静的コンテキストヘッダー圧縮

静的コンテキストヘッダー圧縮 (SCHC)は、 IETFの IPv6 over LPWAN ワーキンググループで定義された標準の圧縮および断片化メカニズムです。 IPv6 / UDP / CoAPパケットの圧縮と断片化を提供し、低電力広域ネットワーク (LPWAN)経由での送信を可能にします。

LPWANに合わせた圧縮方式

LPWANについて

低電力広域ネットワーク ( LPWAN ) は、モノのインターネット(IoT) 向けにカスタマイズされた接続技術を集約し、次のことを可能にします。

長距離通信（最大40km）
非常に低いエネルギー消費（デバイス側）
およびエネルギー効率（ネットワークの場合）。

これらの機能を実現するためのトレードオフには、サポートされるスループットとパケットサイズの点で厳しい制限が含まれます。^[1]また、LPWANでは、バッテリーを節約するためにデバイスがほとんどの時間休止状態にあり、短時間のみデータを送受信するために断続的に起動するため、伝送方式に制限があります。

その結果、LPWAN は、それぞれの特性に合わせて調整された特定のプロトコルを使用します。最も重要なのは、数十億の IoT 接続デバイスにアドレスを割り当てるために設計されたIPv6 を伝送できないことです。

IETF圧縮標準

2000 年代初頭、IETF は圧縮と断片化に関する成熟した標準規格の最初の波を作成しました。

2001年のRoHC （堅牢なヘッダー圧縮）
2007 年には6LoWPAN (低電力無線パーソナルエリアネットワーク上の IPv6) が導入されました。

しかし、これらの圧縮方式はLPWANの特性に適合できません。^[2]^[3]^[4]

SCHCは、フィールド処理に高い柔軟性を提供するRoHCコンテキストの利点と、相手側で既知のフィールドの通過を回避する6LoWPAN操作の利点を関連付けます。^[4]

SCHC圧縮

SCHC は、 LPWANの特性 (ルーティングなし、トラフィック形式とメッセージの内容が非常に予測可能) を活用して、オーバーヘッドを数バイトに削減し、ネットワークトラフィックを節約します。

SCHC 圧縮は、コンテキストの概念に基づいています。コンテキストとは、通信コンテキスト (ヘッダーフィールド)を記述する一連のルールです。コンテキストは、エンドデバイスとコアネットワークの両方で共有され、事前にプロビジョニングされます。「静的コンテキスト」では、ルール記述が送信中に変更されないことが前提となっています。このメカニズムにより、ほとんどの場合、IPv6/UDP ヘッダーは小さな識別子に縮小されます。

SCHC の断片化

圧縮だけでは不十分な場合、SCHC は次の 3 つの異なる方法で動作する断片化メカニズムを提供します。

ノーアク

このモードでは、SCHC パケットは複数のフラグメントに分割され、受信側に盲目的に送信されます。受信側が 1 つのパケットを見逃した場合、送信されたパケットを再構築することはできません。

エラー時の確認

このモードでは、「ウィンドウ」の概念が使用され、ウィンドウには定義済みのサイズがあり、受信側は受信したウィンドウまたはウィンドウの部分をカウントできます。受信側は送信側から最後のフラグメントを受け取った時点で、パケットのどの部分が失われたかを計算し、それを説明するメッセージを送信側に送信します。その後、送信側は失われたパケット部分の再送信を初期化します。

いつも

Ack-Always モードでは、Ack-On-Error と同じ再送信メカニズムが使用されますが、再送信は送信の最後ではなく各ウィンドウに対して実行されます。

標準化の取り組み

静的コンテキストヘッダーの圧縮と断片化のための汎用フレームワーク (RFC 8724) が 2020 年 4 月に公開されました。この規格では、すべてのLPWANテクノロジー、さらに一般的にはすべてのインターネットネットワークで使用できる汎用フレームワークについて説明しています。

実装されたプロトコルと基盤となる LPWAN テクノロジーに応じて SCHC のパフォーマンスを最適化するために、標準パラメータ設定と動作モードを定義するための追加作業が行われます。

RFC 9011: LoRaWAN 経由の SCHC
RFC 8824: CoAP の SCHC
RFC 9363: SCHC の YANG データモデル
RFC 9391: NB-IoT 上の SCHC
Sigfox 経由の SCHC
IEEE 802.15.4 ネットワーク上の SCHC
SCHC を使用した LPWAN の OAM

2022年5月17日、LoRaアライアンス（モノのインターネット低電力広域ネットワークのオープンLoRaWAN®標準を支援する企業の世界的な協会）は、LoRaWANがエンドツーエンドでインターネットプロトコルバージョン6（IPv6）をシームレスにサポートするようになったことを発表しました。^[5] IPv6でデバイスからアプリケーションへのソリューションの幅を広げることで、LoRaWANの対応可能なIoT市場も広がり、スマート電力計測に必要なインターネットベースの標準や、スマートビルディング、産業、物流、家庭の新しいアプリケーションが含まれます。アライアンスは、SCHCを適応層として使用して、LoRaWANエンドデバイスがLoRaWAN経由でIPv6ベースのスタックを使用できるようにする方法を説明した技術仕様TS 10–1.0.0をリリースし^[6]、認証プログラムを拡張して、SCHC over LoRaWAN® Enabling IPv6ソリューションを含めました。^[7]

さらに、SCHCは、DLMSユーザー協会とLoRaアライアンスがスマートメータ業界向けに共同で実施している標準化活動にも採用されています。^[8]^[9]

参照

LPWAN : 低電力広域ネットワーク
IPv6 : インターネットプロトコルのバージョン 6
6LoWPAN : 低電力無線パーソナルエリアネットワーク上の IPv6
RoHC : 堅牢なヘッダー圧縮
CoAP : 制約付きアプリケーションプロトコル

参考文献

^ Farrell, Stephen (2018 年 5 月). 「RFC 8376: 低電力広域ネットワーク (LPWAN) の概要」. IETF .
^ Sanchez-Gomez, Jesus; Gallego-Madrid, Jorge; Sanchez-Iborra, Ramon; Santa, Jose; Skarmeta, Antonio F. (2020年1月). Sanchez-Iborra (編). 「LPWANにおけるSCHC圧縮と断片化の影響：LoRaWANのケーススタディ」.センサー. 20 (1): 280. Bibcode :2020Senso..20..280S. doi : 10.3390/s20010280 . PMC 6982818. PMID 31947852 .
^ Gomez, Carles; Minaburo, Ana; Toutain, Laurent; Barthel, Dominique (2019 年 10 月). 「IPv6 over LPWANs: 低電力広域ネットワークをモノのインターネットに接続する」. IEEE Wireless Communications . 27 : 206–213. doi :10.1109/MWC.001.1900215. hdl : 2117/185281 . S2CID 212649280.
^ ab 「IP over LoRaWAN によるエンドツーエンドネットワークの構築」。LoRaWAN® が超低電力ワイヤレスアプリケーションを強化 (電子書籍)。2019 年。80 ～ 88 ページ。ASIN B081RPM4DK 。
^ LoRa Alliance® (2022-05-17). 「LoRa Alliance® が IPv6 Over LoRaWAN® を開始、LoRaWAN の幅広い新市場を開拓」LoRa Alliance® . 2022-07-12閲覧。
^ 「TS010-1.0.0 IPv6アダプテーションレイヤー」。resources.lora-alliance.org。2022年5月6日。 2022年7月12日閲覧。
^ Hinz, Brooke (2022-11-28). 「LoRa Alliance® が認証プログラムを拡張し、LoRaWAN® 対応 IPv6 ソリューションを SCHC over に含めました」。LoRa Alliance® 。2023 年 1 月 9 日閲覧。
^ Rémi, Demerlé (2020 年 6 月)。「DLMS Over LoRaWAN®: 概要と重要性」。
^ 「LoRaWAN上で動作する初のDLMSスマート電気メーターが発表」。Smart Energy International。2020年10月29日。

外部リンク

IETF の IPv6 over Low Power Wide-Area Networks (LPWAN) ワーキンググループ
RFC 8724 – SCHC: 静的コンテキストヘッダーの圧縮と断片化のための汎用フレームワーク
RFC 9011 – LoRaWAN 上の SCHC
RFC 8824 – CoAP の SCHC
RFC 9363 – SCHC の YANG データモデル
RFC 8376 – 低電力広域ネットワーク (LPWAN) の概要

[1] Farrell, Stephen (2018 年 5 月). 「RFC 8376: 低電力広域ネットワーク (LPWAN) の概要」. IETF .

[2] Sanchez-Gomez, Jesus; Gallego-Madrid, Jorge; Sanchez-Iborra, Ramon; Santa, Jose; Skarmeta, Antonio F. (2020年1月). Sanchez-Iborra (編). 「LPWANにおけるSCHC圧縮と断片化の影響：LoRaWANのケーススタディ」.センサー. 20 (1): 280. Bibcode :2020Senso..20..280S. doi : 10.3390/s20010280 . PMC 6982818. PMID 31947852 .

[3] Gomez, Carles; Minaburo, Ana; Toutain, Laurent; Barthel, Dominique (2019 年 10 月). 「IPv6 over LPWANs: 低電力広域ネットワークをモノのインターネットに接続する」. IEEE Wireless Communications . 27 : 206–213. doi :10.1109/MWC.001.1900215. hdl : 2117/185281 . S2CID 212649280.

[:0-4] 「IP over LoRaWAN によるエンドツーエンドネットワークの構築」。LoRaWAN® が超低電力ワイヤレスアプリケーションを強化 (電子書籍)。2019 年。80 ～ 88 ページ。ASIN B081RPM4DK 。

[5] LoRa Alliance® (2022-05-17). 「LoRa Alliance® が IPv6 Over LoRaWAN® を開始、LoRaWAN の幅広い新市場を開拓」LoRa Alliance® . 2022-07-12閲覧。

[6] 「TS010-1.0.0 IPv6アダプテーションレイヤー」。resources.lora-alliance.org。2022年5月6日。 2022年7月12日閲覧。

[7] Hinz, Brooke (2022-11-28). 「LoRa Alliance® が認証プログラムを拡張し、LoRaWAN® 対応 IPv6 ソリューションを SCHC over に含めました」。LoRa Alliance® 。2023 年 1 月 9 日閲覧。

[8] Rémi, Demerlé (2020 年 6 月)。「DLMS Over LoRaWAN®: 概要と重要性」。

[9] 「LoRaWAN上で動作する初のDLMSスマート電気メーターが発表」。Smart Energy International。2020年10月29日。