6LoWPAN无线传感器网络的路由协议研究

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无线传感器网络以其功耗低、可大规模布置和可持久工作的特性,在监控、安防和智能医疗等行业中得到广泛应用。随着无线传感器网络技术的逐步发展,网络的规模性、应用多样性以及与其它网络的互通性成为了研究的重点问题。因特网作为一个已经发展多年、较为成熟的网络,较好的实现各种数据交换和应用的扩展。因此,将无线传感器网络与因特网的融合是发展的必然趋势。但是由于网络规模的不断增大,现有IPv4协议无法提供足够的地址空间。IPv6以其128位的数据帧格式,较好的解决了地址不足的问题,并且IPv6还拥有无状态自动配址机制,能够满足大规模自组织网络的需要。但是无线传感器网络数据格式与IPv6协议定义的数据帧格式有很大差异,无线传感器网络支持的最大传输单元(MTU)是127bit,而IPv6的MTU为1280bit,两者无法直接连接。为了解决这一问题,互联网工程任务组(IETF)成立了6LoWPAN(IPv6over Low Power Wpan)工作组。该工作组规定,在新的协议架构上,物理层和MAC使用IEEE802.15.4协议,在网络层与MAC层之间加入适配层,以完成IEEE802.15.4和IPv6协议数据帧格式的转换。数据帧格式的问题解决后,就面临着组网和路由问题的考虑,也就是本文所研究的内容。本文首先介绍了6LoWPAN协议产生的意义、背景、发展历史和现状。接着讨论了6LoWPAN网络的路由协议——RPL(Routing Protocol for Low-power and lossy Networks)协议。论文主要工作和研究重点如下:1.本文提出了针对局部区域的本地修复算法,并且根据节点可用资源的不同,分成可存储模式和不可存储模式两种情况,对恢复消息的产生、控制与回应过程作了具体的分析与阐述,仿真表明在没有给网络带来较大额外数据开销的情况下,本地修复处理速度远远快于全局修复,修复效果更好。2.通过比较几种不同的链路度量参数,提出了采用ETX(Expected Transmission Count)参数来作为链路度量的指标,并且利用ETX对网络中节点所处位置做出了估计与计算,分析了ETX变化对节点位置的影响,最后讨论了父节点选取策略和路由回路避免机制。仿真测试表明,与传统的采用最小跳数链路度量相比,采用ETX度量的网络性能更优。最后,论文对6LoWPAN网络中的ETX、路由开销、时延和数据开销等几个性能参数做出了分析,测试了6LowPAN网络的性能。
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