無線傳感器網(wǎng)絡(luò)RPL路由協(xié)議路由集優(yōu)化方案

周虹

摘 ?要：隨著人們的生活質(zhì)量日益提高，“互聯(lián)網(wǎng)+”也在不斷更新與完善，物聯(lián)網(wǎng)在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚灰苍絹碓街匾?。而無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分本身具有良好的研究價(jià)值，怎樣才能更好地將節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，又怎樣與處于同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)施傳遞信息等問題都是值得去深入研究的課題，其研究成果也會(huì)促進(jìn)今后無線傳感網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無線傳感器 ?RPL路由協(xié)議 ?優(yōu)化方案

中圖分類號(hào)：TP212.9 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）05（b）-0010-03

1 ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)RPL路由器協(xié)議概述

當(dāng)今，無線傳感器的用途越來越廣，人們對(duì)無線傳感器的認(rèn)識(shí)已經(jīng)不滿足于理論層次，隨著時(shí)間的過渡，無線傳感器已經(jīng)應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ钪?，也有人將其用于軍事管理，甚至還可以利用它檢測(cè)環(huán)境，但是它的功能遠(yuǎn)不止于此。對(duì)于探測(cè)未知的宇宙信息、研究天氣狀況、監(jiān)測(cè)地理環(huán)境和檢測(cè)自然災(zāi)害等均能符合應(yīng)用要求。

IPv6可以有效地支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，而無線傳感器的發(fā)展在一定程度上也可以推動(dòng)IPv6擴(kuò)寬領(lǐng)域范圍，兩者的關(guān)系相輔相成。當(dāng)前通信技術(shù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”再加上物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到很大的發(fā)展，相信在它們的促進(jìn)下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合在不久的將來會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

IETF ROLL工作組提出了關(guān)于RPL路由協(xié)議（IPv6 Routing Protocol for Low Power and Networks，RPL）的概念，其主要內(nèi)容包括在IPv6矢量的基礎(chǔ)上對(duì)低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計(jì)。

在因特網(wǎng)上，一般的路由器可以分為兩種類型，而區(qū)分這兩類的關(guān)鍵在于其不同的路由算法。一種路由協(xié)議是在距離矢量的基礎(chǔ)上進(jìn)行的路由算法，而另一種路由協(xié)議則是在鏈路狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的路由算法。什么樣的路由協(xié)議是基于距離矢量的呢，RIP路由協(xié)議[1]就是其中最典型代表。RIP路由協(xié)議的主要思想是每隔一段固定的時(shí)間段后測(cè)算每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)到其相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的長，之后所有相鄰的節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到來自前面所測(cè)路由的信息。

IPv6距離矢量路由協(xié)議的設(shè)計(jì)主要是為了補(bǔ)充低功率有損網(wǎng)絡(luò)的不足。只要有了目標(biāo)函數(shù)和路由度量這兩個(gè)條件，RPL就可以成功地設(shè)計(jì)出針對(duì)目的地的有向無環(huán)圖，而目標(biāo)函數(shù)的作用主要體現(xiàn)在利用路由度量和約束條件來推測(cè)出最佳路徑[2]是哪一條，可以大大地減少不必要的損耗。

RPL路由建立拓?fù)湟矊儆贒ODAG的建設(shè)，兩者是同時(shí)進(jìn)行的，構(gòu)建DODAG的過程中會(huì)涉及到DIO、DAO、DIS[3]這3種屬于ICMP的控制信息。在RPL節(jié)點(diǎn)獲取到關(guān)于IPv6地址后它會(huì)利用這3種控制信息與周圍的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，目的是為了用父節(jié)點(diǎn)進(jìn)入目標(biāo)導(dǎo)向的無環(huán)圖[4，5]。此活動(dòng)的發(fā)起者是DODAG Root，而其他節(jié)點(diǎn)只需要找到DODAG Root發(fā)出的消息并與之結(jié)合構(gòu)成路由，然后就可以形成DODAG。

只有DODAG構(gòu)建成功之后RPL路由才能建設(shè)成功，而DODAG的構(gòu)建過程中的關(guān)鍵點(diǎn)就在于被鄰居發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)DODAG的過程主要是由兩方面構(gòu)成，構(gòu)建上行路由與構(gòu)建下行路由。上行路由主要是找到DODAG的根節(jié)點(diǎn)并沿著它向下同時(shí)進(jìn)行廣播DIO的活動(dòng)。節(jié)點(diǎn)在收到DIO的信息之后會(huì)根據(jù)情況決定自己是否要加入DODAG，繼而會(huì)根據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇。至于下行路的建設(shè)過程，第一步是在節(jié)點(diǎn)上發(fā)送帶有自身前綴信息的DAO，隨后等待父節(jié)點(diǎn)接受，最后添加路由信息實(shí)現(xiàn)向下路由的構(gòu)建[6]。

所以，關(guān)于RPL路由協(xié)議，有以下3點(diǎn)：

（1）借助根節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)所建立的有向五環(huán)圖，這一過程對(duì)數(shù)據(jù)包不會(huì)循環(huán)傳輸起到保證作用，也不會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)堵塞的情況，大大降低將整個(gè)過程的損耗。

（2）整個(gè)過程只保留DODAG含有的路由信息，極大程度上降低儲(chǔ)存路由上的信息資源。

（3）6LoWPAN無線傳感網(wǎng)絡(luò)的變化性決定報(bào)文多長時(shí)間發(fā)送一次頻率信息，所以控制報(bào)文發(fā)送頻率的是網(wǎng)絡(luò)暢通狀況，這樣可以降低整個(gè)資源的浪費(fèi)。

由于鏈路的不斷變化，導(dǎo)致在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的RPL路由協(xié)議使用的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適應(yīng)不了動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，以至于網(wǎng)絡(luò)的魯棒性降低，不安全性增加，滿足不了實(shí)際使用時(shí)需求，所以有必要對(duì)目前的RPL路由協(xié)議進(jìn)行完善。

2 ?對(duì)RPL協(xié)議路由集的改進(jìn)

經(jīng)過對(duì)RPL路由協(xié)議的分析，可以總結(jié)出DODAG由DODAG的建立、向上路由以及向下路由的形成共同組建，參考下圖1和圖2。

改進(jìn)版的RPL可以快速地找到只包含目的地的路由集并應(yīng)用，路由集的儲(chǔ)存位置低于其節(jié)點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)也不被路由集所包括。Bitmap可以用來集合合并或者插入元素。Bitmap的使用是經(jīng)過改進(jìn)的RPL使用的表現(xiàn)，可顯著節(jié)約ROM空間，參考圖3。

在消耗比較低的無線網(wǎng)絡(luò)中鏈路會(huì)發(fā)生不斷的改變，致使路由拓?fù)湫枰邮懿粩噙M(jìn)行調(diào)整。插入合并操作的節(jié)點(diǎn)路由每當(dāng)丟失一鏈路分支時(shí)，就不可單獨(dú)地刪去一節(jié)點(diǎn)。比如，D在A的路由集中，A通過B、C子節(jié)點(diǎn)仍然可以到達(dá)D，而B丟失D的鏈接信息時(shí)，A路由集卻不能刪除D，因?yàn)锳還可到達(dá)D。所以解決的辦法是要每節(jié)點(diǎn)可對(duì)兩個(gè)路由集進(jìn)行維護(hù)，兩個(gè)路由集狀態(tài)分別為活躍和加熱。活躍的路由集決定了節(jié)點(diǎn)路由的決策，隨后將其插入到兩個(gè)不同的路由集上，只要節(jié)點(diǎn)收到幾次多播消息兩個(gè)路由集的交換即可完成。

參考文獻(xiàn)

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[4] 朱琳，高德云，羅洪斌.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的RPL路由協(xié)議研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012（8）：1-4.

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