Topología de malla ( mesh-network ) - topología de red de una red informática , construida sobre el principio de las celdas, en las que las estaciones de trabajo de la red están conectadas entre sí y pueden asumir el papel de un interruptor para otros participantes. Esta organización de red es bastante complicada de configurar, sin embargo, con tal topología, se logra una alta tolerancia a fallas . Por regla general, los nodos se conectan uno a uno. Por lo tanto, una gran cantidad de conexiones brinda una amplia variedad de rutas de tráfico dentro de la red; por lo tanto, la falla de una conexión no interrumpirá el funcionamiento de la red en su conjunto.
Una topología de red es una configuración gráfica cuyos vértices corresponden a los nodos finales de la red (computadoras) y equipos de comunicación (enrutadores), y a los bordes: enlaces físicos o informativos entre los vértices.
La topología de la red puede ser:
Una red de dispositivos inalámbricos que funcionan según los principios de una topología de malla se denomina red de malla inalámbrica .
Las redes de malla se desarrollaron originalmente con fines militares y, por lo general, son inalámbricas. Recientemente, el tamaño de los dispositivos, el costo y el consumo de energía han disminuido y ahora es posible agregar varios módulos de radio a un nodo. Como resultado, cada celda pudo realizar simultáneamente varias funciones útiles, como acceso de clientes, escaneo requerido para transmisiones de alta velocidad en aplicaciones móviles y otras.
Para el desarrollo de este tipo de red es útil el conocimiento de métodos de teoría de juegos , lo que ayuda a analizar estrategias de asignación de recursos y construcción de rutas en una topología de malla.
Los nodos de las primeras redes de malla inalámbricas eran dispositivos capaces de operar solo en modo semidúplex .
Más tarde, con el desarrollo de los módulos de radio, se hizo natural recibir y transmitir simultáneamente en diferentes frecuencias o canales CDMA, lo que impulsó dramáticamente el desarrollo de redes con topología de malla.
Las redes de malla inalámbricas son el primer paso hacia redes rentables y dinámicas de alta capacidad. Tal topología, de hecho, es una red de enrutadores , sin cables entre nodos. La red de malla inalámbrica se basa en dispositivos de radio Peer que no requieren la conexión por cable necesaria para los puntos de acceso inalámbricos tradicionales . La topología de malla le permite transferir datos a largas distancias al dividir una ruta larga en una serie de transiciones cortas entre nodos: saltos/saltos . Los nodos intermedios no solo amplifican la señal, sino que también la transmiten conjuntamente del punto A al punto B, reenvío basado en su conocimiento de la red en su conjunto. En otras palabras, cada nodo realiza el enrutamiento . Tal arquitectura, si se diseña y analiza cuidadosamente, puede proporcionar un alto rendimiento, eficiencia espectral y beneficios económicos en el área de cobertura.
La topología de una red de malla inalámbrica es relativamente constante. Solo en casos de desconexión repentina o adición de nuevos nodos se pueden iniciar procesos de cambio de estructura de la red. La ruta de tráfico, al estar formada por un gran número de usuarios finales, rara vez cambia. Casi todo el tráfico en una topología de red de malla se enruta o se origina en una puerta de enlace, mientras que en las redes ad-hoc inalámbricas , el tráfico fluye entre un par arbitrario de nodos. [una]
Este tipo de topología puede ser descentralizada o centralizada; según la presencia del servidor principal en la red [2] , ambos enfoques son relativamente económicos, confiables y tolerantes a fallas, ya que la tarea de cada nodo es transferir tráfico solo al siguiente nodo de red . Cada dispositivo realiza las funciones de un enrutador para transmitir datos desde los nodos vecinos a los participantes remotos de la red , para lograr lo cual un salto no es suficiente. El resultado es una red capaz de cubrir grandes distancias sin perder su estabilidad. La confiabilidad de la topología Mesh también está asegurada por el hecho de que cada nodo está conectado a varios vecinos. Esto significa que cuando un nodo se sale de la topología debido a fallas en los dispositivos o por cualquier otro motivo, sus vecinos podrán redirigir rápidamente el tráfico utilizando sus protocolos de enrutamiento.
Las redes de malla se pueden aplicar a una amplia gama de aplicaciones: vigilancia del campo de batalla, telemetría de autos de carrera en tiempo real , configuración de red en entornos hostiles, etc. Dependiendo de la tarea, puede personalizar el comportamiento de la estructura de malla de la manera más adecuada. Dicha flexibilidad la proporciona un gran número de características y características diferentes de una topología determinada, que se pueden combinar de forma arbitraria. Por ejemplo, una de las características más útiles de una red de malla es la capacidad de implementar VoIP sobre una topología de malla utilizando un esquema de QoS . Esta implementación le permite mantener conversaciones telefónicas locales a expensas de los recursos de la red. Los dispositivos pueden ser tanto estacionarios como móviles, lo que, nuevamente, brinda facilidad de implementación y flexibilidad para resolver una tarea específica.
El principio es muy parecido a la forma en que viajan los paquetes en una red cableada : los datos viajan de un dispositivo a otro hasta que el paquete llega a su destino previsto. Esto lo proporcionan los algoritmos de enrutamiento dinámico integrados en cada dispositivo. Para implementar tales protocolos dinámicos, es necesario que todos los dispositivos de la red intercambien regularmente información de enrutamiento entre sí. Después de eso, cada nodo determina qué debe hacer con la información recibida: transferir el paquete al siguiente dispositivo o guardarlo, según el protocolo. Además, los algoritmos de enrutamiento deben cumplir con el requisito de la ruta más corta, es decir, construir la ruta más adecuada y eficiente hacia el nodo de destino.
Las radios digitales ZigBee están integradas en algunos electrodomésticos, incluidos los que funcionan con baterías. Los módulos de radio ZigBee se organizan aleatoriamente en una red de malla utilizando enrutamiento AODV ; la transmisión y la recepción están sincronizadas. Esto significa que las radios se pueden apagar la mayor parte del tiempo para ahorrar energía.
A principios de 2007, Meraki lanzó su propio proyecto de enrutador mini-mesh inalámbrico. [3] Este diseño es un ejemplo de una red de malla inalámbrica con una velocidad de datos declarada de 50 Mbps. El protocolo inalámbrico 802.11 de Meraki se ha optimizado para la transmisión de datos a larga distancia, proporcionando cobertura en distancias de más de 250 metros.
En 2019, Xiaomi lanzó Mi Mesh Router para ampliar el alcance de la red inalámbrica en grandes oficinas y hogares. El sistema es un conjunto de 2 o más enrutadores que funcionan en conjunto y brindan cobertura de un área más grande.
Las computadoras portátiles One Laptop Per Child utilizan redes de malla inalámbricas para permitir que los estudiantes compartan archivos y se conecten a Internet incluso cuando no hay una conexión física cercana, como cables, teléfonos móviles, etc.
En una zona rural de Cataluña , guifi.net se desarrolló en 2004 como respuesta a la falta de disponibilidad de Internet de banda ancha en la región, debido a que los proveedores locales de Internet prácticamente no brindaban este tipo de servicio. Hoy en día, hay más de 30.000 nodos en esta red y, gracias al acuerdo entre pares, esta red permanece abierta, libre y neutral con una amplia redundancia.
Comunicación en entornos de grandes empresasResolviendo el problema del cuello de botella. Las redes inalámbricas diseñadas para grandes entornos corporativos tienen un inconveniente importante: el llamado efecto "cuello de botella", que se puede observar cuando se utiliza una gran cantidad de puntos de acceso. En otras palabras: con una gran cantidad de conexiones, hay una fuerte disminución en el rendimiento de la red. Esto se debe a las peculiaridades de los puntos de acceso 802.11 , que brindan un entorno compartido, donde en un momento dado solo uno de ellos puede transmitir datos.
Así, en una red tradicional, todos los clientes se conectan a un único punto de acceso que tiene acceso a Internet. En una red de malla, cualquier dispositivo puede actuar como un enrutador y un punto de acceso. Este principio permite, con una gran carga en el dispositivo, redirigir los datos al vecino más cercano y menos cargado.
Comunicación en eventos públicos.El 3 de junio de 2006, en Cambridge, se utilizó una red de malla en el tradicional festival de música Strawberry Fair para lanzar servicios móviles de televisión, radio e Internet en vivo a aproximadamente 80.000 personas. [cuatro]
GuerraEl Ejército de los EE. UU. está utilizando ahora redes de malla inalámbricas para conectar computadoras, en su mayoría portátiles resistentes, en operaciones de campo.
EnergíaLos medidores de electricidad instalados en los nodos finales recopilan información común, transmitiendo las lecturas medidas de uno a otro y, finalmente, a la oficina central para facturar al cliente. Tal organización elimina la necesidad de utilizar mano de obra humana para tomar lecturas de instrumentos, así como deshacerse de los cables para conectar los medidores. [5]
Conexión satelitalLos 66 satélites de la constelación Iridium funcionan como una red de malla única con conexiones inalámbricas entre satélites vecinos. Una llamada entre dos teléfonos satelitales se transmite a través de una red de malla de un satélite a otro dentro de una "constelación" sin necesidad de interactuar con estaciones de comunicación en la Tierra. Esto proporciona rutas de señal más cortas, reduce la latencia de la conversación y también permite que la constelación opere utilizando muchas menos estaciones terrenas de satélite de las que se requerirían para 66 satélites de comunicaciones tradicionales.
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