АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Сжатие заголовков в статическом контексте

Сжатие заголовков в статическом контексте (англ. Static Context Header Compression, SCHC) — стандартная схема сжатия и фрагментации, определённая рабочей группой «IPv6 поверх LPWAN» в рамках IETF. Предназначена для сжатия и фрагментации пакетов IPv6/UDP/CoAP с целью их передачи по энергоэффективным сетям с большой дальностью действия (LPWAN).

Схема сжатия для LPWAN

О сетях LPWAN

Энергоэффективные сети с большой дальностью действия (LPWAN) — это группа технологий связи, ориентированных на интернет вещей (IoT), обеспечивающих:

  • дальность передачи до 40 км,
  • очень низкое энергопотребление (на стороне устройств),
  • энергетическую эффективность для сетей.

Компромиссом за достижение этих характеристик становятся значительные ограничения по пропускной способности и максимальному размеру пакетов[1]. Кроме того, LPWAN характеризуются ограничениями на режимы передачи: ради экономии заряда батареи устройства большую часть времени пребывают в спящем режиме и пробуждаются эпизодически для передачи или приёма данных в течение коротких временных окон.

В результате каждая технология LPWAN использует свои специфические протоколы. Ключевая проблема — невозможность непосредственной передачи IPv6, изначально предназначенного для адресации миллиардов IoT-устройств.

Стандарты сжатия IETF

В начале 2000-х годов IETF разработал первые зрелые стандарты для сжатия и фрагментации:

  • RoHC (Robust Header Compression, 2001),
  • 6LoWPAN (IPv6 поверх энергоэффективных беспроводных персональных сетей, 2007).

Однако эти схемы сжатия не учитывают особенности технологий LPWAN[2][3][4].

SCHC сочетает преимущества RoHC (гибкая обработка полей заголовков) и 6LoWPAN (исключение полей, известных обеим сторонам передачи)[4].

Сжатие по SCHC

Метод SCHC использует специфику LPWAN (отсутствие маршрутизации, предсказуемый формат и содержание сообщений), что позволяет сократить служебную нагрузку до нескольких байтов и тем самым экономить сетевой трафик.

В основе схемы SCHC лежит понятие «контекст». Контекст — это набор правил, описывающих условия передачи, то есть поля заголовков. Контекст статически задаётся и предварительно настраивается как на конечных устройствах, так и в ядре сети. «Статический контекст» подразумевает, что описание правил не меняется в ходе передачи. Благодаря этому заголовки IPv6/UDP в большинстве случаев сводятся к небольшому идентификатору.

Фрагментация по SCHC

Если сжатия недостаточно, SCHC предоставляет механизм фрагментации, реализующийся тремя способами:

Без подтверждения (No-Ack)

В этом режиме пакет SCHC разбивается на несколько фрагментов, которые отправляются получателю вслепую. Если хотя бы один фрагмент потеряется, восстановить исходный пакет невозможно.

Подтверждения при ошибке (Ack-On-Error)

В этом режиме используется концепция «окон» с заданным размером: получатель отслеживает, какие части окон были получены. Получив последний фрагмент, получатель вычисляет недостающие части, сообщает об этом отправителю, и начинается повторная отправка утраченных фрагментов.

Всегда подтверждать (Ack-Always)

Здесь механизм подтверждения и повторной передачи аналогичен Ack-On-Error, но подтверждение проводится для каждого окна передачи, а не по завершении всей передачи.

Стандартизация

Общий фреймворк сжатия и фрагментации заголовков в статическом контексте описан в RFC 8724, опубликованном в апреле 2020 года. Он определяет универсальную схему, применимую ко всем технологиям LPWAN и, шире, к различным интернет-сетям.

Дополнительная работа посвящена определению стандартных параметров и режимов работы SCHC для оптимизации под используемые протоколы и физические технологии LPWAN:

  • RFC 9011: SCHC для LoRaWAN
  • RFC 8824: SCHC для CoAP
  • RFC 9363: YANG-модель данных для SCHC
  • RFC 9391: SCHC для NB-IoT
  • SCHC для Sigfox
  • SCHC для сетей IEEE 802.15.4
  • OAM для LPWAN с использованием SCHC

17 мая 2022 года альянс LoRa (глобальная ассоциация компаний, продвигающих открытый стандарт LoRaWAN для сетей интернета вещей на базе LPWAN) объявил, что LoRaWAN теперь поддерживает IPv6 сквозным образом[5]. Тем самым расширяются возможности устройств IoT, использующих IPv6, в том числе для реализации стандартов «интернета вещей» в системах умного учёта электроэнергии, управлении зданиями, промышленности, логистике и жилой инфраструктуре. Альянс выпустил техническую спецификацию TS 10-1.0.0, разъясняющую применение SCHC как адаптационного уровня, позволяющего конечным устройствам LoRaWAN использовать стек IPv6 поверх LoRaWAN[6]. Программа сертификации дополнена поддержкой решений на базе SCHC для передачи IPv6 поверх LoRaWAN[7].

Кроме того, SCHC внедряется в рамках совместной стандартизации между Ассоциацией пользователей DLMS и LoRa Alliance для рынка интеллектуального учёта[8][9].

Примечания

  1. ↑ Farrell, Stephen (май 2018). “RFC 8376: Обзор LPWAN”. IETF [англ.]. Дата обращения 2024-06-15. Проверьте дату в |date= (справка на английском)
  2. ↑ Sanchez-Gomez, Jesus; Gallego-Madrid, Jorge; Sanchez-Iborra, Ramon; Santa, Jose; Skarmeta, Antonio F. (январь 2020). “Влияние сжатия и фрагментации SCHC на LPWAN: исследование на примере LoRaWAN”. Sensors [англ.]. 20 (1): 280. Bibcode:2020Senso..20..280S. DOI:10.3390/s20010280. PMC 6982818. PMID 31947852. Проверьте дату в |date= (справка на английском); |access-date= требует |url= (справка)
  3. ↑ Gomez, Carles; Minaburo, Ana; Toutain, Laurent; Barthel, Dominique (октябрь 2019). “IPv6 поверх LPWAN: подключение энергоэффективных широкополосных сетей к интернету вещей”. IEEE Wireless Communications [англ.]. 27: 206—213. DOI:10.1109/MWC.001.1900215. HDL:2117/185281. S2CID 212649280. Дата обращения 2024-06-15. Проверьте дату в |date= (справка на английском)
  4. ↑ 1 2 Построение сквозной сети с IP поверх LoRaWAN // LoRaWAN® на службе энергоэффективных беспроводных приложений (электронная книга) : [англ.]. — 2019. — P. 80–88.
  5. ↑ LoRa Alliance® LoRa Alliance® запускает IPv6 поверх LoRaWAN®: новые рынки для LoRaWAN (англ.). LoRa Alliance® (17 мая 2022). Дата обращения: 12 июля 2022. Архивировано 23 июня 2025 года.
  6. ↑ TS010-1.0.0 IPv6 Adaptation Layer (англ.). resources.lora-alliance.org (6 мая 2022). Дата обращения: 12 июля 2022. Архивировано 8 июля 2025 года.
  7. ↑ Hinz, Brooke LoRa Alliance® расширяет программу сертификации, включив SCHC поверх LoRaWAN для поддержки IPv6 (англ.). LoRa Alliance® (28 ноября 2022). Дата обращения: 9 января 2023. Архивировано 4 февраля 2023 года.
  8. ↑ Демерле, Реми DLMS поверх LoRaWAN®: что это и почему важно (англ.) (июнь 2020). Дата обращения: 15 июня 2024. Архивировано 3 июня 2025 года.
  9. ↑ Первый электросчётчик DLMS на базе LoRaWAN (англ.), Smart Energy International (29 октября 2020). Архивировано 5 января 2022 года. Дата обращения: 15 июня 2024.

Ссылки

Категории