无线传感器网络中的rpl路由协议研究

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1、分类号TP393密级公开UDC621.3学位论文编号D-10617-30852-(2016)-01098重庆邮电大学硕士学位论文中文题目无线传感器网络中的RPL路由协议研究英文题目StudyofRPLRoutingProtocolinWirelessSensorNetworks学号S130131129姓名杨及开学位类别工程硕士学科专业电子与通信工程指导教师姚玉坤教授完成日期2016年3月20日重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)是一种由大量可以感知和检测外部数据的传

2、感器设备组成的分布式传感网络，该网络中的各个传感器通过无线多跳的方式进行相互通信，其网络的配置非常灵活，传感器设备的位置可以任意更改。但是无线传感器设备一般由电池供电，其能量、数据处理能力和存储能力有限。而无线传感器网络传统的路由算法不利于管理和拓扑维护，且与其它网络之间的相互操作性较差，因此，国际互联网任务工作组的低功耗路由算法(RoutingoverLossyandLow-powerNetworks，ROLL)工作组从2010年开始陆续完成了一种针对无线传感器设备特点的低功耗有损网络路由协议(RoutingProtocolfo

3、rLowPowerandLossyNetworks，RPL)标准的制定，该协议提出了合理地利用无线传感器资源的网络拓扑构建和数据传输方法，能有效弥补传统的无线传感器网络路由方法的不足。但是，在RPL路由算法中，能量均衡、增加投递成功率以及减少端到端时延等同样也是重要的研究方向。首先，本文对无线传感器网络和低功耗有损网络的概念、特点以及国内外研究现状进行综述。然后对RPL路由协议原理进行了详细分析，并根据路由策略的不同对拓扑构建、数据转发和路由修复的关键问题进行了分类，然后对其中几种具有代表性的路由算法进行了介绍，并对它们各自的特点

4、进行了分析和比较。然后，本文针对在现有的根据路径瓶颈节点寿命长短来选择最优父节点的能量均衡RPL路由算法(EnergyBalancedRoutingProtocolforLowPowerandLossyNetworks，EB-RPL)中，存在的待加入节点在计算路径瓶颈节点的预期生存时间时流量考虑不全，以及在计算自身预计生存时间时没有考虑到RPL协议在构建和维护拓扑结构阶段需要发送大量控制包，且没有考虑节点加入之后路径瓶颈节点的变化情况而使后续待加入节点不能准确地选择最优父节点等问题，提出了一种基于能量均衡的RPL高效路由算法(En

5、ergyBalancedandHighEfficiencyRoutingProtocolforLowPowerandLossyNetworks，EBHE-RPL)。该算法首先采用目的地通告确认消息分类发送机制来减少父节点发送的控制包数量；然后通过父节点流量累计机制来计算各个路径瓶颈节点的预计生存时间，使计算出的瓶颈节点寿命I重庆邮电大学硕士学位论文摘要值与实际值更接近，从而使待加入节点能更准确地确定谁是最优父节点；接着，采用控制消息累计机制来计算自身的预计生存时间，使节点计算到自己的预计生存时间更准确，有利于路径瓶颈节点的正确选择

6、；最后，在节点加入网络后，采用路径瓶颈节点再预估机制，尽量避免后续节点误选瓶颈节点的情况。仿真结果表明，与RPL和EB-RPL等现有协议相比，EBHE-RPL算法在延长网络生存时间、均衡网络能量方面的性能均得到了提升。接下来，本文对另一种具有代表性的基于簇父集的RPL路由算法(Cluster-parentBasedRPLforLow-PowerandLossyNetworks，CRPL)中能耗、时延偏大以及投递率偏小的原因进行了深入研究，并在此基础上提出了一种基于机会和最佳转发集的RPL路由算法(OpportunisticandB

7、estForwardSetBasedRoutingforLow-PowerandLossyNetworks，OBFSB-RPL)。该算法优化了簇父集选择机制，增加了数据成功转发到下一跳的机会；同时根据排队模型，修改了在选择簇父集阶段要计算各个代价值的计算过程，使得数据在最佳转发集中能按照准确的优先级顺序进行协调转发，从而降低时延。仿真结果表明，OBFSB-RPL算法相比于CRPL算法在时延、成功率等性能方面均得到了改善。最后，总结了全文工作，并给出了RPL路由算法未来的研究方向。关键词：无线传感器网络，RPL路由协议，能量均衡，簇

8、父集，最佳转发集II重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractWirelesssensornetworkisadistributedsensornetworkwhichiscomposedofalargenumberofdevices