Una red de malla inalámbrica ( WMN ) es una red de comunicaciones formada por nodos de radio organizados en una topología de malla . También puede ser una forma de red inalámbrica ad hoc . [1]
Una malla se refiere a una rica interconexión entre dispositivos o nodos. Las redes de malla inalámbrica a menudo constan de clientes de malla, enrutadores de malla y puertas de enlace. La movilidad de los ganglios es menos frecuente. Si los nodos se mueven constantemente o con frecuencia, la malla dedica más tiempo a actualizar rutas que a entregar datos. En una red de malla inalámbrica, la topología tiende a ser más estática, por lo que el cálculo de rutas puede converger y puede ocurrir la entrega de datos a sus destinos. Por lo tanto, esta es una forma centralizada de baja movilidad de red inalámbrica ad hoc. Además, debido a que a veces depende de nodos estáticos para actuar como puertas de enlace, no es una red ad hoc totalmente inalámbrica. [ cita requerida ]
Los clientes de malla suelen ser computadoras portátiles, teléfonos celulares y otros dispositivos inalámbricos. Los enrutadores de malla reenvían el tráfico hacia y desde las puertas de enlace, que pueden estar conectadas a Internet, aunque no es necesario. El área de cobertura de todos los nodos de radio que funcionan como una sola red a veces se denomina nube de malla. El acceso a esta nube de malla depende de que los nodos de radio trabajen juntos para crear una red de radio. Una red de malla es confiable y ofrece redundancia. Cuando un nodo ya no puede operar, el resto de los nodos aún pueden comunicarse entre sí, directamente o a través de uno o más nodos intermedios. Las redes de malla inalámbrica pueden formarse y curarse por sí mismas. Las redes de malla inalámbricas funcionan con diferentes tecnologías inalámbricas, incluidas 802.11 , 802.15 , 802.16 , tecnologías celulares y no necesitan estar restringidas a ninguna tecnología o protocolo.
Características
Arquitectura
La arquitectura de malla inalámbrica es un primer paso para proporcionar una movilidad reducida y rentable en un área de cobertura específica. La infraestructura de malla inalámbrica es, en efecto, una red de enrutadores menos el cableado entre los nodos. Está construido con dispositivos de radio de pares que no tienen que estar conectados a un puerto cableado como lo hacen los puntos de acceso (AP) WLAN tradicionales . La infraestructura de malla transporta datos a grandes distancias dividiendo la distancia en una serie de saltos cortos. Los nodos intermedios no solo aumentan la señal, sino que pasan datos de forma cooperativa del punto A al punto B tomando decisiones de reenvío basadas en su conocimiento de la red, es decir, realizan el enrutamiento derivando primero la topología de la red.
Las redes de malla inalámbricas son una red de "topología estable", excepto por el fallo ocasional de los nodos o la adición de nuevos nodos. La ruta del tráfico, que se suma a un gran número de usuarios finales, cambia con poca frecuencia. Prácticamente todo el tráfico en una red de malla de infraestructura se reenvía hacia o desde una puerta de enlace, mientras que en las redes ad hoc inalámbricas o las redes de malla de clientes el tráfico fluye entre pares arbitrarios de nodos. [2]
Si la tasa de movilidad entre los nodos es alta, es decir, las roturas de enlace ocurren con frecuencia, las redes de malla inalámbrica comienzan a fallar y tienen un rendimiento de comunicación bajo. [3]
Gestión
Este tipo de infraestructura puede ser descentralizada (sin servidor central) o administrada centralmente (con un servidor central). [4] Ambos son relativamente económicos y pueden ser muy confiables y resistentes, ya que cada nodo solo necesita transmitir hasta el siguiente nodo. Los nodos actúan como enrutadores para transmitir datos desde nodos cercanos a pares que están demasiado lejos para alcanzarlos en un solo salto, lo que da como resultado una red que puede abarcar distancias más grandes. La topología de una red en malla debe ser relativamente estable, es decir, sin demasiada movilidad. Si un nodo se desconecta de la red, debido a una falla de hardware o cualquier otra razón, sus vecinos pueden encontrar rápidamente otra ruta usando un protocolo de enrutamiento.
Aplicaciones
Las redes de malla pueden involucrar dispositivos fijos o móviles. Las soluciones son tan diversas como las necesidades de comunicación, por ejemplo, en entornos difíciles como situaciones de emergencia, túneles, plataformas petrolíferas, vigilancia en el campo de batalla, aplicaciones de video móvil de alta velocidad a bordo del transporte público, telemetría de autos de carreras en tiempo real o autocontrol. organizar el acceso a Internet para las comunidades. [5] Una posible aplicación importante para las redes de malla inalámbricas es VoIP. Mediante el uso de un esquema de calidad de servicio, la malla inalámbrica puede admitir el enrutamiento de llamadas telefónicas locales a través de la malla. La mayoría de las aplicaciones en redes inalámbricas de malla son similares a las de las redes inalámbricas ad hoc .
Algunas aplicaciones actuales:
- Las fuerzas militares de EE. UU. Ahora están utilizando redes de malla inalámbrica para conectar sus computadoras, principalmente computadoras portátiles resistentes, en operaciones de campo. [ cita requerida ]
- Los medidores inteligentes eléctricos que ahora se implementan en residencias, transfieren sus lecturas de una a otra y, finalmente, a la oficina central para la facturación, sin la necesidad de lectores de medidores humanos o la necesidad de conectar los medidores con cables. [6]
- Las computadoras portátiles del programa Una computadora portátil por niño utilizan una red de malla inalámbrica para permitir que los estudiantes intercambien archivos y accedan a Internet aunque no tengan conexiones por cable o de teléfono celular u otras conexiones físicas en su área.
- Google Home , Google Wi-Fi y Google OnHub admiten redes de malla Wi-Fi (es decir, Wi-Fi ad hoc) . [7] Varios fabricantes de enrutadores Wi-Fi comenzaron a ofrecer enrutadores de malla para uso doméstico a mediados de la década de 2010. [8]
- La constelación Iridium de 66 satélites funciona como una red en malla, con enlaces inalámbricos entre satélites adyacentes. Las llamadas entre dos teléfonos satelitales se enrutan a través de la malla, de un satélite a otro a través de la constelación, sin tener que pasar por una estación terrena . Esto reduce la distancia de viaje de la señal, lo que reduce la latencia y también permite que la constelación funcione con muchas menos estaciones terrestres de las que se requerirían para 66 satélites de comunicaciones tradicionales.
Operación
El principio es similar a la forma en que los paquetes viajan por Internet por cable: los datos saltan de un dispositivo a otro hasta que finalmente llegan a su destino. Los algoritmos de enrutamiento dinámico implementados en cada dispositivo permiten que esto suceda. Para implementar dichos protocolos de enrutamiento dinámico, cada dispositivo necesita comunicar información de enrutamiento a otros dispositivos en la red. Luego, cada dispositivo determina qué hacer con los datos que recibe, ya sea pasarlos al siguiente dispositivo o conservarlos, según el protocolo. El algoritmo de enrutamiento utilizado debe intentar garantizar siempre que los datos tomen la ruta más adecuada (más rápida) hacia su destino.
Malla multirradio
La malla de múltiples radios se refiere a tener diferentes radios que operan a diferentes frecuencias para interconectar nodos en una malla. Esto significa que se utiliza una frecuencia única para cada salto inalámbrico y, por tanto, un dominio de colisión CSMA dedicado . Con más bandas de radio, es probable que el rendimiento de las comunicaciones aumente como resultado de más canales de comunicación disponibles. Esto es similar a proporcionar rutas de radio duales o múltiples para transmitir y recibir datos.
Tópicos de investigación
Uno de los artículos más citados sobre redes inalámbricas en malla identificó las siguientes áreas como problemas de investigación abiertos en 2005
- Nuevo esquema de modulación
- Procesamiento de antena avanzado
- El procesamiento avanzado de antenas, incluidas las tecnologías direccionales , inteligentes y de antenas múltiples , se investiga más a fondo, ya que su complejidad y costo aún son demasiado altos para una amplia comercialización.
- Gestión flexible del espectro
- Se están realizando enormes esfuerzos en la investigación de técnicas de frecuencia ágil para aumentar la eficiencia.
- Optimización entre capas
- La investigación entre capas es un tema de investigación actual muy popular en el que la información se comparte entre diferentes capas de comunicaciones para aumentar el conocimiento y el estado actual de la red. Esto podría facilitar el desarrollo de protocolos nuevos y más eficientes. Un protocolo conjunto que aborde varios problemas de diseño (enrutamiento, programación, asignación de canales, etc.) puede lograr un mayor rendimiento ya que estos problemas están estrechamente relacionados. [9] Tenga en cuenta que un diseño descuidado entre capas puede generar un código difícil de mantener y ampliar. [10]
- Redes inalámbricas definidas por software
- ¿Centralizado, distribuido o híbrido? - En [11] se explora una nueva arquitectura SDN para WDN que elimina la necesidad de una inundación de múltiples saltos de información de ruta y, por lo tanto, permite que las WDN se expandan fácilmente. La idea clave es dividir el control de la red y el reenvío de datos utilizando dos bandas de frecuencia separadas. Los nodos de reenvío y el controlador SDN intercambian información de estado de enlace y otra señalización de control de red en una de las bandas, mientras que el reenvío de datos real tiene lugar en la otra banda.
- Seguridad
- Una WMN puede verse como un grupo de nodos (clientes o enrutadores) que cooperan para proporcionar conectividad. Una arquitectura tan abierta , donde los clientes sirven como enrutadores para reenviar paquetes de datos, está expuesta a muchos tipos de ataques que pueden interrumpir toda la red y causar denegación de servicio (DoS) o denegación de servicio distribuida (DDoS). [12]
Protocolos
Protocolos de enrutamiento
Hay más de 70 esquemas en competencia para enrutar paquetes a través de redes de malla. Algunos de estos incluyen:
- Enrutamiento basado en asociatividad (ABR) [1]
- AODV (Vector de distancia bajo demanda ad hoc)
- BATMAN (Mejor enfoque para redes móviles ad hoc)
- Babel (protocolo) (un protocolo de enrutamiento por vector de distancia para IPv6 e IPv4 con propiedades de convergencia rápida)
- Enrutamiento dinámico de NIx-Vector | DNVR [13]
- DSDV (Enrutamiento por vector de distancia secuenciado por destino)
- DSR (enrutamiento de origen dinámico)
- HSLS (estado de enlace con visión borrosa)
- HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol, el protocolo de enrutamiento obligatorio predeterminado de IEEE 802.11s )
- Protocolo de malla inalámbrica de infraestructura (IWMP) para redes de malla de infraestructura de GRECO UFPB-Brasil [14]
- OLSR (protocolo de enrutamiento de estado de enlace optimizado)
- OORP (Protocolo de enrutamiento OrderOne) (Protocolo de enrutamiento de redes OrderOne)
- OSPF (Abrir el primer enrutamiento de la ruta más corta)
- Protocolo de enrutamiento para redes de baja potencia y con pérdidas (protocolo IETF ROLL RPL, RFC 6550 )
- PWRP (Protocolo de enrutamiento inalámbrico predictivo) [15]
- TORA (algoritmo de enrutamiento ordenado temporalmente)
- ZRP (Protocolo de enrutamiento de zona)
El IEEE ha desarrollado un conjunto de estándares bajo el título 802.11s .
Puede encontrar una lista menos completa en Lista de protocolos de enrutamiento ad hoc .
Protocolos de autoconfiguración
Los protocolos de autoconfiguración estándar, como DHCP o la autoconfiguración sin estado IPv6, se pueden utilizar en redes de malla.
Los protocolos de configuración automática específicos de la red de malla incluyen:
- Protocolo de configuración ad hoc (AHCP)
- Autoconfiguración proactiva (Protocolo de configuración automática proactiva)
- Protocolo de configuración dinámica de WMN (DWCP)
Comunidades y proveedores
- Anyfi
- AWMN
- CUWiN
- Freifunk (DE) / FunkFeuer (AT) / OpenWireless (CH)
- Firechat
- Marea de fuego
- Guifi.net
- Netsukuku
- Ninux (IT)
- Malla NYC
- Red Hook Wi-Fi
Ver también
- Redes de malla
- Comparación de estándares de datos inalámbricos
- IEEE 802.11s
- Red ad hoc móvil
- De igual a igual
- Techo
- Red inalámbrica ad hoc
- Zigbee
- Red de malla Bluetooth
- Red de malla óptica
Referencias
- ^ a b Chai Keong Toh Ad Hoc Mobile Wireless Networks, Prentice Hall Publishers, 2002. ISBN 978-0-13-007817-9
- ^ J. Jun, ML Sichitiu, "La capacidad nominal de las redes de malla inalámbricas" , en IEEE Wireless Communications, vol 10, 5 pp 8-14. Octubre de 2003
- ^ Comunicaciones, redes y aplicaciones inalámbricas: Actas de la CMNA 2014 .
- ^ Cheng, Shin-Ming; Lin, teléfono; Huang, Di-Wei; Yang, Shun-Ren (julio de 2006). "Un estudio sobre programación distribuida / centralizada para redes inalámbricas en malla". IWCMC '06: Actas de la Conferencia Internacional de 2006 sobre Comunicaciones Inalámbricas y Computación Móvil : 599. doi : 10.1145 / 1143549.1143668 . ISBN 1595933069. S2CID 8584989 .
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- ^ "TropOS está probado en el campo para crear una arquitectura de red escalable - Tecnología TropOS | Gestión de red unificada (Soluciones de comunicación de red de malla inalámbrica | ABB Wireless)" . new.abb.com . Consultado el 19 de diciembre de 2019 .
enlaces externos
- Informe técnico de la malla LAN inalámbrica
- Cómo funcionan las redes de malla inalámbrica en HowStuffWorks
- Arquitecturas de malla de primera, segunda y tercera generación Historia y evolución de las arquitecturas de redes de malla
- Los mineros dan un guiño a los nodos Reimpresión del artículo de la revista Mission Critical sobre la malla en la minería subterránea
- IET De los hotspots a las mantas
- Akyildiz, Ian. F.; Xudong Wang (septiembre de 2005). "Una encuesta sobre redes inalámbricas en malla". Revista de comunicaciones IEEE . 43 (9): s23 – s30. CiteSeerX 10.1.1.133.5446 . doi : 10.1109 / MCOM.2005.1509968 . S2CID 815769 .
- Grupo de investigación Mesh Networks Recopilación de proyectos y tutoriales relacionados con las redes inalámbricas Mesh
- Subsistema inalámbrico Linux (80211) por Rami Rosen
- Comunicaciones inalámbricas IWT y seguimiento en minas subterráneas
- Ventajas y desventajas de la malla inalámbrica RF mundo inalámbrico