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6LBR

Un routeur simplifiant la gestion des réseaux de capteurs 6LoWPAN connectés à l’Internet

La technologie 6LoWPAN permet à des capteurs très limités en ressources de participer à l’Internet des Objets. Dans le cadre d’un déploiement de réseaux de capteurs typique, les modules sont organisés autour d’un ou plusieurs nœuds "de bordure", ou border routers. Cependant, il n’existe pas d’architecture de border router qui adresse certains besoins courants concernant la gestion pratique de ces réseaux de capteurs tels que le choix de leurs fonctionnalités précises et leur configuration. Le CETIC vient de publier une solution open source permettant de mettre en œuvre des border routers, qui adresse ces limitations, en partenariat avec des entreprises du secteur.

Contexte

Le 6LoWPAN, ou encore "IPv6 for Low power Wireless Personal Area Networks" rend possible la participation d’objets très limités en ressources à l’Internet des Objets. Ce protocole propose en effet d’étendre l’architecture d’Internet IPv6 aux réseaux de capteurs IEEE 802.15.4, la technologie de communication sans fil à bas débit et basse consommation à la base de standards existants tels que le ZigBee. Le 6LoWPAN se concentre sur la problématique de la transmission de paquets IPv6 sur des trames 802.15.4, en proposant une couche d’adaptation entre couches réseau IPv6 et MAC 802.15.4. En particulier, ce standard proposé par l’IETF définit un format de compression de l’entête IPv6 et permet la fragmentation et ré-assemblage de paquets IP dépassant les limites imposées par le format de trame 802.15.4.

Il y a une multitude d’autres problématiques liées à la mise en œuvre de l’Internet des Objets qui sortent du cadre de la définition du standard 6LoWPAN. Pour commencer, le 6LoWPAN ne précise pas de protocole de routage à utiliser : le routage est pris en charge dans un working group séparé de l’IETF, RoLL, qui a récemment publié les spécifications du protocole de routage RPL (Routing Protocol for Low power and Lossy Networks). Par ailleurs, le modèle applicatif de l’Internet des Objets, basé principalement sur l’architecture REST, est supporté par CoAP (Constrained Application Protocol), une adaptation de l’HTTP pour réseaux 6LoWPAN.

Outre via la définition de standards, l’adoption de ces technologies est facilitée par la mise à disposition d’implémentations open-source de ces protocoles dans des systèmes d’exploitation dédiés aux plateformes à ressources très limitées. Parmi ces systèmes d’exploitation, Contiki est le leader européen en ce qui concerne le support à la mise en œuvre d’applications pour l’Internet des Objets. Contiki est le résultat d’une décennie de R&D orientée réseaux de capteurs IPv6, initiée par le Swedish Institute of Computer Science, et propose entre autres une pile IPv6 embarquée, des implémentations du 6LoWPAN (sicslowpan), de RPL (ContikiRPL), CoAP, de protocoles MAC et de mécanismes de mise en veille de la radio (ContikiMAC).

Actuellement, Contiki ne propose que des solutions très limitées en terme de support pour l’interconnexion de réseaux de capteurs à l’Internet. C’est dans ce contexte que des chercheurs du CETIC ont lancé un projet facilitant la mise en œuvre de border routers dans des cas industriels pratiques.

Le CETIC initie le projet 6LBR pour Contiki

Dans un déploiement réel de Contiki à base de RPL, les capteurs forment une topologie réseau centrée autour d’un ou plusieurs nœuds "de bordure", ou border routers. Bien que l’adoption du 6LoWPAN permette de concevoir des architectures de border router relativement simples et transparentes, il n’existe pas d’architecture réellement déployable qui adresse certains besoins courants tels que :

  • La mise en œuvre rapide et aisée d’un border router dans un déploiement réel
  • Le support d’architectures matérielles performantes et bon-marchés
  • Une interconnexion intelligente de mécanismes NDP d’IPv6 avec le protocole de routage RPL côté 6LoWPAN
  • L’auto-configuration d’adresses globales des nœuds du réseau de capteurs, via la propagation de préfixe
  • La redondance des border routers

L’équipe Embedded and Communication Systems (ECS) du CETIC vient de publier un projet de développement de solutions de border routers déployables qui adresse cette série de contraintes, 6LBR. 6LBR se base sur une implémentation de border router existante de Contiki, mais limitée. Cette solution logicielle est compatible pour plusieurs types de plateformes ayant une interface Ethernet pour gérer la partie réseau IPv6, et une interface 802.15.4 pour le côté WSN.

Son but est de gérer de manière intelligente l’interconnexion de ces deux interfaces sur le border router, en fonction des besoins précis de l’utilisateur en proposant plusieurs modes de fonctionnement distincts.
Pour plus d’informations sur l’implémentation, nous renvoyons le lecteur vers la page de documentation technique du projet 6LBR.

Un partenariat avec la société NooliTIC permet le support du RaspberryPi

La société NooliTIC basée à Lille a développé une carte d’extension GPIO pour RaspberryPi munie d’un micro-contrôleur d’Atmel et une radio 802.15.4, appelée Nooliberry. Cela permet de transformer un RaspberryPi en Border Router 6LoWPAN, une solution puissante et peu coûteuse.

6LBR peut s’exécuter sur n’importe quelle plateforme à base de Linux munie d’une interface Ethernet d’une part et 802.15.4 d’autre part. Le projet proposé par le CETIC est orienté déploiement : des packages et procédures d’installation supportent en particulier quelques configurations matérielles privilégiées :

  • La plateforme RaspberryPi avec l’extension Nooliberry, un rapport qualité/prix idéal.
  • L’Econotag de Redwire, la plateforme de border router privilégiée par certains développeurs Contiki, mais toutefois fort limitée en ressources.
  • Tout autre machine Linux ou MacOSX avec un "dongle" 802.15.4 attaché en USB. En particulier, 6lbr propose une procédure d’installation aisée pour RaspberryPi, BeagleBone et architectures Linux standard.

Développez votre solution Internet des Objets avec 6LBR

6LBR s’intègre facilement dans la ligne de développement de toute application Internet des Objets impliquant des réseaux de capteurs. La licence BSD non-restrictive de 6LBR permet sa réutilisation complète sans conditions.

N’hésitez pas à prendre contact avec l’équipe du CETIC pour initier toute forme de collaboration à ce sujet.