基于多sink的RPL路由协议研究

摘要

无线传感网络(WSN)应用非常广泛，包括军事（情报侦听、监控、定位和检测）、环境（火灾、洪水和污染的监测，预警）、健康（身体监控，医药管理）、家居（智能环境）和其他商业（互动博物馆，库存管理监控，车辆跟踪监测）。2008年互联网工程任务组（IETF）快速分析了WSN典型应用的路由需求，随后提出了专门针对LLN的IPv6路由协议RPL。
　　WSN通常部署少量的sink节点和大量的传感节点，传感节点与sink节点进行数据通信。目前，针对RPL的研究主要集中在单sink节点网络下的性能测试和改进。然而，多sink节点的积极作用已经在不同的研究论文中被证明。
　　本文首先从上行路由和下行路由分析，概述了RPL的理论基础，RPL中形成的树簇叫作DODAG，每个DODAG的根节点扮演sink节点的角色发送网络控制报文（DIO），节点接收控制报文后计算 Rank值加入 DODAG，从而形成整个DODAG；然后针对RPL的开源软件ContikiRPL，分析ContikiRPL中实现多sink节点的机制，发现了以下问题：第一：节点频繁地在DODAG间更换，会提升DIO报文的发送量，影响网络流量的性能，尤其是下行流量；第二：RPL的环路避免机制存在问题，对Rank值为INFINITE_RANK的DIO报文的处理会引起DODAG环路；第三：节点对邻居状态的改变不敏感，导致重新选择最优父节点的时间推迟。
　　本文针对以上三个问题，分别探索了其中的解决方案。针对DODAG的频繁更换问题，本文提出了设置阈值的方法，减少了节点在 DODAG间的更换，提升了网络下行报文的成功接收率；针对DODAG环路问题，本文提出了环路避免机制，增加了对rank值为INFINITE_RANK的DIO报文的额外处理，减少了环路的产生，提升了网络报文的成功接收率；针对节点对邻居状态改变不敏感的问题，本文提出了邻居主动检测机制，节点在合适的时候向最优备选父节点发送NS报文维护邻居关系，提升了网络的性能。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 课题的来源及背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本论文的研究内容及安排

第二章 RPL概述

2.1 RPL拓扑结构

2.2 RPL上行路由

2.3 RPL下行路由

2.4 本章小结

第三章 多sink下基于阈值的RPL

3.1 RPL的多sink机制

3.2 多sink下的ContikiRPL

3.3 多sink下基于阈值的ContikRPL

3.4 本章小结

第四章 RPL中DODAG环路的避免机制

4.1 环路形成

4.2 环路检测

4.3 环路修复

4.4 ContikiRPL的DODAG环路问题

4.5 本章小结

第五章 RPL主动邻居检测机制

5.1 仿真邻居检测机制

5.2 分析邻居检测机制

5.3 主动邻居检测机制

5.5 本章总结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果