路由协议RPL概述介绍
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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
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 A。而且不允许它们去找任何较深的（坏的） C B B 本地修复 的父节点 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
Description DODAG Information Solicitation (DIS) DODAG Information Object (DIO) Destination Advertisement Object (DAO) Reserved
11
11
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
10
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
Rank=1
15
Rank=1
14
Rank=3 Rank=2
16
Rank=3
13
15
15
RPL路由协议分析
RPL性能评估
ContikiRPL
16
16
后续工作安排
1、学习Reinforcement learning(RL)算法
17
17
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)
7
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
9
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
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
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
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
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
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
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。
2
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
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) 。
12
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 丢弃这个包
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
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 r来自百度文库ot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
Rank=3
13
8
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。
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
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
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 A。而且不允许它们去找任何较深的（坏的） C B B 本地修复 的父节点 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
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
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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
Rank=1
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Rank=1
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Rank=3 Rank=2
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Rank=3
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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
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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)
7
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
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P2MP
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Rank=1
15
Rank=1
3
4
6
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7
Rank=3
14
Rank=2
16
9
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
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。
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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
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
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
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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
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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。
2
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
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) 。
12
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 丢弃这个包
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
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 r来自百度文库ot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
Rank=3
13
8
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。
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