[要約] RFC 6568は、IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks（6LoWPANs）の設計と適用に関するガイドラインです。このRFCの目的は、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークでのIPv6の使用を促進し、効果的なネットワークデザインとアプリケーションの展開を支援することです。
Internet Engineering Task Force (IETF) E. Kim
Request for Comments: 6568 ETRI
Category: Informational D. Kaspar
ISSN: 2070-1721 Simula Research Laboratory
JP. Vasseur
Cisco Systems, Inc.
April 2012
Design and Application Spaces for IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs)
低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（6LoWPAN）を介したIPv6の設計およびアプリケーションスペース
Abstract
概要
This document investigates potential application scenarios and use cases for low-power wireless personal area networks (LoWPANs). This document provides dimensions of design space for LoWPAN applications. A list of use cases and market domains that may benefit and motivate the work currently done in the 6LoWPAN Working Group is provided with the characteristics of each dimension. A complete list of practical use cases is not the goal of this document.
このドキュメントでは、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（LoWPAN）の潜在的なアプリケーションシナリオと使用例を調査します。このドキュメントは、LoWPANアプリケーションの設計空間の寸法を提供します。 6LoWPANワーキンググループで現在行われている作業にメリットと動機付けとなる可能性のあるユースケースと市場ドメインのリストに、各ディメンションの特性を示します。実用的な使用例の完全なリストは、このドキュメントの目的ではありません。
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Table of Contents
目次
1. Introduction ....................................................3
1.1. Terminology ................................................5
1.2. Premise of Network Configuration ...........................5
2. Design Space ....................................................6
3. Application Scenarios ...........................................8
3.1. Industrial Monitoring ......................................8
3.1.1. A Use Case and Its Requirements .....................9
3.1.2. 6LoWPAN Applicability ..............................10
3.2. Structural Monitoring .....................................12
3.2.1. A Use Case and Its Requirements ....................12
3.2.2. 6LoWPAN Applicability ..............................14
3.3. Connected Home ............................................15
3.3.1. A Use Case and Its Requirements ....................15
3.3.2. 6LoWPAN Applicability ..............................17
3.4. Healthcare ................................................18
3.4.1. A Use Case and Its Requirements ....................18
3.4.2. 6LoWPAN Applicability ..............................19
3.5. Vehicle Telematics ........................................20
3.5.1. A Use Case and Its Requirements ....................21
3.5.2. 6LoWPAN Applicability ..............................21
3.6. Agricultural Monitoring ...................................22
3.6.1. A Use Case and Its Requirements ....................22
3.6.2. 6LoWPAN Applicability ..............................24
4. Security Considerations ........................................25
5. Acknowledgements ...............................................26
6. References .....................................................26
6.1. Normative References ......................................26
6.2. Informative References ....................................27
Low-power and lossy networks (LLNs) is the term commonly used to refer to networks made of highly constrained nodes (limited CPU, memory, power) interconnected by a variety of "lossy" links (low-power radio links or Power-Line Communication (PLC)). They are characterized by low speed, low performance, low cost, and unstable connectivity. A LoWPAN is a particular instance of an LLN, formed by devices complying with the IEEE 802.15.4 standard [5]. Their typical characteristics can be summarized as follows:
低電力および損失の多いネットワーク（LLN）は、さまざまな「損失のある」リンク（低電力の無線リンクまたは電力線）によって相互接続された、非常に制約のあるノード（限られたCPU、メモリ、電力）で構成されるネットワークを指すために一般的に使用される用語ですコミュニケーション（PLC））。低速、低パフォーマンス、低コスト、不安定な接続が特徴です。 LoWPANは、IEEE 802.15.4標準[5]に準拠するデバイスによって形成されるLLNの特定のインスタンスです。それらの典型的な特性は、次のように要約できます。
o Limited Processing Capability: The smallest common LoWPAN nodes have 8-bit processors with clock rates around 10 MHz. Other models exist with 16-bit and 32-bit cores (typically ARM7), running at frequencies on the order of tens of MHz.
o 限られた処理能力：最小の一般的なLoWPANノードには、クロックレートが約10 MHzの8ビットプロセッサがあります。他のモデルには、16ビットおよび32ビットのコア（通常はARM7）があり、数十MHz程度の周波数で動作します。
o Small Memory Capacity: The smallest common LoWPAN nodes have a few kilobytes of RAM with a few dozen kilobytes of ROM/flash memory. While memory sizes of nodes continue to grow (e.g., IMote has 64 KB SRAM, 512 KB Flash memory), the nature of small memory capacity for LoWPAN nodes remains a challenge.
o 小さなメモリ容量：最小の一般的なLoWPANノードには、数キロバイトのRAMと数十キロバイトのROM /フラッシュメモリがあります。ノードのメモリサイズは増加し続けていますが（IMoteには64 KBのSRAM、512 KBのフラッシュメモリなど）、LoWPANノードのメモリ容量が小さいという性質は依然として課題です。
o Low Power: Wireless radios for LoWPANs are normally battery-operated. Their radio frequency (RF) transceivers often have a current draw of about 10 to 30 mA, depending on the used transmission power level. In order to reach common indoor ranges of up to 30 meters and outdoor ranges of 100 meters, the used transmission power is set around 0 to 3 dBm. Depending on the processor type, there is an additional battery current consumption of the CPU itself, commonly on the order of tens of milliamperes. However, the CPU power consumption can often be reduced by a thousandfold when switching to sleep mode.
o 低電力：LoWPANのワイヤレス無線は通常、バッテリーで動作します。それらの無線周波数（RF）トランシーバーは、使用される送信電力レベルに応じて、約10〜30 mAの電流を消費します。最大30メートルの一般的な屋内範囲と100メートルの屋外範囲に到達するために、使用される送信電力は約0〜3 dBmに設定されます。プロセッサーのタイプによっては、CPU自体の追加のバッテリー電流消費があり、通常は数十ミリアンペア程度です。ただし、スリープモードに切り替えると、CPUの消費電力が1000分の1になることがよくあります。
o Short Range: The Personal Operating Space (POS) defined by IEEE 802.15.4 implies a range of 10 meters. For real implementations, the range of LoWPAN radios is typically measured in tens of meters, but can reach over 100 meters in line-of-sight situations.
o 短距離：IEEE 802.15.4で定義されたパーソナルオペレーティングスペース（POS）は、10メートルの範囲を意味します。実際の実装では、LoWPAN無線の範囲は通常数十メートルで測定されますが、見通し内の状況では100メートルを超えることがあります。
o Low Bit Rate: The IEEE 802.15.4 standard defines a maximum over-the-air rate of 250 kbit/s, which is most commonly used in current deployments. Alternatively, three lower data rates of 20, 40, and 100 kbit/s are defined.
o 低ビットレート：IEEE 802.15.4規格は、現在の展開で最も一般的に使用されている250 kbit / sの最大無線レートを定義しています。または、20、40、および100 kbit / sの3つの低いデータレートが定義されています。
As with any other LLN, a LoWPAN is not necessarily comprised of sensor nodes only, but may also consist of actuators. For instance, in an agricultural environment, sensor nodes might be used to detect low soil humidity and then send commands to activate the sprinkler system.
他のLLNと同様に、LoWPANは必ずしもセンサーノードのみで構成されているわけではなく、アクチュエーターで構成されている場合もあります。たとえば、農業環境では、センサーノードを使用して低い土壌湿度を検出し、コマンドを送信してスプリンクラーシステムをアクティブにすることができます。
After defining common terminology in Section 1.1 and describing the characteristics of LoWPANs in Section 2, this document provides a list of use cases and market domains that may benefit and motivate the work currently done in the 6LoWPAN Working Group.
セクション1.1で一般的な用語を定義し、セクション2でLoWPANの特性を説明した後、このドキュメントは、6LoWPANワーキンググループで現在行われている作業に利益をもたらし、動機付けとなる可能性のあるユースケースと市場ドメインのリストを提供します。
Readers are expected to be familiar with all terms and concepts discussed in "IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs): Overview, Assumptions, Problem Statement, and Goals" [2], and "Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks" [3].
読者は、「IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks（6LoWPANs）：Overview、Assumptions、Problem Statement、and Goals」[2]、および「IPv6 Packets over IEEE 802.15」で説明されているすべての用語と概念に精通している必要があります。 .4ネットワーク」[3]。
Readers would benefit from reading 6LoWPAN Neighbor Discovery (ND) [6], 6LoWPAN header compression [7], and 6LoWPAN routing requirements [8] for details of 6LoWPAN work.
読者は、6LoWPANの詳細について、6LoWPAN近隣探索（ND）[6]、6LoWPANヘッダー圧縮[7]、および6LoWPANルーティング要件[8]を読むとメリットがあります。
This document defines the following terms:
このドキュメントでは、次の用語を定義しています。
LC (Local Controller)
LC（ローカルコントローラー）
A logical functional entity that performs the special role of coordinating and controlling its child nodes for local data aggregation, status management of local nodes, etc. There may be multiple instances of local controller nodes in a LoWPAN.
ローカルデータ集約、ローカルノードのステータス管理などのために子ノードを調整および制御する特別な役割を実行する論理機能エンティティ。LoWPANにはローカルコントローラノードの複数のインスタンスが存在する場合があります。
LBR (LoWPAN Border Router)
LBR（LoWPANボーダールーター）
A border router located at the junction of separate LoWPANs or between a LoWPAN and another IP network. There may be one or more LBRs at the LoWPAN boundary. An LBR is the responsible authority for IPv6 Prefix propagation for the LoWPAN it serves. An isolated LoWPAN also contains an LBR in the network; the LBR provides the prefix(es) for the isolated network.
別々のLoWPANの接合部、またはLoWPANと別のIPネットワークの間の境界ルーター。 LoWPAN境界に1つ以上のLBRがある場合があります。 LBRは、それがサービスを提供するLoWPANのIPv6プレフィックスの伝播を担当します。分離されたLoWPANには、ネットワーク内にLBRも含まれています。 LBRは、分離されたネットワークのプレフィックスを提供します。
The IEEE 802.15.4 standard distinguishes between two types of nodes -- reduced-function devices (RFDs) and full-function devices (FFDs). As this distinction is based on some Medium Access Control (MAC) features that are not always in use, we are not using this distinction in this document.
IEEE 802.15.4規格では、2つのタイプのノード、つまり機能制限デバイス（RFD）と全機能デバイス（FFD）が区別されています。この区別は、常に使用されているわけではない一部のメディアアクセス制御（MAC）機能に基づいているため、このドキュメントではこの区別を使用していません。
6LoWPANs can be deployed using either route-over or mesh-under architectures. As the choice of route-over or mesh-under does not affect the applicability of 6LoWPAN technologies to the use cases described in the document, we will use the term "6LoWPAN" to mean either a route-over or mesh-under network.
6LoWPANは、ルートオーバーまたはメッシュアンダーアーキテクチャを使用して展開できます。ルートオーバーまたはメッシュアンダーの選択は、ドキュメントで説明されているユースケースへの6LoWPANテクノロジーの適用性に影響を与えないため、「6LoWPAN」という用語は、ルートオーバーネットワークまたはメッシュアンダーネットワークのいずれかを意味するために使用します。
Communication to corresponding nodes outside of the LoWPAN is becoming increasingly important for convenient data collection and remote-control purposes. The intermediate LoWPAN nodes act as packet forwarders on the link layer or as LoWPAN routers, and connect the entire LoWPAN in a multi-hop fashion. LBRs are used to interconnect a LoWPAN to other networks, or to form an extended LoWPAN by connecting multiple LoWPANs. Before LoWPAN nodes obtain their IPv6 addresses and the network is configured, each LoWPAN executes a link-layer configuration either by the mechanisms specified in [6] or by using a coordinator that is responsible for link-layer short address allocation. However, the link-layer coordinator functionality is out of the scope of this document. Details of address allocation in 6LoWPAN ND are in [6].
LoWPANの外部の対応するノードとの通信は、便利なデータ収集とリモート制御の目的でますます重要になっています。中間のLoWPANノードは、リンクレイヤーのパケットフォワーダーまたはLoWPANルーターとして機能し、LoWPAN全体をマルチホップで接続します。 LBRは、LoWPANを他のネットワークに相互接続するため、または複数のLoWPANを接続することによって拡張LoWPANを形成するために使用されます。 LoWPANノードがIPv6アドレスを取得してネットワークを構成する前に、各LoWPANは、[6]で指定されたメカニズムによって、またはリンク層の短いアドレスの割り当てを担当するコーディネーターを使用して、リンク層構成を実行します。ただし、リンク層コーディネーターの機能はこのドキュメントの範囲外です。 6LoWPAN NDでのアドレス割り当ての詳細は、[6]にあります。
A LoWPAN can be configured as mesh-under or route-over (see Terminology in [6]). In a route-over configuration, multi-hop transmission is carried out by LoWPAN routers using IP routing. In a mesh-under configuration, the link-local scope reaches to the boundaries of the LoWPAN, and multi-hop transmission is achieved by forwarding data at the link layer or in a 6LoWPAN adaptation layer. More information about mesh-under and route-over is in [6] and [8].
LoWPANはメッシュアンダーまたはルートオーバーとして構成できます（[6]の用語を参照）。ルートオーバー構成では、マルチホップ伝送は、IPルーティングを使用してLoWPANルーターによって実行されます。メッシュアンダー構成では、リンクローカルスコープはLoWPANの境界に達し、マルチホップ伝送は、リンクレイヤーまたは6LoWPANアダプテーションレイヤーでデータを転送することによって実現されます。メッシュアンダーとルートオーバーの詳細については、[6]と[8]を参照してください。
Inspired by [9], this section lists the dimensions used to describe the design space of wireless sensor networks in the context of the 6LoWPAN Working Group. The design space is already limited by the unique characteristics of a LoWPAN (e.g., low power, short range, low bit rate), as described in [2]. The possible dimensions for scenario categorization used in this document are described as follows:
[9]に触発されて、このセクションでは、6LoWPANワーキンググループのコンテキストでワイヤレスセンサーネットワークの設計空間を説明するために使用される寸法をリストします。 [2]で説明されているように、設計スペースはLoWPANの固有の特性（低電力、短距離、低ビットレートなど）によってすでに制限されています。このドキュメントで使用されているシナリオ分類の可能なディメンションは、次のとおりです。
o Deployment: LoWPAN nodes can be scattered randomly, or they may be deployed in an organized manner in a LoWPAN. The deployment can occur at once, or as an iterative process. The selected type of deployment has an impact on node density and location. This feature affects how to organize (manually or automatically) the LoWPAN and how to allocate addresses in the network.
o 展開：LoWPANノードはランダムに分散させることも、LoWPANに組織的に展開することもできます。展開は一度に、または反復プロセスとして実行できます。選択した展開の種類は、ノードの密度と場所に影響を与えます。この機能は、LoWPANを（手動または自動で）整理する方法と、ネットワークでアドレスを割り当てる方法に影響します。
o Network Size: The network size takes into account nodes that provide the intended network capability. The number of nodes involved in a LoWPAN could be small (ten), moderate (several hundred), or large (over a thousand).
o ネットワークサイズ：ネットワークサイズでは、目的のネットワーク機能を提供するノードが考慮されます。 LoWPANに関与するノードの数は、少ない（10）、中程度（数百）、または多い（1,000を超える）場合があります。
o Power Source: The power source of nodes, whether the nodes are battery-powered or mains-powered, influences the network design. The power may also be harvested from solar cells or other sources of energy. Hybrid solutions are possible where only part of the network is mains-powered.
o 電源：ノードの電源は、ノードが電池式か電源式かに関係なく、ネットワーク設計に影響を与えます。電力はまた、太陽電池または他のエネルギー源から収集することもできます。ハイブリッドソリューションは、ネットワークの一部のみが商用電源で動作する場合に可能です。
o Connectivity: Nodes within a LoWPAN are considered "always connected" when there is a network connection between any two given nodes. However, due to external factors (e.g., extreme environment, mobility) or programmed disconnections (e.g., sleeping mode), network connectivity can be from "intermittent" (i.e., regular disconnections) to "sporadic" (i.e., almost always disconnected). Differences in L2 duty-cycling settings may additionally impact connectivity due to highly varying bit rates.
o接続性：特定の2つのノード間にネットワーク接続がある場合、LoWPAN内のノードは「常に接続されている」と見なされます。ただし、外部要因（極端な環境、モビリティなど）またはプログラムされた切断（スリープモードなど）が原因で、ネットワーク接続は「断続的」（つまり定期的な切断）から「散発的」（つまりほとんど常に切断）になる場合があります。 L2デューティサイクル設定の違いは、ビットレートの変動が大きいため、接続にさらに影響を与える可能性があります。
o Multi-Hop Communication: The multi-hop communication factor highlights the number of hops that have to be traversed to reach the edge of the network or a destination node within it. A single hop may be sufficient for simple star topologies, but a multi-hop communication scheme is required for more elaborate topologies, such as meshes or trees. In previous work on LoWPANs by academia and industry, various routing mechanisms were introduced, such as data-centric, event-driven, address-centric, localization-based, geographical routing, etc. This document does not make use of such a fine granularity but rather uses topologies and single/ multi-hop communication.
o マルチホップ通信：マルチホップ通信係数は、ネットワークのエッジまたはネットワーク内の宛先ノードに到達するために通過する必要があるホップの数を強調します。単純なスタートポロジではシングルホップで十分ですが、メッシュやツリーなどのより複雑なトポロジではマルチホップ通信方式が必要です。学界および業界によるLoWPANに関する以前の研究では、データ中心、イベント駆動、アドレス中心、ローカリゼーションベース、地理的ルーティングなど、さまざまなルーティングメカニズムが導入されました。このドキュメントでは、このような細かい粒度は使用していません。むしろトポロジーとシングル/マルチホップ通信を使用します。
o Traffic Pattern: Several traffic patterns may be used in LoWPANs -- Point-to-Multipoint (P2MP), Multipoint-to-Point (MP2P), and Point-to-Point (P2P), to name a few.
o トラフィックパターン：LoWPANでは、いくつかのトラフィックパターンを使用できます-ポイントツーマルチポイント（P2MP）、マルチポイントツーポイント（MP2P）、ポイントツーポイント（P2P）など。
o Security Level: LoWPANs may carry sensitive information and require high-level security support where the availability, integrity, and confidentiality of the information are crucial.
o セキュリティレベル：LoWPANは機密情報を運ぶ可能性があり、情報の可用性、整合性、および機密性が重要である高レベルのセキュリティサポートを必要とします。
o Mobility: Inherent to the wireless characteristics of LoWPANs, nodes could move or be moved around. Mobility can be an induced factor (e.g., sensors in an automobile) -- and hence not predictable -- or a controlled characteristic (e.g., pre-planned movement in a supply chain).
o モビリティ：LoWPANのワイヤレス特性に固有の、ノードは移動したり移動したりできます。移動性は、誘導要因（自動車のセンサーなど）である可能性があり、したがって予測不可能である可能性があり、制御された特性（サプライチェーンで事前に計画された動きなど）である可能性があります。
o Quality of Service (QoS): QoS issues in LoWPANs may be very different from the traditional end-to-end QoS, as in LoWPAN applications one end is not a single sensor node but often a group of sensor nodes. Parameters for QoS should consider collective data for latency, packet loss, data throughput, etc. In addition, QoS requirements can be different based on the data delivery model, such as event-driven, query-driven, continuous real-time, or continuous non-real-time; these delivery models usually coexist in LoWPAN applications. QoS issues in LoWPANs are more likely related to corresponding application-specific data delivery requirements within resource-constrained LoWPANs.
o サービス品質（QoS）：LoWPANアプリケーションでは、一方の端が単一のセンサーノードではなく多くの場合センサーグループのグループであるため、LoWPANでのQoSの問題は従来のエンドツーエンドのQoSとは大きく異なる場合があります。 QoSのパラメーターは、待ち時間、パケット損失、データスループットなどの集合的なデータを考慮する必要があります。さらに、QoS要件は、イベント駆動型、クエリ駆動型、連続リアルタイム、連続などのデータ配信モデルによって異なる場合があります。非リアルタイム;これらの配信モデルは通常、LoWPANアプリケーションで共存します。 LoWPANのQoSの問題は、リソースに制約のあるLoWPAN内の対応するアプリケーション固有のデータ配信要件に関連している可能性が高くなります。
This section lists a fundamental set of LoWPAN application scenarios in terms of system design. A complete list of practical use cases is not the objective of this document.
このセクションでは、システム設計の観点からLoWPANアプリケーションシナリオの基本セットをリストします。実用的なユースケースの完全なリストはこのドキュメントの目的ではありません。
LoWPAN applications for industrial monitoring can be associated with a broad range of methods to increase productivity, energy efficiency, and safety of industrial operations in engineering facilities and manufacturing plants. Many companies currently use time-consuming and expensive manual monitoring to predict failures and to schedule maintenance or replacements in order to avoid costly manufacturing downtime. LoWPANs can be inexpensively installed to provide more frequent and more reliable data. The deployment of LoWPANs can reduce equipment downtime and eliminate manual equipment monitoring that is costly to perform. Additionally, data analysis functionality can be placed into the network, eliminating the need for manual data transfer and analysis.
LoWPANの産業用モニタリングアプリケーションは、生産性、エネルギー効率、およびエンジニアリング施設や製造工場での産業活動の安全性を向上させる幅広い方法と関連付けることができます。多くの企業は現在、コストのかかる製造のダウンタイムを回避するために、障害を予測し、メンテナンスまたは交換をスケジュールするために、時間と費用のかかる手動監視を使用しています。 LoWPANを安価にインストールして、より頻繁で信頼性の高いデータを提供できます。 LoWPANの導入により、機器のダウンタイムを削減し、実行にコストがかかる手動機器監視を排除できます。さらに、データ分析機能をネットワークに配置できるため、手動でデータを転送して分析する必要がありません。
Industrial monitoring can be largely split into the following application fields:
産業用監視は、主に以下のアプリケーション分野に分けることができます：
o Process Monitoring and Control: This application field combines advanced energy metering and sub-metering technologies with wireless sensor networking in order to optimize factory operations, reduce peak demand, ultimately lower costs for energy, avoid machine downtimes, and increase operation safety.
o プロセスの監視と制御：このアプリケーションフィールドは、工場の運用を最適化し、ピーク需要を削減し、最終的にエネルギーのコストを削減し、機械のダウンタイムを回避し、運用の安全性を高めるために、高度なエネルギー計測およびサブ計測技術とワイヤレスセンサーネットワークを組み合わせています。
A plant's monitoring boundary often does not cover the entire facility but only those areas considered critical to the process. Wireless connectivity that is easy to install extends this line to include peripheral areas and process measurements that were previously infeasible or impractical to reach with wired connections.
工場の監視境界は多くの場合、施設全体ではなく、プロセスにとって重要であると考えられる領域のみをカバーしています。インストールが簡単なワイヤレス接続は、このラインを拡張して、有線接続では到達することが以前には不可能または非現実的だった周辺領域とプロセス測定を含みます。
o Machine Surveillance: This application field ensures product quality and efficient and safe equipment operation. Critical equipment parameters such as vibration, temperature, and electrical signature are analyzed for abnormalities that are suggestive of impending equipment failure.
o 機械監視：このアプリケーション分野は、製品の品質と効率的で安全な機器操作を保証します。振動、温度、電気的特性などの重要な機器パラメーターは、差し迫った機器の故障を示唆する異常について分析されます。
o Supply Chain Management and Asset Tracking: With the retail industry being legally responsible for the quality of sold goods, early detection of inadequate storage conditions with respect to temperature will reduce the risk and cost of removing products from the sales channel. Examples include container shipping, product identification, cargo monitoring, distribution, and logistics.
o サプライチェーン管理と資産追跡：販売された商品の品質に対して法的に責任を負う小売業界では、温度に関する不適切な保管条件を早期に検出することで、販売チャネルから製品を削除するリスクとコストを削減できます。例としては、コンテナの発送、製品の識別、貨物の監視、流通、物流などがあります。
o Storage Monitoring: This application field includes sensor systems designed to prevent releases of regulated substances into ground water, surface water, and soil. This application field may also include theft/tampering prevention systems for storage facilities or other infrastructure, such as pipelines.
o 貯蔵モニタリング：このアプリケーション分野には、規制対象物質の地下水、地表水、土壌への放出を防ぐように設計されたセンサーシステムが含まれます。このアプリケーション分野には、保管施設やパイプラインなどのその他のインフラストラクチャの盗難/改ざん防止システムも含まれます。
Example: Hospital Storage Rooms
例：病院の保管室
In a hospital, maintenance of the right temperature in storage rooms is very critical. Red blood cells need to be stored at 2 to 6 degrees Celsius, blood platelets at 20 to 24 degrees C, and blood plasma below -18 degrees C. For anti-cancer medicine, maintaining a humidity of 45% to 55% is required. Storage rooms have temperature sensors and humidity sensors every 25 to 100 m, based on the floor plan and the location of shelves, as indoor obstacles distort the radio signals. At each blood pack, a sensor tag can be installed to track the temperature during delivery. A LoWPAN node is installed in each container of a set of blood packs. In this case, highly dense networks must be managed.
病院では、保管室の適切な温度を維持することが非常に重要です。赤血球は摂氏2度から6度、血小板は20度から24度、血漿は-18度未満で保存する必要があります。抗がん剤では、湿度を45％から55％に維持する必要があります。屋内の障害物が無線信号を歪めるため、保管室には、間取り図と棚の位置に基づいて、25〜100 mごとに温度センサーと湿度センサーがあります。各血液パックにセンサータグを取り付けて、配送中の温度を追跡できます。 LoWPANノードは、一連の血液パックの各コンテナーにインストールされます。この場合、高密度ネットワークを管理する必要があります。
All nodes are statically deployed and manually configured with either a single- or multi-hop connection. Different types of LoWPAN nodes are configured based on the service and network requirements. In particular, LCs play a role in aggregation of the sensed data from blood packs. In the extended networks, more than one LoWPAN LC can be installed in a storage room. In the case that the sensed data from an individual node is urgent event-driven data such as outrange of temperature or humidity, it will not be accumulated (and further delayed) by the LCs but immediately relayed.
すべてのノードは静的に展開され、シングルホップ接続またはマルチホップ接続で手動で構成されます。サービスとネットワークの要件に基づいて、さまざまなタイプのLoWPANノードが構成されます。特に、LCは、血液パックから検出されたデータの集約に役割を果たします。拡張ネットワークでは、複数のLoWPAN LCを保管室に設置できます。個々のノードから検出されたデータが温度や湿度の範囲外などの緊急イベント駆動型のデータである場合、LCによって蓄積（さらには遅延）されず、すぐに中継されます。
All LoWPAN nodes do not move unless the blood packs or a container of blood packs is moved. Moving nodes get connected by logical attachment to a new LoWPAN. When containers of blood packs are transferred to another place in the hospital or by ambulance, the LoWPAN nodes on the containers associate to a new LoWPAN.
血液パックまたは血液パックのコンテナを移動しない限り、すべてのLoWPANノードは移動しません。移動するノードは、新しいLoWPANへの論理的な接続によって接続されます。血液パックのコンテナが病院内または救急車によって転送されると、コンテナのLoWPANノードが新しいLoWPANに関連付けられます。
This type of application works based on both periodic and event-driven notifications. Periodic data is used for monitoring temperature and humidity in the storage rooms. The data over or under a predefined threshold is meaningful to report. Blood cannot be used if it is exposed to the wrong environment for about 30 minutes. Thus, event-driven data sensed on abnormal occurrences is time-critical and requires secure and reliable transmission.
このタイプのアプリケーションは、定期的な通知とイベント駆動型通知の両方に基づいて機能します。定期的なデータは、保管室の温度と湿度を監視するために使用されます。事前定義されたしきい値を超えるまたは下回るデータは、レポートする意味があります。間違った環境に約30分間さらされた場合、血液は使用できません。したがって、異常発生時に検知されたイベント駆動型のデータはタイムクリティカルであり、安全で信頼性の高い伝送が必要です。
LoWPANs must be provided with low installation and management costs, and for the transportation of blood containers, precise location tracking of containers is important. The hospital network manager or staff can be provided with an early warning of possible chain ruptures, for example, by conveniently accessing comprehensive online reports and data management systems.
LoWPANは、設置と管理のコストを低く抑える必要があり、血液容器の輸送には、容器の正確な位置追跡が重要です。病院のネットワーク管理者やスタッフは、たとえば、包括的なオンラインレポートやデータ管理システムに簡単にアクセスすることで、連鎖破裂の可能性を早期に警告することができます。
Dominant parameters in industrial monitoring scenarios:
産業監視シナリオの主要なパラメータ：
o Deployment: Pre-planned, manually attached.
o 展開：事前に計画され、手動で接続されます。
o Network Size: Medium to large size, high node density.
o ネットワークサイズ：中規模から大規模、ノード密度が高い。
o Power Source: Battery-operated most of the time.
o 電源：ほとんどの場合、バッテリー駆動。
o Connectivity: Always on for crucial processes.
o 接続性：重要なプロセスでは常にオンです。
o Multi-Hop Communication: Multi-hop networking.
o マルチホップ通信：マルチホップネットワーキング。
o Traffic Pattern: P2P (actuator control), MP2P (data collection).
o トラフィックパターン：P2P（アクチュエータコントロール）、MP2P（データ収集）。
o Security Level: Business-critical. Secure transmission must be guaranteed.
o セキュリティレベル：ビジネスに不可欠。安全な送信を保証する必要があります。
o Mobility: None (except for asset tracking).
o モビリティ：なし（資産追跡を除く）。
o QoS: Important for time-critical event-driven data.
o QoS：タイムクリティカルなイベント駆動型データにとって重要です。
o Other Issues: Sensor network management, location tracking, real-time early warning.
o その他の問題：センサーネットワーク管理、位置追跡、リアルタイムの早期警告。
The network configuration of the above use case can differ substantially by system design. As illustrated in Figure 1, the simplest way is to build a star topology inside of each storage room. Based on the layout and size of the storage room, the LoWPAN can be configured in a different way -- mesh topology -- as shown in Figure 2.
上記のユースケースのネットワーク構成は、システム設計によって大幅に異なる場合があります。図1に示すように、最も簡単な方法は、各保管室の内部にスター型トポロジーを構築することです。図2に示すように、保管室のレイアウトとサイズに基づいて、LoWPANを別の方法（メッシュトポロジ）で構成できます。
Each LoWPAN node may reach the LBR by a predefined routing/forwarding mechanism. Each LoWPAN node configures its link-local address and obtains a prefix from its LBR by a 6LoWPAN ND procedure [6]. LoWPAN nodes need to build a multi-hop connection to reach the LCs and LBR.
各LoWPANノードは、事前定義されたルーティング/転送メカニズムによってLBRに到達できます。各LoWPANノードは、リンクローカルアドレスを構成し、6LoWPAN ND手順[6]によってLBRからプレフィックスを取得します。 LoWPANノードは、LCおよびLBRに到達するためにマルチホップ接続を構築する必要があります。
Secure data transmission and authentication are crucial in a hospital scenario, to prevent personal information from being retrieved by an adversary. Confidential data must be encrypted not only in transmission, but also when stored on nodes, because nodes can potentially be stolen.
病院のシナリオでは、安全なデータ送信と認証が重要であり、個人情報が敵によって取得されるのを防ぎます。ノードが盗まれる可能性があるため、機密データは送信時だけでなく、ノードに保存するときにも暗号化する必要があります。
The data volume is usually not so large in this case, but is sensitive to delay. Data aggregators can be installed for each storage room, or just one data aggregator can collect all data. To make a light transmission, UDP is likely to be chosen, but a secure transmission and security mechanism must be added. To increase security, link-layer mechanisms and/or additional security mechanisms should be used.
この場合、データ量は通常それほど大きくありませんが、遅延の影響を受けます。各ストレージルームにデータアグリゲーターを設置することも、1つのデータアグリゲーターだけですべてのデータを収集することもできます。軽い送信を行うには、UDPが選択される可能性がありますが、安全な送信とセキュリティメカニズムを追加する必要があります。セキュリティを強化するには、リンク層メカニズムや追加のセキュリティメカニズム、あるいはその両方を使用する必要があります。
Because a failure of a LoWPAN node can critically affect the storage of the blood packs, network management is important in this use case. A lightweight management mechanism must be provided for this management.
LoWPANノードの障害は、血液パックの保管に重大な影響を与える可能性があるため、この使用例ではネットワーク管理が重要です。この管理には、軽量の管理メカニズムを提供する必要があります。
The service quality of this case is highly related to effective handling of event-driven data that is delay intolerant and mission critical. Wrong humidity and wrong temperature are events that need to be detected as quickly and reliably as possible. It is important to provide efficient resource usage for such data with consideration of minimal usage of energy. Energy-aware QoS support in wireless sensor networks is a challenging issue [12]. It can be considered to provide appropriate data aggregation for minimizing delay and maximizing accuracy of delivery by using power-affluent nodes, or can be aided by middleware or other types of network elements.
このケースのサービス品質は、遅延に耐えられず、ミッションクリティカルなイベント駆動型データの効果的な処理に大きく関連しています。誤った湿度と間違った温度は、できるだけ迅速かつ確実に検出する必要があるイベントです。エネルギーの最小限の使用を考慮して、そのようなデータに対して効率的なリソース使用を提供することが重要です。ワイヤレスセンサーネットワークでのエネルギー認識QoSのサポートは、難しい問題です[12]。電力流出ノードを使用して遅延を最小化し、配信の精度を最大化するための適切なデータ集約を提供すると考えることができます。または、ミドルウェアまたは他のタイプのネットワーク要素によって支援することができます。
When a container is moved out of the storage room and connected to another hospital system (if the hospital buildings are fully or partly covered with LoWPANs), a mechanism to rebind to a new parent node and a new LoWPAN must be supported. In the case that it is moved by an ambulance, it will be connected to an LBR in the vehicle. This type of mobility is supported by the 6LoWPAN ND and routing mechanism.
コンテナーが保管室から移動され、別の病院システムに接続されている場合（病院の建物が完全または部分的にLoWPANで覆われている場合）、新しい親ノードと新しいLoWPANに再バインドするメカニズムがサポートされている必要があります。救急車で移動した場合、車両内のLBRに接続されます。このタイプのモビリティは、6LoWPAN NDおよびルーティングメカニズムによってサポートされています。
LoWPANs must be provided with low installation and management costs, providing benefits such as reduced inventory, and precise location tracking of containers and mobile equipment (e.g., beds moved in the hospital, ambulances).
LoWPANは、設置および管理コストを低く抑えて提供する必要があり、在庫の削減、コンテナおよびモバイル機器（病院内で移動するベッド、救急車など）の正確な位置追跡などの利点を提供します。
LBR
| LBR: LoWPAN Border Router
LC----------LC----------LC LC: Local Controller node
/ | \ / | \ / | \ (Data Aggregator)
n n n n n n n n n n: LoWPAN node
Figure 1: Storage Rooms with a Simple Star Topology
図1：シンプルなスタートポロジの保管室
+------------+-----------+
| | | LBR: LoWPAN Border Router
LBR LBR LBR (LC) LC: Local Controller node
| | | (Data Aggregator)
LC - n LC - n n n: LoWPAN node
/ | | | | / \
n n - LC n - n - n n - n
| | \ | |\
n n n - n n n n
Figure 2: Storage Rooms with a Mesh Topology
図2：メッシュトポロジの保管室
Intelligent monitoring in facility management can make safety checks and periodic monitoring of the architecture status highly efficient. Mains-powered nodes can be included in the design phase of construction, or battery-equipped nodes can be added afterwards. All nodes are static and manually deployed. Some data is not critical for security protection (such as periodic or query-driven notification of normal room temperature), but event-driven emergency data (such as a fire alarm) must be handled in a very critical manner.
施設管理におけるインテリジェントな監視は、安全性のチェックと、建築状況の定期的な監視を非常に効率的に行うことができます。主電源のノードは、建設の設計段階に含めることができます。または、バッテリーを備えたノードを後で追加することもできます。すべてのノードは静的であり、手動でデプロイされます。一部のデータはセキュリティ保護にとって重要ではありません（通常の室温の定期的またはクエリ主導の通知など）が、イベント主導の緊急データ（火災警報など）は非常に重要な方法で処理する必要があります。
Example: Bridge Safety Monitoring
例：橋の安全監視
A 1000-m-long concrete bridge with 10 pillars is described. Each pillar and the bridge body contain 5 sensors to measure the water level, and 5 vibration sensors are used to monitor its structural health. The LoWPAN nodes are deployed to have 100-m line-of-sight distance from each other. All nodes are placed statically and manually configured with a single-hop connection to the local coordinator. All LoWPAN nodes are immobile while the service is provided. Except for the pillars, there are no special obstacles causing attenuation of node signals, but careful configuration is needed to prevent signal interference between LoWPAN nodes.
10本の柱を備えた長さ1000 mのコンクリート橋について説明します。各支柱と橋本体には、水位を測定するための5つのセンサーが含まれており、5つの振動センサーを使用して構造の健全性を監視しています。 LoWPANノードは、互いに100 mの見通し距離を持つように配置されます。すべてのノードは静的に配置され、ローカルコーディネーターへのシングルホップ接続で手動で構成されます。サービスが提供されている間、すべてのLoWPANノードは不動です。支柱を除いて、ノード信号の減衰を引き起こす特別な障害はありませんが、LoWPANノード間の信号干渉を防ぐために注意深い構成が必要です。
The physical network topology is changed in case of node failure. On the top part of each pillar, a sink node is placed to collect the sensed data. The sink nodes of each pillar become data-gathering points of the LoWPAN hosts at the pillar and act as local coordinators.
ノードに障害が発生すると、物理ネットワークトポロジが変更されます。各ピラーの上部には、感知されたデータを収集するためのシンクノードが配置されています。各ピラーのシンクノードは、ピラーでのLoWPANホストのデータ収集ポイントになり、ローカルコーディネーターとして機能します。
This use case can be extended to medium or large sensor networks to monitor a building or, for instance, the safety status of highways and tunnels. Larger networks of the same kind still have similar characteristics, such as static node placement and manual deployment; depending on the blueprint of the structure, mesh topologies will be built with mains-powered relay points. Periodic, query-driven, and event-driven real-time data gathering is performed, and the emergency event-driven data must be delivered without delay.
この使用例は、中規模または大規模のセンサーネットワークに拡張して、建物を監視したり、たとえば、高速道路やトンネルの安全状況を監視したりできます。同じ種類のより大規模なネットワークでも、静的ノードの配置や手動での展開など、同様の特性があります。構造の設計図に応じて、メッシュトポロジは主電源のリレーポイントで構築されます。定期的なクエリ駆動型およびイベント駆動型のリアルタイムデータ収集が実行され、緊急イベント駆動型データが遅延なく配信される必要があります。
Dominant parameters in structural monitoring applications:
構造監視アプリケーションの主要なパラメータ：
o Deployment: Static, organized, pre-planned.
o 展開：静的、体系化、事前計画済み。
o Network Size: Small (dozens of nodes) to large.
o ネットワークサイズ：小規模（数十のノード）から大規模。
o Power Source: Mains-powered nodes are mixed with battery-powered nodes. (Mains-powered nodes will be used for local coordination or relays.)
o 電源：主電源式のノードは、電池式のノードと混合されます。 （主電源のノードはローカル調整またはリレーに使用されます。）
o Connectivity: Always connected, or intermittent via sleeping mode scheduling.
o 接続性：常に接続されているか、またはスリープモードのスケジューリングによって断続的です。
o Multi-Hop Communication: It is recommended that multi-hop mesh networking be supported.
o マルチホップ通信：マルチホップメッシュネットワークのサポートをお勧めします。
o Traffic Pattern: MP2P (data collection), P2P (localized querying).
o トラフィックパターン：MP2P（データコレクション）、P2P（ローカライズされたクエリ）。
o Security Level: Safety-critical. Secure transmission must be guaranteed. Only authenticated users must be able to access and handle the data.
o セキュリティレベル：安全性が重要です。安全な送信を保証する必要があります。認証されたユーザーのみがデータにアクセスして処理できる必要があります。
o Mobility: None.
o 移動性：なし。
o QoS: Emergency notification (fire, over-threshold vibrations, water level, etc.) is required to have priority of delivery and must be transmitted in a highly reliable manner.
o QoS：緊急通知（火事、しきい値を超える振動、水位など）は、配信の優先順位が必要であり、信頼性の高い方法で送信する必要があります。
o Other Issues: Accurate sensing and reliable transmission are important. In addition, sensor status reports should be maintained in a reliable monitoring system.
o その他の問題：正確な検知と信頼できる伝送が重要です。さらに、センサーのステータスレポートは、信頼性の高い監視システムで維持する必要があります。
The network configuration of this use case can be done via simple topologies; however, there are many extended use cases for more complex structures. The example bridge monitoring case may be the simplest case. (An example topology is illustrated in Figure 3.)
この使用例のネットワーク構成は、単純なトポロジーを介して行うことができます。ただし、より複雑な構造の多くの拡張ユースケースがあります。ブリッジモニタリングの例は、最も単純なケースです。 （トポロジーの例を図3に示します。）
The LoWPAN nodes are installed in place after manual optimization of their location. As the communication of the leaf LoWPAN nodes may be limited to the data-gathering points, both 16-bit and 64-bit addresses can be used for IPv6 link-local addresses [3].
LoWPANノードは、それらの場所を手動で最適化した後に適切にインストールされます。リーフLoWPANノードの通信はデータ収集ポイントに限定される可能性があるため、16ビットと64ビットの両方のアドレスをIPv6リンクローカルアドレスに使用できます[3]。
Each pillar might have one LC for data collection. Communication schedules should be set up between leaf nodes and their LC to efficiently gather the different types of sensed data. Each data packet may include meta-information about its data, or the type of sensors could be encoded in its address during address allocation.
各柱には、データ収集用のLCが1つある場合があります。さまざまなタイプの検知データを効率的に収集するには、リーフノードとそのLCの間に通信スケジュールを設定する必要があります。各データパケットには、そのデータに関するメタ情報を含めることができます。または、アドレスの割り当て時にセンサーのタイプをアドレスにエンコードできます。
This type of application works based on periodic, query-driven, and event-driven notifications. The data over or under a predefined threshold is meaningful to report. Event-driven data sensed on abnormal occurrences is time-critical and requires secure and reliable transmission. Alternatively, for energy conservation, all nodes may have periodic and long sleep modes but wake up on certain events. To ensure the reliability of such emergency event-driven data, such data is immediately relayed to a power-affluent or mains-powered node that usually takes a LoWPAN router role and does not go into a long sleep status. The data-gathering entity can be programmed to trigger actuators installed in the infrastructure when a certain threshold value has been reached.
このタイプのアプリケーションは、定期的、クエリ駆動、およびイベント駆動の通知に基づいて機能します。事前定義されたしきい値を超えるまたは下回るデータは、レポートする意味があります。異常発生時に検知されたイベント駆動型のデータはタイムクリティカルであり、安全で信頼性の高い伝送が必要です。あるいは、エネルギー節約のために、すべてのノードに定期的で長いスリープモードがありますが、特定のイベントでウェイクアップします。このような緊急イベント駆動型データの信頼性を確保するために、そのようなデータは、通常、LoWPANルーターの役割を果たし、長時間のスリープ状態にならない、電力消費型または主電源型のノードに即座に中継されます。データ収集エンティティは、特定のしきい値に達したときにインフラストラクチャにインストールされているアクチュエータをトリガーするようにプログラムできます。
Due to the safety-critical data of the structure, authentication and security are important issues here. Only authenticated users must be allowed to access the data. Additional security should be provided at the LBR for restricting access from outside of the LoWPAN. The LBR may take charge of authentication of LoWPAN nodes. Reliable and secure data transmission must be guaranteed.
構造の安全上重要なデータのため、認証とセキュリティはここで重要な問題です。認証されたユーザーのみがデータへのアクセスを許可される必要があります。 LoWPANの外部からのアクセスを制限するために、LBRで追加のセキュリティを提供する必要があります。 LBRは、LoWPANノードの認証を担当する場合があります。信頼性と安全性の高いデータ伝送を保証する必要があります。
LBR - LC ----- LC ------ LC LBR: LoWPAN Border Router
/| | | LC: Local Controller node
n n n - n - n n - n n: LoWPAN node
/\ | | | |
n n n - n n - n - n
Figure 3: A Bridge Monitoring Scenario
図3：ブリッジ監視シナリオ
The "Connected" Home or "Smart" home is without doubt an area where LoWPANs can be used to support an increasing number of services:
「コネクテッド」ホームまたは「スマート」ホームは、間違いなく、LoWPANを使用して、ますます多くのサービスをサポートできる領域です。
o Home safety/security
o 家の安全/セキュリティ
o Home automation and control
o ホームオートメーションと制御
o Healthcare (see Section 3.4)
o ヘルスケア（セクション3.4を参照）
o Smart appliances and home entertainment systems
o スマート家電とホームエンターテイメントシステム
In home environments, LoWPANs typically comprise a few dozen and, probably in the near future, a few hundred nodes of various types: sensors, actuators, and connected objects.
家庭環境では、LoWPANは通常、数十、そしておそらく近い将来には、センサー、アクチュエーター、接続されたオブジェクトなど、さまざまなタイプの数百のノードで構成されます。
Example: Home Automation
例：ホームオートメーション
The home automation and control system LoWPAN offers a wide range of services: local or remote access from the Internet (via a secured edge router) to monitor the home (temperature, humidity, activation of remote video surveillance, status of the doors (locked or open), etc.), as well as home control (activate air conditioning/heating, door locks, sprinkler systems, etc.). Fairly sophisticated systems can also optimize the level of energy consumption, thanks to a wide range of input from various sensors connected to the LoWPAN -- light sensors, presence detection, temperature, etc. -- in order to control electric window shades, chillers, air flow control, air conditioning, and heating.
ホームオートメーションおよび制御システムLoWPANは、幅広いサービスを提供します。インターネット（セキュアエッジルーター経由）からのローカルまたはリモートアクセスにより、家（温度、湿度、リモートビデオ監視のアクティブ化、ドアのステータス（ロックまたは開く）など）、およびホームコントロール（空調/暖房、ドアロック、スプリンクラーシステムなどをアクティブにします）。電気ウィンドウシェード、チラーを制御するために、LoWPANに接続されたさまざまなセンサー（光センサー、存在検出、温度など）からの幅広い入力により、かなり高度なシステムでもエネルギー消費レベルを最適化できます。気流制御、空調、暖房。
With the emergence of "Smart Grid" applications, the LoWPAN may also have direct interactions with the Grid itself via the Internet to report the amount of kilowatts that could be load-shed (home to Grid) and to receive dynamic load-shedding information if/when required (Grid to home): This application is also referred to as a Demand-Response application. Another service, known as Demand-Side Management (DSM), could be provided by utilities to monitor and report to the user his energy consumption, with a fine granularity (on a per-device basis). A user can also receive other inputs from the utility, such as dynamic pricing; according to local policy, the utility may then turn some appliances on or off in order to reduce its energy bill.
「スマートグリッド」アプリケーションの出現により、LoWPANは、インターネットを介してグリッド自体と直接対話して、負荷遮断（グリッドへのホーム）可能なキロワットの量を報告し、以下の場合に動的負荷遮断情報を受信する場合もあります。 /必要な場合（グリッドからホーム）：このアプリケーションは、デマンドレスポンスアプリケーションとも呼ばれます。デマンドサイドマネジメント（DSM）として知られる別のサービスは、ユーティリティによって提供され、細かい粒度（デバイス単位）でユーザーのエネルギー消費を監視してユーザーに報告します。ユーザーは、動的価格設定など、ユーティリティから他の入力を受け取ることもできます。地方自治体のポリシーに従って、公益事業はエネルギー料金を削減するために一部のアプライアンスをオンまたはオフにする場合があります。
In terms of home safety and security, the LoWPAN is made up of motion sensors and audio sensors, sensors at doors and windows, and video cameras; additional sensors can be added for safety (gas, water, CO, Radon, smoke detection). The LoWPAN is typically comprised of a few dozen nodes forming an ad hoc network with multi-hop routing, since the nodes may not be in direct range. It is worth mentioning that the number of devices tends to grow, considering the number of new applications for the home. In its simplest form, all nodes are static and communicate with a central control module, but more sophisticated scenarios may also involve inter-device communication. For example, a motion/presence sensor may send a multicast message to a group of lights to be switched on, or a video camera may be activated to send a video stream to a cell phone via a gateway.
家の安全とセキュリティの観点から、LoWPANはモーションセンサーとオーディオセンサー、ドアと窓のセンサー、およびビデオカメラで構成されています。安全のために追加のセンサーを追加できます（ガス、水、CO、ラドン、煙検出）。ノードは直接の範囲にない場合があるため、LoWPANは通常、マルチホップルーティングでアドホックネットワークを形成する数十のノードで構成されます。家庭用の新しいアプリケーションの数を考慮すると、デバイスの数が増える傾向があることは言及する価値があります。最も単純な形式では、すべてのノードが静的であり、中央制御モジュールと通信しますが、より高度なシナリオでは、デバイス間の通信も必要になる場合があります。たとえば、モーション/プレゼンスセンサーは、スイッチをオンにするライトのグループにマルチキャストメッセージを送信したり、ビデオカメラを起動して、ゲートウェイを介してビデオストリームを携帯電話に送信したりできます。
Ergonomics in connected homes is key, and the LoWPAN must be self-managed and easy to install. Traffic patterns may vary greatly, depending on applicability; so does the level of reliability and QoS expected from the LoWPAN. Humidity sensing is typically not critical and requires no immediate action, whereas tele-assistance or gas-leak detection is critical and requires a high degree of reliability. Furthermore, although some actions may not involve critical data, the response time and network delays must still be on the order of a few hundred milliseconds for optimal user experience (e.g., use a remote control to switch a light on). A minority of nodes are mobile (with slow motion). With the emergence of energy-related applications, it becomes crucial to preserve data confidentiality. Connected home LoWPANs usually do not require multi-topology or QoS routing. Fairly simple QoS mechanisms are enough for handling emergency data; they can be programmed to alarm via actuators or to operate sprinklers.
コネクテッドホームの人間工学は重要であり、LoWPANは自己管理型であり、簡単にインストールできる必要があります。トラフィックパターンは、適用性に応じて大きく異なります。 LoWPANから期待される信頼性とQoSのレベルも同様です。湿度検知は通常重要ではなく、すぐに対処する必要はありませんが、テレアシストまたはガス漏れ検知は重要であり、高度な信頼性が必要です。さらに、一部のアクションには重要なデータが含まれていなくても、最適なユーザーエクスペリエンスを実現するには、応答時間とネットワークの遅延が数百ミリ秒のオーダーである必要があります（たとえば、リモートコントロールを使用してライトをオンにします）。少数のノードが移動可能です（スローモーション）。エネルギー関連のアプリケーションの出現により、データの機密性を維持することが重要になっています。コネクテッドホームLoWPANは通常、マルチトポロジまたはQoSルーティングを必要としません。非常にシンプルなQoSメカニズムで緊急データを処理できます。それらは、アクチュエータを介してアラームを発するように、またはスプリンクラーを操作するようにプログラムすることができます。
Dominant parameters for home automation applications:
ホームオートメーションアプリケーションの主要なパラメータ：
o Deployment: Multi-hop topologies.
o 展開：マルチホップトポロジ。
o Network Size: Medium number of nodes, potentially high density.
o ネットワークサイズ：ノードの数は中程度、密度が高い可能性があります。
o Power Source: Mix of battery-powered and mains-powered devices.
o 電源：電池式と主電源式のデバイスの組み合わせ。
o Connectivity: Intermittent (usage-dependent sleep modes).
o 接続性：断続的（使用に依存するスリープモード）。
o Multi-Hop Communication: No requirement for multi-topology or QoS routing.
o マルチホップ通信：マルチトポロジまたはQoSルーティングの要件はありません。
o Traffic Pattern: P2P (inter-device), P2MP, and MP2P (polling).
o トラフィックパターン：P2P（デバイス間）、P2MP、およびMP2P（ポーリング）。
o Security Level: Authentication and encryption required.
o セキュリティレベル：認証と暗号化が必要です。
o Mobility: Some degree of mobility.
o 移動性：ある程度の移動性。
o QoS: Support of limited QoS for emergency data (alarm).
o QoS：緊急データ（アラーム）に対する制限されたQoSのサポート。
In the home automation use case, the network topology is made of a mix of battery-operated and mains-powered nodes that communicate with each other. An LBR provides connectivity to the outside world for control management (Figure 4).
ホームオートメーションの使用例では、ネットワークトポロジは、相互に通信するバッテリ駆動のノードと主電源式のノードが混在して構成されています。 LBRは、制御管理のために外部への接続を提供します（図4）。
In the home network, installation and management must be extremely simple for the user. Link-local IPv6 addresses can be used by nodes with no external communication, and the LBR allocates routable addresses to communicate with other LoWPAN nodes not reachable over a single radio transmission.
ホームネットワークでは、インストールと管理はユーザーにとって非常に単純でなければなりません。リンクローカルIPv6アドレスは、外部通信のないノードで使用でき、LBRはルーティング可能なアドレスを割り当てて、単一の無線伝送で到達できない他のLoWPANノードと通信します。
n --- n
| | LBR: LoWPAN Border Router
Internet/ ----- LBR/LC -- n --- n ---- LC LC: Local Controller node
Utility network | | /|\ n: LoWPAN node
n ---- n n n n
(outside) (home automation system)
（外部）（ホームオートメーションシステム）
Figure 4: Home Automation Scenario
図4：ホームオートメーションのシナリオ
In some scenarios, traffic will be sent to a LC for processing; the LC may in turn decide on local actions (switch a light on, ...). In other scenarios, all devices will send their data to the LCs, which in turn may also act as the LBR for data processing and potential relay of data outside of the LoWPAN. It does not mean that all devices communicate with each other via the LC and LBR. For the sake of illustration, some of the data may be processed to trigger local action (e.g., switch off an appliance), simply store and send data once enough data has been accumulated (e.g., energy consumption for the past 6 hours for a set of appliances), or trigger an alarm that is immediately sent to a datacenter (e.g., gas-leak detection).
一部のシナリオでは、トラフィックはLCに送信されて処理されます。 LCがローカルアクションを決定する場合があります（ライトをオンにするなど）。他のシナリオでは、すべてのデバイスがデータをLCに送信します。LCは、データ処理およびLoWPAN外のデータの潜在的なリレーのためのLBRとしても機能します。これは、すべてのデバイスがLCおよびLBRを介して相互に通信することを意味するものではありません。説明のために、一部のデータはローカルアクションをトリガーするために処理される場合があります（たとえば、アプライアンスのスイッチを切る）。十分なデータが蓄積されたら、データを保存して送信するだけです（たとえば、セットの過去6時間のエネルギー消費）。または、すぐにデータセンターに送信されるアラームをトリガーします（ガス漏れ検出など）。
Although in the majority of cases nodes within the LoWPAN will be in direct range, some nodes will reach the LBR/LC with a path of 2-3 hops (with the emergence of several low-power media, such as low-power PLC) in which case LoWPAN routers will be deployed in the home to interconnect the various IPv6 links.
ほとんどの場合、LoWPAN内のノードは直接範囲内にありますが、一部のノードは2〜3ホップのパスでLBR / LCに到達します（低電力PLCなどのいくつかの低電力メディアの出現により）その場合、LoWPANルーターが家に配備され、さまざまなIPv6リンクを相互接続します。
The home LoWPAN must be able to provide extremely reliable communication in support of some specific applications (e.g., fire, gas-leak detection, health monitoring), whereas other applications may not be critical (e.g., humidity monitoring). Such emergency data has the same QoS issues as does event-driven data in other applications and can be delivered by pre-defined paths through mains-powered nodes without being stored in intermediate nodes such as LCs. Similarly, some information may require the use of security mechanisms for authentication and confidentiality.
家庭のLoWPANは、特定のアプリケーション（火災、ガス漏れ検知、ヘルスモニタリングなど）をサポートする非常に信頼性の高い通信を提供できる必要がありますが、他のアプリケーションは重要ではない可能性があります（湿度モニタリングなど）。このような緊急データには、他のアプリケーションのイベント駆動型データと同じQoS問題があり、LCなどの中間ノードに格納されることなく、主電源ノードを介して事前定義されたパスによって配信できます。同様に、一部の情報では、認証と機密保持のためにセキュリティメカニズムを使用する必要があります。
LoWPANs are envisioned to be heavily used in healthcare environments. They have a high potential for easing the deployment of new services by getting rid of cumbersome wires and simplifying patient care in hospitals and at home (home care). In healthcare environments, delayed or lost information may be a matter of life or death.
LoWPANは、ヘルスケア環境で頻繁に使用されることが想定されています。面倒な手間をなくし、病院や在宅での患者ケア（在宅ケア）を簡素化することで、新しいサービスの展開を容易にする高い可能性があります。医療環境では、情報の遅延や損失は生死にかかわる問題です。
Various systems, ranging from simple wearable remote controls for tele-assistance or intermediate systems with wearable sensor nodes monitoring various metrics to more complex systems for studying life dynamics, can be supported by LoWPANs. In the latter category, a large amount of data from various LoWPAN nodes can be collected: movement pattern observation, checks that medicaments have been taken, object tracking, and more. An example of such a deployment is described in [10] using the concept of "personal networks".
LoWPANは、テレアシスタンス用のシンプルなウェアラブルリモートコントロールや、さまざまなメトリックを監視するウェアラブルセンサーノードを備えた中間システムから、ライフダイナミクスを研究するためのより複雑なシステムまで、さまざまなシステムをサポートできます。後者のカテゴリでは、さまざまなLoWPANノードから大量のデータを収集できます。移動パターンの観察、薬剤が服用されていることの確認、オブジェクトの追跡などです。そのような展開の例は、「パーソナルネットワーク」の概念を使用して[10]で説明されています。
Example: Healthcare at Home by Tele-Assistance
例：遠隔支援による在宅医療
A senior citizen who lives alone wears one to several wearable LoWPAN nodes to measure heartbeat, pulse rate, etc. Dozens of LoWPAN nodes are densely installed at home for movement detection. An LBR at home will send the sensed information to a connected healthcare center. Portable base stations with LCDs may be used to check the data at home, as well. The different roles of devices have different duty cycles, which affect node management.
一人暮らしの高齢者は、1〜数台のウェアラブルLoWPANノードを装着して、心拍数や脈拍数などを計測します。自宅には、数十のLoWPANノードが密集して動きを検知しています。自宅のLBRは、検知された情報を接続されたヘルスケアセンターに送信します。 LCDを備えたポータブルベースステーションを使用して、自宅でデータを確認することもできます。デバイスのさまざまな役割には、ノードの管理に影響を与えるさまざまなデューティサイクルがあります。
Multipath interference may often occur due to the mobility of patients at home, where there are many walls and obstacles. Even during sleep, the change of body position may affect radio propagation.
多くの壁や障害物がある自宅での患者の移動により、マルチパス干渉が発生することがよくあります。睡眠中でも、体位の変化が電波伝搬に影響を与える場合があります。
Data is gathered in both periodic and event-driven fashion. In this application, event-driven data can be very time-critical. Thus, real-time and reliable transmission must be guaranteed.
データは定期的およびイベント駆動型の両方で収集されます。このアプリケーションでは、イベント駆動型のデータは非常にタイムクリティカルです。したがって、リアルタイムで信頼性の高い伝送を保証する必要があります。
Privacy also becomes a serious issue in this case, as the sensed data is very personal. A small set of secret keys can be shared within the sensor nodes during bootstrapping procedures in order to build a secure link without using much memory and energy. In addition, different data will be provided to the hospital system from that given to a patient's family members. Role-based access control is needed to support such services; thus, support of authorization and authentication is important.
感知されたデータは非常に個人的であるので、プライバシーもこの場合深刻な問題になります。メモリーとエネルギーをあまり使用せずに安全なリンクを構築するために、ブートストラップ手順中にセンサーノード内で少数の秘密鍵のセットを共有できます。さらに、患者の家族に与えられたものとは異なるデータが病院システムに提供されます。このようなサービスをサポートするには、役割ベースのアクセス制御が必要です。したがって、承認と認証のサポートは重要です。
Dominant parameters in healthcare applications:
ヘルスケアアプリケーションの主要なパラメータ：
o Deployment: Pre-planned.
o 展開：事前計画。
o Network Size: Small, high node density.
o ネットワークサイズ：小さく、高いノード密度。
o Power Source: Hybrid.
o 動力源：ハイブリッド。
o Connectivity: Always on.
o 接続：常にオン。
o Multi-Hop Communication: Multi-hop for home-care devices; patient's body network is star topology. Multipath interference due to walls and obstacles at home must be considered.
o マルチホップ通信：在宅介護デバイス用のマルチホップ。患者の体のネットワークはスター型トポロジーです。壁や自宅の障害物によるマルチパス干渉を考慮する必要があります。
o Traffic Pattern: MP2P/P2MP (data collection), P2P (local diagnostic).
o トラフィックパターン：MP2P / P2MP（データ収集）、P2P（ローカル診断）。
o Security Level: Data privacy and security must be provided. Encryption is required. It is required that role-based access control be supported by a lightweight authentication mechanism.
o セキュリティレベル：データのプライバシーとセキュリティを提供する必要があります。暗号化が必要です。役割ベースのアクセス制御は、軽量の認証メカニズムによってサポートされる必要があります。
o Mobility: Moderate (patient's mobility).
o 移動性：中程度（患者の移動性）。
o QoS: High level of reliability support (life-or-death implication), role-based.
o QoS：役割ベースの高レベルの信頼性サポート（死活への影響）。
o Other Issues: Plug-and-play configuration is required for mainly non-technical end-users. Real-time data acquisition and analysis are important. Efficient data management is needed for various devices that have different duty cycles, and for role-based data control. Reliability and robustness of the network are also essential.
o その他の問題：プラグアンドプレイ構成は、主に非技術的なエンドユーザーに必要です。リアルタイムのデータ収集と分析は重要です。デューティサイクルが異なるさまざまなデバイスや、役割ベースのデータ制御には、効率的なデータ管理が必要です。ネットワークの信頼性と堅牢性も不可欠です。
In this use case, the local network size is rather small (say, 10 nodes or less). The home care system is statically configured with multi-hop paths, and the patient's body network can be built as a star topology. The LBR at home is the sink node in the routing path from sources on the patient's body. A plug-and-play configuration is required. As the communication of the system is limited to a home environment, both 16-bit and 64-bit addresses can be used for IPv6 link-local addresses [3]. An example topology is provided in Figure 5.
この使用例では、ローカルネットワークのサイズはかなり小さくなっています（たとえば、10ノード以下）。在宅ケアシステムはマルチホップパスで静的に構成され、患者の身体ネットワークはスター型トポロジーとして構築できます。自宅のLBRは、患者の体のソースからのルーティングパスのシンクノードです。プラグアンドプレイ構成が必要です。システムの通信は家庭環境に限定されているため、16ビットと64ビットの両方のアドレスをIPv6リンクローカルアドレスに使用できます[3]。トポロジーの例を図5に示します。
The patient's body network can be simply configured as a star topology with a LC dealing with data aggregation and dynamic network attachment when the patient moves around at home. As multipath interference may often occur due to the patient's mobility at home, the deployment of LoWPAN nodes and transmission paths should be well considered. At home, some nodes can be installed with power-affluence status, and those LoWPAN nodes can be used for relaying points or data aggregation points.
患者のボディネットワークは、LCがスター型トポロジとして簡単に構成でき、LCはデータの集約と動的なネットワーク接続を扱い、患者が自宅を移動したときに移動します。自宅での患者の移動性によりマルチパス干渉が発生することが多いため、LoWPANノードと伝送パスの配置を十分に検討する必要があります。自宅では、一部のノードにパワーアフルエンスステータスをインストールでき、それらのLoWPANノードを中継ポイントまたはデータ集約ポイントに使用できます。
The sensed information must be maintained with the identification of the patient, no matter whether the patient visits the connected hospital or stays at home. If the patient's LoWPAN uses a globally unique IPv6 address, the address can be used for patient identification. However, this incurs a cost in terms of privacy and security. The hospital LoWPAN to which the patient's information is transferred needs to operate an additional identification system, together with a strong authority and authentication mechanism. The connection between the LBR at home and the LBR at the hospital must be reliable and secure, as the data is privacy-critical. To achieve this, an additional policy for security between the two LoWPANs is recommended.
検知された情報は、患者が接続された病院を訪問するか、自宅にいるかに関係なく、患者の識別情報とともに維持される必要があります。患者のLoWPANがグローバルに一意のIPv6アドレスを使用する場合、そのアドレスを患者の識別に使用できます。ただし、これにはプライバシーとセキュリティの面でコストがかかります。患者の情報が転送される病院のLoWPANは、強力な権限と認証メカニズムとともに、追加の識別システムを操作する必要があります。データはプライバシーを重視するため、自宅のLBRと病院のLBRの間の接続は、信頼性と安全性が必要です。これを実現するには、2つのLoWPAN間のセキュリティに関する追加のポリシーをお勧めします。
n - n I: Internet
| | LBR: Edge Router
LBR --- I -- LBR - n - n - LC LC: Local Controller node
/|\ | | /|\ n: LoWPAN node
.. . .. n -- n n n n
(hospital) (home system) (patient)
（病院）（在宅システム）（患者）
Figure 5: A Mobile Healthcare Scenario
図5：モバイルヘルスケアのシナリオ
LoWPANs play an important role in intelligent transportation systems. Incorporated into roads, vehicles, and traffic signals, they contribute to the improvement of safety in transportation systems. Through traffic or air-quality monitoring, they increase the possibility of traffic flow optimization, and they help reduce road congestion.
LoWPANは、高度道路交通システムにおいて重要な役割を果たしています。道路、車両、信号機に組み込まれ、交通システムの安全性向上に貢献しています。交通量や大気質の監視を通じて、交通流の最適化の可能性を高め、道路の混雑を緩和します。
Example: Telematics
例：テレマティクス
As shown in Figure 6, LoWPAN nodes for motion monitoring are incorporated into roads during road construction. When a car passes over these nodes, it is then possible to track, for safety purposes, the trajectory (path) and velocity of the car.
図6に示すように、モーションモニタリング用のLoWPANノードは、道路建設中に道路に組み込まれます。車がこれらのノードを通過すると、安全のために、車の軌道（パス）と速度を追跡できます。
The lifetime of LoWPAN nodes incorporated into roads is expected to be as long as the lifetime of the roads (about 10 years). Multi-hop communication is possible between LoWPAN nodes, and the network should be able to cope with the deterioration over time of node density due to power failures. Sink nodes placed at the side of the road are most likely mains-powered; LoWPAN nodes in the roads run on batteries. Power-saving schemes might intermittently disconnect the nodes. A rough estimate of 4 nodes per square meter is needed. Other applications may involve car-to-car communication for increased road safety.
道路に組み込まれたLoWPANノードの寿命は、道路の寿命と同じくらい（約10年）と予想されます。 LoWPANノード間でマルチホップ通信が可能であり、ネットワークは、停電によるノード密度の経時的な劣化に対処できる必要があります。道路の脇に設置されたシンクノードは、主電源である可能性が高いです。道路のLoWPANノードはバッテリーで動作します。省電力スキームにより、断続的にノードが切断される場合があります。 1平方メートルあたり4ノードの大まかな見積もりが必要です。その他のアプリケーションでは、交通安全を高めるために車々間通信が必要になる場合があります。
Dominant parameters in vehicle telematics applications:
車両テレマティクスアプリケーションの主要なパラメータ：
o Deployment: Pre-planned (road, vehicle).
o 展開：事前計画（道路、車両）。
o Network Size: Large (road infrastructure), small (vehicle).
o ネットワークサイズ：大（道路インフラ）、小（車両）。
o Power Source: Hybrid.
o 動力源：ハイブリッド。
o Connectivity: Intermittent.
o 接続性：断続的。
o Multi-Hop Communication: Multi-hop, especially ad hoc.
o マルチホップ通信：マルチホップ、特にアドホック。
o Traffic Pattern: Mostly MP2P, P2MP.
o トラフィックパターン：主にMP2P、P2MP。
o Security Level: Handling physical damage and link failure.
o セキュリティレベル：物理的な損傷とリンク障害の処理。
o Mobility: None (road infrastructure), high (vehicle).
o 移動性：なし（道路インフラ）、高（車両）。
For this use case, the network topology includes fixed LBRs that are mains-powered and have a connection to high-speed networks (e.g., the Internet) in order to reach the transportation control center (Figure 6). These LBRs may be logically combined with a LC as a data sink to gather sensed data from a number of LoWPAN nodes inserted in the road pavement. In the road infrastructure, a LoWPAN with one LBR forms a fixed network, and the LoWPAN nodes are installed by manual optimization of their location.
この使用例の場合、ネットワークトポロジには、主電源であり、交通管制センターに到達するために高速ネットワーク（インターネットなど）に接続されている固定LBRが含まれます（図6）。これらのLBRは、データシンクとしてLCと論理的に組み合わせて、道路舗装に挿入されたいくつかのLoWPANノードから検出されたデータを収集することができます。道路インフラストラクチャでは、1つのLBRを持つLoWPANが固定ネットワークを形成し、LoWPANノードは、それらの場所の手動最適化によってインストールされます。
+-----+
| LBR |--------------------------- LBR ...
+-----+ (at the roadside)
-------|------------------------------
|
n -- n --- n --- n +---|---+ LBR: LoWPAN Border Router
/ \ | | n-n-n | n: LoWPAN node
n n n +---|---+
(cars)
--------------------------------------
Figure 6: Telematics Scenario
図6：テレマティクスのシナリオ
Given the fact that nodes are incorporated into the road, tampering with sensors is difficult for an adversary. However, the application must be robust against possible attacks and node failures. Sensed data should thus be used primarily for monitoring purposes, not to instruct (and potentially mislead) traffic participants.
ノードが道路に組み込まれているという事実を考えると、センサーの改ざんは敵にとって困難です。ただし、アプリケーションは、起こり得る攻撃やノード障害に対して堅牢でなければなりません。したがって、感知されたデータは、主に監視目的で使用する必要があり、トラフィックの参加者に指示する（および誤解を招く可能性がある）ことはできません。
Accurate temporal and spatial monitoring can significantly increase agricultural productivity. Due to natural limitations, such as a farmer's inability to check crops at all times of the day, or inadequate measurement tools, luck often plays too large a role in the success of harvests. Using a network of strategically placed sensors, indicators such as temperature, humidity, and soil condition can be automatically monitored without labor-intensive field measurements. For example, sensor networks could provide precise information about crops in real time, enabling businesses to reduce water, energy, and pesticide usage and enhancing environmental protection. The sensing data can be used to find optimal environments for the plants. In addition, the data on planting conditions can be saved by sensor tags, which can be used in supply-chain management.
正確な時間的および空間的モニタリングは、農業生産性を大幅に高めることができます。農家が1日中いつでも作物を確認できないか、測定ツールが不十分であるなどの自然の制限により、運が収穫の成功に大きな役割を果たしていることがよくあります。戦略的に配置されたセンサーのネットワークを使用して、温度、湿度、土壌状態などのインジケーターを、労働集約的な現場測定なしで自動的に監視できます。たとえば、センサーネットワークは作物に関する正確な情報をリアルタイムで提供し、企業が水、エネルギー、農薬の使用を削減し、環境保護を強化できるようにします。センシングデータは、植物に最適な環境を見つけるために使用できます。また、植栽状況のデータをセンサータグで保存でき、サプライチェーン管理に活用できます。
Example: Automated Vineyard
例：自動ブドウ園
In a vineyard of medium to large geographical size, between 50 and 100 LC nodes are manually deployed in order to provide full signal coverage over the study area. An additional 100 to 1000 leaf nodes with (possibly heterogeneous) specialized sensors (i.e., humidity, temperature, soil condition, sunlight) are attached to the LCs in local wireless star topologies, periodically reporting measurements to the associated LCs. For example, in a 20-acre vineyard with 8 parcels of land, 10 LoWPAN nodes are placed within each parcel to provide readings on temperature and soil moisture. The LoWPAN nodes are able to support a multi-hop forwarding/routing scheme to enable data transmission to a sink node at the edge of the vineyard. Each of the 8 parcels contains one data aggregator to collect the sensed data.
地理的サイズが中規模から大規模のブドウ園では、調査地域全体に完全な信号カバレッジを提供するために、50〜100のLCノードが手動で展開されます。追加の100から1000のリーフノード（多種多様な）専用センサー（湿度、温度、土壌条件、太陽光など）がローカルワイヤレススタートポロジのLCに接続され、関連するLCに測定値を定期的に報告します。たとえば、8区画の土地がある20エーカーのブドウ園では、10のLoWPANノードが各区画内に配置され、温度と土壌水分の読み取り値を提供します。 LoWPANノードは、ブドウ畑の端にあるシンクノードへのデータ送信を可能にするマルチホップ転送/ルーティングスキームをサポートできます。 8つのパーセルのそれぞれには、感知されたデータを収集する1つのデータアグリゲーターが含まれています。
Localization is important for this type of LoWPAN when installed in a geographically large area, in order to pin down where an event occurred, and to combine gathered data with the actual positions of the devices. Using manual deployment, device addresses can be used for identifying their position and localization. For randomly deployed nodes, a localization algorithm needs to be applied.
イベントが発生した場所を特定し、収集されたデータをデバイスの実際の位置と組み合わせるために、地理的に広いエリアにインストールされているこのタイプのLoWPANのローカリゼーションは重要です。手動展開を使用すると、デバイスのアドレスを使用して、位置とローカリゼーションを識別できます。ランダムに展開されたノードの場合、ローカリゼーションアルゴリズムを適用する必要があります。
There might be various types of sensor devices deployed in a single LoWPAN, each providing raw data with different semantics. Thus, an additional method is required to correctly interpret sensor readings. Each data packet may include meta-information about its data, or the type of sensor could be encoded in its address during address allocation.
1つのLoWPANにさまざまな種類のセンサーデバイスが展開され、それぞれが異なるセマンティクスの生データを提供する場合があります。したがって、センサーの読み取り値を正しく解釈するには、追加の方法が必要です。各データパケットには、そのデータに関するメタ情報を含めることができます。または、アドレスの割り当て時にセンサーのタイプをアドレスにエンコードできます。
Dominant parameters in agricultural monitoring:
農業モニタリングにおける主要なパラメーター：
o Deployment: Pre-planned.
o 展開：事前計画。
The nodes are installed outdoors or in a greenhouse, with high exposure to water, soil, and dust, in dynamic environments of moving people and machinery, and with growing crops and foliage. LoWPAN nodes can be deployed in a predefined manner, with consideration given to harsh environments.
ノードは屋外や温室に設置され、水、土、粉塵にさらされたり、人や機械が動いている動的な環境で、作物や葉が成長したりします。 LoWPANノードは、過酷な環境を考慮して、事前定義された方法で展開できます。
o Network Size: Medium to large, low to medium density.
o ネットワークサイズ：中〜大、低〜中密度。
o Power Source: All nodes are battery-powered except the sink, or energy harvesting.
o 電源：シンクまたはエナジーハーベスティングを除くすべてのノードは電池式です。
o Connectivity: Intermittent (many sleeping nodes).
o 接続性：断続的（多くのスリープノード）。
o Multi-Hop Communication: Mesh topology with local star connections.
o マルチホップ通信：ローカルスター接続のメッシュトポロジ。
o Traffic Pattern: Mainly MP2P/P2MP. P2P actuator triggering.
o トラフィックパターン：主にMP2P / P2MP。 P2Pアクチュエータのトリガー。
o Security Level: Depends on purpose of the business. Lightweight security or simple shared-key management can be used, depending on the purpose of the business.
o セキュリティレベル：ビジネスの目的によって異なります。ビジネスの目的に応じて、軽量のセキュリティまたは単純な共有キー管理を使用できます。
o Mobility: All static.
o モビリティ：すべて静的。
o Other Issues: Time synchronization among sensors is required, but the traffic interval may not be frequent (e.g., once every 30 to 60 minutes).
o その他の問題：センサー間の時間同期が必要ですが、トラフィック間隔が頻繁ではない場合があります（たとえば、30〜60分に1回）。
The network configuration in this use case might, in the simplest case, look like the configuration illustrated in Figure 7. This static scenario consists of one or more fixed LBRs that are mains-powered and have a high-bandwidth connection to a backbone link, which might be placed in a control center or connected to the Internet. The LBRs are strategically located at the border of vineyard parcels, acting as data sinks. A number of LCs are placed along a row of plants with individual LoWPAN nodes spread around them.
この使用例のネットワーク構成は、最も単純な場合、図7に示す構成のようになります。この静的シナリオは、主電源であり、バックボーンリンクへの高帯域幅接続を持つ1つ以上の固定LBRで構成されます。コントロールセンターに配置されるか、インターネットに接続されます。 LBRは、ブドウ畑の区画の境界に戦略的に配置され、データシンクとして機能します。多数のLCが植物の列に沿って配置され、個々のLoWPANノードがそれらの周りに広がっています。
While the LBRs implement the IPv6 Neighbor Discovery protocol (RFC 4861 [1]) to connect to the outside of the LoWPAN, the LoWPAN nodes operate a more energy-conserving ND described in [6], which includes basic bootstrapping and address assignment. Each LBR can have predefined forward management information to a central data aggregation point, if necessary.
LBRはIPv6近隣探索プロトコル（RFC 4861 [1]）を実装してLoWPANの外部に接続しますが、LoWPANノードは、[6]で説明されている、よりエネルギー節約型のNDを操作します。これには、基本的なブートストラップとアドレス割り当てが含まれます。各LBRは、必要に応じて、中央のデータ集約ポイントに事前定義された転送管理情報を持つことができます。
LoWPAN nodes may send event-driven notifications when readings exceed certain thresholds, such as low soil humidity, which may automatically trigger a water sprinkler in the local environment. For increased energy efficiency, all LoWPAN nodes are in periodic sleep state. However, the LCs need to be aware of sudden events from the leaf nodes. Their sleep periods should therefore be set to shorter intervals. Communication schedules must be set up between master and leaf nodes, and time synchronization is needed to account for clock drift.
LoWPANノードは、読み取り値が低土壌湿度などの特定のしきい値を超えると、イベント駆動型通知を送信する場合があり、ローカル環境で自動的に水スプリンクラーをトリガーします。エネルギー効率を高めるために、すべてのLoWPANノードは定期的なスリープ状態にあります。ただし、LCはリーフノードからの突然のイベントを認識する必要があります。したがって、彼らの睡眠期間はより短い間隔に設定する必要があります。マスターノードとリーフノードの間に通信スケジュールを設定する必要があり、クロックドリフトを考慮するために時間同期が必要です。
Also, the result of data collection may activate actuators. Context awareness, node identification, and data collection at the application level are necessary.
また、データ収集の結果、アクチュエータが作動する場合があります。アプリケーションレベルでのコンテキスト認識、ノード識別、およびデータ収集が必要です。
I
|
| n n n n n n n n n I: Internet
| \|/ \|/ \|/ LBR: LoWPAN Border Router
LBR----LC------LC------LC LC: Local Controller node
| /|\ /|\ /|\ n: LoWPAN node
| n n n n n n n n n
|
LBR
...
Figure 7: Automated Vineyard Scenario
図7：自動ブドウ園シナリオ
Relevant security considerations are listed by application scenario in Section 3. The security considerations in RFC 4919 [2] and RFC 4944 [3] apply as well.
関連するセキュリティの考慮事項は、セクション3のアプリケーションシナリオごとにリストされています。RFC4919 [2]およびRFC 4944 [3]のセキュリティの考慮事項も同様に適用されます。
The physical exposure of LoWPAN nodes (especially in outdoor networks) allows an adversary to capture, clone, tamper with, or even destroy these devices. Given the safety issues involved in some use cases, these threats place high demands for resiliency and survivability upon the LoWPAN. The generally wireless channels of LoWPANs are susceptible to several security threats. Without proper security measures, confidential information might be snooped by a "man in the middle". An attacker might also modify or introduce data packets into the network -- for example, to manipulate sensor readings or to take control of sensors and actuators. This specification expects that the link layer is sufficiently protected, either by means of physical or IP security for the backbone link or with MAC sublayer cryptography. However, link-layer encryption and authentication may not be sufficient to provide confidentiality, authentication, integrity, and freshness to both data and signaling packets.
LoWPANノード（特に屋外ネットワーク）が物理的に露出しているため、攻撃者はこれらのデバイスをキャプチャ、複製、改ざん、または破壊することさえできます。いくつかのユースケースに含まれる安全性の問題を考えると、これらの脅威はLoWPANに弾力性と存続可能性を強く要求します。 LoWPANの一般的なワイヤレスチャネルは、いくつかのセキュリティ脅威の影響を受けます。適切なセキュリティ対策がないと、機密情報が「中間者」に盗まれる可能性があります。攻撃者は、データパケットを変更またはネットワークに導入することもできます。たとえば、センサーの読み取り値を操作したり、センサーやアクチュエータを制御したりすることができます。この仕様では、バックボーンリンクの物理的またはIPセキュリティによって、またはMACサブレイヤー暗号化によって、リンクレイヤーが十分に保護されることを期待しています。ただし、リンク層の暗号化と認証は、データパケットとシグナリングパケットの両方に機密性、認証、整合性、および鮮度を提供するには十分でない場合があります。
Due to their low-power nature, LoWPANs are especially vulnerable to denial-of-service (DoS) attacks. Example DoS attacks include attempts to drain a node's battery by excessive querying or to introduce a high-power jamming signal that makes LoWPAN nodes dysfunctional. Security solutions must therefore be lightweight and support node authentication, so that message integrity can be guaranteed and misbehaving nodes can be denied participation in the network. A node must authenticate itself to trusted nodes before taking part in the LoWPAN.
LoWPANは低電力であるため、サービス拒否（DoS）攻撃に対して特に脆弱です。 DoS攻撃の例には、過度のクエリによってノードのバッテリーを消耗させようとする試みや、LoWPANノードを機能不全にする高出力妨害信号を導入する試みが含まれます。したがって、セキュリティソリューションは軽量で、ノード認証をサポートする必要があります。これにより、メッセージの整合性が保証され、動作に問題のあるノードがネットワークに参加できなくなります。ノードは、LoWPANに参加する前に、信頼されたノードに対して自身を認証する必要があります。
Considering the power constraints and limited processing capabilities of IEEE 802.15.4 devices, IPsec is computationally expensive; Internet key exchange (IKEv2) messaging as described in [4] is not suited for LoWPANs, as the amount of signaling in these networks should be minimized. Thus, LoWPANs may need to define their own key-management method that requires minimum overhead in terms of packet size and message exchange [11]. IPsec provides authentication and confidentiality between end nodes and across multiple LoWPAN links, and may be useful only when two nodes want to apply security to all exchanged messages. However, in many cases, the security may be requested at the application layer as needed, while other messages can flow in the network without security overhead. Recent work [13] shows some promise for minimal IKEv2 implementations.
IEEE 802.15.4デバイスの電力制限と制限された処理機能を考慮すると、IPsecは計算コストが高くなります。 [4]で説明されているインターネットキー交換（IKEv2）メッセージングは、これらのネットワークでのシグナリングの量を最小限に抑える必要があるため、LoWPANには適していません。したがって、LoWPANは、パケットサイズとメッセージ交換の観点から最小限のオーバーヘッドを必要とする独自のキー管理方法を定義する必要がある場合があります[11]。 IPsecは、エンドノード間および複数のLoWPANリンク間の認証と機密性を提供し、2つのノードがすべての交換されたメッセージにセキュリティを適用したい場合にのみ役立つ場合があります。ただし、多くの場合、必要に応じてアプリケーション層でセキュリティを要求できますが、他のメッセージはセキュリティオーバーヘッドなしでネットワークを流れることができます。最近の研究[13]は、最小限のIKEv2実装の可能性を示しています。
Security requirements may differ by use case. For example, industrial and structural monitoring applications are safety-critical and secure transmission must be guaranteed, so that only authenticated users are able to access and handle the data. In healthcare systems, data privacy is an important issue. Encryption is required, and role-based access control is needed for proper authentication. In home automation scenarios, critical applications such as door locks require high security and robustness against intrusion. On the other hand, a remote-controlled light switch has no critical security threats.
セキュリティ要件は、ユースケースによって異なる場合があります。たとえば、産業および構造監視アプリケーションは安全性が重要であり、安全な伝送が保証されている必要があるため、認証されたユーザーだけがデータにアクセスして処理できます。医療システムでは、データのプライバシーは重要な問題です。暗号化が必要であり、適切な認証にはロールベースのアクセス制御が必要です。ホームオートメーションのシナリオでは、ドアロックなどの重要なアプリケーションには、高いセキュリティと侵入に対する堅牢性が必要です。一方、リモート制御のライトスイッチには重大なセキュリティ上の脅威はありません。
Special thanks to Nicolas Chevrollier for participating in the initial design of the document. Also, thanks to David Cypher for giving more insight on the IEEE 802.15.4 standard, and to Irene Fernandez, Shoichi Sakane, and Paul Chilton for their review and valuable comments.
ドキュメントの初期デザインに参加してくれたNicolas Chevrollierに特に感謝します。また、IEEE 802.15.4規格に関する洞察を提供してくれたDavid Cypher、およびレビューと貴重なコメントを提供してくれたIrene Fernandez、Sakaichi Sakane、およびPaul Chiltonにも感謝します。
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[13] Kivinen, T., "Minimal IKEv2", Work in Progress, February 2011.
[13] Kivinen、T。、「Minimal IKEv2」、Work in Progress、2011年2月。
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