基于6lowpan分层路由协议的研究与优化

摘要

IEEE在2003年和2006年发布了802.15.4无线个人区域网络标准(Low-Power Wireless Personal Area Network, LR-WPAN)的第一版和第二版，为使用低数据传输率、低能量消耗、低复杂短距离传输的通信设备提供了互通互联的标准协议。基于LR-WPAN设计的6lowpan(IPV6 over Low power Wireless Personal Area Networks)使这些IEEE802.15.4的无线传感网络节点与传统使用IP地址编址设备之间的通信成为了现实，成功地将无线传感网络和传统的因特网进行了无缝连接。本文的分析思路是基于6lowpan协议栈自底向上来进行的。　　本文首先对IEEE802.15.4和6lowpan的重要概念和机制分别进行了介绍，包括IEEE802.15.4超帧结构、MAC载波监听多点接入冲突避免算法(CSMA/CA)的信道接入方法。同时阐述了6lowpan的优势、关键技术以及应用的领域，对6lowpan网络节点组建过程、信道扫描原语序列以及分层路由协议机制进行了深入研究。其次，在对作为6lowpan底层基础架构的IEEE802.15.4数据链路层进行了全面分析的基础上，对MAC建立了离散时间的马尔科夫模型，分析了最小退避指数、最大退避次数对MAC层吞吐量的影响，为分析其上层的6lowpan提供了理论依据。然后，对6lowpan中存在的不足提出了新的信道扫描原语序列NSCPO缩短了信道扫描的时间、MHR双地址分配算法通过对节点进行二维地址编址和二分法地址分配的方式，在高位无法用动态地址分配算法获取地址的情况下，在低位使用质数分配算法进行分配，有效提高了节点获取短地址的成功率。多路径分层路由MHR摒弃了传统通过发送路由查找报文的方式，而是通过不断迭代地判定当前节点和目标节点二位地址之间的关系来获取下一跳节点。在路由的过程中有效的控制了网络中路由查找报文的数据量节省了节点的能量消耗。通过NS2和IEEE802.15.4模拟器仿真证明了NSCPO和BAA改善了网络组建的时延和节点入网获取短地址的成功率，多路径分层路由算法MHR有效解决了网络节点链路失效情况下的路由问题，保证了数据传输的成功率和端到端的时延。最后，总结了全文所做的工作，提出了在今后的研究中需要进行的工作。

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缩略语表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4 本文主要内容和结构

1.5 小结

第二章IEEEE 802.15.4/6lowpan简介

2.1 IEEE 802.15.4简介

2.2 6lowpan简介

2.3 6lowpan网络组建过程研究

2.4 6lowpan动态地址分配

2.5 6lowpan多跳路由

2.6 小结

第三章 IEEE 802.15.4 MAC媒体接入层建模

3.1 IEEE 802.15.4 MAC吞吐量理论分析

3.2 小结

第四章 基于双地址分配算法的多路径分层路由协议算法设计

4.1 相关工作及创新分析

4.2 MHR设计与实现

4.3 重要数据结构定义

4.4 小结

第五章 仿真平台搭建及实验结果分析

5.1 NS2仿真平台搭建

5.2 扩展NS2路由协议库

5.3 仿真方案设计

5.4 仿真结果分析

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者攻硕期间取得的研究成果