¿Qué es una red de malla IoT ? Y cómo puedes aprovecharlo
Las redes Mesh están cambiando la forma en que se conectan los dispositivos IoT . Encuentre aquí todo lo que necesita saber y vea si es una buena solución para usted.
¿Qué es una red en malla?
Una red Mesh IoT es una topología de red local donde los dispositivos se conectan directamente de forma no jerárquica para enrutar datos a través de la red. Los dispositivos en una red en malla se comunican según un protocolo predefinido que permite que cada dispositivo participe en la transmisión de datos en la red.
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Las redes de malla se utilizan habitualmente, aunque no siempre, para aplicaciones IoT como la automatización industrial y la medición inteligente. Todos los dispositivos en una topología de malla trabajan juntos para distribuir datos entre los diferentes componentes de la red.
Componentes principales de la red IoT Mesh
Hay tres componentes principales en una red IoT Mesh: la gateway , el repetidor y los puntos finales.
Gateway
Las Gateway son dispositivos que conectan la red en malla a Internet. Las Gateway permiten que los nodos de la red se conecten e interactúen con sistemas fuera de la red misma.
Repetidores
Los repetidores capturan datos en la red y los reiteran a los puntos finales. Desempeñan un papel vital en cualquier red en malla porque permiten que cada nodo reciba mensajes independientemente de qué tan lejos esté ese nodo de la gateway . Por esta razón, los repetidores en cada topología de red están diseñados para activarse en todo momento.
Puntos finales
Los puntos finales son dispositivos que reciben datos de repetidores. No necesitan conectarse en red con otros elementos en una red de malla y, por lo tanto, pueden permanecer pasivos si no se utilizan.
Las infraestructuras de malla funcionan con varios protocolos para transmitir datos. A continuación se detallan los más comunes.
Protocolos de red de malla IoT
Wirepas es un protocolo de red en el que todos los dispositivos de una red pueden enrutar datos de forma local y homogénea dependiendo de las circunstancias de radio actuales. Este protocolo permite conectar una cantidad ilimitada de dispositivos habilitados para Wirepas en una sola red.
Una arquitectura de red típica de Wirepas está completamente descentralizada. Funciona de manera eficiente para aplicaciones IoT que requieren poca energía. 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 directorio completo de productos de socios , incluidos algunos de nuestros socios, Rigado .
Topología de malla Zigbee
Zigbee permite la transmisión de datos a larga distancia a través de dispositivos interconectados habilitados para Zigbee. Esta topología de red comprende tres tipos de nodos: coordinadores, enrutadores y dispositivos finales. Un único coordinador forma la red y dirige el tráfico por ella. Un enrutador Zigbee desempeña el papel de un nodo intermedio que transmite datos de otros dispositivos en la red. Los enrutadores también pueden ser dispositivos finales y nunca entran en modo de suspensión.
Los dispositivos finales se comunican con el coordinador o los enrutadores . Los dispositivos finales en una red Zigbee tienen la capacidad de activar el modo de suspensión, lo que los convierte en dispositivos de alta eficiencia energética. En una red Zigbee, cada coordinador o enrutador puede alimentar hasta 20 dispositivos finales.
El protocolo Zigbee permite la interoperabilidad entre muchos proveedores comerciales. DIGI es un buen ejemplo de proveedor de chipset Zigbee , que está integrado en muchos IoT que probablemente haya usado o planee usar.
Red de malla de hilos de Google
Thread Mesh de Google es un protocolo que conecta dispositivos sin problemas sin un solo punto de falla. Si un solo dispositivo no está disponible, las redes Thread se reconfiguran automáticamente. El protocolo de red fue diseñado para conectar universalmente dispositivos domésticos inteligentes.
Lo que distingue a Thread de otros protocolos como Zigbee y Z-Wave es que sus redes no necesitan un dispositivo concentrador. La tecnología abierta, independiente del proveedor e interoperable se ejecuta en estándares abiertos como IPv6 y una base 6LoWPAN.
Aunque Thread ha ganado impulso entre varios fabricantes, un vistazo rápido 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 Thread en una gateway o dispositivo industrial.
Malla Bluetooth
La red de malla Bluetooth Low Energy es un protocolo que utiliza el método de inundación. Como sugiere el nombre, la tecnología está diseñada para redes de malla inalámbricas de baja potencia que transmiten un gran volumen de tráfico de datos de multidifusión. Para ello, designa algunos dispositivos de la red como relés.
Los dispositivos en una red Bluetooth Low Energy se comunican mediante mensajes que se pueden transmitir en hasta 127 saltos en un mecanismo de publicación/suscripción.
A diferencia de otras tecnologías de redes de malla inalámbricas de bajo consumo, Bluetooth Mesh es una solución completa que define todo, desde la capa de radio física 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 capacidad Bluetooth en el bolsillo, ¿verdad?), algunos proveedores IoT Minew , Rigado y EnOcean sensores IoT económicos y de bajo consumo. nodos.
Beneficios de utilizar redes de malla
Las redes en malla ofrecen una variedad de ventajas que no se encuentran en otras topologías de red. Algunos de ellos se enumeran a continuación:
Verdadera inalámbrica
Las redes en malla transmiten mensajes mediante la técnica de inundación o enrutamiento. La inundación garantiza que los datos se envíen a través de todos los enlaces salientes, excepto aquellos que traen los mismos datos. Así es como la red se "inunda" de información.
Con el enrutamiento, los datos se mueven por diferentes nodos de la red antes de llegar a su destino final. Esto permite que cada nodo de la red enrute los datos a través de una ruta adecuada según el nivel de velocidad y seguridad disponibles.
Mantenimiento eficiente
Las redes en malla son fáciles de instalar y mantener. No es necesario realizar ninguna configuración preliminar de nuevos sensores. Cada nodo agregado puede calibrarse y conectarse a la red automáticamente.
Cuando conecta físicamente un nodo inalámbrico a una conexión de red, digamos un enrutador, los nodos de red más cercanos a él están conectados a Internet. Este proceso se repite para otros nodos hasta que toda la red esté conectada.
Con este mecanismo se ahorra mucho tiempo y dinero en el mantenimiento de la red.
Rango extendido de conectividad
Si su proyecto IoT no puede ejecutarse con métodos de conectividad como Wi-Fi y Bluetooth, una red de malla puede admitir y ampliar su alcance inalámbrico.
Las señales inalámbricas tradicionales pierden intensidad a medida que se aleja del enrutador o de la fuente. Por el contrario, las redes en malla dependen de múltiples señales que se distribuyen por todo el sistema.
Dado que todos los nodos de la red están conectados al sistema, se utiliza el nodo con la conexión más fuerte y segura. Esto permite que otros nodos duerman. Además, si un nodo funciona mal, no afecta al resto del sistema.
Por lo tanto, las redes de malla ofrecen una gama más amplia de cobertura a sistemas que no pueden soportar conectividad como Wi-Fi o están situados en ubicaciones que no las soportan.
Algoritmos de autocuración
Una característica importante del método de enrutamiento es que los algoritmos tienen capacidades de autorreparación . Esto significa que la red se reconfigura si se interrumpe una ruta.
Por ejemplo, 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. Por tanto, toda la red permanece estable porque los algoritmos siempre utilizan los únicos nodos disponibles.
La desventaja es que el sistema tiene que utilizar sus recursos para identificar el nodo roto , un proceso que lleva mucho tiempo.
Desafíos que enfrentará al construir una red en malla y formas de superarlos
Aunque el objetivo de los protocolos mencionados anteriormente es abstraer la mayor complejidad posible, todavía existen algunos obstáculos que pueden surgir al construir una red de malla IoT :
1. Alta inteligencia de nodos
Las redes en malla están diseñadas para ser altamente eficientes. Lo ideal es encontrar una forma de obtener informes de rendimiento de nodos individuales. Además de eso, puede resultar complicado hacer que cada nodo recopile información sobre los nodos vecinos, comprenda cómo construir la ruta y cambie la ruta si un nodo no responde.
2. Equilibrio de carga
El rendimiento de la red suele disminuir si un gran volumen de datos pasa por una ruta larga. Para solucionar esto, hay que invertir tiempo en el equilibrio de carga. El equilibrio de carga optimizará el tiempo de respuesta y distribuirá la carga entre sus nodos.
3. Gestión de rutas
Cuando se ejecuta una red en malla, es necesario actualizar constantemente las rutas a través de las cuales 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 reenviar los datos en caso de que no lleguen a la gateway IoT .
Una red de malla también debe tener la capacidad de interrumpir rutas existentes si no hay gateway IoT disponible. Si esto no sucede, se desperdiciará mucha energía cuando los dispositivos conectados continúen enviando datos sin ningún uso en particular.
4. Consumo de energía
Si desea mantener adecuadamente una red en malla, necesita una CPU personalizada que pueda transportar el software que ejecuta los nodos de la red en malla y la lógica del método de acceso al canal.
La CPU ideal debe ser eficiente y, al mismo tiempo, de bajo consumo energético. Esto es un pequeño obstáculo porque no existe un estándar general para las comunicaciones de redes en malla.
¿Es una red Mesh una buena solución para su empresa?
Una red en malla es una excelente solución de red para su negocio. Las aplicaciones son diversas y todas apuntan a la eficiencia en la conectividad.
Por ejemplo, los equipos médicos pueden beneficiarse enormemente de las redes de malla. Los algoritmos de autorreparación pueden identificar rápidamente un dispositivo médico roto, reconectarlo automáticamente y, por lo tanto, evitar una falla masiva en la red.
Si su negocio depende en gran medida de la conectividad, obtener una red de malla es una obviedad. Además de brindarle una forma eficiente de administrar su red, la topología garantiza que no tendrá tiempos de inactividad causados por una computadora o un sensor desconectados.
Publicado originalmente el 13 de octubre de 2021
Preguntas frecuentes
¿Es LoRaWAN una red en malla?
LoRaWAN tradicionalmente se ejecuta en una topología de red en estrella. Aquí es donde los nodos finales transmiten datos a un servidor central a través de una o varias gateway . En una red LoRaWAN, todos los dispositivos son asíncronos y transmiten datos sólo cuando están disponibles.
Sin embargo, si desea reforzar la seguridad y el alcance de una red LoRaWAN, puede reconfigurarla como una red en malla.
¿Qué es una red IoT ?
El Internet de las cosas ( IoT ) es una red interconectada de objetos cotidianos que envían y reciben datos de forma inalámbrica a través de Internet utilizando sensores, software especializado y tecnologías dedicadas. Si bien la mayoría de ellos "hablan" con otros dispositivos a través de modos inalámbricos como LTE, Bluetooth y Wi-Fi, algunos de los inmóviles también emplean comunicación Ethernet.
¿La malla es mejor que el Wi-Fi?
Con la forma en que se conectan los dispositivos en una red de malla, obtendrá un mejor rendimiento y menos cuellos de botella en la red que en Wi-Fi. La conectividad en malla brinda velocidades más rápidas, mejor confiabilidad y mayor cobertura inalámbrica de su hogar que el Wi-Fi convencional.
¿Qué es una gateway de malla?
Este es un dispositivo que conecta la red en malla a Internet global.
