Mesh-netwerktopologie:voor- en nadelen voor M2M-communicatie

Als je de eerste ontwerpfase van je IoT-toepassing ingaat, ben je waarschijnlijk aan het uitzoeken welk communicatiesysteem je gaat gebruiken. Houd er rekening mee dat het type netwerktopologie dat u gebruikt van invloed is op al deze zaken wanneer u probeert uw kosten per knooppunt, systeeminstallatiekosten en hardware- en software-implementatiekosten te bepalen.

Een mesh-topologie, een type netwerk waarbij al uw nodes gezamenlijk gegevens distribueren, is een van uw opties. Om u te helpen bepalen of dit de beste keuze is voor uw toepassing, hebben we een lijst met voor- en nadelen van een mesh-topologie gemaakt.

Voordelen van een mesh-topologie

1. Schaalbaarheid

Een van de voordelen van een mesh-topologie is dat u (in theorie) geen routers aan het netwerk hoeft toe te voegen, aangezien elk knooppunt als router kan fungeren. Als je werkt aan een mesh-netwerk voor de verlichting in je kantoorgebouw en je wilt een lamp toevoegen in een bepaalde ruimte, dan moet je de lamp kunnen toevoegen en automatisch laten verbinden met het netwerk. Er hoeft niet veel extra beheer te gebeuren, waardoor het netwerk schaalbaar is.

2. Robuustheid

Een ander voordeel van een mesh-netwerktopologie is dat als een van de knooppunten uitvalt, dit niet noodzakelijk het hele netwerk uitschakelt. Het netwerk kan zichzelf herstellen rond een slecht knooppunt als andere knooppunten de mesh kunnen voltooien. Bovendien, als je meer bereik uit een mesh-systeem wilt halen, kun je een ander knooppunt toevoegen en de berichten kunnen door de mesh terug naar de gateway springen. Daarom denken sommigen dat mesh-netwerken robuuster zijn.

Omdat alle knooppunten in een mesh informatie ontvangen en vertalen, is er enige redundantie in een mesh-topologie; u kunt echter ook snelheid winnen met de overtollige bandbreedte. Als een route traag is, kan een mesh-netwerk mogelijk een betere route vinden en zichzelf optimaliseren.

Nadelen van een mesh-topologie

1. Complexiteit

Elk knooppunt moet zowel berichten verzenden als fungeren als een router, waardoor de complexiteit van elk knooppunt behoorlijk toeneemt. Stel dat u een klein apparaat met een laag energieverbruik maakt, zoals een kamerbezettingssensor, en dat u een beter bereik uit uw systeem wilt halen. De nodes moeten nu de berichten van vijf of tien van hun ‘buren’ bijhouden, waardoor de hoeveelheid data die een node moet verwerken om een ​​bericht door te geven exponentieel toeneemt. Dus als je extra sensoren aan het gaas toevoegt om het bereik te vergroten, maak je het systeem natuurlijk complexer.

2. Netwerkplanning

Zoals we eerder vermeldden, worden mesh-netwerken vaak als zeer schaalbaar beschouwd en is het toevoegen van een knooppunt aan het netwerk meestal niet erg ingewikkeld. Maar het netwerk als geheel plannen is een ander verhaal. Stel dat u een slechte latentie heeft in een deel van uw gebouw (wat we hieronder zullen bespreken), en dat u een bepaald licht nodig heeft om sneller aan te gaan dan het momenteel aangaat. Met een mesh-netwerk moet u een speciaal knooppunt toevoegen dat alleen berichten doorsturen. Maar dit bemoeilijkt uw netwerkplanning, omdat u nu een stuk apparatuur moet inzetten om uw berichten binnen een redelijke tijd correct te routeren.

3. Latentie

Zoals gezegd, kan latentie - de tijd die een bericht nodig heeft om van een knooppunt naar de gateway te komen - van invloed zijn op uw mesh-netwerkplanning. Interessant is dat u enige latentie kunt verbeteren door een mesh-netwerk te gebruiken met een groter systeem met meer bandbreedte, geheugen en vermogen. Maar latentie wordt een probleem in kleinere, low-power, wide-area netwerken (LPWAN's), omdat deze niet over de verwerkingscapaciteit beschikken om de berichten te verwerken. Dus als je een wifi-mesh hebt, zullen berichten waarschijnlijk veel sneller worden vertaald dan een ZigBee-mesh. Dit is iets om te overwegen op basis van het protocol dat u gaat gebruiken en de latentie die uw toepassing vereist.

4. Stroomverbruik

Omdat elk knooppunt in een mesh moet fungeren als een eindpunt en een router, moet het meer stroom trekken om te werken. Als je dus nodes met een laag stroomverbruik op batterijen hebt, kan een mesh moeilijk te implementeren zijn zonder veel netwerkplanning.

Stel dat u op batterijen werkende knooppunten in ramen en deuren heeft voor uw slimme beveiligingssysteem. De klant houdt het bedieningspaneel in de kelder, maar alle sensoren bevinden zich op de eerste en tweede verdieping. Dus hoewel een raam op de tweede verdieping een laag vermogen heeft, omdat het alleen berichten verzendt, zullen de sensoren op de eerste verdieping berichten van de ramen en deuren op de tweede verdieping moeten verwerken. Met andere woorden, je verzamelt de hoeveelheid gegevens die elk knooppunt moet verwerken in een mesh, en dus zullen de batterijen op sommige knooppunten waarschijnlijk sneller leeg raken.

Samenvattend

Afgezien van deze voor- en nadelen, moet u echt kijken naar de toepassing die u implementeert om te bepalen welke netwerktopologie ideaal is voor uw project. Als je een klein, eenvoudig netwerk maakt met 10-20 knooppunten voor bijvoorbeeld binnenverlichting, kan een mesh-netwerk voor jou werken. Als u hetzelfde aantal knooppunten over een veel grotere ruimte moet gebruiken, kan een 2,4 GHz-frequentieband (waar ZigBee werkt) erg moeilijk zijn, en u kunt uiteindelijk nogal wat extra knooppunten kopen om het signaal op de juiste manier te herhalen. Weeg uw opties af en als u vragen heeft, stel ze gerust.