Mesh-Netzwerktopologie:Vor- und Nachteile der M2M-Kommunikation

Wenn Sie in die anfängliche Designphase Ihrer IoT-Anwendung eintreten, überlegen Sie wahrscheinlich, welches Kommunikationssystem Sie verwenden werden. Bedenken Sie bei der Ermittlung der Kosten pro Knoten, der Systeminstallationskosten sowie der Hardware- und Softwareimplementierungskosten, dass sich die Art der verwendeten Netzwerktopologie auf all diese Dinge auswirkt.

Eine Mesh-Topologie – eine Art von Netzwerk, bei der alle Ihre Knoten Daten kooperativ verteilen – ist eine Ihrer Optionen. Damit Sie feststellen können, ob dies die beste Wahl für Ihre Anwendung ist, haben wir eine Liste mit Vor- und Nachteilen einer Mesh-Topologie erstellt.

Vorteile einer Mesh-Topologie

1. Skalierbarkeit

Einer der Vorteile einer Mesh-Topologie besteht darin, dass Sie (theoretisch) keine Router zum Netzwerk hinzufügen müssen, da jeder Knoten als Router fungieren kann. Wenn Sie an einem Mesh-Netzwerk für die Beleuchtung in Ihrem Bürogebäude arbeiten und in einem bestimmten Raum eine Beleuchtung hinzufügen möchten, sollten Sie die Beleuchtung hinzufügen und automatisch mit dem Netzwerk verbinden können. Es ist nicht viel zusätzliches Management erforderlich, wodurch das Netzwerk skalierbar wird.

2. Robustheit

Ein weiterer Vorteil einer Mesh-Netzwerktopologie besteht darin, dass wenn einer der Knoten ausfällt, nicht unbedingt das gesamte Netzwerk ausfällt. Das Netzwerk kann sich um einen fehlerhaften Knoten herum heilen, wenn andere Knoten das Mesh vervollständigen können. Wenn Sie außerdem mehr Reichweite aus einem Mesh-System herausholen müssen, können Sie einen weiteren Knoten hinzufügen und die Nachrichten können durch das Mesh zurück zum Gateway springen – weshalb einige glauben, dass Mesh-Netzwerke robuster sind.

Da alle Knoten in einem Netz Informationen empfangen und übersetzen, gibt es eine gewisse Redundanz in einer Netztopologie; Sie können jedoch auch mit der überschüssigen Bandbreite an Geschwindigkeit gewinnen. Wenn eine Route langsam ist, könnte ein Mesh-Netzwerk möglicherweise eine bessere Route finden und sich selbst optimieren.

Nachteile einer Mesh-Topologie

1. Komplexität

Jeder Knoten muss sowohl Nachrichten senden als auch als Router fungieren, was dazu führt, dass die Komplexität jedes Knotens erheblich steigt. Angenommen, Sie stellen ein kleines Gerät mit geringem Stromverbrauch her – wie einen Raumbelegungssensor – und möchten eine bessere Reichweite aus Ihrem System herausholen. Die Knoten müssen nun die Nachrichten von fünf oder zehn ihrer „Nachbarn“ verfolgen, was die Datenmenge, die der Knoten verarbeiten muss, um eine Nachricht weiterzugeben, exponentiell erhöht. Wenn Sie dem Netz zusätzliche Sensoren hinzufügen, nur um die Reichweite zu verbessern, wird das System natürlich komplexer.

2. Netzwerkplanung

Wie bereits erwähnt, gelten Mesh-Netzwerke oft als hoch skalierbar, und das Hinzufügen eines Knotens zum Netzwerk ist normalerweise nicht sehr aufwendig. Aber die Planung des Netzwerks als Ganzes ist eine andere Geschichte. Nehmen wir an, Sie haben in einem Bereich Ihres Gebäudes eine geringe Latenz (auf die wir weiter unten eingehen werden) und Sie benötigen ein bestimmtes Licht, um schneller einzuschalten, als es derzeit einschaltet. Bei einem Mesh-Netzwerk müssten Sie einen dedizierten Knoten hinzufügen, der nur leitet Nachrichten weiter. Dies erschwert jedoch Ihre Netzwerkplanung, da Sie jetzt ein Gerät bereitstellen müssen, um Ihre Nachrichten in angemessener Zeit richtig zu leiten.

3. Latenz

Wie bereits erwähnt, kann sich die Latenz – die Zeit, die eine Nachricht benötigt, um von einem Knoten zum Gateway zu gelangen – sich auf Ihre Mesh-Netzwerkplanung auswirken. Interessanterweise können Sie eine gewisse Latenzzeit verbessern, indem Sie ein Mesh-Netzwerk mit einem größeren System mit mehr Bandbreite, Speicher und Leistung verwenden. Aber die Latenz wird in kleineren Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWANs) zu einem Problem, da sie nicht über die Verarbeitungskapazität verfügen, um das Messaging zu verarbeiten. Wenn Sie also ein WiFi-Mesh haben, werden Nachrichten wahrscheinlich viel schneller übersetzt als ein ZigBee-Mesh. Dies ist je nach verwendetem Protokoll und der für Ihre Anwendung erforderlichen Latenz zu berücksichtigen.

4. Stromverbrauch

Da jeder Knoten in einem Mesh als Endpunkt und Router fungieren muss, muss er für den Betrieb mehr Strom verbrauchen. Wenn Sie also batteriebetriebene Nodes mit geringem Stromverbrauch haben, kann es schwierig sein, ein Mesh ohne viel Netzwerkplanung bereitzustellen.

Nehmen wir an, Sie haben batteriebetriebene Knoten in Fenstern und Türen für Ihr intelligentes Sicherheitssystem. Der Kunde hält die Zentrale im Keller, aber alle Sensoren befinden sich im ersten und zweiten Stock. Während also ein Fenster im zweiten Stock eine geringe Leistung haben kann, da es nur Nachrichten überträgt, müssen die Sensoren im ersten Stock Nachrichten von den Fenstern und Türen im zweiten Stock verarbeiten. Mit anderen Worten, Sie fügen die Datenmenge, die jeder Knoten verarbeiten muss, in einem Mesh zusammen, sodass die Batterien einiger Knoten wahrscheinlich schneller sterben.

Zusammenfassung

Abgesehen von diesen Vor- und Nachteilen müssen Sie sich wirklich die Anwendung ansehen, die Sie bereitstellen, um festzustellen, welche Netzwerktopologie für Ihr Projekt ideal ist. Wenn Sie ein kleines, einfaches Netzwerk mit 10-20 Knoten für etwas wie Innenbeleuchtung erstellen, kann ein Mesh-Netzwerk für Sie funktionieren. Wenn Sie dieselbe Anzahl von Knoten über einen viel größeren Raum verwenden müssen, kann ein 2,4-GHz-Frequenzband (in dem ZigBee arbeitet) sehr schwierig sein, und Sie können am Ende einige zusätzliche Knoten kaufen, um das Signal angemessen zu wiederholen. Wägen Sie Ihre Möglichkeiten ab – und wenn Sie Fragen haben, können Sie uns gerne fragen.