發(fā)布時間：2017-07-03 07:13

  本文關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡中的RPL路由協(xié)議研究

  更多相關文章： 無線傳感器網(wǎng)絡 RPL路由協(xié)議 能量均衡 簇父集 最佳轉發(fā)集

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是一種由大量可以感知和檢測外部數(shù)據(jù)的傳感器設備組成的分布式傳感網(wǎng)絡,該網(wǎng)絡中的各個傳感器通過無線多跳的方式進行相互通信,其網(wǎng)絡的配置非常靈活,傳感器設備的位置可以任意更改。但是無線傳感器設備一般由電池供電,其能量、數(shù)據(jù)處理能力和存儲能力有限。而無線傳感器網(wǎng)絡傳統(tǒng)的路由算法不利于管理和拓撲維護,且與其它網(wǎng)絡之間的相互操作性較差,因此,國際互聯(lián)網(wǎng)任務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)完成了一種針對無線傳感器設備特點的低功耗有損網(wǎng)絡路由協(xié)議(Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks,RPL)標準的制定,該協(xié)議提出了合理地利用無線傳感器資源的網(wǎng)絡拓撲構建和數(shù)據(jù)傳輸方法,能有效彌補傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡路由方法的不足。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延等同樣也是重要的研究方向。首先,本文對無線傳感器網(wǎng)絡和低功耗有損網(wǎng)絡的概念、特點以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行綜述。然后對RPL路由協(xié)議原理進行了詳細分析,并根據(jù)路由策略的不同對拓撲構建、數(shù)據(jù)轉發(fā)和路由修復的關鍵問題進行了分類,然后對其中幾種具有代表性的路由算法進行了介紹,并對它們各自的特點進行了分析和比較。然后,本文針對在現(xiàn)有的根據(jù)路徑瓶頸節(jié)點壽命長短來選擇最優(yōu)父節(jié)點的能量均衡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)點在計算路徑瓶頸節(jié)點的預期生存時間時流量考慮不全,以及在計算自身預計生存時間時沒有考慮到RPL協(xié)議在構建和維護拓撲結構階段需要發(fā)送大量控制包,且沒有考慮節(jié)點加入之后路徑瓶頸節(jié)點的變化情況而使后續(xù)待加入節(jié)點不能準確地選擇最優(yōu)父節(jié)點等問題,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消息分類發(fā)送機制來減少父節(jié)點發(fā)送的控制包數(shù)量;然后通過父節(jié)點流量累計機制來計算各個路徑瓶頸節(jié)點的預計生存時間,使計算出的瓶頸節(jié)點壽命值與實際值更接近,從而使待加入節(jié)點能更準確地確定誰是最優(yōu)父節(jié)點;接著,采用控制消息累計機制來計算自身的預計生存時間,使節(jié)點計算到自己的預計生存時間更準確,有利于路徑瓶頸節(jié)點的正確選擇;最后,在節(jié)點加入網(wǎng)絡后,采用路徑瓶頸節(jié)點再預估機制,盡量避免后續(xù)節(jié)點誤選瓶頸節(jié)點的情況。仿真結果表明,與RPL和EB-RPL等現(xiàn)有協(xié)議相比,EBHE-RPL算法在延長網(wǎng)絡生存時間、均衡網(wǎng)絡能量方面的性能均得到了提升。接下來,本文對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、時延偏大以及投遞率偏小的原因進行了深入研究,并在此基礎上提出了一種基于機會和最佳轉發(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)化了簇父集選擇機制,增加了數(shù)據(jù)成功轉發(fā)到下一跳的機會;同時根據(jù)排隊模型,修改了在選擇簇父集階段要計算各個代價值的計算過程,使得數(shù)據(jù)在最佳轉發(fā)集中能按照準確的優(yōu)先級順序進行協(xié)調(diào)轉發(fā),從而降低時延。仿真結果表明,OBFSB-RPL算法相比于CRPL算法在時延、成功率等性能方面均得到了改善。最后,總結了全文工作,并給出了RPL路由算法未來的研究方向。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 RPL路由協(xié)議 能量均衡 簇父集 最佳轉發(fā)集
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 論文的研究目標及結構安排18-20
• 第2章無線傳感器網(wǎng)絡中的RPL協(xié)議概述20-37
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡的概念及其體系結構簡介20-21
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的特點和面臨的挑戰(zhàn)21-22
• 2.3 低功耗有損網(wǎng)絡RPL路由協(xié)議分析22-32
• 2.3.1 RPL路由協(xié)議特點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、檢測及修復機制30-31
• 2.3.6 RPL路由協(xié)議的Trickle定時機制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36-37
• 第3章低功耗有損網(wǎng)絡中的能量均衡高效路由算法（EBHE-RPL）設計37-54
• 3.1 網(wǎng)絡模型及定義37-38
• 3.2 EB-RPL算法存在的問題分析38
• 3.3 EBHE-RPL路由算法設計38-45
• 3.3.1 EBHE-RPL算法新機制設計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算法的仿真實驗與結果分析47-53
• 3.5.1 網(wǎng)絡場景及參數(shù)設置47-48
• 3.5.2 網(wǎng)絡模型及拓撲構建48-49
• 3.5.3 仿真結果及分析49-53
• 3.6 本章小結53-54
• 第4章基于機會和最佳轉發(fā)集的RPL路由算法（OBFSB-RPL）設計54-67
• 4.1 網(wǎng)絡模型54-55
• 4.2 CRPL算法存在的問題分析55
• 4.3 OBFSB-RPL路由算法設計55-60
• 4.3.1 OBFSB-RPL算法新機制設計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路由算法仿真實驗與結果分析60-66
• 4.4.1 網(wǎng)絡模型60-61
• 4.4.2 仿真參數(shù)設置61-62
• 4.4.3 仿真結果及分析62-66
• 4.5 本章小結66-67
• 第5章結論及將來的研究工作67-69
• 5.1 結論67-68
• 5.2 將來的研究工作68-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學位期間從事的科研工作及取得的成果74

【參考文獻】

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)絡中的RPL路由協(xié)議研究[J];物聯(lián)網(wǎng)技術;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)建設若干思考[J];電子學報;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)絡完全覆蓋的研究[J];計算機工程與應用;2010年15期

  本文關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡中的RPL路由協(xié)議研究

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本文編號：512721