无线传感器网络的RPL路由协议研究.docVIP

无线传感器网络的RPL路由协议研究 　　摘要：在无线传感器网络中，节点的处理能力、存储能力和能量都受硬件限制?^大。RPL路由协议是由IETF RoLL工作组专门为低功耗有损网络提出的IPv6路由协议。该文详细介绍了RPL路由协议的拓扑结构、路由构建及安全机制。最后通过Contiki自带的Cooja仿真工具对路由协议进行模拟仿真，验证了该路由协议在无线传感器网络中的高效性。 　　关键词：无线传感器网络；RPL路由协议；Cooja仿真工具 　　中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）05-0211-03 　　Abstract： In Wireless Sensor Networks，the node’s processing capability，storage capacity and energy are limited by the hardware.The RPL routing protocol is an IPv6 routing protocol proposed by the IETF RoLL working group and specifically designed for Low-power and Lossy Networks.This paper introduces the RPL routing protocol topology，routing construction and security mechanisms. Finally，the routing protocol is simulated by Cooja simulation tool，and the efficiency of the routing protocol in wireless sensor network is verified. 　　Key words： Wireless Sensor Network； RPL routing protocol； Cooja 　　传统上基于现场总线传输网络的监测技术存在着设备搭建复杂度高、拓展性受地域影响较大等缺点。基于6LoWPAN技术搭建的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN），借由物联网的概念以全IP的方式实现传感器节点与互联网互联，具有易于布置、易于维护、易于拓展等优点。 　　无线传感器网络是由许多散布于工作区的节点组成，在监测地域自组织的构成网络。设备受体积所限，普遍具有处理能力差、传输速率低、能量储备有限等问题，网络连接也存在高丢包率、低数据传输和不稳定等特性。为了减少组网开销，维护网络拓扑结构稳定，IETF RoLL工作组提出了RPL路由协议。RPL路由协议通过交换距离矢量构造一个有向无环图（Directed Acyclic Graph，DAG），节点通过广播方式与其余节点互相交换信息，计算最优路径，有效防止路由环路问题。 　　本文详述了无线节点通过RPL路由协议组网的拓扑结构，路由的建立过程，安全机制等，最后通过Contiki系统的Cooja工具模拟无线网络环境，进行了仿真并验证其性能。 　　1 简述 　　RPL是基于Ipv6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）和度量集合构建以目的节点为导向的有向无环图（Destination Oriented Directed Acyclic Graph，DODAG）。最优路径依赖于目标函数的约束条件和度量。 　　1.1 无线网络拓扑结构 　　与日常有线网络的点到点传输不同的是，无线传感器网络受地域环境限制，一般没有预先设定好的拓扑结构，无线节点必须自己去发现其他的节点并根据RPL规则建立通信。RPL路由把网络内的所有无线节点向外的信道汇集到一个或者多个指定的出入口，外部的信息也从这些出入口分发到网络里面的节点。因此，整个无线网络被视为一个DAG图，RPL路由协议将这个DAG图分割为多个DODAG图，每个DODAG图含有一个root节点（出入口，可以接收或发送外网信息）。 　　2.1 DODAG的形成和向上路由的建立 　　在节点上电开始工作之前，根据实际应用环境指定不同的节点分别作为root节点和node节点。上电之后，root节点会向临近的所有节点广播DIO消息，不同的root节点可能同时广播DIO消息，有时会造成一个节点同时收到多个DIO消息，这时接收节点会根据DIO消息中携带的信息，通过比对Rank值、目标函数以及根据路由选择度量标准量化的ETX值选择是否加入该DODAG图。当节点加入该DODAG图后，root节点随即成为这个节点的父节点。当父节点确