物聯(lián)網(wǎng)中低功耗節(jié)點(diǎn)組播路由算法研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建一個(gè)萬物互聯(lián)的泛在網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)能量、存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，且其鏈路具有不穩(wěn)定性特征。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中的路由問題，研究熱點(diǎn)在于如何利用有限的資源在一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)有效可靠的數(shù)據(jù)傳輸。相比于單播和廣播，組播通信具有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率，可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬及射頻傳輸中的節(jié)點(diǎn)能耗，因此組播技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　目前，物聯(lián)網(wǎng)組播的相關(guān)研究主要從兩個(gè)角度進(jìn)行。一個(gè)角度對(duì)傳統(tǒng)的IP組播協(xié)議進(jìn)行輕量

2、化，在組播路徑的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上建立組播路由表，并用較低的開銷對(duì)組播拓?fù)溥M(jìn)行維護(hù)。另一個(gè)角度以地理單播路由為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種無狀態(tài)的地理組播策略，節(jié)點(diǎn)在定位技術(shù)的支持下通過動(dòng)態(tài)的鄰居選擇算法完成組播轉(zhuǎn)發(fā)。兩種思路都能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)資源受限、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的特點(diǎn)。本文首先對(duì)這兩方面的研究成果進(jìn)行調(diào)研，然后分別提出一種新的組播路由算法，改進(jìn)已有算法的性能。本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1.對(duì)于基于IP的低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RPL(IPv6 Routin

3、g Protocol forLLN)，已有的組播路由算法存在大量冗余的數(shù)據(jù)傳輸，浪費(fèi)節(jié)點(diǎn)有限的能量資源。本文提出一種能量有效的RPL組播路由算法，在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)建立組播狀態(tài)時(shí)增加一個(gè)可行子節(jié)點(diǎn)集和一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集?？尚凶庸?jié)點(diǎn)集保留多樣的鄰居選擇方案，適應(yīng)低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的鏈路有損特性，而轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集保存可以到達(dá)所有組播接收節(jié)點(diǎn)且節(jié)點(diǎn)數(shù)最少的若干組鄰居節(jié)點(diǎn)。算法從轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中選取鄰居轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，盡量減少路由中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)及網(wǎng)絡(luò)能耗。仿真結(jié)果表明，新算

4、法在每次組播投遞過程中平均使用更少量的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，且生存時(shí)間內(nèi)消耗更少能量。
　　2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的地理組播路由具有可擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)。雖然有研究利用分級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了地理組播的可擴(kuò)展性，但減少了路由生存時(shí)間。本文提出一種適用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分段組播路由算法。算法將組播樹分割成多個(gè)組播子樹，并在每棵組播子樹的根節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)分段目的節(jié)點(diǎn)位置信息。組播分組從這些根存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)處獲取局部的路由信息，并在每棵組播子樹內(nèi)進(jìn)行無狀態(tài)的地理