随着浮空器的智能化程度不断提升,浮空器将搭载更多的智能电子设备。电子设备间的相互通信和协同运行是智能化的基础,传统的有线方式不仅将占用浮空器上大量的空间,降低了浮空器的运载能力,还对浮空器的初始设计和后期维护带来了难度。浮空器设备自组网将无线传感器网络技术应用在浮空器上能够有效地减少浮空器上线缆的重量,提高任务载重能力。浮空器设备自组网灵活性和扩展性的提高,将更好地丰富浮空器的能力,为推进高空探索起着重要作用。首先,本文详细阐述了浮空器设备自组网的研究背景、研究现状及RPL路由协议的研究和开发现状,并且对现有浮空器设备自组网进行了研究和分析。现有浮空器上设备组网方式侧重于数据采集型网络,导致数据流向比较单一,本文将RPL路由协议应用于浮空器设备自组网中,实现多数据流向的功能,达到设备间相互通信的作用。本文详细介绍了浮空器设备自组网的网络特点和RPL路由协议概念,并且对浮空器设备自组网路由协议的相关技术进行介绍,如无线传感器网络技术、路由协议实现技术。其次,深入研究了RPL协议的相关原理和构建过程。针对RPL路由协议构建过程的收敛时间过长和控制开销过大的问题,本文提出了一种高效低开销的RPL路由协议组网优化算法。该算法对DAO消息进行跨节点聚合,并且通过对聚合的DAO消息进行统一的确认,有效减少了控制开销和缩短了路由构建的收敛时间。针对浮空器设备自组网对RPL可靠性的要求,本文提出了一种最优父节点选择机制优化算法。该算法将实时负载和父节点发送的DIS消息数量作为选择最优父节点的度量标准,并且改进原有最优父节点切换机制,减少了路径切换导致的路由失效时间,提高了网络的可靠性。然后,介绍了浮空器设备自组网RPL路由协议的软件架构和软硬件平台。详细阐述了浮空器设备自组网RPL路由协议软件中路由构建模块和数据转发模块的各个关键功能子模块的设计和实现方案,其中包括侦听模块、DIO、DAO、DAO-ACK、DIS消息的发送和接收模块、Trickle定时器模块、路由更新模块、Pre-routing模块、Post-routing模块和虚拟文件模块。本文基于Open WRT开源操作系统,使用C语言对RPL路由协议进行实现。通过搭建测试平台,对RPL路由协议软件系统进行了功能测试和性能测试。通过实验对比了改进前后RPL路由协议的路由构建时间和构建过程的控制开销两个性能指标,结果显示,改进后的RPL路由协议不仅有效降低了路由协议的控制开销,而且缩短了路由构建的时间;通过实验对比了改进前后的路径切换的时间,改进后的RPL路由协议路径切换时间明显降低。最后,对全文工作进行了总结,指出下一步的研究工作和方向。