CN111385201A - 一种基于双向父节点决策的rpl路由方法 - Google Patents

一种基于双向父节点决策的rpl路由方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111385201A
CN111385201A CN202010185353.9A CN202010185353A CN111385201A CN 111385201 A CN111385201 A CN 111385201A CN 202010185353 A CN202010185353 A CN 202010185353A CN 111385201 A CN111385201 A CN 111385201A
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
optimal
child
message
father
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010185353.9A
Other languages
English (en)
Inventor
姚玉坤
朱克兰
赵子君
满巧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN202010185353.9A priority Critical patent/CN111385201A/zh
Publication of CN111385201A publication Critical patent/CN111385201A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/02—Topology update or discovery
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/124—Shortest path evaluation using a combination of metrics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/125—Shortest path evaluation based on throughput or bandwidth
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/12—Avoiding congestion; Recovering from congestion
    • H04L47/125—Avoiding congestion; Recovering from congestion by balancing the load, e.g. traffic engineering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

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。

Description

一种基于双向父节点决策的RPL路由方法
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。
文献[1]中，Kim等人首先分析了当数据流量增大时，由于不合理的父节点选择，导致网络中存在严重的负载不均衡，造成部分节点处网络拥塞，最终导致网络丢包现象发生。并针对该问题，提出了基于队列利用率的RPL路由协议，改进的路由主要包括以下四个主要创新点：重新路由度量选择策略，优化最优父节点选择机制。其次在不增加额外控制开销的情况下，传输网络拥塞信息。当检测到网络拥塞信息后，快速重置Trickle Timer计时器重置，迫使子节点进行父节点切换。通过以上机制，改进路由协议实现了网络负载均衡同时避免羊群效应。[1]Kim H S,Kim H,Paek J,et al.Load Balancing under Heavy Trafficin RPL Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks[J].IEEE Transactionson Mobile Computing,2017,16(4):964-979.
文献[2]中，Khadak等人提出了一种拥塞感知RPL路由协议。在拥塞检测阶段，采用基于当前队列占用率的自适应拥塞检测机制，观察当前和过去的队列利用率趋势。在网络拥塞缓解阶段，该协议利用备选父节点来减轻网络的拥塞情况。使用多标准决策方法，通过组合多种路由度量来选择拥塞节点，最优备选父节点。此外，文献指出当节点路由度量指数相等时，备选父节点处连接的子节点数目，进而减少通过该节点进行转发的数据，降低网络拥塞发生的概率。
[2]Khadak Singh Bhandari,A.S.M.Sanwar Hosen,Gi Hwan Cho,et al.CoAR:Congestion-Aware Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks for IoTApplications[J],Sennors,2018,18(11):3838-3850.
当前关于RPL路由协议的研究中，主要从最优父节点选择机制，网络拥塞检测以及网络拥塞缓解等方面进行了考虑。文献[1]的优化最优父节点选择机制中，将备选父节点的队列利用率作为路由度量，不能综合反映备选父节点的实际网络状态。文献[2]的改进机制中，仅涉及最优父节点的选择机制优化，其实质上仍无法避免部分节点处连接较多子节点现象的发生。因此目前的关于RPL路由协议研究中最优父节点机制仍有改进空间，如下所示：
(1)子节点唯一决定最优父节点选择：最优父节点的选择仅由子网节点通过对比分析当前的备选父节点后决定。最优父节点接收到目的地通告对象消息(DestinationAdvertisement Object,DAO)请求入网后，必须建立与子节点的连接。然而子节点依据DODAG信息对象消息(DODAG Information Object,DIO)携带的信息选择最优父节点时，由于DIO消息携带信息的滞后性，该信息并不能准确反映最优父节点实际的网络状态。以路由度量为队列利用率为例，子节点将选择队列利用率较小的节点作为最优父节点。但由于连接的子节点可能不止一个，当子节点在应用程序上正以高数据速率运行，并向最优父节点发送数据。若最优父节点的数据处理能力不能支持如此高的流量速率，最优父节点最终将遇到性能问题，例如网络拥塞。虽然RPL路由协议针对该问题提出了切换最优父节点的策略，其迫使子节点重新从备选父节点集合中选择最优父节点，并建立与重现选择的最优父节点的链接，但这种方法将导致网络不稳定，节点能耗增加等众多问题。
(2)雷鸣效应：RPL路由协议中，节点入网后都将广播添加了自身信息的DIO广播消息。其通信范围内的节点分为两种。(1)已入网节点：已入网的节点依据DIO消息中携带的信息，对比后，若发现新入网的节点的路径更优，启动最优父节点切换；(2)待入网节点：待入网节点从备选父节点集中选择路径最优的节点作为最优父节点。因此，由于DIO消息携带信息的滞后性，将造成短时间内大量节点建立起与新入网节点的连接，最终导致新入网节点网络负载较重，这种现象被称为雷鸣效应。雷鸣效应将导致最优路径处的网络资源被快速消耗，降低网络生存时间，具体实例如图3所示。节点2处产生了雷鸣效应，造成节点2处网络资源被快速消耗，而节点1及节点3处的网络资源未得到充分利用。
综上，现有技术中存在路由度量不能综合反应备选父节点网络状态以及由于子节点唯一决定最优父节点选择机制导致的雷鸣效应等问题。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本发明主要针对的网络场景为节点内存，能量以及处理能力有限，无线链路不稳定的低功耗有损网络(Low Power and Lossy Networks,LLN)；提出了一种基于双向父节点决策的RPL路由方法。
本发明解决上述技术问题，所采用的技术方案包括：
一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，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，更新备选父节点集合，并向选择出的最优父节点发送携带咨询信息的M-DAO消息；
若最优父节点接收到M-DAO消息，最优父节点将读取强制连接Compulsory字段；
若强制连接Compulsory字段为1，最优父节点建立与子节点的连接，并依据默认路由向上转发M-DAO消息，子节点在接收到汇聚节点发送的DAO-ACK消息后，完成入网；
若强制连接Compulsory字段为0，最优父节点则判断子节点的数据传输速率是否成立，
若成立，最优父节点建立与子节点的连接，子节点在接收到汇聚节点发送的DAO-ACK消息后，完成入网；
若不成立，最优父节点向子节点发送请求拒绝消息，子节点根据该拒绝消息重新从更新后的备选父节点集合中选择出最优父节点，直至完成入网。
本发明的有益效果：
本发明首先通过最优父节点选择机制，避免了链路负载重的节点被选做最优父节点的概率，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，考虑了所有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。该方案有效避免了部分节点处连接过多的子节点，实现了网络负载均衡，降低了网络拥塞发生的，它的具体优势如下：
1、提高数据发送成功率
本发明首先通过最优父节点选择机制，充分考虑了备选父节点链路队列状态，备选父节点处的网络连接状况及备选父节点的数据处理能力；其次通过双向父节点选择机制避免了部分节点处连接较多的子节点，有效实现了网络负载均衡，降低了网络拥塞发生的概率。避免了由于网络拥塞导致的数据丢包，因此，其提高了数据发送成功率。
2、提升网络吞吐量
网络吞吐量与数据发送成功率呈正相关，与数据传输的平均端到端时延呈负相关。本发明可以降低数据传输的平均端到端时延，这是由于本发明充分利用了网络资源，避免了数据汇聚在部分节点导致的排队时延的增加。其次本发明提高提高数据发送成功率避免了不必要的数据重传导致的数据传输的平均端到端时延的增加。因此，本发明可以提高网络吞吐量。
3、延长网络生存时间
网络生存时间指出现第一个节点能量降至初始能量10％的节点的网络运行时间。本发明在最优父节点选择时，首先避免了链路负载较重的节点被选做最优父节点的概率。其次，本发明提高双向父节点决策机制，充分利用了网络资源。若部分节点处连接子节点数目过多，当网络负载较重时，节点需处理大量来自子节点的数据时，势必造成节点能量的急剧下降。因此，本发明可以有效延长网络生存时间。
附图说明
图1为现有技术中RPL路由协议的网络拓扑图；
图2为现有技术中节点入网消息交互图；
图3为现有技术中雷鸣效应图；
图4为本发明的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法流程图；
图5为本发明中最优父节点选择机制的工作流程图；
图6为本发明中最优父节点选择机制的一个优选实施例的流程图；
图7为本发明中采用的M-DAO消息基本对象格式图；
图8为基于双向父节点决策的RPL路由协议的工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在一个实施例中，如图4所示，本发明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，更新备选父节点集合，并向选择出的最优父节点发送携带咨询信息的M-DAO消息；
若最优父节点接收到M-DAO消息，最优父节点将读取强制连接Compulsory字段；
若强制连接Compulsory字段为1，最优父节点建立与子节点的连接，并依据默认路由向上转发M-DAO消息，子节点在接收到汇聚节点发送的DAO-ACK消息后，完成入网；
若强制连接Compulsory字段为0，最优父节点则判断子节点的数据传输速率是否成立，
若成立，最优父节点建立与子节点的连接，子节点在接收到汇聚节点发送的DAO-ACK消息后，完成入网；
若不成立，最优父节点向子节点发送请求拒绝消息，子节点根据该拒绝消息重新从更新后的备选父节点集合中选择出最优父节点，直至完成入网。
在一个实施例中，为了选择出最优父节点，本实施例采用最优父节点选择机制：
所述最优父节点选择机制主要包括综合考虑子节点与父节点间的链路质量，网络深度，本发明以跳数指代节点网络深度，链路队列利用率以及子节点数目等多种路由度量，从而使得在选择最优父节点时，更全面的考虑多个备选父节点及其链路的网络状态，有效实现网络负载均衡。
在一个实施例中，所述最优父节点选择机制如图5所示：
子节点计算出所有备选父节点的综合路由度量，选择综合路由度量最小的的备选父节点作为当前的最优父节点；
判断子节点是否接收到DIO消息，若子节点未接收到DIO消息，则该消息的源节点则作为备选父节点，并更新备选父节点集合；重新从更新后的备选父节点集合中选择出最优父节点。
具体的，在一个优选实施例中，所述最优父节点选择机制如图6所示：
子节点计算出所有备选父节点的综合路由度量，选择综合路由度量最小的的备选父节点作为当前的最优父节点，并更新备选父节点集合；
各个节点根据当前的负载情况计算队列利用率；
各个节点通过DIO消息携带网络深度以及链路队列利用率；
节点入网后，广播DIO消息，DIO消息中的链路队列利用率信息由子节点自身的队列利用率与当前的最优父节点队列利用率进行对比；
若子节点自身队列利用率较高，则将其自身的队列利用率与网络深度编码，否则将当前的最优父节点的队列利用率与网络深度编码；
各个节点根据接收到的DAO消息计算出子节点的数目，并将该数目信息添加到DIO消息中，广播该DIO消息；
子节点接收到来自备选父节点的DIO消息后，进行解码得到不同备选父节点的网络深度以及链路队列利用率。
子节点依据接收到的备选父节点的DIO消息，得出网络深度，链路队列利用率以及当前连接的子节点数目等信息，计算综合路由度量，避免负载较重的节点被选作最优父节点。节点队列利用率Qn的计算公式如下式(1)所示：
Figure BDA0002413990290000081
其中，Boccupancy(n)指的是节点当前队列占用数据量，Bmax_size(n)指的是节点的队列空间大小。
ETX(n,m)表示两个节点n与m的链路质量，定义如式(2)所示：
Figure BDA0002413990290000082
其中，Dtotal(n→m)为节点n发送的总数据量，Dsuccess(n→m)为节点m成功接收的数据量。
为了不增加额外的控制开销，通过DIO消息中的Rank字段携带网络深度以及链路队列利用率。如公式(3)所示：
RankQU(n)＝β(h(n)+1)+(β-1)Q(n) (3)
其中，β表示队列调整因子，可设置为一个固定数值，一般为0～1。
所有节点在广播DIO消息前需将自身的队列利用率与最优父节点队列利用率对比。若自身队列利用率较高，则将自身的队列利用率与网络深度编码，否则将最优父节点的队列利用率与网络深度编码。
所有节点依据接收到的DAO消息可计算出子节点的数目，并将该信息添加进待广播发送的DIO消息中；
子节点接收到来自备选父节点的DIO消息后，进行解码得到不同备选父节点的网络情况，即网络深度，期望传输次数，链路队列利用率以及子节点数目等信息。通过对改进的Rank字段解码可以得到网络深度以及链路队列利用率的信息，解码如公式(4)(5)所示：
Figure BDA0002413990290000083
Figure BDA0002413990290000091
子节点依据公式(6)分别计算所有备选父节点的综合路由度量值，选择具有最小路由度量标准值的节点为最优父节点。公式(6)中RP表示备选父节点p的综合路由度量值；hp为备选父节点p的网络深度，ETX(n,p)为待入网节点n与备选父节点p之间的无线链路质量，λ为备选父节点已连接子节点数，Qp为链路队列利用率。
RP＝hp+ETX(n,p)+λQ(p) (6)
本发明提出的最优父节点选择机制。重新定义了队列利用率，提出链路队列利用率，即以从汇聚节点到最优父节点的链路中最大的队列利用率取代原机制中最优父节点处的队列利用率。其次，将连接的子节点数目作为路由度量。因此，避免了链路中负载较重的节点被选做最优父节点的概率。
在一个实施例中，为了与子节点建立连接，本实施例采用双向父节点决策机制，主要包括通过M-DAO(Modified 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。
在一个实施例中，为了让M-DAO携带咨询信息，本发明对该消息的帧格式重新定义，包括M-DAO消息的帧格式与DAO消息的帧格式区别不大。主要不同之处如下:
(1)Type字段：为了与当前RPL路由协议的其他控制消息区分，M-DAO消息的Type字段的取值与DAO消息不同；
(2)在不增加额外控制开销的基础上，对保留字段进行改进。增设Compulsory字段以及Data字段。Compulsory字段占1比特。如果子节点的备选父节点集中只有一个节点，则子节点发送Compulsory字段设置为1的强制请求，即最优父节点必须接受子节点的连接请求。当子节点的备选父节点集中有两个及以上节点，则子节点发送Compulsory字段设置为0的非强制性请求，即最优父节点可以拒绝子节点的连接请求。Data字段占3比特，用于携带节点请求的数据传输速率信息。综上，M-DAO消息通过Type字段区分控制消息类型。将数据传输速率信息填入M-DAO消息的Data字段。采用Compulsory字段作为强制连接判断字段，M-DAO消息的基本对象格式如图7所示，图中C指代Compulsory字段，R指代Reserved字段。
在一个实施例中，如图8所示，双向父节点决策机制的具体操作步骤：
1)子节点向最优父节点发送填充自身信息的M-DAO消息；
2)最优父节点接收到M-DAO消息后，首先查看Compulsory字段。若该字段为1，表明入网请求为强制请求。最优父节点必须接收子节点的入网请求，建立与子节点的连接。因此最优父节点提取M-DAO消息的前缀信息，更新路由表，并继续向上转发M-DAO消息。否则，转至步骤3)；
3)当Compulsory字段为0时，表明该入网请求为非强制请求。则最优父节点继续读取M-DAO消息中Data字段的内容，通过检查自身队列及Data字段携带的信息，判断是否能够在不影响到最优父节点现链接的其他子节点的服务的前提下，满足子节点请求的数据传输速率，转至步骤4)；
4)以子节点为节点N，父节点为节点M为例，则最优父节点的判断是否能够支持子节点请求的数据传输速率如公式(7)所示：
Figure BDA0002413990290000101
其中，dN为子节点根据当前运行程序计算得出的数据传输速率，子节点N将数据传输速率信息填入M-DAO消息的Data字段。dP为最优父节点的数据传输速率，di为最优父节点M已经连接的子节点请求的数据传输速率。q为最优父节点的队列总长度的80％，do为最优父节点M的数据发送速率；n表示子节点总数。
5)若当前子节点的请求的数据传输速率满足公式(7)，则最优父节点建立与子节点的连接。最优父节点提取M-DAO消息的前缀信息，更新路由表，存储子节点请求的数据传输速率。并按照默认路由向上转发M-DAO消息，否则转至步骤6)；
6)最优父节点向子节点发送请求拒绝消息，用于通告子节点当前入网请求失败。接收到请求拒绝消息后，子节点继续从更新的备选父节点集中重新选择最优父节点，并重复步骤2)至步骤5)；
7)子节点在接收到DAO-ACK消息后，完成入网，并继续广播发送添加了自身信息的DIO消息。
本发明提出的双向父节点决策机制中，最优父节点可以根据自身的网络状态选择是否接收子节点入网请求。首先，子节点通过改进的M-DAO消息携带请求数据传输速率信息，最优父节点依据M-DAO消息中携带的信息，根据当前的网络状态，确定是否建立与子节点的链接。通过该机制，考虑了最优父节点处的数据信息处理能力。避免了雷鸣效应导致的部分节点处连接大量子节点，实现了网络负载均衡。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，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，更新备选父节点集合，并向选择出的最优父节点发送携带咨询信息的M-DAO消息；
若最优父节点接收到M-DAO消息，最优父节点将读取强制连接Compulsory字段；
若强制连接Compulsory字段为1，最优父节点建立与子节点的连接，并依据默认路由向上转发M-DAO消息，子节点在接收到汇聚节点发送的DAO-ACK消息后，完成入网；
若强制连接Compulsory字段为0，最优父节点则判断子节点的数据传输速率是否成立，
若成立，最优父节点建立与子节点的连接，子节点在接收到汇聚节点发送的DAO-ACK消息后，完成入网；
若不成立，最优父节点向子节点发送请求拒绝消息，子节点根据该拒绝消息重新从更新后的备选父节点集合中选择出最优父节点，直至完成入网。
2.根据权利要求1所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，所述向选择出的最优父节点发送携带咨询信息的M-DAO消息包括：
子节点计算出所有备选父节点的综合路由度量，选择综合路由度量最小的的备选父节点作为当前的最优父节点，并更新备选父节点集合；
各个节点根据当前的负载情况计算队列利用率；
各个节点通过DIO消息携带网络深度以及链路队列利用率；
节点入网后，广播DIO消息，DIO消息中的链路队列利用率信息由子节点自身的队列利用率与当前的最优父节点队列利用率进行对比；
若子节点自身队列利用率较高，则将其自身的队列利用率与网络深度编码，否则将当前的最优父节点的队列利用率与网络深度编码；
各个节点根据接收到的DAO消息计算出子节点的数目，并将该数目信息添加到DIO消息中，广播该DIO消息；
子节点接收到来自备选父节点的DIO消息后，进行解码得到不同备选父节点的网络深度以及链路队列利用率。
3.根据权利要求2所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，所述所有备选父节点的综合路由度量值包括：
RP＝hp+ETX(n,p)+λQ(p)；
其中，RP表示备选父节点p的综合路由度量值；hp为备选父节点p的网络深度，ETX(n,p)为待入网子节点n与备选父节点p之间的无线链路质量，λ为备选父节点已连接的子节点数目，Qp为链路队列利用率。
4.根据权利要求1所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，所述携带咨询信息的M-DAO消息包括Type字段，Compulsory字段以及Data字段；子节点采用Type字段以区分控制消息类型；将数据传输速率信息填入M-DAO消息的Data字段；采用Compulsory字段作为强制连接判断字段。
5.根据权利要求1所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，若Compulsory字段为1时，还包括最优父节点提取M-DAO消息的前缀信息，更新路由表，并按照默认路由向上转发M-DAO消息；汇聚节点在接收到M-DAO消息后，发送DAO-ACK消息，子节点接收到DAO-ACK消息后入网。
6.根据权利要求1所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，若Compulsory字段为0时，还包括最优父节点继续读取M-DAO消息中Data字段的内容，通过检查自身队列以及Data字段携带的信息，判断是否在不影响到最优父节点已连接的其他子节点的服务下，满足子节点请求的数据传输速率。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，最优父节点判断子节点请求的数据传输速率的成立条件表示为：
Figure FDA0002413990280000031
其中，q为最优父节点的队列总长度的80％；dN为子节点的数据传输速率；dP为最优父节点的数据传输速率，di为最优父节点已连接的子节点请求的数据传输速率；do为最优父节点的数据发送速率；T表示单位时间周期。
8.根据权利要求1所述的一种基于双向父节点决策的RPL路由方法，其特征在于，若子节点请求的数据传输速率成立，则包括最优父节点提取M-DAO消息的前缀信息，更新路由表，存储节点请求的数据传输速率；并按照默认路由向上转发M-DAO消息。
CN202010185353.9A 2020-03-17 2020-03-17 一种基于双向父节点决策的rpl路由方法 Pending CN111385201A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010185353.9A CN111385201A (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种基于双向父节点决策的rpl路由方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010185353.9A CN111385201A (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种基于双向父节点决策的rpl路由方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111385201A true CN111385201A (zh) 2020-07-07

Family

ID=71217288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010185353.9A Pending CN111385201A (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种基于双向父节点决策的rpl路由方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111385201A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112087787A (zh) * 2020-09-18 2020-12-15 杭州鸿雁电器有限公司 建立WiFi网络的方法、WiFi网络的通信方法、及WiFi设备
CN112333018A (zh) * 2020-10-30 2021-02-05 杭州粒合信息科技有限公司 一种提升Wi-SUN网络带宽的组网方法及其Wi-SUN网络
CN112822723A (zh) * 2021-01-15 2021-05-18 重庆邮电大学 一种面向6TiSCH网络的移动节点快速切换方法
CN113365227A (zh) * 2021-07-06 2021-09-07 格声智能科技(深圳)有限公司 Wi-sun网络系统、基于wi-sun网络系统的入网方法、装置及设备
CN113986782A (zh) * 2021-11-05 2022-01-28 西北工业大学 一种树状组织的缓存结构及其应用
CN113993179A (zh) * 2021-11-23 2022-01-28 国网信息通信产业集团有限公司 一种物联网中多信道通信方法及装置
CN114567917A (zh) * 2022-03-02 2022-05-31 重庆邮电大学 一种基于模糊层次分析的多信道物联网路由方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110228788A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Cisco Technology, Inc. Alternate down paths for directed acyclic graph (dag) routing
US20120155276A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Cisco Technology Inc. Dynamic Expelling of Child Nodes in Directed Acyclic Graphs in a Computer Network
US20160197829A1 (en) * 2015-01-06 2016-07-07 Cisco Technology, Inc. Installation of cached downward paths based on upward data traffic in a non-storing low-power and lossy network
CN105848238A (zh) * 2015-01-16 2016-08-10 中国科学院上海高等研究院 基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法
US20160248661A1 (en) * 2013-07-22 2016-08-25 Cisco Technology, Inc. Using statistical and historical information of topology metrics in constrained networks
CN106161240A (zh) * 2016-08-02 2016-11-23 中国联合网络通信集团有限公司 一种确定路由路径的方法及装置
CN107920368A (zh) * 2016-10-09 2018-04-17 郑州大学 一种无线传感网中基于生命周期的rpl路由优化方法
CN108174412A (zh) * 2018-01-05 2018-06-15 重庆邮电大学 一种负载均衡的rpl多路径数据传输机制
CN109640372A (zh) * 2018-12-04 2019-04-16 重庆邮电大学 一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网节点移动管理方法
WO2019141970A1 (en) * 2018-01-16 2019-07-25 The Court Of Edinburgh Napier University Routing mechanisms for low-power and lossy networks
CN110224938A (zh) * 2018-03-01 2019-09-10 华为技术有限公司 一种报文发送方法及相关设备

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110228788A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Cisco Technology, Inc. Alternate down paths for directed acyclic graph (dag) routing
CN102971988A (zh) * 2010-03-19 2013-03-13 思科技术公司 用于有向无环图(dag)路由的替代下行路径
US20120155276A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Cisco Technology Inc. Dynamic Expelling of Child Nodes in Directed Acyclic Graphs in a Computer Network
US20160248661A1 (en) * 2013-07-22 2016-08-25 Cisco Technology, Inc. Using statistical and historical information of topology metrics in constrained networks
US20160197829A1 (en) * 2015-01-06 2016-07-07 Cisco Technology, Inc. Installation of cached downward paths based on upward data traffic in a non-storing low-power and lossy network
CN105848238A (zh) * 2015-01-16 2016-08-10 中国科学院上海高等研究院 基于多参数的无线传感器网络IPv6路由方法
CN106161240A (zh) * 2016-08-02 2016-11-23 中国联合网络通信集团有限公司 一种确定路由路径的方法及装置
CN107920368A (zh) * 2016-10-09 2018-04-17 郑州大学 一种无线传感网中基于生命周期的rpl路由优化方法
CN108174412A (zh) * 2018-01-05 2018-06-15 重庆邮电大学 一种负载均衡的rpl多路径数据传输机制
WO2019141970A1 (en) * 2018-01-16 2019-07-25 The Court Of Edinburgh Napier University Routing mechanisms for low-power and lossy networks
CN110224938A (zh) * 2018-03-01 2019-09-10 华为技术有限公司 一种报文发送方法及相关设备
CN109640372A (zh) * 2018-12-04 2019-04-16 重庆邮电大学 一种基于RPL路由协议的IPv6无线传感网节点移动管理方法

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OANA IOVA; FABRICE THEOLEYRE; THOMAS WATTEYNE; THOMAS NOEL: "The Love-Hate Relationship between IEEE 802.15.4 and RPL", 《IEEE》 *
PARMOD SINGH，YAW-CHUNG CHEN: "RPL Enhancement for a Parent Selection Mechanism and an Efficient Objective Function", 《IEEE》 *
TOMAS LAGOS JENSCHKE; GEORGIOS Z. PAPADOPOULOS; REMOUS-ARIS KOUT: "Alternative Parent Selection for Multi-Path RPL Networks", 《IEEE》 *
刘江兵: "低功耗有损网络中的RPL路由协议研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *
姚玉坤，刘江兵，任智，李小勇，李娟: "集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议", 《系统工程与电子技术》 *
李明等: "基于粒子群优化算法的RPL负载均衡研究", 《传感技术学报》 *
秦峰等: "高负载场景下基于负载均衡的LLN路由协议", 《计算机工程与应用》 *
罗宇杰，张健，唐彰国，李焕洲: "低功耗有损网络安全路由协议研究综述", 《计算机应用》 *
陈苏海等: "LLN中基于负载均衡的单路径路由协议", 《计算机工程与设计》 *
黄欣等: "基于期望寿命的能量均衡RPL研究", 《计算机应用与软件》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112087787A (zh) * 2020-09-18 2020-12-15 杭州鸿雁电器有限公司 建立WiFi网络的方法、WiFi网络的通信方法、及WiFi设备
CN112333018A (zh) * 2020-10-30 2021-02-05 杭州粒合信息科技有限公司 一种提升Wi-SUN网络带宽的组网方法及其Wi-SUN网络
CN112822723A (zh) * 2021-01-15 2021-05-18 重庆邮电大学 一种面向6TiSCH网络的移动节点快速切换方法
CN112822723B (zh) * 2021-01-15 2022-04-05 重庆邮电大学 一种面向6TiSCH网络的移动节点快速切换方法
CN113365227A (zh) * 2021-07-06 2021-09-07 格声智能科技(深圳)有限公司 Wi-sun网络系统、基于wi-sun网络系统的入网方法、装置及设备
CN113986782A (zh) * 2021-11-05 2022-01-28 西北工业大学 一种树状组织的缓存结构及其应用
CN113986782B (zh) * 2021-11-05 2024-05-14 西北工业大学 一种树状组织的缓存结构及其应用
CN113993179A (zh) * 2021-11-23 2022-01-28 国网信息通信产业集团有限公司 一种物联网中多信道通信方法及装置
CN113993179B (zh) * 2021-11-23 2024-01-09 国网信息通信产业集团有限公司 一种物联网中多信道通信方法及装置
CN114567917A (zh) * 2022-03-02 2022-05-31 重庆邮电大学 一种基于模糊层次分析的多信道物联网路由方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111385201A (zh) 一种基于双向父节点决策的rpl路由方法
CN107846706B (zh) 一种拥塞避免的编码感知无线mesh网络多路径路由方法
CN101674630B (zh) 一种可感知拥塞的跨层路由实现方法
CN103781115B (zh) 一种蜂窝网络中基于传输代价的分布式基站缓存替换方法
CN111132236B (zh) 基于改进olsr协议的多无人机自组织网络mpr节点选择方法
Kushwah et al. Gateway load balancing using multiple QoS parameters in a hybrid MANET
CN113993168B (zh) 一种雾无线接入网中基于多智能体强化学习的协作缓存方法
Hao et al. An adaptive load-aware routing algorithm for multi-interface wireless mesh networks
Lotfi et al. A new energy efficient routing algorithm based on a new cost function in wireless ad hoc networks
Lott et al. Stochastic routing in ad hoc wireless networks
Liao et al. Adaptive situation-aware load balance scheme for mobile wireless mesh networks
Geng et al. A load‐balancing and coding‐aware multicast protocol for mobile ad hoc networks
CN101119307A (zh) 一种路由方法
CN116782330A (zh) Sd-uanet中考虑负载和链路变化的路径选择方法及介质
CN113973349B (zh) 一种基于网络编码的机会式编码感知路由方法
CN112910779A (zh) 一种基于Ad Hoc网络的跨层路由优化协议
CN114785728A (zh) 基于路径及节点热度的电力通信网络路由方法
da Silva Mineiro et al. CAC-OLSR: extending OLSR to provide admission control in wireless mesh networks
Okamura et al. Opportunistic routing for heterogeneous IoT networks
Rao et al. Backup route establishment for QoS routing protocol in MANET
Aziz et al. A New improved algorithm of AODV protocol based on F-lipschitz optimization
Bordier et al. Buffer occupancy and link state opportunistic routing for wireless mesh networks
Vanitha et al. Smart Bandwidth Prediction, Power Management and Adaptive Network Coding for WSN
CN114866406B (zh) 无线自组网中基于故障定位的业务性能快速修复方法
Mao et al. Connected dominating set-based energy-efficient distributed routing algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200707