随着物联网通信技术的发展,“万物互联”时代即将到来。多跳路由技术以其扩展性强、分布式运行、组网灵活等特点,将广泛应用于物与物、物与人和人与人之间的泛在互联。群组协作是多跳路由技术数据传输常用的方法之一,其通过节点间数据交互或者控制信息交互可以实现更少的网络能量消耗和更高的传输可靠性。然而,由于无线链路的不稳定性与非对称性、智能设备能量有限以及通信能力有限等特点,面向实际应用设计高能效、低时延的群组协作多跳路由传输方案仍然是该领域的研究重点与难点。针对上述问题,本论文根据物联网中集中控制网络和分布式自组织网络的数据传输特点归纳出两种群组协作模型,然后针对群组协作在分层路由、按需路由和机会路由现有研究中的不足分别提出更完备的改进算法和解决方案,并给出详细的系统模型和数学理论推导,最后通过仿真验证了所提出方案可以进一步提高网络能量效率,减少端到端传输时延。具体而言,本文的研究内容及创新点主要包括以下三个方面:(1)针对物联网集中控制网络中节点能量差异造成的网络生存时间较低问题,研究基于群组协作的高能效分层路由,提出一种基于路由扩展树的高能效群组分层路由协议。首先利用谱聚类方法按地理位置对网络节点进行分簇,避免了簇头分布不均而造成群组内非簇头能量消耗过大的问题,并利用Dijkstra最短路径路由算法构造群组间路由扩展树。然后推导每个节点担当簇头和非簇头所消耗的能量,并结合节点剩余能量构建能量平衡方程,提出基于能耗平衡的簇头选择算法,以平衡节点间能量消耗,并构造各群组内路由扩展树。最后调整边界节点路径路由以优化群组,减少网络能量消耗,形成最终路由扩展树。仿真模拟了路由扩展树的生成过程,并验证了所提出的方案在网络生存时间、能量消耗和覆盖率方面的有效性。(2)针对物联网分布式自组织网络中节点数据传输的高重传和低能效问题,研究基于群组协作的高能效按需路由,提出一种基于群组的高能效协作数据包传输方案。首先考虑邻居节点的地理位置、剩余能量及预期能耗来设计代价函数,提出低能耗比的迭代群组招募算法。然后,为了提高群组间数据传输的能量效率,保证数据包沿着最短初始路径传输,提出两阶段的群组间协作数据包传输机制,将群组间数据传输过程等价于虚拟多输入多输出通信,设计发送波束成形对准接收群组簇头的信道系数向量,发送分集增益提高了接收群组簇头的成功接收概率,减少重传次数。仿真验证了所提出的方案可以减少网络能量消耗,延长网络生存时间,并且在能耗和数据包到达率之间实现更好的折衷。(3)针对物联网分布式自组织网络中节点数据传输时延要求较高的问题,研究基于群组协作的低时延机会路由,提出一种基于群组的低时延机会协作数据包传输方案。首先提出基于群组的机会传输机制,确定簇头、发送节点集合和接收节点集合形成群组,发送节点协作传输数据到接收节点,该过程等价于迭代的虚拟多输入多输出通信以提高传输可靠性。然后分析群组内协作数据传输模型,为了缩短端到端传输时延,将单跳传输距离最大化问题建模为总功率受限的发送波束成形最优化问题,并提出一种迭代的最优发送波束成形策略,利用梯度近似法逼近最优发送波束成形向量的数值解。仿真验证了所提出的方案可以缩短端到端传输时延,增加成功传输数据包数量,提高数据包到达率和传输效率。综上所述,本文主要研究基于群组协作的高能效低时延多跳路由技术方案。根据物联网数据传输的不同场景和性能需求,建立了相应的网络拓扑和传输模型,并设计了完整的实用性算法。通过理论分析和仿真结果验证了本文研究工作的有效性,为物联网不同应用场景提供了参考价值。