劉　濤

（重慶郵電大學,重慶 400065）

一種基于RPL路由協議的移動性改進協議

劉濤

（重慶郵電大學,重慶 400065）

摘要：IPv6無線傳感網由于其應用場景的多樣性，使其有可能運用在移動的場景下。為了保證IPv6無線傳感網在移動場景下的穩(wěn)定性，提出一種基于RPL路由協議的移動性改進協議MS-RPL（mobility supported RPL）。在首選父節(jié)點選擇階段，未加入無環(huán)圖的節(jié)點根據父節(jié)點集生成參數等級表并選擇最優(yōu)首選父節(jié)點，保證網絡的穩(wěn)定性；最后對提出的協議進行仿真分析驗證其性能。

關鍵詞：IPv6無線傳感網；RPL；移動性支持

1　引言

IPv6無線傳感器網絡是將IPv6技術融入無線傳感器網絡中的新興網絡形態(tài)，IPv6技術的優(yōu)勢使得對IPv6無線傳感器網絡的研究變得十分重要[1]。對于IPv6傳感網的某些應用場景，移動節(jié)點的加入能夠極大的提高網絡性能?，F有的無線傳感網路由協議不能很好的支持移動場景，而傳統(tǒng)的針對移動Ad hoc網絡的路由協議并不能直接的運用于無線傳感網。IETF ROLL工作組針對低功耗有損網絡制定了IPv6路由協議—RPL （Routing Protocol for Low—power and Lossy Network）[2]。而ROLL對RPL路由內在機制的設計是針對靜態(tài)網絡的，使得RPL路由協議不能很好的適用于移動場景[3]。

針對現有RPL路由協議不支持移動性的問題，Ines El Korbi等人[4]根據RPL路由協議提出了一種移動性增強的協議。方案針對節(jié)點的移動性提出了一種新的路由控制消息的發(fā)送算法。使得改進的路由協議在移動節(jié)點存在的情況下，能夠路由控制消息的發(fā)送并增加了網絡穩(wěn)定性。但該方案并未考慮移動場景下RPL路由協議的父節(jié)點選取過程中的移動節(jié)點存在的情況。

本文從移動性的角度對RPL路由協議進行分析，在RPL路由協議的基礎上提出了一種移動性改進協議，提出了在移動場景下的路由父節(jié)點的選取方法。并對提出的協議進行仿真分析，驗證其性能。

2　問題描述

2.1選擇移動首選父節(jié)點造成網絡不穩(wěn)定

RPL協議在無環(huán)圖構造時，已經加入到圖中的節(jié)點向周圍廣播DIO（Destination Oriented Directed Acyclic Graph Information Object）消息，未加入圖中的節(jié)點接收DIO消息并將所有DIO消息來源的節(jié)點加入到父節(jié)點集中，節(jié)點從父節(jié)點集中選擇一個節(jié)點作為首選父節(jié)點[5]。而在移動場景下節(jié)點極有可能選擇父節(jié)點集中的移動節(jié)點作為自身的首選父節(jié)點，而當此首選父節(jié)點移動時，會造成整個鏈路的不穩(wěn)定，從而影響整個網絡的穩(wěn)定性[6]。

3　移動性改進協議MS-RPL

首選父節(jié)點選擇。節(jié)點收到不同父節(jié)點的DIO消息并處理DIO消息后根據父節(jié)點的情況決定是否加入無環(huán)圖。設P表示節(jié)點的父節(jié)點集，Pm表示父節(jié)點中的移動節(jié)點集，Pf表示父節(jié)點中的固定節(jié)點集。則P=Pm∪Pf。下式中 表示節(jié)點的第i個父節(jié)點，Pj為節(jié)點的第j個父節(jié)點，且i,j∈［1,N］N為節(jié)點的父節(jié)點個數，Pi（RSSI）為節(jié)點的第i個父節(jié)點的RSSI值，Pi（Rank）為節(jié)點的第i個父節(jié)點的Rank值，Popt表示最優(yōu)的父節(jié)點。

（1）當P=Pm（即Pm不為空集，Pf為空集）時：

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

2）若Pm集合中父節(jié)點個數大于1，且：

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

（2）當P=Pm∪Pf（且Pm合Pf都不為空集）時

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

2）若Pf集合中父節(jié)點個數大于1，且：

滿足條件的i值只有一個，則Popt=Pi。

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

節(jié)點根據算法選擇最優(yōu)父節(jié)點后，即回復DAO消息給最優(yōu)父節(jié)點，并以此父節(jié)點加入無環(huán)圖。

4　仿真分析

仿真工具采用Matlab平臺，通過對RPL以及MS-RPL在移動節(jié)點存在的情況下比較其丟包率的情況。設置仿真環(huán)境中分別存在5個移動節(jié)點和10個移動節(jié)點。所有節(jié)點在其功率發(fā)送范圍內的丟包率均為0；設置節(jié)點以隨機方式分布在感知區(qū)域內，對網絡的丟包率和總節(jié)點數的關系進行仿真，結果如圖2和如圖3所示。在5個移動節(jié)點存在的情況下，節(jié)點的丟包率隨著總的節(jié)點數的增加而降低，但MS-RPL較RPL具有更小的丟包率；在10個移動節(jié)點存在的情況下，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個移動節(jié)點）

圖2　丟包率比較（10個移動節(jié)點）

5　結束語

本文在RPL路由協議的基礎上提出了一種新的MS-RPL路由協議，在首選父節(jié)點的選擇階段，生成參數等級表對節(jié)點的首選父節(jié)點進行篩選，使得節(jié)點在選擇首選父節(jié)點時更趨向于選擇固定的節(jié)點或更滿足移動場景需求的節(jié)點。仿真表明MS-RPL較RPL協議在移動節(jié)點存在的情況下的丟包率更小，說明在移動場景下，MS-RPL協議是可行。

參考文獻：

[1]張宏科,梁露露,高德云.IPv6無線傳感器網絡的研究及其應用[J].中興通訊技術,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.