针对低功耗有损网络现有移动性支持路由算法中父节点切换频繁、移动检测机制使用不可靠的瞬时路由度量、未考虑链路质量对能耗影响等问题,提出一种基于剩余通信时间(Remaining Communication Time, RCT)的移动感知节能父节点选择算法。...针对低功耗有损网络现有移动性支持路由算法中父节点切换频繁、移动检测机制使用不可靠的瞬时路由度量、未考虑链路质量对能耗影响等问题,提出一种基于剩余通信时间(Remaining Communication Time, RCT)的移动感知节能父节点选择算法。首先,为了降低父节点切换次数并节省节点能耗,构建了基于RCT和通信成本的父节点选择函数,移动节点基于该函数值选择下一父节点。其次,为了避免在移动场景下由于瞬时路由度量不可靠而导致的不必要的父节点切换,在算法的移动检测阶段提出一种基于接收信号强度指标(Indicator of Received Signal Strength,RSSI)和RCT值的移动检测机制,父节点需要结合RSSI和RCT两个值来共同判断移动节点是否需要进行父节点切换。理论分析和仿真结果表明,算法在控制开销、网络生存时间、能耗等方面的性能均得到了提升。展开更多
The Internet of Things(IoT)consists of interconnected smart devices communicating and collecting data.The Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks(RPL)is the standard protocol for Internet Protocol Version 6(...The Internet of Things(IoT)consists of interconnected smart devices communicating and collecting data.The Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks(RPL)is the standard protocol for Internet Protocol Version 6(IPv6)in the IoT.However,RPL is vulnerable to various attacks,including the sinkhole attack,which disrupts the network by manipulating routing information.This paper proposes the Unweighted Voting Method(UVM)for sinkhole node identification,utilizing three key behavioral indicators:DODAG Information Object(DIO)Transaction Frequency,Rank Harmony,and Power Consumption.These indicators have been carefully selected based on their contribution to sinkhole attack detection and other relevant features used in previous research.The UVM method employs an unweighted voting mechanism,where each voter or rule holds equal weight in detecting the presence of a sinkhole attack based on the proposed indicators.The effectiveness of the UVM method is evaluated using the COOJA simulator and compared with existing approaches.Notably,the proposed approach fulfills power consumption requirements for constrained nodes without increasing consumption due to the deployment design.In terms of detection accuracy,simulation results demonstrate a high detection rate ranging from 90%to 100%,with a low false-positive rate of 0%to 0.2%.Consequently,the proposed approach surpasses Ensemble Learning Intrusion Detection Systems by leveraging three indicators and three supporting rules.展开更多
针对低功耗有损网络(low power and lossy networks,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等问题,提出一种LLN中基于环路避免的高效路由修复算法(highly-efficient loop-free based repair routing protocol...针对低功耗有损网络(low power and lossy networks,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等问题,提出一种LLN中基于环路避免的高效路由修复算法(highly-efficient loop-free based repair routing protocol for LLN,HLR-RPL)。该算法提出了3个优化思路:首先,采用一种修正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(DODAG information solicitation amend,DIS-A),使得链路中断通告过程和寻路过程同时进行;其次,提出一种减少控制消息回复机制,避免所有接收到DIS-A消息的节点均回复DODAG信息对象消息;最后,提出一种链路中断节点的子节点切换机制,从而优化了网络拓扑。仿真结果表明,HLR-RPL算法在控制开销和路由修复时延等性能方面优于现有的路由修复算法,且能够彻底避免路由环路的产生。展开更多
由于低功耗有损网络LLN (low power and lossy networks)呈树形结构且节点的能量受限,一旦网络中出现能量瓶颈节点而未及时处理,将会严重影响网络各方面性能。因此提出一种基于负载均衡的高能效LLN路由协议。当检测出能量瓶颈节点后,对...由于低功耗有损网络LLN (low power and lossy networks)呈树形结构且节点的能量受限,一旦网络中出现能量瓶颈节点而未及时处理,将会严重影响网络各方面性能。因此提出一种基于负载均衡的高能效LLN路由协议。当检测出能量瓶颈节点后,对溪流计时器重置策略进行改进,及时将能量瓶颈节点能量不足的状态通告给其子节点。提出一种能量瓶颈节点子节点的切换机制,旨在降低能量瓶颈节点的能耗速率,实现节点高能效。仿真结果表明,该方法在网络生存时间和节点死亡率等性能方面优于现有路由算法,其中网络平均生存时间延长了10.53%,节点死亡率降低了18.59%。展开更多
由于低功耗有损网络(low power and lossy networks,LLN)中的单路径路由协议在网络拓扑的构建过程中存在不能较好地均衡节点能耗速率和延长网络寿命等问题,提出一种基于负载均衡的单路径LLN路由协议(load balance-based single path rou...由于低功耗有损网络(low power and lossy networks,LLN)中的单路径路由协议在网络拓扑的构建过程中存在不能较好地均衡节点能耗速率和延长网络寿命等问题,提出一种基于负载均衡的单路径LLN路由协议(load balance-based single path routing protocol for LLN,LB-RPL)。在选择备选父节点的过程中对无线链路质量、节点剩余能量和节点缓存占用率依次进行考量;在计算路由度量的过程中综合考虑多种路由判据,避免单一路由判据对网络性能造成的影响;依据整条路径上的数据传输代价选择节点的最优父节点。理论分析和仿真结果表明,相对于现有单路径LLN路由协议,LB-RPL能够有效均衡节点能耗、延长网络寿命并提高路由可靠性。展开更多
针对低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性导致在高负载场景下无法较好地实现负载均衡的问题,提出一种高负载场景下基于负载均衡的LLN路由协议(HSLB-RPL)。在该协议中,为了避免期望传输次数较大的...针对低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性导致在高负载场景下无法较好地实现负载均衡的问题,提出一种高负载场景下基于负载均衡的LLN路由协议(HSLB-RPL)。在该协议中,为了避免期望传输次数较大的备选父节点被选作为最优父节点,综合考虑当前节点和其备选父节点的期望传输次数;当检测到节点负载较重时,为了降低其被邻居节点选作为最优父节点的概率,对其DIO控制消息的发送时间间隔进行调整;当节点发生网络拥塞时,设计一种网络拥塞通告消息(NCN),及时地对当前网络拥塞状态进行通告。仿真结果表明,相对于已有协议,HSLB-RPL协议能够有效地实现负载均衡,其中网络平均寿命延长了23.57%,根节点平均吞吐量提高了14.52%,归一化控制开销较低了12.87%。展开更多
针对低功耗有损网络(low power and lossy network,LLN)中负载不均衡以及高控制开销的问题,提出一种基于流量自适应分配的多汇聚节点LLN路由协议(traffic adaptive assignment based multi-sink routing protocol for LLN,TAAM-RPL)。...针对低功耗有损网络(low power and lossy network,LLN)中负载不均衡以及高控制开销的问题,提出一种基于流量自适应分配的多汇聚节点LLN路由协议(traffic adaptive assignment based multi-sink routing protocol for LLN,TAAM-RPL)。介于多个汇聚节点之间的节点可同时加入到多个RPL实例中;在不增加额外控制开销的前提下,多重身份节点便可获知其到达各个汇聚节点整条路径的负载状态;多重身份节点可根据其到达各个汇聚节点整条路径的负载状态进行数据流量自适应分配。仿真结果表明,该协议可行有效,能够提升网络各方面性能。展开更多
针对有损低功耗网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性以及节点部署不均匀无法有效实现网络能量均衡,提出一种基于能量均衡的高效低时延路由算法(Efficient Low Latency Routing Algorithm Based on Energy Ba...针对有损低功耗网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性以及节点部署不均匀无法有效实现网络能量均衡,提出一种基于能量均衡的高效低时延路由算法(Efficient Low Latency Routing Algorithm Based on Energy Balance in Low-Power and Lossy Networks,ELLEB-RPL)。该算法采用"ELLEB组网"策略,使得节点能够有效避免在DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph)间来回切换;通过采用"最优父节点选择"策略,使得节点选择的父节点达到最优;通过采用"流量自适应分配"策略,达到网络能量均衡的目的。仿真结果表明,ELLEBRPL在Sink节点平均吞吐量、网络平均寿命以及端到端时延上均有提升。展开更多
由于低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)中现有网络拥塞控制路由算法无法高效地对当前网络拥塞进行缓解,因此提出一种基于混合式的网络拥塞控制路由算法(Hybrid-based Network Congestion Control Routing Algorithm,HNC...由于低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)中现有网络拥塞控制路由算法无法高效地对当前网络拥塞进行缓解,因此提出一种基于混合式的网络拥塞控制路由算法(Hybrid-based Network Congestion Control Routing Algorithm,HNCCRA)。该算法主要包含3个创新点。首先,为了有效地降低网络拥塞的发生概率,在组网过程中,每个节点依据其备选父节点的负载状态进行父节点的选择;其次,为了避免网络拥塞节点的子节点在更换数据传输路径时选择处于重负载状态的备选父节点作为新的父节点,在网络拓扑维护过程中每个节点实时通告自身负载状态;最后,为了能够高效地缓解当前的网络拥塞,结合数据分流思想和更换数据传输路径的方式进行网络拥塞控制。仿真结果表明,与LLN中现有网络拥塞控制路由算法相比,HNCCRA算法能够有效地提升网络各方面的性能,其中网络拥塞的发生概率降低了19.89%,汇聚节点的平均吞吐量增加了11.35%,网络的平均寿命延长了9.75%。展开更多
低功率低损耗网络路由(Routing Protocol for low power and Lossy network,RPL)是无线物联网的典型路由。由于未采用集中安全机制,RPL路由易受女巫攻击。为此,提出基于接收信号强度的防御女巫攻击的RPL路由(RSSI-based against Sybil a...低功率低损耗网络路由(Routing Protocol for low power and Lossy network,RPL)是无线物联网的典型路由。由于未采用集中安全机制,RPL路由易受女巫攻击。为此,提出基于接收信号强度的防御女巫攻击的RPL路由(RSSI-based against Sybil attack RPL,RSPL)。RSPL路由通过统计接收信号的强度值,并结合邻居节点的观察,估算节点可信度,进而检测攻击节点。同时,利用链路的传输期望次数和链路信任值修改RPL路由中的目标函数,进而阻止攻击节点参与路由。性能分析表明,相比同类算法,提出的RSPL路由降低了检测攻击节点的误检率,提高了数据包传递率。展开更多
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...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。展开更多
文摘针对低功耗有损网络现有移动性支持路由算法中父节点切换频繁、移动检测机制使用不可靠的瞬时路由度量、未考虑链路质量对能耗影响等问题,提出一种基于剩余通信时间(Remaining Communication Time, RCT)的移动感知节能父节点选择算法。首先,为了降低父节点切换次数并节省节点能耗,构建了基于RCT和通信成本的父节点选择函数,移动节点基于该函数值选择下一父节点。其次,为了避免在移动场景下由于瞬时路由度量不可靠而导致的不必要的父节点切换,在算法的移动检测阶段提出一种基于接收信号强度指标(Indicator of Received Signal Strength,RSSI)和RCT值的移动检测机制,父节点需要结合RSSI和RCT两个值来共同判断移动节点是否需要进行父节点切换。理论分析和仿真结果表明,算法在控制开销、网络生存时间、能耗等方面的性能均得到了提升。
基金funded by the Deanship of Scientific Research at Najran University for this research through a Grant(NU/RG/SERC/12/50)under the Research Groups at Najran University,Saudi Arabia.
文摘The Internet of Things(IoT)consists of interconnected smart devices communicating and collecting data.The Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks(RPL)is the standard protocol for Internet Protocol Version 6(IPv6)in the IoT.However,RPL is vulnerable to various attacks,including the sinkhole attack,which disrupts the network by manipulating routing information.This paper proposes the Unweighted Voting Method(UVM)for sinkhole node identification,utilizing three key behavioral indicators:DODAG Information Object(DIO)Transaction Frequency,Rank Harmony,and Power Consumption.These indicators have been carefully selected based on their contribution to sinkhole attack detection and other relevant features used in previous research.The UVM method employs an unweighted voting mechanism,where each voter or rule holds equal weight in detecting the presence of a sinkhole attack based on the proposed indicators.The effectiveness of the UVM method is evaluated using the COOJA simulator and compared with existing approaches.Notably,the proposed approach fulfills power consumption requirements for constrained nodes without increasing consumption due to the deployment design.In terms of detection accuracy,simulation results demonstrate a high detection rate ranging from 90%to 100%,with a low false-positive rate of 0%to 0.2%.Consequently,the proposed approach surpasses Ensemble Learning Intrusion Detection Systems by leveraging three indicators and three supporting rules.
文摘针对低功耗有损网络(low power and lossy networks,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等问题,提出一种LLN中基于环路避免的高效路由修复算法(highly-efficient loop-free based repair routing protocol for LLN,HLR-RPL)。该算法提出了3个优化思路:首先,采用一种修正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(DODAG information solicitation amend,DIS-A),使得链路中断通告过程和寻路过程同时进行;其次,提出一种减少控制消息回复机制,避免所有接收到DIS-A消息的节点均回复DODAG信息对象消息;最后,提出一种链路中断节点的子节点切换机制,从而优化了网络拓扑。仿真结果表明,HLR-RPL算法在控制开销和路由修复时延等性能方面优于现有的路由修复算法,且能够彻底避免路由环路的产生。
文摘由于低功耗有损网络LLN (low power and lossy networks)呈树形结构且节点的能量受限,一旦网络中出现能量瓶颈节点而未及时处理,将会严重影响网络各方面性能。因此提出一种基于负载均衡的高能效LLN路由协议。当检测出能量瓶颈节点后,对溪流计时器重置策略进行改进,及时将能量瓶颈节点能量不足的状态通告给其子节点。提出一种能量瓶颈节点子节点的切换机制,旨在降低能量瓶颈节点的能耗速率,实现节点高能效。仿真结果表明,该方法在网络生存时间和节点死亡率等性能方面优于现有路由算法,其中网络平均生存时间延长了10.53%,节点死亡率降低了18.59%。
文摘由于低功耗有损网络(low power and lossy networks,LLN)中的单路径路由协议在网络拓扑的构建过程中存在不能较好地均衡节点能耗速率和延长网络寿命等问题,提出一种基于负载均衡的单路径LLN路由协议(load balance-based single path routing protocol for LLN,LB-RPL)。在选择备选父节点的过程中对无线链路质量、节点剩余能量和节点缓存占用率依次进行考量;在计算路由度量的过程中综合考虑多种路由判据,避免单一路由判据对网络性能造成的影响;依据整条路径上的数据传输代价选择节点的最优父节点。理论分析和仿真结果表明,相对于现有单路径LLN路由协议,LB-RPL能够有效均衡节点能耗、延长网络寿命并提高路由可靠性。
文摘针对低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性导致在高负载场景下无法较好地实现负载均衡的问题,提出一种高负载场景下基于负载均衡的LLN路由协议(HSLB-RPL)。在该协议中,为了避免期望传输次数较大的备选父节点被选作为最优父节点,综合考虑当前节点和其备选父节点的期望传输次数;当检测到节点负载较重时,为了降低其被邻居节点选作为最优父节点的概率,对其DIO控制消息的发送时间间隔进行调整;当节点发生网络拥塞时,设计一种网络拥塞通告消息(NCN),及时地对当前网络拥塞状态进行通告。仿真结果表明,相对于已有协议,HSLB-RPL协议能够有效地实现负载均衡,其中网络平均寿命延长了23.57%,根节点平均吞吐量提高了14.52%,归一化控制开销较低了12.87%。
文摘针对低功耗有损网络(low power and lossy network,LLN)中负载不均衡以及高控制开销的问题,提出一种基于流量自适应分配的多汇聚节点LLN路由协议(traffic adaptive assignment based multi-sink routing protocol for LLN,TAAM-RPL)。介于多个汇聚节点之间的节点可同时加入到多个RPL实例中;在不增加额外控制开销的前提下,多重身份节点便可获知其到达各个汇聚节点整条路径的负载状态;多重身份节点可根据其到达各个汇聚节点整条路径的负载状态进行数据流量自适应分配。仿真结果表明,该协议可行有效,能够提升网络各方面性能。
文摘针对有损低功耗网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性以及节点部署不均匀无法有效实现网络能量均衡,提出一种基于能量均衡的高效低时延路由算法(Efficient Low Latency Routing Algorithm Based on Energy Balance in Low-Power and Lossy Networks,ELLEB-RPL)。该算法采用"ELLEB组网"策略,使得节点能够有效避免在DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph)间来回切换;通过采用"最优父节点选择"策略,使得节点选择的父节点达到最优;通过采用"流量自适应分配"策略,达到网络能量均衡的目的。仿真结果表明,ELLEBRPL在Sink节点平均吞吐量、网络平均寿命以及端到端时延上均有提升。
文摘由于低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)中现有网络拥塞控制路由算法无法高效地对当前网络拥塞进行缓解,因此提出一种基于混合式的网络拥塞控制路由算法(Hybrid-based Network Congestion Control Routing Algorithm,HNCCRA)。该算法主要包含3个创新点。首先,为了有效地降低网络拥塞的发生概率,在组网过程中,每个节点依据其备选父节点的负载状态进行父节点的选择;其次,为了避免网络拥塞节点的子节点在更换数据传输路径时选择处于重负载状态的备选父节点作为新的父节点,在网络拓扑维护过程中每个节点实时通告自身负载状态;最后,为了能够高效地缓解当前的网络拥塞,结合数据分流思想和更换数据传输路径的方式进行网络拥塞控制。仿真结果表明,与LLN中现有网络拥塞控制路由算法相比,HNCCRA算法能够有效地提升网络各方面的性能,其中网络拥塞的发生概率降低了19.89%,汇聚节点的平均吞吐量增加了11.35%,网络的平均寿命延长了9.75%。
文摘低功率低损耗网络路由(Routing Protocol for low power and Lossy network,RPL)是无线物联网的典型路由。由于未采用集中安全机制,RPL路由易受女巫攻击。为此,提出基于接收信号强度的防御女巫攻击的RPL路由(RSSI-based against Sybil attack RPL,RSPL)。RSPL路由通过统计接收信号的强度值,并结合邻居节点的观察,估算节点可信度,进而检测攻击节点。同时,利用链路的传输期望次数和链路信任值修改RPL路由中的目标函数,进而阻止攻击节点参与路由。性能分析表明,相比同类算法,提出的RSPL路由降低了检测攻击节点的误检率,提高了数据包传递率。
文摘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。
