隨著物聯(lián)網技術的迅猛發(fā)展,無線傳感器節(jié)點根據(jù)不同應用需求所構成的低功耗有損網絡(Low Power and Lossy Networks,LLN)成為了當前的研究熱點。LLN具有廣泛的應用前景,譬如環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健和工業(yè)控制等領域。然而,由于組成LLN的無線傳感器節(jié)點通常在處理能力、存儲空間以及能量(電池功率)方面受到限制,因此為了滿足更廣闊的應用需求,國際互聯(lián)網工程任務組提出了一種基于IPv6的LLN路由協(xié)議(IPv6 based Routing Protocol for LLN,RPL)。本文在綜述現(xiàn)有LLN路由算法的基礎上,主要從網絡擁塞控制和路由修復兩個方面進行深入研究并提出一定改進,本文在上述兩個方面所作出的具體研究工作如下:針對LLN中現(xiàn)有負載均衡相關算法不能有效地降低網絡擁塞發(fā)生的概率,以及現(xiàn)有網絡擁塞控制算法無法快速高效地緩解網絡擁塞等問題,提出了一種基于多維度量結合的集中式網絡擁塞控制路由協(xié)議(Centralized Congestion Control Routing Protocol Based on Multi-metrics Combination,CRPMC)。該協(xié)議綜合考慮節(jié)點剩余能量、緩存占用率、無線鏈路質量以及中繼節(jié)點當前子節(jié)點個數(shù)等多維度量完成網絡拓撲的構建;通過網絡擁塞節(jié)點對數(shù)據(jù)流量進行分析和處理,并采取集中式的方式控制其子節(jié)點的切換;為了避免網絡出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象,對“乒乓效應”問題進行了有效解決。理論分析驗證了CRPMC的有效性,仿真結果表明,本文所提出的CRPMC在網絡擁塞發(fā)生概率、網絡平均壽命以及根節(jié)點平均吞吐量等性能指標方面得到了一定的改善。針對LLN中現(xiàn)有路由修復算法存在控制開銷冗余、修復時延較大和路由環(huán)路的問題,提出了一種基于環(huán)路避免的高效LLN路由修復算法(High-efficient Loop-free Based Repair Routing Protocol for LLN,HLR-RPL)。該算法包含三個改進機制:(1)“取消拆路消息”機制,通過采用一種改進后的面向目的地的有向無循環(huán)圖(Destination Oriented Directed Acyclic Graph,DODAG)信息請求消息(Modified DODAG Information Solicitation,MDIS),使得當前無線鏈路故障節(jié)點將其鏈路故障狀態(tài)及時通告給其子節(jié)點和鄰居節(jié)點;(2)“減少控制消息回復”機制,鏈路故障節(jié)點的鄰居節(jié)點接收到MDIS控制消息后,并非均要向鏈路故障節(jié)點回復DODAG信息對象消息(DODAG Information Object,DIO);(3)“鏈路故障節(jié)點的子節(jié)點切換”機制,使得鏈路故障修復后的網絡拓撲結構能夠處于更優(yōu)狀態(tài)。理論分析驗證了HLR-RPL算法的有效性,仿真結果表明:與現(xiàn)有相關路由修復算法相比,HLR-RPL算法的歸一化控制開銷減少了25%以上,路由修復時延至少降低了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,對全文所做的工作進行了總結,并對LLN中的RPL路由協(xié)議的進一步研究進行了展望。
【學位單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5;TP212.9
【部分圖文】：

圖 1.1 LLN 體系結構示意圖由于傳統(tǒng)的路由協(xié)議，譬如移動 Ad-hoc 網絡中的按需距離矢量路由協(xié)議(Ad-hoc on-demand Distance Vector, AODV)[10]、動態(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)議拓撲結構圖(包含 3 個 DODAG 和 2 個 RPL Instance)在 RPL 路由協(xié)議拓撲結構圖中，每個嵌入式設備均擁有一個指定的網絡ank，Rank 值的大小反映了該嵌入式設備相對于 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，當檢測到消息類型字段的值為 155 時，則表明該消息屬于 RPL控制消息；代碼字段標識著 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】

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1 梁建武;馬曉亮;徐龍龍;;移動Ad Hoc網絡AODV路由協(xié)議的研究與優(yōu)化[J];重慶大學學報;2015年04期

2 胡婷婷;秦雅娟;高德云;;IPv6無線傳感網負載均衡路由協(xié)議研究[J];計算機技術與發(fā)展;2015年07期

3 程紅舉;黃行波;XIONG Naixue;;不可靠通信環(huán)境下無線傳感器網絡最小能耗廣播算法[J];軟件學報;2014年05期

4 劉益;王東;李曉鴻;王文艷;;陰影衰落環(huán)境下無線傳感網絡完全覆蓋的研究[J];計算機工程與應用;2010年15期

本文編號：2811408