Sieci mesh mają realne korzyści

Niektórzy postrzegają sieci mesh jako kolejny chwyt marketingowy, nic innego jak tylko kolejny pretekst do podniesienia cen. Jednak architektura mesh zapewnia znaczące korzyści w porównaniu z sieciami typu gwiazda lub peer-to-peer i wygląda na to, że w nadchodzących latach wywrze rzeczywisty wpływ na przemysłowy Internet rzeczy i systemy inteligentnego domu.

Powód jest prosty: sieci mesh rozwiązują konkretny problem. Konwencjonalny router bezprzewodowy – w sytuacji jeśli nie można podłączyć do niego dodatkowych stałych punktów dostępowych, co z kolei zwiększa złożoność i koszty w dużych przestrzeniach, takich jak budynek biurowy – oferuje jedynie  ograniczony zasięg. Z drugiej strony, sieci mesh pozwalają na budowanie sieci łączności  bezprzewodowej w tego typu środowiskach o wiele łatwiej niż kiedykolwiek wcześniej.

Zalety korzystania z sieci mesh

Podczas gdy tradycyjne sieci wykorzystują niewielką liczbę przewodowych punktów dostępowych do łączenia użytkowników, bezprzewodowa sieć mesh zawiera wiele węzłów, które łączą się ze sobą, aby udostępniać połączenie sieciowe na znacznie większym obszarze.

Sieć mesh traktuje każdą stację bazową jako węzeł, który w sposób ciągły wymienia informacje o stanie sieci ze wszystkimi sąsiednimi węzłami w całym systemie. Dzięki temu węzły, które nie wysyłają i nie odbierają danych, nadal mają pełen dostępno wszystkich informacji. Zasób informacji może być przechowywany w chmurze lub w oprogramowaniu układu na każdym routerze.

Sieci kratowe nie retransmitują wszystkich danych przechodzących między zestawem stacji bazowych. Zamiast tego, dynamicznie dostosowują atrybuty i kanały radiowe, aby stworzyć jak najmniejsze zakłócenia i jak największy obszar pokrycia, co w efekcie daje wysoki poziom przepustowości sieci.

Zastrzeżone protokoły i opóźnienia

Lepsza wydajność ma swoją cenę. Z jednej strony protokół Wi-Fi jest znormalizowany, ale z drugiej strony żadne dwa systemy mesh obecnie dostępne na rynku nie są w stanie ze sobą współpracować. Każdy znaczący producent routerów i niektóre nowo powstające firmy technologiczne oferują systemy sieci mesh, więc w tej chwili wybór jest bardzo trudny.

Opóźnienie - lub czas potrzebny na przesłanie wiadomości z określonego węzła do bramy – może mieć wpływ na projekt i sposób zarządzania siecią. Ze względu na brak mocy obliczeniowych, opóźnienie jest większym problemem w mniej rozbudowanych sieciach - należy wziąć pod uwagę ten czynnik podczas projektowania sieci.

Wreszcie, ponieważ każdy węzeł w siatce musi działać i jako punkt końcowy i jako router, musi pobierać więcej energii do działania. Tak więc, jeśli w sieć tworzą zasilane bateryjnie węzły, nawet o niskim poborze mocy, wdrożenie struktury mesh może być trudne bez skomplikowanego procesu planowania.

Różne rodzaje sieci mesh

Sieć Bluetooth jest zoptymalizowana pod kątem tworzenia rozległych sieci i idealnie nadaje się do automatyzacji budynków, sieci czujników i rozwiązań do śledzenia zasobów. Tylko sieci  Bluetooth mesh zapewniają sprawdzoną, globalną interoperacyjność i dojrzały, wypróbowany ekosystem oparty na technologii Bluetooth do tworzenia sieci klasy przemysłowej.

ZigBee to technologia bezprzewodowa, opracowana jako otwarty globalny standard, który można wdrożyć zarówno w topologii gwiazdy, jak i siatki, wykorzystując zalety specyfikacji radiowej IEEE 802.15.4. Jeśli liczba (tj. gęstość) czujników jest niewystarczająca, luki w siatce mogą wypełnić niedrogie repetery. Chociaż korzystanie z ZigBee ma wiele zalet, istnieją jednak obawy, które uniemożliwiły jej szersze zastosowanie, w tym koszty systemu, bezpieczeństwo, niezawodność, żywotność baterii i zarządzanie czujnikami.

Z-Wave to kolejne wydajne i niedrogie rozwiązanie łączności bezprzewodowej i zarządzania rozproszonymi urządzeniami, nastawione przede wszystkim na aplikacje inteligentnego domu. Inteligentny koncentrator Z-Wave musi działać jako tzw. ‘punkt akcji’. Z tego centralnego punktu, można wysterować do czterech ‘przeskoków’ między bardziej peryferyjnie położonymi urządzeniami w sieci przypominającej siatkę.

Thread to kolejny standard mesh oparty na IEEE 802.15.4, ponownie przeznaczony głównie dla aplikacji inteligentnego domu. Opiera się na protokole IPv6 i koncentruje się na bezpieczeństwie i niezawodności, z wbudowaną funkcjonalnością naprawy sieci, jeśli wiodący w sieci węzeł ulegnie awarii.

Potencjalne aplikacje

Inteligentny dom: inteligentny dom oparty na sieci mesh umożliwia umieszczenie urządzeń w optymalnym miejscu pod względem użyteczności, a nie tylko tam, gdzie jest najlepszy sygnał. Istnieją pewne wyzwania, związane z prawdopodobnie fragmentarycznym podejściem do budowy domowej sieci mesh, takie jak interoperacyjność jej poszczególnych elementów, ale przyszłe systemy inteligentnego  domu prawdopodobnie będą używały architektury mesh.

Niezwykle interesującym nowym ekosystemem dla inteligentnego domu jest projekt Connected Home over IP (CHIP), który cieszy się wsparciem wielu dużych firm technologicznych, takich jak Amazon, Apple i Google. Pierwotnie opublikowany na początku 2020 roku standard ma być otwarty i nieodpłatny, a jednocześnie wykorzystuje on protokół IP do lepszej integracji z istniejącymi urządzeniami sieciowymi opartymi na protokole IP.

Projekt jest rozwijany jako grupa robocza w sojuszu Zigbee, ale ma być niezależny od standardu komunikacji, tak aby mógł działać w oparciu o dowolną warstwę ‘transportową’  obsługującej IP: Thread, Bluetooth lub WiFi.

Inteligentne miasta: Możliwości implementacji sieci mesh we współczesnym mieście są prawie nieograniczone: od inteligentnego transportu publicznego po lepiej poinformowane służby ratunkowe

Z kolei w budynkach biurowych sieć mesh  zapewnia łatwiejszą konserwację, śledzenie zasobów i wiele innych korzyści.

Kraje rozwijające się: w kraju bez istniejącej infrastruktury przewodowej bezprzewodowa sieć mesh jest zdroworozsądkowym podejściem do tworzenia systemów łączności od podstaw. Węzły zasilane energią słoneczną mogą łączyć się z internetem satelitarnym, aby zapewnić łączność całym społecznościom.

Edukacja: sieci mesh eliminują potrzebę okablowania starych budynków i zapewniają łączność badaczom, nauczycielom i studentom w każdym miejscu na terenie kampusu.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Nordic Semiconductor