Sieć Mesh (IEEE 802.11s) - jest to standard zatwierdzony przez IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) w 2011 roku. Sieć Mesh zbudowana jest na podstawie topologii siatki (stąd też jej nazwa mesh, co po polsku znaczy siatka). Głównym jej założeniem jest możliwość komunikacji pomiędzy elementami sieci, bez konieczności korzystania z jednostki centralnej, jaką jest router bądź punkt dostępowy. Jednocześnie routery lub punkty dostępowe wyposażone w technologię Mesh, działają w obrębie danej sieci zwiększając jej zasięg.

Urządzenia tworzące sieć Mesh, w odróżnieniu od wzmacniaczy sygnałów, pozwalają na tworzenie sieci w ramach jednego SSID, oznacza to, że nasz smartfon lub komputer widzi tylko jedną sieć WiFi, a za przełączanie się pomiędzy urządzeniami nadawczymi odpowiadają elementy tej sieci. Dzięki zastosowaniu dodatkowego kanału do komunikacji pomiędzy urządzeniami sieciowymi, możliwe jest uzyskanie wyższych prędkości oraz większej ilości podłączonych uczestników sieci. Producenci coraz częściej implementują funkcję Mesh w swoich routerach, wzmacniaczach sygnału i punktach dostępowych, co bardzo ułatwia implementacje tej technologii nawet dla domowych zastosowań.

Topologia siatki dzieli się na dwa typy:

• pełna siatka - każde urządzenie ma fizyczne (przewodowe lub bezprzewodowe) połączenie z każdym innym urządzeniem w danej sieci,

Rys. 1. Topologia pełnej siatki

• częściowa siatka - urządzenia mają różną liczbę połączeń do innych urządzeń w sieci.

Rys. 2. Topologia częściowej siatki

Zastosowania sieci Mesh

Topologie Mesh bardzo często stosowane są w infrastrukturach sieciowych. Niska awaryjność i możliwość łączności bezprzewodowej pomiędzy urządzeniami pozwala na stworzenie bardzo rozbudowanych sieci w firmach, biurach, galeriach handlowych, szkołach, hotelach i innych budynkach gdzie wymagane jest pokrycie sporego obszaru siecią WiFi.

Sieci Mesh – wady i zalety

Zaletami sieci Mesh są:

• Zwiększenie zasięgu sieci WiFi w obrębie jednego SSID.
• Brak utraty połączenia - wiele punktów dostępowych połączonych w technologii Mesh pozwala nam na utrzymywanie połączenia na całym pokrytym przez nie obszarze bez konieczności przełączania się pomiędzy oddzielnymi SSID sieci.
• Łatwa rozbudowa - najczęściej rozbudowa sieci Mesh kończy się na zakupie kompatybilnego routera i skonfigurowania go w aplikacji mobilnej.

Wadami sieci Mesh są:

• Cena - urządzenia pracujące w technologii Mesh często są droższe od swoich odpowiedników bez tej technologii.
• Brak kompatybilności pomiędzy producentami w tańszych urządzeniach - producenci, pomimo że wspierają technologię Mesh, stosują jej implementacje, które nie są ze sobą kompatybilne. Najczęściej kompatybilność kończy się na jednej serii danego producenta, na przykład: Tp-Link Deco nie jest kompatybilne z tańszym Tp-Link OneMesh.

Przykładowe standardy Mesh znanych producentów

• Reyee Mesh
• Tp-Link OneMesh
• Tp-Link EasyMesh
• Tp-Link Omada Mesh
• Cudy Whole Home Mesh
• Asus AiMesh

Sieci Mesh w zastosowaniu Smart Home – rozwiązań inteligentnego domu

Producenci systemów inteligentnego domu – Smart Home oferują urządzenia podające nam informacje na przykład o pogodzie, zanieczyszczeniu powietrza lub też o nasłonecznieniu. Każde z tych urządzeń może wysyłać zebrane przez siebie dane na nasz własny serwer taki jak na przykład „Home Assistant”, „Openhab” czy też „Domoticz”. Rozwiązanie to powoduje konieczność konfiguracji każdego z urządzeń z osobna. Niekiedy też nasze prywatne serwery nie będą w stanie obsłużyć tego typu urządzeń, gdyż będą one miały zamknięty dostęp do sterowania przez lokalne interfejsy programowania. Problem ten rozwiązują aplikacje producentów, które łączą urządzenia Smart Home bezpośrednio z chmurą, nie musimy się wtedy martwić o trudną konfigurację, gdyż z reguły wystarczy zeskanować kod QR na danym urządzeniu i podać hasło do naszej sieci WiFi. Protokół WiFi jest bardzo prosty w wykorzystaniu do połączenia urządzeń z chmurą, lecz ma jedną bardzo dużą wadę, jest nieefektywny energetycznie. W odpowiedzi na to powstał protokół ZigBee.

ZigBee

ZigBee jest to protokół rozwijany od 2002 roku przez organizację ZigBee Alliance, w skład której wchodzą takie firmy jak Philips, Xiaomi, Siemens, Samsung, Amazon, Bosch oraz Motorola. Zapewnia on transmisję bezprzewodową w paśmie 2.4 GHz (globalnie) oraz 868 MHz (Europa) i 915 MHz (Ameryka). Maksymalną prędkością, jaką możemy osiągnąć na paśmie 2.4 GHz jest 250 kb/s, dla 868 MHz jest to już tylko 100 kb/s a dla pasma 915 - 921 MHz osiągamy aż 500 kb/s. Zasięg urządzeń wyposażonych w ten protokół wynosi do 100 metrów. Aby skorzystać z dobrodziejstw ZigBee musimy wyposażyć się w stosowny koordynator nazywany potocznie „bramką”. Bramka służy nam za odbiornik protokołu ZigBee z czujników gdzie przekazuje go do chmury poprzez połączenie internetowe. Zasięg transmisji czujników możemy rozszerzyć za pomocą wzmacniaczy sygnałów. Urządzenia ZigBee mogą łatwo komunikować się z każdym urządzeniem podłączonym do tej samej sieci ZigBee, dzięki czemu dane będą przekazywane poprzez inne urządzenie tak, aby mogły trafić do celu (w tym przypadku koncentratora).

Rys. 3. Protokół ZigBee - sposób komunikacji urządzeń

ZED - ZigBee End Device - urządzenie końcowe ZigBee

ZR - ZigBee Router - Router Zigbee zwiększający zasięg koncentratora

ZC - ZigBee Coordinator - koncentrator ZigBee łączy urządzenia ZigBee z Internetem

Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy - jest to odmiana technologii Bluetooth o znacznie mniejszym zapotrzebowaniu na energię elektryczną. W przeciwieństwie do ZigBee, protokół ten nie wymaga do pracy koncentratora. Pozwala to nam podłączać na bliskich odległościach urządzenia bezpośrednio do naszego smartfona, jednak po odejściu poza zasięg urządzenia nie otrzymamy już z niego żadnych danych. Podłączenie urządzeń wyposażonych w Bluetooth Low Energy do chmury odbywa się za pośrednictwem koncentratorów. Urządzenia takie jak czujniki ruchu mogą pracować w topologii Mesh co zapewnia niezawodność i gwarancję, że zostaniemy poinformowani o stanie urządzenia, nawet gdy na początku czujnik utraci połączenie z wcześniej wybranym punktem odbiorczym.