RPL

第五章

RPL RSSI Routing Metric

本研究將提出在低功耗有損網路下以接收訊號強度為基礎且具有動態調整

MTU 之 IPv6 路由機制，同時基於路由整體的接收訊號強度，動態調整 IPv6 MTU 大小以提升 IPv6 封包傳輸成功機率，並且提升整體 Goodput 效能為本研究最終 呈現之結果。

5.1 RPL

Routing Protocol for Low-power and loosy network(RPL)是以 IPv6 為基準，被 廣泛的使用於低功耗、低運算能力與記憶體受限的嵌入式設備上，提供一個在有 損的網路下，具有低功耗且高效率的路由協定。

5.1.1 RPL routing

RPL 是在 Low power and Lossy Networks(LLNs)使用距離向量(Distance Vector) 的 IPv6 路 由 協 議 ， 使 用 此 方 法 可 建 立 出 一 個 目 的 指 向 無 循 環 之 樹 狀 圖

DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph)，如圖 5-1 為 DODAG 以樹狀 模式進行節點分類，藉由分層之方式來降低整體拓樸之複雜度，RPL 也支援三種 通 信 模 式 ： Multi-Point-To-Point(MP2P) 、 Point-To-Multi-Point(P2MP) 以 及 Point-To-Point(P2P)，其中 MP2P 與 P2MP 為其主要之通訊方式，比起以往 WSN

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的點對點之通訊能力，透過 RPL 之通訊方式，可及時在訊號品質不穩的狀態時進 行路由之轉換，且其擁有備源路線以備不時之需。

圖 5-1、Destination oriented direct acyclic graph (DODAG)

在 6LoWPAN 環境底下，由於節點的能源有限，所以並不適用於大量週期性 的路由維護方式，且使用舊有的廣播方式容易造成廣播風暴，所以 RPL 採用

Trickle algorithm 方法來維護路由，Trickle algorithm 是一種傳輸排程的演算法，

用在 WSN 的廣播及維護，其可使用在不同的地方，像是 multicast 廣播、路由的 發現以及控制傳輸的時間，Trickle algorithm 的運作方式是每隔一段時間會傳輸特 定的 metedata 給鄰近節點，並監聽鄰近節點是否有發出相同之 metadata，若無相

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同之 metadata 則將本身之節點訊息封包傳送給與該節點，透過這種方式來達到整 體網路拓樸之更新，使用 Trickle algorithm 的好處是網路拓樸若無發生任何變化，

其更新封包將非常少量，反之若網路拓樸發生變動，其也可迅速的將整體網路節 點訊息更新完成。

5.1.2 RPL Control Message

RPL 之控制訊息封包分為三種[24]，分別是 DIO(DODAG Information)、

DAO(Destination Advertisement Object)與 DIS(DODAG Information Solocitation)，

各層之間之節點只需與鄰近之節點互相維護，透過這種方式在拓樸的維護上將較 為的容易，DIO 之訊息將記錄各別節點的參數訊息，可減少節點須與 Sink 節點溝 通之重複通訊。在路由選擇的考量方面，有可以分類為 Routing Metric 與 Constraint

objects，其中 Routing Metric 取決於各路由之定義，像是 Delay、Link Quality、權 重．．．等之類的方式，Constraint objects 則是依節點狀態而決定，其相關資訊 將透過 DIO 進行傳遞。使用 DIO 控制封包之傳遞，可進行節點之間的狀態資料 更新，獲取節點間之資訊，藉此當作下一跳節點之路由選擇依據，當有新的節點 欲加入此 DODAG 當中，需等待鄰近節點發送 DIO 之訊息，若新的節點一直沒 收到 DIO 訊息，其則會發送 DIS 向鄰近節點請求發送 DIO 訊息，以便加入該 DODAG 中，DAO 之訊息則為各節點資訊送至 Sink 端之封包，RPL 中分為儲存 模式(Storing mode)與非儲存模式(Non-Storing mode)，如圖 5-2 所示，儲存模式為

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各節點要進行資料之傳送，可搜尋自己的路由表(Routing Table)即可直接傳送至 目的地，Source node 欲傳送資料給 Destination node，其只需透過最近的 Common

parent 即可將訊息轉傳，圖 5-3 為非儲存模式的 DODAG，除了 Root 節點具有路 由表之外，其餘節點將不具有路由表，所以節點要傳送資訊時，必須依賴 Root 節點來辨識目的節點之路徑，Source node 將訊息傳至 Root 節點，Root 節點搜尋 自己的 routing table，將訊息轉傳至 Destination node，在非儲存模式下須依賴週 期性的 DAO 封包，更新 Root 節點之路由表，以利節點間封包之傳送。

圖 5-2、DODAG with storing mode 圖 5-3、DODAG with non-storing mode

5.1.3 Routing Metric ETX-Expected Transmission Count

在 RFC6550 [25]中定義了 RPL 的相關標準架構，其網路拓樸為 DODAG，以 Root 端為目標導向之無循環之樹狀圖，根據定義中路由決策以到 Root 端之階層

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數(Rank)以及 Object Function(OF)為主，其中透過 Rank 值來避免路徑造成循環狀 態，而 OF 則定義了路由決策之條件。其中路由決策包含了兩種定量指標，第一 種為節點選擇指標，包括節點狀態、節點能量與節點跳數(Hop Count)，第二種為 鏈路指標，其代表路由路徑之狀態，包括 ETX－Expected Transmission Count、鏈 路之 Throughput、鏈路可靠性、鏈路延遲等，根據不同的網路環境，可選擇不同 的路徑狀態作為定量指標，藉由相關 OF 之設定即可明確定義目前所需之路由決 策條件，由於 RFC6551[26]中有提到，目前無法將多個 OF 應用於同一個 DODAG 拓樸環境，代表著在 OF 中只能選擇其中一項作為 RPL 整體路由的決策條件，故 本研究設計出一個新的 OF 參數，透過本研究分析出對應 RSSI 之 Packet successful

rate 與 Hop Count 數之結合，調變出一具有較高傳輸效能之 RSSI-based RPL 路由 選擇機制。