O que é uma rede IoT Mesh? E como você pode aproveitá-lo
As redes mesh estão mudando a forma como os dispositivos IoT estão conectados. 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 maneira 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.
Componentes principais da rede IoT Mesh
Existem três componentes principais em uma rede IoT Mesh: o gateway , o repetidor e os terminais.
Gateway
Gateway são dispositivos que conectam a rede mesh à internet. Gateway permitem que os nós da rede se conectem e interajam com sistemas fora da própria rede.
Repetidores
Os repetidores capturam dados na rede e os reiteram nos terminais. Eles desempenham um papel vital em qualquer rede mesh porque permitem que cada nó receba mensagens, independentemente da distância desse nó ao gateway . Por esse motivo, os repetidores em todas as topologias de rede são projetados para serem ativados o tempo todo.
Pontos finais
Endpoints são dispositivos que recebem dados de repetidores. Eles não precisam se conectar com outros elementos em uma rede mesh e, portanto, podem permanecer passivos se não forem utilizados.
As infraestruturas mesh funcionam em vários protocolos para transmitir dados. A seguir estão os mais comuns.
Protocolos de rede IoT Mesh
Wirepas é um protocolo de rede onde todos os dispositivos em uma rede podem rotear dados localmente e de forma homogênea, dependendo das circunstâncias atuais do rádio. Este protocolo permite que um número ilimitado de dispositivos habilitados para Wirepas sejam conectados em uma única rede.
Uma arquitetura típica de rede Wirepas é totalmente descentralizada. Funciona de forma eficiente para aplicações IoT que requerem baixo consumo de energia. Ele pode funcionar em tecnologias de rádio LPWA padrão, como Bluetooth Low Energy, além de vários aplicativos System on Chip (SOC).
O site Wirepas oferece um diretório completo de produtos parceiros , incluindo alguns de nossos parceiros, Rigado .
Topologia de malha Zigbee
O Zigbee permite a transmissão de dados de longa distância em dispositivos interconectados habilitados para Zigbee. Esta 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 um nó intermediário que retransmite dados de outros dispositivos na rede. Os roteadores também podem ser dispositivos finais e nunca entram no modo de hibernação.
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 suspensão, tornando-os dispositivos 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. DIGI é um bom exemplo de fornecedor de chipset Zigbee , que está incorporado em muitos IoT que você provavelmente já usou ou planeja usar.
Rede de malha de threads do Google
Thread Mesh do Google é um protocolo que conecta dispositivos perfeitamente, sem um único ponto de falha. Se um único dispositivo não estiver disponível, as redes Thread serão reconfiguradas 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 hub. A tecnologia aberta, independente de fornecedor e interoperável é executada em padrões abertos como IPv6 e uma base 6LoWPAN.
Embora o Thread tenha ganhado impulso entre vários fabricantes, uma rápida olhada em seus produtos certificados mostra que ele está bastante focado em eletrônicos de consumo, com muito poucos casos de uso comercial - e não industrial.
Dito isto, você raramente encontrará a necessidade de usar Thread em um gateway ou dispositivo industrial.
Malha Bluetooth
A rede mesh Bluetooth Low Energy é um protocolo que usa o método de inundação. Como o nome sugere, a tecnologia foi desenvolvida para redes mesh sem fio de baixo consumo de energia que transmitem um alto volume de tráfego de dados multicast. Isso é feito designando alguns dispositivos na rede como relés.
Os dispositivos em uma rede Bluetooth Low Energy se comunicam usando mensagens que podem ser retransmitidas em até 127 saltos em um mecanismo de publicação/assinatura.
Ao contrário de outras tecnologias de rede mesh sem fio de baixo consumo de energia, a malha Bluetooth é uma solução completa e full-stack que define tudo, desde a camada de rádio física de baixo nível até a camada de aplicativo de alto nível:
Embora o BLE seja bastante popular em produtos eletrônicos de consumo (todos nós temos telefones com Bluetooth em nossos bolsos, certo?), alguns fornecedores IoT Minew , Rigado e EnOcean, sensores IoT baratos e de baixo consumo. nós.
Benefícios do uso de redes mesh
As redes mesh oferecem uma variedade de vantagens que não são encontradas em outras topologias de rede. Alguns deles estão listados abaixo:
Verdadeira conectividade sem fio
As redes mesh transmitem mensagens usando a técnica de inundação ou roteamento. O Flooding garante que os dados sejam enviados por meio de todos os links de saída, exceto aqueles que trazem os mesmos dados. É assim que a rede fica “inundada” de informações.
Com o roteamento, os dados se movem por diferentes nós da rede antes de chegarem ao destino final. Isso permite que cada nó da rede roteie 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. Você não precisa fazer nenhuma configuração preliminar de novos sensores. Cada nó adicionado pode ser calibrado e conectado à rede automaticamente.
Quando você conecta fisicamente um nó sem fio a uma conexão de rede, digamos um roteador, os nós da rede mais próximos dele estão conectados à Internet. Este processo é repetido para outros nós até que toda a rede esteja conectada.
Com esse mecanismo, economiza-se muito tempo e dinheiro na manutenção da rede.
Faixa estendida de conectividade
Se o seu projeto IoT não puder ser executado em métodos de conectividade como Wi-Fi e Bluetooth, uma rede mesh poderá oferecer suporte e expandir seu alcance sem fio.
Os sinais sem fio tradicionais perdem força à medida que você se afasta do roteador ou da fonte. Em contraste, as redes mesh dependem de múltiplos sinais que estão espalhados por todo o sistema.
Como todos os nós da rede estão conectados ao sistema, é usado o nó com a conexão mais forte e segura. Isso permite que outros nós durmam. Além disso, se um nó apresentar mau funcionamento, isso não afetará o restante do sistema.
As redes mesh oferecem, portanto, uma gama mais ampla de cobertura para sistemas que não suportam conectividade como Wi-Fi ou estão situados em locais que não os suportam.
Algoritmos de autocura
Uma marca importante do método de roteamento é que os algoritmos possuem capacidades de autocorreção . Isso significa que a rede será reconfigurada se um caminho for interrompido.
Por exemplo, Shortest Path Bridging envolve algoritmos que escolhem rapidamente a rota mais curta para transmissão de dados quando um dos nós perde a conexão. Conseqüentemente, toda a rede permanece estável porque os algoritmos sempre utilizam os únicos nós disponíveis.
Por outro lado, o sistema precisa usar seus recursos para identificar o nó quebrado , 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 IoT -mesh:
1. Alta inteligência de 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 altere a rota se um nó não estiver respondendo.
2. Balanceamento de carga
O desempenho da rede geralmente diminui se um grande volume de dados passar por uma rota grande. Para resolver isso, é preciso investir tempo no balanceamento de carga. O balanceamento de carga otimizará o tempo de resposta e distribuirá a carga entre seus nós.
3. Gerenciamento de rotas
Ao executar uma rede mesh, você deve 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 necessário reenviar os dados caso eles não cheguem ao gateway IoT .
Uma rede mesh também deve ter a capacidade de quebrar rotas existentes se nenhum gateway IoT estiver disponível. Se isso não acontecer, muita energia será desperdiçada quando os dispositivos conectados continuarem enviando dados sem uso específico.
4. Consumo de energia
Se você deseja manter adequadamente uma rede mesh, você precisa de uma CPU personalizada que possa transportar o software que executa os nós da rede mesh e a lógica do método de acesso ao canal.
A CPU Ideal deve ser eficiente e ainda assim econômica. Isso é um pouco complicado porque não existe um padrão geral para comunicações em rede mesh.
Uma rede Mesh é uma boa solução para sua empresa?
Uma rede mesh é uma ótima solução de rede para o seu negócio. As aplicações são diversas e todas visam eficiência na conectividade.
Por exemplo, equipamentos médicos podem se beneficiar enormemente das redes mesh. Os algoritmos de autocura podem identificar rapidamente um dispositivo médico quebrado, reconectá-lo automaticamente e, portanto, evitar uma falha em massa na rede.
Se o seu negócio depende muito da conectividade, obter uma rede mesh é algo óbvio. Além de oferecer uma forma eficiente de gerenciar sua rede, a topologia garante que você não terá tempo de inatividade causado por computador ou sensor desconectado.
Publicado originalmente em 13 de outubro de 2021
Perguntas frequentes
LoRaWAN é uma rede mesh?
LoRaWAN tradicionalmente funciona em uma topologia de rede em estrela. É aqui que os nós finais transmitem dados para um servidor central através de um ou vários gateway . Em uma rede LoRaWAN, todos os dispositivos são assíncronos e transmitem dados somente quando estão disponíveis.
No entanto, se quiser aumentar a segurança e o alcance de uma rede LoRaWAN, você pode 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 envia e recebe dados sem fio pela Internet usando sensores, software especializado e tecnologias dedicadas. Embora a maioria deles “converse” com outros dispositivos através de modos sem fio, como LTE, Bluetooth e Wi-Fi, alguns dos imóveis também empregam comunicação Ethernet.
A malha é melhor do que o Wi-Fi?
Com a forma como os dispositivos são conectados em uma rede mesh, você obterá melhor desempenho e menos gargalos de rede do que em Wi-Fi. A conectividade Mesh oferece velocidades mais rápidas, melhor confiabilidade e maior cobertura sem fio para sua casa do que o Wi-Fi convencional.
O que é um gateway de malha?
Este é um dispositivo que conecta a rede mesh à internet global.
