低功耗有损网络RPL目标函数研究综述

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。

低功耗有损网络安全路由协议研究综述

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。

基于簇父集协作通信的低功耗有损网络路由算法优化

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%。

基于最小链路成本优化排名的低功耗有损网络路由协议

针对低功耗有损网络的数据流量负载分配及传输效率优化问题,提出一种基于最小链路成本优化排名的低功耗有损网络路由协议。采用基于排名规则的改进多路径RPL算法,通过引入一个目的地为导向的有向无环图,使每个节点具有多条到达汇聚点的路径,根据链路的成本排名选择跳数更少和输出流量速率更大的链路;构造k-连通性的路由图表,根据能量消耗情况选择节点父代,通过启发式负载分配方法最小化路由总传输成本,根据节点的输出流量速率分配负载,实现负载均衡的同时提高路由的传输效率。仿真结果表明,相比主动与低功耗的有损网络反应式路由算法和低功耗有损网络链路质量感知路由协议,该算法数据投递成功率提高了15%以上,平均网络吞吐量提高了30%以上。

有损网络中三维模型渐进传输策略

采用渐进压缩网格(CPM)算法将其产生的数据流进行重要度分组,按照重要度的不同分成若干组,结合流式传输技术,对各重要度的数据组采用不同的网络信道进行传输,并根据网络状况和用户需求,动态改变通过可靠信道传输的数据量,从而提高系统的实时性,提出一种新的三维模型远程交互显示解决方案及相应的数据传输策略。仿真实验结果表明,该方法能在满足用户视觉需求和精度要求的前提下,获得较好的实时性。

低功耗有损网络路由协议的组网优化算法研究

低功耗有损网络路由协议(Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks,RPL)在路由构建阶段的收敛时间过长,控制消息在根节点附近汇集,导致近根节点发生拥塞。提出一种RPL路由协议的组网优化算法,其中包括“跨节点聚合DAO”和“自适应DAO定时器”两个机制。机制一通过跨节点聚合直接子节点的DAO(Destination Advertisement Object)消息,降低向根节点发送的DAO消息数量,同时,减少路由构建的收敛时间,机制二通过自适应的DAO定时器控制等待聚合的时间,在不增加额外时间的情况下,降低路由构建初期父节点的切换产生的网络的不稳定性。实验结果表明,优化后的RPL路由协议存储模式的路由构建过程要优于现有RPL路由协议,路由构建时间和控制开销均得到明显降低。

低功耗有损网络中的能量均衡高效路由协议

在根据路径瓶颈节点寿命选择最优父节点的低功耗有损网络路由协议(RPL)中,待加入节点未考虑其他节点产生的流量对父节点产生的影响,且在节点加入网络后会导致路径瓶颈节点发生变化。针对上述问题,提出一种基于能量均衡的RPL高效路由算法(EBHE-RPL)。在节点加入网络之前,采用目的地通告确认消息分类发送机制减少父节点发送的控制包数量,并通过父节点流量累计机制使计算出的瓶颈节点寿命值与实际值更接近,从而使待加入节点能更准确地确定最优父节点。在节点加入网络后,采用路径瓶颈节点再预估机制,避免后续节点误选瓶颈节点的情况。仿真结果表明,与RPL和EB-RPL算法相比,EBHE-RPL在延长网络生存时间、均衡网络能量方面性能较好。

低功耗有损网络路由协议研究

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.

能量均衡的低功耗有损网络路由协议

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。

有损网络下的高性能传输控制协议研究

提出了一种基于网络编码的传输控制协议中冗余系数的更新算法,用来解决实际通信中冗余系数无法预先确定的问题。数据发送前采用简化系数的线性网络编码对数据进行编码,在方便解码的同时减小了系数在首部的开销。在对算法进行详细设计后,使用NS2软件对该算法在不同场景的有损网络下进行仿真测试。测试结果表明,使用该算法的协议在保持原有协议公平性的同时在有效性和适应性方面(尤其在低负载网络上)都远远优于现有协议及固定冗余系数的网络编码传输控制协议。

基于低功耗有损网络路由协议的多路由度量评估算法

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。

物联网中的低功耗有损网络路由协议

物联网的迅速发展带动了传感器网络研究领域的探索与前进。IETF制定的低功耗有损网络路由协议(RPL)在传感器网络中扮演着重要角色。文章对RPL的工作原理进行了介绍,并对RPL所面临的问题及当前的研究热点进行了深入分析,并在此基础上进一步探讨了RPL协议的安全问题。

基于流量预测的低功耗有损网络节点缓存系统设计

为缩短因Internet用户数量递增而造成的网络固有延迟,实现对流量数据信息的及时缓存处理,设计基于流量预测的低功耗有损网络节点缓存系统。以网络缓存拓扑框架作为基本数据依附条件,在按需连接通信协作器、文档替换器两类执行模块的同时,完成节点缓存系统的硬件执行环境搭建。在此基础上,提出一致性哈希算法,通过多级服务器同步缓存的处理方式建立理想化的缓存置换策略,完成系统的软件执行环境搭建,结合相关硬件设备元件,实现基于流量预测低功耗有损网络节点缓存系统的顺利应用。对比实验结果表明,与传统系统相比,所设计系统的网络固有延迟水平更低,单位时间内可转存的流量数据信息总量更大,可有效解决因Internet用户数量递增造成的数据缓存处理不及时的问题。

有损网络中基于计时器的节点故障检测模型研究

当前大多数不可靠故障检测器利用可靠的通信链路来通知完全连通网络中的故障,且在部署时没有考虑能量、存储和带宽方面的资源约束,不适用于有损网络。基于此,提出一种低功耗有损网络故障检测模型ALLONE。该模型在考虑无线链路间歇性故障的条件下,利用自适应计时器实现节点故障检测。此外,提出两种计时器调整技术,实现多应用场景下ALLONE的运行性能调整。在Omnet++/Mixim框架下对模型和方法进行评估。仿真结果表明,与其他方法相比,其方法提高了故障检测和恢复率,降低了报文丢失率和故障阳性检测率,没有增加能耗开销。

面向低功耗有损网络的RPL协议性能评价

RPL协议被认为是主流的物联网路由协议,其性能与目标函数有着密切关系。本文将详细分析不同目标函数对RPL在网络组建时间、能耗、包投递率、包时延和路由控制开销等性能方面的影响。实验数据显示,目标函数对RPL包时延影响较小;在可靠性方面,采用MRHOF的RPL要优于采用OF0的RPL,但前者要付出较高的代价,如较高的路由控制开销与能耗等。最后给出了目标函数研究建议。

基于置信区域设置的低功耗有损网络路由

现有多数低功耗有损网络路由(RPL)协议没有考虑真实环境中移动节点的定位误差。为此,提出基于移动节点置信区域的低功耗有损路由协议,记为KPRPL。KPRPL协议考虑了静态和移动两类节点,并正视真实环境下的定位误差。在静态节点间路由,KPRPL协议考虑传统的期望传输次数(ETX)为路由度量;而针对有移动节点参与的路由,采用新的RPL度量。每个移动节点依据信道条件产生置信区域,利用Kalman滤波修正移动节点位置。再依据经Kalman滤波后的修正位置和方差,移动节点重新构建置信区域,并形成候选锚节点集。最终,移动节点利用端到端ETX估计值,选择最优的路径。仿真结果表明,与传统的RPL协议相比,KPRPL协议提高了在恶劣环境下的可靠性和鲁棒性。

集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议

针对低功耗有损网络中采用博弈论的网络拥塞控制(game theory based network congestion control protocol,GTNCC)路由算法在路由构建过程中仅仅考虑无线链路质量不能使网络拓扑最优,以及在拥塞控制过程中由拥塞节点的子节点判断是否切换父节点不能快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制(centralized network congestion control based on multi-metrics combination,CNCCMC)路由协议。首先,为了降低网络拥塞发生的概率,CNCCMC路由协议综合考虑了节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量和中继节点当前子节点个数等多维度量完成路由构建;其次,当检测到网络拥塞时,CNCCMC路由协议依据网络拥塞节点进行流量分析和判断的结果采取集中式的方式控制其子节点的切换;最后,在网络拥塞缓解过程中,提出一种"乒乓效应"避免机制。理论分析和仿真结果表明,与GTNCC路由算法相比,CNCCMC路由协议在降低网络拥塞发生的概率、延长网络平均生存寿命和提高网络吞吐量等方面的性能得到了有效提升。

改进的基于网络寿命的RPL路由协议

为提高无线传感器网络(WSN)的寿命,提出一个能量平衡路由协议的设计方案,该协议不再侧重于最小化所有节点的平均能量消耗,重点识别能量瓶颈节点,最大限度降低其能量消耗以达到网络寿命的最大化。定义一个估计的预期寿命(ELT),用该值度量这些瓶颈节点寿命,通过剩余能量和链路可靠性等约束条件,估计瓶颈节点的平均能耗,选择最优的路径,均衡能量消耗。实验结果表明,与预期发送次数(ETX)和剩余能量两种协议相比,该协议能够有效延长网络的寿命。

改进的无线传感器网络路由算法

无线传感器网络(WSNs)节点部署的分散性以及节点本身的资源有限性要求WSNs路由算法必须满足低成本、低功耗的设计原则。对包括Cluster-Tree,AODV,LEACH和RPL在内的多种WSNs路由算法进行了对比分析,并以节点间的传输距离和节点剩余能量为度量单位,采用能量均衡策略对RPL算法进行了改进。在Cooja仿真环境下,构建不同节点数的网络,进行了仿真测试,验证了提出的路由算法能够延长网络的生命周期。

基于无线传感网NB-IoT分簇RPL组播路由算法的研究

为了在已有RPL组播路由协议的基础上,改进无线传感网关键转发节点轮换机制,在DAO消息option选项中增加能量剩余参数和转发节点更换阈值后,根据网络规模和组播接收节点数,转发节点轮换阈值,使能量充足的转发节点参与到分组转发中。当节点能量减少到设定的阈值后,切换转发节点,保证各节点的能耗均衡,从而设计出最优转发节点集。通过仿真可知;该算法可以有效控制节点能耗,提高网络节点的平均使用时间,延长网络生存周期。