基于6LoWPAN的RPL路由协议的优化

摘要

IEEE 802.15.4标准的出现以及6LoWPAN工作组的成立，让在无线嵌入式网络中使用IP协议成为可能，从而加快了物联网与互联网的对接，促进了物联网技术的发展。WSN是物联网技术的重要组成部分，6LoWPAN的诞生使IP技术与传统的无线传感器网络很好的结合起来，但是传统的路由协议在新技术中并不适用。
　　RPL是基于IPv6的低功耗有损网络的距离矢量路由协议，专为LLNs网络设计。RPL路由协议对无线网络的拓扑构建、节点路由选择和优化进行了较为全面的设计，但是缺乏对路由度量和路由中最佳父节点选择的明确规定，在实际应用中还有很多细节问题有待解决。本文对RPL协议的应用、结构、原理和实现做了详细的分析和介绍，并针对RPL协议路由过程中节点间能量不均衡以及网络生命周期受限等问题，给出了一种考量了节点跳数、能耗和链路质量的融合路由度量DR及其对应的目标函数，实现了根据节点位置动态选择最佳父节点的机制，在一定程度上减少了路由过程中节点的能量损耗，提升节点的生命周期;此外，本文详细分析了RPL协议中下行路由的构建过程，发现在下行路由构建过程中DAO消息发送数量较多，导致节点能量损耗较大，并针对此问题提出了新的下行路由机制。
　　最后，本文使用Contiki系统的Cooja仿真器针对以上设计进行了模拟仿真实验。仿真结果表明，本文提出的D_R路由度量，相较于原有的路由度量，在网络的生存时间和数据包投递率两方面都有很大的提高;本文设计的下行路由改进方法相较于原有的下行路由方法，提高了网络的整体性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目标和研究内容

1．4 论文组织与结构

1．5 本章小结

第2章 基础理论与相关技术

2．1．1 6LoWPAN体系结构

2．1．2 6LoWPAN适配层

2．1．3 6LoWPAN技术优势

2．2 RPL路由协议概述

2．2．1 RPL的基本概念与网络拓扑标识

2．3 RPL协议功能和原理

2．4 DODAG的构建与路由过程

2．4．1 DODAG的构建

2．4．2 路由过程

2．5 目标函数

2．5．1 目标函数OF0

2．5．2 目标函数MRHOF

2．6 RPL路由协议的环路避免、检测及修复机制

2．6．1 环路避免和环路检测

2．6．2 本地修复和全局修复

2．7 Trickle定时管理机制

2．8 本章小结

第3章 RPL路由协议的优化

3．1 R-RPL协议介绍

3．2 参考度量

3．2．1 ETX路由度量

3．2．2 节点能耗度量Econ

3．2．3 跳数

3．3 路由度量标准D_R的计算

3．3．1 α值计算

3．3．2 融合度量D_R及OF函数设计

3．4 RPL下行路由的优化

3．5 本章小结

第4章 优化协议的实现和性能分析

4．1 Contiki系统介绍

4．2 Contiki系统结构

4．3 仿真器Cooja

4．4 Contiki中RPL的实现

4．4．1 OF0和MRHOF在Contiki中的实现

4．4．2 D_R路由度量的RPL伪代码实现

4．5 R路由度量与D_R路由度量的仿真比较

4．5．1 网络场景及参数设置

4．5．2 仿真结果分析

4．5．3 RPL下行路由的优化仿真

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 不足与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢