隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,無線傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同應(yīng)用需求所構(gòu)成的低功耗有損網(wǎng)絡(luò)(Low Power and Lossy Networks,LLN)成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。LLN具有廣泛的應(yīng)用前景,譬如環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健和工業(yè)控制等領(lǐng)域。然而,由于組成LLN的無線傳感器節(jié)點(diǎn)通常在處理能力、存儲(chǔ)空間以及能量(電池功率)方面受到限制,因此為了滿足更廣闊的應(yīng)用需求,國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組提出了一種基于IPv6的LLN路由協(xié)議(IPv6 based Routing Protocol for LLN,RPL)。本文在綜述現(xiàn)有LLN路由算法的基礎(chǔ)上,主要從網(wǎng)絡(luò)擁塞控制和路由修復(fù)兩個(gè)方面進(jìn)行深入研究并提出一定改進(jìn),本文在上述兩個(gè)方面所作出的具體研究工作如下:針對(duì)LLN中現(xiàn)有負(fù)載均衡相關(guān)算法不能有效地降低網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生的概率,以及現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法無法快速高效地緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞等問題,提出了一種基于多維度量結(jié)合的集中式網(wǎng)絡(luò)擁塞控制路由協(xié)議(Centralized Congestion Control Routing Protocol Based on Multi-metrics Combination,CRPMC)。該協(xié)議綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量、緩存占用率、無線鏈路質(zhì)量以及中繼節(jié)點(diǎn)當(dāng)前子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)等多維度量完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建;通過網(wǎng)絡(luò)擁塞節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行分析和處理,并采取集中式的方式控制其子節(jié)點(diǎn)的切換;為了避免網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象,對(duì)“乒乓效應(yīng)”問題進(jìn)行了有效解決。理論分析驗(yàn)證了CRPMC的有效性,仿真結(jié)果表明,本文所提出的CRPMC在網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生概率、網(wǎng)絡(luò)平均壽命以及根節(jié)點(diǎn)平均吞吐量等性能指標(biāo)方面得到了一定的改善。針對(duì)LLN中現(xiàn)有路由修復(fù)算法存在控制開銷冗余、修復(fù)時(shí)延較大和路由環(huán)路的問題,提出了一種基于環(huán)路避免的高效LLN路由修復(fù)算法(High-efficient Loop-free Based Repair Routing Protocol for LLN,HLR-RPL)。該算法包含三個(gè)改進(jìn)機(jī)制:(1)“取消拆路消息”機(jī)制,通過采用一種改進(jìn)后的面向目的地的有向無循環(huán)圖(Destination Oriented Directed Acyclic Graph,DODAG)信息請(qǐng)求消息(Modified DODAG Information Solicitation,MDIS),使得當(dāng)前無線鏈路故障節(jié)點(diǎn)將其鏈路故障狀態(tài)及時(shí)通告給其子節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn);(2)“減少控制消息回復(fù)”機(jī)制,鏈路故障節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)接收到MDIS控制消息后,并非均要向鏈路故障節(jié)點(diǎn)回復(fù)DODAG信息對(duì)象消息(DODAG Information Object,DIO);(3)“鏈路故障節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)切換”機(jī)制,使得鏈路故障修復(fù)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠處于更優(yōu)狀態(tài)。理論分析驗(yàn)證了HLR-RPL算法的有效性,仿真結(jié)果表明:與現(xiàn)有相關(guān)路由修復(fù)算法相比,HLR-RPL算法的歸一化控制開銷減少了25%以上,路由修復(fù)時(shí)延至少降低了32.64%,并且能夠有效地避免路由環(huán)路現(xiàn)象的出現(xiàn)。最后,對(duì)全文所做的工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)LLN中的RPL路由協(xié)議的進(jìn)一步研究進(jìn)行了展望。
【學(xué)位單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5;TP212.9
【部分圖文】：

圖 1.1 LLN 體系結(jié)構(gòu)示意圖由于傳統(tǒng)的路由協(xié)議，譬如移動(dòng) Ad-hoc 網(wǎng)絡(luò)中的按需距離矢量路由協(xié)議(Ad-hoc on-demand Distance Vector, AODV)[10]、動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議(Dynamic SourcRouting, DSR)[11]以 及 最 優(yōu) 鏈 路 狀 態(tài) 路 由 協(xié) 議 (Optimized Link State Routing

圖 2.1 RPL 路由協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖(包含 3 個(gè) DODAG 和 2 個(gè) RPL Instance)在 RPL 路由協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中，每個(gè)嵌入式設(shè)備均擁有一個(gè)指定的網(wǎng)絡(luò)ank，Rank 值的大小反映了該嵌入式設(shè)備相對(duì)于 DODAG Root 的位置AG3 中可以發(fā)現(xiàn)沿著下行路由方向，嵌入式設(shè)備的 Rank 值的大小呈現(xiàn)

圖 2.2 RPL 控制消息的幀格式如圖 2.2 所示，當(dāng)檢測到消息類型字段的值為 155 時(shí)，則表明該消息屬于 RPL控制消息；代碼字段標(biāo)識(shí)著 RPL 控制消息的類型，DIO 控制消息的代碼字段值為0x01、DAO 控制消息的代碼字段值為 0x02、DAO-ACK 控制消息的代碼字段值為

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2811408