Объяснение преимуществ

Объяснение преимуществ Wirepas Mesh

Основные преимущества WM:

• Неограниченный масштаб и плотность
• Высокая надежность и доступность
• Низкое энергопотребление и низкая задержка
• Низкая совокупная стоимость эксплуатации
• Открытость и гибкость

Неограниченный масштаб, охват и плотность

WM поддерживает любую топологию установки, в том числе и крупномасштабную.                                                                                                                                 Это означает, что сеть:

• Может включать большое количество устройств
• Может охватывать большие географические районы
• Может обеспечивать подключение в труднодоступных местах, например в подвалах и глубоких помещениях
• Может включать большое количество устройств в одном радиодиапазоне (плотные сети)
• Может поддерживать большой диапазон между устройствами (разреженные сети).
• На рисунке 4 представлены основные характеристики WM, лежащие в основе высокой масштабируемости и плотности покрытия.

Неограниченный масштаб включается децентрализованной операцией. Вся интеллектуальная информация протокола распространяется на устройства, образующие сеть. Устройства между собой принимают все решения локально и совместно. Никакого внешнего вмешательства не требуется. Благодаря этому реализованные протоколы и алгоритмы работают одинаково независимо от размера сети или местоположения устройства в сети. Кроме того, не требуется сквозной сигнализации или централизованного управления. Это устраняет накладные расходы на сигнализацию и обеспечивает хорошую реакцию на локальные изменения и динамику окружающей среды.

Высокая плотность устройств обеспечивается за счет локально синхронизированного и запланированного доступа к каналам TDMA и FDMA, минимального времени передачи в эфире и автоматического выбора ролей. Радиочастотный спектр используется эффективно во временной и частотной области, устройства связи на местном уровне согласовывают точное время и частоту для отправки и получения данных. Нет необходимости постоянного прослушивания сети, ожидания прослушивания или внутрисетевых коллизий. Многоступенчатая связь позволяет использовать высокие скорости передачи данных по радиоканалу и минимизировать время нахождения в эфире, при этом обеспечивая хорошее покрытие сети. Таким образом, меньше время, используемое для передачи определенного количества данных, а также меньше занятость канала. Автоматический выбор роли определяет, какие устройства в данный момент должны быть маршрутизаторами, а какие могут выступать в качестве конечных устройств в сети.

Высокое покрытие обеспечивается тем, что каждое устройство может маршрутизировать данные и обмениваться данными через несколько посредников. Каждое устройство также является потенциальной точкой подключения к сети. Это обеспечивает хорошее покрытие даже в труднодоступных местах без создания дополнительной инфраструктуры. Если устройство может слышать хотя бы одно другое устройство из сети, оно может установить соединение. Многоступенчатая связь позволяет расширять зону покрытия сети, просто добавляя новые устройства.

Диапазон между устройствами можно регулировать с помощью возможностей физического уровня. Выбор различных физических уровней обеспечивается независимой от физического уровня архитектурой и работой WM. В зависимости от требований могут использоваться различные диапазоны частот и скорость передачи радиоданных в зависимости от диапазона. Например. Частота 2,4 ГГц может использоваться для установки внутри помещений с высокой плотностью застройки и частота ниже ГГц, если требуется больший диапазон между устройствами при необходимости связи между зданиями.

Емкость сети можно легко увеличить, добавив шлюзы. Когда частота передачи данных и / или количество устройств увеличивается, шлюз может стать узким местом. Работа с несколькими шлюзами устраняет этот недостаток, поскольку каждый шлюз увеличивает емкость сети, а балансировка нагрузки перенаправляет данные на более предпочтительный шлюз. Такой же функционал используется между маршрутизаторами, балансируя нагрузку во всей сети.

Рисунок 1. Основные характеристики WM за неограниченным масштабом, покрытием и плотностью.

Высокая надежность и высокая доступность

WM поддерживает высокую надежность и доступность сетей. Это означает, что когда сообщение отправлено, оно принимается на целевом устройстве и что устройства подключены круглосуточно, без выходных, независимо от среды. Беспроводная среда и качество связи могут измениться, например из-за погодных условий, количества людей или возникших препятствий, таких как закрытие / открытие дверей. Кроме того, поблизости могут быть другие беспроводные системы, вызывающие помехи. В крупномасштабных сетях окружающая среда и помехи могут сильно отличаться в зависимости от местных условий. Таким образом, сеть должна:

• Адаптироваться к местным условиям
• Обеспечить отсутствие единой точки отказа в любой части системы
• Обеспечивают высокую устойчивость к динамике окружающей среды
• Обеспечивают высокую устойчивость к беспроводным помехам
• На рисунке 2 показаны основные характеристики WM, лежащие в основе высокой надежности и доступности.

Быстрая адаптация к локальной среде обеспечивается децентрализованной работой, поскольку все устройства принимают локальные решения и полагаются на локальную информацию для принятия этих решений. Ни в одной части сети нет единой точки отказа. На уровне узла нет единой точки отказа, поскольку каждое устройство может маршрутизировать данные, и, следовательно, существует множество разных маршрутов. Функциональные возможности нескольких шлюзов устраняет единую точку отказа на уровне шлюза. Если шлюз потерян или возникают проблемы с его соединением, данные автоматически перенаправляются на другой рабочий шлюз.

Самовосстановление и оптимизация маршрутизации обеспечивают устойчивость к динамическим средам. Маршрутизация автоматически находит новые оптимальные маршруты по мере изменения сетевой среды и / или потери существующих маршрутов. Управление мощностью передачи всегда использует минимально надежную мощность передачи для оптимизации работы и минимизации помех для других систем в этой зоне.
Помех от других беспроводных систем можно избежать за счет предотвращения многоканальных помех (занесение в черный список локальных каналов) и сокращения времени вещания в эфире. Внесение каналов в черный список определяет помехи в используемых каналах, и, если помехи существуют, канал локально заносится в черный список, и далее избегается. Короткое время передачи в прямом эфире минимизирует вероятность конфликтов пакетов с другими системами, даже если используются одинаковые частотные каналы.

Все сессии обмена данными подтверждаются на канальном уровне и при необходимости повторяются. Таким образом, если, несмотря на методы предотвращения помех, пакет будет потерян, потеря пакета будет замечена, и пакет будет повторно передан.

Рисунок 2. Основные характеристики WM, лежащие в основе высокой надежности и доступности, высокой устойчивости к динамике среды

Низкая мощность и высокая энергоэффективность

Низкое энергопотребление и высокая энергоэффективность достигаются благодаря работе многоканального доступа с временными интервалами без коллизий. Все устройства, в том числе те, которые маршрутизируют данные, могут обеспечить длительный срок службы батареи. Основные характеристики, обеспечивающие высокую энергоэффективность:

• Локально синхронизированный и запланированный доступ к каналу
• Короткое время нахождения в эфире 
• Маршрутизация с оптимизацией энергопотребления

При локально синхронизированном и запланированном доступе к каналу (рис. 3) устройства активны только при необходимости. Остальное время они находятся в спящем режиме с низким энергопотреблением. Благодаря планированию, взаимодействующие устройства всегда знают точное время отправки и получения данных. Это устраняет ненужные накладные расходы, такие как нахождение в режиме ожидания и внутрисетевые коллизии. Локальная синхронизация обеспечивает высокую точность, сводя к минимуму количество радиочастотной активности. Короткое время нахождения в эфире дополнительно оптимизирует энергоэффективность, так как связь должна быть только на короткое время.

На сетевом уровне маршрутизация с оптимизацией энергопотребления продлевает срок службы всей сети. Балансировка нагрузки распределяет данные между устройствами равномерно, а устройства с разряженными батареями избегают пересылки данных.

Рисунок 3. Высокая энергоэффективность обеспечивается точной локальной синхронизацией и планированием обмена данными. Это устраняет накладные расходы и позволяет устройствам максимально долго спать.

2.4 Короткая задержка
Многосегментная передача сообщений с короткой задержкой обеспечивается за счет работы многоканального доступа CSMA/CA на соревновательной основе. При работе с короткой задержкой маршрутизаторы все время активны, находясь во время простоя в режиме приема. Таким образом, данные могут быть переданы немедленно. Устройства с низким энергопотреблением также могут подключаться к сети и работать с низким энергопотреблением. Обратите внимание: поскольку устройства с низким энергопотреблением также могут выполнять маршрутизацию, сеть может быть расширена за счет «ответвлений» устройств с батарейным питанием.

Низкая совокупная стоимость эксплуатации

WM минимизирует затраты на срок службы беспроводной системы, то есть как затраты на установку (CAPEX), так и текущие затраты (OPEX). Капитальные затраты минимизируются за счет:

• Сведение к минимуму количество подключаемых устройств
• Устранение необходимости в дополнительной сетевой инфраструктуре
• Сведение к минимуму усилий по радиопланированию
• Простой и быстрой установки

OPEX сводится к минимуму благодаря:

• Устранению необходимости в удаленном и полевом техническом обслуживании
• Сведению к минимуму стоимости тарифного плана за счет минимизации количества устройств с транзитным соединением
• Обеспечение эффективных возможностей удаленного программирования для обновления прошивки

Низкая связность BoM является результатом аппаратно-независимой архитектуры WM. WM работает на недорогом радиооборудовании, и это оборудование может быть приобретено независимо от Wirepas. Кроме того, WM не предъявляет никаких дополнительных требований к шлюзу и задействует одни и те же модули на всех устройствах. Естественно, для шлюзов требуется некоторая транзитная связь, которая зависит от клиента и может быть свободно выбрана им.
WM может быть интегрирован в устройства, такие как счетчики или датчики. Поскольку WM образует независимую беспроводную сеть, и каждое устройство может маршрутизировать данные, нет необходимости в дополнительной инфраструктуре связи.

Поскольку WM обеспечивает полностью автоматическую работу, от присоединения к сети до самовосстановления во время работы и оптимизации функциональности, требуется только радиопланирование, установка же выполняется легко и быстро. Единственное, что необходимо, это чтобы устройство могло слышать хотя бы одно устройство в сети. WM берет на себя все остальное и поддерживает оптимальную работу сети.

Автоматическая работа с использованием методов уменьшения помех также сводит к минимуму необходимость в техническом обслуживании. Сеть сама модифицирует себя при изменении сетевого окружения. Кроме того, эффективная функция многоэтапного OTAP позволяет легко обновлять прошивку уже развернутой системы, увеличивая срок службы установленного оборудования.

WM позволяет, чтобы один шлюз мог обслуживать большое количество узловых устройств. Благодаря децентрализованной работе и локальному принятию решений, добавление узлов или скачковых переходов не увеличивает нагрузку на шлюз. Узлы принимают решения локально и не нуждаются в централизованной координации. Это сводит к минимуму количество устройств с транзитным соединением (т. е. шлюзов).

Открытость и гибкость

Как показано на рисунке 4, WM обеспечивает высокую гибкость и может использоваться во множестве реализаций системы IoT. WM совершенно не зависит от компонентов выше и ниже стека протоколов связи:

• Может использоваться в различных приложениях
• Может быть интегрирован в любую внутреннюю / внешнюю систему
• Может работать на любом радиооборудовании
• Может использовать любой частотный диапазон

Ключевые особенности включают в себя:

• Открытый простой в использовании API
• Передачу данных независимо от полезной нагрузки 
• Архитектуру, не зависящую от оборудования и частотного диапазона

WM предоставляет простой в использовании API для любого применения. Сложный функционал протокола скрыт, и приложение может сосредоточиться только на реализации своей внутренней логики. WM заботится о том, чтобы подключение было всегда, когда оно требуется конкретному приложению. Передача данных не зависит от полезной нагрузки, то есть приложение может отправлять и получать любые данные и использовать любой протокол приложения поверх стека WM.

Микропрограммное обеспечение стека WM реализует архитектуру, независимую от оборудования и частотного диапазона. Управляющий интеллект реализован в самом стеке, и от оборудования не требуется ничего особенного. Таким образом, можно использовать множество различных радио-чипсетов. Архитектура также позволяет использование различных диапазонов частот (например, 2,4 ГГц и различных диапазонов ниже ГГц), обеспечивающих возможность компромисса между скоростью передачи радиоданных и диапазоном, в зависимости от потребностей приложения. Эта открытая архитектура позволяет комбинировать стеки связи и реализовать наилучший подход к радиочипсетам.

Рисунок 4. Стек WM - это диагностика приложения, системы, оборудования и полосы частот. Архитектура WM скрывает сложности стека за простым в использовании API. Аппаратное обеспечение и полоса частот абстрагируются с использованием уровня абстракции аппаратного обеспечения.