论文部分内容阅读
物联网构建一个万物互联的泛在网络,其节点能量、存储空间、网络带宽等资源远远少于传统网络,且其链路具有不稳定性特征。对于物联网中的路由问题,研究热点在于如何利用有限的资源在一个动态的网络环境中实现有效可靠的数据传输。相比于单播和广播,组播通信具有更高的数据传输效率,可以节省网络带宽及射频传输中的节点能耗,因此组播技术在物联网中具有重要的应用价值。目前,物联网组播的相关研究主要从两个角度进行。一个角度对传统的IP组播协议进行轻量化,在组播路径的每个节点上建立组播路由表,并用较低的开销对组播拓扑进行维护。另一个角度以地理单播路由为基础,设计一种无状态的地理组播策略,节点在定位技术的支持下通过动态的邻居选择算法完成组播转发。两种思路都能适应物联网资源受限、网络不稳定的特点。本文首先对这两方面的研究成果进行调研,然后分别提出一种新的组播路由算法,改进已有算法的性能。本文的主要贡献如下:1.对于基于IP的低功耗有损网络路由协议RPL (IPv6Routing Protocol for LLN),已有的组播路由算法存在大量冗余的数据传输,浪费节点有限的能量资源。本文提出一种能量有效的RPL组播路由算法,在转发节点建立组播状态时增加一个可行子节点集和一个转发节点集。可行子节点集保留多样的邻居选择方案,适应低功耗有损网络的链路有损特性,而转发节点集保存可以到达所有组播接收节点且节点数最少的若干组邻居节点。算法从转发节点集中选取邻居转发节点,尽量减少路由中的转发节点数及网络能耗。仿真结果表明,新算法在每次组播投递过程中平均使用更少量的转发节点,且生存时间内消耗更少能量。2.无线传感器网络中的地理组播路由具有可扩展性差的缺点。虽然有研究利用分级的网络结构加强了地理组播的可扩展性,但减少了路由生存时间。本文提出一种适用于大规模无线传感器网络的分段组播路由算法。算法将组播树分割成多个组播子树,并在每棵组播子树的根节点上存储分段目的节点位置信息。组播分组从这些根存储节点处获取局部的路由信息,并在每棵组播子树内进行无状态的地理转发。对于根存储节点,算法还提出一种更新方案,当其剩余能量不足时,选择其附近的节点替代完成存储功能。仿真结果表明,该算法在可扩展性及生存时间两个方面均可获得较好的性能表现,且当组播子树的规模位于一个最优取值区间中时,路由可扩展性和生存时间的综合性能可得到最大的提升。