6LoWPAN

6LoWPAN（「IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks」の略） ^[1]は、インターネット技術特別調査委員会（IETF）のワーキンググループでした。 ^{[2]これは、}インターネットプロトコル（IP）を最小のデバイスにも適用することを目的として作成され、 ^{[3]処理能力が限られた低電力デバイスでも}モノのインターネットに参加できるようになりました。^[1]

6LoWPANグループは、カプセル化、ヘッダー圧縮、近隣探索、およびIEEE 802.15.4ベースのネットワーク上でIPv6を動作させるためのその他のメカニズムを定義しました。IPv4およびIPv6プロトコルは、通常、それらが動作する物理層およびMAC層を気にしませんが、IEEE 802.15.4で定義されている低電力デバイスと小さなパケットサイズでは、これらの層に適応することが望ましいです。^[4]

6LoWPAN IETF グループによって開発された基本仕様はRFC 4944 です (ヘッダー圧縮を含むRFC 6282、近隣探索最適化を含むRFC 6775 、選択的フラグメント回復を含む RFC 8931によって更新され、 RFC 8025 とRFC 8066に小さな変更が加えられています )。問題記述文書はRFC 4919 です。6LoWPAN 技術を使用した Bluetooth Low Energy 経由の IPv6 については、 RFC 7668で説明されています。

応用分野

低電力無線通信用の IPv6 ネットワークのターゲットは、消費電力が非常に限られているデバイスで、より低いデータレートで他の多くのデバイスとワイヤレス接続する必要があるデバイスです。RFC 6282 のヘッダー圧縮メカニズムは、IPv6 パケットがこのようなネットワークを通過できるようにするために使用されます。

IPv6 はスマートグリッドでも使用されており、スマートメーターやその他のデバイスがマイクロメッシュネットワークを構築してから、IPv6 バックボーンを使用してデータを課金システムに送り返すことができます。これらのネットワークの一部は IEEE 802.15.4 無線で動作し、RFC6282 で指定されているヘッダー圧縮とフラグメンテーションを使用します。^{[引用が必要]}

糸

Threadは、ホームオートメーションを可能にするために6LoWPAN上で実行されるプロトコルの50社以上のグループによる標準です。仕様は2022年6月24日時点で無料で利用できます^{[アップデート]}が、プロトコルを実装するには有料のメンバーシップが必要です。^[5]^[6]仕様のバージョン1.0は2015年10月29日に公開されました。^{[5]このプロトコルは、}Z-WaveおよびZigbee IPと最も直接的に競合します。^[7]Matter標準を使用するIoTデバイス通信では、Threadは2つの可能な無線トランスポート層の1つです。

機能

IP のすべてのリンク層マッピングと同様に、RFC4944 はさまざまな機能を提供します。L2 ネットワークと L3 ネットワーク間の通常の相違点に加えて、IPv6 ネットワークから IEEE 802.15.4 ネットワークへのマッピングには追加の設計上の課題があります ( 概要については RFC 4919 を参照してください)。

2つのネットワークのパケットサイズを適応させる

IPv6では、リンク最大転送単位（MTU）が少なくとも1280オクテットである必要があります。^[8]対照的に、IEEE 802.15.4の標準フレームサイズは127オクテットです。最大25オクテットのフレームオーバーヘッドと、リンク層でのオプションだが強く推奨されるセキュリティ機能により、AES -CCM-128の場合は最大21オクテットの追加オーバーヘッドが発生します。これにより、上位層に残るのは81オクテットだけです。これは1280よりはるかに少ないため、6LowPANはフラグメンテーションおよび再構成層を定義します。さらに、標準のIPv6ヘッダーは40オクテットの長さであるため、ヘッダー圧縮も定義されています。

アドレス解決

IPv6 ノードには、任意の長さのネットワークプレフィックスを通じて、階層的に 128 ビットのIP アドレスが割り当てられます。IEEE 802.15.4 デバイスは、IEEE 64 ビット拡張アドレス、または関連付けイベント後に PAN 内で一意の 16 ビットアドレスのいずれかを使用できます。物理的に共存する IEEE 802.15.4 デバイスのグループには、PAN-ID もあります。

異なるデバイス設計

IEEE 802.15.4デバイスは、コストを削減し (多数のデバイスによる大規模なネットワークが可能)、消費電力を削減し (バッテリー駆動のデバイスが可能)、柔軟なインストール (身体装着型ネットワーク用の小型デバイスなど) を可能にするために、フォームファクタが意図的に制限されています。一方、IP ドメインの有線ノードはこのような制限を受けず、より大きくすることができ、主電源を利用できます。

パラメータ最適化への焦点の違い

IPv6 ノードは高速化を目指しています。TCP /IPの TCP カーネルなどの上位層に実装されたアルゴリズムとプロトコルは、輻輳などの一般的なネットワークの問題を処理するように最適化されています。IEEE 802.15.4 準拠のデバイスでは、エネルギー節約とコードサイズの最適化が引き続き最優先事項となっています。

相互運用性とパケット形式のための適応層

IPv6 ドメインと IEEE 802.15.4 間の相互運用性を可能にする適応メカニズムは、レイヤーの問題として捉えるのが最も適切です。このレイヤーの機能を特定し、必要に応じて新しいパケット形式を定義することは、魅力的な研究分野です。RFC 4944 では、 IEEE 802.15.4 ネットワーク上で IPv6 データグラムの送信を可能にする適応レイヤーを提案しています。

管理メカニズムへの対応

IPv6 と IEEE 802.15.4 という 2 つの異なるドメイン間で通信するデバイスのアドレスの管理は、非常に複雑ではないにしても面倒です。

6LoWPAN のメッシュトポロジのルーティングの考慮事項とプロトコル

ルーティング自体は、低電力 IP ネットワーキングで考慮される 2 段階の問題です。

パーソナルエリアネットワーク (PAN) 空間でのメッシュルーティング。
IPv6 ドメインと PAN ドメイン間のパケットのルーティング可能性。

6LoWPANコミュニティでは、LOAD、^[9]、 DYMO-LOW、^[10]、 HI-LOW ^[11]など、いくつかのルーティングプロトコルが提案されています。しかし、現在、大規模な展開に適したルーティングプロトコルは、ITUの勧告ITU-T G.9903に基づいて標準化されたLOADng ^[12]と、 IETF ROLLワーキンググループによって標準化されたRPL ^{[13]の2つだけです。}^[14]

デバイスとサービスの検出

IP 対応デバイスはアドホックネットワークの形成を必要とする場合があるため、近隣デバイスの現在の状態と、そのようなデバイスがホストするサービスを把握する必要があります。 IPv6 近隣探索拡張は、この分野への貢献として提案されたインターネットドラフトです。

安全

IEEE 802.15.4ノードはセキュアモードまたは非セキュアモードで動作することができます。仕様では、異なるセキュリティ目的を達成するために、アクセス制御リスト（ACL）とセキュアモードの2つのセキュリティモードが定義されています^[15]

参照

DASH7アクティブ RFID 標準
MyriaNed低電力、生物学にヒントを得たワイヤレス技術
LoRaWAN は、接続されたオブジェクト間の低ビットレート通信を可能にするため、モノのインターネット、マシンツーマシン (M2M)、スマートシティに貢献します。
Nest LabsがIEEE 802.15.4と6LoWPANに基づいて提案したスレッド（ネットワークプロトコル）標準
静的コンテキストヘッダー圧縮(SCHC)

参考文献

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さらに読む

6LoWPANの相互運用性
LowPan 近隣探索拡張
TinyOS ベースのセンサーを IPv6 インターネットに接続するためのシリアル転送アプローチ
GLoWBAL IPv6: モノのインターネットにおける適応型で透過的な IPv6 統合ダウンロード
モノのインターネット (IoT) 分野における IETF 標準化: 調査ダウンロード

外部リンク

インターネット技術タスクフォース (IETF)
6lowpanワーキンググループ
6lowpan.tzi.org

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