Topologia de rede Mesh:Prós e Contras para comunicação M2M

Se você está entrando na fase inicial de design de seu aplicativo IoT, provavelmente está descobrindo qual sistema de comunicação usará. Ao tentar determinar seu custo por nó, custo de instalação do sistema e custos de implementação de hardware e software, lembre-se de que o tipo de topologia de rede que você usa terá impacto sobre tudo isso.



Uma topologia de malha - um tipo de rede em que todos os seus nós distribuem dados cooperativamente - é uma de suas opções. Para ajudá-lo a determinar se esta é a melhor aposta para sua aplicação, criamos uma lista de vantagens e desvantagens de uma topologia em malha.

Vantagens de uma topologia de malha

1. Escalabilidade

Uma das vantagens de uma topologia em malha é que (em teoria) você não precisa adicionar roteadores à rede, pois cada nó pode atuar como um roteador. Se você estiver trabalhando em uma rede de malha para a iluminação em seu prédio de escritórios e quiser adicionar uma luz em um cômodo específico, deverá ser capaz de adicionar a luz e fazer com que ela se conecte automaticamente à rede. Não há muito gerenciamento extra que precisa acontecer, o que torna a rede escalonável.

2. Robustez

Outro benefício de uma topologia de rede em malha é que, se um dos nós cair, isso não necessariamente derrubará toda a rede. A rede pode se curar em torno de um nó inválido se outros nós puderem completar a malha. Além disso, se você precisar obter mais alcance de um sistema em malha, pode adicionar outro nó e as mensagens podem saltar através da malha de volta para o gateway - motivo pelo qual alguns acreditam que as redes em malha são mais robustas.

Como todos os nós em uma malha estão recebendo e traduzindo informações, há alguma redundância em uma topologia em malha; no entanto, você também pode ganhar velocidade com o excesso de largura de banda. Se uma rota ficar lenta, uma rede mesh poderia potencialmente encontrar uma rota melhor e se otimizar.

Desvantagens de uma topologia de malha

1. Complexidade

Cada nó precisa enviar mensagens e também atuar como roteador, o que faz com que a complexidade de cada nó aumente significativamente. Digamos que você esteja fazendo um dispositivo pequeno e de baixo consumo de energia - como um sensor de ocupação de sala - e deseja obter melhor alcance de seu sistema. Os nós agora precisam acompanhar as mensagens de cinco ou 10 de seus "vizinhos", o que aumenta exponencialmente a quantidade de dados com os quais o nó precisa lidar para transmitir uma mensagem. Assim, se você adicionar sensores adicionais à malha apenas para beneficiar o alcance, você está naturalmente tornando o sistema mais complexo.

2. Planejamento de rede

Como mencionamos anteriormente, as redes mesh são frequentemente consideradas altamente escaláveis ​​e adicionar um nó à rede normalmente não é muito complicado. Mas planejar a rede como um todo é uma história diferente. Digamos que você tenha baixa latência em uma área do seu prédio (que discutiremos a seguir) e precise que uma luz específica acenda mais rápido do que acende atualmente. Com uma rede em malha, você precisa adicionar um nó dedicado que apenas encaminha mensagens. Mas isso complica seu planejamento de rede, porque agora você precisa implantar um equipamento apenas para que suas mensagens sejam roteadas corretamente em um período de tempo razoável.

3. Latência

Conforme mencionado, a latência - o tempo que uma mensagem leva para ir de um nó ao gateway - pode afetar o planejamento da rede em malha. Curiosamente, você pode melhorar um pouco a latência usando uma rede em malha com um sistema de escala maior com mais largura de banda, memória e energia. Mas a latência se torna um problema em redes menores de baixa potência e longa distância (LPWANs) porque não tem a capacidade de processamento para lidar com as mensagens. Portanto, se você tiver uma malha WiFi, as mensagens provavelmente serão traduzidas muito mais rápido do que uma malha ZigBee. Isso é algo a ser considerado com base no protocolo que você usará e na latência que seu aplicativo exige.

4. Consumo de energia

Como cada nó em uma malha deve atuar como um ponto de extremidade e um roteador, ele deve consumir mais energia para operar. Portanto, se você tiver nós alimentados por bateria e de baixo consumo de energia, pode ser difícil implantar uma malha sem muito planejamento de rede.

Digamos que você tenha nós alimentados por bateria em janelas e portas para seu sistema de segurança inteligente. O cliente mantém o painel de controle no porão, mas todos os sensores estão no primeiro e no segundo andar. Portanto, embora uma janela do segundo andar possa ter baixo consumo de energia, porque ela apenas transmite mensagens, os sensores do primeiro andar terão que lidar com as mensagens das janelas e portas do segundo andar. Em outras palavras, você está combinando a quantidade de dados que cada nó precisa lidar em uma malha e, portanto, as baterias de alguns nós provavelmente morrerão mais rápido.

Em resumo

Deixando essas vantagens e desvantagens de lado, você realmente precisa olhar para o aplicativo que está implantando para determinar qual topologia de rede é ideal para o seu projeto. Se você estiver fazendo uma rede pequena e simples com 10-20 nós para algo como iluminação interna, uma rede mesh pode funcionar para você. Se você precisar usar a mesma quantidade de nós em um espaço muito maior, uma banda de frequência de 2,4 GHz (que é onde o ZigBee opera) pode ser muito difícil e você pode acabar comprando alguns nós extras para repetir o sinal de forma adequada. Avalie suas opções - e se você tiver alguma dúvida, sinta-se à vontade para nos perguntar.