RPL路由协议
物联网RPL协议安全研究综述
• 16•近年来，物联网技术蓬勃发展，物联网设备数量飞速增长，市场规模不断扩大。
伴随商业化5G 落地，物联网应用将会进入爆发性增长的阶段。
然而，由于物联网设备的资源有限，导致RPL 协议面临许多的安全威胁。
本文将对针对RPL 协议的安全攻击进行探讨，主要包括DODAG 不一致攻击、黑灰洞攻击、虫洞攻击、sinkhole 攻击、基于身份的攻击、版本号攻击等。
近年来，物联网技术蓬勃发展，物联网设备数量飞速增长。
伴随商业化5G 落地，物联网应用将会进入爆发性增长的阶段。
6LoWPAN （Kush-alnagar N,Montenegro G,and Schum-acher C.IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks(6LoWPANs)O v e r v i e w,A s s u m p t i o n s ,P r o b l e m Statement,and Goals:RFC 4919）标准基于IEEE802.15.4（IEEE802.15.4-2011:IEEE Standard for Local and metro-politan area networks–Part.15.4:Wireless Medium Access Control(MAC)and Physi-cal Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs)）之上运行轻量级IPv6协议栈，实现了物联网节点无缝接入下一代互联网，为物联网的大规模应用奠定了坚实的基础。
由于传统的路由协议都不适合低功耗有损的物联网网络，IETF 的ROLL 工作组制定了RPL （Winter T,Thubert P,Brandt A,et al.RPL:IPv6 Rout-ing Protocol for Low-Power and Lossy Networks:RFC 6550）协议，以满足低功耗、低速率、链路动态变化等低功耗有损网络的路由需求。
Contiki平台下RPL路由协议的控制消息优化研究
Contiki平台下RPL路由协议的控制消息优化研究吕琳鸿;孙懋珩;王平【摘要】RPL路由协议是IETF组织针对低功耗有损网络(LLN)提出的路由协议.低功耗有损网络有组成节点功率较低、网络链路不稳定等特点,这些限制对RPL路由协议是极大的挑战.此路由协议作为一个工作组文稿,还存在着许多不足,其中最为突出的问题是针对路由协议建立路由过程中控制消息数量过多.对这个问题进行深入分析,结合路由协议建立向下路由的过程特性,提出了与Rank值相关的改进方法,并对还未完成的路由协议的改进工作提出展望.%RPL routing protocol is a routing protocol proposed by IETF organization for LLN (low power lossy network). The low power lossy network has the characteristics of low power for the nodes and unstable network links, and all these restrictions also constitute great challenges to RPL. The routing process of RPL routing protocol involves uplink and downlink routing establishment process. This routing protocol, although contributes a lot, still has many shortcomings, among which the most prominent problem occur is too many control messages at the establishment of routing process. Based on in-depth analysis of this problem, the Rank value-related improvement is proposed. Finally improvement on the unfinished routing protocols is forecasted.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2017(050)008【总页数】5页(P1714-1718)【关键词】低功耗有损网络;无线传感网;RPL;路由建立【作者】吕琳鸿;孙懋珩;王平【作者单位】同济大学电子与信息工程学院,上海 201804;同济大学电子与信息工程学院,上海 201804;同济大学电子与信息工程学院,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TN929.5;TP212.9无线传感网（Wireless Sensor Networks，WSN）由许多的小体积廉价节点组成。
无线传感网技术与应用-平时作业2
1.121.221.32无线传感网技术与应用-平时作业21.单选题全球通用的ISM频段是（ ）您答对了896MHz 915MHz 2.4GHz 135kHz 答案解析：ISM频段在各国的规定并不统一。
如在美国有三个频段902～928 MHz，2400～2483.5 MHz和5725～5850 MHz，而在欧洲的ISM频段则有部分用于GSM 通信。
2.4 GHz频段（2400 MHz～2483.5 MHz）是全球共同的ISM频段。
（）是连通独立集的代表性算法，采用最大独立集构造连通支配集您答对了EECDS算法CDS-Rule-K算法ASCENT算法SPAN算法答案解析：EECDS（Energy Efficient Connected Dominating Set）是连通独立集的代表性算法，采用最大独立集构造连通支配集。
该算法分为两个阶段：第一阶段创建一个MIS;第二阶段选择连接节点使这独立集连通。
（）是实现传感器网络各种功能的基础和保障您答对了配置管理1.421.52故障管理安全管理性能管理答案解析：故障管理是实现传感器网络各种功能的基础和保障。
故障在传感器网络中十分常见，能量缺乏、连接中断、环境变化、QoS变化、数据处理、物理设备故障、初始配置错误、完整性违例、操作异常、无线干扰、时间异常等导致的故障随时都可能发生。
传感器网络必须有足够的容错能力和鲁棒性，经得起单个节点或网络部分节点发生突发事件的考验。
故障管理涉及故障检测、故障隔离和故障修复。
当传感器网络出现故障的时候，网络管理系统必须能够迅速定位故障发生的位置，分析故障产生的原因，并且尽快采取应对措施。
另外，故障与网络的安全紧密相关，一旦网络受到外来威胁，网络正常行为受到干扰，故障的产生通常比较频繁。
因此故障管理需要结合安全检测，协同处理。
瑞典皇家科学院2003年发布了世界上最小的嵌入式操作系统（）您答对了Windows Contiki Android TinyOS答案解析：瑞典皇家科学院2003年发布了世界上最小的嵌入式操作系统Contiki。
RPL路由协议中基于投票法的黑洞攻击检测算法
Vol. 46, No. 4 A pr，2021火力与指挥控制Fire Control & Command Control第46卷第4期2021年4月文章编号：1002-0640(2021 )04-0078-05RPL路由协议中基于投票法的黑洞攻击检测算法张娴静(郑州工业应用技术学院信息工程学院，郑州451150)摘要:物联网容易遭受多类拒绝服务攻击，其中黑洞攻击是最严重的攻击之一。
为此，提出基于投票法的黑洞 攻击检测算法(Voting Method-based Blackhole Attack Detection, VMBAD)。
通过 VMBAD 算法检测RPL 协议上的黑洞 攻击。
先通过过滤器构建嫌疑节点，再验证嫌疑节点的行为，各节点作出自己的决策意见，并传输到边界路由（Border R outer,B R)。
接收后,BR 利用投票机制融合各节点的决策意见，进行最终的决策，进而判断节点是否为黑洞攻击 节点。
一旦认定为黑洞攻击，就将黑洞攻击节点与网络隔离，使其不参与R PL路由。
仿真结果表明,VMBAD算法能 够有效地检测黑洞攻击节点，并且通过排除攻击节点，提高了数据包传递率。
关键词:物联网,R PL，黑洞攻击，投票机制,数据包传递率中图分类号:TPT393 文献标识码：A D0I：10.3969/j.issn. 1002-0640.2021.04.014引用格式:张娴静.R PL路由协议中基于投票法的黑洞攻击检测算法[J].火力与指挥控制,2021,46(4):78-82. Blackhole Attack Detection Algorithm in RPL Routing Protocal Basedon Voting MethodZhang X i a n-j i n g(Department o f Information Engineering，School o f Zhengzhou Industrial Technology,Zhengzhou 45\\50，China)Abstract:The I n t e r n e t o f t h i n g s i s v u l n e r a b l e t o many DOS attacksAmong them,Bla ck ho le a t t a c ki s one o f t h e s e v e r e s t a t t a c k s.B l a c k h o l e a t t a c k d e t e c t i o n(V M B A D)a l g o r i t h m V o t i n g Method-based i sp r o p o s e d i n t h i s p a p e r F i r s t,t h e s u s p e c t node i s c o n s t r u c t e d t h r o u g h t h e f i l t e r,a n d t h e n t h e b e h a v i o r o f t h e s u s p e c t node i s v e r i f i e d T h e n,each node makes i t s own d e c i s i o n o p i n i o n s and t r a n s m i t s them t o BRAfter r e c e i v i n g them,BR u s e s t h e v o t i n g mechanism t o f u s e t h e d e c i s i o n-making o p i n i o n s o f e a c h node t o make t h e f i n a l d e c i s i o n,a n d t h e n d e t e r m i n e s wh e t h e r t h e node i s a b l a c k h o l e a t t a c k node.Once i d e n t i f i e d a s a b l a c k h o l e a t t a c k no de,t he b l a c k h o l e a t t a c k node i s i s o l a t e d f r o m t h e n e t w o r k s o t h a t i t d o e s n o t p a r t i c i p a t e i n RPL r o u t i n g S i m u l a t i o n r e s u l t s show t h a t V M B A D a l g o r i t h m c a ne f f e c t i v e l y d e t e c t b l a c k h o l e a t t a c k n o de s and i m p r o v e p a c k e t t r a n s m i s s i o n r a t e by e x c l u d i n g a t t a c knodes.Key words:I n t e r n e t o f t h i n g s,R P L,b l a c k h o l e a t t a c k,v o t i n g method,p a c k e t t r a n s m i s s i o n r a t eCitation format:Zhang X J.B l a c k h o l e a t t a c k d e t e c t i o n a l g o r i t h m i n RPL r o u t i n g p r o t o c a l b a s e d o n v o t i n g method[j].F i r e C o n t r o l&Command C o n t r o l,2021,46(4) ：78-82.0引百随着信息技术的发展以及智能设备的微型化，物联网（1111611161〇0'}1丨喂,1〇1')[1]已在智能交通、智慧*农业、康复医疗等领域广泛使用。
改进的基于网络寿命的rpl路由协议
!0!0年1月计算机工程与设计Jan.!O!O第 $1 卷 第 1 期 COMPUTER ENGINEERING AND DESIGNVol. 41 No. 1改进的基于网络寿命的RPL 路由协议严利民，张健，王峰(上海大学微电子研究与开发中心，上海200444)摘 要：为提高无线传感器网络(WSN )的寿命，提出一个能量平衡路由协议的设计方案，该协议不再侧重于最小化所有节点的平均能量消耗，重点识别能量瓶颈节点，最大限度降低其能量消耗以达到网络寿命的最大化。
定义一个估计的预期 寿命(ELT ),用该值度量这些瓶颈节点寿命，通过剩余能量和链路可靠性等约束条件，估计瓶颈节点的平均能耗，选择最优的路径，均衡能量消耗。
实验结果表明，与预期发送次数(ETX )和剩余能量两种协议相比，该协议能够有效延长网 络的寿命。
关键词：无线传感器网络；路由指标；低功耗有损网络路由协议；能量平衡；预期寿命中图法分类号：TP393 文献标识号：A 文章编号：1000-7024 (2020) 01-0001-06doi ： 10. 16208/j. issnl 000-7024. 2020. 01. 001Improved RPL routing protocol based on network lUetimeYAN Limin , ZHANG Jian , WANG Feng(Microelectronic Research and Development Center & Shanghai University , Shanghai 200444 & China)Abstract ： To improve the lifetime of wireless sensor networks (WSN))an energy-balanced routing protocol was proposed. This protocol no longer focuses on minimizing the average energy consumption of all nodes & but focuses on identifying energy bottle neck nodes and minimizing their energy consumption to maximiee network lifetime. An estimated life expectancy (ELT) was de fined and this value was used to measure the life of these bottleneck nodes. Through the constraints of residual energy and link reiabiity &theaverageenergyconsumptionofthebo t enecknodeswasestimated &andtheoptima9pathwasse9ectedtoba9ance the energy consumption. Experimental results show that compared with ETX and residual energy protocols & this protocol can ef fectively extend the network lifetime.收稿日期：2018-11-22；修订日期：2018-12-28基金项目：国家自然科学基金项目(61674100)作者简介：严利民(971-),男，上海人，博士，副教授，研究方向为集成电路设计；张健(1992 -),男，安徽黄山人，硕士研究生, 研究方向为物联网节点研究设计；王峰(1993 -),男，山西阳泉人，硕士研究生，研究方向为AI 自然语义’E-mail ： yanlm@Key words : wireless sensor network (WSN) ; routing metrics ； routing protocol for low power and lossy network (RPL) ； energy ba9ancing #estimatedifeexpectancy (ELT )2引言无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)是 物联网的重要组成部分1，但是，WSN 节点受到能量资源的限制，因此降低节点能耗具有重要意义。
RPL路由技术(2)
• 非存储模式虽然减少了存储空间需求，但增加了每个数据 包的长度，加大了能量和带宽消耗。
• 分析：存储模式vs非存储模式本质上是存储资源与带宽/能 量资源之间的一种权衡（tradeoff）。
RPL 设计理念
• 组建和维护一个 DAG ，以支持MP2P 流
– 支持多后继节点(如树结构) – 满足特殊度量和目标函数要求，寻找最小开销路
径。
• 基于DAG和相关的约束 路由支持 P2MP 流 • 应用MP2P + P2MP 的模式提供P2P
– 可以提供灵活P2P优化机制。
#21
重庆邮电大学
理念1 –DAG
• DAG：有向无循环图 • DAG的节点通过目标函数OF和具体的度量
来计算在DAG图中的深度。 • 深度可以用来估计其在DAG中的位置 （协议
中，Rank表明其层次位置）
#22
重庆邮电大学
理念2 – 转发
• 转发MP2P流至深度更浅的节点，以避免循环。
– 避免出现深度不一致的现象，尽早发现并修正深度不一致性现象 – 充足的冗余
• 转发数据流至相同深度的节点(DAG兄弟节点)， 通过共同 的父节点传送。
G
H
I
• LBR-1 多点传送DIO
• 节点A, B, C 收到后 处理DIO
• 节点A, B, C 分析到LBR-1的 链路度量，并优化目标值。
• 优化目标值需要满足以LBR1为根的DAG。
• 节点A, B, C 将LBR-1 作为 DAG 父节点 并加入此DAG。
#27
重庆邮电大学
DAG 组建
DODAG
• RPL指定了如何在一个LLN中构造DODAG（ Destination Oriented Directed Acyclic Graph， 目标导向的有向非循环图）的过程。
[实用参考]RPL路由协议
![[实用参考]RPL路由协议](https://img.taocdn.com/s3/m/a7470b1cbd64783e08122b1f.png)
额外父节点。
贪婪
➢ 节点B和节点C不要基处于理Ra来nk自更深节点的DIO消息（因
为这样的节点可能在他们自C 己的子DODAG中B ）
14
RPL路由协议的分析
RPL的路由过程
MP2P：优势是支持较小状态路由，节点只需要储存能够到达
DAG root的目的节点信息
Instance2
P2MP：通常被称为外向单播通信 DAG3
10
RPL协议的概述
RPL控制消息
RPL消息是一种新类型的ICMPv6控制消息，结构如下图所示
octets:1 Type
1 Code
2 Checksum
variable Message Body
bits:0-2
3
RPL Type Security
4-7 Reserved
RPL Type
Description
9
RPL协议的概述
网络模型
LBRs
LBRs(Low Power and
Lossy Border Routers) 一个DODAG的根节点， 有能力构建一个DAG，也 可以作为连接因特网和 LLN间的一个网关
能够转发并产 生通信量的一 个设备
RPL定义的三 种类型节点
路由器
Host
能产生通信量 但不能转发的 一个终端设备
B Rank2
1）在从根节点到客户节点的下行方向，广播传输由DODAG
root发起的是 DIO控制消息来建立路由是
Rank1
A
2）将发单送一节传点增播加由客户节点发起处的理D这A个ODI控O 制消息，沿着R上ank 行方到父向节发点集送中到DODAG root
基于OF计算rank
浅析智能物件网络中的RPL路由技术
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。
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网络结构
RPL组织了一个 基于有向无环图的网 络拓扑，DAG定义一 个类似树形的结构， 但DAG结构不仅仅是 一个典型的树，它的 节点可能与多个父节 点相关联。
6
RPL协议的概述
RPL用四个参数来标识和维护一个拓扑
一个RPL实例，由独一无 二的ID定义，一般由一个 或多个DODAGs组成
R1 RPLInstanceID
Rank=3
13
8
RPL协议的概述
RPL协议的特征：结合了mesh和分层结构的拓扑
一方面，基于RPL网络拓扑是固定分层的，它迫使底层 基于父子关系的节点自组织成一个或几个DODAGs
另一方面， RPL支持mesh拓扑，当需要的时候，允许 兄弟节点间的路由代替父子节点间的路由的路由
RPL能够使节点存储一些候选的父节点和兄弟节点，当 被选择的父节点失去了路由能力时，可以使用这些存储 节点来选择新路由。
Description DODAG Information Solicitation (DIS) DODAG Information Object (DIO) Destination Advertisement Object (DAO) Reserved
11
RPL协议的概述
RPL控制消息类型
DIS：用来请求一个来自RPL节点的DIO，还可用于探 索邻近DODAG中的邻居节点 DIO：在一个DODAG root创建一个新的DAG时被使用 DAO：用于传播反向路由信息从而记录上行路径上被访 问的节点
Rank<Own_Rank？ 否 基于OF计算rank 是 改变它的位置并 获取较低的rank 保持它在DODAG 中的位置
Rank2 Rank1
以多播的方式传 输DIO给其它节点
丢弃较低rank的 父节点
13
RPL路由协议的分析
RPL网络管理
依靠数据路径的验证 机制，在RPL路由头 部中设置相关的标志 位，通过这些标志位 容错机制 对于任何M和N节点（M、N是邻居关系）Rank的计算有下面三种情况。 来检测数据的有效性 DODAG A A A 环路避免 ①DAGRank(M)<DAGRank(N)：M节点有把握成为节点 环路检测N的父节点而不 和检测 会出现环路的风险。 ②DAGRank(M)=DAGRank(N) ：在这两个相同Rank节点之间路由出现 DODAG 全球修复 修复 DODAG 的概率会很大。 环路避免 ③DAGRank(M)>DAGRank(N) ： M 可能会出现在 N的sub-DODAG中， 节点B和节点C保持一个Rank足够去依附在它们最佳 C C B B 本地修复 的父节点 A 。而且不允许它们去找任何较深的（坏的） 如果N选择M作为父节点就会出现环路。 拒绝节点 额外父节点。 贪婪 基于Rank 节点B和节点C不要处理来自更深节点的 DIO消息（因 为这样的节点可能在他们自己的子 DODAG中） C B
Rank=1
15
Rank=1
14
Rank=3 Rank=2
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Rank=3
13
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RPL路由协议分析
RPL性能评估
ContikiRPL
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后续工作安排
1、学习Reinforcement learning(RL)算法
17
Thank you！
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7
RPL协议的概述
Internet,IPv6
Instance 1 DAG1 DODAG root1 DAG2 DODAG root2 DAG3
Instance 2
DODAG root3
Rank=0
MP2P
2
5
7
9
P2MP
12
Rank=1
15
Rank=1
3
4
6
8
10
7
Rank=3
14
Rank=2
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RPL路由协议的分析
收到一个DIO
P
DODAG构建过程
DODAG构建是基于邻居节点发现过程，包含了两个主要的操作：
是否第1次收到DIO? 满足标准？ 否 否 丢Байду номын сангаас这个包
B
1）在从根节点到客户节点的下行方向，广播传输由DODAG 是 root发起的 是 DIO控制消息来建立路由 A Rank 处理这个DIO 2）单一传播由客户节点发起的 DAO控制消息，沿着上 将发送节点增加 到父节点集中 DODAG root 行方向发送到
14
RPL路由协议的分析
RPL的路由过程
MP2P：优势是支持较小状态路由，节点只需要储存能够到达 Instance2 DAG root的目的节点信息 P2MP：通常被称为外向单播通信
DAG3 DODAG root3
Rank=0
MP2P
P2P：RPL为DODAG中任何两个节点提供了 点到点通信的机制 P2MP 12
R1
A DODAG C
B
A C
一个整数值，代表了一个节点 的相对于DODAG root的位置， Version N+1 Rank在DAG下行方向上严格地 增加，在上行方向上严格地减 小，一般DODAG root被分配 有最小的Rank
DODAG Version Number
Version N
B
Rank
2
主要内容
1
RPL协议的介绍
RPL协议的概述
2
3
RPL路由协议的分析
后续工作安排
4
3
RPL协议的介绍
设计原理
RPL：IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Loss RPL 是为 LLN 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 制定的原因：针对 LLN(Low power and Loss IPv6路由协议 集合构建以目的节点为导向的有向无环图( Destination Oriented Direct-ed Acyclic Graph，DODAG) 。
制定者：IETF ROLL工
目标函数
定义了RPL节点如何将一个或多个度量翻译成Rank，以及 在DODAG中如何选择并优化路由器
目标函数利用度量和约束条件的集合计算出最优路径。
4
RPL协议的介绍
地址空间
网关设计难度
网络时延
网络吞吐量
RPL引入到WSNs中
5
RPL协议的概述
设计目标
基于采集网络，节 点周期性地发送测量信 息给一个采集节点，和 点到多点通信一样，然 后从中心节点再到LLN 中的设备节点。
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RPL协议的概述
RPL控制消息
RPL消息是一种新类型的ICMPv6控制消息，结构如下图所示
octets:1 Type
bits:0-2 RPL Type
1 Code
3 Security
2 Checksum
4-7 Reserved
variable Message Body
RPL Type 0x00 0x01 0x02 0x03
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RPL协议的概述
网络模型 LBRs
LBRs(Low Power and Lossy Border Routers) 一个DODAG的根节点， 有能力构建一个DAG，也 可以作为连接因特网和 LLN间的一个网关
RPL定义的三 种类型节点 路由器
能够转发并产 生通信量的一 个设备
Host
能产生通信量 但不能转发的 一个终端设备
RPL路由协议
1
研究背景
一种基于IP技术的低功耗无线个人局域网， 结合了IEEE802.15.4和IPv6协议
现有的6LoWPAN有效路由协议：Hydro , Hilow , Dymo-low
存在的问题：现有路由是基于特定应用场景设计的，适用 性不强 人们对一种标准化的解决方法需求与日俱增 IETF ROLL工作组 RPL (Routing Protocol for Low power and lossy networks)
RPLInstanceID G 0 MOP DTSN Version Number Flags DODAGID(128bits) Options Rank Reserved
DIO信息格式
DAO信息格式
RPLInstanceID
K D
Flags
Reserved
DAOSequence
DODAGID(128bits) Options