1. Problem Statement (Énoncé du problème)
Les 6LoWPAN sont formés par des appareils compatibles avec la norme IEEE 802.15.4 [IEEE802.15.4]. La plupart des appareils LoWPAN se distinguent par leur faible bande passante, leur courte portée, leur capacité mémoire limitée, leur capacité de traitement limitée et d'autres attributs de matériel bon marché. Les caractéristiques des nœuds participant aux LoWPAN sont supposées être celles décrites dans l'énoncé du problème 6LoWPAN [RFC4919] et dans le document IPv6 over IEEE 802.15.4 [RFC4944], qui a spécifié comment transporter des paquets IPv6 sur IEEE 802.15.4 et des réseaux similaires. Alors que IEEE 802.15.4 distingue deux types d'appareils appelés appareils à fonction complète (Full-Function Devices, FFD) et appareils à fonction réduite (Reduced-Function Devices, RFD), cette distinction est basée sur certaines fonctionnalités de la couche de contrôle d'accès au support (Medium Access Control, MAC) qui ne sont pas toujours utilisées. Par conséquent, cette distinction n'est pas faite dans ce document. Néanmoins, certains nœuds 6LoWPAN peuvent se limiter au rôle d'hôtes (host) uniquement, tandis que d'autres nœuds 6LoWPAN peuvent participer au routage. Cette distinction hôte/routeur (router) peut être corrélée avec les capacités de traitement et de stockage de l'appareil et la puissance disponible, de manière similaire à l'idée des RFD et des FFD.
Les réseaux IEEE 802.15.4 prennent en charge les topologies en étoile et en maillage. Cependant, ni la norme IEEE 802.15.4 ni la spécification du format 6LoWPAN ([RFC4944]) ne définissent comment les topologies maillées pourraient être obtenues et maintenues. Ainsi, la formation de 6LoWPAN et le routage multi-sauts peuvent être pris en charge soit en dessous de la couche IP (la couche d'adaptation (Adaptation Layer) ou le contrôle de liaison logique (Logical Link Control, LLC)), soit au niveau de la couche IP. (Notez que dans l'IETF, le terme « routing » se réfère généralement, mais pas toujours [RFC5556], exclusivement à la formation de chemins et au transfert au niveau de la couche IP. Dans ce document, nous distinguons la couche à laquelle ces services sont exécutés par les termes « route-over » et « mesh-under ». Voir les sections 2 et 3.) Un certain nombre de protocoles de routage IP ont été développés dans divers groupes de travail de l'IETF. Cependant, ces protocoles de routage existants peuvent ne pas satisfaire les exigences du routage multi-sauts dans les 6LoWPAN, pour les raisons suivantes :
o Les nœuds 6LoWPAN ont des types et des rôles spéciaux, tels que des nœuds tirant leur alimentation de batteries primaires, des nœuds disposant d'une alimentation abondante, des passerelles (gateway) à haute performance alimentées par le secteur, des agrégateurs de données (data aggregator), etc. Les protocoles de routage 6LoWPAN devraient (should) prendre en charge plusieurs types et rôles d'appareils.
o Des exigences plus strictes s'appliquent aux LoWPAN, par opposition aux réseaux haute performance ou non alimentés par batterie. Les nœuds 6LoWPAN se caractérisent par de petites tailles de mémoire et une faible puissance de traitement, et ils fonctionnent avec une alimentation très limitée fournie par des batteries primaires non rechargeables (quelques Ko de RAM, quelques dizaines de Ko de mémoire ROM/flash et quelques MHz de CPU sont typiques). La durée de vie d'un nœud est généralement définie par la durée de vie de sa batterie.
o La gestion des nœuds en veille (sleeping node) est très critique dans les LoWPAN, plus que dans les réseaux ad hoc traditionnels. Les nœuds LoWPAN peuvent rester en mode veille la plupart du temps. Profiter des moments appropriés pour les transmissions est important pour un transfert de paquets efficace.
o Le routage dans les 6LoWPAN pourrait éventuellement se traduire par un problème plus simple que le routage dans les réseaux haute performance. Les LoWPAN peuvent être soit des réseaux de transit (transit network), soit des réseaux stub (stub network). Sous l'hypothèse que les LoWPAN ne sont jamais des réseaux de transit (comme l'implique [RFC4944]), les protocoles de routage peuvent être considérablement simplifiés (may). Ce document se concentrera sur les exigences pour les réseaux stub. Des exigences supplémentaires peuvent s'appliquer aux réseaux de transit.
o Le routage dans les LoWPAN pourrait éventuellement se traduire par un problème plus difficile que le routage dans les réseaux haute performance. Le routage dans les LoWPAN nécessite une optimisation de la puissance, un fonctionnement stable dans des environnements avec pertes, etc. Ces exigences ne sont pas facilement satisfaites toutes en même temps [ROLL-PROTOCOLS].
Ces propriétés créent de nouveaux défis pour la conception du routage au sein des LoWPAN.
L'énoncé du problème 6LoWPAN [RFC4919] mentionne brièvement quatre exigences pour les protocoles de routage :
(a) faible surcharge sur les paquets de données (low overhead on data packets)
(b) faible surcharge de routage (low routing overhead)
(c) exigences minimales en matière de mémoire et de calcul (minimal memory and computation requirements)
(d) prise en charge des nœuds en veille (considération de l'économie de batterie) (support for sleeping nodes)
Ces quatre exigences de haut niveau décrivent les exigences de base pour le routage 6LoWPAN. Sur la base des caractéristiques fondamentales des 6LoWPAN, des exigences de routage plus détaillées, qui peuvent conduire à une analyse et une conception de protocole ultérieures, sont présentées dans ce document.
Compte tenu des problèmes ci-dessus, des exigences détaillées de routage 6LoWPAN doivent être définies (must). Les fonctionnalités spécifiques aux applications affectent la conception des exigences de routage 6LoWPAN et des solutions correspondantes. Cependant, diverses applications peuvent être profilées par des caractéristiques techniques similaires, bien que les exigences détaillées connexes puissent différer (par exemple, quelques dizaines de nœuds dans un système d'éclairage domestique nécessitent une extensibilité appropriée pour les applications du système, tandis que des millions de nœuds pour un système d'infrastructure autoroutière nécessitent également une extensibilité appropriée).
Ce document d'exigences de routage énonce les exigences de routage des applications 6LoWPAN en général, en fournissant des exemples pour différents cas de routage. Il n'implique pas qu'une solution de routage unique sera favorable pour toutes les applications 6LoWPAN, et il n'y a aucune exigence pour que différents protocoles de routage s'exécutent simultanément.