Vermaschte Netze (Mesh-Netzwerke) sind eine leistungsstarke Methode zur Weiterleitung von Daten. Die Reichweite wird erhöht, weil die Daten von Knoten zu Knoten weitergereicht werden können, und die Zuverlässigkeit wird durch die „Selbstheilung” vergrößert, also die Fähigkeit, alternative Pfade zu schaffen, wenn ein Knoten ausfällt oder eine Verbindung getrennt wird. Ein beliebtes Protokoll für Mesh-Netzwerke ist ZigBee, das speziell für Anwendungen mit geringer Datenrate und niedriger Leistung konzipiert ist. Digi International bietet verschiedene Produkte an, die auf ZigBee basieren. Zusätzlich hat Digi ein alternatives Mesh-Protokoll mit dem Namen DigiMesh entwickelt. ZigBee und DigiMesh bieten jeweils besondere Vorteile, die für unterschiedliche Anwendungen von Bedeutung sind. Im vorliegenden Beitrag werden diese Vorteile beschrieben.
ZigBee-Knoten
Das ZigBee-Protokoll definiert drei Knotentypen: Koordinatoren, Router und Endgeräte. Dabei ist pro Netzwerk jeweils ein Koordinator erforderlich. Auch wenn alle Knoten Daten senden und empfangen können, unterscheiden sie sich in ihren jeweiligen Funktionen.
Koordinatoren bilden den leistungsfähigsten Knotentyp. In jedem Netzwerk gibt es genau einen Koordinator, bei dem es sich um das Gerät handelt, mit dem das Netzwerk ursprünglich begonnen hat. Er kann Informationen über das Netzwerk speichern, darunter auch Sicherheitsschlüssel.
Router fungieren als Zwischenknoten, die Daten von anderen Geräten weitergeben.
Bei den Endgeräten kann es sich um energiesparende / akkubetriebene Geräte handeln. Sie besitzen genügend Funktionen, um mit ihren übergeordneten Geräten (entweder dem Koordinator oder einem Router) zu kommunizieren, können aber keine Daten von anderen Geräten weitergeben. Diese reduzierte Funktionalität bietet das Potenzial für eine Senkung ihrer Kosten.
ZigBee bietet die folgenden Vorteile:
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Offener Standard mit Interoperabilität zwischen Herstellern
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Möglichkeit für kostengünstigere Endknoten mit reduziertem Funktionssatz
DigiMesh-Knoten
DigiMesh besitzt nur einen Knotentyp. Als homogenes Netzwerk können alle Knoten Daten weiterleiten und sind austauschbar. Es gibt keine über- und untergeordneten Knoten. Alle Knoten können als energiesparende / akkubetriebene Geräte konfiguriert werden.
DigiMesh bietet die folgenden Vorteile:
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Einfachere Netzwerkeinrichtung
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Mehr Flexibilität für die Erweiterung des Netzwerks
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Größere Zuverlässigkeit in Umgebungen, in denen bei Routern sporadisch Störungen oder Schäden auftreten
Router im Sleep-Modus
Die Möglichkeit, einen Knoten in den Sleep-Modus zu schalten, senkt den Energieverbrauch, was speziell für akkubetriebene Knoten hilfreich ist. Derzeit lässt ZigBee den Sleep-Modus lediglich für Endgeräte zu, nicht aber für Router oder Koordinatoren. DigiMesh hingegen erlaubt den Sleep-Modus auf allen Knoten und verlängert so die Lebensdauer der Akkus.
Der Schlaf-Modus wird durch Zeitsynchronisation ermöglicht. Manche Systeme benötigen ein Gateway oder einen Koordinator, um die Zeitsynchronisation durchzuführen. Ein wichtiger Vorteil von DigiMesh besteht darin, dass es die Fehlerstelle eliminiert, die damit verbunden ist, dass ein Koordinator oder Gateway erforderlich ist. DigiMesh führt die Zeitsynchronisierung stattdessen über ein Nominierungs- und Auswahlverfahren durch, mit dessen Hilfe das Netzwerk autonom arbeiten kann.
Weitere Unterschiede
Da es sich bei ZigBee um einen offenen Standard handelt, bietet es das Potenzial zur Interoperabilität mit Geräten unterschiedlicher Anbieter. Dies ermöglicht Firmware-Updates über die Luftschnittstelle. Zusätzlich bietet ZigBee bewährte Profile für verbreitete Anwendungen wie die Energieverwaltung und die Lichtsteuerung. Eine gutes Sortiment von Support-Diagnosewerkzeugen wie HF-Paket-Sniffer ist ebenfalls erhältlich.
Als geschütztes Protokoll ermöglicht DigiMesh eine striktere Kontrolle des Coderaums und damit mehr Raum für eine Zunahme der Funktionen. DigiMesh ist auf Plattformen mit größerer Reichweite und mehr HF-Datenratenoptionen erhältlich. Die Frame-Nutzlast ist im Allgemeinen größer, was den Durchsatz für Anwendungen erhöhen kann, die größere Datenblöcke senden. Darüber hinaus verwendet DigiMesh eine vereinfachte Adressierungsmethode, mit der die Netzwerkeinrichtung und die Fehlerbehebung verbessert wird.
Fazit
ZigBee und DigiMesh sind hervorragende Protokolle für Mesh-Netzwerke, die jeweils eigene Vorteile bieten. Welches Protokoll ist das richtige für Sie? Hier ist ein ganz allgemein gehaltener Leitfaden.
Entscheiden Sie sich für ZigBee, wenn Sie Folgendes benötigen:
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Ein Produkt auf Basis eines offenen Standards
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Das Potenzial zur Interoperabilität mit Geräten unterschiedlicher Anbieter
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Firmware-Upgrades über die Luftschnittstelle
Entscheiden Sie sich für DigiMesh, wenn Sie Folgendes benötigen:
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Die Möglichkeit des Schlaf-Modus auf allen Knoten
Vereinfachte Einrichtung und Erweiterung von Netzwerken.
Robustere Mesh-Netzwerke (keine Abhängigkeiten zwischen über- und untergeordneten Knoten). Schnelle 900 MHz (bis zu 156 kbit/s)
Optionen mit größerer Reichweite, bis zu 64 km bei jedem Hop Größere Frame-Nutzlasten
Kleinerer Coderaum, der mehr Raum für Spezialfunktionen bietet