Топологии сети интернета вещей

Одной из наиболее важных составляющей интернета вещей являются собственно интернет. Однако, не стоит буквально воспринимать это. Далеко не все устройства в текущий момент и в ближайшей перспективе получат прямой доступ в интернет. Как правило, все устройства подключены в сеть, но эти сети, как правило, отличаются от традиционного понимания интернета большинством.

Это явление обосновано спецификой работы устройств в интернете вещей. Большинству устройств (в особенности интернета вещей) не требует высокоскоростной постоянный доступ в сеть. В то же время такие характеристики сетей, как надёжность соединения и энергопотребление выходят как на первую роль, т.к., как было озвучено ранее, является основополагающими факторами для построения интернета вещей. Как следствие, сети интернета вещей в большинстве случаев значительно отличаются от традиционного интернета в том виде в каком к нему привыкли видеть.
Стоит отметить, что интернет вещей может и в общем случае должен использовать часть традиционного интернета для передачи данных и коммуникации с традиционными устройствами. Для этого существует шлюзы, которые подобно традиционным шлюзам и маршрутизаторам преобразуют и передают данные между различными по характеру и типу сетями.
Рассмотрим какими бывают сети. Рассмотрение начнём с топологий. Их можно считать первых уровнем модели OSI/ISO, определяющим физическое соединение устройств между собой. Однако, в большинстве случаев, топология подразумевает и второй уровень модели, т.к. обеспечивает адресацию внутри самой сети.

networktopologies
Самым первым соединением была точка-точка (point-to-point, p2p). В конечном счёте практически любая сеть может выродиться в данную топологию, однако, на практике такого почти не встречается, как правило, устройств в сети бывает больше чем 2.
Традиционными сетями были:

  Кольцо (ring) — устройства соединены последовательно, данные передаются также последовательно от одного устройства к другому пока не достигнут адресата. Данные получают все узлы, которые находятся на пути передачи данных и чем больше расстояние между исходным и конечным узлом, тем больше узлов задействовано.

Стоит отметить такую особенность кольцевых сетей, как возможность резервирования за счёт передачи данных в различных направлениям по кольцу (по и против часовой стрелки одновременно). В частности такую функциональность описывает протокол HSR.

  Линия (line) — можно рассматривать как незавершённое или разорванное кольцо. Данные передаются последовательно между устройствами в ту или иную сторону.

  Шина (bus) — все устройства подключены к общему каналу передачи данных и обмениваются данными, как правило, последовательно с разделением по времени, т.к. одни и те же данные получают одновременно узлы подключённые к шине. Как следствие, чтобы не возникало коллизий одновременно передавать данные в сеть может только один узел. В результате достигается простота соединения (подключения) устройств к сети и передачи данных, однако скорость получается достаточно низкая. Это тип сетей всё ещё широко распространён для датчиков и низкоскоростной промышленной автоматизации. По нему работает RS-485.

Звезда (star) — множество соединений точка-точка объединённых с одним узлом (концентратором), передача данных между двумя конечными узлами происходит через него. На данном принципе построены большинство сетей Ethernet, традиционно применяемых для подключения персональных компьютеров. Однако, данный стандарт получил значительно большее распространение последнее время и его используют теперь для очень большого числа устройств. Wi-Fi в общем случае также работает по данной топологии. Пропускная способность определяется скоростью каждого соединения узла и концентратора, а также возможностью концентратора обрабатывать несколько соединений одновременно (практически все современные устройства это могут). Данные в сети получают только те устройства, которые находятся на пути передачи данных (исходный узел, концентратор и конечный узел).

  Дерево (tree) — частный случай звезды, когда некоторые узлы сети могут выполнять роль как конечного узла, так и концентратора, а также маршрутизатора. В этом случае можно рассматривать дерево, как несколько звёзд объединённых в более крупную звезду через определённые узлы (маршрутизаторы).

  Ячеистые сети (mesh network) — сети данной топологии как правило не имеют определённой топологии, т.к. в общем случае все устройства могут взаимодействовать между собой. Но, в отличии от общей шины в данной топологии сети нет (или может не быть) прямого контакта между любыми двумя участниками данной сети. Как правило данный тип сетей характерен для беспроводных приёмопередатчиков, т.к. практически невозможно обеспечить физический (электрический) контакт между двумя случайными находящимися рядом узлами в проводных сетях, т.к. сигнал передаётся по кабелям и структура сети жёстко фиксирована. При этом в случае использования беспроводных приёмопередатчиков последнее ограничение отсутствует и общее соединение достигается за счёт общей среды (радиоэфира). Стоит отметить такие важные свойства ячеистых сетей, как самоорганизуемость (способность в автоматическом режиме определить топологию сети и путь передачи данных между узлами). Эти качества являются основополагающими и поэтому невозможно рассматривать сети этой топологии только на первом уровне модели OSI/ISO.
Как можно было догадаться, наиболее перспективными для интернета вещей являются как раз ячеистые сети, по крайней мере на последнем её участке, так называемой «последней миле».

Гибридные сети (hybrid networks) — могут включать в себя сети различных топологий. В общем случае можно сказать, что интернет является гибридной сетью, т.к. включает в себя практически все их описанных выше топологий в тех или иных сегментах.

В итоге можно сделать следующие выводы:

  • наиболее распространёнными сетями для интернета вещей являются (по количеству и функциональности):
    • шина (для устройств RS-485),
    • звезда (Ethernet, Wi-Fi, BT),
    • ячеистые (ZigBee, 6LoWPAN, LoRa-mesh и др),
  • ячеистые сети для беспроводных устройств в сети в настоящий момент находятся в активном развитии и обладают очень большими перспективами для IoT,
  • Топология сетей самого интернета не имеет жёсткой структуры и относится к гибридной сети.

Топологии сети интернета вещей: Один комментарий

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

w

Connecting to %s