【摘要】：隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景日趨復(fù)雜及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大,節(jié)點(diǎn)的存儲能力有限、能量受限以及鏈路不穩(wěn)定等特性,嚴(yán)重制約了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模擴(kuò)展。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗、有損等特點(diǎn),國際互聯(lián)工程任務(wù)組(The Internet Engineering Task Force,IETF)的ROLL(Routing Over Low power and Lossy Networks)工作組提出了一種基于IPv6的RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks)路由協(xié)議。本文以RPL路由協(xié)議為基礎(chǔ),針對RPL路由協(xié)議的負(fù)載不均衡和擁塞問題展開研究。具體研究內(nèi)容如下:針對RPL路由協(xié)議以單路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸容易導(dǎo)致負(fù)載不均衡的問題,本文提出一種基于動態(tài)權(quán)值的多路徑RPL路由算法。首先,在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建過程中依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)選出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)多父節(jié)點(diǎn)集;其次,提出一種數(shù)據(jù)流量分配度量標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)流量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)路徑的權(quán)值,其路徑的權(quán)值根據(jù)節(jié)點(diǎn)和路徑狀態(tài)的不同進(jìn)行動態(tài)地更新,有效地結(jié)合了無線鏈路質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)剩余能量、節(jié)點(diǎn)緩存占用率等多種度量;最后,為了有效地均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,節(jié)點(diǎn)根據(jù)每條路徑上的權(quán)值大小分發(fā)不同的數(shù)量包到各個(gè)路徑。仿真結(jié)果表明,所提算法能夠提升數(shù)據(jù)包的投遞率,延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間,還能減少平均端到端時(shí)延和增加根節(jié)點(diǎn)的平均吞吐量。針對RPL路由協(xié)議構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲谐霈F(xiàn)的擁塞問題,現(xiàn)有的擁塞控制算法存在沒有考慮節(jié)點(diǎn)期望壽命的問題,以及只是根據(jù)緩存占用率或分組服務(wù)速率和產(chǎn)生速率進(jìn)行擁塞檢測,本文提出一種基于能量均衡的RPL擁塞控制算法。首先,在最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)選擇過程中,綜合考慮節(jié)點(diǎn)的緩存占用率和期望壽命,利用三角模融合算子進(jìn)行融合判決;其次,在擁塞檢測過程中,綜合考慮節(jié)點(diǎn)緩存占用率和緩存變化率進(jìn)行擁塞檢測,可以有效地避免擁塞;最后,在擁塞緩解的過程中,父節(jié)點(diǎn)的切換綜合考慮節(jié)點(diǎn)的緩存占用率和期望壽命,節(jié)點(diǎn)切換到擁塞較低和期望壽命較長的節(jié)點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)擁塞緩解和能量均衡。仿真結(jié)果表明,所提算法既能減少丟包率,增加根節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收速率,還能延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和降低平均功耗。
【圖文】：

端到端時(shí)延以及根節(jié)點(diǎn)的平均吞吐量四個(gè)性能指標(biāo)的變化情況，并對仿了對比分析。(1) 數(shù)據(jù)包投遞率圖 3.4 表明，隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，RPL-OF0 算法、ELT-RPL 算-RPL 算法的數(shù)據(jù)包投遞率均呈下降趨勢，其主要原因在于隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)礁?jié)點(diǎn)的距離會相對增大，增加了數(shù)據(jù)包丟失的概率。同 MDW-RPL 算法的數(shù)據(jù)包投遞率明顯高于 RPL-OF0 算法、IRPL 算法、EL，分析其原因主要有以下兩點(diǎn)：(1) 在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑跏蓟倪^程中，MDW-過最優(yōu)多父節(jié)點(diǎn)集選擇機(jī)制構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的期望壽命質(zhì)量、因緩存而丟包的概率，能夠有效地降低數(shù)據(jù)包的丟包率；(2) 在計(jì)分配度量標(biāo)準(zhǔn)的過程中將多種度量有效地結(jié)合，并通過多路徑數(shù)據(jù)流量夠有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，極大地降低了數(shù)據(jù)包的丟包率。

存時(shí)間均隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而降低，但 MDW-RPL 算法的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)其他三種算法。并且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，MDW-RPL 算法的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)度較小，表明網(wǎng)絡(luò)不會因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間急速下降。OF0 算法，MDW-RPL 算法通過多路徑數(shù)據(jù)流量分配策略能夠有效地實(shí)，從而避免了因單路徑導(dǎo)致的負(fù)載不均衡。相對于 IRPL 算法，MDW-RP采用多路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而 IRPL 算法當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞發(fā)生后，采用行數(shù)據(jù)傳輸，所以 MDW-RPL 算法可以有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，減少擁塞，從而延長了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。相對于 ELT-RPL 算法，MDW-RPL 算法通節(jié)點(diǎn)集選擇機(jī)制、數(shù)據(jù)流量分配度量標(biāo)準(zhǔn)和多路徑數(shù)據(jù)流量分配策略的源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量分配更加合理，，能夠最大化地均衡負(fù)載，ELT-RPL 算每條路徑上的瓶頸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流量分配，所以 MDW-RPL 算法可以有效地生存時(shí)間。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2692393