無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)RPL路由協(xié)議的優(yōu)化與設(shè)計(jì).pdf

1、迅速發(fā)展的無(wú)線通信技術(shù)和集成電子技術(shù)使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)得以不斷的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線鏈路、自組織通信，將監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯聚傳輸給監(jiān)測(cè)端。現(xiàn)如今，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用于人們生活的每一個(gè)角落，如環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、交通監(jiān)管等等，它的蓬勃發(fā)展給當(dāng)代科技和人們的生活都帶來(lái)了巨大的影響。
　　對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中的諸多關(guān)鍵技術(shù)，如

2、路由協(xié)議、能耗管理、節(jié)點(diǎn)定位等，其中處于最重要和核心地位的是路由技術(shù)，它是傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此路由協(xié)議是否適合網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景將直接影響著網(wǎng)絡(luò)的性能。IETF工作組在分析了現(xiàn)有的無(wú)線傳感器路由協(xié)議后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的路由協(xié)議中，沒有集中針對(duì)低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景的，因此ROLL工作組提出了一種新的路由協(xié)議——RPL（Routing for low-Power and Lossy networks）路由協(xié)議，這種路由協(xié)議所適合的應(yīng)用場(chǎng)景正

3、是低功耗有損網(wǎng)絡(luò)。
　　由于在網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中，要求通信節(jié)點(diǎn)能夠在傳輸鏈路不穩(wěn)定、拓?fù)漕l繁變化的網(wǎng)絡(luò)中適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的一些突發(fā)狀況，如陡增的數(shù)據(jù)流量、突變的鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)的不一致等現(xiàn)象，因此本文針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)流的網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象和時(shí)延現(xiàn)象對(duì)RPL路由協(xié)議進(jìn)行了兩個(gè)方面的優(yōu)化——多路徑的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡優(yōu)化和跨層的最小時(shí)延優(yōu)化。
　　本論文首先基于單路徑的RPL，以鏈路穩(wěn)定性為前提對(duì)其進(jìn)行了多路徑的優(yōu)化，并且在多路徑的基礎(chǔ)上按融合的路徑

4、權(quán)重對(duì)大量的數(shù)據(jù)流進(jìn)行動(dòng)態(tài)的負(fù)載均衡。這種優(yōu)化方案使得大量的數(shù)據(jù)流可以沿著鏈路質(zhì)量較好并且較為空閑的多條路徑進(jìn)行傳輸。測(cè)試結(jié)果表明，這種優(yōu)化方案可以在網(wǎng)絡(luò)面對(duì)大量數(shù)據(jù)時(shí)有很好的緩解網(wǎng)絡(luò)的擁塞能力，并且可以在網(wǎng)絡(luò)通信鏈路質(zhì)量極差的情況下獲得一個(gè)較好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
　　進(jìn)一步，在多路徑的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)ContikiMAC層機(jī)制的分析，對(duì)多路徑的RPL進(jìn)行了跨層最小時(shí)延優(yōu)化。提出設(shè)計(jì)了一種基于平均時(shí)延的路由度量，并根據(jù)新的路由度量設(shè)計(jì)