基于6lowpan的RPL路由协议研究与优化

发布时间：2017-10-04 10:10

  本文关键词：基于6lowpan的RPL路由协议研究与优化

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【摘要】：智能家居是以住宅为平台,利用网络通信、综合布线、安全防范、音视频、自动控制等技术将与家居生活有关的设施进行集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统。智能家居是在互联网的影响下的物联网体现,以zigbee 3.0作为核心技术,如小米公司的“小米移动蛋”,存在着网络范围的局限性、与其他厂商的智能家居产品的不兼容性、依靠wifi接入互联网等问题。为真正地实现万物相连,将智能家居接入目前基于IP技术的互联网中,IPv6是一个极其可观的选择,并且6LowPAN技术可将IPv6协议栈应用于处理能力有限的智能家居设备上；在基于IPv6及6LowPAN技术的智能家居无线传感网中,IETF也为此制定了低功耗有损网络路由协议(Routing Protocol for Low power and Lossy Networks, RPL)以满足IPv6无线传感网络的路由拓扑的建立。根据以上内容,本文完成的工作有：1. 智能家居系统的发展现状研究及实现。根据目前市场上的智能家居系统进行分析,以zigbee3.0协议作为基础、特定的路由器作为中心节点,建立起智能家居的局域网络,用户可通过手机访问局域网络的中心路由器节点从而达到控制智能家居的效果。2.IPv6无线传感网络技术分析研究。对实现的智能家居系统的网络拓扑的局限性以及智能家居存在的厂家不兼容性问题的原因进行分析,介绍ZigBee联盟及智能家居领域的发展方向,运用6LowPAN技术,使智能家居可以通过IPv6地址进行数据传输,解决产品不兼容性问题,并且对采用IPv6技术后无线传感网络网络层的RPL路由协议进行研究,为IPv6的网络建立路由拓扑,随后对采用IPv6技术后的智能家居系统做了一个简单的成本分析,讨论如何建立网络拓扑。3.RPL路由协议的分析及其优化的路由算法设计。最后对设计出来的网络拓扑中的数据传输问题进行分析,从网络拓扑的建立对网络数据传输的影响的角度出发,分析了目前的RPL路由协议组建网络的算法,并在此基础上,结合数据传输时的丢包情况和数据包发送时的理想时延,设计并实现了自己的算法——ETX_D,从而保证数据成功传输时的低延时。基于本文所实现的功能,可以改进无线局域网络的局限性以及不同厂商产品之间数据传输的兼容性,并且通过改进的路由算法可以降低智能家居系统中数据传输成功时的时延,使智能家居设备能够快速地响应控制命令。
【关键词】：RPL 6LowPAN 无线传感网 智能家居
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TN915.04
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 研究目标和内容17-18
• 1.4 论文组织结构18-19
• 第二章 智能家居系统的实现19-34
• 2.1 智能家居系统的网络拓扑19-20
• 2.2 网络组建20-25
• 2.2.1 IEEE 802.15.4网络组建21-24
• 2.2.2 网络层建立路由拓扑24-25
• 2.3 数据传输25-27
• 2.3.1 用户端与路由器之间的通信25-27
• 2.3.2 路由器与智能家居之间的通信27
• 2.4 硬件节点实现27-30
• 2.4.1 路由器硬件28-29
• 2.4.2 智能家居节点硬件29-30
• 2.4.3 操作系统烧录过程30
• 2.5 智能家居系统分析30-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 低功耗有损网络路由协议(RPL)研究34-53
• 3.1 RPL路由概述35-36
• 3.2 RPL路由过程36-39
• 3.2.1 DODAG构建步骤37-38
• 3.2.2 数据传输过程38-39
• 3.3 RPL路由度量39-43
• 3.3.1 RPL路由度量和约束条件39-41
• 3.3.2 目标函数(OF)的实施41
• 3.3.3 目标函数分析41-43
• 3.4 RPL在ContikiOS中的实现43-50
• 3.4.1 ContikiOS代码结构44-48
• 3.4.2 RPL的仿真实现48-50
• 3.5 智能家居应用讨论50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 基于ETX的RPL路由度量的优化53-70
• 4.1 ETX路由度量的计算53-55
• 4.2 时延的计算55-57
• 4.3 优化算法设计57-61
• 4.3.1 时延算法的优化计算59-60
• 4.3.2 路由延时的计算60-61
• 4.3.3 ETX_D路由度量分析61
• 4.4 仿真实现及其结果分析61-69
• 4.4.1 路由拓扑分析65-67
• 4.4.2 时延比较67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 后续问题研究71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表的论文76-78
• 致谢78

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本文编号：970057