面向鸟声传感网数据中心的边缘虚拟网桥技术研究

摘要

本研究采用麦克风阵列作为传感节点，基于无线传感器网络设计了鸟声传感网的系统架构。麦克风阵列由四个传声器组成，可利用鸟声信号实现对候鸟的定位，其制成的智能传感节点将在恶劣环境、天气下代替人工监测湿地内候鸟的群落密度与活动规律。鸟声传感网采用基于分簇的分层结构，具有成本低廉、部署简便与精确度高等优越性能，可用于开展湿地生态多样性保护及疫源疫情监控等工作。
　　鸟声数据中心用于储存与处理各监测区域传感节点采集的数据，其架构的设计对于系统资源使用率、运算性能及可扩展性极其重要。该数据中心将采用先进的虚拟化技术，在物理服务器内虚拟出多台独立的虚拟机复用物理资源，并完成不同数据处理工作。然而当前的虚拟机流量交换网络设计存在诸多弊端，本文研究了802.1Qbg标准中的边缘虚拟网桥(EVB)技术，并基于Comware V7平台与二层交换机实现了支持多种转发模式的多通道技术，简化了服务器内部结构，提高了资源使用率，实现了对虚拟机流量的监管与控制策略实施，并使交换机可灵活感知虚拟机的变迁。EVB技术通过交换机将传感节点上传的鸟声数据自动重定向到不同的虚拟机，使虚拟机能够根据地域及鸟类对鸟声数据作不同处理，是实现鸟声传感网的关键技术之一。本文对交换机端的EVB技术总体框架与重点模块进行了详细的设计，实现了通过配置与协议交互两种方式对虚拟机流量完成转发，并进行了功能测试与结果分析。
　　在本研究的基础上可对鸟声数据中心架构进行进一步设计，并通过后续工作完成鸟声传感网整体系统的实现。同时，本文研究实现的EVB技术同样适用于其他需要高资源使用率与高性能网络架构的云计算数据中心。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题意义和研究背景

1．1．1 湿地候鸟监测研究背景

1．1．2 湿地候鸟监测技术现状

1．1．2 基于麦克风阵列的无线传感器网络监测法

1．2 数据中心虚拟机网络接入发展现状

1．2．1 虚拟机网络接入研究背景

1．2．2 虚拟机网络接入技术现状

1．3 本文工作内容

1．4 论文章节安排

2 鸟声传感网系统设计

2．1 无线传感器网络简介

2．2 鸟声传感网系统总体设计

2．2．1 鸟声传感网系统架构

2．2．2 鸟声传感网各模块功能

2．3 面向鸟声传感网数据中心的EVB技术概述

2．4 本章小结

3 EVB技术体系综述

3．1 EVB数据转发模式

3．1．1 VEB模式

3．1．2 VEPA模式

3．1．3 Multi-Channel模式

3．2 EVB交互协议简析

3．2．1 CDCP协议

3．2．2 EVB TLV

3．2．3 VDP协议

3．2．4 ECP协议

3．3 EVB的运行机制

3．3．1 功能单元

3．3．2 VM上线过程

3．3．3 VM迁移过程

3．4 本章小结

4 基于二层交换机的EVM技术需求分析

4．1 EVB硬件开发平台

4．1．1 S10500系列交换机设备简介

4．1．2 交换机二层转发原理

4．2 EVB软件开发平台

4．3 功能需求分析

4．3．1 配置处理需求分析

4．3．2 协议报文收发需求分析

4．3．3 芯片转发需求分析

4．4 本章小结

5 EVB系统总体设计与实现

5．1 EVB总体框架设计

5．2 功能模块设计

5．2．1 EVB守护进程模块设计

5．2．2 EVB内核模块设计

5．3 线程设计

5．4 数据结构设计

5．5 时序设计

5．5．1 配置创建S通道的时序

5．5．2 配置删除S通道的时序

5．5．3 CDCP协商创建S通道的时序

5．5．4 CDCP协商删除S通道的时序

5．6 S通道创建删除的实现

5．6．1 配置创建S通道的实现

5．6．2 配置删除S通道的实现

5．6．3 协议创建、删除S通道的实现

5．7 本章小结

6 EVB芯片转发设计与实现

6．1 EVB关键机制的设计

6．1．1 Tag的识别

6．1．2 S通道的识别

6．1．3 MAC地址学习

6．1．4 接口策略

6．1．5 报文统计

6．2 EVB芯片转发实现

6．2．1 入方向处理流程

6．2．2 出方向处理流程

6．3 本章小结

7 EVB功能测试与分析

7．1 EVB测试环境

7．2 EVB配置功能测试

7．2．1 测试用例设计

7．2．2 测试过程与结果分析

7．3 EVB协议功能测试

7．3．1 测试用例设计

7．3．2 测试过程与结果分析

7．4 EVB转发功能测试

7．4．1 测试用例设计

7．4．2 测试过程与结果分析

7．5 本章小结

8 总结与展望

致谢

参考文献