本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的RPL路由協(xié)議研究

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)是一種由大量可以感知和檢測外部數(shù)據(jù)的傳感器設(shè)備組成的分布式傳感網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)傳感器通過無線多跳的方式進(jìn)行相互通信,其網(wǎng)絡(luò)的配置非常靈活,傳感器設(shè)備的位置可以任意更改。但是無線傳感器設(shè)備一般由電池供電,其能量、數(shù)據(jù)處理能力和存儲(chǔ)能力有限。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的路由算法不利于管理和拓?fù)渚S護(hù),且與其它網(wǎng)絡(luò)之間的相互操作性較差,因此,國際互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)工作組的低功耗路由算法(Routing over Lossy and Low-power Networks,ROLL)工作組從2010年開始陸續(xù)完成了一種針對(duì)無線傳感器設(shè)備特點(diǎn)的低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks,RPL)標(biāo)準(zhǔn)的制定,該協(xié)議提出了合理地利用無線傳感器資源的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建和數(shù)據(jù)傳輸方法,能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的不足。但是,在RPL路由算法中,能量均衡、增加投遞成功率以及減少端到端時(shí)延等同樣也是重要的研究方向。首先,本文對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的概念、特點(diǎn)以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。然后對(duì)RPL路由協(xié)議原理進(jìn)行了詳細(xì)分析,并根據(jù)路由策略的不同對(duì)拓?fù)錁?gòu)建、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由修復(fù)的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分類,然后對(duì)其中幾種具有代表性的路由算法進(jìn)行了介紹,并對(duì)它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行了分析和比較。然后,本文針對(duì)在現(xiàn)有的根據(jù)路徑瓶頸節(jié)點(diǎn)壽命長短來選擇最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)的能量均衡RPL路由算法(Energy Balanced Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks,EB-RPL)中,存在的待加入節(jié)點(diǎn)在計(jì)算路徑瓶頸節(jié)點(diǎn)的預(yù)期生存時(shí)間時(shí)流量考慮不全,以及在計(jì)算自身預(yù)計(jì)生存時(shí)間時(shí)沒有考慮到RPL協(xié)議在構(gòu)建和維護(hù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)階段需要發(fā)送大量控制包,且沒有考慮節(jié)點(diǎn)加入之后路徑瓶頸節(jié)點(diǎn)的變化情況而使后續(xù)待加入節(jié)點(diǎn)不能準(zhǔn)確地選擇最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)等問題,提出了一種基于能量均衡的RPL高效路由算法(Energy Balanced and High Efficiency Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks,EBHE-RPL)。該算法首先采用目的地通告確認(rèn)消息分類發(fā)送機(jī)制來減少父節(jié)點(diǎn)發(fā)送的控制包數(shù)量;然后通過父節(jié)點(diǎn)流量累計(jì)機(jī)制來計(jì)算各個(gè)路徑瓶頸節(jié)點(diǎn)的預(yù)計(jì)生存時(shí)間,使計(jì)算出的瓶頸節(jié)點(diǎn)壽命值與實(shí)際值更接近,從而使待加入節(jié)點(diǎn)能更準(zhǔn)確地確定誰是最優(yōu)父節(jié)點(diǎn);接著,采用控制消息累計(jì)機(jī)制來計(jì)算自身的預(yù)計(jì)生存時(shí)間,使節(jié)點(diǎn)計(jì)算到自己的預(yù)計(jì)生存時(shí)間更準(zhǔn)確,有利于路徑瓶頸節(jié)點(diǎn)的正確選擇;最后,在節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后,采用路徑瓶頸節(jié)點(diǎn)再預(yù)估機(jī)制,盡量避免后續(xù)節(jié)點(diǎn)誤選瓶頸節(jié)點(diǎn)的情況。仿真結(jié)果表明,與RPL和EB-RPL等現(xiàn)有協(xié)議相比,EBHE-RPL算法在延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間、均衡網(wǎng)絡(luò)能量方面的性能均得到了提升。接下來,本文對(duì)另一種具有代表性的基于簇父集的RPL路由算法(Cluster-parent Based RPL for Low-Power and Lossy Networks,CRPL)中能耗、時(shí)延偏大以及投遞率偏小的原因進(jìn)行了深入研究,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于機(jī)會(huì)和最佳轉(zhuǎn)發(fā)集的RPL路由算法(Opportunistic and Best Forward Set Based Routing for Low-Power and Lossy Networks,OBFSB-RPL)。該算法優(yōu)化了簇父集選擇機(jī)制,增加了數(shù)據(jù)成功轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳的機(jī)會(huì);同時(shí)根據(jù)排隊(duì)模型,修改了在選擇簇父集階段要計(jì)算各個(gè)代價(jià)值的計(jì)算過程,使得數(shù)據(jù)在最佳轉(zhuǎn)發(fā)集中能按照準(zhǔn)確的優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)發(fā),從而降低時(shí)延。仿真結(jié)果表明,OBFSB-RPL算法相比于CRPL算法在時(shí)延、成功率等性能方面均得到了改善。最后,總結(jié)了全文工作,并給出了RPL路由算法未來的研究方向。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) RPL路由協(xié)議 能量均衡 簇父集 最佳轉(zhuǎn)發(fā)集
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-13
• 第1章緒論13-20
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 論文的研究目標(biāo)及結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第2章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的RPL協(xié)議概述20-37
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念及其體系結(jié)構(gòu)簡介20-21
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)21-22
• 2.3 低功耗有損網(wǎng)絡(luò)RPL路由協(xié)議分析22-32
• 2.3.1 RPL路由協(xié)議特點(diǎn)22-23
• 2.3.2 RPL路由協(xié)議的控制消息模塊介紹23-27
• 2.3.3 RPL路由協(xié)議的DODAG構(gòu)建過程27-28
• 2.3.4 RPL路由協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚蛇^程28-30
• 2.3.5 RPL路由協(xié)議的環(huán)路避免、檢測及修復(fù)機(jī)制30-31
• 2.3.6 RPL路由協(xié)議的Trickle定時(shí)機(jī)制31-32
• 2.4 兩種典型的RPL路由算法原理32-36
• 2.4.1 EB-RPL路由算法32-33
• 2.4.2 CRPL路由算法33-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章低功耗有損網(wǎng)絡(luò)中的能量均衡高效路由算法（EBHE-RPL）設(shè)計(jì)37-54
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)模型及定義37-38
• 3.2 EB-RPL算法存在的問題分析38
• 3.3 EBHE-RPL路由算法設(shè)計(jì)38-45
• 3.3.1 EBHE-RPL算法新機(jī)制設(shè)計(jì)39-43
• 3.3.2 EBHE-RPL算法的操作步驟43-44
• 3.3.3 EBHE-RPL算法性能的理論分析44-45
• 3.4 Contiki系統(tǒng)和Cooja仿真工具45-47
• 3.4.1 Contiki操作系統(tǒng)簡介45-46
• 3.4.2 Cooja仿真工具操作步驟46-47
• 3.5 EBHE-RPL算法的仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析47-53
• 3.5.1 網(wǎng)絡(luò)場景及參數(shù)設(shè)置47-48
• 3.5.2 網(wǎng)絡(luò)模型及拓?fù)錁?gòu)建48-49
• 3.5.3 仿真結(jié)果及分析49-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章基于機(jī)會(huì)和最佳轉(zhuǎn)發(fā)集的RPL路由算法（OBFSB-RPL）設(shè)計(jì)54-67
• 4.1 網(wǎng)絡(luò)模型54-55
• 4.2 CRPL算法存在的問題分析55
• 4.3 OBFSB-RPL路由算法設(shè)計(jì)55-60
• 4.3.1 OBFSB-RPL算法新機(jī)制設(shè)計(jì)56-58
• 4.3.2 OBFSB-RPL算法操作步驟58-59
• 4.3.3 OBFSB-RPL路由算法性能的理論分析59-60
• 4.4 OBFSB-RPL路由算法仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析60-66
• 4.4.1 網(wǎng)絡(luò)模型60-61
• 4.4.2 仿真參數(shù)設(shè)置61-62
• 4.4.3 仿真結(jié)果及分析62-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章結(jié)論及將來的研究工作67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 將來的研究工作68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 胡芹艷;尹長川;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的RPL路由協(xié)議研究[J];物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);2014年01期

2 寧煥生;徐群玉;;全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及中國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)若干思考[J];電子學(xué)報(bào);2010年11期

3 劉益;王東;李曉鴻;王文艷;;陰影衰落環(huán)境下無線傳感網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋的研究[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2010年15期

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本文編號(hào)：512721