低功耗有损网络安全路由协议研究综述

随着物联网不断飞速发展，低功耗有损网络（LLN）的研究与应用成为一种发展趋势。首先，介绍了6LoWPAN与低功耗有损网络路由协议（RPL）的基本原理和结构；其次，总结了LLN中RPL所面对的主要安全威胁以及应对方法，根据协议所采用的不同策略进行归纳、分类和比较；然后，对国内外已有安全RPL研究情况进行了介绍和分析，同时对现有安全威胁和解决方案进行了总结；最后，提出了在大规模、移动性、自组织、低功耗的RPL中需要进一步研究的安全问题和发展趋势。     

能量均衡的低功耗有损网络路由协议

针对目前低功耗有损网络路由协议（RPL）中存在节点能耗不均衡、网络生存时间短以及网络后期父节点状态信息更新不及时的问题,提出一种带有电量估算策略的能量均衡RPL（EB-RPL）。首先,构造了一种复合期望传输次数和节点剩余能量的路由度量,通过机制设计使节点在不同时期能自适应地调整网络拓扑;然后,设计了一种基于能量消耗速率的父节点电量估算策略,在不增加额外控制包开销的同时,子节点可以计算父节点电量,作出正确的路由决策;最后,通过实验对比分析了EB-RPL的性能。仿真结果显示,与RPL相比,EB-RPL显著降低了同级节点间功率标准差,并且在不同发包频率和网络规模中,分别平均延长了29.4%和39.4%的平均网络生存时间。EB-RPL能够有效实现能量均衡、显著延长网络生存时间。     

一种负载均衡的RPL多路径数据传输机制

低功耗有损网络路由协议(RPL)由于负载不均衡导致节点能耗失衡。为此,提出一种RPL多路径数据传输机制。在网络拓扑构建过程中依据数据传输代价选出每个节点的最优多父节点集。结合无线链路质量、节点剩余能量、节点缓存占用率以及中继节点的子节点数量等度量,设计一种数据流量分配度量标准,基于该度量标准提出能够最大化均衡网络负载的流量分配策略,以获得最优数据传输方案。仿真结果表明,相对RPL、ELT-RPL机制,该机制能够最大化地实现负载与节点能耗均衡,延长网络生存时间并提高路由可靠性。     

基于模糊层次分析法的RPL路由优化协议

针对现有低功耗有损网络路由协议在拓扑构建及路由选择时没有综合全面考虑各方面的路由度量（Routing Metric）,或在考虑两个或三个路由度量时各个路由度量的权重分配多是基于专家经验,主观性太强的问题,本文提出一种新的基于模糊层次分析法的RPL（Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks, RPL）路由协议—RPL-FAHP（RPL based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process, RPL-FAHP）。RPL-FAHP在选择偏好父节点（下一跳节点）时综合考虑各方面的路由度量,构建新的复合路由度量和目标函数,并采用模糊层次分析法确定复合路由度量中各个路由度量的权重系数,从而选出最优偏好父节点传输数据。理论分析和仿真结果表明：与现有的相关典型算法相比,RPL-FAHP在平均分组丢失率、平均端到端时延及网络寿命等方面具有整体上更优的性能。     

基于Core-Selecting机制的物联网安全路由协议

设计安全的路由协议以确保网络与隐私信息安全是物联网面临的一个巨大挑战,提出了一种Core-Selecting机制,并将该机制应用于物联网路由协议设计,在此基础上设计并实现了一种新的物联网安全路由协议PALXC,有助于抵御合谋攻击和选出可信路由.理论分析和仿真实验结果表明了所设计的协议的有效性.     

一种针对RPL入侵检测的自适应节能算法

RPL（IPv6 routing protocol for low power and lossy networks）是IPv6低功耗有损无线网络的路由层协议,缺乏健全的安全保护机制且运行于资源受限的物联网设备导致容易受到网络攻击,因此在进行安全检测时应尽可能减少消耗设备资源。针对上述问题,分析了RPL网络的拓扑结构、RPL的入侵检测技术和常见网络攻击的原理,论证并提出了能够降低设备功率和网络负载的自适应节能算法,最后基于Contiki 3.0和Cooja实现并验证了该算法的有效性。实验结果表明,该算法能够根据网络拓扑挑选出有效的检测节点,在保证检测率的情况下降低约12%的设备平均功率。     

基于剩余级别负载均衡的RPL路由协议

低功耗有损网络LLNs(Low-Power and Lossy Networks)中,RPL路由协议可以减少能耗和延长网络生命周期,但是负载的不均衡严重影响了RPL路由协议的性能.据此,提出了一种优化的RPL路由协议—WLB-RPL.该协议以节点剩余能量以及节点平均邻居距离为权重计算剩余级别,并通过动态调整通信半径完成路由构建,以均衡能量.仿真结果表明,改进后的路由协议可以对之前的负载均衡进行更好的优化,达到了理想的效果.     

面向IPv6物联子网的轻量级树型转发模型

在IPv6 物联网中,RPL 路由模型已得到广泛的认可.然而对于规模较大的多跳网络结构,RPL 面临着部分转发节点路由容量较大的问题.而且物联子网中扁平化的地址结构使得这一问题更为突出.设计了支持IPv6 地址自动分配的轻量级树型转发模型TFAD（tree forwarding model with address automatically distributed）,将物联子网中的节点构造成一棵层次转发树,树节点的IPv6 地址在子树范围内高度聚合.各节点只需存储与其子节点数相当的转发项,即可完成TFAD 模型的数据转发.此外,设计了TFAD 模型的备份父节点机制,当网络出现故障时能够以子树为单位进行网络拓扑重构,实现物联子网的快速路由恢复.实验验证了TFAD 模型的高效路由存储性能以及快速的路由学习能力和故障后路由恢复能力.     

WSN中一种基于可控能耗的源位置隐私保护协议

现有无线传感器网络的源节点位置隐私保护协议采用随机游走的方法,导致能耗难以控制。针对这一问题,本文提出一种基于可控能耗的源位置隐私保护协议（CEP）。该协议以节点间物理距离为路由能耗的衡量标准,利用可控的路由能耗建立源节点到基站节点间3段路由转发源数据包。协议通过幻影路由、环带路由、信贷路由3个阶段增加路由路径的多样性,从而增加源节点位置隐私保护强度。理论分析和仿真实验表明,本文提出的基于可控能耗的源位置保护策略相比已有相关协议在提高源节点安全周期的同时,可较好地控制路由能耗,提高隐私保护协议的性能。     

多汇聚LLN中基于双向父节点选择的高效RPL路由协议

针对当前多汇聚LLN中RPL路由协议存在的雷鸣效应、待入网节点唯一决定父节点选择以及数据传输利用网络资源不够合理等问题,提出BPSM-ERPL——一种基于双向父节点选择的高效RPL改进路由协议。改进M-DAO消息使其携带数据传输速率信息,采用双向父节点选择新机制,防止大量待入网节点选择同一父节点,通过边界路由节点使数据在多个RPL实例中合理分配。理论分析和仿真实验结果表明,所提协议的网络吞吐量、数据分组传送成功率和网络生存时间优于现有相关协议。     

无线传感器网络路由协议GEAR的改进

无线传感器网络（WSN）有着广阔的应用前景,作为传感器网络关键技术的路由协议也成为研究的热点之一,利用地理位置信息设计的路由协议逐渐成为主流。本文针对无线传感器网络的路由协议GEAR存在的＂无效节点区域＂问题,分析了GEAR协议及造成无效节点的原因,并提出了一种改进方案。通过Hello消息交换机制实现节点间邻居信息的交换,并通过中间节点的转发实现对无效节点区域问题的规避。     

无线传感器网络的 RPL 路由协议研究

路由协议执行网络拓扑描述、路由选择和数据包转发的功能,影响整个网络的性能和存活时间.现有的路由协议需要发送大量数据包维护网络拓扑,以及大量的存储空间来存储路由条目.由于硬件的限制,无线传感器节点无论是能量,还是其处理能力、存储能力都受到极大的制约.因此,IETF RoLL 工作组提出了一种针对低功耗有损网络的 IPv6路由协议,即 RPL 路由协议.文中对 RPL 路由协议的拓扑构建过程、数据包路由过程和 Trickle 定时器的算法等进行了分析,通过使用 COOJA 仿真工具对其进行仿真,验证了 RPL 路由协议在低功耗有损网络中具有较高的性能     

基于普通节点负载均衡的RPL协议路由协议

摘要：传统的RPL路由协议并未涉及到节点负载均衡的问题,容易造成网络局部负载过重导致部分节点死亡。本文阐述了RPL路由协议的拓扑构建、路由过程及一些现有的目标函数,定义了邻居距离和剩余能量级别两个参考指标,通过划分能量级别和改变通信半径两重负载均衡方法,提出了一种基于普通节点负载均衡的RPL路由协议——OLB-RPL。通过实验仿真验证结果证明改进后的协议可以实现网络中普通节点的负载均衡,并且在减少节点能量消耗的同时延长了整个网络的生存时间。     

基于普通节点负载均衡的RPL路由协议

传统的RPL路由协议并未涉及到节点负载均衡的问题,容易造成网络局部负载过重导致部分节点死亡。阐述了RPL路由协议的拓扑构建、路由过程及一些现有的目标函数,定义了邻居距离和剩余能量级别两个参考指标,通过划分能量级别和改变通信半径两重负载均衡方法,提出了一种基于普通节点负载均衡的RPL路由协议——OLB-RPL。通过实验仿真验证结果证明改进后的协议可以实现网络中普通节点的负载均衡,并且在减少节点能量消耗的同时延长了整个网络的生存时间。     

基于置信区域设置的低功耗有损网络路由

现有多数低功耗有损网络路由(RPL)协议没有考虑真实环境中移动节点的定位误差。为此,提出基于移动节点置信区域的低功耗有损路由协议,记为KPRPL。KPRPL协议考虑了静态和移动两类节点,并正视真实环境下的定位误差。在静态节点间路由,KPRPL协议考虑传统的期望传输次数(ETX)为路由度量;而针对有移动节点参与的路由,采用新的RPL度量。每个移动节点依据信道条件产生置信区域,利用Kalman滤波修正移动节点位置。再依据经Kalman滤波后的修正位置和方差,移动节点重新构建置信区域,并形成候选锚节点集。最终,移动节点利用端到端ETX估计值,选择最优的路径。仿真结果表明,与传统的RPL协议相比,KPRPL协议提高了在恶劣环境下的可靠性和鲁棒性。     

无线传感器网络的RPL路由协议研究

路由协议执行网络拓扑描述、路由选择和数据包转发的功能,影响整个网络的性能和存活时间。现有的路由协议需要发送大量数据包维护网络拓扑,以及大量的存储空间来存储路由条目。由于硬件的限制,无线传感器节点无论是能量,还是其处理能力、存储能力都受到极大的制约。因此,IETFRoLL工作组提出了一种针对低功耗有损网络的IPV6路由协议,即RPL路由协议。文中对RPL路由协议的拓扑构建过程、数据包路由过程和Trickle定时器的算法等进行了分析,通过使用COOJA仿真工具对其进行仿真,验证了RPL路由协议在低功耗有损网络中具有较高的性能。     

基于期望寿命的能量均衡RPL研究

目前基于能量均衡的低功耗有损网络路由协议RPL (Routing Protocol for Low power and lossy networks)在网络拓扑构建的过程中由于未考虑备选父节点上一跳节点的期望寿命,从而导致所构建的网络不能较好地实现能量均衡的问题。对此提出一种基于期望寿命的能量均衡RPL(Expected Life Time-based Energy Balance RPL, ELT-EB-RPL)。构造一种复合路由判据,包括传输跳数、期望传输次数和节点期望寿命,同时,节点在选择最优父节点时需综合考虑其备选父节点及备选父节点上一跳节点的期望寿命。在不增加额外控制开销的前提下,提出一种"节点间期望寿命信息通告"策略,以便节点作出正确的路由选择。通过仿真实验对该方案的性能进行了对比分析。结果表明,在不同发包速率下该方案能够有效实现能量均衡和延长网络寿命。     

一种高效低时延的RPL跨层优化机制

低功耗有损网络路由协议RPL中的路由度量存在一定局限性,从而导致网络拓扑不均衡以及数据传输路径非最优等问题.提出一种高效低时延的RPL跨层优化机制CL-ORPL.综合考虑网络深度、链路队列利用率以及期望传输次数等多种度量,以完善最优父节点选择机制.目的地通告对象确认消息(DAO-ACK)携带上一跳节点信息,通过跨层旁听...     

一种改进的WSN源位置隐私保护路由算法

在无线传感器网络通信中,针对已有幻象路由协议可能因失效路径而降低源节点安全时间的问题,提出了一种基于最短距离路由的无线传感器网络源节点位置隐私保护路由算法.该路由算法包括初始化过程、改进的源节点幻象路由策略和避开源节点可视区的最短距离路由策略.理论分析和实验结果表明,与已有的幻象路由协议相比,该路由算法生成的幻象节点能较好地远离源节点,并且提高了源节点的安全时间,可以较好地保护源节点位置的隐私安全.     

一种新的基于权重的移动自组网络路由协议

传统的按需路由协议大多采用泛洪策略来发现路由,主要考虑如何快速建立路由以及减少控制信息的交换,而很少考虑所选路由的稳定性。本文提出了一种稳定的基于权重的按需路由协议,它利用路由权重来选择一条稳定的基于能量保护的路由来保证系统的性能。路由的权重由以下三个因素决定：路由有效期（RET）、跳数（HC）、最小节点能量水平（REL）。通过选择具有较高权重的路由。可以有效避免选择具有高移动性节点或具有较小能量节点的不稳定路由。