物联网环境性能提升与交通预测技术研究

### 物联网环境性能提升与交通预测的创新方案 #### 1. 物联网环境下的目标函数优化 物联网作为一项不断发展的技术，实现了设备间的数据连接与交换。然而，在智能环境领域，设备通信面临资源受限的问题。低功率设备借助路由协议，将数据包传输至附近节点，直至到达接收方。在低功率有损网络中，RPL 被广泛用作路由协议。 ##### 1.1 RPL 协议概述 RPL 协议基于 IEEE 802.15.4 标准，适用于低功率有损网络，形成树状结构。由于标准的 IEEE 802.15.4 帧结构不适合功率受限的物联网设备，IEEE 802.15.4e 引入了睡眠 - 唤醒机制。传感器设备在处理能力、电池和内存方面存在限制，导致数据速率和数据包传输率较低。该协议的通信模式包括点对点和多点通信，旨在为网络提供备用路径。 |协议特性|详情| | ---- | ---- | |适用标准|IEEE 802.15.4| |网络类型|低功率有损网络| |通信模式|点对点、多点通信| |主要限制|低数据速率、低数据包传输率| ##### 1.2 RPL 术语解释 - **DODAG（目的地导向的有向无环图）**：采用自上而下和自下而上的机制，根节点作为目的地且无外向边，充当边界路由器，负责将路由重新分配到其他协议。 - **目标函数**：用于决定 RPL 选择最佳路由和优化路径，避免环路。其优化目标可以是能量或延迟等指标。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(源节点):::process -->|数据包传输| B(中间节点):::process B -->|数据包传输| C(根节点/目的地):::process D(目标函数):::process -->|选择最佳路径| B ``` #### 2. 提出的框架与算法 为解决 RPL 协议的能源效率和同步问题，提出了 NMOF 算法。该算法在网络层实现，旨在提高智能应用中的可靠通信和能源效率。 ##### 2.1 NMOF 算法步骤 - **父节点选择**：考虑网络传输信息，结合跳数、吞吐量、剩余能量和链路质量指数等指标，选择距离近且能量高的节点作为父节点。 - **路由优化**：确保数据包无延迟传输，减少数据包丢失。 ##### 2.2 控制消息说明 |控制消息|缩写|解释| | ---- | ---- | ---- | |DODAG 信息对象|DIO|组播消息公告| |DODAG 信息请求|DIS|查询是否存在 DODAG 的消息| |DODAG 广告对象|DAO|子节点向父节点发送的请求| |DAO 确认|DAO - ACK|响应（是/否）| |一致性检查| - |处理安全问题| #### 3. 仿真结果与性能评估 使用 Contiki 操作系统和 Cooja 模拟器进行仿真，评估 NMOF 算法的性能。 ##### 3.1 性能评估指标