面向蓝牙Mesh的机会路由协议设计与实现

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蓝牙Mesh网络是蓝牙技术联盟提出的一种基于低功耗蓝牙的无线自组织网络,可提供多对多传输。蓝牙Mesh标准中采用管理型泛洪实现消息传递,模式简单。但是采用这种管理型泛洪算法会产生大量的消息冗余,造成信道拥堵以及消息碰撞,进一步导致传输成功率下降、通信延迟增加等问题。因此,设计并实现合适的路由协议,以解决泛洪模式中的冗余数据包和消息碰撞问题,具有重要意义。基于上述问题,本论文引入机会路由对管理型泛洪进行改进,并对其关键技术(主要包括候选转发集选择策略与候选节点之间的协调机制)进行了设计与优化,提出了一种能耗均衡(Energy Consumption Equilibrium,ECE)机会路由。首先,本文通过建立合理的消息传输模型进行候选集的选择,设计传输代价作为路由度量,从而分布式地完成优先级的计算,选择出转发能力较高的节点加入候选转发集,以提高转发效率。其次,本文引入数据包应答机制进行候选节点之间的协调,从而利用优先级抑制重复转发,实现转发节点的单一性。基于上述路由方案,可以减少冗余数据包的存在,避免消息拥塞,提高网络性能。本论文基于Nordic公司的Nordic Mesh协议栈对ECE机会路由协议进行了实现,并采用以n RF52832最小系统为基础的蓝牙硬件平台进行实测分析。选用10个n RF52832蓝牙Mesh节点,在设备组网的前提下对所实现机会路由协议进行功能完整性测试,并对蓝牙Mesh网络相关性能进行测试。测试结果表明:不同密集程度以及在不同发包速率下的传输成功率,ECE机会路由均高于Nordic Mesh,且保持在90%以上,达到了预期设计的指标。本论文的研究成果对蓝牙Mesh的应用扩展具有一定的价值。
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