O que é uma rede mesh IoT ? E como você pode aproveitá-la?
As redes mesh estão mudando a forma como os dispositivos IoT se conectam. Encontre aqui tudo o que você precisa saber e veja se é uma boa solução para você.
O que é uma rede mesh?
Uma rede Mesh IoT é uma topologia de rede local onde os dispositivos são conectados diretamente de forma não hierárquica para rotear dados pela rede. Os dispositivos em uma rede Mesh se comunicam de acordo com um protocolo predefinido que permite que cada dispositivo participe da transmissão de dados na rede.
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As redes mesh são geralmente, mas nem sempre, usadas para aplicações IoT , como automação industrial e medição inteligente. Todos os dispositivos em uma topologia mesh trabalham juntos para distribuir dados entre os diferentes componentes da rede.
Principais componentes de uma rede mesh IoT
Uma rede mesh IoT possui três componentes principais: o gateway, o repetidor e os pontos de extremidade.
Gateways
Gatewaysão dispositivos que conectam a rede mesh à internet. Gatewaypermitem que os nós da rede se conectem e interajam com sistemas externos à própria rede.
Repetidores
Os repetidores capturam dados na rede e os retransmitem para os pontos de extremidade. Eles desempenham um papel vital em qualquer rede mesh, pois permitem que cada nó receba mensagens, independentemente da distância desse nó até o gateway. Por esse motivo, os repetidores em todas as topologias de rede são projetados para permanecerem ativos o tempo todo.
Pontos finais
Os pontos de extremidade são dispositivos que recebem dados dos repetidores. Eles não precisam se conectar com outros elementos em uma rede mesh e, portanto, podem permanecer passivos se não estiverem em uso.
As infraestruturas de malha funcionam com diversos protocolos para transmitir dados. Abaixo estão listados os mais comuns.
Protocolos de rede mesh IoT
Wirepas é um protocolo de rede onde todos os dispositivos em uma rede podem rotear dados localmente e de forma homogênea, dependendo das condições de rádio do momento. Este protocolo permite que um número ilimitado de dispositivos compatíveis com Wirepas sejam conectados em uma única rede.
Uma arquitetura de rede Wirepas típica é totalmente descentralizada. Ela funciona de forma eficiente para aplicações IoT que exigem baixo consumo de energia. Pode operar em tecnologias de rádio LPWA padrão, como Bluetooth Low Energy, além de diversas aplicações de Sistema em Chip (SoC)
O site da Wirepas oferece um diretório completo de produtos de parceiros , incluindo alguns de nossos parceiros, como a Rigado .
Topologia de malha Zigbee
O Zigbee permite a transmissão de dados a longa distância através de dispositivos interligados compatíveis com Zigbee. Essa topologia de rede compreende três tipos de nós: coordenadores, roteadores e dispositivos finais. Um único coordenador forma a rede e roteia o tráfego nela. Um roteador Zigbee desempenha o papel de nó intermediário, retransmitindo dados de outros dispositivos na rede. Os roteadores também podem ser dispositivos finais e nunca entram em modo de repouso.
Os dispositivos finais comunicam-se com o coordenador ou com os roteadores . Os dispositivos finais em uma rede Zigbee têm a capacidade de ativar o modo de hibernação, o que os torna altamente eficientes em termos de energia. Em uma rede Zigbee, cada coordenador ou roteador pode alimentar até 20 dispositivos finais.
O protocolo Zigbee permite a interoperabilidade entre muitos fornecedores comerciais. A DIGI é um bom exemplo de fornecedora de chipsets Zigbee , que estão integrados em muitos IoT que você provavelmente já usou ou pretende usar.
Rede Mesh do Google Thread
Thread do Google é um protocolo que conecta dispositivos de forma integrada, sem um único ponto de falha. Se um dispositivo ficar indisponível, as redes Thread se reconfiguram automaticamente. O protocolo de rede foi projetado para conectar universalmente dispositivos domésticos inteligentes.
O que diferencia o Thread de outros protocolos como Zigbee e Z-Wave é que suas redes não precisam de um dispositivo central. A tecnologia aberta, independente de fornecedor e interoperável funciona com base em padrões abertos como IPv6 e 6LoWPAN.
Embora a tecnologia Thread tenha ganhado força entre diversos fabricantes, uma rápida olhada em seus produtos certificados mostra que ela está mais focada em eletrônicos de consumo, com pouquíssimos casos de uso comercial – e não industrial.
Dito isto, raramente encontrará a necessidade de usar Thread em um gateway ou dispositivo industrial.
Rede Bluetooth
A rede mesh Bluetooth Low Energy é um protocolo que utiliza o método de inundação. Como o nome sugere, a tecnologia foi desenvolvida para redes mesh sem fio de baixa potência que transmitem um alto volume de tráfego de dados multicast. Isso é feito designando alguns dispositivos na rede como repetidores.
Dispositivos em uma rede Bluetooth Low Energy se comunicam usando mensagens que podem ser retransmitidas por até 127 saltos em um mecanismo de publicação/assinatura.
Ao contrário de outras tecnologias de rede mesh sem fio de baixo consumo, o Bluetooth mesh é uma solução completa e integrada que define tudo, desde a camada física de rádio de baixo nível até a camada de aplicação de alto nível:
Embora o BLE seja bastante popular em eletrônicos de consumo (todos nós temos celulares com Bluetooth no bolso, certo?), alguns IoT como Minew , Rigado e EnOcean, aproveitaram os recursos exclusivos do BLE para oferecer nós de sensores IoT .
Benefícios da utilização de redes mesh
As redes mesh oferecem diversas vantagens que não são encontradas em outras topologias de rede. Algumas delas estão listadas abaixo:
Verdadeira conexão sem fio
Redes mesh transmitem mensagens usando a técnica de inundação ou roteamento. A inundação garante que os dados sejam enviados por todos os links de saída, exceto aqueles que recebem os mesmos dados. É assim que a rede fica "inundada" de informações.
Com o roteamento, os dados percorrem diferentes nós da rede antes de chegarem ao seu destino final. Isso permite que cada nó da rede direcione os dados por um caminho apropriado, com base no nível de velocidade e segurança disponíveis.
Manutenção eficiente
As redes mesh são fáceis de instalar e manter. Não é necessário configurar previamente novos sensores. Cada nó adicionado pode se calibrar e se conectar à rede automaticamente.
Ao conectar fisicamente um nó sem fio a uma conexão de rede, como um roteador, os nós de rede mais próximos a ele são conectados à internet. Esse processo se repete para os outros nós até que toda a rede esteja conectada.
Com esse mecanismo, economiza-se muito tempo e dinheiro na manutenção da rede.
Ampla gama de conectividade
Se o seu projeto IoT não puder ser executado em métodos de conectividade como Wi-Fi e Bluetooth, uma rede mesh pode oferecer suporte e expandir seu alcance sem fio.
Os sinais sem fio tradicionais perdem intensidade à medida que você se afasta do roteador ou da fonte. Em contraste, as redes mesh dependem de múltiplos sinais que são distribuídos por todo o sistema.
Como todos os nós da rede estão conectados ao sistema, o nó com a conexão mais forte e segura é utilizado. Isso permite que os outros nós entrem em modo de espera. Além disso, se um nó apresentar mau funcionamento, isso não afeta o restante do sistema.
Assim, as redes mesh oferecem uma cobertura mais ampla para sistemas que não suportam conectividade como Wi-Fi ou que estão localizados em áreas sem suporte para essa tecnologia.
Algoritmos de autorreparação
Uma característica importante do método de roteamento é que os algoritmos possuem capacidade de autorrecuperação . Isso significa que a rede se reconfigura caso um caminho seja interrompido.
Por exemplo, o Shortest Path Bridging envolve algoritmos que escolhem rapidamente a rota mais curta para a transmissão de dados quando um dos nós perde a conexão. Dessa forma, toda a rede permanece estável, pois os algoritmos sempre utilizam os únicos nós disponíveis.
Como ponto negativo, o sistema precisa usar seus recursos para identificar o nó com defeito , um processo que consome muito tempo.
Desafios que você enfrentará ao construir uma rede mesh e maneiras de superá-los
Embora o objetivo dos protocolos mencionados acima seja abstrair o máximo de complexidade possível, ainda existem alguns obstáculos que você pode encontrar ao construir uma rede mesh IoT:
1. Alta Inteligência dos Nós
As redes mesh são projetadas para serem altamente eficientes. Idealmente, você precisa encontrar uma maneira de obter relatórios de desempenho de nós individuais. Além disso, pode ser um desafio fazer com que cada nó colete informações sobre os nós vizinhos, entenda como construir a rota e alterá-la caso um nó não esteja respondendo.
2. Balanceamento de carga
O desempenho da rede geralmente diminui se um grande volume de dados passar por uma rota longa. Para resolver isso, é necessário investir tempo em balanceamento de carga. O balanceamento de carga otimizará o tempo de resposta e distribuirá a carga entre os nós da rede.
3. Gestão de Rotas
Ao operar uma rede mesh, é necessário atualizar constantemente as rotas pelas quais os dados são enviados. Isso ocorre porque os nós podem se conectar e desconectar da rede sem aviso prévio. Além disso, pode ser preciso reenviar os dados caso eles não cheguem ao gatewayIoT .
Uma rede mesh também deve ter a capacidade de interromper rotas existentes caso nenhum gateway IoT esteja disponível. Se isso não acontecer, muita energia será desperdiçada quando os dispositivos conectados continuarem enviando dados sem um propósito específico.
4. Consumo de energia
Para manter adequadamente uma rede mesh, você precisa de uma CPU personalizada que possa executar o software que controla os nós da rede mesh e a lógica do método de acesso aos canais.
O processador ideal deve ser eficiente e, ao mesmo tempo, consumir pouca energia. Isso representa um desafio, pois não existe um padrão geral para comunicações em redes mesh.
Uma rede mesh é uma boa solução para sua empresa?
Uma rede mesh é uma ótima solução de rede para sua empresa. As aplicações são diversas e todas visam à eficiência na conectividade.
Por exemplo, equipamentos médicos podem se beneficiar enormemente de redes mesh. Os algoritmos de autorreparação podem identificar rapidamente um dispositivo médico com defeito, reconectá-lo automaticamente e, assim, evitar uma falha em massa da rede.
Se a sua empresa depende fortemente de conectividade, investir em uma rede mesh é uma escolha óbvia. Além de proporcionar uma maneira eficiente de gerenciar sua rede, a topologia garante que você não terá interrupções causadas por um computador ou sensor desconectado.
Publicado originalmente em 13 de outubro de 2021
Perguntas frequentes
LoRaWAN é uma rede mesh?
Tradicionalmente, o LoRaWAN opera em uma topologia de rede em estrela. Nela, os nós finais transmitem dados para um servidor central através de um ou mais gateway. Em uma rede LoRaWAN, todos os dispositivos são assíncronos e transmitem dados somente quando disponíveis.
No entanto, se você quiser aumentar a segurança e o alcance de uma rede LoRaWAN, poderá reconfigurá-la como uma rede mesh.
O que é uma rede IoT ?
A Internet das Coisas (IoT) é uma rede interconectada de objetos do cotidiano que enviam e recebem dados sem fio pela internet, utilizando sensores, softwares especializados e tecnologias dedicadas. Embora a maioria deles "converse" com outros dispositivos por meio de tecnologias sem fio como LTE, Bluetooth e Wi-Fi, alguns dos dispositivos imóveis também utilizam comunicação Ethernet.
A tecnologia mesh é melhor que o Wi-Fi?
Com a forma como os dispositivos estão conectados em uma rede mesh, você obterá melhor desempenho e menos gargalos na rede do que com o Wi-Fi convencional. A conectividade mesh oferece velocidades mais rápidas, maior confiabilidade e uma cobertura sem fio mais ampla em sua casa do que o Wi-Fi tradicional.
O que é um gatewaymesh?
Este é um dispositivo que conecta a rede mesh à internet global.
