城市多网空间下软件定义物联网的移动接入机制研究

With recent emergence of tremendous mobile IoT (Internet of Things) devices and new wireless access technologies, it is a challenge for the mobile IoT applications to manage multinetwork spaces with the coexistence of heterogeneous communications, and provide city-scale mobile access. SDN (Software-defined Networking) becomes known as a cutting-edge network architecture that can decouple control plane and data plane, and provide quick configuration of network devices. Therefore, it can naturally satisfy the dynamic changes of service flows in mobile IoT. This proposal based on the flexibility of SDN will further extend the interaction protocols of its control and data planes, and design distributed software-defined IoT architecture in the urban multinetwork spaces. An overlay network structure will be built in the architecture to support distributed mobility management, where network functions such as fault-tolerance, consistency, load balance and flow scheduling can be achieved through the coordination of overlay nodes. From the aspects of multiple service flows and multiple access networks in urban mobile IoT, the proposal will model the analysis of network status based on network calculus, and correspondingly derive optimization algorithm for the assignment of access networks under multiple network constraints. Meanwhile, according to the spatial–temporal features of mobile IoT devices during mobile access procedure, security strategies on key distribution and access authentication will be provided based on location information. Potential wireless network attacks will be tackled as well to secure mobile access. These research topics in the proposal are expected to offer theoretic solutions and practical values on improving the performance of software-defined IoT in urban multinetwork spaces.

随着大量移动物联网设备和新兴无线接入技术的出现，管理异构通信共存的多网空间、提供城市规模的移动接入成为物联网应用的挑战。软件定义网络是一种控制和数据平面分离、可快速配置网络设备的新型网络体系结构，特别适合业务流动态变化的移动物联网。本项目结合其灵活特性，扩展控制和数据平面的交互协议，设计城市多网空间下分布式的软件定义物联网体系架构。在此基础上，构建支持分布式移动管理的覆盖网络结构，并通过覆盖节点间的协作实现容错、一致性、负载均衡、业务流调度等功能。根据移动物联网多业务流多接入的特点，建立基于网络演算的网络状态分析模型，提出多网络约束条件下接入网络的优化分配算法。同时，在移动接入过程中，根据物联网设备的时空属性，提出基于位置的密钥分发策略和接入认证协议，并就移动接入可能出现的几种无线网络攻击提出相应的对策。本项目的研究对提升城市多网空间下软件定义物联网的移动接入性能有重要理论意义和应用价值。

软件定义网络具有快速配置和灵活调度的结构特点，可为城市物联网提供高速率、低时延、高可靠、更敏捷的业务流传输。应用软件定义物联网必须处理相关体系结构、移动管理和接入控制等带来的联合挑战。本项目研究了软件定义物联网的若干关键问题，取得了如下重要进展：..1、软件定义物联网架构设计和搭建研究。1）提出一种城市异构网络中数据流控制和移动管理的软件定义物联网系统。2) 提出一种灵活且安全的移动物联网弹性访问管理系统。3) 设计一种网络编码辅助D2D协作通信和资源博弈分配的方案。4）搭建一套软件定义物联网原型系统，对真实环境下的可扩展性、吞吐量、延时等性能进行验证。..2、移动物联网终端网络自适应和定位性能优化研究。1) 融合知识共享和在线强化学习框架，用于无人机群的自适应数据处理和分发。2 ）实现一种上下文感知的移动终端系统，用于离线状态下对在线社交媒体进行访问。3）结合随机矩阵理论和稀疏属性的优点，增强车辆定位能力。4）提出机会感知策略，采用少量锚节点实现室内定位的可扩展性和准确性。..3、多种移动场景下的物联网泛在接入研究。1）通过在线压缩感知和离线群智感知，用于智能网联汽车查找和接入路边单元。2）在地铁等网络间断环境下，基于群智感知实现自适应信号预测和移动网络连接。3）建模移动多跳网络汇聚传输模型，用以捕获路径持续时间和端到端时延。4）提出移动P2P群体服务的容错激励机制，便于数据和计算任务在移动设备之间执行。..4、移动物联网数据分析、处理和应用研究。1）融合堆栈LSTM和高斯朴素贝叶斯模型，实现物联网时间序列数据的异常检测。2）提出基于联合估计的群智感知，用于汇聚和发布可靠的停车位信息。3 ）通过时间序列分解方法理解并预测大规模蜂窝网络移动流量的规则性和随机性。4）分析移动应用程序的用户使用模式，揭露用户在App中被唯一识别的可能性。 ..以上成果在网络设计、资源调度、泛在接入、数据分析和系统集成等方面取得了重要进展，并在自主搭建的软件定义物联网平台上验证了方法的有效性,为软件定义物联网的研究奠定了坚实的理论和实践基础。