搜索
龙源期刊网路由协议性能评估作者：胡亚杰高天初李轩来源：《中国新通信》2017年第12期【摘要】文章通过下文对具体环境中，RPL路由协议的性能进行了分析和测。首先介绍了相关的测试环境的软件和硬件参数；然后通过这些软件和硬件，将路由公平性、路由协议、交付率和吞吐率四个性能指标确定了出来，并且，详细的进行了分析，之后，通过这四个指标开展了相应的性能评估活动。【关键词】真实环境RPL路由协议性能评估在无线局域网中，RPL路由协议发挥着重要作用，当前，RPL协议还处在草案阶段，只是一个工作组文稿，还需要进一步的完善与改进。因此，为了能够更好的了解和掌握RPL路由协议，文章通过下文对真实环境下RPL路由协议性能评估的相关内容进行了分析。一、RPL应用规范分析距离矢量的路由协议即为EPL，RPL利用根节点能够将无环有向图构建起来，并且都有一根能够到达根节点的路径被设置到了网络中。通过层级可以表示出根节点和节点的的相对距离。并且，顺着根节点到叶子节点的方向，会逐渐递增节点的各个层级。并且，RPL会通过目标函数将根节点到节点的路径成本确定出来，进而将最合理的路径选择出来。因为RPL协议把路由处理、路由路径和转发分开进行处理。这样在不同场合内都可以灵活的应用RPL。1.1构建DODAG节点因为在定义RPL主要围绕三个节点开展的，主要是路由节点、叶子节点和边缘路由器。在构建DODAG时，首先通过根节点广播控制相关传播消息。构建从叶子节点到各个根节点的路由信息。在根节点接收到DIO以后，这样就会按照DIO内的目标函数，将自身的rank值计算出来，然后按照相关的规则将属于自己的父节点选择出来。然后向DIO消息中更新了自己的rank值后，再次转发DIO信息。1.2构建通信方案对于点对多点、点对点、多点对点的通信模式，RPL都能够给予支持。首先，点对多点。它指的是从跟点到叶子节点或者到路由节点的下行路由策略。为了保护下行路由，各个节点要求对1个路由表进行维护。进而便于对自身的DODAG内的节点地址进行存储。龙源期刊网其次，点对点。DODAG内的任何两点之间的点对点路由都可以通过RPL提供出来，并且，可以从这样两个方面认识理解点对点的路由：其一，如果在源节点的射频范围内控制着节点，这样就会向目的点直接发送源节点。其二，通过节点的村存储模式能够判断出点对点的机制。再次，点对多点，在这种模式中，一般会通过上行路由的方式从多个节点入手发送信息数据。先路经每个节点的父节点，之后向边缘路由器中进入，这样，RPL网络到Internt的连接接口就可以通过边缘路由器提供出来。二、真实环境下PRL路由协议的性能评估对策2.1测试步骤及方法首先利用USB接口将基本的测试程序拷贝到Telosb节点内，将网关和节点连接，作为根节点，剩余节点当作非根节点。然后在实验楼中随机布置这些节点，将一个以楼宇自动化应用场景为背景的中级规模测试网络构建起来，由40个节点构成该网络。待向网络中成功的加入了这些节点后，并将根节点路由建立起来后，将数据发送速率、测试持续时间T和数据包大小等参数设置在网关中，利用网关把有关参数与测试命令发送给根节点，按照节点相全网广播相关参数与命令，非根节点在得到有关命令后，就设置的参数将测试流程打开。在完成一轮测试后，将测试结果收集好，之后对有关测试参数进行调整，再开始全新的一轮测试，直到所有测试都完成后，分析最终收集的数据。2.2相关数据分析如果测试参数不同，吞吐率也会存在差异，如下图，通过这个图能够发现，当在1-16个/秒的时维持数据包发送速率时，节点的发送率和吞吐率之前就会呈现出一种线性关系；如果在16个/秒以上控制发送速率时，尽管吞吐率还在不断变化，然而并非以线性关系出现；如果在20个/秒左右控制发送速率后，就会有非常小的吞吐率，在将数据包的发送速率进一步加大以后，所得到的测试数据表明，会在631.56个/秒左右控制路由协议的最大吞吐率。然后在条件相同的情况下，对RPL路由协议通过相同的数据进行了测试，最后得出路由协议的最大吞吐率是663.32个/秒。作为RPL路由协议的经典，ContikiRPL的应用量在不断增加。相对来讲，TinyRPL路由协议在吞吐率方面会差一点，还有提升和改进的空间。龙源期刊网数据包交付情况通过实践调查得知，如果在1-16个/秒控制数据包发送速率时，就会在0.9011左右控制数据包交付率，如果有50个左右的发送速率时，只有0.3138的数据包发送成功率；在持续增大了发送速率后，就会不断降低数据包交付率，一直到接近0。测试结果表明，在较低的网络负载情况下，TinyRPL路由协议的包交付率最高才达到0.95，这就表明，在包交付方面，TinyRPL还较为欠缺，为了能够投入应用，还有很多地方需要完善。相对来讲，ContikiRPL的包交付率会好很多，0.9654是它最大的包交付率。2.4分析路由协调性通过相应的测试表明，不但数据包的发送速率会影响到路由公平性，最大的网络跳数也会影响到路由协议的公平性。如果在1处控制网络的最大的跳数，这样，通过一跳将各个节点发送的数据向节点内转发，在0.015左右控制路由公平性，表现比较优越。如果在3处控制网路的最大跳数，这样在相应的提升了数据包发送速率后，路由公平性也会逐渐降低。这就说明，有较大的节点跳数存在于根节点中，这样就很难向根节点出发送数据。2.5路由协议开销网络内各个节点路由协议开销的随时间变化情况可以用下图来表示，通过下图分析得知，起初的时候，路由协议有着较大的开销，这是由于各个节点要多次交换相应的控制信息构建路由。最高会在250字节/秒控制一跳类节点的路由协议。再次测试证明，随着网络规模的增加，这个最大值也会发生变化，大概在过了50秒后，就会完全建成全网的路由，也可以稳定的运行网络拓扑结构，进而开始渐渐降低路由协议开销，最后控制在26字节/秒左右。龙源期刊网三、技术应用展望同现阶段的研究成果相结合，需要进一步研究以下几个方面：1、对多跳网络环境下生成路径的算法进行研究，科学的选择路由设备，从而将数据包的达到率提升，将多跳网络环境内的路由公平性增强。2、完善与改进测试系统，降低由于测试系统引入的误差和干扰，将测试结果的精度提升。对国外最新的PrograminAir成果进行参考，将远程更新模块添加到测试系统中，通过无线信道更新节点，将节点部署速度提升，从而将实验成本降低。3、文章主要在单一的网络环境下对TinyRPL路由协议的性能进行的测试，所得到了结果只有参考价值，所以，应该在一定的规模下完成更深层次的研究，在各种网络覆盖的真是场景下完成。4、更加深入的对比分析和测试ContikiRPL与TinyRPL协议，对它们在多种应用场景下的实际表现情况进行研究，找出其中的优点和不足，将商用级RPL路由协议设计出来。四、结语文章通下文对路由协议数据包交付率、路由协议开销、路由协议吞吐率和路由公平性的一些性能进行了评价与分析。在吞吐率方面，TinyRPL路由协议还是能够满足需求的，再者就是数据包交付率，通过分析得知，在0.9021控制着TinyRPL路由协议最高数据包交付率，对比其他路由协议，它的性能较差，然后就是公平性，在发送速率较低的情况下，TinyRPL路由协议有着比较优越的公平性。那么，路由协议开销中，在开始运行网络时，路由协议会有较大的开销，然而，在稳定了整个网络后，就会降低路由协议开销。总的来讲，在路由协议开销、吞吐率方面，TinyRPL路由协议性能是非常优越的。但是，在路由公平性与数据包交付率方面，还有待于进一步完善和改进。参考文献[1]李树军.真实环境下RPL路由协议性能评估[J].长春理工大学学报（自然科学版）：897-898.[2]张西红，角阳飞，高彦彦.基于Tinyos的传感器网络程序实例开发[J].无线电通信技术.2009（01）：632-633.[3]李建，周颢，赵保华.路由协议一致性测试系统研究及实现[J].计算机工程与应用.2015（16）：666-667.龙源期刊网[4]倪淑燕，李春月，廖育荣，陈帅.一种适用于高空平台通信网的抗毁路由协议[J].装备学院学报.2017（01）：321-322.[5]刘峰.AdHoc典型路由协议仿真实现与性能分析[J].软件导刊.2017（01）：369-371.[6]李楠，宋科，陈佃军.一种自组织网络DSR路由协议改进方法的研究[J].电子技术应用.2013（07）：952-953.[7]孙志.无线Mesh网络中基于分簇的多约束QoS路由协议[J].计算机应用.2011（03）：412-413.[8]胡芹艳，尹长川.无线传感网络中的RPL路由协议研究[J]物联网技术.2014（01）：521-522.[9]朱琳，高德云，罗洪斌.无线传感器网络的RPL路由协议研究[J].计算机技术与发展.2012（08）：987-988.[10]王祖良，张婷，田川，郑林华.基于码分多址接入的无线移动自组网吞吐量性能分析[J].计算机应用研究.2017（11）：231-232.