Các mạng lưới không dây có giới hạn trong các ứng dụng PAN không?

Đọc về Zigbee, tôi thấy nó được mô tả như một công nghệ để tạo các mạng khu vực cá nhân . Tôi cũng đã đọc về 6lowPAN, dường như mọc lên trong cài đặt lưới, củng cố ý tưởng, ít nhất là trong suy nghĩ của tôi, lưới đó được giới hạn trong các ứng dụng PAN.

Có một cái gì đó về mạng lưới làm cho nó vốn đã hạn chế về kích thước mạng?

Vì tôi đã có một số tiện ích tự động hóa gia đình bằng Zigbee, tôi đã biết rằng mạng Zigbee tốt nhất cho mạng không dây có kích thước căn hộ có từ mười đến mười lăm nút.

Nếu tôi mở rộng mạng Zigbee của mình sang, cung cấp ánh sáng thông minh cho một khối căn hộ gồm 100 căn hộ, tôi có bắt đầu cảm thấy một số hạn chế không?

Đó là một câu hỏi rất hay và thực sự là chủ đề nghiên cứu hiện tại của tôi. Tôi cố gắng đưa ra một câu trả lời đầy đủ nhưng ngắn gọn¹.

Tôi sẽ tập trung câu trả lời của mình cho các mạng dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 (cả Zigbee và 6LoWPAN đều sử dụng nó làm lớp liên kết vật lý và dữ liệu) cũng như các mạng nơi hầu hết lưu lượng truy cập đi qua một cổng chung. Hầu hết các đối số cũng giữ cho các mạng ngang hàng, nhưng khó khăn hơn để xác định mạng là gì (ví dụ: nếu hàng xóm của bạn và cả hai bạn đều sử dụng thiết bị Zigbee).

_{Tôi hy vọng có thể lấp đầy toàn bộ luận án tiến sĩ bằng cách trả lời câu hỏi ;-)}

Có một cái gì đó về mạng lưới làm cho nó vốn đã hạn chế về kích thước mạng?

Có một số yếu tố hạn chế khả năng mở rộng trong mạng lưới không dây:

• Chỉ có một lượng lưu lượng nhất định có thể được xử lý bởi một nút duy nhất và điều này đặc biệt giữ cho cổng. Do đó, nói chung, nếu bạn nhân đôi số lượng nút, mọi thiết bị có thể truyền tối đa một nửa số lượng gói mỗi lần.
• Với nhiều nút trong mạng lưới, có nhiều cơ hội hơn cho các sắp xếp phức tạp tạo ra nhiều vấn đề trong lớp định tuyến và lớp liên kết. Một ví dụ là vấn đề nút ẩn làm tăng xác suất truyền chồng chéo (và do đó không thành công).
• Càng nhiều bước nhảy phải đến đích của nó, xác suất bị mất càng cao. Đơn giản hơn nhiều: Nếu xác suất là 99% rằng việc truyền gói không thành công, xác suất là 0,99 ^ h cho các bước nhảy.
• Nhiều nút khó khăn hơn để duy trì. Ví dụ: cập nhật phần mềm theo cách thủ công là OK cho 10 thiết bị, nhưng không phải cho 1.000. Vì vậy, bạn cần một số loại quản lý phần mềm từ xa.

Vì vậy, không có giới hạn vốn có cho kích thước mạng (ngoài khả năng là không gian địa chỉ của bạn ...), nhưng một giao tiếp đáng tin cậy ngày càng phức tạp và dễ bị lỗi. Tất nhiên, việc triển khai một mạng với hàng ngàn nút nên có thể nếu mỗi nút chỉ gửi một tin nhắn mỗi ngày. Nhưng một mạng gồm 1.000 nút trong đó mỗi nút gửi nhiều tin nhắn mỗi giây sẽ làm quá tải kênh.

Điều đó nói rằng, điều này không làm cho mạng lưới không dây trở nên tồi tệ hơn bất kỳ công nghệ không dây nào khác. Mạng di động chỉ có thể phục vụ hàng ngàn thiết bị vì các nhà cung cấp sở hữu một lượng lớn phổ không dây, họ làm lộn xộn khu vực này với các cơ sở và chỉ có vài thiết bị muốn liên lạc cùng một lúc². Và các công nghệ LoRa chắc chắn có các ứng dụng của chúng, nhưng trong các mạng có khả năng mở rộng cao được tuyên bố, thông lượng khác xa so với những gì mà mạng lưới IEEE 802.15.4 có thể cung cấp.

Và để giải quyết nhận xét của bạn: Không, khoảng cách tổng thể không phải là vấn đề thực tế. Trong thực tế, lợi thế chính của mạng lưới là khoảng cách lớn hơn có thể được bắc cầu mà không làm tăng sức mạnh hoặc giảm tốc độ dữ liệu.

_{² Tôi không muốn nói rằng các mạng di động là xấu, nhưng chỉ là bạn không thể so sánh khả năng mở rộng của việc triển khai di động ở quy mô thành phố với mạng lưới không dây với một cổng duy nhất. (Và nhiều cổng có thể.)}

Các mạng lưới không dây có giới hạn trong các ứng dụng PAN không?

Định nghĩa của thuật ngữ PAN khá mờ nhạt, tùy thuộc vào ngữ cảnh. Nếu sự khác biệt duy nhất là số lượng nút thấp, câu trả lời đã được đưa ra bởi phần trước. Tuy nhiên, như tên gọi, nó cũng có nghĩa là "một mạng cho các thiết bị kết nối tập trung vào không gian làm việc của một cá nhân ( Wikipedia )". Vì vậy, câu hỏi này có một khía cạnh khác, đó là nếu các mạng lưới không dây (theo chuẩn IEEE 802.15.4) bị giới hạn trong các ứng dụng cá nhân.

Mạng lưới không dây công nghiệp có khả thi?

Tôi đã đóng góp cho một dự án nghiên cứu đánh giá tính khả thi của mạng lưới không dây trong bối cảnh nhà máy điện mặt trời. Và theo như tôi có thể nói, sử dụng mạng lưới không dây trong ứng dụng này là rất hứa hẹn. Mặc dù chúng tôi không có cơ hội triển khai một mạng lưới rất lớn, nhưng có những triển khai công nghiệp rất hứa hẹn khác, ví dụ như

T O'donovan, J Brown, F Büsching, A Cardoso, J Cecı́lio, JD Ó, P Furtado, P Gil, A Jugel, WB Pöttner, et al., Hệ thống GINSENG cho giám sát và kiểm soát không dây. ACM Trans. Thượng nghị sĩ. 10 (1), 4: 1 Vé4: 40 (2013).

Có nhiều lý do để sử dụng công nghệ không dây, nhưng bạn chỉ cần không dây khi có sự di chuyển. Điều này đặc biệt là trường hợp cho tất cả các loại xe. Hơn nữa, có một xu hướng hiện nay là thay thế các nhà mạng cáp bằng cách sử dụng công nghệ không dây, nhưng đó chỉ là kết nối điểm tới điểm, không cần lưới.

Đối số thứ hai có thể là một sự cân nhắc về chi phí: Việc triển khai dây cáp có thể khá tốn kém, đặc biệt là ngoài trời, vì vậy, ví dụ trong các nhà máy điện mặt trời, các thiết bị không dây thực sự sẽ giảm chi phí đầu tư (có thể rất nhiều) ngay cả khi không cần thiết vì không có tính di động có liên quan. Điều đó có thể hoặc không thể áp dụng cho các ứng dụng công nghiệp khác. Rõ ràng, việc chọn đúng số lượng cơ sở và do đó kích thước và hiệu suất của mạng lưới đơn là một sự đánh đổi liên quan đến các cân nhắc về chi phí.

Vì vậy, tại sao có rất ít triển khai lưới không dây công nghiệp?

Câu trả lời ngắn gọn: Bởi vì dây cáp rất tuyệt vời và đã được chứng minh!

Lúc đầu, việc tìm kiếm các ứng dụng mà công nghệ không dây thực sự tỏa sáng không phải là điều hiển nhiên (xem phần cuối). Sau đó là khía cạnh năng lượng: Có những ứng dụng mà việc thu hoạch năng lượng hoạt động rất tốt (bao gồm cả các nhà máy điện mặt trời), nhưng nếu không, bạn phải dựa vào pin (có thể gây ra chi phí bảo trì cao) hoặc cáp điện. Cáp chỉ dành cho điện có thể thực sự cũng có lợi, ví dụ như khi trang bị thêm các nhà máy cũ mà cung cấp năng lượng ở khắp mọi nơi, nhưng không có không gian cho các loại cáp dữ liệu bổ sung.

Chắc chắn, trong tương lai sẽ có nhiều ứng dụng không dây công nghiệp hơn và các mạng lưới không dây sẽ tìm thấy hốc của chúng, nhưng rõ ràng là các công nghệ mới tìm thấy ứng dụng của chúng trước tiên trong môi trường cá nhân thay vì môi trường công nghiệp, nơi các vấn đề sẽ có hậu quả lớn hơn nhiều.

EDIT: Tôi chỉ nhận thấy rằng IEEE đã thay đổi tiêu đề của tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 từ Tiêu chuẩn IEEE cho Mạng không dây cá nhân không dây tốc độ thấp (WPANs) thành Tiêu chuẩn IEEE cho Mạng không dây tốc độ thấp theo bảng điều chỉnh được công bố năm ngoái. Lý do cho điều này có lẽ là "cá nhân" không thực sự phù hợp với tiêu chuẩn nữa như tôi đã lập luận ở trên.

Nếu bạn cho rằng internet là một mạng lưới các loại, bạn sẽ thấy câu trả lời của mình theo các thuật ngữ rộng nhất.

Hỏi là một mạng lưới cụ thể có bất kỳ vấn đề về khả năng mở rộng là hơi khác nhau. Có rất nhiều phạm vi để kiến ​​trúc sư một giao thức mạng được sửa đổi để giải quyết một triển khai cụ thể, với sự tối ưu hóa đúng đắn.

Tại một số điểm, bạn cũng có thể muốn xem xét nếu phương pháp lưới là tốt nhất, hoặc có thể một phương pháp lai có một số giá trị.

Các yếu tố cần xem xét là:

• Yêu cầu độ trễ (liên quan đến số bước nhảy)
• Băng thông mạng chéo (ví dụ: có bao nhiêu lưu lượng truyền từ nửa này sang nửa kia, trái ngược với việc chỉ nói chuyện với hàng xóm). Độ bão hòa của các nút chính có thể là một yếu tố hạn chế.
• Cơ cấu triển khai. Nếu bạn có các nút phân phối thường xuyên (ví dụ trên đèn đường), thì điều này khác với phân phối có các khu vực thưa thớt.

Nó cảm thấy rằng ví dụ bạn mô tả nên mở rộng thành một khối căn hộ. Bất kỳ một giây nào cũng không nên xem nhiều hơn một số giao dịch dữ liệu. Nó có thể mở rộng đến một vài khối, nhưng không phải là đường phố hay thành phố. Chứng minh một kiến ​​trúc ở quy mô hàng triệu thiết bị hoặc giao dịch là khó.