RPL路由协议

1RPL路由协议2研究背景6LoWPAN一种基于IP技术的低功耗无线个人局域网，结合了IEEE802.15.4和IPv6协议现有的6LoWPAN有效路由协议：Hydro,Hilow,Dymo-low现有路由是基于特定应用场景设计的，适用性不强人们对一种标准化的解决方法需求与日俱增存在的问题：RPL(RoutingProtocolforLowpowerandlossynetworks)IETFROLL工作组3RPL协议的概述RPL协议的介绍后续工作安排RPL路由协议的分析1234主要内容4RPL协议的介绍RPL：IPv6RoutingProtocolforLow-PowerandLossyNetworks制定的原因：针对LLN(LowpowerandLossyNetworks)的IPv6路由协议制定者：IETFROLL工作组设计原理RPL是为LLN而设计的距离矢量路由协议，基于有向无环图的拓扑概念，通过使用目标函数(ObjectFunction，OF)和度量集合构建以目的节点为导向的有向无环图(DestinationOrientedDirect-edAcyclicGraph，DODAG)。定义了RPL节点如何将一个或多个度量翻译成Rank，以及在DODAG中如何选择并优化路由器目标函数目标函数利用度量和约束条件的集合计算出最优路径。5RPL协议的介绍RPL引入到WSNs中地址空间网络吞吐量网关设计难度网络时延6RPL协议的概述设计目标网络结构RPL组织了一个基于有向无环图的网络拓扑，DAG定义一个类似树形的结构，但DAG结构不仅仅是一个典型的树，它的节点可能与多个父节点相关联。基于采集网络，节点周期性地发送测量信息给一个采集节点，和点到多点通信一样，然后从中心节点再到LLN中的设备节点。7RPL协议的概述RPL用四个参数来标识和维护一个拓扑RPLInstanceIDDODAGDODAGVersionNumberRank一个RPL实例，由独一无二的ID定义，一般由一个或多个DODAGs组成一个整数值，代表了一个节点的相对于DODAGroot的位置，Rank在DAG下行方向上严格地增加，在上行方向上严格地减小，一般DODAGroot被分配有最小的RankR1ABCR1ABCVersionNVersionN+18RPL协议的概述Internet,IPv6DODAGroot125346DODAGroot2798107DODAGroot31215131416DAG1DAG2DAG3Rank=0Rank=1Rank=1Rank=2Rank=3Rank=3P2MPMP2PInstance1Instance29RPL协议的概述RPL协议的特征：结合了mesh和分层结构的拓扑一方面，基于RPL网络拓扑是固定分层的，它迫使底层基于父子关系的节点自组织成一个或几个DODAGs另一方面，RPL支持mesh拓扑，当需要的时候，允许兄弟节点间的路由代替父子节点间的路由的路由RPL能够使节点存储一些候选的父节点和兄弟节点，当被选择的父节点失去了路由能力时，可以使用这些存储节点来选择新路由。10RPL协议的概述网络模型RPL定义的三种类型节点LBRs路由器HostLBRs(LowPowerandLossyBorderRouters)一个DODAG的根节点，有能力构建一个DAG，也可以作为连接因特网和LLN间的一个网关能够转发并产生通信量的一个设备能产生通信量但不能转发的一个终端设备11RPL协议的概述RPL控制消息RPL消息是一种新类型的ICMPv6控制消息，结构如下图所示bits:0-2RPLType3Security4-7Reservedoctets:1Type1Code2ChecksumvariableMessageBodyRPLTypeDescription0x00DODAGInformationSolicitation(DIS)0x01DODAGInformationObject(DIO)0x02DestinationAdvertisementObject(DAO)0x03Reserved12RPL协议的概述RPL控制消息类型DIS：用来请求一个来自RPL节点的DIO，还可用于探索邻近DODAG中的邻居节点DIO：在一个DODAGroot创建一个新的DAG时被使用DAO：用于传播反向路由信息从而记录上行路径上被访问的节点DIO信息格式DAO信息格式RPLInstanceIDVersionNumberRankG0MOPDTSNFlagsReservedDODAGID(128bits)OptionsRPLInstanceIDKDFlagsReservedDAOSequenceDODAGID(128bits)Options13RPL路由协议的分析DODAG构建过程DODAG构建是基于邻居节点发现过程，包含了两个主要的操作：1）在从根节点到客户节点的下行方向，广播传输由DODAGroot发起的DIO控制消息来建立路由2）单一传播由客户节点发起的DAO控制消息，沿着上行方向发送到DODAGroot收到一个DIO将发送节点增加到父节点集中基于OF计算rank以多播的方式传输DIO给其它节点满足标准？丢弃这个包处理这个DIORankOwn_Rank？改变它的位置并获取较低的rank丢弃较低rank的父节点保持它在DODAG中的位置是是否是否否是否第1次收到DIO?RankRank1Rank2PAB14RPL路由协议的分析RPL网络管理DODAG修复环路避免和检测DODAG环路避免全球修复本地修复容错机制DODAG环路检测基于Rank拒绝节点贪婪节点B和节点C保持一个Rank足够去依附在它们最佳的父节点A。而且不允许它们去找任何较深的（坏的）额外父节点。节点B和节点C不要处理来自更深节点的DIO消息（因为这样的节点可能在他们自己的子DODAG中）ABCABCABC依靠数据路径的验证机制，在RPL路由头部中设置相关的标志位，通过这些标志位来检测数据的有效性对于任何M和N节点（M、N是邻居关系）Rank的计算有下面三种情况。①DAGRank(M)DAGRank(N)：M节点有把握成为节点N的父节点而不会出现环路的风险。②DAGRank(M)=DAGRank(N)：在这两个相同Rank节点之间路由出现的概率会很大。③DAGRank(M)DAGRank(N)：M可能会出现在N的sub-DODAG中，如果N选择M作为父节点就会出现环路。15RPL路由协议的分析RPL的路由过程MP2P：优势是支持较小状态路由，节点只需要储存能够到达DAGroot的目的节点信息P2MP：通常被称为外向单播通信P2P：RPL为DODAG中任何两个节点提供了点到点通信的机制DODAGroot31215131416DAG3Rank=0Rank=1Rank=1Rank=2Rank=3Rank=3P2MPMP2PInstance216RPL路由协议分析RPL性能评估ContikiRPL17后续工作安排1、学习Reinforcementlearning(RL)算法18Thankyou！请老师指导