本文關(guān)鍵詞：SD-WSN架構(gòu)下路由協(xié)議切換機(jī)制的研究　出處：《內(nèi)蒙古大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：無(wú)線傳感網(wǎng)(Wireless Sensor Network,簡(jiǎn)稱WSN)中,受限于體積與成本,傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量、能量等諸多硬件資源相對(duì)匱乏,通常只搭載一種復(fù)雜度較低的路由協(xié)議以支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。路由協(xié)議的選擇通常取決于WSN的應(yīng)用場(chǎng)景與網(wǎng)絡(luò)需求,一方面,在已提出的眾多路由協(xié)議研究中,至今沒(méi)有一種通用普適的路由協(xié)議,可以從能耗性、健壯性、實(shí)時(shí)性等多方面滿足不同的應(yīng)用需求;另一方面,已固化在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的路由協(xié)議很難進(jìn)行改動(dòng)或再次部署。所以,當(dāng)某個(gè)WSN的應(yīng)用需求發(fā)生改變時(shí),WSN內(nèi)部的路由協(xié)議也不再適用。為了解決這個(gè)問(wèn)題,可編程WSN被提出。雖然該研究為WSN節(jié)點(diǎn)提供了可編程的能力和二次開(kāi)發(fā)的機(jī)會(huì),但要實(shí)現(xiàn)這樣的編程要求開(kāi)發(fā)人員深入了解節(jié)點(diǎn)底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),所以實(shí)現(xiàn)效率不高。隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Network,簡(jiǎn)稱SDN)設(shè)計(jì)思想的成熟,開(kāi)始有研究將SDN思想擴(kuò)展到WSN并提出軟件定義無(wú)線傳感網(wǎng)(Software-definedWSN,簡(jiǎn)稱SD-WSN)架構(gòu)。這個(gè)新架構(gòu)繼承了 SDN的核心設(shè)計(jì)理念,將控制邏輯從傳感器節(jié)點(diǎn)中抽離并集中到控制節(jié)點(diǎn),通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)用戶能夠獲得完整的網(wǎng)絡(luò)視圖并實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)的宏觀調(diào)控。SD-WSN架構(gòu)的研究為WSN中路由協(xié)議無(wú)法隨應(yīng)用需求改變而切換的問(wèn)題提出了新的解決思路,即通過(guò)控制器選擇并切換底層設(shè)備的路由協(xié)議�；赟D-WSN架構(gòu)給出的理論和技術(shù)可行性,本文研究了該架構(gòu)下的路由協(xié)議切換機(jī)制。經(jīng)過(guò)調(diào)研分析,在多種SD-WSN方案中,本文選擇了開(kāi)源的SDN-WISE方案為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。由于原方案并不支持路由協(xié)議切換,所以本文對(duì)原方案分別從數(shù)據(jù)層、控制層以及應(yīng)用層進(jìn)行擴(kuò)展,改進(jìn)后的新方案支持在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過(guò)位于控制層的控制器完成路由協(xié)議的動(dòng)態(tài)切換。本文在Instant-Contiki操作系統(tǒng)上基于Cooja仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的仿真并組建了仿真WSN環(huán)境,然后利用SDN-WISE控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的控制和切換,最后從時(shí)延和能耗等角度對(duì)實(shí)現(xiàn)該路由切換機(jī)制付出的代價(jià)進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,本文設(shè)計(jì)的路由切換機(jī)制能以較小和可控的代價(jià)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的運(yùn)行時(shí)切換。
[Abstract]:In the Wireless Sensor Network (WSN), due to the volume and cost, the computing power, storage capacity and energy of the sensor nodes are relatively scarce, usually only carrying a low complexity routing protocol to support data communication. On the one hand, application scenarios and the requirement of network routing protocol selection usually depends on the WSN, in the study of many routing protocols have been proposed, there is not a universal routing protocol universal, can meet different application requirements from the aspects of energy consumption, robustness and real-time; on the other hand, has curing routing protocol inside the node is difficult to change or deploy again. So, when the application requirements of a WSN change, the routing protocols within WSN are no longer applicable. In order to solve this problem, programmable WSN is proposed. Although this research provides programmability and two development opportunities for WSN nodes, to achieve such programming requires developers to understand the details of the underlying implementation of nodes, so the implementation efficiency is not high. With the maturity of the design concept of Software-Defined Network (SDN), SDN has been extended to WSN and put forward the software defined Software-definedWSN (SD-WSN) architecture. The new architecture inherits the core design concept of SDN. It controls the logic from the sensor nodes and concentrates on the control nodes. By controlling the nodes, users can get the complete network view and achieve macro control of the network configuration parameters. The research of SD-WSN architecture provides a new solution for the problem that WSN can't switch between protocol and application needs. That is to choose and switch the routing protocol of the underlying devices through the controller. Based on the theoretical and technical feasibility given by the SD-WSN architecture, this paper studies the routing protocol switching mechanism under the framework. Through investigation and analysis, in a variety of SD-WSN schemes, this paper selects the open source SDN-WISE scheme as the basis for design. Because the original scheme does not support routing protocol handover, this paper extends the original scheme from data layer, control layer and application layer. The improved scheme supports the dynamic switch of routing protocol when the system is running through the controller at the control level. In this paper, the Cooja simulation platform to realize the simulation of sensor node and sink node and set up a simulation environment based on WSN in Instant-Contiki operating system, and then use the SDN-WISE controller to realize the control of routing and switching network protocol simulation, finally evaluated from the delay and energy consumption. To realize the routing switching mechanism cost. The experimental results show that the routing handover mechanism designed in this paper can switch the runtime of network routing protocol at a small and controllable cost.
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：1345336