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Red de malla inalámbrica

Diagrama que muestra una posible configuración para una red en malla cableada e inalámbrica, conectada en sentido ascendente a través de un enlace VSAT (haga clic para ampliar)

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 red en malla se refiere a una interconexión enriquecida entre dispositivos o nodos. Las redes en malla inalámbricas suelen estar formadas por clientes en malla, enrutadores en malla y puertas de enlace. La movilidad de los nodos es menos frecuente. Si los nodos se mueven de forma constante o frecuente, la red en malla pasa más tiempo actualizando rutas que entregando datos. En una red en malla inalámbrica, la topología tiende a ser más estática, de modo que el cálculo de las rutas puede converger y puede producirse la entrega de datos a sus destinos. Por lo tanto, se trata de una forma centralizada de red ad hoc inalámbrica de baja movilidad. Además, debido a que a veces depende de nodos estáticos que actúen como puertas de enlace, no es una red ad hoc verdaderamente 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 o no. 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 funcionar, el resto de los nodos aún pueden comunicarse entre sí, directamente o a través de uno o más nodos intermedios. Las redes de malla inalámbricas pueden autoformarse y autorrepararse. Las redes de malla inalámbricas funcionan con diferentes tecnologías inalámbricas, incluidas 802.11 , 802.15 , 802.16 y tecnologías celulares, y no necesitan estar restringidas a ninguna tecnología o protocolo en particular.

Historia

Las redes de radio inalámbricas en malla se desarrollaron originalmente para aplicaciones militares, de modo que cada nodo pudiera funcionar dinámicamente como enrutador para todos los demás nodos. De esa manera, incluso en caso de falla de algunos nodos, los nodos restantes podrían continuar comunicándose entre sí y, si fuera necesario, servir como enlaces ascendentes para los otros nodos.

Los primeros nodos de redes inalámbricas en malla tenían una única radio semidúplex que, en cualquier momento, podía transmitir o recibir, pero no ambas cosas al mismo tiempo. Esto fue acompañado por el desarrollo de redes en malla compartidas . Esto fue reemplazado posteriormente por hardware de radio más complejo que podía recibir paquetes de un nodo ascendente y transmitir paquetes a un nodo descendente simultáneamente (en una frecuencia diferente o un canal CDMA diferente). Esto permitió el desarrollo de redes en malla conmutadas . A medida que el tamaño, el costo y los requisitos de energía de las radios disminuyeron aún más, los nodos pudieron equiparse de manera rentable con múltiples radios. Esto, a su vez, permitió que cada radio manejara una función diferente, por ejemplo, una radio para el acceso del cliente y otra para los servicios de backhaul.

El trabajo en este campo se ha visto facilitado por el uso de métodos de teoría de juegos para analizar estrategias de asignación de recursos y enrutamiento de paquetes. [2] [3] [4]

Características

Arquitectura

La arquitectura de malla inalámbrica es un primer paso hacia la provisión de una movilidad baja y rentable en un área de cobertura específica. La infraestructura de malla inalámbrica es, en efecto, una red de enrutadores sin el cableado entre nodos. Está formada por 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 amplifican la señal, sino que pasan datos de manera 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 redes de "topología relativamente estable", salvo por fallas ocasionales de nodos o la incorporación de nuevos nodos. La ruta del tráfico, que se genera a partir de una gran cantidad 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 redes de malla de cliente el tráfico fluye entre pares arbitrarios de nodos. [5]

Si la tasa de movilidad entre nodos es alta, es decir, las interrupciones de enlaces ocurren con frecuencia, las redes de malla inalámbricas comienzan a fallar y tienen un bajo rendimiento de comunicación. [6]

Gestión

Este tipo de infraestructura puede ser descentralizada (sin un servidor central) o administrada de forma centralizada (con un servidor central). [7] Ambas son relativamente económicas 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 mayores. La topología de una red en malla debe ser relativamente estable, es decir, no debe tener demasiada movilidad. Si un nodo se sale de la red, debido a una falla de hardware o cualquier otra razón, sus vecinos pueden encontrar rápidamente otra ruta utilizando un protocolo de enrutamiento.

Aplicaciones

Las redes en 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 del campo de batalla, aplicaciones de video móvil de alta velocidad a bordo del transporte público, telemetría de autos de carrera en tiempo real o acceso a Internet autoorganizado para comunidades. [8] Una posible aplicación importante para las redes en malla inalámbricas es VoIP. Al utilizar un esquema de calidad de servicio, la malla inalámbrica puede soportar el enrutamiento de llamadas telefónicas locales a través de la malla. La mayoría de las aplicaciones en redes en malla inalámbricas son similares a las de las redes ad hoc inalámbricas .

Algunas aplicaciones actuales:

Operación

El principio es similar a la forma en que viajan los paquetes a través de 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 debe comunicar información de enrutamiento a otros dispositivos de la red. Luego, cada dispositivo determina qué hacer con los datos que recibe: pasarlos al siguiente dispositivo o conservarlos, según el protocolo. El algoritmo de enrutamiento utilizado debe intentar siempre garantizar que los datos tomen la ruta más adecuada (más rápida) hasta su destino.

Malla multiradio

La malla multiradio se refiere a tener diferentes radios que operan en diferentes frecuencias para interconectar nodos en una malla. Esto significa que hay una frecuencia única utilizada para cada salto inalámbrico y, por lo tanto, un dominio de colisión CSMA dedicado . Con más bandas de radio, es probable que el rendimiento de la comunicación 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.

Temas de investigación

Uno de los artículos sobre redes inalámbricas en malla más citados identificó las siguientes áreas como problemas de investigación abiertos en 2005:

Ejemplos

En distintos momentos se han iniciado varias redes comunitarias inalámbricas como proyectos de base en todo el mundo.

Otros proyectos, a menudo propios o vinculados a una única institución, son:

Protocolos

Protocolos de enrutamiento

Existen más de 70 esquemas que compiten entre sí para enrutar paquetes a través de redes en malla. Algunos de ellos son:

El IEEE ha desarrollado un conjunto de estándares bajo el título 802.11s .

Puede encontrarse una lista menos detallada en la lista de protocolos de enrutamiento ad hoc .

Protocolos de autoconfiguración

Se pueden utilizar protocolos de autoconfiguración estándar, como DHCP o la autoconfiguración sin estado de IPv6, en redes en malla.

Los protocolos de autoconfiguración específicos de la red en malla incluyen:

Comunidades y proveedores

Véase también

Referencias

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