ISO 19080 - Inteligentní dopravní systémy – Komunikační infrastruktura pro pozemní mobilní zařízení (CALM) – Komunikace prostřednictvím CoAP

Úvod

Tato mezinárodní norma je součástí skupiny norem, které standardizují rozhraní CALM (komunikační infrastruktura pro pozemní mobilní zařízení). Rozhraní CALM vytváří univerzální komunikační model zajišťující jednoduchou a pružnou výměnu dat mezi vozidly a silniční infrastrukturou.

Tato norma patří do skupiny norem definujících požadavky na kompatibilitu stanic ITS-S s moderními bezdrátovými sítěmi propojujícími jednoduché IoT zařízení pracujícími na bázi komunikačních protokolů podle IEEE802.15.4. V úrovni síťové vrstvy pak pracují v prostředí IPv6 v takzvaných „Low Power Personal Area Networks (6LoWPAN)“ definovaných ve skupině norem IEFT „The Internet Engineering Task Force“. Tento standard dále rozšiřuje soubor norem CALM o aplikační protokol CoAP (Constrained Application Protocol - Limitovaný/Omezený aplikační protokol), který je právě určen pro komunikaci zařízení IoT s velmi limitovanými komunikačními požadavky (vysoká doba latence, nízká přenosová rychlost apod). Jedná se zejména o extrémně levná zařízení označovaná jako COST (Components of The Shell).

Užití

Tato norma definuje možnosti využití protokolů CoAP v prostředí ITS.

Pro orgány státní správy přináší základní technické informace k získání představy o možnostech využití protokolů CoAP v prostředí ITS, aby tak tyto znalosti mohly využít při definování požadavků na dodavatele při přípravě zadávací dokumentace.

Pro výrobce telematických zařízení a jejich provozovatele definuje požadavky na komunikaci ITS-S stanic a IoT zařízení v prostředí CoAP protokolů.

1. Předmět normy

Tato norma popisuje způsob využití síťových protokolů CoAP pro komunikaci mezi dvěma a více ITS-S stanicemi využívající globální internetovou síť.

Je třeba upozornit, že pro využití této normy je třeba mít alespoň základní znalosti takzvaných „Request for Comments (RFC)“ pro CoAP a 6LoWPAN definovaných v rámci uskupení IEFT. Předmětná norma nedefinuje nové protokoly, využívá existujících nástrojů pro komunikaci mezi dvěma ITS-S stanicemi prostřednictvím CoAP.

2. Souvisící normy

Souvisejícími normami jsou zejména normy ze skupiny CALM:

ISO 21217 Intelligent transport systems — Communications access for land mobiles (CALM) — Architecture

ISO 21218 Intelligent transport systems — Communications access for land mobiles (CALM) — Access technology support

ISO 24102‑3 Intelligent transport systems — Communications access for land mobiles (CALM) — ITS station management — Part 3: Service access points

ISO 24102‑4 Intelligent transport systems — Communications access for land mobiles (CALM) — ITS station management — Part 4: Station-internal management communications

Souvisejícími normami jsou IEEE:

IEEE 802.15.4-2006 Wireless Medium Access

Další důležité dokumenty jsou obsaženy v rámci dokumentů skupiny IEFT:

IETF RFC 4919 IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs): Overview, Assumptions, Problem Statement, and Goals

IETF RFC 4944 Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks

IETF RFC 6282 Compression Format for IPv6 Datagrams over IEEE 802.15.4-Based Networks

IETF RFC 6690 The Constrained RESTful Enviroments (CoRE) Link Format

IETF RFC 7252 An Optimized Representational State Trransfer (REST) protocol build on UDP

3. Termíny a definice

CoAP (Constrained Application Protocol) - limitovaný/omezený aplikační protokol, který je určen pro komunikaci zařízení IoT s velmi limitovanými komunikačními požadavky (vysoká doba latence, nízká přenosová rychlost apod.)

ITS-S CoAP uzel (ITS-S CoAP node) - jednotka komunikace ITS-S s implementovaným rozhraním CoAP

ITS-S CoAP koncový bod (ITS-S CoAP endpoint) - koncový bod komunikace CoAP

ITS-S CoAP klient (ITS-S CoAP client) - cílová jednotka komunikace ITS-S s implementovaným rozhraním CoAP

ITS-S CoAP server (ITS-S CoAP server) - iniciační (počáteční) jednotka komunikace ITS-S s implementovaným rozhraním CoAP

4. Symboly a zkratky

Norma nezavádí nové zkratky, využívá existující zkratky z norem ISO 21210 ISO 21217, ISO 21218, ISO 24102‑a dále z dokumentů RFC.

5 Požadavky

5.1 Kategorizace požadavků

Článek zavádí základní vztahy mezi kategoriemi požadavků definovaných v následujících článcích 5.2 až 5.5. Jedná se o následující soubory požadavků:

Článek 5.2 – obsahuje soubor požadavků týkající se implementace ITS-S CoAP uzlu a dále pak soubory požadavků pro různé typy těchto uzlů v rámci stanice ITS-S

Článek 5.3 – obsahuje soubor funkčních požadavků na implementaci CoAP modulů. Tyto požadavky jsou povinné. Jsou popsány tři základní typy modulů.

Článek 5.4 – obsahuje soubor nepovinných funkčních požadavků pro implementaci CoAP modulů.

Článek 5.5 – obsahuje soubor nepovinných funkčních požadavků pro implementaci CoAP modulů s využitím funkcí definovaných v kapitolách 5.3 a 5.4.

Níže uvedený obrázek zobrazuje architekturu CALM rozšířenou o červeně a modře podbarvené bloky, popisované touto normou.

5.2 Implementace ITS-S uzlů pomocí CoAP

Kapitola popisuje základní způsoby implementace CoAP do prostředí ITS-S. COAP je v podstatě zjednodušením protokolu HTTP využívající nepotvrzované rozhraní UDP v síťové vrstvě. Implementace CoAP je uvedena na obrázcích komunikace vozidlo infrastruktura nebo centrála a zařízení světelné signalizace.

Kapitola dále stručně definuje požadavky na implementaci ITS-S CoAP do prostředí infrastruktury a do vozidel.

Dále kapitola uvádí bloková schémata praktické realizace ITS-S s CoAP moduly na zařízení infrastruktury (např. ZPI) nebo vozidlové palubní jednotky.

5.3 Funkční moduly CoAP

Kapitola obsahuje soubor požadavků na funkce CoAP modulu uvnitř stanice ITS-S. Jedná se o tři moduly (viz rovněž obrázek 2):

1. CoAP řídící modul (CoAP management module)

2. Volitelné moduly

3. CoAP bezpečnostní modul (CoAP security module)

5.4 Požadavky na volitelné funkce CoAP

Kapitola popisuje některé volitelné funkce CoAP modulu v rámci stanice ITS-S. Jedná se o tyto funkce:

1. Konvertor protokolu CoAP do protokolu HTTP

2. Práce nad adresářem souborů

3. Blokový přenos informací

5.5 Implementace modulů CoAP do stanice ITS-S

Kapitola definuje požadavky na maximální a minimální konfiguraci stanice ITS-S s CoAP komunikačním modulem.

Plná konfigurace stanice ITS-S s CoAP modulem:

1. CoAP řídící modul (CoAP management module)

2. Volitelné moduly

3. CoAP bezpečnostní modul (CoAP security module)

Redukovaná konfigurace ITS-S s CoAP modulem:

1. CoAP řídící modul (CoAP management module)

2. CoAP bezpečnostní modul (CoAP security module)