RPL路由協(xié)議課件

RPL路由協(xié)議課件2RPL3研究背景6LoWPAN一種基于IP技術(shù)的低功耗無線個(gè)人局域網(wǎng)，結(jié)合了和IPv6協(xié)議現(xiàn)有的6LoWPAN有效路由協(xié)議：Hydro,Hilow,Dymo-low現(xiàn)有路由是基于特定應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，適用性不強(qiáng)人們對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)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(xié)議的概述RPL協(xié)議的介紹后續(xù)工作安排RPL路由協(xié)議的分析1234主要內(nèi)容5RPL協(xié)議的介紹RPL：IPv6RoutingProtocolforLow-PowerandLossyNetworks制定的原因：針對(duì)LLN(LowpowerandLossyNetworks)的IPv6路由協(xié)議制定者：IETFROLL工作組設(shè)計(jì)原理

RPL是為LLN而設(shè)計(jì)的距離矢量路由協(xié)議，基于有向無環(huán)圖的拓?fù)涓拍睿ㄟ^使用目標(biāo)函數(shù)(ObjectFunction，OF)和度量集合構(gòu)建以目的節(jié)點(diǎn)為導(dǎo)向的有向無環(huán)圖(DestinationOrientedDirect-edAcyclicGraph，DODAG)。定義了RPL節(jié)點(diǎn)如何將一個(gè)或多個(gè)度量翻譯成Rank，以及在DODAG中如何選擇并優(yōu)化路由器目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)利用度量和約束條件的集合計(jì)算出最優(yōu)路徑。6RPL協(xié)議的介紹RPL引入到WSNs中地址空間網(wǎng)絡(luò)吞吐量網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)難度網(wǎng)絡(luò)時(shí)延7RPL協(xié)議的概述設(shè)計(jì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

RPL組織了一個(gè)基于有向無環(huán)圖的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，DAG定義一個(gè)類似樹形的結(jié)構(gòu)，但DAG結(jié)構(gòu)不僅僅是一個(gè)典型的樹，它的節(jié)點(diǎn)可能與多個(gè)父節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。

基于采集網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送測(cè)量信息給一個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，和點(diǎn)到多點(diǎn)通信一樣，然后從中心節(jié)點(diǎn)再到LLN中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。8RPL協(xié)議的概述RPL用四個(gè)參數(shù)來標(biāo)識(shí)和維護(hù)一個(gè)拓?fù)銻PLInstanceIDDODAGDODAGVersionNumberRank一個(gè)RPL實(shí)例，由獨(dú)一無二的ID定義，一般由一個(gè)或多個(gè)DODAGs組成一個(gè)整數(shù)值，代表了一個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)于DODAGroot的位置，Rank在DAG下行方向上嚴(yán)格地增加，在上行方向上嚴(yán)格地減小，一般DODAGroot被分配有最小的Rank9RPL協(xié)議的概述10RPL協(xié)議的概述RPL協(xié)議的特征：結(jié)合了mesh和分層結(jié)構(gòu)的拓?fù)湟环矫?，基于RPL網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫枪潭ǚ謱拥模仁沟讓踊诟缸雨P(guān)系的節(jié)點(diǎn)自組織成一個(gè)或幾個(gè)DODAGs另一方面，RPL支持mesh拓?fù)洌?dāng)需要的時(shí)候，允許兄弟節(jié)點(diǎn)間的路由代替父子節(jié)點(diǎn)間的路由的路由RPL能夠使節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)一些候選的父節(jié)點(diǎn)和兄弟節(jié)點(diǎn)，當(dāng)被選擇的父節(jié)點(diǎn)失去了路由能力時(shí)，可以使用這些存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)來選擇新路由。11RPL協(xié)議的概述網(wǎng)絡(luò)模型RPL定義的三種類型節(jié)點(diǎn)

LBRs

路由器

HostLBRs(LowPowerandLossyBorderRouters)一個(gè)DODAG的根節(jié)點(diǎn)，有能力構(gòu)建一個(gè)DAG，也可以作為連接因特網(wǎng)和LLN間的一個(gè)網(wǎng)關(guān)能夠轉(zhuǎn)發(fā)并產(chǎn)生通信量的一個(gè)設(shè)備能產(chǎn)生通信量但不能轉(zhuǎn)發(fā)的一個(gè)終端設(shè)備

12RPL協(xié)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(jié)構(gòu)如下圖所示13RPL協(xié)議的概述RPL控制消息類型DIS：用來請(qǐng)求一個(gè)來自RPL節(jié)點(diǎn)的DIO，還可用于探索鄰近DODAG中的鄰居節(jié)點(diǎn)DIO：在一個(gè)DODAGroot創(chuàng)建一個(gè)新的DAG時(shí)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(diǎn)DIO信息格式DAO信息格式14RPL路由協(xié)議的分析DODAG構(gòu)建過程DODAG構(gòu)建是基于鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過程，包含了兩個(gè)主要的操作：1）在從根節(jié)點(diǎn)到客戶節(jié)點(diǎn)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(diǎn)發(fā)起的DAO控制消息，沿著上行方向發(fā)送到DODAGrootRankRank1Rank2PAB15RPL路由協(xié)議的分析RPL網(wǎng)絡(luò)管理DODAG修復(fù)環(huán)路避免和檢測(cè)DODAG環(huán)路避免全球修復(fù)本地修復(fù)容錯(cuò)機(jī)制DODAG環(huán)路檢測(cè)基于Rank拒絕節(jié)點(diǎn)貪婪節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C保持一個(gè)Rank足夠去依附在它們最佳的父節(jié)點(diǎn)A。而且不允許它們?nèi)フ胰魏屋^深的（壞的）額外父節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C不要處理來自更深節(jié)點(diǎn)的DIO消息（因?yàn)檫@樣的節(jié)點(diǎn)可能在他們自己的子DODAG中）依靠數(shù)據(jù)路徑的驗(yàn)證機(jī)制，在RPL路由頭部中設(shè)置相關(guān)的標(biāo)志位，通過這些標(biāo)志位來檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性對(duì)于任何M和N節(jié)點(diǎn)（M、N是鄰居關(guān)系）Rank的計(jì)算有下面三種情況。DAGRank(M)<DAGRank(N)：M節(jié)點(diǎn)有把握成為節(jié)點(diǎn)N的父節(jié)點(diǎn)而不會(huì)出現(xiàn)環(huán)路的風(fēng)險(xiǎn)。DAGRank(M)=DAGRank(N)：在這兩個(gè)相同Rank節(jié)點(diǎn)之間路由出現(xiàn)的概率會(huì)很大。DAGRank(M)>DAGRank(N)：M可能會(huì)出現(xiàn)在N的sub-DODAG中，如果N選擇M作為父節(jié)點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)環(huán)路。16RPL路由協(xié)議的分析RPL的路由過程MP2P：優(yōu)勢(shì)是支持較小狀態(tài)路由，節(jié)點(diǎn)只需要儲(chǔ)存能夠到達(dá)DAGroot的目的節(jié)點(diǎn)信息P2MP：通常被稱為外向單播通信P2P：RPL