周虹

摘 ?要：隨著人們的生活質量日益提高，“互聯(lián)網+”也在不斷更新與完善，物聯(lián)網在人們日常生活中的地位也越來越重要。而無線傳感網絡作為物聯(lián)網的重要組成部分本身具有良好的研究價值，怎樣才能更好地將節(jié)點間的數(shù)據進行交互，又怎樣與處于同一網絡中的其他設施傳遞信息等問題都是值得去深入研究的課題，其研究成果也會促進今后無線傳感網絡的持續(xù)健康發(fā)展。

關鍵詞：無線傳感器 ?RPL路由協(xié)議 ?優(yōu)化方案

中圖分類號：TP212.9 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）05（b）-0010-03

1 ?無線傳感器網絡RPL路由器協(xié)議概述

當今，無線傳感器的用途越來越廣，人們對無線傳感器的認識已經不滿足于理論層次，隨著時間的過渡，無線傳感器已經應用到我們日常生活中，也有人將其用于軍事管理，甚至還可以利用它檢測環(huán)境，但是它的功能遠不止于此。對于探測未知的宇宙信息、研究天氣狀況、監(jiān)測地理環(huán)境和檢測自然災害等均能符合應用要求。

IPv6可以有效地支持無線傳感器網絡運行，而無線傳感器的發(fā)展在一定程度上也可以推動IPv6擴寬領域范圍，兩者的關系相輔相成。當前通信技術和“互聯(lián)網+”再加上物聯(lián)網已經得到很大的發(fā)展，相信在它們的促進下，無線傳感器網絡與IPv6網絡的結合在不久的將來會成為現(xiàn)實。

IETF ROLL工作組提出了關于RPL路由協(xié)議（IPv6 Routing Protocol for Low Power and Networks，RPL）的概念，其主要內容包括在IPv6矢量的基礎上對低功耗有損網絡的協(xié)議設計。

在因特網上，一般的路由器可以分為兩種類型，而區(qū)分這兩類的關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上進行的路由算法，而另一種路由協(xié)議則是在鏈路狀態(tài)的基礎上進行的路由算法。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間段后測算每個路由節(jié)點到其相鄰的節(jié)點之間的長，之后所有相鄰的節(jié)點都會收到來自前面所測路由的信息。

IPv6距離矢量路由協(xié)議的設計主要是為了補充低功率有損網絡的不足。只要有了目標函數(shù)和路由度量這兩個條件，RPL就可以成功地設計出針對目的地的有向無環(huán)圖，而目標函數(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路由建立拓撲也屬于DODAG的建設，兩者是同時進行的，構建DODAG的過程中會涉及到DIO、DAO、DIS[3]這3種屬于ICMP的控制信息。在RPL節(jié)點獲取到關于IPv6地址后它會利用這3種控制信息與周圍的節(jié)點進行交換，目的是為了用父節(jié)點進入目標導向的無環(huán)圖[4，5]。此活動的發(fā)起者是DODAG Root，而其他節(jié)點只需要找到DODAG Root發(fā)出的消息并與之結合構成路由，然后就可以形成DODAG。

只有DODAG構建成功之后RPL路由才能建設成功，而DODAG的構建過程中的關鍵點就在于被鄰居發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)DODAG的過程主要是由兩方面構成，構建上行路由與構建下行路由。上行路由主要是找到DODAG的根節(jié)點并沿著它向下同時進行廣播DIO的活動。節(jié)點在收到DIO的信息之后會根據情況決定自己是否要加入DODAG，繼而會根據目標函數(shù)對父節(jié)點進行選擇。至于下行路的建設過程，第一步是在節(jié)點上發(fā)送帶有自身前綴信息的DAO，隨后等待父節(jié)點接受，最后添加路由信息實現(xiàn)向下路由的構建[6]。

所以，關于RPL路由協(xié)議，有以下3點：

（1）借助根節(jié)點為基礎所建立的有向五環(huán)圖，這一過程對數(shù)據包不會循環(huán)傳輸起到保證作用，也不會遇到網絡堵塞的情況，大大降低將整個過程的損耗。

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

（3）6LoWPAN無線傳感網絡的變化性決定報文多長時間發(fā)送一次頻率信息，所以控制報文發(fā)送頻率的是網絡暢通狀況，這樣可以降低整個資源的浪費。

由于鏈路的不斷變化，導致在無線傳感器網絡中的RPL路由協(xié)議使用的樹形拓撲結構適應不了動態(tài)變化的網絡狀態(tài)，以至于網絡的魯棒性降低，不安全性增加，滿足不了實際使用時需求，所以有必要對目前的RPL路由協(xié)議進行完善。

2 ?對RPL協(xié)議路由集的改進

經過對RPL路由協(xié)議的分析，可以總結出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。

改進版的RPL可以快速地找到只包含目的地的路由集并應用，路由集的儲存位置低于其節(jié)點，而節(jié)點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的使用是經過改進的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絡中鏈路會發(fā)生不斷的改變，致使路由拓撲需要接受不斷進行調整。插入合并操作的節(jié)點路由每當丟失一鏈路分支時，就不可單獨地刪去一節(jié)點。比如，D在A的路由集中，A通過B、C子節(jié)點仍然可以到達D，而B丟失D的鏈接信息時，A路由集卻不能刪除D，因為A還可到達D。所以解決的辦法是要每節(jié)點可對兩個路由集進行維護，兩個路由集狀態(tài)分別為活躍和加熱?；钴S的路由集決定了節(jié)點路由的決策，隨后將其插入到兩個不同的路由集上，只要節(jié)點收到幾次多播消息兩個路由集的交換即可完成。

參考文獻

[1] 李琨，俞忠原，薛小平.RIP協(xié)議分析與仿真研究[J].計算機工程，2002，28（3）：85-86.

[2] 朱琳.無線傳感器網絡RPL路由協(xié)議研究與改進[D].北京交通大學，2013.

[3] Vasseur J p，Dunkels A，田輝.基于IP的物聯(lián)網架構技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[4] 朱琳，高德云，羅洪斌.無線傳感器網絡的RPL路由協(xié)議研究[J].計算機技術與發(fā)展，2012（8）：1-4.

[5] CHEN YB，Chanet JP，Hou KM.Rpl Routing protocol a case study：precision Agriculture[A].first china-France wordshop on Future Computing Technology （CF -WoFUCT 2012[C].2012.

[6] Gonizzi P，F(xiàn)errari G，Modagliani P，et al.DAta storage and retrieval with RPL routing[A].wireless Communications and Mobile Computing Conference（IWCMC），2013 9th International[C].IEEE，2013：1400-1404.