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SETTEMBRE 2016
FIELDBUS & NETWORKS
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Fieldbus & Networks
La ragion d’essere
di IPv6 nelle WSN
Come noto, lo standard 802.15.4, deter-
minato da Ieee, definisce i soli Physical e
Medium Access Control Layer per le reti di
sensori, mentre nessuna assunzione viene
avanzata per i livelli protocollari superiori.
L’assenza di uno standard ‘de iure’ per i li-
velli 3-7 dello stack si è tradotta nello svi-
luppo di molteplici protocolli per il livello di
rete e applicativo, che cercano di sfruttare i
vantaggi che le reti 802.15.4 offrono e, pos-
sibilmente, acquisire una quota di mercato
crescente. Ancora oggi non emerge uno
standard prevalente e lo scenario si carat-
terizza per la presenza di molteplici proto-
colli che si appoggiano all’Ieee 802.15.4 (si
veda Figura 2).
Il protocollo Zigbee, per esempio, costitui-
sce probabilmente il tentativo di standar-
dizzazione più articolato e completo, ma sul mercato sono presenti
innumerevoli soluzioni proprietarie, mentre in ambito accademico
TinyOS rappresenta ancora, in molti casi, l’ambiente di riferimento.
È in questo scenario che si colloca il 6LowPAN, un protocollo di rete
che permette di incapsulare messaggi IPv6 in pacchetti 802.15.4.
Lo standard 6LowPan permette di incapsulare pacchetti IPv6 all’in-
terno del payload Ieee 802.15.4. Le specifiche di base, definite nei
documenti RFC 4919 e RFC 4944, sono state sviluppate e proposte
dal Working Group Ietf (Internet Engineering Task Force), insieme
a vari contributi resi disponibili tramite la mailing list dello stesso
WG. Successivamente sono uscite integrazioni e aggiornamenti
nei documenti RFC 6282 e RFC 6775.
Il protocollo IPv6 risponde innanzitutto al problema dello spazio
d’indirizzamento; da questo punto di vista, soddisfa i requisiti di
scalabilità propri delle reti di sensori, pensate per poter avere
ampia densità in prossimità dell’evento d’interesse e gestire co-
munque migliaia di nodi contemporaneamente. IPv6 introduce un
tipo di configurazione automatica degli host che si attiva non ap-
pena viene abilitata un’interfaccia. Questo ha il grande vantaggio
di non necessitare dell’intervento di server centralizzati per poter
disporre di un indirizzo e per le operazioni di configurazione. Tale
meccanismo, chiamato ‘stateless autoconfiguration’, viene sfruttato
anche all’interno delle reti 6LowPAN per semplificare meccanismi di
amministrazione di rete e commissioning. L’adozione di IPv6 come
protocollo di rete per Internet amplifica notevolmente gli scenari e
le possibilità di comunicazione diretta tra le reti di sensori e altre
reti attestate alla ‘Big Internet’, o comunque accessibili tramite
quest’ultima. Allo stesso tempo, una rete di sensori che utilizzi IPv6
potrebbe ereditare numerosi meccanismi di amministrazione e ge-
stione di rete, con una conseguente riduzione dei costi e dei tempi
di implementazione, nonché dello sforzo per ottenerne la standar-
dizzazione e l’adozione a livello globale.
Queste sono alcune delle potenzialità per le quali è nato un WG
all’interno di Ietf per cercare di definire un livello di rete adatta-
tivo che gestisse messaggi IPv6 all’interno delle reti di sensori
senza filo: ecco 6LowPAN. È da notare come diversi protocolli
industriali e commerciali prevedano un’opzione di compatibilità
per le reti IP, contemplando la possibilità di dialogare con reti IP
per mezzo di un gateway/proxy dedicato. Utilizzando, invece, IP
in maniera nativa sui nodi permetterebbe di eliminare i gateway
per la comunicazione con altre reti: i nodi infatti, sarebbero visti
a tutti gli effetti come host di una particolare sottorete e, gra-
zie alla condivisione del protocollo di rete, potrebbero dialogare
automaticamente con altre reti IP.
IPv6, tuttavia, non è stato pensato per le WSN, anzi è stato pro-
gettato principalmente per essere utilizzato come protocollo di net-
working per reti cablate. Questo comporta non poche difficoltà nel
cercare di portare questo standard anche sulle reti wireless e su
quelle di sensori in modo particolare. Utilizzare IPv6 direttamente
su una WSN, appoggiandosi per esempio a protocolli di livello in-
feriore come Ieee 802.15.4, comporterebbe un’enorme overhead
di rete impedendo, o quasi, l’accesso alle informazioni dei livelli
superiori. Ecco perché il 6LowPAN nasce come un livello adattativo
tra IP e il livello MAC dello standard 802.15.4 (si veda Figura 3).
Per far questo 6LoWPan deve prevedere meccanismi di riduzione
dell’overhead intrinseco del protocollo IPv6, attraverso: meccanismi
di frammentazione dei messaggi, supporto a meccanismi di routing
del livello MAC, formattazione ottimizzata dei messaggi.
Figura 2 - Esempi di livelli protocollari per lo stack Ieee 802.15.4
Fonte www.host1plus.com