基于类SDN的睡眠调度优化

海报摘要：基于类SDN架构改进无线传感器网络睡眠调度机制

摘要

我们要提出了一种基于类SDN架构的无线传感器网络，并改进了现有的EC‐CKN睡眠调度机制，以实现更高效的能源管理。采用类SDN架构替代传统无线传感器网络架构，并将EC‐CKN算法作为基础算法。本文介绍了在具有类SDN架构的无线传感器网络上所提出的SDN‐ECCKN的设计、实现与评估。

分类与主题描述

C.2.1[COMPUTER-COMMUNICATION NETWORK-S]：网络架构与设计—Distributed networks, Network communications, Wireless communication

关键词

类SDN架构，无线传感器网络，EC‐CKN，SDN‐ECCKN，睡眠调度

引言

在无线传感器网络（WSNs）中，通常由电池提供有限的能量。睡眠调度（SS）机制目前是一种有效管理整个网络能耗的方法[1]。然而，SS机制需要大量的广播过程。此外，在无线传感器网络中，发送单个比特数据的能耗至少是执行一条额外指令的480倍，这意味着大部分能量消耗在网络的整体传输上。受上述挑战的启发，我们提出了一种基于软件定义网络（SDN）的睡眠调度算法，该算法是对现有EC‐CKN算法的改进[2]，旨在延长网络寿命。

2. 类SDN架构

与传统无线传感器网络不同，在类SDN架构中，每个节点的计算单元已被移除，如图1所示。所有计算均由控制器处理，控制器通常具有强大的计算能力和稳定的电源供应。决策仅由控制器作出，然后交换机将这些决策转发给各个设备。

采用类SDN架构后无需广播流程，从而减少了网络的总传输时间。

3. SDN‐ECCKN算法

我们采用EC‐CKN算法作为基础算法，同时应用SDN架构替代传统架构来实现睡眠调度机制。EC‐CKN算法描述见[2]，所提出的SDN‐ECCKN算法如表1所示。

本文中，仿真区域是一个边长为200×200的正方形，其中随机部署了150个传感器节点。在仿真开始时，每个节点被分配相同的能量水平。在所提出的SDN‐ECCKN算法中，单个节点的寿命由多个间隔组成，每个时间间隔可分为两个片段：信标片段和执行片段，如图2所示。

每个间隔可以在图3中描述（∗对每个节点Ni应用以下步骤）：

表1: SDN‐ECCKN算法

间隔	Step 开始	SDN‐ECCKN 获取当前剩余能量的信息。
	信标	©1每个节点保持唤醒状态以send beacon data to the controller跟随初始路由网络拓扑
	决策	©2控制器根据信标对网络中每个节点的睡眠状态做出决策节点发送的数据，并根据EC‐CKN算法更新网络拓扑。然后控制器将这些决策发送给所有受影响的节点。
		©3每个节点执行决策：在每个间隔进入睡眠或保持清醒以发送主数据。
执行	∗在每个节点上运行上述操作

4. 初步结果

我们对整个网络进行仿真，并测试一些能够直接反映网络性能的重要参数。EC‐CKN和SDN‐ECCKN算法均在随机部署的无线传感器网络中实现。

4.1 网络剩余能量

我们比较了在不同K值下，EC‐CKN和SDN‐ECCKN算法在每个时间间隔后的网络剩余能量排序。图4显示了仿真结果。

4.2 网络寿命 VS K值

K与网络寿命之间的关系是非线性的，这种关系如图5所示。

5. 结论

SDN‐ECCKN的关键在于采用基于SDN的架构替代传统的无线传感器网络架构，以减少网络寿命期间的总传输次数，同时将现有的EC‐CKN算法作为基础算法。通过应用所提出的SDN‐ECCKN算法，网络性能得到了显著增强。我们的仿真结果显示出了极大的改进。