La comunicación de red en malla (mesh networking, como es conocida en inglés) permite obtener muchas de las mejoras necesarias con muy pocas desventajas. Esta topología de red es muy útil para aplicaciones que requieren comunicación a largas distancias, cobertura de una extensa área, mayor resistencia a fallos de elementos individuales o un consumo de potencia menor.

Principios de funcionamiento

Topología de red en malla: cada nodo actúa como sensor y enrutador.

En esta topología de red generalmente se dispone de nodos que cumplen la doble función de ser sensores y al mismo tiempo enrutadores. Dichos nodos, aparte de capturar y diseminar su propia información, también encaminan la información de otros nodos a través de la red, colaborando entre ellos para propagar la información de la manera más adecuada posible entre el nodo transmisor y el nodo receptor.

Generalmente esta red también dispone de un nodo del tipo gateway, el cual permite a los demás nodos comunicarse con aplicaciones ajenas a la red.

Es posible también que se dispongan nodos que solo cumplan la función de sensores, los cuales solo propagan su propia información. Con la reducción de costos y el aumento de capacidad de procesamiento de los sistemas electrónicos, esta opción no es dominante.

Además, es necesario tomar en consideración la poca flexibilidad que ofrece colocar este tipo de nodos, pues como no pueden retransmitir la información de otros nodos se disminuyen muchas de las ventajas anteriormente mencionadas. Por lo tanto, deben ubicarse en áreas físicamente menos estratégicas, de manera de no afectar significativamente el funcionamiento de la red.

Aplicaciones

Las redes en malla se aplican en automatización industrial, edificaciones inteligentes, IoT y más.

Las aplicaciones de las redes con topología de malla generalmente se relacionan con las ventajas que ofrecen. Estas suelen incluir:

• Automatización industrial
• Gestión de energía
• Edificaciones inteligentes
• Gestión de activos
• Wearables
• IoT

Retos a superar

Una desventaja a destacar de esta forma de comunicación es que su complejidad es mayor que la de otras topologías, tales como las punto a punto, de estrella o de anillo. Por lo tanto, existe la posibilidad de que ocurran problemas inherentes a dicha complejidad.

Otra limitación es que cuando se emplea un gateway, la comunicación con el exterior depende del correcto funcionamiento del mismo. Sin embargo, al añadirse más gateways a la red —siempre que esta lo permita— se obtiene una reducción parcial de fallos de comunicación entre los dispositivos internos y los sistemas externos.

También se observa que la latencia de la comunicación aumenta, debido al retardo en procesamiento y retransmisión de la información que viaja entre el transmisor y el receptor.

Por último, es posible que se deba realizar un comisionamiento o al menos una puesta a punto para optimizar el tráfico de red; esto último depende del protocolo a utilizar.

Algunos protocolos relacionados con la comunicación en malla

Principales protocolos de red en malla para aplicaciones IoT y automatización.

6LoWPAN: su nombre proviene de IPv6 Low-Power Wireless Personal Area Network (red de área personal de baja potencia IPv6). Es un protocolo de red IP que define sus propios mecanismos de compresión y encapsulamiento de cabecera. La ventaja de ser IPv6 es la gran cantidad de direcciones de red disponibles (3,4×10³⁸ direcciones).

6LoWPAN es un protocolo de malla robusto, escalable y resistente a fallos. Los dispositivos pueden enrutar datos destinados a otros dispositivos, mientras que los nodos anfitriones son capaces de entrar en modo de bajo consumo durante largos períodos de tiempo.

Bluetooth: a partir de la versión 4.2, a través de su Perfil de Soporte de Protocolo de Internet, permitirá a los sensores inteligentes Bluetooth acceder a Internet directamente a través de la conectividad 6LoWPAN. Esta conectividad IP hace posible el uso de la infraestructura IP existente para gestionar los dispositivos de "borde" Bluetooth inteligentes.

Zigbee: es un protocolo de red ampliamente usado en el ámbito industrial. Esta tecnología opera a 2,4 GHz y sus aplicaciones objetivo son aquellas que requieren el intercambio de datos relativamente infrecuente a bajas velocidades de transmisión sobre un área restringida y dentro de un rango de 100 metros, como en una casa o edificio.

Su operación a baja potencia, alto nivel de seguridad, robustez y alta escalabilidad la posicionan para aprovechar las redes de control y de sensores inalámbricos en aplicaciones M2M e IoT.

Z-Wave: es una tecnología de comunicaciones por RF de baja potencia diseñada principalmente para la automatización del hogar, en el control de luminarias, climatización, sistemas de seguridad, equipos multimedia, ventanas automatizadas y controles de acceso. Está optimizada para la comunicación fiable y de baja latencia a través de pequeños paquetes de datos con velocidades de hasta 100 kbit/s.

Z-Wave utiliza una arquitectura de red en malla del tipo enrutada a fuente. Los dispositivos pueden comunicarse entre sí mediante el uso de los nodos para enrutar activamente y sortear obstáculos o puntos muertos de RF que podrían ocurrir en un entorno multitrayecto de una casa.

WiFi: aunque WiFi no maneja activamente protocolos de red en forma de malla, se pueden utilizar algoritmos de software adecuados para adaptar los requerimientos de ambas tecnologías. En el ámbito del software libre u open source, existen dos protocolos destacados.

Uno de ellos es Babel, un protocolo con capacidad de evitar bucles y con algoritmo de vector para IPv6 e IPv4, con propiedades de convergencia rápida. Se basa en las ideas de DSDV, AODV y EIGRP de Cisco, pero está diseñado para trabajar bien no solo en redes cableadas, sino también en redes de malla inalámbrica.

Otro protocolo es B.A.T.M.A.N., cuyo nombre proviene de Better Approach To Mobile Adhoc Networking (mejor aproximación a redes móviles AdHoc). Su punto crucial es la descentralización del conocimiento sobre la mejor ruta a través de la red, donde no hay un solo nodo que contenga todos los datos. WiFi, por ser un protocolo optimizado para alta velocidad de transmisión, no es muy adecuado para transmisiones de baja potencia.

SmartMesh: es una tecnología de red en malla basada en el proyecto SmartDust, financiado por la DARPA a finales de la década de los 90. Ofrece uno de los consumos de potencia más bajos de la industria y uno de los productos de redes de sensores inalámbricos más confiables, ampliamente probados en campo.

Según el fabricante, ofrece más del 99,999 % de fiabilidad en la entrega de datos en entornos difíciles para la comunicación por RF, lo cual asegura una correcta intercomunicación de los sensores y de los sistemas de control. También ofrece algoritmos de cifrado, autenticación y verificación de integridad de los mensajes.

Esta tecnología puede ser usada en aplicaciones tales como centros de datos, automatización industrial, energía renovable, transporte, monitoreo remoto y automatización de edificaciones.