Una red de malla (o simplemente meshnet ) es una topología de red local en la que los nodos de infraestructura (es decir, puentes, conmutadores y otros dispositivos de infraestructura) se conectan directa, dinámica y no jerárquicamente a tantos otros nodos como sea posible y cooperan entre sí para enrutar eficientemente los datos desde / hacia los clientes. Esta falta de dependencia de un nodo permite que cada nodo participe en la transmisión de información. Las redes de malla se autoorganizan y autoconfiguran dinámicamente, lo que puede reducir los gastos generales de instalación. La capacidad de autoconfiguración permite la distribución dinámica de cargas de trabajo, especialmente en el caso de que fallen algunos nodos. Esto, a su vez, contribuye a la tolerancia a fallos y a reducir los costes de mantenimiento.[ cita requerida ]
La topología de malla se puede contrastar con las topologías de red local en estrella / árbol convencionales en las que los puentes / conmutadores están directamente vinculados a solo un pequeño subconjunto de otros puentes / conmutadores, y los enlaces entre estos vecinos de infraestructura son jerárquicos. Si bien las topologías de estrella y árbol están muy bien establecidas, altamente estandarizadas y neutrales con respecto al proveedor, los proveedores de dispositivos de red en malla aún no han acordado estándares comunes y la interoperabilidad entre dispositivos de diferentes proveedores aún no está asegurada. [1]
Principios básicos
Las redes de malla pueden retransmitir mensajes utilizando una técnica de inundación o una técnica de enrutamiento . Con el enrutamiento, el mensaje se propaga a lo largo de una ruta saltando de un nodo a otro hasta que llega a su destino. Para garantizar que todas sus rutas estén disponibles, la red debe permitir conexiones continuas y debe reconfigurarse alrededor de rutas rotas, utilizando algoritmos de recuperación automática como Shortest Path Bridging . La autorreparación permite que una red basada en enrutamiento funcione cuando un nodo se rompe o cuando una conexión deja de ser confiable. Como resultado, la red suele ser bastante confiable, ya que a menudo hay más de una ruta entre un origen y un destino en la red. Aunque se utiliza principalmente en situaciones inalámbricas, este concepto también puede aplicarse a redes cableadas y a la interacción del software.
Una red de malla cuyos nodos están todos conectados entre sí es una red completamente conectada . Las redes cableadas completamente conectadas tienen las ventajas de seguridad y confiabilidad: los problemas en un cable afectan solo a los dos nodos conectados a él. Sin embargo, en tales redes, la cantidad de cables y, por lo tanto, el costo, aumenta rápidamente a medida que aumenta la cantidad de nodos.
Malla cableada
El puenteo de ruta más corta permite que los conmutadores Ethernet se conecten en una topología de malla y permite que todas las rutas estén activas. [2] [3] El enrutamiento IP admite múltiples rutas desde el origen al destino.
Malla inalámbrica
Historia de desarrollo
Las redes de radio de malla inalámbrica se desarrollaron originalmente para aplicaciones militares, de modo que cada nodo podría servir dinámicamente como un enrutador para todos los demás nodos. De esa manera, incluso en el caso de una falla de algunos nodos, los nodos restantes podrían continuar comunicándose entre sí y, si es necesario, servir como enlaces ascendentes para los otros nodos.
Los primeros nodos de la red de malla inalámbrica tenían una única radio semidúplex que, en cualquier instante, podía transmitir o recibir, pero no ambas al mismo tiempo. Esto fue acompañado por el desarrollo de redes de malla compartidas . Posteriormente, esto fue reemplazado por un hardware de radio más complejo que podría recibir paquetes de un nodo ascendente y transmitir paquetes a un nodo descendente simultáneamente (en una frecuencia diferente o en un canal CDMA diferente). Esto permitió el desarrollo de redes de malla conmutadas . A medida que el tamaño, el costo y los requisitos de energía de las radios disminuyeron aún más, los nodos podrían equiparse de manera rentable con múltiples radios. Esto, a su vez, permitió que cada radio manejara una función diferente, por ejemplo, una radio para el acceso del cliente y otra para los servicios de backhaul.
El trabajo en este campo se ha visto favorecido por el uso de métodos de teoría de juegos para analizar estrategias para la asignación de recursos y el enrutamiento de paquetes. [4] [5] [6]
Ejemplos de
- Las redes de paquetes de radio o redes ALOHA se utilizaron por primera vez en Hawái para conectar las islas. Dadas las radios voluminosas y la baja velocidad de datos, la red es menos útil de lo que se imaginó.
- En 1998–1999, se completó con éxito una implementación de campo de una red inalámbrica en todo el campus utilizando una interfaz inalámbrica 802.11 WaveLAN 2.4 GHz en varias computadoras portátiles. [7] Se realizaron varias aplicaciones reales, movilidad y transmisión de datos. [8]
- Las redes de malla fueron útiles para el mercado militar debido a la capacidad de radio y porque no todas las misiones militares tienen nodos que se mueven con frecuencia. El Pentágono lanzó el programa DoD JTRS en 1997, con la ambición de utilizar software para controlar funciones de radio, como frecuencia, ancho de banda, modulación y seguridad previamente incorporadas al hardware. Este enfoque permitiría al Departamento de Defensa construir una familia de radios con un núcleo de software común, capaz de manejar funciones que antes estaban divididas entre radios independientes basadas en hardware: radios de voz VHF para unidades de infantería; Radios de voz UHF para comunicaciones aire-aire y tierra-aire; radios de HF de largo alcance para barcos y tropas terrestres; y una radio de banda ancha capaz de transmitir datos a velocidades de megabits en un campo de batalla. Sin embargo, el programa JTRS fue cerrado [9] en 2012 por el Ejército de los Estados Unidos porque las radios fabricadas por Boeing tenían una tasa de falla del 75%.
- Google Home, Google Wi-Fi y Google OnHub son compatibles con la red de malla Wi-Fi. [10]
- En la Cataluña rural , Guifi.net se desarrolló en 2004 como respuesta a la falta de Internet de banda ancha, donde los proveedores comerciales de Internet no proporcionaban una conexión o ésta era muy deficiente. Hoy en día, con más de 30.000 nodos, es solo la mitad de una red completamente conectada , pero después de un acuerdo entre pares, siguió siendo una red abierta, libre y neutral con una extensa redundancia.
- En 2004, los ingenieros de TRW Inc. de Carson, California, probaron con éxito una red inalámbrica de malla de múltiples nodos utilizando radios 802.11a / b / g en varias computadoras portátiles de alta velocidad que ejecutan Linux, con nuevas características como la precedencia de rutas y la capacidad de preferencia, agregando diferentes prioridades para traficar la clase de servicio durante la programación y el enrutamiento de paquetes, y la calidad del servicio. [11] Su trabajo concluyó que la velocidad de datos se puede mejorar en gran medida utilizando la tecnología MIMO en la interfaz de radio para proporcionar múltiples rutas espaciales.
- Las radios digitales ZigBee se incorporan en algunos electrodomésticos de consumo, incluidos los electrodomésticos que funcionan con baterías. Las radios ZigBee organizan espontáneamente una red en malla, utilizando algoritmos de enrutamiento específicos; la transmisión y la recepción están sincronizadas. Esto significa que las radios pueden estar apagadas la mayor parte del tiempo y, por lo tanto, ahorrar energía. ZigBee es para escenarios de aplicación de bajo ancho de banda y bajo consumo.
- Thread es un protocolo de red inalámbrica para consumidores construido sobre estándares abiertos y protocolos IPv6 / 6LoWPAN. Las características de Thread incluyen una red de malla segura y confiable sin un solo punto de falla, conectividad simple y bajo consumo de energía. Las redes de subprocesos son fáciles de configurar y seguras de usar con cifrado de clase bancaria para cerrar los agujeros de seguridad que existen en otros protocolos inalámbricos. En 2014, Nest Labs de Google Inc anunció un grupo de trabajo con las empresas Samsung , ARM Holdings , Freescale , Silicon Labs , Big Ass Fans y la empresa de cerraduras Yale para promover Thread.
- A principios de 2007, la empresa estadounidense Meraki lanzó un mini enrutador de malla inalámbrico. [12] La radio 802.11 dentro del Meraki Mini se ha optimizado para comunicaciones de larga distancia, proporcionando una cobertura de más de 250 metros. En contraste con las redes de malla de largo alcance de múltiples radios con topologías basadas en árboles y sus ventajas en el enrutamiento O (n), el Maraki solo tenía una radio, que usaba tanto para el acceso de clientes como para el tráfico de backhaul. [13]
- La Escuela de Postgrado Naval , Monterey CA, demostró este tipo de redes de malla inalámbricas para la seguridad fronteriza. [14] En un sistema piloto, las cámaras aéreas mantenidas en el aire por globos transmitían video de alta resolución en tiempo real al personal de tierra a través de una red de malla.
- SPAWAR , una división de la Marina de los EE. UU., Está creando un prototipo y probando una red de malla escalable, segura y tolerante a las interrupciones [15] para proteger los activos militares estratégicos, tanto estacionarios como móviles. Las aplicaciones de control de máquinas, que se ejecutan en los nodos de malla, "toman el control" cuando se pierde la conectividad a Internet. Los casos de uso incluyen Internet de las cosas, por ejemplo, enjambres de drones inteligentes.
- Un proyecto de MIT Media Lab ha desarrollado la computadora portátil XO-1 o "OLPC" ( Una computadora portátil por niño ), que está destinada a escuelas desfavorecidas en países en desarrollo y utiliza redes de malla (basadas en el estándar IEEE 802.11s ) para crear una computadora robusta y económica. infraestructura. [16] El proyecto afirma que las conexiones instantáneas realizadas por las computadoras portátiles reducen la necesidad de una infraestructura externa como Internet para llegar a todas las áreas, porque un nodo conectado podría compartir la conexión con los nodos cercanos. Greenpacket también implementó un concepto similar con su aplicación llamada SONbuddy. [17]
- En Cambridge, Reino Unido, el 3 de junio de 2006, se utilizó la red en malla en la " Feria de la Fresa " para ofrecer servicios móviles de televisión, radio e Internet en directo a unas 80.000 personas. [18]
- Broadband-Hamnet, [19] un proyecto de red en malla utilizado en radioaficionados, es "una red informática inalámbrica de alta velocidad, autodescubrimiento, autoconfigurable y tolerante a fallas" con un consumo de energía muy bajo y un enfoque en la comunicación de emergencia. . [20]
- El proyecto Champaign-Urbana Community Wireless Network (CUWiN) está desarrollando un software de red en malla basado en implementaciones de código abierto del protocolo de enrutamiento de estado de enlace Hazy-Sighted y la métrica de recuento de transmisión esperado . Además, el Wireless Networking Group [21] de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign está desarrollando un banco de pruebas de malla inalámbrica multicanal y multirradio, llamado Net-X como prueba de la implementación del concepto de algunos de los protocolos multicanal que se están desarrollando en ese grupo. Las implementaciones se basan en una arquitectura que permite que algunas de las radios cambien de canal para mantener la conectividad de la red e incluye protocolos para la asignación y el enrutamiento de canales. [22]
- FabFi es un sistema de red de malla inalámbrica de código abierto a escala de ciudad desarrollado originalmente en 2009 en Jalalabad, Afganistán, para proporcionar Internet de alta velocidad a partes de la ciudad y diseñado para un alto rendimiento en múltiples saltos. Es un marco económico para compartir Internet inalámbrico de un proveedor central en un pueblo o ciudad. Una segunda implementación más grande siguió un año después cerca de Nairobi, Kenia, con un modelo de pago freemium para respaldar el crecimiento de la red. Ambos proyectos fueron realizados por los usuarios de Fablab de las respectivas ciudades.
- SMesh es una red de malla inalámbrica de múltiples saltos 802.11 desarrollada por el Laboratorio de Redes y Sistemas Distribuidos de la Universidad Johns Hopkins . [23] Un esquema de transferencia rápida permite a los clientes móviles moverse en la red sin interrumpir la conectividad, una característica adecuada para aplicaciones en tiempo real, como VoIP .
- Muchas redes de malla operan en múltiples bandas de radio. Por ejemplo, las redes de malla Firetide y Wave Relay tienen la opción de comunicarse de nodo a nodo en 5.2 GHz o 5.8 GHz, pero comunicarse de nodo a cliente en 2.4 GHz (802.11). Esto se logra utilizando radio definida por software (SDR).
- El proyecto SolarMESH examinó el potencial de alimentar redes de malla basadas en 802.11 utilizando energía solar y baterías recargables. [24] Se descubrió que los puntos de acceso heredados 802.11 eran inadecuados debido al requisito de que estuvieran alimentados de forma continua. [25] Los esfuerzos de estandarización de IEEE 802.11s están considerando opciones de ahorro de energía, pero las aplicaciones que funcionan con energía solar pueden involucrar nodos de radio individuales donde el ahorro de energía del enlace de retransmisión será inaplicable.
- El proyecto WING [26] (patrocinado por el Ministerio italiano de Universidad e Investigación y dirigido por CREATE-NET y Technion) desarrolló un conjunto de algoritmos y protocolos novedosos para habilitar redes de malla inalámbricas como arquitectura de acceso estándar para Internet de próxima generación. Se ha prestado especial atención a la asignación de canales con reconocimiento de interferencia y tráfico, el soporte de múltiples radios / interfaces múltiples y la programación y agregación de tráfico oportunistas en entornos altamente volátiles.
- La tecnología WiBACK Wireless Backhaul ha sido desarrollada por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Comunicación Abiertos (FOKUS) en Berlín. Las redes, que funcionan con células solares y están diseñadas para admitir todas las tecnologías inalámbricas existentes, se extenderán a varios países del África subsahariana en el verano de 2012. [27]
- Los estándares recientes para comunicaciones por cable también han incorporado conceptos de Mesh Networking. Un ejemplo es ITU-T G.hn , un estándar que especifica una red de área local de alta velocidad (hasta 1 Gbit / s) utilizando cableado doméstico existente ( líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ). En entornos ruidosos, como líneas eléctricas (donde las señales pueden verse muy atenuadas y corrompidas por el ruido), es común que la visibilidad mutua entre los dispositivos de una red no sea completa. En esas situaciones, uno de los nodos tiene que actuar como retransmisor y reenviar mensajes entre aquellos nodos que no pueden comunicarse directamente, creando efectivamente una red de "retransmisión". En G.hn, la retransmisión se realiza en la capa de enlace de datos .
Ver también
- Categoría de tecnologías de redes de malla
- Red de malla Bluetooth
- Red de malla óptica
Referencias
- ^ Cilfone, Antonio; Davoli, Luca; Belli, Laura; Ferrari, Gianluigi (2019). "Redes de malla inalámbrica: una encuesta de perspectiva orientada a IoT sobre tecnologías relevantes" . Internet del futuro . 11 (4): 99. doi : 10.3390 / fi11040099 .
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enlaces externos
- Clasificaciones comparativas de AoA del Instituto Battelle para proveedores de redes de malla populares, específicas para programas militares de misión crítica.
- Arquitectura y evaluación de la red MIT Roofnet Mesh Network : borrador del documento de investigación que describe el proyecto Roofnet.
- Distribución de la red de malla inalámbrica del proyecto WING basada en el código fuente de la red de techo
- Arquitecturas de malla de primera, segunda y tercera generación Historia y evolución de las arquitecturas de redes de malla
- El programa ITMANET de DARPA y el proyecto FLoWS que investigan los límites fundamentales de rendimiento de MANETS
- Robin Chase habla sobre las redes Zipcar y Mesh Robin Chase habla en la conferencia de Ted sobre el futuro de las redes mesh y la eco-tecnología
- Redes de malla dinámicas y persistentes Redes de malla híbridas para militares, seguridad nacional y seguridad pública
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- Red fantasma anónima, descentralizada, aislada de Internet
- Proyecto Qaul : mensajería de texto, intercambio de archivos y llamadas de voz independientes de Internet y redes celulares
- la wiki de contenido gratuito para el proyecto meshnet y los proyectos de apoyo
- Broadband-Hamnet : aplicación de red en malla en un espectro de 2,4 GHz para radioaficionados
- AREDN - Red de datos de emergencia de radioaficionados, una aplicación de red en malla utilizada para el manejo de datos e información de emergencia
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