Perché le reti mesh vengono utilizzate più frequentemente per le reti IoT?

Molti protocolli di comunicazione IoT comuni che ho studiato hanno adottato una topologia mesh (ad esempio ZigBee , Thread e Z-Wave ), che è un contrasto significativo con la solita topologia a stella del Wi-Fi, in cui ogni dispositivo si collega a un router / hub .

EETimes afferma inoltre che:

La rete mesh sta emergendo come soluzione di progettazione ideale per l'interconnessione di un gran numero di dispositivi di rete.

EETimes suggerisce che i miglioramenti dell'affidabilità (ad es. Trasmissioni autorigeneranti) sono uno dei principali vantaggi di una rete mesh, sebbene ciò sembri un piccolo vantaggio rispetto alla complessità aggiunta della creazione di una rete mesh.

Per una rete IoT domestica che conterrà probabilmente circa 10-20 dispositivi in ​​rete e che si diffonderà da un end-to-end, cosa rende le reti mesh più adatte di una normale topologia a stella? La complessità aggiunta non è significativa come mi sembra di credere?

TL; DR: Economia

Rete mesh cablata vs. topologia a stella

Bene, Internet è una rete mesh. Perché? Perché la DARPA voleva che funzionasse anche se metà degli Stati Uniti fossero stati bombardati nell'oblio se la guerra fredda stava diventando calda. I militari volevano una rete altamente affidabile che non dipendesse da nessun singolo nodo. Il meshing o almeno il mesh parziale dei nodi della rete ti garantiranno tale affidabilità. Il principale svantaggio delle reti mesh (cablate) è che non sono molto efficienti in termini di costi. Costano molto. Il cablaggio di ogni componente ad ogni altro componente è troppo costoso. Quindi la spina dorsale WAN di Internet of Things è già una rete mesh cablata .

La topologia a stella richiede solo un cavo per nodo, mentre la mesh utilizza fino a n * (n-1) / 2 per una mesh completa. Il cablaggio per le reti mesh diventa molto più costoso molto velocemente. Pertanto, la topologia stellare è emersa come lo standard dominante.

Ora (principalmente) nuove reti mesh wireless

Stabilire wireless mesh networks elude il grave inconveniente di cablate reti mesh. Non ci sono costi di cablaggio per creare una rete mesh wireless. Pertanto, la creazione di reti mesh wireless abbina l'affidabilità che i creatori di rete hanno sempre desiderato con il basso costo di pochi cavi e, naturalmente, tutti gli altri vantaggi dell'essere wireless.

Tuttavia ci sono ancora alcuni svantaggi delle reti mesh. I nodi devono essere relativamente intelligenti per il routing rispetto alla semplice connessione a un nodo centrale. ZigBee utilizza il routing vettoriale a distanza su richiesta ad hoc , che richiede tabelle di routing su ciascun nodo. Inoltre è necessaria una certa capacità duplex dei nodi per rendere efficiente la rete. Portare questo su un microchip a basso costo e con funzionalità wireless ha richiesto del tempo. Oggi abbiamo quelle patatine.

Perché una rete mesh funzioni correttamente ci devono essere abbastanza nodi. In realtà diventa più efficiente con più nodi (che si collegano ad almeno due nodi esistenti). Pertanto, l'Internet of Things era tutto in grado di agire come un nodo è una corrispondenza ovvia per le reti mesh. Mentre altre topologie potrebbero intasarsi con un numero maggiore di nodi, le reti mesh iniziano davvero a brillare lì e diventano più veloci e affidabili, più vengono aggiunti nodi.

La tua rete a 10-20 nodi

Per un'impostazione di casa intelligente con una o due dozzine di dispositivi ci sono alcune cose da considerare riguardo alla topologia. Innanzitutto, ZigBee supporta anche la topologia a stella. In secondo luogo, qualsiasi tipo di instradamento vettoriale a distanza di solito funziona con valori vettoriali ponderati. Pertanto, in un'impostazione di casa intelligente, la connessione diretta potrebbe essere classificata come la più alta e ti ritroverai con una topologia a stella difettosa anche quando è configurata come mesh.

Solo il dispositivo che si trova fuori dalla portata di un componente centrale come un Hue Bridge (o valuta abbastanza male la connessione diretta) utilizzerà anche la topologia mesh. Per questi dispositivi la rete mesh è essenzialmente un'estensione della gamma a bassa latenza per la rete. Pertanto, non è necessario acquistare un altro nodo centrale. Ciò consente di risparmiare denaro. Quindi la stessa cosa che ha ucciso le reti a maglie cablate ad ampia diffusione prima rende le reti a maglie wireless così attraenti oggi. Economia.

Le reti mesh tendono a offrire migliori opzioni di configurazione locale per una rete IoT. L'estensione della portata ha già menzionato quale rete mesh come ciascun dispositivo della rete contribuirà a rendere la rete più grande di quanto ogni dispositivo sarebbe solo. Un altro aspetto importante è il modo in cui i messaggi vengono instradati. Mentre alcuni dispositivi rimarranno fermi, altri potrebbero essere spostati. Ciò potrebbe rendere difficile l'instradamento dei messaggi in un modo tipico, ma una rete mesh sarà in grado di gestirlo meglio poiché tutti i nodi saranno in grado di cercare il dispositivo in questione.

Un esempio pratico di ciò nel lavoro è in una rete ZWave che puoi riscoprire tutti i nodi della tua rete in modo che il controller e altri nodi possano capire il percorso migliore per i messaggi e quali nodi possono parlare con con e senza inoltrare il messaggio su un dispositivo diverso. Ulteriori informazioni al riguardo sono disponibili in questa pagina nella sezione "Mesh e routing" .

L'IoT viene spesso utilizzato in contesti di automazione domestica (sensori di porte, prese a muro, ...) e tendono ad essere molto distanti tra loro soprattutto nelle grandi case. Quindi una rete mesh consente agli oggetti di coprire il problema della distanza.

Inoltre, tutti questi dispositivi IoT devono esaurire l'energia in modo da non sprecarli nelle comunicazioni a lunga distanza.