6LoWPAN

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6LoWPAN ist ein Akronym für „IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network“ (engl.: IPv6 für WPAN mit niedrigem Energieverbrauch).[1] 6LoWPAN ist ein Kommunikationsprotokoll zur Funkdatenübertragung und eine Arbeitsgruppe der IETF, die für diesen Standard zuständig ist.

Der Standard umfasst dabei auch Header-Kompressionsverfahren, die es effizienter machen, IPv6-Pakete über IEEE-802.15.4-basierende Netzwerke zu übermitteln. Das Internet-Protokoll ist dabei Grundlage für die Netzstrukturen des Internets und für lokale Netze. 6LoWPAN verfolgt das Ziel, drahtlose PANs mit möglichst geringem Aufwand in bestehende Netze integrieren zu können.

Die Basisspezifikation des Protokolls, die von der 6LoWPAN-Arbeitsgruppe der IETF entwickelt wurde, ist im RFC 4944 festgehalten. Einige Probleme des 6LoWPAN sind im RFC 4919 aufgeführt. Da die Header-Komprimierung aus dem ursprünglichen Entwurf (HC1) nur in wenigen Fällen zu guten Ergebnissen führt, wurde in RFC 6282 eine neue Methode eingeführt (IPHC) und die alte soll nicht mehr verwendet werden.

6LoWPAN-Adaption-Layer[Bearbeiten]

6LoWPAN-Stack im OSI-Modell

Die Hauptkomponente des 6LoWPAN-Protokolls ist der 6LoWPAN-Adaption-Layer, der auf der Vermittlungs Ebene des OSI-Modells arbeitet und Aufgaben wie Header-Komprimierung, Paket-Fragmentierung und -defragmentierung, sowie Routing in Mesh-Netzwerken übernimmt.

Header-Komprimierung[Bearbeiten]

Von den 127 Byte der Maximum Transmission Unit (MTU) werden 25 für den MAC-Layer verwendet. Durch einen optionalen weiteren Layer, der für AES-CCM-128 Verschlüsselung weitere 21 Byte belegt, bleiben nur 81 Byte für die darüber liegenden Layer. Der IPv6-Header benötigt 40 Byte, der UDP-Header weitere 8 Byte, wodurch für Nutzdaten nur noch 33 Byte zur Verfügung stehen. Durch die Kompromierung der IPv6- und UDP-Header von 6LoWPAN können diese beiden Header im Idealfall bis auf 7 Byte komprimiert werden.

Paket-Fragmentierung und -defragmentierung[Bearbeiten]

IPv6 erfordert eine MTU von mindestens 1280 Bytes. IEEE 802.15.4 sieht jedoch nur eine Paketgröße von 127 Byte vor. Der 6LoWPAN-Adaption-Layer ermöglicht eine transparente Fragmentierung der IP-Pakete, so dass diesen virtuell eine größere MTU zur Verfügung steht.

Routing[Bearbeiten]

Mesh mit Internetanbindung (6LoWPAN-Gateway)

IP-Routing in Vermaschten Netzen (Meshs) mit beweglichen Knoten wirft zwei Teilprobleme auf:

  • Aktualisierung der Routingtabellen durch das sich ständig verändernde Mesh
  • IPv6-Routing, um die Erreichbarkeit der einzelnen Knoten aus dem Internet zu gewährleisten

Mesh-Routing[Bearbeiten]

6LoWPAN bietet die Möglichkeit, das Routing durch ein Mesh-Netzwerk zu übernehmen. Hierfür wird vor die Fragmentierungs- und Komprimierungs-Header ein Mesh-Header gesetzt, der die Start- und Ziel-ID der Knoten sowie die Anzahl der übrigen Sprünge enthält. Diese Form des Routings wird mesh under genannt.

Die Start- und Ziel-ID der Knoten ist bei mesh-under keine IP-Adresse, sondern z.B. die MAC-Adresse der einzelnen Knoten.

Für die Identifizierung der Knoten beim Routing werden also Informationen (MAC-Adresse) aus der Data Link Layer und damit dem Bereich der Netzwerktechnologie (IEEE 802.15.4) verwendet. Darum auch der Name mesh under-Routing.

Für mesh under-Routing werden spezielle Algorithmen entwickelt, die die Beweglichkeit der Netzwerkknoten berücksichtigen. Einer der verbreitetsten ist der Distanzvektoralgorithmus. In 6LoWPAN wird im 6LoWPAN Ad hoc Routing Protocol (LOAD) eine vereinfachte Form des AODV-Protokolls verwendet, das in RFC 3561 spezifiziert ist.

Weitere 6LoWPAN-spezifische Mesh-Routing-Protokolle sind DYMO (Dynamisches MANET On Demand) und HiLow (hierarchisches Routingprotokoll für 6LoWPAN).

IP-Routing[Bearbeiten]

Ein Routing auf IP-Basis (Network Layer) wird route-over genannt. Das für 6LoWPAN konzipierte RPL bietet eine Möglichkeit des route-over. [2]

Implementierungen[Bearbeiten]

Im Bereich Open-Source:

Als proprietäre Implementierungen:

  • NanoStack und NanoRouter von Sensinode [7]

Siehe auch[Bearbeiten]

  • RPL Routing Protokoll, das für 6LoWPAN konzipiert wurde.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. In 6LoWPAN: The Wireless Embedded Internet (Wiley, 2009), Shelby and Bormann redefine the 6LoWPAN acronym as "IPv6 over lowpower wireless area networks," arguing that "Personal" is no longer relevant to the technology.
  2. Route-over vs mesh-under routing in 6LoWPAN
  3. 6lowpan.c - Linux Kernel
  4. Contiki-OS
  5. BLIP: An 6loWPAN-implementation in TinyOS (PDF; 764 kB)
  6. RIOT-OS
  7. Sensinode's 6LoWPAN-Implementierungen