基于6LoWPANs的无线传感器网络节能路由机制研究

【摘要】：随着通信技术的发展，尤其是近年来物联网技术的提出，作为物联网关键技术的无线传感器网络迎来了新的机遇和挑战。基于IEEE802.15.4的无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点，已成功地运用于医疗保健、环境卫生、工业管理等各个领域并成为物联网研究的关键对象。实现基于IEEE802.15.4的无线传感器网络与IPv6技术的融合已成为大势所趋，其有重要的学术意义以及商业价值，只有实现了底层网络的IP化，才能真正意思上实现“物物相连”。目前，我国无线传感器网络与IPv6融合技术的研究与全球仍处于初级阶段，对于融合模型、体系架构和关键技术研究只是略显成效，6LoWPANs就是基于IEEE802.15.4的无线传感器网络与IPv6技术互联的成功解决方案。由于6LoWPANs是一个新兴的网络技术，理论研究尚处于初级阶段，解决方案在技术细节和可实现性方面仍存在一定的缺陷。因此，论文针对6LoWPANs路由节能算法以及路由寻址策略进行了研究。 路由技术是无线网络节点间通信的支撑技术。在基于IPv6的无线传感器网络环境中，路由实现直接关系到网络的构建与性能，已然成为无线网络通信研究与发展中亟待解决的关键问题。6LoWPANs网络具有规模大、节点多样、影响因素复杂等特点，建立有效的节能路由机制和路由寻址策略是基于IPv6的无线传感器网络研究的关键技术。 首先，论文对IPv6的自动地址分配策略进行了深入的研究，分析了IPv6有状态地址分配策略与无状态自动地址分配策略在6LoWPANs网络中的适用性以及存在的问题。分析得出无状态自动地址分配较适用于基于IPv6的无线传感器网络，但其重复地址检测方式将带来大量的网络能耗开销，因此针对能量有限的6LoWPANs无线传感器网络需要建立一种低开销的IPv6自动地址配置方案。本文在无状态自动地址分配策略的基础上，结合6LoWPANs分层自动地址配置策略，采用6LoWPANs网络基于分簇的方式进行重复地址检测，成功的解决了6LoWPANs网络寻址的技术难点。 其次，本文从6LoWPANs网络特性与路由需求入手并结合6LoWPANs的路由草案，分析了6LoWPANs路由的可取点以及需改进之处。本文在层次路由的基础上，通过采用最小路由门限对网络中的节点进行功能划分，以平衡不同深度的节点耗能；并借助邻居表对数据转发策略进行了改进，以减少不必要的转发次数；同时为了防止网络中失效节点的产生，本文通过为网络中的路由节点分配替代节点的方式，使得网络中参与转发次数较多的节点在能量耗尽离开网络时不至于造成其子节点与网络断开连接。 【关键词】：无线传感器网络 6LoWPANs 层次路由 能量均衡 自动地址配置
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 无线传感器网络发展现状11-15
• 1.2.1 无线传感器网与 ZigBee、UWB 技术的结合11-12
• 1.2.2 无线传感器网络与 IPv6 技术结合12-15
• 1.3 论文主要工作内容及章节安排15-17
• 第2章 基于 6LoWPANs 的无线传感器网络17-30
• 2.1 无线传感器网络概述与分析17-21
• 2.1.1 无线传感器网络发展历程17-18
• 2.1.2 无线传感器网络路由形式18-20
• 2.1.3 无线传感器网络通信标准20-21
• 2.2 IEEE 802.15.4 概述21-24
• 2.2.1 IEEE 802.15.4 协议栈架构21-22
• 2.2.2 IEEE 802.15.4 网络组成22-24
• 2.3 6LoWPANs 无线通信理论24-29
• 2.3.1 6LoWPANs 通信协议模型24-26
• 2.3.2 6LoWPANs 适配层关键技术26-27
• 2.3.3 6LoWPANs 报文帧结构27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 6LoWPANs 路由自动地址配置改进方案30-39
• 3.1 研究背景30-31
• 3.2 IPv6 自动地址分配31-33
• 3.2.1 IPv6 协议简介31-32
• 3.2.2 IPv6 有状态和无状态自动地址配置32-33
• 3.3 6LoWPANs 的分层自动地址配置33-34
• 3.4 一种改进的 6LoWPANs 路由地址分配方案34-36
• 3.5 改进方案仿真与性能评估36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 6LoWPANs 路由改进算法39-58
• 4.1 研究背景39
• 4.2 6LoWPANs 路由技术概述39-45
• 4.2.1 LOAD 路由协议40-42
• 4.2.2 HiLow 路由协议42-45
• 4.3 6LoWPANs 路由技术分析45-46
• 4.4 改进的 6LoWPANs 路由协议算法46-53
• 4.4.1 改进的思考路线46-48
• 4.4.2 最小路由门限48-49
• 4.4.3 基于最小路由门限的最优路由机制49-51
• 4.4.4 预防性路径修复策略51-53
• 4.5 RNR 路由算法仿真实现及性能分析53-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 全文总结与展望58-60
• 5.1 主要工作和结论58-59
• 5.2 今后待解决的问题59-60
• 参考文献60-66
• 作者简介及科研成果66-68
• 致谢68

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