基于最小链路成本优化排名的低功耗有损网络路由协议

发布时间：2020-05-06 13:37

【摘要】：针对低功耗有损网络的数据流量负载分配及传输效率优化问题,提出一种基于最小链路成本优化排名的低功耗有损网络路由协议。采用基于排名规则的改进多路径RPL算法,通过引入一个目的地为导向的有向无环图,使每个节点具有多条到达汇聚点的路径,根据链路的成本排名选择跳数更少和输出流量速率更大的链路;构造k-连通性的路由图表,根据能量消耗情况选择节点父代,通过启发式负载分配方法最小化路由总传输成本,根据节点的输出流量速率分配负载,实现负载均衡的同时提高路由的传输效率。仿真结果表明,相比主动与低功耗的有损网络反应式路由算法和低功耗有损网络链路质量感知路由协议,该算法数据投递成功率提高了15%以上,平均网络吞吐量提高了30%以上。
【图文】：

输出流量,速率变化,成功率,数据包

的ＴＸ能量消耗２０ｍＪ／ｐｋｔ１０ｍ的ＲＸ能量消耗１０ｍＪ／ｐｋｔＭａｃ层ＩＥＥＥ８０２．１５．４Ｐｈｙ层Ｕｎ－ｓｌｏｔｔｅｄＣＳＭＡＣＡ通信模型Ｕｎｉｔｄｉｓｋ流量分布函数泊松分布分组数据产生速率１～１０ｐｋｔ／ｍｉｎ本文在实验中与文献［１０］中提出的一种主动与低功耗的有损网络反应式路由算法，以及文献［１１］中提出的一种针对低功耗和有损网络链路质量感知路由协议进行对比分析。在仿真过程中各算法所采用的仿真软件及环境配置参数一致。图１显示了随着节点输出流量速率变化下的数据包投递成功率，节点输出流量速率越大，节点处理数据的负担越大，会影响数据包的投递成功率。从图中可以看出，各算法随着节点输出流量速率的增大，数据包投递成功率慢慢降低，但降低速度会逐渐变缓，这是由于流量速率的增大使得单位时间内链路的数据负载增大，而带宽有限使得数据包碰撞概率提升，造成数据包成功到达目地节点的概率降低。如果算法所选择的路由无法处理好流量数据的负载分配问题，将导致数据拥塞和丢失，据包投递成功率降低。如图１所示，在输出流量速率变化的过程中，文献［１０，１１］提出的算法的数据投递率都处于４０％以上，而本文提出的算法更高，处于６５％上方，可以看出，本文提出的方法具有更高的数据包投递成功率。由于本文算法根据链路的成本排名来选择跳数更少和输出流量速率越大的链路，在数据流量较大时仍能有效解决数据传输问题。而文献［１０］虽然采用了一种结合分布式集中管理的方式来优化路由的流量负载，但只是把流量负载更加均衡地分配给每个节点，并没根据节点此时的流量速率进行分配，因此流量速率小

网络吞吐量

第３８卷第２期刘文杰，程聪，柴旭清，等：基于最小链路成本优化排名的低功耗有损网络路由协议节点流量速率更大的链路，从而提升数据传输效率，提高网络吞吐量，，而另外两种对比算法缺少流量速率变化下的链路选择机制。图中的数据显示，本文提出的方法的平均网络吞吐量分别为文献［１０，１１］提出的算法的平均网络吞吐量的１４３．８２％和１３２．９７％，因此从对比上可以看出，本文提出的方法在提高网络吞吐量上表现出了更好的效果。图２网络吞吐量图３数据包碰撞率图３显示了数据包碰撞率伴随节点输出流量速率而增大。数据包的碰撞率与节点负载的均衡程度有关，由于节点的负载能力有限，当更多的数据流量分配给负载能力较小的节点，就会导致数据包碰撞概率增大。节点负载均衡性能更好，可以有效减小数据包的碰撞率，提高数据包的传输成功率，缩短任务完工时间。从图中可以看出，流量速率越大数据包碰撞的概率就越大。为了达到更好的负载平衡，在改进的多路径ＲＰＬ算法上，本文还提出了一个ｋ－连通性的路由图表，提高节点连通率，并提出启发式负载分配方法，优先利用了最小化成本代价的节点链路，同时根据节点流量速率来分配负载。从图中可以看出，两种对比算法的碰撞率最高达到了８％以上，而本文算法的碰撞率低于７％。文献［１０，１１］在节点输出流量速率增大时由于所采取的路由方法只是为链路上的节点均衡流量负载，但是只采取均衡流量的方法对于提升链路传输效率来说效果有限，因此数据包拥塞碰撞现象无法得到较好的优化。４结束语本文针对低功耗和有损网络提出了一种基于链路成本排名机制的低功耗有损网络路由协议，该协议基于ＲＰＬ协议的优

【参考文献】