Warum werden Mesh-Netzwerke für IoT-Netzwerke häufiger verwendet?

Viele gängige IoT-Kommunikationsprotokolle, die ich untersucht habe, verwenden eine Maschentopologie (z. B. ZigBee , Thread und Z-Wave ), die einen erheblichen Kontrast zur üblichen Sterntopologie von Wi-Fi darstellt, bei der jedes Gerät eine Verbindung zu einem Router / Hub herstellt .

Die EETimes geben außerdem an, dass:

Mesh-Netzwerke haben sich zu einer idealen Designlösung für die Verbindung einer großen Anzahl von Netzwerkgeräten entwickelt.

EET-Zeiten legen nahe, dass Verbesserungen der Zuverlässigkeit (z. B. selbstheilende Übertragungen) einer der Hauptvorteile eines Maschennetzwerks sind, obwohl dies ein kleiner Vorteil im Vergleich zur zusätzlichen Komplexität beim Einrichten eines Maschennetzwerks zu sein scheint.

Was macht Mesh-Netzwerke für ein Heim-IoT-Netzwerk, das wahrscheinlich 10 bis 20 vernetzte Geräte enthält und eine kurze Reichweite von Ende zu Ende aufweist, geeigneter als eine reguläre Sterntopologie? Ist die zusätzliche Komplexität nicht so bedeutend, wie ich zu glauben scheint?

TL; DR: Wirtschaft

Wired Mesh-Netzwerk vs. Sterntopologie

Nun, das Internet ist ein Mesh-Netzwerk. Warum? Denn DARPA wollte, dass es funktioniert, auch wenn die Hälfte der USA in Vergessenheit gerät, wenn der Kalte Krieg heiß wird. Das Militär wünschte sich ein äußerst zuverlässiges Netzwerk, das von keinem einzelnen Knoten abhängig ist. Das Ineinandergreifen oder zumindest teilweise Ineinandergreifen Ihrer Netzwerkknoten gibt Ihnen diese Zuverlässigkeit. Der Hauptnachteil von (drahtgebundenen) Maschennetzen besteht darin, dass sie nicht sehr kosteneffizient sind. Sie kosten viel. Die Verkabelung jeder Komponente mit jeder anderen Komponente ist einfach zu teuer. Das WAN-Rückgrat des Internets der Dinge ist also bereits ein drahtgebundenes Maschennetz.

Die Sterntopologie benötigt nur ein Kabel pro Knoten, während die Vernetzung bis zu n * (n-1) / 2 für eine vollständige Vernetzung benötigt. Die Verkabelung für Mesh-Netzwerke wird sehr schnell sehr viel teurer. Somit wurde die Sterntopologie zum vorherrschenden Standard.

Jetzt (meistens) neue, drahtlose Mesh-Netzwerke

Das Einrichten von drahtlosen Maschennetzen umgeht den Hauptnachteil von drahtgebundenen Maschennetzen. Es fallen keine Kosten für die Verkabelung an, um ein drahtloses Maschennetzwerk zu erstellen. Wenn Sie also drahtlose Maschennetze erstellen, müssen Sie die Zuverlässigkeit der Netzwerkersteller mit den geringen Kosten von wenigen Kabeln und natürlich all den anderen Vorteilen einer drahtlosen Verbindung in Einklang bringen.

Es gibt jedoch immer noch einige Nachteile von Maschennetzen. Knoten müssen für das Routing relativ intelligent sein, verglichen mit der einfachen Verbindung zu einem zentralen Knoten. ZigBee verwendet Ad-hoc-Distanzvektorrouting nach Bedarf , für das Routingtabellen an jedem Knoten erforderlich sind. Außerdem ist eine gewisse Duplexfähigkeit der Knoten erforderlich, um das Netzwerk effizient zu machen. Die Anschaffung eines kostengünstigen, drahtlosen Mikrochips dauerte einige Zeit. Heute haben wir diese Chips.

Damit ein Mesh-Netzwerk ordnungsgemäß funktioniert, müssen genügend Knoten vorhanden sein. Tatsächlich wird es effizienter, wenn mehr Knoten (die mit mindestens zwei vorhandenen verbunden sind) vorhanden sind. Somit ist das Internet der Dinge, in dem alles als Knoten fungieren kann, eine offensichtliche Übereinstimmung für vermaschte Netzwerke. Während andere Topologien möglicherweise mit mehr Knoten verstopfen würden, beginnen Mesh-Netzwerke dort wirklich zu leuchten und werden umso schneller und zuverlässiger, je mehr Knoten hinzugefügt werden.

Ihr 10-20-Knoten-Netzwerk

Bei einer Smart-Home-Einstellung mit einem oder zwei Dutzend Geräten sind hinsichtlich der Topologie einige Punkte zu beachten. Erstens unterstützt ZigBee auch die Sterntopologie. Zweitens funktioniert jede Art von Distanzvektor-Routing normalerweise mit gewichteten Vektorwerten. In einer Smart-Home-Umgebung kann die Direktverbindung daher als die beste eingestuft werden, und Sie erhalten eine fehlerhafte Sterntopologie, selbst wenn sie als Mesh konfiguriert ist.

Nur Geräte, die sich außerhalb der Reichweite einer zentralen Komponente wie einer Hue Bridge befinden (oder die direkte Verbindung als schlecht genug einstufen), können sogar die Mesh-Topologie verwenden. Mesh-Networking ist für diese Geräte im Wesentlichen eine Erweiterung des Latenzbereichs für Ihr Netzwerk. Sie müssen also keinen weiteren zentralen Knoten kaufen. Das spart geld Dasselbe, was zuvor weit verbreitete drahtgebundene Maschennetze zerstört hat, macht drahtlose Maschennetze heute so attraktiv. Wirtschaft.

Mesh-Netzwerke bieten in der Regel bessere lokale Konfigurationsoptionen für ein IoT-Netzwerk. In der Bereichserweiterung wurde bereits erwähnt, welches Mesh-Netzwerk als jedes Gerät im Netzwerk dazu beiträgt, das Netzwerk größer zu machen, als jedes Gerät alleine wäre. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Weiterleitung der Nachrichten. Während einige Geräte stationär bleiben, können andere bewegt werden. Dies könnte das Routing von Nachrichten auf typische Weise erschweren, aber ein Mesh-Netzwerk wird es besser handhaben können, da alle Knoten in der Lage sind, nach dem fraglichen Gerät zu suchen.

Ein praktisches Beispiel für diese Arbeit ist, dass Sie in einem ZWave-Netzwerk alle Knoten in Ihrem Netzwerk neu ermitteln können, sodass der Controller und andere Knoten den besten Pfad für Nachrichten ermitteln können und welche Knoten mit und ohne Weiterleitung der Nachricht über a mit welchen Knoten kommunizieren können anderes Gerät. Weitere Informationen hierzu finden Sie auf dieser Seite im Abschnitt "Mesh and Routing" .

IoT wird häufig in der Hausautomation eingesetzt (Türsensoren, Steckdosen, ...) und sie sind besonders in großen Häusern sehr weit voneinander entfernt. Ein Mesh-Netzwerk ermöglicht es also, dass Objekte das Entfernungsproblem abdecken.

Außerdem muss all diesen IoT-Geräten die Energie ausgehen, damit sie nicht für Fernkommunikation verschwendet werden.