ОИВ лекция 9 (ЭУ) (2)
.pdf
ОСНОВЫ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
ЛЕКЦИЯ 9. ТЕХНОЛОГИЯ WPAN С ПОДДЕРЖКОЙ
IP
Лектор: М.С. Степанов к.т.н., доцент кафедры ССиСК mihstep@yandex.ru
Москва, 2022
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОТОКОЛА IP
Распространенность. Технология IP поддерживается каждой операционной системой и работает в самых различных видах связи (проводная, мобильная, спутниковая и т.д..)
Масштабируемость. IP-технологии связали весь земной шар. Версия IPv6 предоставляет почти неограниченное количество новых IP-адресов. Управляемость. На сегодняшний момент существуют большое количество систем управления и мониторинга IP-сетей (платные, проприетарные, бесплатные и т.д.) различные инструменты для управления IP-сетями и устройствами в сети IP. Есть возможность менять нижние уровни сети (Wi-Fi. Ethernet, мобильные сети и т.д.) под свои нужды.
Надежность. Концептуально услуга считается ненадежной, так как доставка данных не гарантируется. При этом IP обеспечивает доставку на наилучших условиях, так как пакеты передаются по различным маршрутам.
Вне зависимости от протокола, который используется на уровне оконечных устройств, данные с них в конечном итоге будут передаваться в «облако» 2 (частное, общественное и т.д.) для последующей обработки, анализа и мониторинга
IP-НЕОРИЕНТИРОВАННЫЕ СЕТИ
•Стеки протоколов Bluetooth, Zigbee и Z-Wave имеют сходство со стеком протоколов TCP/IP, но не используют его для передачи данных
•Существуют адаптации этих протоколов под IP (например, Zigbee-IP)
3
ПРОТОКОЛ 6LOWPAN
•6LoWPAN (IPv6 over Low-PowerWireless PersonalArea Networks) –
аббревиатура, обозначающая передачу пакетов IPv6 поверх маломощных беспроводных персональных сетей WPAN.
•Основная задача - использование IP-сетей для связи маломощных устройств с низким энергопотреблением, не нуждающихся в высокоскоростных сервисах.
•Технология позволяет эффективно передавать пакеты IPv6 в небольших фреймах канального уровня, определенных в беспроводном стандарте IEEE 802.15.4.
•Простейшему оконечному устройству (например, датчик или счетчик) присваивается IP-адрес, и он получает возможность действовать как участник сети (через маршрутизаторы 3G/4G/LTE/Wi-Fi/Ethernet).
•Потенциальное количество адресов, которое обеспечивает IPv6 (2128), позволяет охватить миллиарды оконечных устройств Интернета Вещей
•6LoWPAN — открытый стандарт, определенный в RFC 6282, выпущенный
Рабочей группой инженеров Интернета (IETF) |
4 |
|
•Устройства 6LoWPAN могут работать в полосах частот Zigbee 2,4 ГГц, 868 МГц и 915 МГц.
ТОПОЛОГИЯ 6LOWPAN
Частный сервер
S
Интернет
R
H
H R 
R 
HH
R
R
R 
H
R
HH
H
Маршрутизатор
Граничный5 маршрутизатор
R Маршрутизатор
6LoWPAN
H Хост
ЭЛЕМЕНТЫ ТОПОЛОГИИ 6LOWPAN
Граничный маршрутизатор (edge router) является ключевым для архитектуры 6LoWPAN и осуществляет функции:
•поддерживает связь с устройствами 6LoWPAN и передает данные в интернет:
•выполняет сжатие заголовков IPv6, уменьшая 40-байтовый заголовок. IPv6 и 8-байтные UDP-заголовки для повышения эффективности в сети датчиков. Типичный 40-байтовый заголовок IPv6 может сжиматься до 2–20 байт в зависимости от использования;
•инициирует сеть 6LoWPAN;
•осуществляет обмен данными между устройствами в сети 6LoWPAN.
6
ЭЛЕМЕНТЫ ТОПОЛОГИИ 6LOWPAN
Маршрутизатор – устройство, осуществляющее ретрансляцию данных в сети 6LoWPAN, а также их передачу в сеть Интернет;
Хост – оконечное устройство в сети 6LoWPAN. хосты в mesh-сети не могут маршрутизировать данные в сети и являются просто конечными точками, потребляющими или создающими данные. Хостам разрешено находиться в состоянии сна и иногда пробуждаться для получения данных самим или получения данных, кэшированных их родительскими маршрутизаторами;
Топология может перестроиться либо из-за изменения уровня сигнала, либо из-за физического перемещения оконечного устройства. Узлы могут перемещаться из зоны действия одного граничного маршрутизатора в зону действия другого (в рамках одной сети). Кроме7 этого, узлы могут перемещаться и между разными сетями.
ОТЛИЧИЯ 6LOWPAN ОТ ZIGBEE, Z-
WAVE И Т.Д.
•Благодаря IP-основе, 6LoWPAN-сети могут взаимодействовать с другими сетями через стандартные IP-маршрутизаторы.
•В сетевой архитектуре ZigBee, Z-wave или Bluetooth шлюзы должны преобразовывать трафик беспроводной сети в вид, пригодный для передачи в IP-сеть. Для этого они должны использовать сложные прикладные программы.
•Таким образом, IP-основа помогает снизить нагрузку на вычислительную мощность граничного маршрутизатора. Это позволяет использовать встраиваемые устройства с низкой стоимостью, более простым программным обеспечением и менее сложными аппаратными средствами.
•Поскольку граничные маршрутизаторы 6LoWPAN отправляют пакеты на сетевом уровне, они не работают на уровне приложений
8
СТЕК ПРОТОКОЛОВ 6LOWPAN.
Прикладной |
HTTP |
Транспортный |
ТCP |
Сетевой |
IP |
Канальный |
|
|
Wi-Fi |
Физический |
|
Упрощенная модель OSI |
Wi-Fi |
HTTP, COAP,
MQTT
UDP, ТCP
IPv6, RPL
6LoWPAN
IEEE 802.15.4 MAC
IEEE 802.15.4
6LoWPAN 9
ФУНКЦИИ УРОВНЕЙ СТЕКА ПРОТОКОЛОВ 6LOWPAN.
Физический уровень преобразует биты данных в сигналы, которые передаются и получаются по эфиру. Дополнительные расширения физического уровня 6LoWPAN обеспечивают дополнительное понижение расхода энергии и дополнительный диапазон радиочастот для использования по всему миру.
Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных между двумя соседними узлами за счет обнаружения и исправления ошибок 802.15.4 (с использованием метода CSMA/CA), которые могут возникнуть на физическом уровне во время передачи и приема. Канальный уровень включает уровень доступа к среде передачи MAC (определенный стандартом 802.15.4). а также уровень адаптации 6LoWPAN, который обеспечивает переход от IPv6 к IEEE 802.15.4.
10