论文部分内容阅读
随着IPv4地址消耗殆尽,当前实现IPv6网络与无线传感网络间的互通已经成为一个重要的发展趋势。6Lo WPAN技术的出现加速了两者的融合,使得在支持IEEE802.15.4协议的设备上传输IPv6数据成为可能。低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)作为无线传感网络的一个分支,网络中的节点存在能量、内存以及处理能力均受到限制的问题。路由协议作为LLN中的关键技术,对LLN的网络性能影响深远。因此专为LLN制定的基于IPv6的低功耗有损网络路由协议(IPv6 based Routing Protocol for LLN,RPL),受到了广泛关注。本文在现有RPL路由协议研究的基础上,提出两种改进的RPL路由协议,本文的主要研究工作如下:1.针对当前RPL路由协议研究中存在的路由度量不完善导致选择的父节点非最优、数据传输路径不够优化等问题,提出一种基于跨层优化的高效低时延RPL路由协议(Efficient and Low-latency RPL Routing Protocol Based on Cross-layer Optimization,CL-ORPL)。CL-ORPL路由协议包含三个改进机制:(1)定义新的目标函数,综合考虑链路队列利用率、网络深度、子节点数目以及期望传输次数等多种路由度量,优化最优父节点选择;(2)将DAO-ACK消息的“Source Address”字段修改为“Previous Hop Address”字段,通过DAO-ACK消息携带上一跳节点信息;(3)跨层旁听改进的DAO-ACK消息,通过改进的DAO-ACK消息的“Previous Hop Address”字段以及MAC帧头地址建立横向路由。理论分析及仿真实验结果表明,CL-ORPL路由协议在平均端到端时延、数据传输成功率以及网络生存时间等网络性能方面优于现有算法。2.针对当前基于多sink的RPL路由协议研究中存在雷鸣效应、最优父节点的单向抉择以及多个RPL实例间的网络负载不均衡等问题,提出多sink中基于双向父节点选择的高效RPL路由协议(Efficient RPL Routing Protocol Based on Bidirectional Parent Selection in Multi-sink,BPSM-ERPL)。BPSM-ERPL路由协议包括三个改进机制:(1)在不增加额外控制开销的情况下,通过M-DAO消息携带数据传输速率信息,提前通告最优父节点当前的请求数据速率;(2)提出双向父节点选择机制,最优父节点依据自身的网络状态判断是否建立与子节点的连接,通过最优父节点与子节点之间的相互决策,降低了网络拥塞发生的概率;(3)通过边界路由节点实现数据在多个RPL实例之间的合理分配。理论分析及仿真实验表明,改进协议在网络吞吐量、数据传输成功率以及网络生存时间等网络性能方面均优于现有算法。最后,总结全文工作,并对进一步的研究工作提出展望。