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。
本文将对RPL路由协议进行研究，分析其协议内容，包括设计原则、拓扑结构、路由创建等，总结出RPL路由的特点。
关键词RPL智能物件网络DAG图1智能物件网络路由与“传统”IP路由对比式，如DSDV，其差别只在于所需要的路由表数量与其更新方式。
在基于表驱动的路由协议中，节点实时地维护着网络拓扑信息，因此当节点有数据发送时，能够根据路由表迅速地找到到达目的节点的路径，即分组的发送时延小。
在按需路由协议中，如DSR，AODV，只有在需要一条路径时才开始建立。
如果节点在发送分组时没有到达目的节点的路由时，需要启动相应的路由发现机制搜寻路由，这样将会产生一定的时延，不利于实时业务的传输。
3RPL协议不同于传统网络路由协议，针对低功耗有损网络中的路由问题，IETF的ROLL工作组定义了RPL （Routing Protocol for LLN）路由协议，目前该协议还在设计之中。
考虑到在特定应用的文档中列出的广泛需求，RPL被设计成高度模块化。
主要目标是设计一个高度模块化的协议，其路由协议的核心满足特定应用的路由需求的交集，而对于特定的需求，可以通过添加附加模块的方式满足。
RPL是一个距离向量协议，它创建一个DODAG，其中路径从网络中的每个节点到DODAG根。
使用距离向量路由协议而不是链路状态协议，这是有很多原因的。
其中主要原因是低功耗有损网络中节点资源受限的性质。
链路状态路由协议更强大，但是需要大量的资源，例如内存和用于同步LSDB的控制流量。
参考文献1定义了一些RPL使用的术语，主要介绍如下：3.1一些术语(1)DAG（Directed AcyclicGraph）：有向非循环图。
一个所有边缘以没有循环存在的方式的有向图。
(2)DAG Root：DAG根节点。
DAG内没有外出边缘的节点。
因为图是非循环的，所以按照定义所有的DAGs必须有至少一个DAG根，并且所有路径终止于一个根节点。
(3)DODAG（Destination Ori-ented DAG）：面向目的地的有向非循环图。
以单独一个目的地生根的DAG。
(4)DODAG Root：一个DODAG的DAG根节点。
它可能会在DODAG内部担当一个边界路由器，尤其是可能在DODAG内部聚合路由，并重新分配DODAG路由到其他路由协议内。
(5)Rank：等级。
一个节点的等级定义了该节点相对于其他节点关于一个DODAG根节点的惟一位置。
(6)OF（Objective Function）：目标函数。
定义了路由度量，最佳目的，以及相关函数如何被用来计算出Rank值。
此外，OF指出了在DODAG内如何选择父节点从而形成DODAG。
(7)RPLInstanceID：一个网络的惟一标识。
具有相同RPLInstanceID的DODAG共享相同的OF。
(8)RPL Instance：RPL实例。
共享同一个RPL InstanceID的一个或者多个DODAG的一个集合。
3.2拓扑结构RPL中规定，一个DODAG时一系列由有向边连接的顶点，之间没有直接的环路。
RPL通过构造从每个叶节点到DODAG根的路径集合来创建DODAG。
与树形拓扑相比，DODAG提供了多余的路径。
在使用RPL路由协议的网络中，可以包含一个或多个RPL Instance。
在每个RPL Instance中会存在多个DODAG，每个DODAG都有一个不同的Root。
一个节点可以加入不同的RPL Instanace，但是在一个Instance内只能属于一个DODAG。
图2显示了使用RPL构造的网络拓扑图。
RPL规定了3种消息，即DODAG信息对象图2RPL网络拓扑图（DIO），DODAG目的地通告对象（DAO），DODAG信息请求（DIS）。
DIO消息是由RPL节点发送的，来通告DODAG和它的特征，因此DIO用于DODAG发现、构成和维护。
DIO通过增加选项携带了一些命令性的信息。
DAO消息用于在DODAG中向上传播目的地消息，以填充祖先节点的路由表来支持P2MP和P2P流量。
DIS消息与IPv6路由请求消息相似，用于发现附近的DODAG和从附近的RPL节点请求DIO消息。
DIS消息没有附加的消息体。
3.3路由建立当一个节点发现多个DODAG邻居时（可能是父节点或兄弟节点），它会使用多种规则来决定是否加入该DODAG。
一旦一个节点加入到一个DODAG中，它就会拥有到DODAG根的路由（可能是默认路由）。
在DODAG中，数据路由传输分为向上路由和向下路由。
向上路由指的是数据从叶子节点传送到根节点，可以支持MP2P（多点到点）的传输；向下路由指的是数据从根节点传送到叶子节点，可以支持P2MP（点到多点）和P2P（点到点）传输。
P2P传输先通过向上路由到一个能到达目的地的祖先节点，然后再进行向下路由传输。
对于不需要进行P2MP和P2P传输的网络来说，向下路由不需要建立。
向上路由建立通过DIS和DIO消息来完成。
每个已经加入到DAG的节点会定时地发送多播地址的DIO消息，DIO中包含了DAG的基本信息。
新节点加入DAG时，会收到邻居节点发送的DIO消息，节点根据每个DIO中的Rank值，选择一个邻居节点作为最佳的父节点，然后根据OF计算出自己在DAG中的Rank值。
节点加入到DAG后，也会定时地发送DIO 消息。
另外，节点也可以通过发送DIS消息，让其它节点回应DIO消息。
向下路由建立通过DAO和DAO-ACK消息来完成。
DAG中的节点会定时向父节点发送DAO消息，里面包含了该节点使用的前缀信息。
父节点收到DAO消息后，会缓存子节点的前缀信息，并回应DAO-ACK。
这样在进行路由时，通过前缀匹配就可以把数据包路由到目的地。
3.4回路避免和回路检测机制与传统网络不同，在智能物件网络中由于低速率流量和网络不稳定性的特点，回路可能存在。
RPL不能从根本上保证消除回路，这意味着要在控制层面上使用开销很大的机制，并且这可能不太适合有损耗的和不稳定的环境。
RPL使用通过数据路径验证的回路检测机制作为替代，尽量避免回路。
RPL中两条基本的回路避免规则：(1)如果一个节点的邻节点的级别大于它的级别和DAGMaxRankIncrease的和，那这个节点不允许被选作邻节点的父节点。
(2)一个节点不允许是贪婪的并试着在DODAG 中移动到更深的位置，以增加DODAG父节点的选择，这样可能造成回路和不稳定性。
RPL中的路由检测机制通过在数据包的包头设定标志位来附带路由控制数据。
携带这些标志位的确切位置还没有定义（如流标签）。
主要思想是在包头里设定标志位，以验证正在转发的包是用于检测回路的，还是用于检测DODAG不一致性的。
3.5修复机制RPL规定了两种互补的修复机制：全局修复技术和本地修复技术。
也有很多其它的路由协议使用本地修复策略来快速发现替代路径，推迟整个拓扑上的全局修复。
下面是RPL采用的方法：当一条路径被认为是不可用的而必须寻找替代路径时，节点触发一次本地修复以快速寻找一条替代路径，即使替代路径不是最优的。
为网络上的所有节点重建DODAG，这一过程可能被推迟。
另外，RPL定义了另外一种被称为“下毒”的机制，在执行本地修复同时需要避免回路时很有用。
3.6RPL定时器管理RPL使用的DIO定时器依赖于参考文献2中提出的细流算法，并且其它RPL定时器在未来也可能会使用相同的算法。
细流算法使用一个适应性的机制来控制层面发送速率，以使节点在不同情况下都能监听到足够的包以保持一致性。
网络发生改变时，节点会发送更多的协议控制包，然后当网络开始稳定，控制流的速率会减小。
细流算法不需要在网络中有复杂的代码和状态。
考虑到节点上受限的资源，这是一个重要的特性。
RPL把DODAG的创建看作是一个持续性问题，会利用细流计时器决定什么时候多播DIO消□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□息。
当检测到不一致性时，RPL 消息会发送的更频繁，随着网络的稳定，RPL 消息会逐渐减少发送。
3.7其他RPL 支持3种安全模式，即不安全模式、预置安装模式和授权模式。
实施的复杂性和规格是低功耗有损网络核心关注的问题，例如一条RPL 的实现中可能是由于经济的或者物理原因的不可能性而包含复杂的安全条款。
更多的是，许多的调度能利用链路层或者其他安全机制来满足他们的安全要求，而不需要使用RPL 中的安全机制。
![[实用参考]RPL路由协议解读.ppt](https://img.taocdn.com/s1/m/a0a52fc97c1cfad6195fa788.png)
