Was ist Netztopologie? [Eine Definition]

Mesh-Topologie ist eine Art der Vernetzung, bei der alle Knoten zusammenarbeiten, um Daten untereinander zu verteilen. Diese Topologie wurde ursprünglich vor über 30 Jahren für militärische Anwendungen entwickelt, aber heute werden sie typischerweise für Dinge wie Hausautomation, intelligente HLK-Steuerung und intelligente Gebäude verwendet. In diesem Artikel geben wir einen allgemeinen Überblick über die Funktionsweise der Mesh-Topologie, die Vorteile und Überlegungen im Zusammenhang mit Mesh-Netzwerken, Industriestandards und Alternativen.

Hier ist ein Beispiel für ein WLAN-Produkt, das Mesh-Netzwerke verwendet.

Wie funktionieren Mesh-Topologien?

Viele Mesh-Netzwerke ermöglichen es Funkgeräten, sich spontan selbst zu organisieren, indem sie etwas namens Ad-hoc-Distanzvektoren auf Abruf . verwenden . Dies ist ein reaktives Protokoll mit einigen Merkmalen des proaktiven Routings – was bedeutet, dass der Entwickler einige der Routen erstellt und Knoten identifiziert, die unterschiedliche Rollen spielen, z. B. Endknoten oder Repeater. Vereinfacht gesagt fungiert ein Endpunkt nicht nur als Ziel und Datenquelle, sondern auch als Relaispunkt .

Mesh-Systeme basieren normalerweise auf einer Routing-Tabelle , die jedem Knoten sagt, (a) wie er mit dem Zugangspunkt kommunizieren soll und (b) wie ein Knoten den Verkehr lenken soll, der versucht, irgendwohin zu gelangen. Die Routing-Tabelle geht davon aus, dass nirgendwo im Netzwerk eine direkte Kommunikation stattfindet, außer über Knoten, die eine Route zum Access Point haben. Es ist wie ein großes Telefonspiel – wenn Sie die Route nicht kennen, senden Sie die Nachricht an jemanden, der die Route eingerichtet hat. Routing-Tabellen bestehen aus:

• Quellkennung
• Zielkennung
• Quellsequenznummer
• Zielsequenznummer
• Sendekennung
• Zeit zu leben

(Dies sind ziemlich technische Themen, und wir werden sie hier nicht im Detail behandeln.)

Mesh-Netzwerke funktionieren auf zwei Arten:entweder durch Routing die Daten oder Überflutung die Daten. Beim Routen eine Nachricht in einem Mesh-Netzwerk, breitet sie sich entlang eines vordefinierten Pfads aus und hüpft von Knoten zu Knoten, bis sie ihr Ziel erreicht. Um diese Routen aufzubauen und sicherzustellen, dass die Pfade verfügbar sind, muss das Netzwerk ständig verbunden sein und sich selbst konfigurieren. Mit anderen Worten, es muss ständig daran arbeiten, unterbrochene Pfade zu finden und selbstheilende Algorithmen zum Erstellen von Routentabellen zu erstellen. Da viel Layer-2-(MAC)-Datenverkehr im Netzwerk fließt, um diese Route einzurichten, können Mesh-Netzwerke weniger effizient sein als Sternnetzwerke (auf die wir gleich eingehen werden).

Ein einfacheres Mesh-Netzwerk braucht eine Flut Ansatz, bei dem die Daten kontinuierlich durch das Netzwerk fließen. Wenn ein Modul Daten mit seiner Adresse sieht, greift es einfach darauf. Dies funktioniert aufgrund des Time-to-Live- oder TTL-Werts, bei dem Nachrichten nur für eine festgelegte Anzahl von Hops durch das Mesh verbreitet werden dürfen, bevor sie entfernt werden.

Vorteile

• Sie können viele Daten im Netzwerk verschieben, wenn das Mesh richtig funktioniert.
• Es ist relativ energieeffizient und ermöglicht daher eine anständige Akkulaufzeit.
• Es gibt viele kostengünstige Mesh-Radio-Hardware wie ZigBee.
• Bei Mesh-Netzwerken gibt es weniger Verzögerungen beim Verbindungsaufbau.

Überlegungen

• Wenn Sie keine verteilten Knoten in einem Gebäude (oder wo auch immer Sie hingehen) haben, können Engpässe und Verbindungsprobleme auftreten. ZigBee kann beispielsweise nur etwa 9 bis 15 m von Knoten zu Knoten übertragen. Dies kann ein Problem sein, wenn Sie nicht über eine wirklich dichte Sensorverteilung im gesamten Gebäude verfügen.
• Mesh-Netzwerke haben von Natur aus eine sehr kurze Reichweite. Wir haben mit einem HLK-Installateur gesprochen, der zugegeben hat, zusätzliche Thermostate in einem Gebäude hinzugefügt zu haben, nur damit die Verbindungen richtig hergestellt werden können.

Branchenstandards für drahtlose Mesh-Topologien

Eines der beliebtesten und bekanntesten Mesh-Netzwerke ist ZigBee. Andere bekannte Mesh-Topologien sind:

• Z-Wave
• 802.15.4
• DASH7
• 6LoWPAN
• ANT
• One-Net
• MiWi
• WirelessHART
• Wibree

Eine Alternative zur Mesh-Topologie

Mesh-Netzwerke sind nicht die einzige Möglichkeit, den Bedarf an Netzwerken mit geringem Stromverbrauch für intelligente Anwendungen in Unternehmen und Industrie zu decken. Tatsächlich verwenden die meisten Low-Power-Wide-Area-Network-(LPWAN)-Technologien ein Sterntopologie-Netzwerk , wobei die Endpunkte direkt mit dem Access Point verbunden sind. Stellen Sie sicher, dass Sie alle Netzwerktypen sorgfältig prüfen, bevor Sie herausfinden, welche Topologie für Sie am besten geeignet ist.