3. Design Space (Entwurfsraum)

Abgesehen von einer Vielzahl denkbarer Routing-Algorithmen für 6LoWPANs ist es möglich, Routing in der IP-Schicht durchzuführen (unter Verwendung eines Route-Over-Ansatzes) oder unterhalb von IP, wie im 6LoWPAN-Formatdokument [RFC4944] definiert (unter Verwendung des Mesh-Under-Ansatzes). Siehe Abbildung 1.

Der Route-Over-Ansatz stützt sich auf IP-Routing und unterstützt daher Routing über möglicherweise verschiedene Arten von miteinander verbundenen Verbindungen. Hinweis: Die ROLL WG arbeitet jetzt an Route-Over-Ansätzen für stromsparende und verlustbehaftete Netzwerke (Low-power and Lossy Networks, LLN), nicht speziell für 6LoWPANs. Dieses Dokument konzentriert sich auf 6LoWPAN-spezifische Anforderungen; es kann in Verbindung mit den anwendungsorientierteren Anforderungen verwendet werden, die von der ROLL WG definiert wurden.

Der Mesh-Under-Ansatz führt die Multi-Hop-Kommunikation unterhalb der IP-Verbindung durch. Die bedeutendste Konsequenz des Mesh-Under-Mechanismus ist, dass die Eigenschaften von IEEE 802.15.4 die 6LoWPAN-Routing-Mechanismen direkt beeinflussen, einschließlich der Verwendung von 64-Bit- (oder 16-Bit-kurzen) Link-Layer-Adressen anstelle von IP-Adressen. Ein 6LoWPAN würde daher als eine einzige IP-Verbindung angesehen werden.

Die meisten Aussagen in diesem Dokument berücksichtigen sowohl Route-Over- als auch Mesh-Under-Fälle.

Abbildung 1 zeigt die Position des 6LoWPAN-Routings im gesamten Netzwerkstack.

+---------------------------+  +-----------------------------+
|      Application Layer    |  |      Application Layer      |
+---------------------------+  +-----------------------------+
| Transport Layer (TCP/UDP) |  |  Transport Layer (TCP/UDP)  |
+---------------------------+  +-----------------------------+
|     Network Layer (IPv6)  |  |  Network       +---------+  |
+---------------------------+  |  Layer         | Routing |  |
|  6LoWPAN                  |  |  (IPv6)        +---------+  |
|  Adaptation               |  +-----------------------------+
|  Layer       +----------+ |  |  6LoWPAN Adaptation Layer   |
+--------------| Routing* |-+  +-----------------------------+
| 802.15.4 MAC +----------+ |  |        802.15.4 MAC         |
+---------------------------+  +-----------------------------+
|         802.15.4 PHY      |  |        802.15.4 PHY         |
+---------------------------+  +-----------------------------+
 * Hier ist „Routing" nicht gleichbedeutend mit IP-Routing,
   sondern umfasst die Funktionalitäten der Pfadberechnung und
   Weiterleitung unter der IP-Schicht.
   Der Begriff „Routing" wird in der Abbildung verwendet, um zu
   veranschaulichen, welche Schicht die Pfadberechnung und
   Paketweiterleitung in Mesh-Under im Vergleich zu Route-Over behandelt.

Abbildung 1: Mesh-Under-Routing (Links) und Route-Over-Routing (Rechts)

Um Paketfragmentierung und den Overhead für die Reassemblierung zu vermeiden, sollten (should) Routing-Pakete in einen einzelnen IEEE 802.15.4-Physikrahmen passen, und Anwendungsdaten sollten nicht (should not) in einem Ausmaß erweitert werden, dass sie nicht mehr passen.

3.1 Reference Network Model (Referenznetzwerkmodell)

Für Multi-Hop-Kommunikation in 6LoWPANs führen bei Verwendung eines Route-Over-Mechanismus alle Router (d.h. 6LoWPAN Border Router (6LBR) und 6LoWPAN Router (6LR)) IP-Routing innerhalb des Stub-Netzwerks durch (siehe Abbildung 2). In diesem Fall umfasst der Link-Local-Bereich die Menge der Knoten innerhalb der symmetrischen Funkreichweite eines Knotens.

Wenn ein LoWPAN der Mesh-Under-Konfiguration folgt, ist der 6LBR der einzige IPv6-Router im LoWPAN (siehe Abbildung 3). Dies bedeutet, dass der IPv6-Link-Local-Bereich alle Knoten im LoWPAN umfasst. Hierfür muss (MUST) ein Mesh-Under-Mechanismus bereitgestellt werden, um Multi-Hop-Übertragung zu unterstützen.

    h   h
   /    |                     6LBR: 6LoWPAN Border Router
6LBR -- 6LR --- 6LR --- h       6LR: 6LoWPAN Router
       / \                       h: Host
      h  6LR --- h
          |
         / \
      6LR - 6LR -- h

            Abbildung 2: Beispiel eines Route-Over-LoWPAN


    h   h
   /    |                    6LBR: 6LoWPAN Border Router
6LBR --- m --- m --- h           m: mesh-under forwarder
       / \                      h: Host
      h   m --- h
          |
         / \
        m - m -- h

            Abbildung 3: Beispiel eines Mesh-Under-LoWPAN

Beachten Sie, dass in sowohl Mesh-Under- als auch Route-Over-Netzwerken keine Erwartung einer topologiebasierten Adresszuweisung im 6LoWPAN besteht. Stattdessen werden Adressen typischerweise basierend auf den EUI-64-Adressen zugewiesen, die zum Zeitpunkt der Herstellung den Knoten zugewiesen wurden, oder basierend auf einem (aus topologischer Sicht) mehr oder weniger zufälligen Prozess, der einzelnen Knoten 16-Bit-MAC-Adressen zuweist. Innerhalb eines 6LoWPAN gibt es daher keine Möglichkeit zur Aggregation oder Zusammenfassung von IPv6-Adressen über das Teilen von (einem oder mehreren) gemeinsamen Präfixen hinaus.

Nicht alle Geräte, die sich in Funkreichweite voneinander befinden, müssen Teil desselben LoWPAN sein. Wenn mehrere LoWPANs mit global eindeutigen IPv6-Adressen in den 6LoWPANs gebildet werden und Gerät (a) von LoWPAN [A] mit Gerät (b) von LoWPAN [B] kommunizieren möchte, werden die normalen IPv6-Mechanismen eingesetzt. Für Route-Over wird die IPv6-Adresse von (b) als Ziel der Pakete gesetzt, und die Geräte führen IP-Routing zum 6LBR für diese ausgehenden Pakete durch. Für Mesh-Under gibt es einen IP-Hop von Gerät (a) zum 6LBR von [A], unabhängig davon, wie viele Funk-Hops sie voneinander entfernt sind. Dies setzt natürlich die Existenz eines Mesh-Under-Routing-Protokolls voraus, um den 6LBR zu erreichen. Beachten Sie, dass eine Standardroute zum 6LBR sowohl für Route-Over als auch für Mesh-Under in das 6LoWPAN-Routing-System eingefügt werden könnte.

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