一种基于RPL路由协议的移动性改进协议

刘　涛

（重庆邮电大学,重庆 400065）

一种基于RPL路由协议的移动性改进协议

刘涛

（重庆邮电大学,重庆 400065）

摘要：IPv6无线传感网由于其应用场景的多样性，使其有可能运用在移动的场景下。为了保证IPv6无线传感网在移动场景下的稳定性，提出一种基于RPL路由协议的移动性改进协议MS-RPL（mobility supported RPL）。在首选父节点选择阶段，未加入无环图的节点根据父节点集生成参数等级表并选择最优首选父节点，保证网络的稳定性；最后对提出的协议进行仿真分析验证其性能。

关键词：IPv6无线传感网；RPL；移动性支持

1　引言

IPv6无线传感器网络是将IPv6技术融入无线传感器网络中的新兴网络形态，IPv6技术的优势使得对IPv6无线传感器网络的研究变得十分重要[1]。对于IPv6传感网的某些应用场景，移动节点的加入能够极大的提高网络性能。现有的无线传感网路由协议不能很好的支持移动场景，而传统的针对移动Ad hoc网络的路由协议并不能直接的运用于无线传感网。IETF ROLL工作组针对低功耗有损网络制定了IPv6路由协议—RPL （Routing Protocol for Low—power and Lossy Network）[2]。而ROLL对RPL路由内在机制的设计是针对静态网络的，使得RPL路由协议不能很好的适用于移动场景[3]。

针对现有RPL路由协议不支持移动性的问题，Ines El Korbi等人[4]根据RPL路由协议提出了一种移动性增强的协议。方案针对节点的移动性提出了一种新的路由控制消息的发送算法。使得改进的路由协议在移动节点存在的情况下，能够路由控制消息的发送并增加了网络稳定性。但该方案并未考虑移动场景下RPL路由协议的父节点选取过程中的移动节点存在的情况。

本文从移动性的角度对RPL路由协议进行分析，在RPL路由协议的基础上提出了一种移动性改进协议，提出了在移动场景下的路由父节点的选取方法。并对提出的协议进行仿真分析，验证其性能。

2　问题描述

2.1选择移动首选父节点造成网络不稳定

RPL协议在无环图构造时，已经加入到图中的节点向周围广播DIO（Destination Oriented Directed Acyclic Graph Information Object）消息，未加入图中的节点接收DIO消息并将所有DIO消息来源的节点加入到父节点集中，节点从父节点集中选择一个节点作为首选父节点[5]。而在移动场景下节点极有可能选择父节点集中的移动节点作为自身的首选父节点，而当此首选父节点移动时，会造成整个链路的不稳定，从而影响整个网络的稳定性[6]。

3　移动性改进协议MS-RPL

首选父节点选择。节点收到不同父节点的DIO消息并处理DIO消息后根据父节点的情况决定是否加入无环图。设P表示节点的父节点集，Pm表示父节点中的移动节点集，Pf表示父节点中的固定节点集。则P=Pm∪Pf。下式中 表示节点的第i个父节点，Pj为节点的第j个父节点，且i,j∈［1,N］N为节点的父节点个数，Pi（RSSI）为节点的第i个父节点的RSSI值，Pi（Rank）为节点的第i个父节点的Rank值，Popt表示最优的父节点。

（1）当P=Pm（即Pm不为空集，Pf为空集）时：

1）若Pm集合中只有一个父节点，则选择此父节点为最优父节点。

2）若Pm集合中父节点个数大于1，且：

满足条件的i值只有一个，则Popt=Pi。满足条件的i值大于一个，且Pi（Rank）≤min（Pi1（Rank）,Pi2（Rank）,Pi3（Rank）……）则Popt=Pi

（2）当P=Pm∪Pf（且Pm合Pf都不为空集）时

1）若Pf集合中只有一个父节点，则选择此父节点为最优父节点。

2）若Pf集合中父节点个数大于1，且：

满足条件的i值只有一个，则Popt=Pi。

满足条件的i值大于一个，且Pi（RSSI）≤min（Pi1（RSSI）,Pi2（RSSI）,Pi3（RSSI）……）则Popt=Pi。

节点根据算法选择最优父节点后，即回复DAO消息给最优父节点，并以此父节点加入无环图。

4　仿真分析

仿真工具采用Matlab平台，通过对RPL以及MS-RPL在移动节点存在的情况下比较其丢包率的情况。设置仿真环境中分别存在5个移动节点和10个移动节点。所有节点在其功率发送范围内的丢包率均为0；设置节点以随机方式分布在感知区域内，对网络的丢包率和总节点数的关系进行仿真，结果如图2和如图3所示。在5个移动节点存在的情况下，节点的丢包率随着总的节点数的增加而降低，但MS-RPL较RPL具有更小的丢包率；在10个移动节点存在的情况下，MS-RPL较RPL具有更明显的丢包率更小的情况。

图1　丢包率比较（5个移动节点）

图2　丢包率比较（10个移动节点）

5　结束语

本文在RPL路由协议的基础上提出了一种新的MS-RPL路由协议，在首选父节点的选择阶段，生成参数等级表对节点的首选父节点进行筛选，使得节点在选择首选父节点时更趋向于选择固定的节点或更满足移动场景需求的节点。仿真表明MS-RPL较RPL协议在移动节点存在的情况下的丢包率更小，说明在移动场景下，MS-RPL协议是可行。

参考文献：

[1]张宏科,梁露露,高德云.IPv6无线传感器网络的研究及其应用[J].中兴通讯技术,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.