规划较传统的分布式规划更利于实现全局最优化,降低了网络时延。协议可为节点提供到目标节点的单条最短路径或独立多径路由,在负载足够大时,网络寿命比其他算法(AODV,OLSR)更长。在物联网协作通信和智能代理方面,提出了一种新的协作通信算法,提出了可靠性预测模型,每跳选择k个协作节点协助转发数据,使闲置的节点进入休眠以节省能耗,能够在高动态的无线传感网保持较高的可靠性;研究了多智能代理并行访问多个源节点的路线规划问题。提出了定向源分组多代理算法,每个源节点的迭代算法限于一个扇区内部,路线的长度由定向扇区的角度控制,选择适当的角度可得到最优的路线。在物联网多媒体独立多径路由方面,根据B样条曲线拟合了多径独立路由,提出了多径规划路由算法,在保证用户时延需求的前提下使得能耗最小。应用软件定义网络思想,研究了多源多径的路由协调算法,通过Sink节点编程实现动态控制源节点的路径;针对汇聚节点周围容易形成能量空洞的问题,提出了紧耦合地理多径路由算法PWDGR,使汇聚节点附近邻居负载均衡,相比DGR显著延长了网络寿命。在软件定义物联网的仿真方法方面,提出了一种新的半实物的方法来仿真软件定义物联网路由,使用OPNET的SITL技术搭建了软件定义健康网络半实物仿真平台,传感网部分或全部使用软件仿真,传输网络和云数据中心使用实际的网络。在保证应用QoS需求的情况下充分节约了能耗。


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