6LoWPAN könnte einigen Funkstandards den Rang ablaufen

Das Internet erreicht die drahtlose Sensornetz-Welt

25. Mai 2011, 14:24 Uhr | Willem Ongena
Das Funkmodul ZWIR4512
© ZMDI

Langfristig wird es nur noch wenige Standards für drahtlose Sensornetze geben. Unter den angetretenen Kandidaten findet sich auch ein Internet-Abkömmling, für dessen Verbreitung etliche Experten gute Chancen sehen.

Drahtlose Sensornetze gewinnen in unserer täglichen Umgebung an Bedeutung und an Verbreitung. Verwendung finden sie in der Industrie- und Heim-Automatisierung, Gesundheits-Überwachung und Gebäudesicherheit, im Smart Metering und in schüssellosen Zugangssystemen. Treiber hinter dieser Entwicklung ist insbesondere das Streben nach mehr Energieeffizienz und Wohnkomfort.

Für verschiedene Anwendungsbereiche existiert eine Vielzahl von Systemen zur drahtlosen Vernetzung von Sensoren und Aktoren. Diese Systeme basieren zwar vielfach auf genormten Funkschnittstellen (zumindest die physikalische Schicht PHY und die Sicherungsschicht MAC), sind jedoch häufig nicht interoperabel. Mittelfristig wird sich der Markt hier konsolidieren, und es werden sich Lösungen durchsetzen, die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Anwendungsszenarien ermöglichen.

Eine Lösung, die gute Chancen hat, dieses Rennen zu gewinnen, basiert auf dem Internet-Protokoll in der Version 6 (IPv6, siehe Kasten »Was ist IPv6? «) und nennt sich - etwas sperrig - 6LoWPAN. Dieses Kürzel steht für »IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks«.

Warum 6LoWPAN?

Die direkte Nutzung von IPv6 für die Vernetzung kleiner Sensoren und Geräte ist wegen der Länge des IPv6 Nachrichten-Headers nicht empfehlenswert. Aufgrund der langen Netzwerkadressen, benötigt dieser allein 40 Byte. Dazu kommt mindestens noch der Header der Transport-Schicht - im Falle von UDP sind das weitere 8 Byte.

Dem gegenüber erlaubt der Funkstandard IEEE 802.15.4, der die physikalische Schicht und die Sicherungsschicht standardisiert, maximale Paketgrößen von 127 Byte. In diesen 127 Byte wird auch der bis zu 21 Byte große Header der Sicherungsschicht untergebracht. Würde man also ein IPv6-basierendes UDP-Paket (User Datagram Protocol) übertragen, würde mehr als die Hälfte des Pakets aus den verschiedenen Headern bestehen, was die »pay load« (Nutzlast) unannehmbar verringern würde.

Um dieses Missverhältnis auszuschließen, hat man den 6LoWPAN-Standard entwickelt. 6LoWPAN fügt eine Adaptionsschicht zwischen Netzwerk- und Sicherungsschicht ein und ist transparent für die darüberliegenden Schichten. 6LoWPAN komprimiert die IPv6 Header-Daten, soweit das möglich ist. Für die meisten Anwendungsszenarien wird eine Kompression der Header von ursprünglich 48 Byte auf 11 Byte erreicht.

Zusätzlich kümmert sich 6LoWPAN um die Fragmentierung großer IPv6-Pakete. Jedes IPv6-kompatible Gerät muss Pakete mit einer Mindest-Größe von 1280 Byte empfangen können. In Sensornetzen müssen Pakete solcher Größe in kleinere Pakete aufgeteilt - also fragmentiert - werden. Die 6LoWPAN-Schicht kümmert sich, völlig transparent für den Nutzer, um die Fragmentierung beim Sender und um deren Zusammensetzung beim Empfänger.

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