基于AODV的物联网路由协议研究

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在互联网、无线传感器网络、射频识别、通信技术和智能信息处理等新技术的推动下,出现了一种新的面向应用的物联网。目前,对于物联网的研究已经引起了国内外学者广泛的关注。物联网与传统网络的最大区别在于它可以通过感知识别技术,让物联网中的物体可以开口说话,实现物体之间的交流,而无需人的干预。物联网是一种面向应用的网络,物联网中的业务类型多样化,通常物联网中包含大量的异构节点,节点间的通信方式也呈现出多种数据传输模式。物联网中很多关键技术已成为国内外研究的热点。而从体系结构的角度分析,每一层都有需要结合物联网的特点分别进行细致研究的问题,而路由的研究尤为重要。不管是任何形式的网络模型,在其网络中想要传输数据就不可能离开路由协议,物联网也是一样,由此可见它是物联网能够真正实现的关键问题之一。目前,学者在对传统的路由协议进行研究改进的时候,大多数研究的重点是假设网络中节点是同构的情况,即节点间具有相同的软、硬件性能,而避开了节点是异构的情况。但实际上,由于参与到路由过程中的任何节点只能在自己的邻居节点中选择下一跳节点作为数据包转发的中间节点,所以邻居节点的性能对路由稳定性的影响很大。而物联网中会存在网络交织的问题,即物联网由异构网络组成,网络中存在大量异构节点等问题。如果我们在路由选择时能够避免使用和源节点异构的中间节点,则可以使路由协议减少不必要的网络资源损耗。或者,在路由选择时充分利用异构节点中性能较好的中间节点,从而提高协议的整体性能。本文详细阐述了物联网的特点,深入分析了AODV路由协议的机制,在对该协议的相关研究成果进行分析的基础上,结合物联网中含有大量异构节点的这一特性,对AODV路由协议进行改进,提出一种适合于物联网环境下的更加稳定的NH-AODV路由协议。主要工作有如下两个方面:1.路由发现阶段:传统的AODV路由协议是基于网络中节点是同构的情况下建立路由的,本文针对物联网的特点,并结合物联网中存在的业务类型多样化的情况,在路由建立的过程中优先让和源节点同构的节点参与到其中,而对与源节点异构的物联网节点则利用加权平均和的方法,对这些异构邻居节点的性能进行比较,并从中选择一个符合物联网业务数据要求的性能值较高的节点参与到路由建立的过程中,旨在对物联网中不同的业务类型数据提供合适的路由。另外在最优的路由选择标准上,综合考虑路由上节点的跳数、和源节点同构的节点数以及路径上所有节点性能值的累加和这三个因素,从所有路径中选择一个最优的作为发送业务数据信息的路径。2.路由维护阶段:传统的AODV是通过周期性的广播HELLO消息维持活动路由上节点的连接信息,只有当发现活动路由上出现断裂时才会执行路由修复策略。本文针对物联网的特点,在路由维护的阶段引入路由优化机制,旨在将活动路由上可能存在的和源节点异构的节点替换成和源节点同构的节点。另外,提出了节点状态预判机制,在活动路由上的节点真正失效之前,根据节点在活动路由上所处的位置和上、下一跳节点所属的类型,分别采用不同的提前修复策略。并且在所选的策略为本地提前修复或局部提前修复时,建立备份路径,并且当备份路径建立好之后,不等主路径上的节点失效,就提前启用备份路径,并采用主路径和备份路径轮流传输数据包的策略,以实现在局部范围内的资源均衡,在一定程度上延长主路径上节点的生存时间,降低数据包因链路断裂而被丢弃的概率。在NS2仿真平台下对AODV路由协议和对其改进后的NH-AODV路由协议进行仿真对比,实验结果表明在网络中含有异构节点的情况下,改进后的协议在路由负荷、分组送达比例和分组的平均端到端时延上都优于AODV路由协议,从而表明了所提出的改进后的NH-AODV路由协议对物联网这样复杂网络环境的适用性是有效的。
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