低功耗有损网络路由协议（RPL）优化算法

作     者：何霖 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：仇英辉

授予年度：2016年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 

主      题：低功耗有损网络 RPL路由协议 三角模算子 分簇算法 

摘      要：随着传感技术、通信信息基础以及网络技术等新兴技术手段的不断发展,物联网概念受到越来越多的关注和青睐,也逐步在各行各业中有所应用。低功耗有损网络作为物联网概念的一种主流实现方案,引起了世界范围内学者和专家的关注。低功耗有损网络具有功率低、节点能力有限、地址资源丰富的特点,因而低功耗有损网络节点路由协议的有效性和科学性便至关重要。低功耗有损网络路由协议(Routing Protocol for LLNs,RPL)作为国际上提出的标准化低功耗有损网络路由协议,针对网络中节点的拓扑构建、路由选择和优化机制进行了较为全面的设计,为低功耗有损网络路由优化方案的实现奠定了基础。其设计偏重于实现过程中的交互机制,对于路由中的父节点选择过程缺乏相应的指标性优化,并且对于不规则节点分布网络环境中的子图划分也尚未明确,在实践应用中很多细节化的问题有待改进和完善。本文中针对RPL协议的应用背景、发展过程、作用机理、关键机制都进行了介绍和分析,并在此基础上,首先针对RPL协议路由过程中能量均衡性考虑不足导致的节点生命周期受限问题,提出了基于三角模算子的RPL协议路由优化算法,实现了逻辑距离和节点剩余能量的综合考量,很大程度上减少了路由过程的能量损耗,提升节点的生命周期,为RPL这一协议的推广应用和深入研究注入了新的活力;此外,还针对不规则网络中DODAG区域划分时节点归属度不明确的问题,提出了一种基于改进LEACH分簇算法的 DODAG区域划分方法,通过对网络域的六边形子区域划分,并在子区域内形成一定阂值范围内的改进LEACH协议的簇头选取策略,从而实现整体网络范围内的簇头节点均衡分布,提升网络通信过程中的能量均衡度,为RPL协议在不规则网络中的应用提供了可参考性改进意见;同时,针对本文中的改进算法,均设计了相应的场景仿真,验证了算法设计的结果,有效提升了RPL协议的能量有效性和广泛适用性。