低能耗高收益的无线传感器网络虚拟资源映射方法

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:eton8816
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无线传感器网络(Wireless Sensors Network,WSN)由于其自身传感器节点体积微小、部署方便并且具有信息处理能力以及无线通信能力等特有的优势而越来越受到人们的关注。但是它的结构形式单一,单一场景下可运行的路由协议是唯一的,并且不会随着业务需求的变化而改变,因而造成无线传感器网络的资源利用率较低。为此,如何充分利用无线传感器网络有限的物理资源,满足日益增长的多样化业务需求变得尤为重要。网络虚拟化技术允许在共同的底层物理网络上支撑相互隔离的虚拟网络(Virtual Network,VN)独立运行,并允许每个独立的虚拟网络运行自己的网络协议。在无线传感器网络中应用虚拟化技术可以支持分布式业务,实现资源的动态聚合,以扩展边缘业务能力,在方便管控网络资源的同时,提高物理网络资源利用率。但是,利用虚拟化的方式,尽管将软硬件隔离,当多个业务部署不当,将造成网络负载过重,业务质量下降,引发业务中断。因此,基于负载均衡思想,研究无线传感器网络虚拟资源分配方法,实现资源的优化与再平衡,成为研究的重点。本文针对映射过程中的能耗不均和底层网络资源利用率低下问题,分别提出了面向能耗的WSN虚拟资源映射机制和面向InP收益最大化的WSN虚拟资源映射机制。针对无线传感器网络在虚拟资源映射过程中因节点能量不均衡而造成生命周期缩短的问题,提出了面向能耗的无线传感器网络虚拟资源映射方法。在虚拟资源嵌入时,高时延需求的虚拟网络请求(Virtual Network Request,VNR)选择关键底层网络资源进行映射,低时延需求的VNR选择“绕远”,尽量选择比较空闲的底层网络资源进行映射,避免与高时延需求的VNR竞争,从而使得整个无线传感器网络的剩余能量更均衡。仿真结果显示该机制延长了底层物理网络的生命周期。针对现有虚拟资源映射算法对底层网络资源利用率低,可生存性的映射算法具有大量冗余资源的问题,提出了面向InP收益最大化的无线传感器网络虚拟资源映射方法。该方法以最大化基础设施供应商(Infrastructure Providers,InPs)的经济效益和提高无线传感器网络的资源利用率为主要目标,根据虚拟资源映射的不同映射阶段,提出了四种机制。首先,根据基于优先级的虚拟网络请求选择机制,对即将到来的虚拟网络进行优先级排序,使得效益最大的VNR首先进行映射。然后,在进行虚拟网络映射时,采用基于负载均衡的动态映射机制,选择剩余CPU和带宽资源较多的节点和链路进行映射,使得整个网络的资源消耗相对均衡。进而,当映射完成之后,执行基于优先级的映射更新机制。释放低收益需求,对高收益的VNR重新映射以保证基础设施供应商能获得最大的收益。最后,引入基于备份资源共享的动态映射机制,提前对所有的物理节点做好预处理,预留出部分资源作为备份,进而保证映射可靠性。仿真结果显示,以备份资源共享为前提,考虑业务优先级和负载均衡的动态映射机制,在保证业务可靠性的同时,提高了资源利用率和运行效益。
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