在物聯網項目中，4G工業路由器如何布點才能達到網絡穩定和高性價比的雙重目標呢?通過了解物聯網網絡的通訊數據原理和整體網絡IP通訊布局，可以解決這個問題。
從數據源源到接收器的數據路由是任何大規模無線傳感和物聯網(IoT)解決方案不可或缺的一部分。在此類低功率有損網絡(LLN)應用中使用的未插拔和/或移動嵌入式設備始終在可用功率方面受到嚴格限制。因此，高效的數據路由對于任何長期的可持續解決方案都至關重要。
許多大型無線數據采集和驅動相關的應用程序都使用低功耗的嵌入式設備。這些應用包括精密農業，樓宇管理/工業自動化，車輛自組織網絡(VANET)以及城市網絡/能源和水網，以建設更智能的城市。在這些無線傳感器網絡中，嵌入式設備在嚴格的能量約束下運行，從而導致計算，存儲和與無線電傳輸相關的約束。他們還通過有損渠道進行交流。
此類應用中的低功耗嵌入式設備并非孤立運行，通常是較大的無線網絡的一部分，通常涉及數百或數千個其他類似設備(或現場節點)。這些現場節點可以在任意時間進入或離開網絡。因此，無線路由解決方案應具有高能效，可擴展性和自主性。
低功率有損網絡(LLN)通常由彼此無線通信的傳感器，執行器和路由器組成。但是，與傳感器和執行器不同，路由器通常不受(長期)資源限制。將LLN連接到更廣泛的Internet基礎結構的路由器稱為LLN邊界路由器(LBR)。
LLN內的流量模式和數據流是高度定向的。可以將模式定義為多點對點流量(MP2P)，點對多點流量(P2MP)或點對點流量(P2P)。例如，在MP2P流量中，來自多個傳感節點的傳感信息通過LBR路由到Internet應用程序。當從Internet(LLN外部)發出查詢請求并通過LBR和LLN路由器將其路由到多個現場節點時，會觀察到P2MP流量。當需要將控制信息發送到特定的執行器或從特定的傳感器接收到警報信息時，就會發生P2P通信。
互聯網工程任務組(IETF)成立了工作組(WG)，以更好地了解應用場景的節能路由協議要求，例如城市/城市范圍的網絡，樓宇自動化/管理系統，工業自動化系統和家庭自動化。
許多與城市感知有關的項目都希望監視和跟蹤我們許多城市資源和環境狀況。麻省理工學院“感性城市”實驗室正在運行多個項目，以了解“實時城市”以監控“清除鏈”，這與產品供應鏈相反，例如“垃圾演講”和“實時羅馬”。1 IBM一直在全球100多個城市中實施其智能城市技術。
像這樣的城市聯網應用程序代表了一種特殊的LLN，它們具有一組獨特的無線路由要求。羅馬實時項目使用匯總的來自移動電信運營商的人員密度數據和通過蜂窩塔連接通信的公共巴士的GPS位置數據。
但是，要構建一個可持續的解決方案以允許數據收集，匯總和顯示，就需要實現一個低功耗的網狀網絡，該網絡可以在無線連接并使用低能耗電源供電的設備之間路由數據。RFC文檔描述了城市LLN的關鍵功能和路由要求：
? 節點部署：在典型的城市網絡部署中，會部署成百上千個具有預編程功能的節點。在推出之前或之后，網絡初始化階段可以包括地址的分配，網絡中的(分層)角色，同步以及日程安排的確定。推出后，在最終的拓撲結構中，可能會有一些節點可以通過多個(冗余)路徑進行連接，而其他一些節點則可能依賴關鍵鏈接來實現連接。路由協議應考慮這些因素，并以盡可能低的能源成本支持自組織和自配置。
? 節點的關聯和解除關聯：在初始化階段之后，節點可以在任意時間加入或離開網絡。路由協議還應該能夠處理故障節點可能影響或危及整體路由效率的情況。
? 定期測量報告：大多數現場節點均配置為定期(每小時，每天一次等)報告其讀數。數據路由的計算和選擇可以取決于感測到的數據，報告的頻率，節點中剩余的能量數量，能量清除節點的充電模式或其他因素。
? 查詢的測量報告：外部應用程序可以在城市網絡上啟動查詢。例如，可能需要知道特定點或沿給定道路的污染水平。往返時間很重要，即從從節點啟動查詢到將測量數據傳遞到節點的時間。(延遲不是很嚴格，但是應小于報告間隔。)
? 警報報告：通常，感測節點可能會測量被分類為警報的事件，通常是在感測到的數據超過閾值時。報告警報的路由必須是單播(向LBR)或多播(向多個LBR)。
? 可伸縮性：路由協議必須能夠支持數百至數萬個傳感器節點的現場部署，而不會使選定的性能參數惡化到可配置閾值以下。
? 參數約束路由：協議必須能夠播發可用于路由決策的節點功能(CPU，內存大小，可用電池電量)。需要現場節點來動態計算，選擇和安裝指向同一目的地的不同路徑，具體取決于流量的性質。
? 支持自主和外來配置：鑒于節點數量眾多，手動配置每個節點是不可行的。規模和可能的拓撲結構的數量要求網絡根據一些先前定義的規則和協議進行自組織和自配置，并允許外部觸發的配置。
? 支持高度定向的信息流：城市網絡通常通過LBR將檢測到的數據從現場節點路由到基于Internet的應用程序。隨著節點在空間上的分散以及數據越來越接近LBR，最靠近LBR的節點中的流量集中度增加，從而導致這些節點中的負載不平衡。路由協議必須能夠通過動態計算并選擇通往同一目的地的多條路徑來容納流量突發。
? 支持多播和任意播：路由協議必須具有一種尋址方案，該方案可以支持到單個現場設備的路由(單播)，到訂閱同一組的一組節點的集合(多播)，以及路由到多個所有這些都可以通過相同的Internet協議(IP)地址(任意播)進行尋址。
? 網絡動態性：現場節點可以動態地關聯，分離或從城市網絡中消失。現場節點動態不應影響整個網絡中的路由，因此路由協議應具有適當的更新機制，以通知現場節點狀態的變化。協議應使用此信息來執行所需的路由級別重組和重新配置，以維持總體路由效率。
? 延遲：路由協議應支持根據不同的延遲/延遲要求進行路由的能力。只要信息到達時間與報告時間成比例，城市網絡就可以容忍延遲。(如果時間是每隔幾個小時，則延遲可能會是幾秒鐘。)
RPL的核心是將其拓撲結構組織為一個有向非循環圖(DAG)，該圖被分為一個或多個面向目的地的DAG(DODAG)，每個接收器一個DODAG (見圖)。DODAG中的每個節點(類似于IoT解決方案中的路由設備)具有一個節點等級，該等級定義了該節點相對于DODAG根相對于其他節點的位置。
計算RPL節點等級的確切方法取決于DAG的目標函數(OF)。OF定義了如何使用路由指標，優化目標和相關功能來計算排名。從本質上講，OF決定了DODAG的形成。使用作為ICMPv6消息傳輸的控制消息來構建RPL拓撲。三個關鍵的RPL控制消息是：
?DODAG信息請求(DIS)：DIS從RPL節點請求DODAG信息對象(DIO)。
?DODAG信息對象(DIO)：DIO包含允許節點發現RPL實例，了解其配置參數，選擇DODAG父集并維護DODAG的信息。
?目標廣告對象(DAO)：DAO用于沿DODAG向上傳播目標信息。
為了構建DODAG拓撲，節點可以使用DIS消息來請求DIO，或者節點可以定期發送鏈路本地多播DIO消息。然后，節點偵聽DIO，并使用其信息加入新的DODAG或維護現有的DODAG。根據DIO中的信息，節點選擇父節點，以最小化到DODAG根的路徑開銷。
RPL的成功實施可以使IoT解決方案實現其既定的目標功能和目標。在RPL的范圍內，一個典型的目標是根據特定的OF構造DODAG，并保持與一組主機的連接。RPL特別針對MP2P和P2MP流量模式進行了優化。節點是無狀態的，并且每個節點中存儲的路由狀態信息最少。在選擇路徑時，RPL還考慮了鏈接和節點屬性。而且，鏈接故障不會觸發全局網絡重新優化。
對于大規模物聯網部署(涉及數千個節點并分布在較大的地理區域)，當路由設計和實現考慮到RPL中可用的各種功能、功能和屬性時，物聯網解決方案的電池壽命為年。
使用基于IP的網絡的可能性可以大大降低與無線IoT通信相關的能源和成本，否則將需要昂貴的移動塔式連接和基于GSM / EDGE的通信。這種RPL實施可能會極大地改變IoT解決方案在城市傳感網絡等應用中的部署。
RPL拓撲包括具有多個根且沒有循環的DAG和DODAG，或以單個目標為根的DAG(無輸出邊緣)。
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