物联网中低功耗节点组播路由算法研究

【摘要】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(IPv6RoutingProtocolforLLN),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。
【作者】陈熙；
【导师】洪佩琳；
【作者基本信息】中国科学技术大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】物联网；低功耗有损网络；无线传感器网络；组播路由；能量有效；可扩展性；生存时间；

【参考文献】
[1]付从梅.人防工程三维可视化系统设计与实现[D].西安科技大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[2]吴亮红,王耀南,袁小芳,曾照福.基于快速自适应差分进化算法的电力系统经济负荷分配[J].控制与决策,2013,04:557-562.
[3]田玉平.具有多非线性和多未建模动态系统的鲁棒绝对稳定性[J].自动化学报,1998,01:18-25.
[4]宋开文.公共服务均等化视域下农村社区教育问题研究[D].中国矿业大学,行政管理,2014,硕士.
[5]高鹏程.农村社会管理中的农民主体性缺失问题研究[D].贵州民族大学,社会学,2014,硕士.
[6]胡昌平.面向用户的资源整合与服务平台建设战略——国家可持续发展中的图书情报事业战略分析(2)[J].中国图书馆学报,2005,02:5-9+24.
[7]杜炜.大功率外转子永磁直驱风力发电机的设计及优化[D].广东工业大学,电气工程,2013,硕士.
[8]赵晓变.液位遥测在监测船舶装卸安全方面的应用研究[D].大连海事大学,交通信息工程及控制,2013,硕士.
[9]姜薇.太平洋牡蛎类FUT2基因的克隆与时空表达[D].中国海洋大学,食品科学,2014,硕士.
[10]黄诗盛,王勇刚,李会权,林荣勇,闫培光.氧化石墨烯被动锁模掺镱光纤激光器多脉冲现象的实验研究[J].物理学报,2014,08:171-177.
[11]张春凤.基于自适应LBP的图像文本检测算法[D].湖南大学,信息与通信工程,2011,硕士.
[12]胡可佳.陕西安康紫阳北五省会馆壁画制作工艺及材质分析研究[D].西北大学,文物保护学,2013,硕士.
[13]朱原,傅强,李纯,叶民.探索长效机制,助推西部高校发展——基于浙江大学十年对口支援工作实践的实证性研究[J].当代教育与文化,2014,03:67-72.
[14]黄镇.自分泌运动因子受体在胃癌恶性生物学行为中的作用及机制研究[D].重庆医科大学,外科学,2014,博士.
[15]徐瑶.博弈论及其在法律谈判中的应用[D].西南政法大学,法律逻辑学,2012,硕士.
[16]曹思远,谭佳,高明,袁殿,杨金浩,张浩然.对数谱根式法Q值反演[J].石油地球物理勘探,2014,01:161-166+305.
[17]李晨哲.陈木胜导演电影研究[D].河北大学,广播电视艺术学,2014,硕士.
[18]李艳艳.儿童原发性肾病综合征与过敏状态关系的研究[D].河北医科大学,儿科学,2014,硕士.
[19]钱嘉伟.基于双目异质机器视觉的检测方法及应用研究[D].浙江大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[20]杨欣.法语行政文献翻译实践与思考[D].北京外国语大学,MTI法语笔译,2013,硕士.
[21]李军.顺特公司设备管理模式研究[D].华南理工大学,项目管理,2012,硕士.
[22]康南昌,覃素华,陈元忠,管俊亚.阿尔金山东南缘构造特征及勘探前景[J].石油地球物理勘探,2005,02:233-237+242-124+252.
[23]唐文荟.原型范畴理论下的英语委婉语研究[D].西南大学,英语语言文学,2014,硕士.
[24]吕存玲.首次与复发缺血性脑卒中危险因素分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[25]宋文凤.科学数据价值鉴定研究[D].吉林大学,档案学,2013,硕士.
[26]宋真真.基于混沌映射和双随机相位的图像加密算法研究[D].哈尔滨工业大学,光学,2013,硕士.
[27]卢喜军.兰溪市物流园区选址研究[D].浙江理工大学,企业管理,2012,硕士.
[28]罗方林.微机在数字控制系统中的应用(上)[J].冶金自动化,1986,02:33-38+64.
[29]张广西.基于多特征的粒子滤波行人跟踪算法研究[D].大连理工大学,车辆工程,2013,硕士.
[30]张玉龙.EPC国际工程物资采购管理研究[D].西南交通大学,工业工程,2012,硕士.
[31]金菊良,吴开亚,李如忠.水环境风险评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型[J].水利学报,2008,11:1257-1261+1266.
[32]隋圆圆.正倒向随机微分方程的数值方法及其在金融与双曲型方程柯西问题中的应用[D].山东大学,金融数学与金融工程,2013,博士.
[33]杨玉英.石墨烯在电化学生物传感器领域的研究进展[J].广东化工,2014,19:87-88.
[34]杨洋.沈阳城市街道设施通用设计研究[D].沈阳航空航天大学,设计艺术学,2013,硕士.
[35]李迈.城镇化背景下乡镇空间结构重组的影响研究[D].内蒙古师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[36]赵伟.强磁场对原位形变Cu-25%Ag复合材料组织及性能的影响[D].东北大学,材料学,2009,硕士.
[37]李伟聪.心血管疾病临床和生物信息管理系统的设计与应用[D].中国人民解放军医学院,老年医学,2013,硕士.
[38]王芳.内蒙古区域经济差异及其演化的实证研究[D].东北师范大学,区域经济学,2012,硕士.
[39]聂红芬.钌络合物催化苯乙酮还原反应的研究[D].河北工业大学,应用化学,2013,硕士.
[40]周剑雄,王明哲.基于关联规则的数据挖掘技术的快速算法[J].计算机工程,2003,12:48-49+92.
[41]记者黄群.金路集团石墨烯项目逐渐成形产业化开发尚待时日[N].上海证券报,2012-01-16005.
[42]冯兵.高校信息化基础平台的规划与研究[D].大连海事大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[43]危岩.生物纳米电子材料及3D打印技术[A].中国化学会高分子学科委员会.2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题H：医用高分子[C].中国化学会高分子学科委员会:,2013:1.
[44]蒋辉,王志忠.灰色局部支持向量回归机及应用[J].控制与决策,2010,03:399-403.
[45]王蕾,王玮,王学运,杨国梁.基于光纤陀螺的旋转惯导数字稳定回路设计与实现[J].控制与决策,2014,08:1453-1457.
[46]王晓阳.Femtocell的切换控制研究[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[47]张运春,杜晓军,张桥英,高贤明,苏智先.克隆乔木黄牛奶树枝条的功能特征[J].植物生态学报,2005,05:799-806.
[48]贾曼.刮痧配合针刺治疗心脾两虚型失眠的临床研究[D].成都中医药大学,针灸推拿学,2012,硕士.
[49]潘美全.论我国信访制度的困境及完善[D].山东大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[50]路晶晶.多目标行业贷款组合优化模型研究[D].西南交通大学,技术经济及管理,2014,硕士.