RPL路由协议
物联网RPL协议安全研究综述
• 16•近年来，物联网技术蓬勃发展，物联网设备数量飞速增长，市场规模不断扩大。
伴随商业化5G 落地，物联网应用将会进入爆发性增长的阶段。
然而，由于物联网设备的资源有限，导致RPL 协议面临许多的安全威胁。
本文将对针对RPL 协议的安全攻击进行探讨，主要包括DODAG 不一致攻击、黑灰洞攻击、虫洞攻击、sinkhole 攻击、基于身份的攻击、版本号攻击等。
近年来，物联网技术蓬勃发展，物联网设备数量飞速增长。
伴随商业化5G 落地，物联网应用将会进入爆发性增长的阶段。
6LoWPAN （Kush-alnagar N,Montenegro G,and Schum-acher C.IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks(6LoWPANs)O v e r v i e w,A s s u m p t i o n s ,P r o b l e m Statement,and Goals:RFC 4919）标准基于IEEE802.15.4（IEEE802.15.4-2011:IEEE Standard for Local and metro-politan area networks–Part.15.4:Wireless Medium Access Control(MAC)and Physi-cal Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs)）之上运行轻量级IPv6协议栈，实现了物联网节点无缝接入下一代互联网，为物联网的大规模应用奠定了坚实的基础。
由于传统的路由协议都不适合低功耗有损的物联网网络，IETF 的ROLL 工作组制定了RPL （Winter T,Thubert P,Brandt A,et al.RPL:IPv6 Rout-ing Protocol for Low-Power and Lossy Networks:RFC 6550）协议，以满足低功耗、低速率、链路动态变化等低功耗有损网络的路由需求。
Contiki平台下RPL路由协议的控制消息优化研究
Contiki平台下RPL路由协议的控制消息优化研究吕琳鸿;孙懋珩;王平【摘要】RPL路由协议是IETF组织针对低功耗有损网络(LLN)提出的路由协议.低功耗有损网络有组成节点功率较低、网络链路不稳定等特点,这些限制对RPL路由协议是极大的挑战.此路由协议作为一个工作组文稿,还存在着许多不足,其中最为突出的问题是针对路由协议建立路由过程中控制消息数量过多.对这个问题进行深入分析,结合路由协议建立向下路由的过程特性,提出了与Rank值相关的改进方法,并对还未完成的路由协议的改进工作提出展望.%RPL routing protocol is a routing protocol proposed by IETF organization for LLN (low power lossy network). The low power lossy network has the characteristics of low power for the nodes and unstable network links, and all these restrictions also constitute great challenges to RPL. The routing process of RPL routing protocol involves uplink and downlink routing establishment process. This routing protocol, although contributes a lot, still has many shortcomings, among which the most prominent problem occur is too many control messages at the establishment of routing process. Based on in-depth analysis of this problem, the Rank value-related improvement is proposed. Finally improvement on the unfinished routing protocols is forecasted.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2017(050)008【总页数】5页(P1714-1718)【关键词】低功耗有损网络;无线传感网;RPL;路由建立【作者】吕琳鸿;孙懋珩;王平【作者单位】同济大学电子与信息工程学院,上海 201804;同济大学电子与信息工程学院,上海 201804;同济大学电子与信息工程学院,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TN929.5;TP212.9无线传感网（Wireless Sensor Networks，WSN）由许多的小体积廉价节点组成。
无线传感网技术与应用-平时作业2
1.121.221.32无线传感网技术与应用-平时作业21.单选题全球通用的ISM频段是（ ）您答对了896MHz 915MHz 2.4GHz 135kHz 答案解析：ISM频段在各国的规定并不统一。
如在美国有三个频段902～928 MHz，2400～2483.5 MHz和5725～5850 MHz，而在欧洲的ISM频段则有部分用于GSM 通信。
2.4 GHz频段（2400 MHz～2483.5 MHz）是全球共同的ISM频段。
（）是连通独立集的代表性算法，采用最大独立集构造连通支配集您答对了EECDS算法CDS-Rule-K算法ASCENT算法SPAN算法答案解析：EECDS（Energy Efficient Connected Dominating Set）是连通独立集的代表性算法，采用最大独立集构造连通支配集。
该算法分为两个阶段：第一阶段创建一个MIS;第二阶段选择连接节点使这独立集连通。
（）是实现传感器网络各种功能的基础和保障您答对了配置管理1.421.52故障管理安全管理性能管理答案解析：故障管理是实现传感器网络各种功能的基础和保障。
故障在传感器网络中十分常见，能量缺乏、连接中断、环境变化、QoS变化、数据处理、物理设备故障、初始配置错误、完整性违例、操作异常、无线干扰、时间异常等导致的故障随时都可能发生。
传感器网络必须有足够的容错能力和鲁棒性，经得起单个节点或网络部分节点发生突发事件的考验。
故障管理涉及故障检测、故障隔离和故障修复。
当传感器网络出现故障的时候，网络管理系统必须能够迅速定位故障发生的位置，分析故障产生的原因，并且尽快采取应对措施。
另外，故障与网络的安全紧密相关，一旦网络受到外来威胁，网络正常行为受到干扰，故障的产生通常比较频繁。
因此故障管理需要结合安全检测，协同处理。
瑞典皇家科学院2003年发布了世界上最小的嵌入式操作系统（）您答对了Windows Contiki Android TinyOS答案解析：瑞典皇家科学院2003年发布了世界上最小的嵌入式操作系统Contiki。
RPL路由协议中基于投票法的黑洞攻击检测算法
Vol. 46, No. 4 A pr，2021火力与指挥控制Fire Control & Command Control第46卷第4期2021年4月文章编号：1002-0640(2021 )04-0078-05RPL路由协议中基于投票法的黑洞攻击检测算法张娴静(郑州工业应用技术学院信息工程学院，郑州451150)摘要:物联网容易遭受多类拒绝服务攻击，其中黑洞攻击是最严重的攻击之一。
为此，提出基于投票法的黑洞 攻击检测算法(Voting Method-based Blackhole Attack Detection, VMBAD)。
通过 VMBAD 算法检测RPL 协议上的黑洞 攻击。
先通过过滤器构建嫌疑节点，再验证嫌疑节点的行为，各节点作出自己的决策意见，并传输到边界路由（Border R outer,B R)。
接收后,BR 利用投票机制融合各节点的决策意见，进行最终的决策，进而判断节点是否为黑洞攻击 节点。
一旦认定为黑洞攻击，就将黑洞攻击节点与网络隔离，使其不参与R PL路由。
仿真结果表明,VMBAD算法能 够有效地检测黑洞攻击节点，并且通过排除攻击节点，提高了数据包传递率。
关键词:物联网,R PL，黑洞攻击，投票机制,数据包传递率中图分类号:TPT393 文献标识码：A D0I：10.3969/j.issn. 1002-0640.2021.04.014引用格式:张娴静.R PL路由协议中基于投票法的黑洞攻击检测算法[J].火力与指挥控制,2021,46(4):78-82. Blackhole Attack Detection Algorithm in RPL Routing Protocal Basedon Voting MethodZhang X i a n-j i n g(Department o f Information Engineering，School o f Zhengzhou Industrial Technology,Zhengzhou 45\\50，China)Abstract:The I n t e r n e t o f t h i n g s i s v u l n e r a b l e t o many DOS attacksAmong them,Bla ck ho le a t t a c ki s one o f t h e s e v e r e s t a t t a c k s.B l a c k h o l e a t t a c k d e t e c t i o n(V M B A D)a l g o r i t h m V o t i n g Method-based i sp r o p o s e d i n t h i s p a p e r F i r s t,t h e s u s p e c t node i s c o n s t r u c t e d t h r o u g h t h e f i l t e r,a n d t h e n t h e b e h a v i o r o f t h e s u s p e c t node i s v e r i f i e d T h e n,each node makes i t s own d e c i s i o n o p i n i o n s and t r a n s m i t s them t o BRAfter r e c e i v i n g them,BR u s e s t h e v o t i n g mechanism t o f u s e t h e d e c i s i o n-making o p i n i o n s o f e a c h node t o make t h e f i n a l d e c i s i o n,a n d t h e n d e t e r m i n e s wh e t h e r t h e node i s a b l a c k h o l e a t t a c k node.Once i d e n t i f i e d a s a b l a c k h o l e a t t a c k no de,t he b l a c k h o l e a t t a c k node i s i s o l a t e d f r o m t h e n e t w o r k s o t h a t i t d o e s n o t p a r t i c i p a t e i n RPL r o u t i n g S i m u l a t i o n r e s u l t s show t h a t V M B A D a l g o r i t h m c a ne f f e c t i v e l y d e t e c t b l a c k h o l e a t t a c k n o de s and i m p r o v e p a c k e t t r a n s m i s s i o n r a t e by e x c l u d i n g a t t a c knodes.Key words:I n t e r n e t o f t h i n g s,R P L,b l a c k h o l e a t t a c k,v o t i n g method,p a c k e t t r a n s m i s s i o n r a t eCitation format:Zhang X J.B l a c k h o l e a t t a c k d e t e c t i o n a l g o r i t h m i n RPL r o u t i n g p r o t o c a l b a s e d o n v o t i n g method[j].F i r e C o n t r o l&Command C o n t r o l,2021,46(4) ：78-82.0引百随着信息技术的发展以及智能设备的微型化，物联网（1111611161〇0'}1丨喂,1〇1')[1]已在智能交通、智慧*农业、康复医疗等领域广泛使用。
改进的基于网络寿命的rpl路由协议
!0!0年1月计算机工程与设计Jan.!O!O第 $1 卷 第 1 期 COMPUTER ENGINEERING AND DESIGNVol. 41 No. 1改进的基于网络寿命的RPL 路由协议严利民，张健，王峰(上海大学微电子研究与开发中心，上海200444)摘 要：为提高无线传感器网络(WSN )的寿命，提出一个能量平衡路由协议的设计方案，该协议不再侧重于最小化所有节点的平均能量消耗，重点识别能量瓶颈节点，最大限度降低其能量消耗以达到网络寿命的最大化。
定义一个估计的预期 寿命(ELT ),用该值度量这些瓶颈节点寿命，通过剩余能量和链路可靠性等约束条件，估计瓶颈节点的平均能耗，选择最优的路径，均衡能量消耗。
实验结果表明，与预期发送次数(ETX )和剩余能量两种协议相比，该协议能够有效延长网 络的寿命。
关键词：无线传感器网络；路由指标；低功耗有损网络路由协议；能量平衡；预期寿命中图法分类号：TP393 文献标识号：A 文章编号：1000-7024 (2020) 01-0001-06doi ： 10. 16208/j. issnl 000-7024. 2020. 01. 001Improved RPL routing protocol based on network lUetimeYAN Limin , ZHANG Jian , WANG Feng(Microelectronic Research and Development Center & Shanghai University , Shanghai 200444 & China)Abstract ： To improve the lifetime of wireless sensor networks (WSN))an energy-balanced routing protocol was proposed. This protocol no longer focuses on minimizing the average energy consumption of all nodes & but focuses on identifying energy bottle neck nodes and minimizing their energy consumption to maximiee network lifetime. An estimated life expectancy (ELT) was de fined and this value was used to measure the life of these bottleneck nodes. Through the constraints of residual energy and link reiabiity &theaverageenergyconsumptionofthebo t enecknodeswasestimated &andtheoptima9pathwasse9ectedtoba9ance the energy consumption. Experimental results show that compared with ETX and residual energy protocols & this protocol can ef fectively extend the network lifetime.收稿日期：2018-11-22；修订日期：2018-12-28基金项目：国家自然科学基金项目(61674100)作者简介：严利民(971-),男，上海人，博士，副教授，研究方向为集成电路设计；张健(1992 -),男，安徽黄山人，硕士研究生, 研究方向为物联网节点研究设计；王峰(1993 -),男，山西阳泉人，硕士研究生，研究方向为AI 自然语义’E-mail ： yanlm@Key words : wireless sensor network (WSN) ; routing metrics ； routing protocol for low power and lossy network (RPL) ； energy ba9ancing #estimatedifeexpectancy (ELT )2引言无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)是 物联网的重要组成部分1，但是，WSN 节点受到能量资源的限制，因此降低节点能耗具有重要意义。
RPL路由技术(2)
• 非存储模式虽然减少了存储空间需求，但增加了每个数据 包的长度，加大了能量和带宽消耗。
• 分析：存储模式vs非存储模式本质上是存储资源与带宽/能 量资源之间的一种权衡（tradeoff）。
RPL 设计理念
• 组建和维护一个 DAG ，以支持MP2P 流
– 支持多后继节点(如树结构) – 满足特殊度量和目标函数要求，寻找最小开销路
径。
• 基于DAG和相关的约束 路由支持 P2MP 流 • 应用MP2P + P2MP 的模式提供P2P
– 可以提供灵活P2P优化机制。
#21
重庆邮电大学
理念1 –DAG
• DAG：有向无循环图 • DAG的节点通过目标函数OF和具体的度量
来计算在DAG图中的深度。 • 深度可以用来估计其在DAG中的位置 （协议
中，Rank表明其层次位置）
#22
重庆邮电大学
理念2 – 转发
• 转发MP2P流至深度更浅的节点，以避免循环。
– 避免出现深度不一致的现象，尽早发现并修正深度不一致性现象 – 充足的冗余
• 转发数据流至相同深度的节点(DAG兄弟节点)， 通过共同 的父节点传送。
G
H
I
• LBR-1 多点传送DIO
• 节点A, B, C 收到后 处理DIO
• 节点A, B, C 分析到LBR-1的 链路度量，并优化目标值。
• 优化目标值需要满足以LBR1为根的DAG。
• 节点A, B, C 将LBR-1 作为 DAG 父节点 并加入此DAG。
#27
重庆邮电大学
DAG 组建
DODAG
• RPL指定了如何在一个LLN中构造DODAG（ Destination Oriented Directed Acyclic Graph， 目标导向的有向非循环图）的过程。
[实用参考]RPL路由协议
![[实用参考]RPL路由协议](https://img.taocdn.com/s3/m/a7470b1cbd64783e08122b1f.png)
额外父节点。
贪婪
➢ 节点B和节点C不要基处于理Ra来nk自更深节点的DIO消息（因
为这样的节点可能在他们自C 己的子DODAG中B ）
14
RPL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
DAG root的目的节点信息
Instance2
P2MP：通常被称为外向单播通信 DAG3
10
RPL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
octets:1 Type
1 Code
2 Checksum
variable Message Body
bits:0-2
3
RPL Type Security
4-7 Reserved
RPL Type
Description
9
RPL协议的概述
网络模型
LBRs
LBRs(Low Power and
Lossy Border Routers) 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
RPL定义的三 种类型节点
路由器
Host
能产生通信量 但不能转发的 一个终端设备
B Rank2
1）在从根节点到客户节点的下行方向，广播传输由DODAG
root发起的是 DIO控制消息来建立路由是
Rank1
A
2）将发单送一节传点增播加由客户节点发起处的理D这A个ODI控O 制消息，沿着R上ank 行方到父向节发点集送中到DODAG root
基于OF计算rank
浅析智能物件网络中的RPL路由技术
1引言智能物件（Smart Object）可以定义为装备了传感器或制动器、微处理器、通信装置和电源的设备，它和物联网（Internet of Things，Web of Objects，Web of Things）、协同物件（Cooperating Objects）均表示相同的技术。
智能物件网络与其他通信网络有着截然不同的特点，使得其路由研究极具挑战性。
由于智能物件网络中的传感器节点最根本的任务就是感知、采集数据，并不像传统Ad hoc网络中的节点一样快速移动，因此没有必要花费很大的代价频繁地更新路由表信息。
由智能物件组成的网络明显有别于传统IP网络，主要区别如图1所示。
从图1可以看出，因为智能物件网络中存在的链路不稳定性、低功耗以及有限的存储资源等问题，传统网络中的路由协议（如RIP，OSPF）以及Ad hoc网络路由协议（如ADOV，DSR，DSDV）都不适用于智能物件网络，智能物件网络需要设计新的路由协议。
2传统网络路由协议目前在Internet网络中常用的内部网关协议主要有两种。
一种是基于距离矢量的路由协议，如RIP协议。
在该协议中，每个路由器都维护一张距离向量表，表中记录着本路由器到每个目的地的最佳路由。
并通过与相邻路由器交换距离信息来更新路由表的信息。
另一种是基于链路状态的路由协议，如OSPF协议。
与距离矢量路由协议不同的是，在该协议中，所有路由器不必以分布方式计算“最短路由”，而是通过可靠地发布链路状态分组来维护一张完整的网络拓扑结构图，并按照该拓扑结构计算出至目的节点的最短路由。
在Ad hoc网络中，由于节点的移动以及无线信道的衰减、干扰等原因造成了网络结构的频繁变化，同时考虑到单向信道问题以及无线传输信道带宽等因素，其路由为题与固定网络相比要复杂的多。
根据发现路由的驱动模式的不同，可以分为表驱动路由协议和按需路由协议。
Ad hoc网络中的表驱动路由继承传统IP路由方浅析智能物件网络中的RPL路由技术宋菲工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师侯乐青武警青海总队网管中心工程师摘要在智能物件网络中路由器以及节点之间的连通性都受到约束，所以根据智能物件网络的特点，IETF（互联网工作任务组）中的ROLL工作组为低功耗有损网络（LLN）制定路由方案，设计了一个叫做RPL的路由协议。
RPL路由协议简版最终版
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RPL制定背景
6LoWPAN 协议的出台将IP 协议引入无线通 信网络，该标准旨在将IPv6 引入以 IEEE802.15.4 作为底层标准的无线个域网。 6LoWPAN 协议弥合了无线传感器网络与下 一代互联网之间的缝隙，实现两者之间的 高效互通和访问。
RPL(Routing Protocol for LLN)解决了6LoWPAN
RPL路由过程
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DODAG的构建过程
构建步骤： LBR首先使用DIO消息来广播有关 图的信息。 监听根节点的邻居节点RA收到DIO 消息后，根据目标函数、综合广播 路径开销等来作出选择，决定是否 加入到这个图中。 节点RA选择加入到图中，于是节 点RA与LBR之间建立起一条路由， LBR会成为节点RA的父节点。节 点RA计算自己在图中Rank值，接 着想自己的父节点LBR发送包含路 由前缀信息的DAO消息。
中低功耗数据易丢失网络的问题。
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RPL 路由协议介绍
由于RPL不同于传统的路由协议，它通过设计一 系列的新机制来使RPL 成为一个针对无线传感网 络的、高效的距离向量协议。 RPL 被设计成高度模化的，它只有很少的封装， 能够在受限环境中运行时，根据感兴趣的环境支 持多种度量和限制，从而尽可能地减少控制流量。 RPL 甚至可以根据目标功能部署，用于支持多个 路由拓扑。
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RPL路由过程
RPL路由协议通过上节中所述DODAG拓 扑构建以后，在整个网络中形成一个 有向无环图。节点在网络中距离根越 近的方向称为向上方向，相反，节点 在网络中距离根越远的方向称为向下 方向。RPL路由协议支持三种路由方向， 即向上路由，向下路由，点到点路由。
6LoWPAN 网络RPL 路由协议的性能评估
电子质量（2016第08期）6LoWPAN 网络RPL 路由协议的性能评估Performance Evaluation of 6LoWPAN Networks RPL Routing Protocol邱刚（重庆三峡学院信号与信息处理重点实验室,重庆万州404100）Qiu Gang (Signal and Information Processing Key Lab,Chongqing Three Gorges University,Chongqing Wanzhou 404100）摘要：该文介绍了RPL 路由协议的相关术语、工作原理和拓扑结构。
利用Contiki 操作系统和其自带的仿真器COOJA 模拟了RPL 路由协议的拓扑构建过程，数据包路由过程和在不同丢包率情况下的应用，评估RPL 路由协议的整体性能开销，验证了RPL 路由协议在低功耗有损网络中具有较高的性能。
关键词：RPL 路由协议；DODAG 图；COOJA 仿真中图分类号：TN925.93文献标识码：A文章编号：1003-0107(2016)08-0049-03Abstract:This paper introduces the RPL routing protocols related terms,working principle and topology.Simulated the RPL routing protocol topology build process,packet routing process and under the condition of different packet loss rates of the application by using Contiki operating system and its own emulator COOJA.Evaluation the overall performance of routing protocols of RPL overhead,verify the RPL routing pro-tocol in the lossy network with low consumption has high performance.Key words:RPL routing protocols;DODAG figure;COOJA simulation CLC number:TN925.93Document code:AArticle ID ：1003-0107(2016)08-0049-03作者简介：邱刚(1982-)，男，硕士，助理实验师，研究方向为嵌入式系统设计。
节点移动处理的高效RPL路由协议
节点移动处理的高效RPL路由协议徐会彬【摘要】针对低功耗有损网络(low-power and lossy network,LLN)的节点移动问题,提出基于博弈论自适应调整传输速率的移动RPL路由(GT-mRPL).GT-mRPL 路由通过博弈论传输速率,进而获取高的数据分组传递率和吞吐量.在移动环境中,将节点竞争发送数据过程设计成一个游戏.将通过增加传输率所获取的增益(效用函数)与因节点移动而产生的成本(移动函数)的比值看成收益函数.同时,考虑能耗对收益函数的影响.仿真结果表明,在移动环境下,提出的GT-mRPL路由降低了数据分组丢失率,提高了吞吐量.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2019(035)008【总页数】8页(P120-127)【关键词】低功耗有损网络;RPL;移动;博弈论;收益函数【作者】徐会彬【作者单位】湖州师范学院,浙江湖州313000【正文语种】中文【中图分类】TN939.5作为无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）的特例[1]，低功耗有损网络（low-power lossy network，LLN）[2]已在健康医疗、城市交通和环境监测等领域使用，其相关研究也得到广泛关注。
随着应用领域的不断拓展，LLN也面临技术挑战。
节点移动性是LLN必须解决的技术挑战[3]。
例如，在医院网络内，安装在病人身上的设备（传感节点）需连接到网络[4]，而病人具有移动性，因此，这些传感节点表现出移动性。
目前，研究人员已对LLN的能效和数据传输的可靠性方面进行了深入研究，如IPv6路由[5]、ORPL[6]。
这些路由协议在时延、能量消耗和可靠性方面的性能均优于LLN的路由协议（routing protocol for LLN, RPL）。
然而，这些协议不能有效地应对具有移动性的LLN，它们并没有对移动节点有针对性地操作，也没有讨论如何识别移动节点[7-9]。
RPL路由协议范文
RPL路由协议范文RPL（Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks）是一种用于低功耗和丢包网络的路由协议。
它是IETF（InternetEngineering Task Force）的一个工作组于2024年开始制定的。
RPL旨在解决无线传感器网络（WSN）等低功耗和丢包网络中的路由问题，特别适用于大量节点和有限资源的网络环境。
RPL基于距离向量的路由算法，但针对低功耗和丢包网络做了一些修改和优化。
这些优化旨在减小路由开销、降低能耗，并提供网络的可靠性和稳定性。
现在我们来详细介绍一下RPL路由协议的相关特点和机制：1. 网络拓扑管理：RPL使用DODAG（Destination-OrientedDirected Acyclic Graph）来管理网络拓扑。
DODAG是一个无环的有向无权图，它由根节点作为起点，到其他节点的一条或多条路径。
每个节点可以成为DODAG的子节点或父节点，根据自身的位置和拓扑结构来选择路径。
2. 父子选择过程：RPL使用一种被称为OF（Objective Function）的方法来选择父节点。
OF根据一组度量标准（如距离、延迟、能耗等）计算出一个称为Rank的值，用于评估节点作为父节点的适合度。
节点会选择Rank值最小的父节点。
这种机制能够动态地适应网络环境的变化，实现更好的负载平衡和能源管理。
3. 路由信息传播：RPL使用DAO（Destination Advertisement Object）机制来传播路由信息。
每个节点都可以向其父节点发送DAO消息，用于向上级节点报告自身的信息和路径。
这些消息会沿着DODAG的拓扑结构从下到上传播，直到达到根节点。
根据DAO消息，上级节点可以更新路由表，根据最新的网络拓扑信息进行数据转发。
4.维护拓扑稳定性：RPL通过周期性地发送HELLO消息来维护拓扑的稳定性。
HELLO消息用于检测邻居节点的连通性和可用性。
无线传感器网络RPL路由协议路由集优化方案
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.14.010
信息技术
无线传感器网络RPL路由协议路由集优化方案①
周虹 (湖南网络工程职业学院 湖南长沙 410004)
摘 要：随着人们的生活质量日益提高，“互联网+”也在不断更新与完善，物联网在人们日常生活中的地位也越来越重
议进行完善。
2 对RPL协议路由集的改进 经 过 对R PL路由协议的分析，可以总结出DODAG由
DODAG的建立、向上路由以及向下路由的形成共同组建， 参考下图1和图2。
改 进版的R PL可以快 速 地找到只包含目的地的路由 （下转14页)
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科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
信息技术
科 技资讯 2019 NO.14
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
图1 RPL组建上行路由的流程 注：- - - 表示节点相互能听到； 表示DIO消息走向；
表示节点优先父节点。
图2 RPL组建下行路由的流程
IPv6距离矢量路由协议的设计主要是为了补充低功率 有损网络的不足。只要有了目标函数和路由度量这两个条
件，RPL就可以成功地设计出针对目的地的有向无环图，而 目标函数的作用主要体现在利用路由度量和约束条件来推 测出最佳路径[2]是哪一条，可以大大地减少不必要的损耗。
RPL路由建立拓扑也属于DODAG的建设，两者是同时 进 行的，构建 D ODAG的过 程中会涉及 到DIO、DAO、DI S [3] 这 3 种属于IC M P的 控制信息。在 R P L节点获取 到关于I P v 6 地址后它会利用这3种控制信息与周围的节点进行交换， 目的是为了用父节点进入目标导向的无环图[4,5]。此活动的 发起者是DODAG Root，而其他节点只需要找到DODAG Root发出的消息并与之 结合构成路由，然后就可以形成 DODAG。
无线传感网络中RPL路由协议研究及性能分析
无线传感网络中RPL路由协议研究及性能分析阮文灵;曾培峰【摘要】详细介绍了无线传感网络中的RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks)路由协议,从仿真环境、参数设定、仿真场景设计等方面对RPL路由协议的仿真进行了分析.利用cooja模拟器对RPL路由协议进行了仿真,并针对分组递交率和平均功耗两个性能指标对RPL路由协议进行性能评估.仿真结果表明,RPL路由协议在分组递交率方面适用于各个场景,并能很好地适应网络的动态变化;在功耗方面不适用于树型空间位置的场景,并且对于动态变化的网络会大大增加平均功耗.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】4页(P63-66)【关键词】RPL路由协议;网络仿真;cooja模拟器;分组递交率;平均功耗【作者】阮文灵;曾培峰【作者单位】东华大学计算机科学与技术学院,上海201620;东华大学计算机科学与技术学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TP391.9随着网络的发展，物联网[1]已经成为继互联网之后的发展趋势。
作为物联网的重要组成部分，无线传感网络由于受到处理能力、内存容量、电量等限制，其路由协议设计充满挑战。
互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force, IETF)建立低功耗有损网络路由工作组(Routing over Lossy and Low-power Networks, ROLL)来解决这一问题，提出一种新的路由协议RPL，即IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks[2]。
本文首先介绍了RPL路由协议的原理，分析了控制路由报文发送频率的Trickle算法[3]，其次用cooja[4]对不同场景进行了仿真，并根据仿真结果分析了RPL路由协议的性能，接着验证了Trickle算法，最后进行了总结。
集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议
集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议姚玉坤;刘江兵;任智;李小勇;李娟【摘要】针对低功耗有损网络中采用博弈论的网络拥塞控制(game theory based network congestion control protocol,GTNCC)路由算法在路由构建过程中仅仅考虑无线链路质量不能使网络拓扑最优,以及在拥塞控制过程中由拥塞节点的子节点判断是否切换父节点不能快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制(centralized network congestion control based on multi-metrics combination,CNCCMC)路由协议.首先,为了降低网络拥塞发生的概率,CNCCMC路由协议综合考虑了节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量和中继节点当前子节点个数等多维度量完成路由构建;其次,当检测到网络拥塞时,CNCCMC路由协议依据网络拥塞节点进行流量分析和判断的结果采取集中式的方式控制其子节点的切换;最后,在网络拥塞缓解过程中,提出一种“乒乓效应”避免机制.理论分析和仿真结果表明,与GTNCC路由算法相比,CNCCMC路由协议在降低网络拥塞发生的概率、延长网络平均生存寿命和提高网络吞吐量等方面的性能得到了有效提升.%To deal with the problems that the routing algorithm based on game theory for network congestion control (GTNCC) in low power and lossy networks cannot make the network topology optimal by only considering the wireless link quality during the process of routing construction and it cannot mitigate the network congestion quickly and efficiently through the child of the congested node determining whether to switch its parent during the process of congestion control,a routing protocol which adopts a centralized network congestion control based on multi-metrics combination (CNCCMC) is proposed.Firstly,it takes intoaccount of the metrics such as the residual energy of node,buffer occupancy rate,wireless link quality and the current number of subnodes for relay node in the process of routing construction to reduce the network congestion probability.Secondly,the child nodes are switched in a centralized way based on the result of traffic analysis and judgment by the congested node when network congestion is detected.Finally,a "ping-pong effect" avoidance mechanism is proposed in the process of network congestion mitigation.The theoretical analysis and simulation results demonstrate that,compared with GTNCC routing algorithm,the performance of CNCCMC routing protocol in terms of the network congestion probability,the average network lifetime and the network throughput are improved significantly.【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2017(039)012【总页数】7页(P2810-2816)【关键词】低功耗有损网络;网络拥塞控制;多维度量;集中式控制;路由协议【作者】姚玉坤;刘江兵;任智;李小勇;李娟【作者单位】重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065【正文语种】中文【中图分类】TP393低功耗有损网络(low-power and lossy network, LLN)是一种由内存大小、处理能力和能量均受到限制的无线传感器节点组成的网络,其链路通常具有不稳定性和有损性。
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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。
6
RPL协议的概述
RPL用四个参数来标识和维护一个拓扑
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
R1 RPLInstanceID
Rank=3
13
8
RPL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。
Description DODAG Information Solicitation (DIS) DODAG Information Object (DIO) Destination Advertisement Object (DAO) Reserved
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RPL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DODAG root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
Rank<Own_Rank？ 否 基于OF计算rank 是 改变它的位置并 获取较低的rank 保持它在DODAG 中的位置
Rank2 Rank1
以多播的方式传 输DIO给其它节点
丢弃较低rank的 父节点
13
RPL路由协议的分析
RPL网络管理
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 容错机制 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。 来检测数据的有效性 DODAG A A A 环路避免 ①DAGRank(M)<DAGRank(N)：M节点有把握成为节点 环路检测N的父节点而不 和检测 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 DODAG 全球修复 修复 DODAG 的概率会很大。 环路避免 ③DAGRank(M)>DAGRank(N) ： M 可能会出现在 N的sub-DODAG中， 节点B和节点C保持一个Rank足够去依附在它们最佳 C C B B 本地修复 的父节点 A 。而且不允许它们去找任何较深的（坏的） 如果N选择M作为父节点就会出现环路。 拒绝节点 额外父节点。 贪婪 基于Rank 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） C B
Rank=1
15
Rank=1
14
Rank=3 Rank=2
16
Rank=3
13
15
RPL路由协议分析
RPL性能评估
ContikiRPL
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后续工作安排
1、学习Reinforcement learning(RL)算法
17
Thank you！
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7
RPL协议的概述
Internet,IPv6
Instance 1 DAG1 DODAG root1 DAG2 DODAG root2 DAG3
Instance 2
DODAG root3
Rank=0
MP2P
2
5
7
9
P2MP
12
Rank=1
15
Rank=1
3
4
6
8
10
7
Rank=3
14
Rank=2
16
12
RPL路由协议的分析
收到一个DIO
P
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：
是否第1次收到DIO? 满足标准？ 否 否 丢Байду номын сангаас这个包
B
1）在从根节点到客户节点的下行方向，广播传输由DODAG 是 root发起的 是 DIO控制消息来建立路由 A Rank 处理这个DIO 2）单一传播由客户节点发起的 DAO控制消息，沿着上 将发送节点增加 到父节点集中 DODAG root 行方向发送到
14
RPL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 Instance2 DAG root的目的节点信息 P2MP：通常被称为外向单播通信
DAG3 DODAG root3
Rank=0
MP2P
P2P：RPL为DODAG中任何两个节点提供了 点到点通信的机制 P2MP 12
R1
A DODAG C
B
A C
一个整数值，代表了一个节点 的相对于DODAG root的位置， Version N+1 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DODAG root被分配 有最小的Rank
DODAG Version Number
Version N
B
Rank
2
主要内容
1
RPL协议的介绍
RPL协议的概述
2
3
RPL路由协议的分析
后续工作安排
4
3
RPL协议的介绍
设计原理
RPL：IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Loss 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 ( Object Function ，OF) 和度量 制定的原因：针对 LLN(Low power and Loss IPv6路由协议 集合构建以目的节点为导向的有向无环图( Destination Oriented Direct-ed Acyclic Graph，DODAG) 。
制定者：IETF ROLL工
目标函数
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
目标函数利用度量和约束条件的集合计算出最优路径。
4
RPL协议的介绍
地址空间
网关设计难度
网络时延
网络吞吐量
RPL引入到WSNs中
5
RPL协议的概述
设计目标
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。
10
RPL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
octets:1 Type
bits:0-2 RPL Type
1 Code
3 Security
2 Checksum
4-7 Reserved
variable Message Body
RPL Type 0x00 0x01 0x02 0x03
9
RPL协议的概述
网络模型 LBRs
LBRs(Low Power and Lossy Border Routers) 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
RPL定义的三 种类型节点 路由器
能够转发并产 生通信量的一 个设备
Host
能产生通信量 但不能转发的 一个终端设备
RPL路由协议
1
研究背景
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
存在的问题：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 IETF ROLL工作组 RPL (Routing Protocol for Low power and lossy networks)
RPLInstanceID G 0 MOP DTSN Version Number Flags DODAGID(128bits) Options Rank Reserved
DIO信息格式
DAO信息格式
RPLInstanceID
K D
Flags
Reserved
DAOSequence
DODAGID(128bits) Options