[论文解读] COOJA Network Simulator: Exploring the Infinite Possible Ways to Compute the Performance Metrics of IOT Based Smart Devices to Understand the Working of IOT Based Compression & Routing Protocols.

Tayyab Mehmood|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2017

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 5被引用 24

一句话总结

本文提出了一种基于仿真的分析方法，利用COOJA网络仿真器对物联网压缩与路由协议进行研究，展示了6LoWPAN和RPL协议如何在低功耗、高丢包的无线网络中实现高效的IPv6通信。通过实时仿真物联网节点拓扑，评估了能量效率、分组交付率和路由行为等性能指标。

ABSTRACT

This paper demonstrates the scheme regarding Internet of Things (IOT) which is well thought-out the next generation of Internet. IOT explicitly elaborates the assimilation of human beings and physical systems, as they can cooperate with each other so leading towards a sort of encroachment in networking by interconnecting things together while making use of wireless embedded systems, said to be the building blocks of IOT, that are capable to be given an IP address and thus making them part of the global internet. Several essential approaches that entail in IOT and supports this innovation are being argued in this paper. 6LoWPAN (IPV6 Low Power Personal Area Networks) is a protocol used to appropriately and efficiently use IPV6 addresses. Control messages of RPL routing protocol for low power devices are discussed to understand the working of RPL protocol. In the end Contiki OS based COOJA Network simulator is used to demonstrate the working of how these routing and compression protocol works in real time simulation.

研究动机与目标

• 分析受限无线环境中基于物联网的压缩与路由协议的性能。
• 评估6LoWPAN和RPL在实现低功耗、高丢包网络（LLNs）中IPv6通信方面的有效性。
• 展示COOJA仿真器在可视化和测量关键性能指标（如能耗和网络流量）方面的应用。
• 理解损耗无线链路对路由效率和物联网传感器网络中能量浪费的影响。

提出的方法

• 利用集成Contiki OS的COOJA网络仿真器，仿真物联网节点网络。
• 部署6LoWPAN以在低功耗设备上实现IPv6寻址，减少对应用网关的依赖。
• 实现RPL路由协议，以在LLNs中建立高效、多点对多点（MP2P）和一点对多点（P2MP）的路由。
• 通过时间轴窗口可视化网络行为，显示无线电传输（蓝色）、接收（绿色）、干扰（红色）以及收发器电源状态（白色、灰色、红色）。
• 通过仿真指标测量性能，包括功耗、分组交付率和控制报文开销。
• 利用实时仿真数据，分析损耗无线链路对吞吐量、可靠性和能量效率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 6LoWPAN和RPL协议如何在低功耗、高丢包的无线网络中实现高效的IPv6通信？
• RQ2 损耗无线链路对物联网传感器网络中的能耗和数据吞吐量有何影响？
• RQ3 如何利用COOJA仿真器可视化并量化物联网节点仿真中的电源状态、无线电活动和网络流量？
• RQ4 控制报文开销和重传在损耗无线环境中在多大程度上导致能量浪费？
• RQ5 RPL中的动态路由策略如何提升物联网网络的能量效率？

主要发现

• 损耗无线链路使数据速率降低至无损网络的一半左右，显著影响吞吐量。
• 在室外和室内损耗环境中，约50%至80%的能量因环境影响和分组重传而浪费。
• RPL通过动态控制控制报文的发送速率，并仅在必要时调整路由拓扑，从而降低能耗。
• COOJA通过颜色编码的时间轴，实现了对电源状态、无线电传输、接收和干扰的实时可视化。
• 6LoWPAN与IPv6的集成使资源受限设备能够直接参与全球互联网，无需应用网关。
• 仿真结果证实，COOJA能有效模拟网络行为，包括能量效率和路由性能，适用于物联网协议评估。