一種基于RPL路由協(xié)議的移動(dòng)性改進(jìn)協(xié)議

劉　濤

（重慶郵電大學(xué),重慶 400065）

一種基于RPL路由協(xié)議的移動(dòng)性改進(jìn)協(xié)議

劉濤

（重慶郵電大學(xué),重慶 400065）

摘要：IPv6無(wú)線傳感網(wǎng)由于其應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性，使其有可能運(yùn)用在移動(dòng)的場(chǎng)景下。為了保證IPv6無(wú)線傳感網(wǎng)在移動(dòng)場(chǎng)景下的穩(wěn)定性，提出一種基于RPL路由協(xié)議的移動(dòng)性改進(jìn)協(xié)議MS-RPL（mobility supported RPL）。在首選父節(jié)點(diǎn)選擇階段，未加入無(wú)環(huán)圖的節(jié)點(diǎn)根據(jù)父節(jié)點(diǎn)集生成參數(shù)等級(jí)表并選擇最優(yōu)首選父節(jié)點(diǎn)，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；最后對(duì)提出的協(xié)議進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證其性能。

關(guān)鍵詞：IPv6無(wú)線傳感網(wǎng)；RPL；移動(dòng)性支持

1　引言

IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是將IPv6技術(shù)融入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的新興網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，IPv6技術(shù)的優(yōu)勢(shì)使得對(duì)IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究變得十分重要[1]。對(duì)于IPv6傳感網(wǎng)的某些應(yīng)用場(chǎng)景，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的加入能夠極大的提高網(wǎng)絡(luò)性能。現(xiàn)有的無(wú)線傳感網(wǎng)路由協(xié)議不能很好的支持移動(dòng)場(chǎng)景，而傳統(tǒng)的針對(duì)移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議并不能直接的運(yùn)用于無(wú)線傳感網(wǎng)。IETF ROLL工作組針對(duì)低功耗有損網(wǎng)絡(luò)制定了IPv6路由協(xié)議—RPL （Routing Protocol for Low—power and Lossy Network）[2]。而ROLL對(duì)RPL路由內(nèi)在機(jī)制的設(shè)計(jì)是針對(duì)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的，使得RPL路由協(xié)議不能很好的適用于移動(dòng)場(chǎng)景[3]。

針對(duì)現(xiàn)有RPL路由協(xié)議不支持移動(dòng)性的問(wèn)題，Ines El Korbi等人[4]根據(jù)RPL路由協(xié)議提出了一種移動(dòng)性增強(qiáng)的協(xié)議。方案針對(duì)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性提出了一種新的路由控制消息的發(fā)送算法。使得改進(jìn)的路由協(xié)議在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存在的情況下，能夠路由控制消息的發(fā)送并增加了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。但該方案并未考慮移動(dòng)場(chǎng)景下RPL路由協(xié)議的父節(jié)點(diǎn)選取過(guò)程中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存在的情況。

本文從移動(dòng)性的角度對(duì)RPL路由協(xié)議進(jìn)行分析，在RPL路由協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了一種移動(dòng)性改進(jìn)協(xié)議，提出了在移動(dòng)場(chǎng)景下的路由父節(jié)點(diǎn)的選取方法。并對(duì)提出的協(xié)議進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證其性能。

2　問(wèn)題描述

2.1選擇移動(dòng)首選父節(jié)點(diǎn)造成網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定

RPL協(xié)議在無(wú)環(huán)圖構(gòu)造時(shí)，已經(jīng)加入到圖中的節(jié)點(diǎn)向周?chē)鷱V播DIO（Destination Oriented Directed Acyclic Graph Information Object）消息，未加入圖中的節(jié)點(diǎn)接收DIO消息并將所有DIO消息來(lái)源的節(jié)點(diǎn)加入到父節(jié)點(diǎn)集中，節(jié)點(diǎn)從父節(jié)點(diǎn)集中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為首選父節(jié)點(diǎn)[5]。而在移動(dòng)場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)極有可能選擇父節(jié)點(diǎn)集中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為自身的首選父節(jié)點(diǎn)，而當(dāng)此首選父節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，會(huì)造成整個(gè)鏈路的不穩(wěn)定，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[6]。

3　移動(dòng)性改進(jìn)協(xié)議MS-RPL

首選父節(jié)點(diǎn)選擇。節(jié)點(diǎn)收到不同父節(jié)點(diǎn)的DIO消息并處理DIO消息后根據(jù)父節(jié)點(diǎn)的情況決定是否加入無(wú)環(huán)圖。設(shè)P表示節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)集，Pm表示父節(jié)點(diǎn)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)集，Pf表示父節(jié)點(diǎn)中的固定節(jié)點(diǎn)集。則P=Pm∪Pf。下式中 表示節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)父節(jié)點(diǎn)，Pj為節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)父節(jié)點(diǎn)，且i,j∈［1,N］N為節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，Pi（RSSI）為節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)父節(jié)點(diǎn)的RSSI值，Pi（Rank）為節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)父節(jié)點(diǎn)的Rank值，Popt表示最優(yōu)的父節(jié)點(diǎn)。

（1）當(dāng)P=Pm（即Pm不為空集，Pf為空集）時(shí)：

1）若Pm集合中只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，則選擇此父節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)。

2）若Pm集合中父節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于1，且：

滿(mǎn)足條件的i值只有一個(gè)，則Popt=Pi。滿(mǎn)足條件的i值大于一個(gè)，且Pi（Rank）≤min（Pi1（Rank）,Pi2（Rank）,Pi3（Rank）……）則Popt=Pi

（2）當(dāng)P=Pm∪Pf（且Pm合Pf都不為空集）時(shí)

1）若Pf集合中只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，則選擇此父節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)。

2）若Pf集合中父節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于1，且：

滿(mǎn)足條件的i值只有一個(gè)，則Popt=Pi。

滿(mǎn)足條件的i值大于一個(gè)，且Pi（RSSI）≤min（Pi1（RSSI）,Pi2（RSSI）,Pi3（RSSI）……）則Popt=Pi。

節(jié)點(diǎn)根據(jù)算法選擇最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)后，即回復(fù)DAO消息給最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)，并以此父節(jié)點(diǎn)加入無(wú)環(huán)圖。

4　仿真分析

仿真工具采用Matlab平臺(tái)，通過(guò)對(duì)RPL以及MS-RPL在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存在的情況下比較其丟包率的情況。設(shè)置仿真環(huán)境中分別存在5個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和10個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。所有節(jié)點(diǎn)在其功率發(fā)送范圍內(nèi)的丟包率均為0；設(shè)置節(jié)點(diǎn)以隨機(jī)方式分布在感知區(qū)域內(nèi)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的丟包率和總節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2和如圖3所示。在5個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存在的情況下，節(jié)點(diǎn)的丟包率隨著總的節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而降低，但MS-RPL較RPL具有更小的丟包率；在10個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存在的情況下，MS-RPL較RPL具有更明顯的丟包率更小的情況。

圖1　丟包率比較（5個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)）

圖2　丟包率比較（10個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)）

5　結(jié)束語(yǔ)

本文在RPL路由協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了一種新的MS-RPL路由協(xié)議，在首選父節(jié)點(diǎn)的選擇階段，生成參數(shù)等級(jí)表對(duì)節(jié)點(diǎn)的首選父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行篩選，使得節(jié)點(diǎn)在選擇首選父節(jié)點(diǎn)時(shí)更趨向于選擇固定的節(jié)點(diǎn)或更滿(mǎn)足移動(dòng)場(chǎng)景需求的節(jié)點(diǎn)。仿真表明MS-RPL較RPL協(xié)議在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存在的情況下的丟包率更小，說(shuō)明在移動(dòng)場(chǎng)景下，MS-RPL協(xié)議是可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宏科,梁露露,高德云.IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究及其應(yīng)用[J].中興通訊技術(shù),2009（05）：37-40.

[2]Winter T, Thubert P, Team R A.RPL：IPv6 routing protocol for low power and lossy networks, RFC 6550[J].IETF ROLL WG, Tech.Rep, 2012.

[3]K.C.Lee, R.Sudhaakar, J.Ning, L.Dai, S.Addepalli, J.P.Vasseurand M.Gerla, A Comprehensive Evaluation of RPL under Mobility[J].Hindawi Publishing Corporation International Journal of Vehicular Technology,2012.

[4]I.E.Korbi et al.Mobility Enhanced RPL for Wireless Sensor Networks.the 3rd International Conference on the Network of the Future （NOF）, 2012.

[5]P.Thubert.Objective Function Zero for the Routing Protocol for LowPower and Lossy Networks （RPL）, RFC 6552 （Proposed Standard）, March 2012.

[6]K.C.Lee, R.Sudhaakar, J.Ning, L.Dai, S.Addepalli, J.P.Vasseur and M.Gerla.A Comprehensive Evaluation of RPL under Mobility.Hindawi Publishing Corporation International Journal of Vehicular Technology,2012.