Топология ячеистой сети:плюсы и минусы для связи M2M

Если вы приближаетесь к начальному этапу проектирования своего IoT-приложения, вы, вероятно, выясняете, какую систему связи вы собираетесь использовать. Пытаясь определить стоимость узла, стоимость установки системы, а также затраты на внедрение оборудования и программного обеспечения, помните, что тип используемой топологии сети повлияет на все это.

Ячеистая топология - тип сети, в которой все ваши узлы совместно распределяют данные - является одним из ваших вариантов. Чтобы помочь вам определить, подходит ли это для вашего приложения, мы составили список преимуществ и недостатков сетчатой ​​топологии.

Преимущества топологии сетки

1. Масштабируемость

Одно из преимуществ ячеистой топологии состоит в том, что (теоретически) вам не нужно добавлять маршрутизаторы в сеть, поскольку каждый узел может действовать как маршрутизатор. Если вы работаете над ячеистой сетью для освещения в своем офисном здании и хотите добавить свет в определенную комнату, у вас должна быть возможность добавить свет, и он будет автоматически подключаться к сети. Не требуется много дополнительного управления, что делает сеть масштабируемой.

2. Надежность

Еще одним преимуществом топологии ячеистой сети является то, что если один из узлов выходит из строя, это не обязательно приводит к отказу всей сети. Сеть может исцелить себя вокруг плохого узла, если другие узлы могут завершить сетку. Кроме того, если вам нужно увеличить дальность действия ячеистой системы, вы можете добавить еще один узел, и сообщения могут перескакивать через ячеистую сеть обратно на шлюз - вот почему некоторые считают, что ячеистые сети более надежны.

Поскольку все узлы в сети получают и транслируют информацию, в топологии сети присутствует некоторая избыточность; однако вы также можете увеличить скорость за счет избыточной пропускной способности. Если один маршрут окажется медленным, ячеистая сеть потенциально может найти лучший маршрут и оптимизировать себя.

Недостатки топологии сетки

1. Сложность

Каждый узел должен как отправлять сообщения, так и действовать как маршрутизатор, что значительно увеличивает сложность каждого узла. Допустим, вы делаете небольшое устройство с низким энергопотреблением - например, датчик присутствия в комнате - и хотите увеличить дальность действия своей системы. Теперь узлы должны отслеживать сообщения от пяти или 10 своих «соседей», что экспоненциально увеличивает объем данных, с которыми узел должен иметь дело, чтобы передать сообщение. Таким образом, если вы добавляете к сетке дополнительные датчики только для увеличения дальности действия, вы, естественно, усложняете систему.

2. Планирование сети

Как мы упоминали ранее, ячеистые сети часто считаются хорошо масштабируемыми, и добавление узла в сеть обычно не требует значительных усилий. Но планирование сети в целом - это совсем другое дело. Предположим, у вас низкая задержка в одной части вашего здания (о которой мы поговорим ниже), и вам нужен конкретный свет, который должен включаться быстрее, чем он включается в настоящее время. В ячеистой сети вам нужно будет добавить выделенный узел, который только пересылает сообщения. Но это усложняет планирование сети, потому что теперь вам нужно развернуть часть оборудования только для того, чтобы ваши сообщения правильно маршрутизировались в разумные сроки.

3. Задержка

Как уже упоминалось, задержка - время, необходимое для доставки сообщения от узла к шлюзу - может повлиять на планирование вашей ячеистой сети. Интересно, что вы можете немного уменьшить задержку, используя ячеистую сеть с более крупномасштабной системой с большей пропускной способностью, памятью и мощностью. Но задержка становится проблемой в небольших глобальных сетях с низким энергопотреблением (LPWAN), потому что у них нет возможности обработки для обработки сообщений. Таким образом, если у вас есть сетка WiFi, сообщения, вероятно, будут переводиться намного быстрее, чем сетка ZigBee. Это следует учитывать в зависимости от протокола, который вы будете использовать, и задержки, необходимой вашему приложению.

4. Потребляемая мощность

Поскольку каждый узел в сети должен действовать как конечная точка и маршрутизатор, он должен потреблять больше энергии для работы. Таким образом, если у вас есть узлы с низким энергопотреблением с батарейным питанием, сетку может быть сложно развернуть без тщательного планирования сети.

Допустим, у вас есть узлы с батарейным питанием в окнах и дверях для вашей интеллектуальной системы безопасности. У заказчика панель управления находится в подвале, но все датчики находятся на первом и втором этаже. Таким образом, хотя окно второго этажа может быть маломощным, поскольку оно передает только сообщения, датчики на первом этаже должны будут обрабатывать сообщения от окон и дверей второго этажа. Другими словами, вы увеличиваете объем данных, которые каждый узел должен обрабатывать в сетке, и поэтому батареи на некоторых узлах, вероятно, разряжаются быстрее.

Вкратце

Если оставить в стороне эти преимущества и недостатки, вам действительно нужно внимательно изучить развертываемое приложение, чтобы определить, какая топология сети идеально подходит для вашего проекта. Если вы создаете небольшую простую сеть с 10-20 узлами для чего-то вроде внутреннего освещения, ячеистая сеть может вам подойти. Если вам нужно использовать такое же количество узлов в гораздо большем пространстве, полоса частот 2,4 ГГц (в которой работает ZigBee) может быть очень сложной, и вы можете в конечном итоге приобрести довольно много дополнительных узлов, чтобы должным образом повторять сигнал. Взвесьте свои варианты - и если у вас возникнут вопросы, не стесняйтесь их задавать нам.