Dlaczego sieci kratowe są częściej wykorzystywane w sieciach IoT?

Wiele popularnych protokołów komunikacyjnych IoT, które badałem, przyjęło topologię siatki (na przykład ZigBee , Thread i Z-Wave ), co stanowi znaczący kontrast ze zwykłą topologią gwiazdy w Wi-Fi, gdzie każde urządzenie łączy się z jednym routerem / hubem .

EETimes stwierdza również, że:

Sieci sieciowe stają się idealnym rozwiązaniem projektowym do łączenia dużej liczby urządzeń sieciowych.

EETimes sugerują, że ulepszenia niezawodności (np. Transmisje samonaprawiające się) są jedną z głównych zalet sieci kratowej, chociaż wydaje się to niewielką zaletą w porównaniu z dodatkową złożonością konfiguracji sieci kratowej.

W przypadku domowej sieci IoT, która prawdopodobnie zawiera około 10-20 urządzeń sieciowych i rozprzestrzenia krótki zasięg od końca do końca, co sprawia, że ​​sieci kratowe są bardziej odpowiednie niż zwykła topologia gwiazd? Czy dodatkowa złożoność nie jest tak znacząca, jak mi się wydaje, że tak jest?

TL; DR: Ekonomia

Przewodowa sieć siatkowa a topologia gwiazdy

Internet to sieć kratowa. Dlaczego? Ponieważ DARPA chciała, aby działał, nawet jeśli połowa Stanów Zjednoczonych zostanie zbombardowana w zapomnienie, jeśli zimna wojna będzie gorąca. Wojsko chciało wysoce niezawodnej sieci, która nie jest zależna od żadnego pojedynczego węzła. Tworzenie siatki lub przynajmniej częściowe tworzenie siatki twoich węzłów sieci zapewni ci tę niezawodność. Główną wadą (przewodowych) sieci kratowych jest to, że nie są one bardzo opłacalne. Kosztują dużo. Okablowanie każdego komponentu do każdego innego komponentu jest po prostu zbyt drogie. Tak więc szkielet WAN Internetu rzeczy jest już przewodową siecią kratową.

Topologia gwiazdy wymaga tylko jednego kabla na węzeł, a siatkowanie zużywa do n * (n-1) / 2 dla pełnej siatki. Okablowanie dla sieci kratowych bardzo szybko staje się znacznie droższe. Tak więc topologia gwiazd pojawiła się jako dominujący standard.

Teraz (głównie) nowe, bezprzewodowe sieci kratowe

Ustanowienie bezprzewodowych sieci kratowych eliminuje główną wadę przewodowych sieci kratowych. Utworzenie bezprzewodowej sieci kratowej nie wiąże się z żadnymi kosztami. W ten sposób, tworząc bezprzewodowe sieci kratowe, twórcy sieci niezawodności zawsze chcieli przy niskim koszcie kilku kabli i oczywiście wszystkich innych zaletach bycia bezprzewodowymi.

Jednak wciąż istnieje kilka wad sieci kratowych. Węzły muszą być względnie inteligentne w routingu w porównaniu do zwykłego połączenia z jednym centralnym węzłem. ZigBee korzysta z wektorowego routingu odległości na żądanie Ad hoc , który wymaga tabel routingu w każdym węźle. Wymagana jest także pewna zdolność węzłów do dupleksowania, aby sieć była wydajna. Dostarczenie go na tani, bezprzewodowy mikroprocesor zajęło trochę czasu. Dzisiaj mamy te żetony.

Aby sieć kratowa działała poprawnie, musi być wystarczająca liczba węzłów. W rzeczywistości staje się bardziej wydajny dzięki większej liczbie węzłów (które łączą się z co najmniej dwoma istniejącymi). Tak więc Internet rzeczy, w którym wszystko może działać jako węzeł, jest oczywistym połączeniem dla sieci zamkniętych. Podczas gdy inne topologie prawdopodobnie zapchaliby się przy większej liczbie węzłów, sieci kratowe naprawdę zaczynają tam świecić i stają się szybsze i bardziej niezawodne, im więcej węzłów zostanie dodanych.

Twoja sieć 10-20 węzłów

W przypadku inteligentnego domu z jednym lub dwoma tuzinami urządzeń należy rozważyć kilka kwestii związanych z topologią. Po pierwsze, ZigBee obsługuje również topologię gwiazd. Po drugie, każdy rodzaj trasowania wektora odległości zwykle działa z ważonymi wartościami wektora. Tak więc w inteligentnym domu bezpośrednie połączenie może zostać ocenione najwyżej, a ty uzyskasz wadliwą topologię gwiazdy, nawet jeśli jest skonfigurowana jako siatka.

Tylko urządzenia, które znajdują się poza zasięgiem centralnego komponentu, takiego jak mostek Hue (lub wystarczająco źle oceniają bezpośrednie połączenie), będą nawet korzystać z topologii siatki. W przypadku tych urządzeń sieć kratowa jest zasadniczo rozszerzeniem zakresu niskich opóźnień w sieci. Dzięki temu nie musisz kupować innego węzła centralnego. To oszczędza pieniądze. To samo, co wcześniej zabijało szerokopasmowe sieci przewodowe, sprawia, że ​​sieci bezprzewodowe są dziś tak atrakcyjne. Ekonomia.

Sieci siatkowe dają zwykle lepsze lokalne opcje konfiguracji dla sieci IoT. Wspomniano już o rozszerzeniu zasięgu, która sieć kratowa, ponieważ każde urządzenie w sieci sprawi, że sieć będzie większa niż każde urządzenie będzie osobno. Innym ważnym aspektem jest sposób trasowania wiadomości. Podczas gdy niektóre urządzenia pozostaną nieruchome, inne mogą być przenoszone. Może to utrudnić typowe przesyłanie wiadomości, ale sieć kratowa poradzi sobie z tym lepiej, ponieważ wszystkie węzły będą mogły wyszukać dane urządzenie.

Praktycznym przykładem tego jest praca w sieci ZWave, w której można ponownie odkryć wszystkie węzły w sieci, dzięki czemu kontroler i inne węzły mogą znaleźć najlepszą ścieżkę dla wiadomości i z którymi węzłami może rozmawiać, z którym i bez przekazywania wiadomości na inne urządzenie. Więcej informacji na ten temat można znaleźć na tej stronie w sekcji „Siatka i routing” .

IoT jest często stosowany w kontekstach automatyki domowej (czujniki drzwi, wtyczki ścienne, ...) i są one bardzo daleko od siebie, szczególnie w dużych domach. Tak więc sieć siatkowa pozwala obiektom na pokrycie problemu odległości.

Ponadto wszystkie te urządzenia IoT muszą mieć mało energii, aby nie marnować ich na komunikację na duże odległości.