Datos inalámbricos de la red
Por el contrario, una red inalámbrica en malla es un sistema compuesto por nodos de recepción/transmisión con múltiples enlaces repetidos. Los nodos se ayudan entre sí a transmitir datos a lo largo de la red, lo que es especialmente adecuado para condiciones de trabajo duras. No es necesario ser demasiado cauteloso al instalar una red eléctrica. Simplemente tírelos a cualquier lugar y se convertirá en un sistema confiable y flexible que se puede escalar a miles de dispositivos a voluntad.
La topología desarrollada por el MIT para las redes malladas es un sistema punto a punto o peer-to-peer, es decir, una red compuesta por nodos con funciones repetidas de recepción/transmisión. Cada nodo puede recibir/enviar datos y, al igual que un enrutador, envía datos a sus vecinos. Mediante el procesamiento de retransmisión, los paquetes de datos pasan a través de nodos intermedios con enlaces de comunicación confiables y llegan al destino designado.
Al igual que Internet y otras redes enrutadas de igual a igual, las redes de malla tienen múltiples rutas de comunicación redundantes. Si una ruta se interrumpe por cualquier motivo (incluida la interrupción por interferencia de radiofrecuencia), la red en malla seleccionará automáticamente otra ruta para mantener la comunicación normal. Normalmente, las redes en malla pueden seleccionar automáticamente la ruta más corta, lo que mejora la calidad de la conexión. Según la práctica, si la distancia se reduce dos veces, la intensidad de la señal en el extremo receptor aumentará cuatro veces, haciendo que el enlace sea más confiable sin aumentar la potencia de transmisión del nodo. En una red en malla, simplemente aumentar la cantidad de nodos puede aumentar el alcance o brindar más confiabilidad al agregar enlaces redundantes.
Las redes de malla restauradoras de autoconfiguración y autorreparación se autoconfiguran y no requieren intervención humana. Agregar equipos nuevos o reubicar equipos viejos es fácil. Tan pronto como se conecte la energía al nuevo sitio, la red en malla encontrará este nuevo nodo y lo incorporará automáticamente al sistema existente.
Las redes de malla no sólo son inherentemente altamente confiables, sino también altamente adaptables. Si un sensor o receptor de datos está demasiado lejos de una fuente de comunicación de RF fija, sólo unos pocos nodos de retransmisión entre ellos pueden llenar el vacío.
En Internet por cable, si un enrutador deja de funcionar, los paquetes de datos pasarán por otros nodos y elegirán otro enlace para transmitir los datos. Del mismo modo, si falla un nodo o enlace en una red en malla, los paquetes toman automáticamente otra ruta. En primer lugar, perder dos nodos no tendrá un impacto fatal en la red. La red de malla tiene capacidades de autorreparación y no requiere mano de obra externa para reorganizar las rutas.
Redundancia y escalabilidad Redundancia en el mundo real significa el grado de reservas de seguridad del sistema y los procedimientos de estrés cuidadosamente gestionados por el usuario. Un sistema sin redundancia es un sistema poco confiable; un sistema con demasiada redundancia generará demasiado desperdicio. En las redes inalámbricas en malla, la redundancia es una característica esencial que viene con la densidad de nodos. Para lograr confiabilidad, se requiere un sistema bien diseñado, lo que se puede lograr con solo unos pocos nodos más en la red. Cada nodo tiene múltiples enlaces y las rutas se seleccionan automáticamente según la situación. En otros sistemas inalámbricos, existen pocos métodos de este tipo para obtener redundancia.
Las redes de malla también son altamente escalables y se pueden expandir para administrar de cientos a miles de nodos. Debido a que no hay una unidad de control central en este sistema, no existe la molestia de agregar múltiples puntos de enlace o puertas de enlace.
La fiabilidad, adaptabilidad y escalabilidad son características muy importantes en las comunicaciones inalámbricas y el control industrial actuales. Las redes punto a punto tienen buena confiabilidad, pero no pueden ampliarse para tener múltiples enlaces a nodos. Las redes punto a multipunto pueden administrar múltiples puntos finales, pero su confiabilidad está limitada por las configuraciones del punto de acceso y del punto final. Es difícil mejorar la confiabilidad de una red de uno a muchos en condiciones ambientales adversas. Por el contrario, las redes son inherentemente confiables y adaptables y pueden escalar a miles de puntos finales a voluntad, sujetas a restricciones ambientales o estructurales.
Cuando la red se utiliza para control industrial, también se puede lograr control distribuido y monitoreo de diagnóstico.
El formato de red actual de LAN inalámbrica utiliza principalmente estándares basados en 802.11a/b/g, pero puede ampliarse con cualquier tecnología de radiofrecuencia, como banda ultraancha o 802.15.4 Zigbee. Debido a que la inteligencia de la red está instalada en cada nodo, no existe una conmutación central. El funcionamiento de la red depende únicamente de cada nodo inteligente con procesador de red, funciones de conmutación y software del sistema.
Para lograr la comunicación entre nodos dentro de la red, cada nodo tiene la capacidad de autodescubrimiento. En primer lugar, deben decidir si actuarán únicamente como un punto de acceso en un sistema inalámbrico, como una red troncal que transmite datos a otro nodo, o si actuarán como una función combinada. En segundo lugar, estos nodos específicos utilizan un protocolo de consulta/respuesta para determinar sus vecinos. Estas operaciones no deben consumir demasiados recursos y no deben exceder de 1 a 2 del ancho de banda disponible del enlace.
En el reconocimiento mutuo de nodos, el principal compromiso es la información de la ruta, como la intensidad de recepción de la señal, el rendimiento, la tasa de error de bits, el tiempo de espera, etc. Estos datos deben interactuar en puntos adyacentes sin ocupar demasiado ancho de banda. Luego, en base a estos datos, se decide el mejor camino. Así, la mejor calidad en ese momento siempre estuvo disponible.
El descubrimiento de enlaces y la selección de rutas se realizan en segundo plano, por lo que cada nodo sabe qué vecinos existen actualmente y opera con frecuencia para encontrar la mejor ruta. Si un nodo deja de funcionar por cualquier motivo, como mantenimiento, reprogramación o falla, los nodos vecinos inmediatamente vuelven a registrar, recalcular y seleccionar rutas. Esta capacidad de autorrepararse o superar fallas es la principal característica distintiva de las redes inalámbricas en malla de otras comunicaciones inalámbricas.
Cada nodo es un nodo autogestionado y parte integral de la red. Las redes se pueden gestionar y configurar desde puntos designados para formar una entidad. Utilice el hipervisor SNMP para monitorear dispositivos, nodos, dominios específicos o toda la red. El protocolo de descubrimiento simplifica el proceso de buscar y localizar nodos específicos y mostrarlos en la pantalla del administrador.
Las redes de malla dependen de varios mensajes de administración, control y descubrimiento y, por lo tanto, requieren medidas de seguridad que utilizan mensajes dentro de banda y túneles cifrados para evitar escuchas y ataques. Las tecnologías de seguridad estandarizadas, como 802.1x y el cifrado Advanced Encryption Standard, garantizan la seguridad de nodos y dispositivos. Los pesos pesados de la industria como Cisco e Intel confirman que la tecnología de malla es la próxima extensión lógica de las comunicaciones inalámbricas. El uso de malla puede ayudar a las empresas a establecer rápidamente nuevas redes inalámbricas o ampliar las LAN inalámbricas existentes sin estaciones base de conexión por cable. Las estaciones base con enlaces múltiples en malla son fáciles de equilibrar la carga porque pueden elegir la mejor ruta para la transmisión de datos. Además, los usuarios industriales pueden utilizar malla inalámbrica integrada para establecer rápidamente redes de sensores y controladores para la gestión industrial y del transporte.
Las empresas emergentes de tecnología de red y las empresas de TI tradicionales han vendido LAN inalámbricas habilitadas para malla. Las agencias relevantes responsables del desarrollo de estándares están desarrollando reglas complementarias para incorporar la malla en los estándares 802.11 (WiFi) y 802.16 (WiMax) que acaban de presentarse al público. En el mercado integrado, la tecnología de red está empezando a formar estándares, como ZigBee.
De hecho, el concepto básico de red no es una invención nueva, sino una extensión de prácticas del mundo conectado a Internet al mundo inalámbrico. "La Internet fija actual es una gran malla fija", afirmó Sott Burke, vicepresidente de ingeniería de PacketHop.
Cuando cada dispositivo en la malla recibe/envía sus propios datos, que también actúa como enrutador para otros. dispositivos. La inteligencia inherente de cada dispositivo le permite configurar automáticamente una red eficiente y reajustar los enlaces cuando un nodo falla debido a una sobrecarga. La ventaja de la red en malla no es solo que es fácil de configurar, sino que también se puede expandir de forma inalámbrica desde un enlace central para cubrir un área grande y tiene una gran capacidad de supervivencia.
Quizás esto sea un secreto militar, la red inalámbrica es el resultado de una investigación lanzada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa del Pentágono. La primera tecnología de PacketHop surgió de una investigación realizada por el Instituto de Investigación de Stanford para el Pentágono para equipar a los soldados de campaña con redes de datos inalámbricas livianas y de alta velocidad.
La startup de Florida MeshNetworks, que también se originó en instituciones de investigación de defensa avanzada, desarrolló tecnología de malla.
Los sectores militar y de seguridad siguen siendo los mercados más directos para los productos Grid. "Hay mucha demanda en este mercado", dijo Burke. Nortel y varias nuevas empresas involucradas en el desarrollo de redes han confirmado que la WLAN en formato de red traerá más beneficios a las empresas. En el primer semestre de este año, Nortel lanzó al mercado el producto de malla Wi-Fi: la serie Wireless 7200. "En los escenarios WLAN tradicionales, cada nodo está conectado a la red troncal, pero eliminamos esta necesidad en el formato de red WLAN", afirmó Peter Zwinkels, director de desarrollo empresarial para redes de malla inalámbricas. "Nos permite implementar LAN inalámbricas en áreas donde el cableado es difícil o tiene un costo prohibitivo".
Estas áreas incluyen grandes espacios interiores y exteriores, como almacenes y campos de golf. El suministro de energía es uno de los problemas. Quizás no haya semáforos ni farolas para la gestión del tráfico. Pero Nortel prometió al público que Ethernet podría usarse para alimentar nodos siempre que se pudiera producir una red cableada tradicional.
En un experimento de red en Dartmouth College en Nueva Jersey, Intel conectó a todos los estudiantes a la red de la escuela en cada parte del espacio del campus. El programa, implementado en la primavera, proporciona a los estudiantes conexiones de banda ancha a un costo para las compañías de teléfono y cable.
Estos estudios indican que la malla se utiliza principalmente para conexiones inalámbricas de banda ancha de área amplia. Aunque la información del mercado muestra que están apareciendo puntos de acceso Wi-Fi en cafeterías, estaciones de tren y aeropuertos en todo Estados Unidos, los ISP inalámbricos y las empresas de telecomunicaciones creen que pueden utilizar la red ampliada de puntos de acceso Wi-Fi para atraer usuarios y utilizarlos como ventas. Regalos de Internet, teléfonos móviles estándar y servicios 3G. La tecnología Grid puede acelerar enormemente la tendencia de desarrollo de los servicios de banda ancha: ya no es necesario un gran número de líneas T1 y ADSL, cada nodo inalámbrico es un punto de acceso y sólo se necesita una conexión de gran ancho de banda para cubrir toda el área con una red inalámbrica. Nortel clasifica esto como un "punto de acceso" y afirma que el sistema no sólo es más barato sino que tiene mejor cobertura que la mezcolanza actual de puntos de acceso.
Utilice "puntos calientes"
Algunas ciudades se están preparando para lanzar servicios similares para los empleados. Por ejemplo, Verge Wireless ha lanzado servicios de malla de zonas activas en Baton Rouge y Nueva Orleans.
Algunos ISP todavía están esperando la solución definitiva para las comunicaciones inalámbricas, utilizando WiMax para proporcionar servicios de banda ancha en áreas de difícil conexión. Pero Nortel cree que la tecnología de red basada en Wi-Fi puede satisfacer mejor estas áreas. "En zonas donde no hay líneas DSL, una red WiFi puede proporcionar servicio de banda ancha a entre 100 y 200 hogares en un pequeño pueblo", afirmó Zwinkels. "MiMax requiere que los usuarios instalen equipos especiales, pero la malla Wi-Fi solo requiere que los usuarios conecten sus computadoras con una tarjeta PMCIA estándar".
Después de la identificación por radiofrecuencia (RFID), la malla integrada ha recibido mayor atención. desarrollar. En lugar de ser dispositivos de escaneo fijos, los sensores y controladores de la red se comunican entre sí y transmiten información a través de una red inalámbrica. Ember, una empresa de Boston, se especializa en la fabricación de chips de radiofrecuencia que se utilizan en grandes aviones de transporte para monitorear contenedores de envío. Cada contenedor está dotado de sensores que no sólo registran información detallada sobre el contenido del contenedor, sino que también transmiten el estado de almacenamiento del contenedor durante el transporte. Con fines antiterroristas, los aeropuertos estadounidenses utilizarán rápidamente estos sistemas de vigilancia inalámbricos para reemplazar las lentas y costosas inspecciones aduaneras humanas.
“Un contenedor es una red y cada contenedor es un nodo en un formato de red más grande”, afirmó Jim Schoenberg, director comercial de Ember. "Como los propios contenedores forman parte de la red, no es necesario instalar antenas en puertos o aeropuertos. La red es un sistema de comunicación que casi no tiene infraestructura".
Las redes integradas también se pueden utilizar para recoger medidores de agua domésticos y lecturas de medidores, o instalados en interruptores de luz para reducir cables innecesarios. Ember está redactando el estándar ZigBee, que es una parte integral de la tecnología EmberNet.
Muchas empresas nuevas, como BelAir Networks, Tropos, FireTide y Strix System, están desarrollando productos de malla. Aunque la mayoría de los productos se amplían bajo el estándar Wi-Fi, el método de cada empresa es diferente. Estos productos patentados carecen de interoperabilidad y, por lo tanto, no pueden funcionar juntos. Dado que la red va a entrar en la infraestructura social, la formulación de normas es un asunto urgente e importante.
Según las reglas del IEEE, para formular un estándar, primero se debe proponer una iniciativa por parte de una determinada unidad, luego se debe establecer un grupo de investigación y, finalmente, se debe establecer un grupo de trabajo de establecimiento de estándares.
A finales de diciembre de 2003, Intel y Cisco anunciaron que propondrían una iniciativa para desarrollar un estándar de red inalámbrica de formato de red en la conferencia IEEE en Vancouver.
“Está claro lo que está pasando en este momento”, afirmó Eric Griffith, editor de la publicación Wi-Fi Plant. "Nortel y muchas empresas nuevas están trabajando en productos de malla. Si se juntan estos productos, no hay forma de que puedan comunicarse entre sí. Algunas empresas utilizan tecnología celular y otras usan 802.438 0438 0A. La malla celular puede estar a lo largo del líneas de postes telefónicos Establecido para alcanzar un mayor alcance 802.11a funciona bien en distancias cortas y no es interferido por 802.11bo 802.11g ”
El IEEE se estableció por iniciativa de Intel, Cisco, MeshNetworks y. Otras empresas, The Grid Research Group, esperan eventualmente agregar Grid al estándar WLAN. En enero de este año, el grupo de investigación celebró su primera reunión. Los críticos argumentan que la norma se completará sobre la base del "mínimo común denominador". Para entonces, el efecto Sharpe de varios acuerdos de patentes será muy limitado. Por lo tanto, MeshNetworks volvió a empaquetar sus patentes en productos con licencia, dirigidos a los fabricantes de dispositivos inalámbricos, y comenzó a otorgar licencias en el segundo trimestre de 2004.
"Es muy interesante que Intel esté involucrada en esto", dijo Griffith. "Intel está absolutamente dispuesta a proporcionar estándares para la red a nivel de chip. En mi impresión, Intel está tratando de compensar pequeños errores en el pasado. Entraron en Wi-Fi demasiado tarde y ahora tienen que estar a la vanguardia con WiMax y grid."
La LAN inalámbrica en formato de red es una tendencia inevitable en el desarrollo de las comunicaciones inalámbricas. Copiar nuevas funciones de los estándares inalámbricos existentes es lo mejor para la mayoría de los fabricantes y usuarios. Aunque las normas patentadas tienen ventajas temporales, no pueden ser reconocidas por un mayor desarrollo de la tecnología. Sólo captando la corriente principal del desarrollo tecnológico y participando en la investigación internacional es la forma más segura.
Estudio de caso: Garland, Texas, EE. UU.
Garland, a 15 millas al noreste de Dallas, tiene una población de 226,5438 millones y es hogar de personal de la seguridad social como policías, Los bomberos y el personal de la sala de emergencias del hospital reemplazaron los sistemas de comunicaciones. Lockheed Martin ganó el contrato en septiembre pasado y seleccionó la tecnología de malla de MeshNetworks para reemplazar el sistema de comunicaciones celulares. El nuevo sistema cubrirá 57 millas cuadradas, lo que lo convertirá en la red de comunicaciones móviles más grande del mundo. Según el plan, el proyecto estará terminado en el segundo trimestre de 2004 y proporcionará primero servicios de datos móviles, seguidos de servicios de imagen y voz.
La tecnología Grid ha aportado enormes beneficios a la ciudad de Garland, aumentando el ancho de banda 50 veces en comparación con la infraestructura original. El gerente de comunicaciones, Darrell McClanahan, dijo: "Nos deshicimos de los dolores de cabeza de las torres de comunicaciones, el alquiler de líneas y la zonificación que requería el sistema antiguo. El sistema de red mantiene un rendimiento normal de 1 Mbps, con un pico de 6 Mbps
Nuevo El sistema sólo requiere tarjetas de PC, repetidores inalámbricos, puertas de enlace, software de geolocalización, PDA Pocket PC mejorada y servidores del centro de comando y control. Los repetidores y puertas de enlace se cuelgan en edificios, farolas o semáforos de control de tráfico para servir como el próximo relé. La energía a las computadoras y dispositivos, las tarjetas de PC y las PDA también actúan como relés y enrutadores, lo que hace que la red sea muy robusta. El software de geolocalización proporciona información como longitud, latitud y altitud sin necesidad de GPS.
El sistema es compatible con los estándares industriales TCP/IP, DHCP y SNMP.
Antes de seleccionar un sistema de comunicaciones en malla, la ciudad de Garland llevó a cabo un experimento en 2003 en un área de 5 millas cuadradas a lo largo de la autopista 190. Se completaron con éxito imágenes de transmisión en vivo y una llamada VoIP con un rendimiento de 1,5 Mbps mientras los dos vehículos viajaban uno hacia el otro a 60 millas por hora.
El experto en comunicaciones móviles Tim Scannell habla sobre redes
P: Según la iniciativa de Zigbee International Alliance, un concepto operativo importante de IEEE 802.15.4 es construir una red de red. Cada nodo 802.15.4 puede actuar como un enrutador dinámico, extendiéndose desde una puerta de enlace hasta el infinito, siempre que los nodos estén dispuestos dentro del área. Este no es un concepto nuevo, pero sigue siendo un desafío para la autoorganización y la autocuración.
¿Se puede utilizar IEEE 802.15.4 para completar el formato de red? ¿Es igualmente factible la tecnología IEEE 802.16? Es decir, ¿a través de la cooperación interna se puede lograr un acceso ilimitado a Internet de banda ancha?
R: A medida que implementemos más y más redes inalámbricas y utilicemos diversas tecnologías, estas redes eventualmente se conectarán al entorno de la red y se convertirán en las más fuertes, o al menos podrán comunicarse entre sí a través de diferentes fronteras. y estándares de comunicación. La tecnología celular salta de una torre de comunicaciones celulares a otra, permitiendo a los usuarios moverse sin problemas dentro de un marco de comunicaciones en malla, captando las señales más potentes disponibles y formando conexiones inalámbricas.
Nuevas empresas como Cometa Networks están explorando el uso superpuesto de redes 802.11 (Wi-Fi) para proporcionar un entorno de acceso inalámbrico en malla en un área grande. Su propósito básico es la idea del hombre. El problema es que para lograr operatividad y confiabilidad, no se puede interrumpir todos los puntos de acceso de la red. Si un segmento se interrumpe, se convierte en un área de enlace débil y el servicio se ve comprometido, similar a las bombillas apagadas en una gran decoración navideña.
Zigbee promete inyectar capacidades inalámbricas en una serie de dispositivos y sistemas no relacionados con la comunicación, como controles ambientales integrados, pero no es la mejor opción para la red. Zigbee no es adecuado para sistemas de comunicación continua porque el tiempo excede el tiempo preestablecido o los nodos inactivos están en estado de suspensión. Pero puede mantener la larga vida útil de la batería. Una batería puede usarse durante 5 años, por lo que el sistema puede sobrevivir durante un largo período de tiempo. Zigbee puede transmitir paquetes de datos pequeños, pero no es adecuado para información de gran capacidad.
Los sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID) son similares. Se utilizan para transmitir mensajes de datos limitados y la mayoría de los sistemas son pasivos hasta que un lector los activa. Finalmente, utilizaremos sistemas RFID más proactivos en el comercio minorista y el transporte logístico.
Aunque existen problemas en la gestión, control y carga de la red eléctrica, todos tienen solución. Ya somos capaces de monitorear y controlar frecuencias de radio, y podemos gestionar el flujo de datos desde el punto A al punto Z utilizando técnicas en capas y varios algoritmos. Las mallas Zigbee y RFID pueden comunicarse e intercambiar datos, pero 802.6438 01 será la tecnología más general.