【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)是新一代信息與網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù),尤其是計算機網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前的熱門研究課題。在物聯(lián)網(wǎng)時代,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)設(shè)施將更加復(fù)雜,在物聯(lián)網(wǎng)中引入軟件定義網(wǎng)絡(luò),可以為物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及與邊緣設(shè)備或傳感器節(jié)點連接的核心蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供彈性、敏捷和個性化的管理機制。在智能應(yīng)用和服務(wù)方面,如智慧城市和醫(yī)療監(jiān)控,物聯(lián)網(wǎng)將成為軟件定義網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要推動力。從物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的角度來看,無線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),路由是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個重要的研究領(lǐng)域。目前軟件定義無線傳感網(wǎng)的研究方興未艾,軟件定義路由替代傳統(tǒng)路由的方法正在研究中,部分傳統(tǒng)路由算法實際也應(yīng)用了軟件定義的思想。為了更好地推進物聯(lián)網(wǎng)路由的發(fā)展,本文將軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到物聯(lián)網(wǎng)路由研究中。探討了軟件定義物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)及架構(gòu)流程,提出了一個軟件定義無線多跳網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議,通過OPNET對所提出的協(xié)議進行了仿真驗證,結(jié)果證明,利用SDN技術(shù)進行集中式路徑規(guī)劃較傳統(tǒng)的分布式規(guī)劃更利于實現(xiàn)全局最優(yōu)化,降低了網(wǎng)絡(luò)時延。協(xié)議可為節(jié)點提供到目標(biāo)節(jié)點的單條最短路徑或獨立多徑路由,在負(fù)載足夠大時,網(wǎng)絡(luò)壽命比其他算法(AODV,OLSR)更長。在物聯(lián)網(wǎng)協(xié)作通信和智能代理方面,提出了一種新的協(xié)作通信算法,提出了可靠性預(yù)測模型,每跳選擇k個協(xié)作節(jié)點協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),使閑置的節(jié)點進入休眠以節(jié)省能耗,能夠在高動態(tài)的無線傳感網(wǎng)保持較高的可靠性；研究了多智能代理并行訪問多個源節(jié)點的路線規(guī)劃問題。提出了定向源分組多代理算法,每個源節(jié)點的迭代算法限于一個扇區(qū)內(nèi)部,路線的長度由定向扇區(qū)的角度控制,選擇適當(dāng)?shù)慕嵌瓤傻玫阶顑?yōu)的路線。在物聯(lián)網(wǎng)多媒體獨立多徑路由方面,根據(jù)B樣條曲線擬合了多徑獨立路由,提出了多徑規(guī)劃路由算法,在保證用戶時延需求的前提下使得能耗最小。應(yīng)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)思想,研究了多源多徑的路由協(xié)調(diào)算法,通過Sink節(jié)點編程實現(xiàn)動態(tài)控制源節(jié)點的路徑；針對匯聚節(jié)點周圍容易形成能量空洞的問題,提出了緊耦合地理多徑路由算法PWDGR,使匯聚節(jié)點附近鄰居負(fù)載均衡,相比DGR顯著延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。在軟件定義物聯(lián)網(wǎng)的仿真方法方面,提出了一種新的半實物的方法來仿真軟件定義物聯(lián)網(wǎng)路由,使用OPNET的SITL技術(shù)搭建了軟件定義健康網(wǎng)絡(luò)半實物仿真平臺,傳感網(wǎng)部分或全部使用軟件仿真,傳輸網(wǎng)絡(luò)和云數(shù)據(jù)中心使用實際的網(wǎng)絡(luò)。在保證應(yīng)用QoS需求的情況下充分節(jié)約了能耗。
[Abstract]:Internet of things and software defined network are the core technologies of the new generation of information and network, especially the computer network is a hot research topic at present. In the era of the Internet of things, the physical infrastructure of heterogeneous network systems will be more complex, the introduction of software-defined networks in the Internet of things, can be the perception layer of the Internet of things, The network layer and core cellular networks connected to edge devices or sensor nodes provide resilient, agile, and personalized management mechanisms. In smart applications and services, such as smart cities and medical monitoring, the Internet of things will be the main driving force behind the development of software-defined networks. From the point of view of Internet of things architecture, wireless sensor network is the foundation of Internet of things, and routing is an important research field in wireless sensor network. At present, the research of software-defined wireless sensor networks is in the ascendant. The method of software-defined routing instead of traditional routing is being studied, and some traditional routing algorithms have also applied the idea of software definition. In order to promote the development of Internet of things routing, software-defined network technology is introduced into the research of Internet of things routing. This paper discusses the architecture and flow of software-defined Internet of things (IoT), presents a routing protocol for software-defined wireless multihop networks, and validates the proposed protocol by OPNET. Compared with traditional distributed planning, centralized path planning based on SDN technology is more conducive to global optimization and reduces network delay. The protocol can provide a single shortest path or independent multipath route to the target node. When the load is large enough, the network life is longer than other algorithms (AODV,OLSR). In the aspect of cooperative communication and intelligent agent of Internet of things, a new cooperative communication algorithm is proposed, and a reliability prediction model is proposed, in which k cooperative nodes are selected for each hop to help forward data, so that idle nodes can go to sleep to save energy consumption. It can maintain high reliability in high dynamic wireless sensor network; The route planning problem of multi-agent accessing multiple source nodes in parallel is studied. A directional source packet multi-agent algorithm is proposed. The iterative algorithm of each source node is limited to the interior of a sector. The length of the route is controlled by the angle of the directed sector. The optimal route can be obtained by selecting the appropriate angle. In the aspect of Internet of things multimedia independent multi-path routing, multi-path independent routing is fitted according to B-spline curve, and multi-path planning routing algorithm is proposed, which minimizes energy consumption under the premise of guaranteeing user delay requirement. Based on the idea of software definition network, the routing coordination algorithm of multi-source and multi-path is studied, and the path of source node is dynamically controlled by Sink node programming. In order to solve the problem that energy holes are easily formed around the convergence nodes, a tightly coupled geographic multipath routing algorithm, PWDGR, is proposed to balance the load of neighbors near the convergence nodes, which significantly prolongs the network life compared with DGR. In the aspect of software-defined Internet of things simulation method, a new hardware-in-the-loop method is proposed to simulate software-defined Internet of things routing, and a software-defined healthy network hardware-in-the-loop simulation platform is built by using SITL technology of OPNET. Sensor networks use part or all of the software simulation, transmission networks and cloud data center using the actual network. In the case of ensuring the application of QoS requirements, the energy consumption is fully saved.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.44;TN929.5

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本文編號：2457333