软件定义传感网中扩散式编码感知和自适应负载均衡的传输机制研究

This project will combine the research group on energy efficiency routing algorithm, cross-layer QoS routing design, preliminary research work of network coding distributed cooperative routing design and node positioning technology in sensor network , aim at the software defined sensor networks (RDSW) heterogeneous characteristics and non-balanced load characteristics, and further explore the key technologies of transmission mechanism of RDSW, especially for the large-scale sensor network architecture based on distributed controller configuration, load weights random allocation load balancing algorithm and multi granularity customized security model, link quality prediction and diffusion coding perception, the experimental platform is established to further study the scientific issues and get the original scientific research results. In this project, a series of cooperative routing mechanism and load balancing algorithm can give the pervasive computing, mobile communications and networks and networked embedded systems similar research questions providing theoretical basis and technical support and effective promoting the innovation of the work in other fields. Cooperative routing mechanism and load balancing algorithm are a basic research field. The project will take software defined sensor network as the background to carry out applied basic research. Furthermore it is expected to promote the practical application of software defined sensor network and accelerate the development of mobile internet industry.

本项目将结合课题组在传感网的能量效率路由算法、QoS路由跨层设计、基于网络编码的分布式协作路由设计和节点定位技术等方面的前期研究工作，针对软件定义传感网(RDSW)的异构特性和负载不均衡的特点，进一步探索RDSW中传输机制的关键技术，特别是对大规模传感网配置的架构、基于链路质量预测和扩散编码感知的路由机制、基于负载权值随机分配的分布式控制器负载均衡算法和多粒度定制式安全模型，建立能够深入研究上述科学问题的实验平台，取得原创性的科学研究成果。本项目研究得出的系列协作路由机制与负载均衡算法，将对普适计算、移动通信与网络和网络化嵌入式系统等研究领域的类似研究问题，提供理论依据和技术支持，有效推动其他领域的创新研究工作。协作路由机制与负载均衡算法本身是一个基础性的研究领域，本项目在以软件定义传感网为背景开展应用基础研究同时，有望推动软件定义传感网的实际应用，加快我国移动互联网产业发展贡献一份力量。

传感网是物联网的触角，通过引入软件定义技术丰富了应用，扩展了物联网场景。SDN提供可行的、节约成本的途径来管理IoT、保障网络安全，并最大限度的提高应用性能。软件定义传感网架构研究：给出三层次的架构，最上层为应用层；中间层为逻辑控制层，下层是数据转发层。软件定义传感节点配置了流表的普通传感器节点。软件定义控制节点为执行控制任务的节点，实现为与服务端相连的传感器节点。基于链路质量预测和编码感知的路由机制研究：综合考虑节点的编码机会、负载度以及剩余能量，设计了编码感知绿色路由算法(Coding-Aware Green Routing, CAGR)；再结合机会转发机制，对候选转发集中节点排序，让优先级高的节点优先转发数据。进一步研究了能耗问题，提出了一种非合作博弈功率控制算法。仿真证实当网络的数据发送速率小于60kbps时，CAGR、CAOR和COPE三种方法的网络吞吐量上升明显。当数据发送速率大于60kbps时，三种传输方式的网络吞吐量上升较缓慢。随着流速的增加单位时间能耗逐渐上升，COPE上升趋势最快，CAGR上升最慢。分布式中心节点的负载均衡算法研究：采用基于QoS感知的链路权重衡量链路的综合质量，能够根据链路实时负载情况动态分布网络流量，解决网络带宽利用率低的问题，并且可以感知网络中的服务类型，为服务提供差异化的QoS保障。实验表明，该机制能够有效地均衡网络流量，平均链路带宽利用率最高达到79%，实现了服务的QoS保证。主控节点/控制器安全模型研究：该模型分为基础控制模块和多粒度安全定制模块。针对大规模多域SDN网络的域间通信方式，提出了一种以边界交换机作为域间代理的分布式控制器安全通信机制。时延测试表明，VSA架构时延增加了大约0.58ms，而SDS架构增加了大约4.2ms，本文架构的时延增加了2.154ms，处于VSA和SDS之间，但性能较VSA完善。