Почему ячеистые сети чаще используются для сетей IoT?

Многие распространенные протоколы связи IoT, которые я исследовал, приняли сетчатую топологию (например, ZigBee , Thread и Z-Wave ), которая является существенным контрастом по сравнению с обычной звездообразной топологией Wi-Fi, где каждое устройство подключается к одному маршрутизатору / концентратору. ,

EETimes также заявляют, что:

Сетчатая сеть становится идеальным дизайнерским решением для соединения большого количества сетевых устройств.

EETimes предполагают, что повышение надежности (например, самовосстанавливающиеся передачи) является одним из основных преимуществ ячеистой сети, хотя это кажется небольшим преимуществом по сравнению с дополнительной сложностью настройки ячеистой сети.

Что делает домашнюю сеть IoT, которая, вероятно, будет содержать около 10-20 сетевых устройств и распределена на короткие расстояния от конца к концу, что делает ячеистые сети более подходящими, чем обычная топология звезда? Разве сложность не так значительна, как мне кажется?

TL; DR: экономика

Проводная ячеистая сеть и топология звезда

Ну, Интернет - это ячеистая сеть. Почему? Потому что DARPA хотела, чтобы это сработало, даже если бы половина Соединенных Штатов была предана забвению, если холодная война станет горячей. Военным требовалась высоконадежная сеть, которая не зависит ни от одного узла. Сетка или, по крайней мере, частичное объединение узлов вашей сети обеспечит вам эту надежность. Основным недостатком (проводных) ячеистых сетей является то, что они не очень экономичны. Они стоят дорого. Подключение каждого компонента к другому просто слишком дорого. Таким образом, магистраль Интернета вещей уже является проводной ячеистой сетью.

Для топологии Star требуется всего один кабель на узел, а для построения сетки используется до n * (n-1) / 2 для полной сетки. Кабели для ячеистых сетей очень быстро становятся намного дороже. Таким образом, топология звезды стала доминирующим стандартом.

Теперь (в основном) новые беспроводные ячеистые сети

Создание беспроводных ячеистых сетей позволяет обойти главный недостаток проводных ячеистых сетей. Для создания беспроводной ячеистой сети не требуется никаких кабелей. Таким образом, создание беспроводных ячеистых сетей сочетает в себе надежность, которую всегда хотели создать создатели сетей, с низкой стоимостью нескольких кабелей и, конечно, со всеми другими преимуществами беспроводной связи.

Однако есть все еще несколько недостатков ячеистых сетей. Узлы должны быть относительно умными для маршрутизации по сравнению с простым подключением к одному центральному узлу. ZigBee использует специальную векторную маршрутизацию по требованию , для которой требуются таблицы маршрутизации на каждом узле. Также определенная дуплексная способность узлов необходима для обеспечения эффективности сети. Создание недорогого беспроводного чипа заняло некоторое время. Сегодня у нас есть эти фишки.

Для правильной работы ячеистой сети должно быть достаточно узлов. Это на самом деле становится более эффективным с большим количеством узлов (которые подключаются как минимум к двум существующим). Таким образом, Интернет вещей, где все может действовать как узел, является очевидным совпадением для ячеистых сетей. В то время как другие топологии могли бы засориться с большим количеством узлов, сети ячеек действительно начинают сиять и становиться быстрее и надежнее, чем больше узлов добавляется.

Ваша сеть из 10-20 узлов

Для умного дома с одним или двумя десятками устройств есть несколько вещей, которые следует учитывать в отношении топологии. Во-первых, ZigBee также поддерживает топологию типа «звезда». Во-вторых, любой вид маршрутизации векторов расстояний обычно работает со взвешенными векторными значениями. Таким образом, при настройке «умного дома» прямое соединение вполне может быть оценено наивысшим, и в результате вы получите топологию со звездами по умолчанию, даже если она настроена в виде сетки.

Только устройство, которое находится вне зоны действия центрального компонента, такого как Hue Bridge (или оценивает прямое соединение как достаточно плохое), будет даже использовать топологию сетки. Для этих устройств ячеистая сеть - это расширение диапазона с низкой задержкой для вашей сети. Таким образом, вам не нужно покупать другой центральный узел. Это экономит деньги. То же самое, что раньше убивало широко распространенные проводные ячеистые сети, сегодня делает беспроводные ячеистые сети такими привлекательными. Экономика.

Ячеистые сети, как правило, предоставляют лучшие варианты локальной конфигурации для сети IoT. Расширение диапазона уже упоминалось, что ячеистая сеть, так как каждое устройство в сети поможет сделать сеть больше, чем каждое устройство, было бы одиноко. Другим важным аспектом является то, как сообщения маршрутизируются. Хотя некоторые устройства будут оставаться неподвижными, другие могут перемещаться. Это может затруднить маршрутизацию сообщений обычным способом, но ячеистая сеть сможет справиться с этим лучше, так как все узлы смогут искать соответствующее устройство.

Практическим примером этого в работе является то, что в сети ZWave вы можете заново обнаружить все узлы в вашей сети, чтобы контроллер и другие узлы могли определить наилучший путь для сообщений и с какими узлами можно общаться, с которыми и без передачи сообщения на другое устройство. Более подробную информацию об этом можно увидеть на этой странице в разделе «Сетка и маршрутизация» .

IoT часто используется в контексте домашней автоматизации (дверные датчики, розетки, ...), и они, как правило, находятся очень далеко друг от друга, особенно в больших домах. Таким образом, ячеистая сеть позволяет объектам покрывать проблему расстояния.

Кроме того, на всех этих устройствах IoT должно быть мало энергии, поэтому они не должны тратить ее на связь на большие расстояния.