1. 问题陈述 (Problem Statement)

6LoWPAN 由兼容 IEEE 802.15.4 标准 [IEEE802.15.4] 的设备组成. 大多数 LoWPAN 设备具有低带宽、短距离、内存容量稀缺、处理能力有限以及低成本硬件的其他特征. 参与 LoWPAN 的节点特征假定与 6LoWPAN 问题陈述 [RFC4919] 以及 IPv6 over IEEE 802.15.4 文档 [RFC4944] 中描述的特征一致; 后者规定了如何在 IEEE 802.15.4 及类似网络上传输 IPv6 分组. IEEE 802.15.4 区分两类设备, 即全功能设备 (full-function devices, FFDs) 和简化功能设备 (reduced-function devices, RFDs), 但这种区分基于介质访问控制 (Medium Access Control, MAC) 层的一些特性, 而这些特性并不总是被使用. 因此, 本文档不采用这种区分. 不过, 一些 6LoWPAN 节点可能只承担主机角色, 而其他 6LoWPAN 节点可能参与路由. 这种主机/路由器区分可能与设备的处理和存储能力以及可用电力相关, 其方式类似于 RFD 和 FFD 的概念.

IEEE 802.15.4 网络支持星型和网状拓扑. 然而, IEEE 802.15.4 标准和 6LoWPAN 格式规范 ([RFC4944]) 都没有定义如何获得和维护网状拓扑. 因此, 6LoWPAN 的形成和多跳路由可以在 IP 层之下 (适配层或逻辑链路控制 (Logical Link Control, LLC)) 支持, 也可以在 IP 层支持. 注意, 在 IETF 中, "routing" 一词通常但并非总是 [RFC5556] 专指 IP 层上的路径形成和转发. 在本文档中, 我们使用 "route-over" 和 "mesh-under" 来区分这些服务执行所在的层; 见第 2 节和第 3 节. 多个 IETF 工作组已经开发了若干 IP 路由协议. 然而, 这些现有路由协议可能无法满足 6LoWPAN 中多跳路由的要求, 原因如下:

o 6LoWPAN 节点具有特殊类型和角色, 例如由一次性电池供电的节点、电力充裕的节点、由市电供电的高性能网关、数据聚合器等. 6LoWPAN 路由协议应支持多种设备类型和角色.

o 与性能更高或非电池供电的网络相比, LoWPAN 面临更严格的要求. 6LoWPAN 节点的特点是内存小、处理能力低, 并依赖一次性不可充电电池提供的极有限电力运行 (典型配置为几 KB RAM、几十 KB ROM/闪存以及几 MHz CPU). 节点寿命通常由其电池寿命决定.

o 在 LoWPAN 中处理休眠节点非常关键, 其重要性高于传统 ad hoc 网络. LoWPAN 节点可能大部分时间处于休眠模式. 利用合适的传输时机对高效分组转发非常重要.

o 6LoWPAN 中的路由问题可能比高性能网络中的路由更简单. LoWPAN 可以是中转网络 (transit network), 也可以是末梢网络 (stub network). 如果假定 LoWPAN 永远不是中转网络 (这也是 [RFC4944] 所隐含的), 路由协议就可以大幅简化. 本文档将重点关注末梢网络的要求. 中转网络可能适用额外要求.

o LoWPAN 中的路由问题也可能比高性能网络中的路由更困难. LoWPAN 路由需要功耗优化、在有损环境中稳定运行等. 这些要求并不容易同时满足 [ROLL-PROTOCOLS].

这些特性为 LoWPAN 内部路由设计带来了新的挑战.

6LoWPAN 问题陈述 [RFC4919] 简要提到了路由协议的四项要求:

(a) 数据分组上的低开销

(b) 低路由开销

(d) 支持休眠节点 (考虑电池节省)

这四项高层要求描述了 6LoWPAN 路由的基本要求. 本文档基于 6LoWPAN 的基本特征, 给出更详细的路由要求, 以便进一步分析和设计协议.

考虑到上述问题, 必须定义详细的 6LoWPAN 路由要求. 应用特定特性会影响 6LoWPAN 路由要求及相应解决方案的设计. 不过, 虽然相关详细要求可能不同, 各类应用仍可按类似技术特征进行画像. 例如, 家庭照明系统中的几十个节点需要适合该系统应用的可扩展性, 而高速公路基础设施系统中的数百万个节点同样需要适当的可扩展性.

本文档作为路由要求文档, 总体阐述 6LoWPAN 应用的路由要求, 并为不同路由场景提供示例. 它并不意味着单一路由解决方案适合所有 6LoWPAN 应用, 也不要求不同路由协议同时运行.