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低功耗有损网络安全路由协议研究综述

计算机应用 2018年第12期38卷 3462-3470页

作者：罗宇杰张健唐彰国李焕洲四川师范大学物理与电子工程学院成都610066

随着物联网不断飞速发展,低功耗有损网络(LLN)的研究与应用成为一种发展趋势。首先,介绍了6LoWPAN与低功耗有损网络路由协议(RPL)的基本原理和结构;其次,总结了LLN中RPL所面对的主要安全威胁以及应对方法,根据协议所采用的不同策略进行... 详细信息

随着物联网不断飞速发展,低功耗有损网络(LLN)的研究与应用成为一种发展趋势。首先,介绍了6LoWPAN与低功耗有损网络路由协议(RPL)的基本原理和结构;其次,总结了LLN中RPL所面对的主要安全威胁以及应对方法,根据协议所采用的不同策略进行归纳、分类和比较;然后,对国内外已有安全RPL研究情况进行了介绍和分析,同时对现有安全威胁和解决方案进行了总结;最后,提出了在大规模、移动性、自组织、低功耗的RPL中需要进一步研究的安全问题和发展趋势。

关键词： 6LoWPAN 低功耗有损网络低功耗有损网络路由协议安全路由协议路由攻击物联网

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低功耗有损网络RPL目标函数研究综述

软件工程 2023年第3期26卷 1-5页

作者：王智群周鑫张波朱明贺湖州师范学院信息工程学院浙江湖州313000 湖州学院理工学院浙江湖州313000

低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network, LLN)的RPL(无线传感网络)路由协议因其适用资源受限的网络而受到关注。为了研究如何通过优化目标函数(Objective Function,OF)提高资源利用率,回顾和梳理近几年相关文献中提出的设计方案,... 详细信息

低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network, LLN)的RPL(无线传感网络)路由协议因其适用资源受限的网络而受到关注。为了研究如何通过优化目标函数(Objective Function,OF)提高资源利用率,回顾和梳理近几年相关文献中提出的设计方案,从路由度量的角度归纳了两类优化思路,并论述了不同方案的优势与不足之处。研究结果显示,尽管多数针对路由指标的优化可以改善网络质量,均衡能耗,但存在性能指标检测不全、受到环境约束、可拓展性低等问题。针对以上问题,总结了三个无线传感网络路由优化方面值得被关注的要点,期望能为该领域的研究人员提供优化思路。

关键词：低功耗有损网络 RPL 目标函数路由度量

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低功耗有损网络中的RPL路由协议研究

低功耗有损网络中的RPL路由协议研究

作者：刘江兵重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的迅猛发展,无线传感器节点根据不同应用需求所构成的低功耗有损网络（Low Power and Lossy Networks,LLN）成为了当前的研究热点。LLN具有广泛的应用前景,譬如环境监测、医疗保健和工业控制等领域。然而,由于组成LLN的... 详细信息

随着物联网技术的迅猛发展,无线传感器节点根据不同应用需求所构成的低功耗有损网络（Low Power and Lossy Networks,LLN）成为了当前的研究热点。LLN具有广泛的应用前景,譬如环境监测、医疗保健和工业控制等领域。然而,由于组成LLN的无线传感器节点通常在处理能力、存储空间以及能量（电池功率）方面受到限制,因此为了满足更广阔的应用需求,国际互联网工程任务组提出了一种基于IPv6的LLN路由协议（IPv6 based Routing Protocol for LLN,RPL）。本文在综述现有LLN路由算法的基础上,主要从网络拥塞控制和路由修复两个方面进行深入研究并提出一定改进,本文在上述两个方面所作出的具体研究工作如下:针对LLN中现有负载均衡相关算法不能有效地降低网络拥塞发生的概率,以及现有网络拥塞控制算法无法快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出了一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制路由协议（Centralized Congestion Control Routing Protocol Based on Multi-metrics Combination,CRPMC）。该协议综合考虑节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量以及中继节点当前子节点个数等多维度量完成网络拓扑的构建;通过网络拥塞节点对数据流量进行分析和处理,并采取集中式的方式控制其子节点的切换;为了避免网络出现震荡现象,对“乒乓效应”问题进行了有效解决。理论分析验证了CRPMC的有效性,仿真结果表明,本文所提出的CRPMC在网络拥塞发生概率、网络平均寿命以及根节点平均吞吐量等性能指标方面得到了一定的改善。针对LLN中现有路由修复算法存在控制开销冗余、修复时延较大和路由环路的问题,提出了一种基于环路避免的高效LLN路由修复算法（High-efficient Loop-free Based Repair Routing Protocol for LLN,HLR-RPL）。该算法包含三个改进机制:（1）“取消拆路消息”机制,通过采用一种改进后的面向目的地的有向无循环图（Destination Oriented Directed Acyclic Graph,DODAG）信息请求消息（Modified DODAG Information Solicitation,MDIS）,使得当前无线链路故障节点将其链路故障状态及时通告给其子节点和邻居节点;（2）“减少控制消息回复”机制,链路故障节点的邻居节点接收到MDIS控制消息后,并非均要向链路故障节点回复DODAG信息对象消息（DODAG Information Object,DIO）;（3）“链路故障节点的子节点切换”机制,使得链路故障修复后的网络拓扑结构能够处于更优状态。理论分析验证了HLR-RPL算法的有效性,仿真结果表明:与现有相关路由修复算法相比,HLR-RPL算法的归一化控制开销减少了25%以上,路由修复时延至少降低了32.64%,并且能够有效地避免路由环路现象的出现。最后,对全文所做的工作进行了总结,并对LLN中的RPL路由协议的进一步研究进行了展望。

关键词：低功耗有损网络 RPL路由协议负载均衡网络拥塞控制路由修复

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低功耗有损网络路由协议（RPL）优化算法

低功耗有损网络路由协议（RPL）优化算法

作者：何霖华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：低功耗有损网络 RPL路由协议三角模算子分簇算法

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低功耗有损网络路由协议研究

现代信息科技 2020年第11期4卷 69-71页

作者：秦晓琴重庆工商职业学院重庆401520

随着物联网的发展,低功耗有损网络拥有了广泛的应用场景.低功耗有损网络具有有损性和不稳定性,传统路由协议难以应用于低功耗有损网络,IETF针对这一问题提出了基于IPv6架构的RPL路由协议.对RPL路由协议的相关术语和协议原理进行了研究,... 详细信息

随着物联网的发展,低功耗有损网络拥有了广泛的应用场景.低功耗有损网络具有有损性和不稳定性,传统路由协议难以应用于低功耗有损网络,IETF针对这一问题提出了基于IPv6架构的RPL路由协议.对RPL路由协议的相关术语和协议原理进行了研究,并对RPL路由协议在节点静止环境和节点移动环境的性能进行了仿真分析.实验结果表明,相对于节点位置固定的静止环境,RPL路由协议在节点移动环境中网络平均寿命较短.

关键词：低功耗有损网络路由协议RPL 性能分析

基于低功耗有损网络路由协议的多路由度量评估算法

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传感技术学报 2021年第7期34卷 968-978页

作者：曹亚楠原豪天津师范大学电子与通信工程学院天津300387 中国人民解放军61846部队河北涿州072750

针对缺乏科学合理的低功耗有损网络路由协议多路由度量评估方法,无法选择合适的下一跳,影响网络性能等问题,本文提出一种基于组合赋权法和逼近理想解排序法的多路由度量评估算法。该算法通过构建邻居节点各路由度量的初始判断矩阵,设计... 详细信息

针对缺乏科学合理的低功耗有损网络路由协议多路由度量评估方法,无法选择合适的下一跳,影响网络性能等问题,本文提出一种基于组合赋权法和逼近理想解排序法的多路由度量评估算法。该算法通过构建邻居节点各路由度量的初始判断矩阵,设计基于线性加权的复合目标函数,设计兼顾主客观因素的组合赋权算法确定复合目标函数中各路由度量的权重,并采用逼近理想解排序法确定下一跳节点等机制,有效地解决了上述问题。理论分析证明了该多路由度量评估算法的有效性和可靠性,仿真实验结果显示该算法在网络寿命,时延等方面均优于低功耗有损网络路由算法及其相关改进算法。

关键词：低功耗有损网络路由度量组合赋权法逼近理想解排序法目标函数

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能量均衡的低功耗有损网络路由协议

计算机应用 2018年第4期38卷 1095-1101页

作者：何王吉马皛源李鑫唐玮圣中国科学院上海高等研究院上海201210 中国科学院大学北京100049 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210

针对目前低功耗有损网络路由协议(RPL)中存在节点能耗不均衡、网络生存时间短以及网络后期父节点状态信息更新不及时的问题,提出一种带有电量估算策略的能量均衡RPL(EB-RPL)。首先,构造了一种复合期望传输次数和节点剩余能量的路由度量... 详细信息

针对目前低功耗有损网络路由协议(RPL)中存在节点能耗不均衡、网络生存时间短以及网络后期父节点状态信息更新不及时的问题,提出一种带有电量估算策略的能量均衡RPL(EB-RPL)。首先,构造了一种复合期望传输次数和节点剩余能量的路由度量,通过机制设计使节点在不同时期能自适应地调整网络拓扑;然后,设计了一种基于能量消耗速率的父节点电量估算策略,在不增加额外控制包开销的同时,子节点可以计算父节点电量,作出正确的路由决策;最后,通过实验对比分析了EB-RPL的性能。仿真结果显示,与RPL相比,EB-RPL显著降低了同级节点间功率标准差,并且在不同发包频率和网络规模中,分别平均延长了29.4%和39.4%的平均网络生存时间。EB-RPL能够有效实现能量均衡、显著延长网络生存时间。

关键词：低功耗有损网络路由协议能量均衡网络生存时间电量估算

基于簇父集协作通信的低功耗有损网络路由算法优化

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计算机应用 2017年第5期37卷 1300-1305页

作者：姚玉坤刘江兵李小勇移动通信技术重庆市重点实验室(重庆邮电大学) 重庆400065

针对当前低功耗有损网络(LLN)中基于簇父集协作通信的路由算法(CRPL)没有考虑节点剩余能量,存在不能有效地均衡节点能耗和最大化延长网络寿命的问题,提出一种高效的基于簇父集协作通信的低功耗有损网络路由(RPL)算法(HE-CRPL)。所提算... 详细信息

针对当前低功耗有损网络(LLN)中基于簇父集协作通信的路由算法(CRPL)没有考虑节点剩余能量,存在不能有效地均衡节点能耗和最大化延长网络寿命的问题,提出一种高效的基于簇父集协作通信的低功耗有损网络路由(RPL)算法(HE-CRPL)。所提算法采取了三个优化思路:一是同时考虑节点间无线链路质量和节点剩余能量进行簇父节点的选择;二是在簇父节点优先级判定和最优簇父集的选择过程中把节点间的无线链路质量和簇父节点的期望寿命(ELT)相结合;三是在网络拓扑初始化的过程中通过利用目的地通告对象(DAO)消息携带簇父节点优先级列表告知最优簇父集中簇父节点的优先级顺序。仿真结果表明,与CRPL算法相比,HE-CRPL算法在延长网络生存时间、提高数据包投递成功率和减少数据包重传次数等方面的性能得到了提升,其中网络生存时间提高了18.7%,数据包重传次数降低了15.9%。

关键词：低功耗有损网络簇父集协作通信优先级列表剩余能量期望寿命

动态低功耗有损网络中的移动RPL路由协议研究

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动态低功耗有损网络中的移动RPL路由协议研究

作者：满巧重庆邮电大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量低成本、低功耗的传感器设备组成,这些传感器设备监测环境并获取数据。国际互联网工程任务组设计了一种适用于低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)的路由协议(Routing ... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量低成本、低功耗的传感器设备组成,这些传感器设备监测环境并获取数据。国际互联网工程任务组设计了一种适用于低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)的路由协议(Routing Protocol for LLN,RPL)。RPL最初主要适用于静态无线传感网络,然而移动性RPL目前广泛应用于诸多新兴领域,如智能家居及建筑、智慧医疗、资产监控等。本文在现有动态LLN路由算法的基础上,提出两种改进的移动性RPL路由协议,其主要研究内容及创新工作如下:第一,针对当前RPL研究中存在控制消息与备选父节点集冗余,应用场景不具有普适应,移动节点(Mobile Node,MN)与父节点断开链接后再发送寻路请求造成了切换过程中数据包丢失等问题,提出一种移动场景下的节点高效寻路RPL路由算法(Efficient Pathfinding RPL Routing Algorithm for Nodes in Mobile Scenarios,EPRPL)。EP-RPL包含四个优化思路:(1)修改控制消息的帧格式以区分MN和静态节点(Static Node,SN),实现了与标准RPL的兼容性;(2)采用自适应黑名单机制建立备选父节点集,降低了MN的处理时延和能耗;(3)基于MN的移动速度和随机移动方向,从备选父节点集中选择移出通信范围预估时间最长的节点作为最优父节点,适用于移动速度和方向随机的场景;(4)在链路中断前设定面向目的地有向无循环图(Destination Oriented Directed Acyclic Graph,DODAG)信息请求消息(DODAG Information Solicitation,DIS)计时器,以便于MN与当前父节点断开链路前及时切换到新父节点。仿真结果表明,EP-RPL协议在平均端到端时延、移动节点能耗、丢包率等性能指标方面均有明显改善。第二,针对当前移动RPL研究中存在MN寻路过程父节点选择度量值仅考虑当前备选父节点而忽略其上游链路能量,以及未合理考虑控制消息转发过程中丢失从而影响通信链路的成功构建等问题,提出一种动态LLN中基于链路节能的可靠RPL寻路算法(Reliable RPL Pathfinding Algorithm based on Link Energy Saving in Dynamic LLN,LESD-RPL)。该算法提出了三个优化思路:(1)修改消息帧格式以适应转发过程中不同的交互场景,保证了控制消息的兼容性;(2)基于网络深度和备选父节点的上游链路能量并结合优先级选择最优父节点,既避免部分SN不必要的能量消耗,又有效提升整个网络的生存时间;(3)启用可达计时器,有效避免了因控制消息丢失而导致的链路构建失败。仿真结果表明,LESD-RPL算法在中继节点能耗、源节点到目的节点的数据传输成功率、网络生存时间等性能指标方面均有明显改善。

关键词：低功耗有损网络 RPL路由协议移动场景计时器优先级