¿Qué es una red mallada IoT y cómo puede aprovecharla?
Las redes malladas están cambiando la forma de conectar los dispositivos IoT. Descubre aquí todo lo que necesitas saber y comprueba si es una buena solución para ti.
¿Qué es una red mallada?
Una red Mesh IoT es una topología de red local en la que los dispositivos se conectan directamente de forma no jerárquica para encaminar los datos a través de la red. Los dispositivos de una red mallada se comunican según un protocolo predefinido que permite a cada dispositivo participar en la transmisión de datos en la red.
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Las redes malladas suelen utilizarse, aunque no siempre, para aplicaciones IoT como la automatización industrial y la medición inteligente. Todos los dispositivos de una topología de malla trabajan juntos para distribuir datos entre los distintos componentes de la red.
Componentes principales de las redes malladas IoT
Hay tres componentes principales en una red mallada IoT: gateway, el repetidor y los puntos finales.
Gateways
Gateways son dispositivos que conectan la red mallada a internet. Gateways permiten a los nodos de la red conectarse e interactuar con sistemas externos a la propia red.
Repetidores
Los repetidores captan datos en la red y los reiteran a los extremos. Desempeñan un papel fundamental en cualquier red mallada porque permiten que todos los nodos reciban mensajes independientemente de la distancia a la que se encuentren de gateway. Por este motivo, los repetidores de cualquier topología de red están diseñados para despertar en todo momento.
Puntos finales
Los puntos finales son dispositivos que reciben datos de los repetidores. No necesitan conectarse en red con otros elementos de una red mallada, por lo que pueden permanecer pasivos si no se utilizan.
Las infraestructuras de malla funcionan con varios protocolos para transmitir datos. A continuación se indican los más comunes.
Protocolos de redes malladas IoT
Wirepas es un protocolo de red en el que todos los dispositivos de una red pueden enrutar datos de forma local y homogénea en función de las circunstancias radioeléctricas del momento. Este protocolo permite conectar en una misma red un número ilimitado de dispositivos compatibles con Wirepas.
Una arquitectura de red Wirepas típica está totalmente descentralizada. Funciona eficientemente para aplicaciones IoT que requieren baja potencia. Puede funcionar con tecnologías de radio LPWA estándar, como Bluetooth Low Energy, además de varias aplicaciones System on Chip (SOC).
El sitio web de Wirepas ofrece un completo directorio de productos de nuestros socios, entre los que se incluye Rigado.
Topología de malla Zigbee
Zigbee permite la transmisión de datos a larga distancia a través de dispositivos Zigbee interconectados. Esta topología de red consta de tres tipos de nodos: coordinadores, enrutadores y dispositivos finales. Un único coordinador forma la red y enruta el tráfico en ella. Un enrutador Zigbee desempeña el papel de nodo intermedio que retransmite datos de otros dispositivos de la red. Los routers también pueden ser dispositivos finales y nunca entran en modo de reposo.
Los dispositivos finales se comunican con el coordinador o con los routers. Los dispositivos finales de una red Zigbee tienen la capacidad de activar el modo de reposo, lo que los convierte en dispositivos de alta eficiencia energética. En una red Zigbee, cada coordinador o router puede alimentar hasta 20 dispositivos finales.
El protocolo Zigbee permite la interoperabilidad entre muchos proveedores comerciales. DIGI es un buen ejemplo de proveedor de conjuntos de chips Zigbee, que están integrados en muchos productos IoT que probablemente hayas utilizado o pienses utilizar.
Red de malla de hilos de Google
La red de malla Thread de Google es un protocolo que conecta dispositivos sin fisuras y sin un solo punto de fallo. Si un dispositivo deja de estar disponible, las redes Thread se reconfiguran automáticamente. El protocolo de red se diseñó para conectar universalmente dispositivos domésticos inteligentes.
Lo que diferencia a Thread de otros protocolos como Zigbee y Z-Wave es que sus redes no necesitan un dispositivo concentrador. Se trata de una tecnología abierta, interoperable e independiente del proveedor que funciona con estándares abiertos como IPv6 y una base 6LoWPAN.
Aunque Thread ha cobrado impulso entre varios fabricantes, un rápido vistazo a sus productos certificados muestra que está más bien centrado en la electrónica de consumo, con muy pocos casos de uso comercial -no industrial-.
Dicho esto, rara vez se encontrará con la necesidad de utilizar roscas en un dispositivo o gateway industrial.
Malla Bluetooth
La red de malla Bluetooth Low Energy es un protocolo que utiliza el método de inundación. Como su nombre indica, la tecnología está pensada para redes de malla inalámbricas de baja potencia que transmiten un gran volumen de tráfico de datos multidifusión. Para ello, designa algunos dispositivos de la red como repetidores.
Los dispositivos de una red Bluetooth Low Energy se comunican mediante mensajes que pueden retransmitirse hasta 127 saltos con un mecanismo de publicación/suscripción.
A diferencia de otras tecnologías de redes malladas inalámbricas de bajo consumo, Bluetooth Mesh es una solución completa que lo define todo, desde la capa física de radio de bajo nivel hasta la capa de aplicación de alto nivel:
Aunque BLE es bastante popular en la electrónica de consumo (todos tenemos teléfonos con Bluetooth en el bolsillo, ¿verdad?), algunos proveedores de IoT comercial e industrial como Minew, Rigado y EnOcean han aprovechado las capacidades únicas de BLE para ofrecer nodos de sensores IoT baratos y de bajo consumo.
Ventajas de las redes malladas
Las redes malladas ofrecen una serie de ventajas que no se encuentran en otras topologías de red. A continuación se enumeran algunas de ellas:
Sin cables de verdad
Las redes malladas transmiten mensajes mediante la técnica de inundación o encaminamiento. El flooding se encarga de que los datos se envíen por todos los enlaces salientes excepto por los que traen los mismos datos. Así es como la red se "inunda" de información.
Con el encaminamiento, los datos se mueven por distintos nodos de la red antes de llegar a su destino final. Esto permite a cada nodo de la red encaminar los datos por una ruta adecuada en función del nivel de velocidad y seguridad disponible.
Mantenimiento eficiente
Las redes malladas son fáciles de instalar y mantener. No hay que hacer ninguna configuración previa de los nuevos sensores. Cada nodo añadido puede calibrarse y conectarse a la red automáticamente.
Cuando conectas físicamente un nodo inalámbrico a una conexión de red, por ejemplo un router, los nodos de red más cercanos a él se conectan a Internet. Este proceso se repite con otros nodos hasta que toda la red está conectada.
Con este mecanismo se ahorra mucho tiempo y dinero en el mantenimiento de la red.
Mayor conectividad
Si su proyecto IoT no puede funcionar con métodos de conectividad como Wi-Fi y Bluetooth, una red mallada puede admitir y ampliar su alcance inalámbrico.
Las señales inalámbricas tradicionales pierden fuerza a medida que uno se aleja del router o de la fuente. En cambio, las redes malladas se basan en múltiples señales que se reparten por todo el sistema.
Como todos los nodos de la red están conectados al sistema, se utiliza el nodo con la conexión más fuerte y segura. Esto permite a los demás nodos dormir. Además, si un nodo funciona mal, no afecta al resto del sistema.
Por tanto, las redes malladas ofrecen una cobertura más amplia a sistemas que no pueden soportar conectividad como Wi-Fi o están situados en lugares que no las admiten.
Algoritmos de autorreparación
Una característica importante del método de encaminamiento es que los algoritmos tienen capacidad de autorreparación. Esto significa que la red se reconfigura si se interrumpe una ruta.
Por ejemplo, el Shortest Path Bridging implica algoritmos que eligen rápidamente la ruta más corta para la transmisión de datos cuando uno de los nodos pierde la conexión. De este modo, toda la red permanece estable porque los algoritmos utilizan siempre los únicos nodos disponibles.
En el lado negativo, el sistema tiene que utilizar sus recursos para identificar el nodo averiado, un proceso que lleva mucho tiempo.
Desafíos a los que se enfrentará al crear una red mallada y formas de superarlos
Aunque el objetivo de los protocolos mencionados es abstraer tanta complejidad como sea posible, aún hay algunos obstáculos que pueden surgir al construir una red de malla IoT:
1. Alta inteligencia de los nodos
Las redes malladas están diseñadas para ser muy eficientes. Lo ideal es encontrar una forma de obtener informes de rendimiento de los nodos individuales. Además, puede ser difícil que cada nodo recopile información sobre los nodos vecinos, entienda cómo construir la ruta y la cambie si un nodo no responde.
2. Equilibrio de la carga
El rendimiento de la red suele disminuir si un gran volumen de datos pasa por una ruta grande. Para solucionarlo, hay que invertir tiempo en equilibrar la carga. El equilibrio de carga optimizará el tiempo de respuesta y distribuirá la carga entre tus nodos.
3. Gestión de rutas
Cuando se ejecuta una red mallada, hay que actualizar constantemente las rutas por las que se envían los datos. Esto se debe a que los nodos pueden conectarse y desconectarse de la red sin previo aviso. Además, es posible que tengas que volver a enviar datos en caso de que no lleguen al IoT gateway.
Una red mallada también debe tener la capacidad de interrumpir las rutas existentes si no hay ningún IoT disponible en gateway . Si esto no ocurre, se desperdiciará mucha energía cuando los dispositivos conectados sigan enviando datos sin ningún uso concreto.
4. Consumo de energía
Si quieres mantener adecuadamente una red mallada, necesitas una CPU a medida que pueda llevar el software que ejecuta los nodos de la red mallada y la lógica del método de acceso a los canales.
La CPU ideal debe ser eficiente y, a la vez, de bajo consumo. Esto es un pequeño obstáculo porque no existe un estándar general para las comunicaciones de redes malladas.
¿Es una red mallada una buena solución para su empresa?
Una red mallada es una gran solución de red para su empresa. Las aplicaciones son diversas y todas buscan la eficiencia en la conectividad.
Por ejemplo, los equipos médicos pueden beneficiarse masivamente de las redes malladas. Los algoritmos de autorreparación pueden identificar rápidamente un dispositivo médico averiado, reconectarlo automáticamente y evitar así un fallo masivo de la red.
Si su empresa depende en gran medida de la conectividad, hacerse con una red mallada es una obviedad. Además de ofrecerte una forma eficiente de gestionar tu red, la topología te asegura que no tendrás tiempos de inactividad causados por un ordenador o sensor desconectado.
Publicado originalmente el 13 de octubre de 2021
Preguntas frecuentes
¿Es LoRaWAN una red mallada?
LoRaWAN funciona tradicionalmente en una topología de red en estrella. En ella, los nodos finales transmiten datos a un servidor central a través de uno o varios gateways. En una red LoRaWAN, todos los dispositivos son asíncronos y transmiten datos sólo cuando están disponibles.
Sin embargo, si quieres reforzar la seguridad y el alcance de una red LoRaWAN, puedes reconfigurarla como red mallada.
¿Qué es una red IoT?
El Internet de los objetos (IoT) es una red interconectada de objetos cotidianos que envían y reciben datos de forma inalámbrica a través de Internet mediante sensores, software especializado y tecnologías dedicadas. Aunque la mayoría de ellos "hablan" con los demás dispositivos a través de modos inalámbricos como LTE, Bluetooth y Wi-Fi, algunos de los inmóviles también emplean comunicación Ethernet.
¿Es mejor la malla que el Wi-Fi?
Con la forma en que se conectan los dispositivos en una red mallada, obtendrá un mejor rendimiento y menos cuellos de botella en la red que con Wi-Fi. La conectividad en malla aporta velocidades más rápidas, mayor fiabilidad y mayor cobertura inalámbrica de tu hogar que la Wi-Fi convencional.
¿Qué es una malla gateway?
Se trata de un dispositivo que conecta la red mallada a la Internet global.
