RPL路由協議課件

RPL路由協議課件2RPL3研究背景6LoWPAN一種基于IP技術的低功耗無線個人局域網，結合了和IPv6協議現有的6LoWPAN有效路由協議：Hydro,Hilow,Dymo-low現有路由是基于特定應用場景設計的，適用性不強人們對一種標準化的解決方法需求與日俱增存在的問題：RPL(RoutingProtocolforLowpowerandlossynetworks)IETFROLL工作組4RPL協議的概述RPL協議的介紹后續(xù)工作安排RPL路由協議的分析1234主要內容5RPL協議的介紹RPL：IPv6RoutingProtocolforLow-PowerandLossyNetworks制定的原因：針對LLN(LowpowerandLossyNetworks)的IPv6路由協議制定者：IETFROLL工作組設計原理

RPL是為LLN而設計的距離矢量路由協議，基于有向無環(huán)圖的拓撲概念，通過使用目標函數(ObjectFunction，OF)和度量集合構建以目的節(jié)點為導向的有向無環(huán)圖(DestinationOrientedDirect-edAcyclicGraph，DODAG)。定義了RPL節(jié)點如何將一個或多個度量翻譯成Rank，以及在DODAG中如何選擇并優(yōu)化路由器目標函數目標函數利用度量和約束條件的集合計算出最優(yōu)路徑。6RPL協議的介紹RPL引入到WSNs中地址空間網絡吞吐量網關設計難度網絡時延7RPL協議的概述設計目標網絡結構

RPL組織了一個基于有向無環(huán)圖的網絡拓撲，DAG定義一個類似樹形的結構，但DAG結構不僅僅是一個典型的樹，它的節(jié)點可能與多個父節(jié)點相關聯。

基于采集網絡，節(jié)點周期性地發(fā)送測量信息給一個采集節(jié)點，和點到多點通信一樣，然后從中心節(jié)點再到LLN中的設備節(jié)點。8RPL協議的概述RPL用四個參數來標識和維護一個拓撲RPLInstanceIDDODAGDODAGVersionNumberRank一個RPL實例，由獨一無二的ID定義，一般由一個或多個DODAGs組成一個整數值，代表了一個節(jié)點的相對于DODAGroot的位置，Rank在DAG下行方向上嚴格地增加，在上行方向上嚴格地減小，一般DODAGroot被分配有最小的Rank9RPL協議的概述10RPL協議的概述RPL協議的特征：結合了mesh和分層結構的拓撲一方面，基于RPL網絡拓撲是固定分層的，它迫使底層基于父子關系的節(jié)點自組織成一個或幾個DODAGs另一方面，RPL支持mesh拓撲，當需要的時候，允許兄弟節(jié)點間的路由代替父子節(jié)點間的路由的路由RPL能夠使節(jié)點存儲一些候選的父節(jié)點和兄弟節(jié)點，當被選擇的父節(jié)點失去了路由能力時，可以使用這些存儲節(jié)點來選擇新路由。11RPL協議的概述網絡模型RPL定義的三種類型節(jié)點

LBRs

路由器

HostLBRs(LowPowerandLossyBorderRouters)一個DODAG的根節(jié)點，有能力構建一個DAG，也可以作為連接因特網和LLN間的一個網關能夠轉發(fā)并產生通信量的一個設備能產生通信量但不能轉發(fā)的一個終端設備

12RPL協議的概述RPL控制消息

RPL消息是一種新類型的ICMPv6控制消息，結構如下圖所示13RPL協議的概述RPL控制消息類型DIS：用來請求一個來自RPL節(jié)點的DIO，還可用于探索鄰近DODAG中的鄰居節(jié)點DIO：在一個DODAGroot創(chuàng)建一個新的DAG時被使用DAO：用于傳播反向路由信息從而記錄上行路徑上被訪問的節(jié)點DIO信息格式DAO信息格式14RPL路由協議的分析DODAG構建過程DODAG構建是基于鄰居節(jié)點發(fā)現過程，包含了兩個主要的操作：1）在從根節(jié)點到客戶節(jié)點的下行方向，廣播傳輸由DODAGroot發(fā)起的DIO控制消息來建立路由2）單一傳播由客戶節(jié)點發(fā)起的DAO控制消息，沿著上行方向發(fā)送到DODAGrootRankRank1Rank2PAB15RPL路由協議的分析RPL網絡管理DODAG修復環(huán)路避免和檢測DODAG環(huán)路避免全球修復本地修復容錯機制DODAG環(huán)路檢測基于Rank拒絕節(jié)點貪婪節(jié)點B和節(jié)點C保持一個Rank足夠去依附在它們最佳的父節(jié)點A。而且不允許它們去找任何較深的（壞的）額外父節(jié)點。節(jié)點B和節(jié)點C不要處理來自更深節(jié)點的DIO消息（因為這樣的節(jié)點可能在他們自己的子DODAG中）依靠數據路徑的驗證機制，在RPL路由頭部中設置相關的標志位，通過這些標志位來檢測數據的有效性對于任何M和N節(jié)點（M、N是鄰居關系）Rank的計算有下面三種情況。DAGRank(M)<DAGRank(N)：M節(jié)點有把握成為節(jié)點N的父節(jié)點而不會出現環(huán)路的風險。DAGRank(M)=DAGRank(N)：在這兩個相同Rank節(jié)點之間路由出現的概率會很大。DAGRank(M)>DAGRank(N)：M可能會出現在N的sub-DODAG中，如果N選擇M作為父節(jié)點就會出現環(huán)路。16RPL路由協議的分析RPL的路由過程MP2P：優(yōu)勢是支持較小狀態(tài)路由，節(jié)點只需要儲存能夠到達DAGroot的目的節(jié)點信息P2MP：通常被稱為外向單播通信P2P：RPL