一種基于RPL路由協議的移動性改進協議

劉　濤

（重慶郵電大學,重慶 400065）

一種基于RPL路由協議的移動性改進協議

劉濤

（重慶郵電大學,重慶 400065）

摘要：IPv6無線傳感網由于其應用場景的多樣性，使其有可能運用在移動的場景下。為了保證IPv6無線傳感網在移動場景下的穩定性，提出一種基于RPL路由協議的移動性改進協議MS-RPL（mobility supported RPL）。在首選父節點選擇階段，未加入無環圖的節點根據父節點集生成參數等級表并選擇最優首選父節點，保證網絡的穩定性；最后對提出的協議進行仿真分析驗證其性能。

關鍵詞：IPv6無線傳感網；RPL；移動性支持

1　引言

IPv6無線傳感器網絡是將IPv6技術融入無線傳感器網絡中的新興網絡形態，IPv6技術的優勢使得對IPv6無線傳感器網絡的研究變得十分重要[1]。對于IPv6傳感網的某些應用場景，移動節點的加入能夠極大的提高網絡性能。現有的無線傳感網路由協議不能很好的支持移動場景，而傳統的針對移動Ad hoc網絡的路由協議并不能直接的運用于無線傳感網。IETF ROLL工作組針對低功耗有損網絡制定了IPv6路由協議—RPL （Routing Protocol for Low—power and Lossy Network）[2]。而ROLL對RPL路由內在機制的設計是針對靜態網絡的，使得RPL路由協議不能很好的適用于移動場景[3]。

針對現有RPL路由協議不支持移動性的問題，Ines El Korbi等人[4]根據RPL路由協議提出了一種移動性增強的協議。方案針對節點的移動性提出了一種新的路由控制消息的發送算法。使得改進的路由協議在移動節點存在的情況下，能夠路由控制消息的發送并增加了網絡穩定性。但該方案并未考慮移動場景下RPL路由協議的父節點選取過程中的移動節點存在的情況。

本文從移動性的角度對RPL路由協議進行分析，在RPL路由協議的基礎上提出了一種移動性改進協議，提出了在移動場景下的路由父節點的選取方法。并對提出的協議進行仿真分析，驗證其性能。

2　問題描述

2.1選擇移動首選父節點造成網絡不穩定

RPL協議在無環圖構造時，已經加入到圖中的節點向周圍廣播DIO（Destination Oriented Directed Acyclic Graph Information Object）消息，未加入圖中的節點接收DIO消息并將所有DIO消息來源的節點加入到父節點集中，節點從父節點集中選擇一個節點作為首選父節點[5]。而在移動場景下節點極有可能選擇父節點集中的移動節點作為自身的首選父節點，而當此首選父節點移動時，會造成整個鏈路的不穩定，從而影響整個網絡的穩定性[6]。

3　移動性改進協議MS-RPL

首選父節點選擇。節點收到不同父節點的DIO消息并處理DIO消息后根據父節點的情況決定是否加入無環圖。設P表示節點的父節點集，Pm表示父節點中的移動節點集，Pf表示父節點中的固定節點集。則P=Pm∪Pf。下式中 表示節點的第i個父節點，Pj為節點的第j個父節點，且i,j∈［1,N］N為節點的父節點個數，Pi（RSSI）為節點的第i個父節點的RSSI值，Pi（Rank）為節點的第i個父節點的Rank值，Popt表示最優的父節點。

（1）當P=Pm（即Pm不為空集，Pf為空集）時：

1）若Pm集合中只有一個父節點，則選擇此父節點為最優父節點。

2）若Pm集合中父節點個數大于1，且：

滿足條件的i值只有一個，則Popt=Pi。滿足條件的i值大于一個，且Pi（Rank）≤min（Pi1（Rank）,Pi2（Rank）,Pi3（Rank）……）則Popt=Pi

（2）當P=Pm∪Pf（且Pm合Pf都不為空集）時

1）若Pf集合中只有一個父節點，則選擇此父節點為最優父節點。

2）若Pf集合中父節點個數大于1，且：

滿足條件的i值只有一個，則Popt=Pi。

滿足條件的i值大于一個，且Pi（RSSI）≤min（Pi1（RSSI）,Pi2（RSSI）,Pi3（RSSI）……）則Popt=Pi。

節點根據算法選擇最優父節點后，即回復DAO消息給最優父節點，并以此父節點加入無環圖。

4　仿真分析

仿真工具采用Matlab平臺，通過對RPL以及MS-RPL在移動節點存在的情況下比較其丟包率的情況。設置仿真環境中分別存在5個移動節點和10個移動節點。所有節點在其功率發送范圍內的丟包率均為0；設置節點以隨機方式分布在感知區域內，對網絡的丟包率和總節點數的關系進行仿真，結果如圖2和如圖3所示。在5個移動節點存在的情況下，節點的丟包率隨著總的節點數的增加而降低，但MS-RPL較RPL具有更小的丟包率；在10個移動節點存在的情況下，MS-RPL較RPL具有更明顯的丟包率更小的情況。

圖1　丟包率比較（5個移動節點）

圖2　丟包率比較（10個移動節點）

5　結束語

本文在RPL路由協議的基礎上提出了一種新的MS-RPL路由協議，在首選父節點的選擇階段，生成參數等級表對節點的首選父節點進行篩選，使得節點在選擇首選父節點時更趨向于選擇固定的節點或更滿足移動場景需求的節點。仿真表明MS-RPL較RPL協議在移動節點存在的情況下的丟包率更小，說明在移動場景下，MS-RPL協議是可行。

參考文獻：

[1]張宏科,梁露露,高德云.IPv6無線傳感器網絡的研究及其應用[J].中興通訊技術,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.