Peter Švec : Publikačná činnosť

1 Možnosti mobility v IPv6 - teória
1.1 Mobilita hostiteľa
Podpora mobility hostiteľa umožňuje IPv6 uzlom presun z jednej IPv6 siete to inej IPv6 siete bez prerušenia prebiehajúcich spojení. Mobilita hostiteľa je zabezpečená protokolom Mobile IPv6 (MIPv6), ktorý je štandardným IETF protokolom vytvoreným pre podporu mobility hostiteľa v IPv6. Aplikáciou MIPv6 sa zaoberajú dva projekty. Prvým je KAME projekt, ktorý sa orientuje na vývoj IPv6/IPSec referenčnej sady pre BSD systémy. Druhým je USAGI projekt, ktorý sa zameriava na vylepšenie IPv6/IPSec sady pre Linux.

1.2 Mobilita siete
Mobilita siete sa objavuje keď celá sieť zmení bod pripojenia s ohľadom na topológiu Internetu. Takéto siete budeme môcť čoskoro nájsť v dopravných prostriedkoch (autá, vlaky) a na ľuďoch ako PAN siete tvorené PDA zariadeniami a mobilnými telefónmi. Mobilná sieť je pripojená k Internetu prostredníctvom jedného alebo viacerých mobilných smerovačov. Uzly, ktoré sú za mobilným smerovačom rozdeľujeme do troch kategórií:

• lokálne fixné uzly (patria do siete, ale nemajú možnosť zmeniť svoj bod pripojenia),
  
• lokálne mobilné uzly (patria do siete a majú možnosť zmeniť svoj bod pripojenia) a
  
• hosťujúce mobilné uzly (nepatria do mobilnej siete a sú schopné zmeniť svoj bod pripojenia).

Ak mobilný smerovač zmení svoj bod pripojenia a pre uzly nie je poskytovaná žiadna podpora mobility, všetky spojenia medzi mobilnými sieťovými uzlami a uzlami umiestnenými v Internete sa prerušia. Riešením tohto problému sa zaoberá pracovná skupina NEMO (NEtwork MObility). Najjednoduchším riešením je vytvorenie obojsmerného tunela medzi domácim agentom a mobilným smerovačom podobne ako je to v MIPv6.
Táto pracovná skupina tiež skúma problémy súvisiace so špecifickou konfiguráciou mobilných sietí ako sú napríklad vnorené mobilné siete (mobilné siete, ktoré sú pripojené do väčšej mobilnej siete, napr. PDA, ktoré sa pripája do mobilnej siete vo vlaku), multihome mobilné siete (mobilné siete s viacerými bodmi pripojenia do Internetu), kompatibilitou s ostatnými IPv6 protokolmi ako napríklad multicast.

1.3 Multihoming
Multihoming je situácia, pri ktorej si uzol môže vybrať medzi viacerými možnosťami ako dosiahnuť spojenie k cieľu. Môže to byť spôsobené tým, že uzol má viacero sieťových rozhraní, z ktorých si môže vybrať alebo pretože sieť ku ktorej je uzol pripojený je k Internetu pripojená cez viacero smerovačov alebo cez smerovač s viacerými rozhraniami. Takáto konfigurácia s pohľadu mobility umožňuje mobilným uzlom zostať permanentne pripojený k Internetu až kým nestratí konektivitu (ako dôsledok pohybu mimo oblasť pokrytia). Okrem zvýšenej možnosti, že spojenie zostane udržané táto konfigurácia umožňuje rozloženie sieťovej prevádzky medzi viaceré pripojenia. IETF sa otázkou multihomingu z pohľadu mobility siete zaoberala, navrhla množstvo riešení avšak žiadne nebolo prijaté a IETF stratila záujem o riešenie tohto problému. Multihoming sa rieši v rámci projektu NEMO.

2 Možnosti mobility v IPv6 – prax
2.1 Komunikácia medzi dopravnými prostriedkami
Jednou z možností mobility v počítačových sieťach je komunikácia medzi dopravnými prostriedkami navzájom (V2V) alebo medzi dopravným prostriedkom a infraštruktúrou (V2I). Komunikácia medzi dopravnými prostriedkami pozostáva z bezdrôtovej komunikácie prostredníctvom infražiarenia alebo rádiových vĺn (VHF alebo mikrovlny). V spojených štátoch je pre tento účel definované DSRC (Dedicated Short Range Communication) pásmo s frekvenciou 5,9 GHz, ktoré poskytuje konektivitu do vzdialenosti 1 km a umožňuje komunikáciu pri rýchlosti do 160 km/h. Protokol, ktorý v tomto pásme prenáša komunikáciu je založený na protokole IEEE 802.11p. V Európskej únii sa zatiaľ na definovaní podobného štandardu pracuje.
DSRC komunikačný systém pozostáva z dvoch častí: jedna časť je umiestnená v dopravnom prostriedku (OBU, On-board Unit), druhá je súčasťou infraštruktúry (RSU, Road-side Unit). RSU vysiela približne 10x za sekundu varovné a bezpečnostné správy a informuje o aplikáciách dostupných na jednotlivých kanáloch. OBU zasa načúva na kontrolnom kanáli, autentifikuje RSU a v prvom rade vykonáva bezpečnostné aplikácie. Následne mení kanál a vykonáva ostatné aplikácie. Bezpečnosť tejto komunikácie je dosiahnutá šifrovaním na linkovej vrstve použitím PKI infraštruktúry. V tabuľke 1 sú uvedené príklady aplikácií, ktoré sa využívajú v komunikácii medzi dopravnými prostriedkami (autami) navzájom a komunikácii áut a infraštruktúry.

V2V aplikácie

• varovanie o prichádzajúcom vozidle záchrannej služby
  
• varovanie o slepom bode
  
• kooperatívne adaptívne riadenie rýchlosti jazdy
  
• kooperatívne varovanie o možnom vzniku kolízie
  
• kooperatívne varovanie o blížení sa k možnej kolízii
  
• núdzové brzdenie
  
• asistent pri vjazde na diaľnicu z pripájajúceho pruhu
  
• varovanie o zmene jazdného pruhu
  
• varovanie po zrážke
  
• načúvanie na informáciu o zrážke
  
• varovanie o stave vozovky
  
• informácie o možnostiach vozovky
  
• zvyšovanie viditeľnosti
  
• varovanie o vodičovi idúcom v protismere

V2I aplikácie

• varovanie o vodičovi, ktorý sa pripája do jazdného pruhu a kvôli slepému bodu nevidí súbežne idúce vozidlo
  
• varovanie o rýchlosti v zákrute
  
• varovanie o prichádzajúcom vozidle záchrannej služby
  
• varovanie o možnej kolízii na diaľnici alebo železnici
  
• varovanie o možnej kolízii na križovatke
  
• informácia o oprave v správny čas
  
• asistent pri odbočovaní doľava
  
• varovanie o nízkom moste
  
• varovanie o plnom parkovisku
  
• informácia o chodcovi prechádzajúcom cez križovatku
  
• varovanie o stave vozovky
  
• SOS služby
  
• asistent pri rozbehu zo STOP značky
  
• varovanie o porušení signálu STOP
  
• varovanie o porušení signálov semafora
  

Princíp DSRC komunikácie si vysvetlíme na technológii varovania o porušení signálov semafora. V tomto prípade sa používa V2I komunikácia a jej úlohou je varovať vodiča, že pri aktuálnej rýchlosti jazdy poruší signál semafora. Semafor v pravidelných intervaloch bezdrôtovo vysiela správy, ktoré obsahujú stav semafora, jeho pozíciu, čas za ktorý sa stav zmení a aký stav nastane. Okrem týchto informácii môže táto správa obsahovať aj informácie o stave vozovky alebo počasia. Ak auto prijme signál od semafora, vypočíta svoju polohu a na rozhodne sa, či túto informáciu poskytne vodičovi alebo nie. Na obrázku 1 je zobrazená situácia, pri ktorej auto prichádza zo západu a semafor pomocou smerových bezdrôtových antén vysiela svoje správy do všetkých smerov.


Obr. 1: Semafor vysiela DSRC signál

Auto prijíma signál od semafora, vyhodnotí svoju vzdialenosť, rýchlosť a zrýchlenie a na základe informuje vodiča či môže bezpečne prejsť križovatkou alebo nie

Varovanie o rýchlosti v zákrute vie poskytnúť aj systém GPS. Avšak ten nezarátava poveternostné podmienky, stav vozovky a pod. Na obrázku 2 je zobrazená situácia, kedy auto prechádza horskou cestou. Prijíma signály od majákov umiestnených pri ceste. Na základe prijatého tvaru a stavu zákruty preráta či je daná rýchlosť vhodná pre vjazd do zákruty alebo nie. Pokiaľ má maják tiež senzory na vozovke, vie poslať prichádzajúcemu autu aj polohu ľadu.


Obr. 2: Varovanie o rýchlosti v zákrute

Ako posledný príklad si uvedieme V2V komunikáciu (Obr. 3). V zníženej viditeľnosti začne auto E prudko brzdiť. DSRC systém v aute začne vysielať varovanie o prudkom brzdení o ostatné autá varujú vodiča o tejto situácii skôr ako to vodič spozoruje. Táto správa je relevantná len pre autá B a C. Podobným spôsobom postupného šírenia informácie sa realizuje aj varovanie o zrážke, prekážke, poľadovici a podobne.


Obr. 3: Varovanie o prudkom brzdení

Záver
Komunikácia medzi autami je len jednou z praktických aplikácii v mobilne IPv6. Dnes používané bezdrôtové technológie síce dokážu prechádzať medzi jednotlivými prístupovými bodmi, avšak len pri malých rýchlostiach. Ako riešenie tohto problému bol definovaný protokol NEMO, ktorý pracuje len v IPv6. Aplikácie popísané v tomto článku nemožno očakávať veľmi skoro. Keď si uvedomíme, že životnosť automobilov je približne 15 rokov, tak aspoň tento čas bude trvať kým tieto technológie budú v autách štandardom. Reálne to však asi nebude skôr ako o 30 rokov (a v našich podmienkach ešte neskôr)

Literatúra

1. FERNANDES, P. – NUNES, U. 2007. Vehicle Communications: A Short Survey. In: MCCSIS 2007. Lisbon : IADIS Press, 2007, s. 134-138, ISBN: 978-972-8924-40-9
   
2. High-Priority Safety Applications: Further Development and Communication Requirements http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/pdf/nrd-12/1665CAMP3web/pages/4HiPriorityA.html (10.9.2007)
   
3. Nautilus6 Project Overview - Deployment of the Mobile Internet, http://www.nautilus6.org (10.9.2007)
   
4. The KAME project, http://www.kame.net (10.9.2007)

Zdroj:
Švec, Peter: Podpora mobility v IPv6 a jej praktické využitie.
In: Informatický seminár Katedry informatiky 2007 : Využitie operačných systémov a počítačových sietí v podpore výučby informatických predmetov. - Nitra: UKF, 2007. - ISBN 978-80-8094-167-3. - S. 136-141.