Allt du behöver veta om mesh-nätverk

april 17, 2020

Tänk dig att du kör igenom en stad och vill komma från en plats till en annan. Antingen tar du den kortast möjliga vägen, med ett minimalt antal trafikljus att stoppa vid, eller så tar du en liten omväg och stannar vid fler trafikljus än du annars hade genom att ta kortast möjliga rutt. Om vägen är stängd för reparation kan du ta en ännu längre väg och köra runt hela staden för att nå din destination.

I lekmannatermer är det ett mesh-nätverk där enheter är sammankopplade på ett sådant sätt att signaler från en enhet kan ta flera väger för att nå en annan enhet.

Vad är ett mesh-nätverk?

Ett mesh-nätverk är ett dynamiskt skapat nätverk som förlitar sig på individuella noders intelligens för att skapa en fungerande sammankoppling på längre avstånd än vad som är möjligt för en individuell nod att täcka via radiokommunikation. En mesh-topologi är med andra ord någonting där enheter är sammankopplade i ett decentraliserat nätverk. Noderna är sammanlänkade med varandra i en flätad struktur, vilket gör det möjligt för information att hoppa från den ena noden till den andra, tills den når sin destination.

Det finns två typer av mesh-nätverk: fullt sammankopplade och partiellt sammankopplade. I fullt sammankopplade topologier av mesh-nätverk är varje nod kopplad till varje annan nod, medan enbart sektioner av noder är sammankopplade i partiellt sammankopplat nätverk, men där kommunikationen också sker via switchar eller centrala hubbar.

Fördelar med ett mesh-nätverk

Flexibiliteten av ett mesh-nätverk ger dig många fördelar:

  • Du kan bygga och sätta saker i drift som det passar dig och din tillväxt, med en reducerad total ägandekostnad. När varje nod i ett mesh-nätverks topologi antar beteendet av en router, behöver inte mesh-nätverket ytterligare routers. Det gör det möjligt för användaren att snabbt och enkelt bygga nätverket och modifiera dess storlek.
  • Förutom förmågan att snabbt kunna skapa nätverk, har mesh-teknologi även dataöverföringslösningar med dokumenterat hög prestanda och utmärkt effektivitet. Det går både snabbt att bygga och snabbt att använda.
  • Ett mesh-nätverk är väldigt motståndskraftigt och självläkande. Eftersom varje nod i ett mesh-nätverk sänder och tar emot information, finns det ett stort överskott. Detta överskott hjälper till att hålla nätverket fungerande även om en av noderna slutar fungera eftersom nätverket kan använda andra noder och kopplingar för att överföra data, vilket gör det till en stadig struktur som minimerar fel och ökar stabilitet.
  • Det är enkelt att skala upp ett mesh-nätverk. Räckvidden kan förbättras genom att helt enkelt koppla noder till gateways, vilket gör det möjligt för meddelanden att passera obehindrat genom resten av nätverket. Nätverket kan växa med dig, med bara en minimal mängd tillagd infrastruktur.
  • Mesh-nätverk har också förmågan att på egen hand utvecklas och optimeras för att hitta snabbaste leveransrutt för ett meddelande.

Utmaningar med ett mesh-nätverk och hur man övervinner dem

Eftersom varje nod fungerar som både slutpunkt och rutt, kommer individuella noder dra mer energi än i andra typer av nätverk för att fungera väl. Om mesh-nätverket har låg energinivå, kan det öka dess sammanlagda latens (tiden det tar för ett meddelande att färdas från en nod till en gateway).

Wittras lösning är att använda lågenerginätverk där komponenter antar specifika roller, använda mesh-routers som routernoder med orörlig energiförsörjning för att bestämma datas rutt och använda lågenergimärkningar (Low-energy tags) som slutpunktsnoder. På så sätt kan vi skapa ett mer effektivt och hållbart nätverk samt dra nytta av dess fördelar samtidigt som vi övervinner nackdelarna.

Hur bygger man ett mesh-nätverk?

För att förstå hur man bygger ett mesh-nätverk måste vi först titta på dess individuella komponenter. En gateway är en border router-nod som fungerar som en router inom nätverket och skickar meddelanden från ett mesh-nätverk till internet. Slutpunktsnoder (Endpoint nodes) har inte nätverksansvar eftersom de inte bestämmer rutt för data mellan noder i en mesh. Routernoder bifogar bara meddelanden mellan slutpunktsnoder och fungerar som nätverkets stamnät. I ett mesh-nätverk från Wittra kan routernoderna däremot också skicka data från sig själva.

När du planerar ett nätverk måste du bestämma hur många slutpunktsnoder och routernoder som behövs i nätverket för att garantera en sammankoppling så att data kan omdirigera sin rutt om en nod skulle fallera eller kopplas bort.

Wittra-nätverket erbjuder ett mesh-nätverk med sensormärkningar (Sensor tags) som slutpunktsnoder, mesh-routers som routernoder och border router-noder som gateway. Mesh-nätverket gör det möjligt att expandera räckvidden av nätverket längre än vad ett hopp i det är, med lätthet skala upp nätverkets täckning och erbjuda fler noder att delta i nätverket genom att bilda ett multi-hop-mesh-nätverk.

Allt sensormärkningarna gör är att skapa och skicka data, de påverkar inte den rutt som data tar. Det innebär att sensormärkningar inte behövs för att hålla nätverket online eller granska trafiken och kan därför gå in i viloläge för att spara batteritid när sensormärkningarna inte används. Mesh-routers bestämmer den rutt som data tar, är alltid igång och behöver installeras och sättas i drift med orörlig energiförsörjning.  En border router är en del av nätverkets gateway, vilket är en väldesignad 6LoWPAN border router som uppkopplar lågenergi- och IP-baserade trådlösa mesh-nätverk till internet.

Wittra-nätverket gör det enkelt att skala upp, installera, koppla samman och positionera sensormärkningar genom ett säkert nätverk. Det drar nytta av standardteknologier baserade på öppna standarder och protokoll samt fungerar över både trådlösa och kabelbaserade uppkopplingar.

Trådlösa mesh-nätverk används för många IoT-tjänster och applikationer, till exempel för att sätta IoT i drift i smarta städer, övervaka och lokalisera medicinsk utrustning inom hälsovårdsindustrin och designa smarta hem där du kan hålla koll på diverse temperatur- och ljussensorer. De är också användbara för att möjliggöra lågkostnadsmetoder inom jordbruket som håller koll på solexponering och vattennivåer, men är också hjälpsamma för att hålla koll på viktiga data inom verksamheter belägna på flera platser.

På Wittra använder vi mesh-nätverk för att utföra IoT-arbete i utmanande miljöer inom bland annat byggarbets-, uthyrnings- och lagerbranschen. Genom att använda detta nätverk kan vi erbjuda smarta lösningar som låter dig övervaka, lokalisera och kontrollera dina tillgångar så att du kan arbeta mer effektivt.