基于SDN的水下通信网络协议框架研究

发布时间：2020-03-30 10:36

【摘要】：传统网络结构中如果要根据业务需求修改网络配置,需要逐一对所有设备进行修改,这十分繁琐且容易出错。近年来SDN(Software Defined Network,软件定义网络)技术在无线网络中逐渐成熟,SDN技术具有结构灵活,便于升级等优点,有助于改善网络的诸多性能。本文提出了一套基于SDN的水下通信网络协议框架并通过OPNET完成框架的建模。本文首先介绍了水声通信网络中的若干MAC层协议,并基于OPNET完成了对物理层和MAC层的建模,提出了对信号传输中碰撞的模拟机制。接下来讨论了SDN技术的相关内容以及当前水下SDN网络的研究进展,针对现有架构的缺陷,在考虑实际需求的基础上提出了一套新的水下SDN通信网络结构。新结构引入了SDN的思想,将路由层分离为路由计算及数据转发模块,同时又考虑了水声网络的实际情况,于节点内保留了路由计算模块用于组网并建立控制通道。为了实现NFV(网络虚拟化)功能,节点内设有多个转发模块和MAC模块并允许这些模块并行运行以保证控制信息和数据信息共用信道且相互隔离。节点内还设有SDN控制模块,承担了部分SDN功能并负责管理节点内并行运行的模块。为了验证框架有效性,本文基于OPNET实现了对框架内各个模块的建模并进行了整体仿真。仿真结果表明该框架很好地实现了预定设计目标,具有自主组网,支持NFV,灵活修改拓扑结构,灵活变更节点功能,支持同时运行多种应用等优点。此外由于框架内各模块间耦合较小,各个模块替换容易,使得框架具有充足的改进潜力。
【图文】：

东南大学硕士学位论文环境中信号传播延时长的特点。(2) 带宽范围窄在水下环境中，节点之间只能通过声波来传递信号。而声波在传输过程中主要损失：扩展损失和吸收损失。扩展损失指的是节点发出的信号在扩散过程中由于散而造成的损失，仅由传播距离决定。而吸收损失指的是声波能量被水吸收所造耗。通常来讲，声波频率越大，吸收损失也越大，声波的传播范围越小。这使得法使用很高频率的声波进行通信，限制了水声通信的可用带宽。此外，，水声信号还受到换能器带宽的限制[3]。

东南大学硕士学位论文1.3 水声通信网的组成水声通信网通常随着应用的变化而变化。但是一般来讲，水声通信网通常由几类节点组成：固定节点、可移动的自主水下航行器 AUV (Autonomous Underwater Vehicle)以及位于水面的网关节点[7]。固定节点、AUV 与水面节点之间通过双向水声信道互相进行通信。各节点和 AUV 都有声音调制解调器，而网关节点既能够与水声通信网中的固定传感器和 AUV 进行通信，也可以与外界节点（例如岸上节点，卫星节点等）通过主干网络进行高速率通信。水声传感器节点和 AUV 负责采集数据、融合信息，然后利用多跳的方式将信息传送给水面网关节点。水面网关将信息发送给中继站，中继站再将信息发送给主干网络[8]。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.3

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