نظام 6LoWPAN في الاتصالات اللاسلكية

يُستخدم نظام (6LoWPAN) لمجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك شبكات الاستشعار اللاسلكية حيث يرسل هذا الشكل من شبكات الاستشعار اللاسلكية البيانات كحزم وباستخدام (IPv6)، ممّا يعطي الأساس لـ (IPv6) عبر الشبكات الشخصية اللاسلكية منخفضة الطاقة، كما يوفر (6LoWPAN) وسيلة لنقل بيانات الحزمة في شكل (IPv6) عبر (IEEE 802.15.4) والشبكات الأخرى.

ما هو نظام 6LoWPAN؟

نظام (6LoWPAN): هو معيار مفتوح تم تحديده من قبل فريق عمل هندسة الإنترنت (IETF) في وثيقتهم (RFC 6282)، وهي هيئة المعايير التي تحدد العديد من المعايير المفتوحة المستخدمة في الإنترنت بما في ذلك (HTTP) و(TCP) و(UDP) والعديد من المعايير الأخرى.

6LoWPAN هو اختصار لـ (IPv6 عبر شبكات المنطقة الشخصية اللاسلكية منخفضة الطاقة) وهو بروتوكول قياسي لتحقيق اتصالات (IPv6) على الشبكات اللاسلكية المكونة من وحدات لاسلكية منخفضة الطاقة حيث تتضمن مواصفات (6LoWPAN) ضغط الحزمة وآليات التحسين الأخرى، بحيث يمكن نقل حزم (IPv6) بكفاءة عبر شبكات منخفضة الطاقة، ممّا يجعل اتصال (IPv6) عملياً على هذه الشبكات المقيدة.

في حين تم تصميم (6LoWPAN) اعتماداً على (IEEE 802.15.4)، وهو معيار يحدد الطبقات السفلية لنظام لاسلكي منخفض الطاقة بسرعة (2.4 جيجا هرتز)، كما يتم تطويره للعمل مع العديد من الحوامل اللاسلكية الأخرى بما في ذلك (Bluetooth Smart) والتحكم في خط الطاقة (PLC) وشبكة (Wi-Fi) منخفضة الطاقة، كما حددت مجموعة (6LoWPAN) بعد ذلك آليات التغليف والضغط التي تمكن من نقل بيانات (IPv6) من الشبكة اللاسلكية.

تستخدم تقنية (6LoWPAN) معيار (IEEE 802.15.4)؛ بهدف توفير الطبقات السفلية لنظام الشبكة اللاسلكية منخفض الطاقة، وفي حين أنّ هذا يبدو نهجاً مباشراً لتطوير شبكة لاسلكية لحزم البيانات أو شبكة استشعار لاسلكية، إلّا أنّ هناك حالات عدم توافق بين تنسيق (IPv6) والتنسيقات التي يسمح بها (IEEE 802.15.4)، كما يتم التغلب على هذه الاختلافات في (6LoWPAN) وهذا يسمح للنظام باستخدامه كطبقة فوق (802.15.4) الأساسي.

لإرسال بيانات الحزمة (IPv6) عبر (6LowPAN)، من المهم توفر طريقة لتحويل بيانات الحزمة إلى شكل يمكن معالجته عن طريق نظام الطبقة الدنيا (IEEE 802.15.4)، كما يتطلب (IPv6) أن لا يقل طول وحدة الإرسال (MTU) عن (1280 بايت)، كما يُعد هذا أطول بكثير من حجم الحزمة القياسي (IEEE802.15.4) البالغ (127 octets بتات) والذي تم تعيينه لإبقاء عمليات النقل قصيرة وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة.

للتغلب على مشكلة دقة العنوان، يتم إعطاء عناوين (IPv6) حوالي (128 بت) بطريقة هرمية، كما قد تستخدم أجهزة (IEEE 802.15.4) أياً من عناوين (IEEE) حوالي (64 بت) الموسعة أو عناوين (16 بت) الفريدة داخل (PAN) بعد اقتران الأجهزة، كما يوجد أيضاً مُعرف (PAN) لمجموعة من أجهزة (IEEE802.15.4) المشتركة في الموقع.

مجالات تطبيق 6LoWPAN:

مع وجود العديد من شبكات الاستشعار اللاسلكية منخفضة الطاقة وغيرها من أشكال الشبكات اللاسلكية المخصصة، من الضروري أن يكون لأي نظام أو تقنية لاسلكية جديدة منطقة محددة تتناولها في حين أنّ هناك العديد من أشكال الشبكات اللاسلكية بما في ذلك شبكات الاستشعار اللاسلكية، فإنّ (6LoWPAN) تتناول منطقة لم يتم تناولها حالياً من قبل أي نظام آخر أي استخدام (IP)، وعلى وجه الخصوص (IPv6) لنقل البيانات.

يسعى النظام العام على توفير اتصال إنترنت لاسلكي بمعدلات بيانات منخفضة ودورة عمل منخفضة، ومع ذلك، هناك العديد من التطبيقات حيث يتم استخدام (6LoWPAN):

• الأتمتة العامة (General Automation): هناك فرص هائلة لاستخدام (6LoWPAN) في العديد من مجالات الأتمتة المختلفة.

• أتمتة المنزل (Home automation): هناك سوق كبير لأتمتة المنزل، ومن خلال الاتصال باستخدام (IPv6)، من الممكن الحصول على مزايا مميزة مقارنة بأنظمة إنترنت الأشياء الأخرى وتم إعداد مبادرة (Thread) للتوحيد القياسي على بروتوكول يعمل على (6LoWPAN)؛ لتمكين التشغيل الآلي للمنزل.

• الشبكة الذكية (Smart Grid): تمكّن الشبكات الذكية العدادات الذكية والأجهزة الأخرى من بناء شبكة متناهية الصغر، وهي قادرة على إرسال البيانات مرة أخرى إلى نظام مراقبة وفوترة مشغل الشبكة باستخدام العمود الفقري (IPv6).

• المراقبة الصناعية (Industrial monitoring): توفر المصانع والمنشآت الصناعية الآلية فرصة رائعة لـ (6LoWPAN) ويمكن أن يؤدي استخدام الأتمتة إلى تحقيق مدخرات كبيرة، حيث تتيح قدرة (6LoWPAN) على الاتصال بالسحابة العديد من المجالات المختلفة لمراقبة البيانات وتحليلها.

الأمان في نظام 6LoWPAN:

من المتوقع أن يوفر إنترنت الأشياء (IoT) للمتسللين فرصة كبيرة لفرض السيطرة على الأجهزة غير المؤمنة بشكل جيد واستخدامها أيضاً للمساعدة في مهاجمة الشبكات والأجهزة الأخرى، كما يُعد الأمان مشكلة رئيسية لأي معيار مثل (6LoWPAN)، ويستخدم أمان طبقة الارتباط (AES-128) المحدد في (IEEE 802.15.4)، وممّا يوفر مصادقة الارتباط والتشفير.

يتم توفير مزيد من الأمان من خلال آليات أمان طبقة النقل المضمنة أيضاً، حيث يتم تعريفه في (RFC 5246) ويعمل عبر (TCP)، أمّا بالنسبة للأنظمة التي يتم فيها استخدام (UDP) ويمكن استخدام بروتوكول طبقة النقل المحدد في (RFC 6347)، وعلى الرغم من أنّ هذا قد يتطلب بعض متطلبات الأجهزة المحددة.

إمكانية التشغيل البيني في نظام 6LoWPAN:

إحدى المشاكل الرئيسية لأي معيار هي إمكانية التشغيل البيني، ومن الضروري أن تعمل المعدات من مختلف الصانعين معاً، وعند اختبار قابلية التشغيل البيني من الضروري التأكد من توافق جميع طبقات (OSI)، ولضمان إمكانية تحقيق ذلك هناك العديد من المواصفات المختلفة القابلة للتطبيق حيث يمكن فحص أي عنصر للتأكد من مطابقته للمعيار، وكذلك اختباره بشكل مباشر للتشغيل البيني.

يُعد (6LoWPAN) هو معيار أسلوب لاسلكي أو إنترنت الأشياء الذي اكتسب بهدوء مجالاً واسعاً، وعلى الرغم من أنّه كان يهدف في البداية إلى الاستخدام مع (IEEE 802.15.4)، إلّا أنّه قادر أيضاً على العمل مع معايير لاسلكية أخرى ممّا يجعله خياراً مثالياً للعديد من التطبيقات، كما يُعتبر (6LoWPAN) أفضل بروتوكول لتحقيق إنترنت الأشياء، وذلك لأنّ اتصال (6LoWPAN) يعتمد على (IPv6)، ممّا يجعل من الممكن إنشاء خدمات ذكية لم يكن من الممكن تحقيقها من قبل وذلك عندما تم إغلاق الشبكات منخفضة الطاقة وفصلها عن الإنترنت.

ما هو بروتوكول Thread IoT Wireless؟

بروتوكول (Thread): هو بروتوكول شبكة لاسلكية يستخدم نقل بيانات (IP)، حيث تم تطوير الاتصال اللاسلكي للخيط خصيصاً لدعم إنترنت الأشياء (IoT)، ونتيجةً لذلك فإنّه يشتمل على العديد من الميزات التي لم تكن متوفرة في المعايير السابقة.

تم تصميم (Thread) لتطبيقات وأجهزة المستهلكين في المنزل وحوله، كما تم تصميمها ليتم إعدادها لإجراء اتصالات سهلة وآمنة بين مئات الأجهزة مع بعضها البعض ومباشرةً إلى السحابة باستخدام الإنترنت الحقيقي للبروتوكولات في شبكة لاسلكية منخفضة الطاقة.

تم تصميم (Thread) لتمكين نقل بيانات (IPv6)، وهي أسلوب لا تستطيع تقنيات الشبكات المماثلة الأخرى استيعابها حالياً، حيث يعتمد الموضوع على معايير لاسلكية مثبتة بما في ذلك (IEEE 802.15.4) و(6LoWPAN)، ولقد تم تصميمه ليناسب التشغيل منخفض الطاقة وهي القدرة التي تزداد أهمية لتطبيقات إنترنت الأشياء، كما يمكن لتقنية (Thread IoT) توصيل ما يصل إلى (250 جهازاً) بشكل آمن في شبكة شبكة لاسلكية تتضمن وصولاً مباشراً إلى الإنترنت والسحابة لكل جهاز.

استناداً إلى المعايير المفتوحة وبروتوكولات (IPv6 / 6LoWPAN)، يوفر نهج (Thread) للشبكات اللاسلكية شبكة شبكية آمنة وموثوقة مع عدم وجود نقطة فشل واحدة ودعم للأجهزة الطرفية منخفضة الطاقة ونظراً لأنّه يستخدم شبكة متداخلة، ولا داعي للاعتماد على نقطة وصول مركزية كما هو الحال مع شبكة (Wi-Fi).

مزايا Thread IoT:

1. الأمان – Security:

الأمان هو قضية أساسية لإنترنت الأشياء، ومع تحول القرصنة إلى أجهزة أكثر تطوراً على إنترنت الأشياء يجب أن تكون محمية بشكل آمن للغاية، حيث يستخدم (Thread) تشفير فئة الخدمات المصرفية لإغلاق ثغرات حلقة الأمان الموجودة في العديد من المعايير السابقة.

2. البساطة – Simplicity:

كانت سهولة الاستخدام والبساطة للمستخدم النهائي من المتطلبات الأساسية في تطوير معيار (Thread IoT)، حيث توفر الأنظمة سهولة توصيل الأجهزة باستخدام الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية وما شابه ذلك.

3. طاقة منخفضة – Low power:

مع عدم رغبة المستخدمين في الحفاظ على شحن البطاريات داخل أجهزتهم، تم تصميم مفهوم (Thread IoT)، بحيث تكون الأجهزة قادرة على العمل بمستويات طاقة منخفضة للغاية.

4. الموثوقية – Reliability:

تم تصميم اتصال (Thread) اللاسلكي لتوفير اتصالات موثوقة للعديد من الأجهزة، حيث تُعد الموثوقية مفهوماً رئيسياً في تصميمها.

تهدف إنترنت الأشياء (IoT) إلى تغيير حياة الناس من خلال المنازل والشركات الذكية، ففي المنزل يكون الهدف هو جعل الحياة أسهل من خلال إنشاء تجارب جديدة وإعادة تخيل القديم من خلال شبكة من الأجهزة المتصلة والأضواء وأجهزة التحكم في المناخ والأمن وأنظمة الترفيه ومجموعة من المنتجات والخدمات المبتكرة، أمّا في المباني التجارية تعمل إنترنت الأشياء على تحسين الكفاءة والوظائف والأتمتة والراحة والسلامة من المكاتب ومرافق الرعاية الصحية إلى الفنادق والمدارس.

أصبح (Thread) مع إصدار (Thread 1.2)، أكثر ملاءمة للتطبيقات التجارية، أمّا بالنسبة للتطبيقات واسعة النطاق، تم تجهيز الإصدار (Thread 1.2) بملحقات تجارية بالإضافة إلى تكامل إدارة دورة حياة جهاز المؤسسة، كما يتم التعامل مع الأمان على مستوى المؤسسة عبر مصادقة وتفويض ومحاسبة أكثر تعقيداً في مجال تكنولوجيا المعلومات.