[發明專利]一種基于SDN的UWSNs時空路由架構獲取方法

有效

• 申請號: 201910225366.1
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN109831344B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 韓光潔;林川;杜嘉欣;王照輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/751;H04W24/08;H04W40/04;H04W40/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，本發明公開了一種基于SDN的UWSNs時空路由架構獲取方法。本發明利用SDN技術解耦UWSNs的數據控制平面和數據轉發平面，將UWSNs分為數據層、路由層和控制層。在此基礎上，定義信標幀以實現網絡拓撲感知與數據同步，并實現相關網絡鏈路與控制鏈路的主動探測；其次，基于感知到的網絡拓撲與信息，通過由SDN控制器引導的網絡全局層次定位計算，并以此估算網絡時空信息；最后，基于網絡的時空信息，利用時間擴展網絡抽象網絡時空特征，繼而實現數據時空路由。本發明考慮UWSNs實際復雜的動態時空變化環境，為UWSNs提供一套高效、安全、透明的數據路由架構。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種基于SDN的UWSNs時空路由架構獲取方法。

背景技術

近年來，隨著水下無線傳感器網絡(UWSNs)綜合技術體系及其應用研究的飛速發展，水下環境探測與監測、水下數據采集與路由已經成為一項熱門應用研究。然而，由于水下環境的復雜性，致使UWSNs的網絡拓撲與狀態呈現出時空變化特性，很難保障目標數據的有效路由。在UWSNs中，若要保障目標數據的有效路由，首要的前提條件就是能夠實時掌握網絡的局部或全局狀態，并針對可能影響網絡時空變化特性的目標節點進行有效的判斷，在此基礎上制定高效的流量工程策略或時空路由策略以保障目標數據傳輸的服務質量(QoS)。因此，面向UWSNs的時空數據路由架構研究具有重要意義。相關研究如下：

2014年，Zhang等人在《A Top-Down Positioning Scheme for UnderwaterWireless Sensor Networks》中面向UWSNs提出一套自上而下的網絡定位架構TPS，TPS采用信任指數選取合適的網絡參考節點定位網絡中的待定位節點，在此基礎上，采用兩跳理論通過增加節點的定位距離，繼而增加潛在參考節點的數量，致使可以選取最優的參考節點以定位目標節點。在此網絡架構下，可以選取最優的基于節點地理位置的路由。然而在該架構下，作者并沒有考慮網絡的實際環境，并且該定位架構只能在理論上實現，并不能用于實際部署，不具備實際應用能力。

2017年，Anjana等人在《Fault-Resilient Localization for UnderwaterSensor Networks》中利用多元線性回歸理論抽象UWSNs網絡模型并提出一套故障彈性網絡架構。在此基礎上，利用多目標優化理論，提出一套近似最優的網絡定位架構，該架構利用最小二乘法定位網絡中的目標節點并通過全局統籌管理網絡中的節點位置。基于如上定位架構，該文基于網絡中潛在鏈路的地理位置提出近似最小代價路由。然而該套路由架構僅考慮節點的健壯性并沒有考慮節點的實際路由效率。

2015年，Boyu等人在《Improving Both Energy and Time Efficiency of Depth-Based Routing for Underwater Sensor Networks》中針對UWSNs中的基于地理位置路由無法獲取UWSNs中節點的實際位置問題，提出采用基于節點深度信息的路由架構。該論文采用水下到達時間測距技術去平衡節點能量消耗和端到端消耗的總時延。同比與基于多徑路由技術的數據傳輸，該文提出的方法效率更高，更能平衡節點的能量消耗。同樣，在2017年，Almed等人在《OptimizedDepth-Based Routing Protocol for Underwater WirelessSensor Networks》中提出基于節點的深度信息去決策路由，并考慮將網絡中的更多能量與資源分配給比較忙碌的節點，以提高整個網絡的利用效率。