¿Por qué las redes de malla se usan con más frecuencia para las redes IoT?


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Muchos protocolos de comunicación IoT comunes que he investigado han adoptado una topología de malla (por ejemplo , ZigBee , Thread y Z-Wave ), que es un contraste significativo con la topología en estrella habitual de Wi-Fi, donde cada dispositivo se conecta a un enrutador / concentrador .

EETimes también declara que:

La red de malla está emergiendo como una solución de diseño ideal para interconectar una gran cantidad de dispositivos de red.

EETimes sugiere que las mejoras de confiabilidad (por ejemplo, transmisiones de autocuración) son una de las principales ventajas de una red de malla, aunque esto parece una pequeña ventaja en comparación con la complejidad adicional de configurar una red de malla.

Para una red doméstica de IoT que probablemente contenga entre 10 y 20 dispositivos en red y se extienda en un rango corto de extremo a extremo, ¿qué hace que las redes de malla sean más adecuadas que una topología en estrella normal? ¿La complejidad añadida no es tan significativa como parece creer?

Respuestas:


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TL; DR: Economía

Red de malla cableada vs. topología en estrella

Bueno, Internet es una red de malla. ¿Por qué? Porque DARPA quería que funcionara incluso si la mitad de los Estados Unidos fueran bombardeados al olvido si la guerra fría se estaba calentando. Los militares querían una red altamente confiable que no dependa de ningún nodo. El mallado o al menos el mallado parcial de sus nodos de red le dará esa confiabilidad. El principal inconveniente de las redes de malla (cableadas) es que no son muy rentables. Cuestan mucho El cableado de cada componente a cada otro componente es demasiado costoso. Entonces, la columna vertebral WAN de Internet de las cosas ya es una red de malla cableada .

La topología en estrella solo necesita un cable por nodo, mientras que la malla utiliza hasta n * (n-1) / 2 para una malla completa. El cableado para redes de malla se vuelve mucho más costoso muy rápido. Así, la topología de estrella surgió como el estándar dominante.

Ahora (en su mayoría) nuevas redes de malla inalámbricas

El establecimiento de redes de malla inalámbricas evita el principal inconveniente de las redes de malla cableadas . No hay costo de cableado para crear una red de malla inalámbrica. Por lo tanto, la creación de redes de malla inalámbrica combina la confiabilidad que los creadores de la red siempre quisieron con el bajo costo de unos pocos cables y, por supuesto, todas las otras ventajas de ser inalámbrico.

Sin embargo, todavía hay algunos inconvenientes de las redes de malla. Los nodos tienen que ser relativamente inteligentes para el enrutamiento en comparación con simplemente conectarse a un nodo central. ZigBee utiliza el enrutamiento de vector de distancia a pedido ad hoc , que requiere tablas de enrutamiento en cada nodo. También se requiere una cierta capacidad dúplex de los nodos para que la red sea eficiente. Llevar eso en un microchip de bajo costo con capacidad inalámbrica tomó algo de tiempo. Hoy tenemos esas fichas.

Para que una red de malla funcione correctamente, debe haber suficientes nodos. En realidad, se vuelve más eficiente con más nodos (que se conectan al menos a dos existentes). Por lo tanto, el Internet de las cosas donde todo puede actuar como un nodo es una coincidencia obvia para las redes malladas. Mientras que otras topologías posiblemente se obstruyan con más nodos, las redes de malla realmente comienzan a brillar allí y se vuelven más rápidas y confiables a medida que se agregan más nodos.

Su red de 10-20 nodos

Para una configuración de hogar inteligente con una o dos docenas de dispositivos, hay algunas cosas a considerar con respecto a la topología. En primer lugar, ZigBee también es compatible con la topología de estrella. En segundo lugar, cualquier tipo de enrutamiento de vector de distancia generalmente funciona con valores de vector ponderados. Por lo tanto, en una configuración de hogar inteligente, la conexión directa podría muy bien clasificarse como la más alta y terminará con una topología de estrella defectuosa incluso cuando está configurada como una malla.

Solo el dispositivo que esté fuera del alcance de un componente central como un Hue Bridge (o que la conexión directa sea lo suficientemente mala) incluso hará uso de la topología de malla. Para estos dispositivos, la red en malla es esencialmente una extensión de rango de baja latencia para su red. Por lo tanto, no tiene que comprar otro nodo central. Eso ahorra dinero. Entonces, lo mismo que mató antes a las redes de malla cableadas, hace que las redes de malla inalámbricas sean tan atractivas hoy. Ciencias económicas.


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Las redes de malla tienden a ofrecer mejores opciones de configuración local para una red IoT. La extensión de rango ya mencionó que la red de malla, ya que cada dispositivo en la red ayudará a hacer que la red sea más grande de lo que cada dispositivo estaría solo. Otro aspecto importante es cómo se enrutan los mensajes. Mientras que algunos dispositivos permanecerán estacionarios, otros pueden moverse. Esto podría dificultar los mensajes de enrutamiento de una manera típica, pero una red de malla podrá manejarlo mejor ya que todos los nodos podrán buscar el dispositivo en cuestión.

Un ejemplo práctico de esto en el trabajo es que en una red ZWave puede redescubrir todos los nodos en su red para que el controlador y otros nodos puedan encontrar la mejor ruta para los mensajes y qué nodos pueden comunicarse con cuáles con y sin transmitir el mensaje en un Dispositivo diferente. Se puede ver más información sobre esto en esta página en la sección "Malla y enrutamiento" .


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IoT se usa a menudo en contextos de automatización del hogar (sensores de puerta, enchufes de pared, ...) y tienden a estar muy lejos entre sí, especialmente en casas grandes. Entonces, una red de malla permite que los objetos cubran el problema de la distancia.

Además, todos estos dispositivos IoT deben funcionar con poca energía, por lo que no deben desperdiciarlo en comunicaciones de larga distancia.

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