[发明专利]一种基于双向父节点决策的RPL路由方法

说明书

本发明属于无线传感网络通信技术领域，提出了一种基于双向父节点决策的RPL路由方法；所述方法包括子节点根据所有备选父节点的路由度量，选择出最优父节点；通过M‑DAO消息携带咨询信息，最优父节点接收到的子节点发送的M‑DAO消息后，依据M‑DAO消息中携带的信息，以及当前自身的网络状况，判断是否与子节点建立连接；最后完成组网；本发明通过最优父节点选择机制选择出最优父节点，避免了链路负载重的节点被选做父节点的概率，同时避免了节点处连接大量的子节点；其次通过双向父节点决策机制，考虑了父节点的数据处理能力，缓解了由于DIO消息不能最终反映节点处连接状况导致的雷鸣效应。

技术领域

本发明属于无线传感网络通信技术领域，具体来说，针对低功耗有损网络路由协议(Routing Protocol for LLN,RPL)，提出了一种基于双向父节点决策的RPL路由方法。

背景技术

由于无线传感器网络的无线链路不稳定，网络中节点的能量以及处理能力均受到限制，因此为了更好的满足应用需求，低功耗有损网络受到了人们的广泛关注。然而传统的路由协议如：按需平面距离向量路由协议(Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing,简称AODV)，最优链路状态路由(Optimized Link State Routing,简称OLSR)等路由协议的开销均较大。为此IETF中的(Routing Over for Low Power and Lossy Networks,简称ROLL)工作组于2012提出了RPL路由协议。RPL路由协议能够很好的适应复杂的无线网络通信环境，同时针对能量受限以及处理能力受限的节点和设备均进行了优化处理。RPL路由协是一种基于距离矢量的路由协议，通过定义的路由度量和目标函数选择最优父节点，构建网络拓扑。随着当下研究人员的对RPL路由协议的不断深入研究，RPL路由协议的性能相较原始草案已经得到了极大的提升。

RPL路由协议的网络模型如图1所示，网络中有一个位于网络正上方的汇聚节点S作为根节点，其余节点依据该根节点构建网络拓扑。RPL路由协议的网络拓扑呈树状。每个树状图称为面向目的地的有向无环图(Destination Oriented Directed Acyclic Graph,DODAG)。网络中所有节点都具有路由功能，其余节点将采集的信息通过默认路由转发至汇聚节点(sink节点)；通过网关将数据传入互联网。

在LLN网络中构建DODAG主要用到以下四种控制消息：DODAG信息(DODAGInformation Object,DIO)，目的地通告对象消息(Destination Advertisement Object,DAO)，目的地通告对象确认消息(Destination Advertisement Object Acknowledgement，DAO-ACK)以及DODAG信息请求(DODAG Information Solicitation，DIS)。RPL路由协议网络拓扑的构建过程中控制消息的交互过程如图2所示。

然而，RPL路由协议的设计仍存在一定的缺陷，如当网络中数据流量较大时，RPL路由协议的网络性能将受到严重影响。同时受限于节点的内存及数据处理能力，网络节点易发生网络拥塞。网络拥塞将导致严重的网络性能下降，例如：网络吞吐量下降，网络丢包率上升以及数据传输时延增大等多种问题。因此在节点能量及处理能力等均受到限制的条件下，如何使得RPL路由提升网络性能称为当下的研究热点。