ワイヤレスメッシュネットワークはPANアプリケーションに限定されていますか？

Zigbeeについて読むと、パーソナルエリアネットワークを作成するためのテクノロジーとして説明されているように見えます。私は6lowPANについても読んでいますが、これはメッシュ設定で発生するようで、少なくとも私の考えでは、メッシュはPANアプリケーションに限定されているという考えを固めています。

ネットワークサイズの点で本質的に制限するメッシュネットワーキングについて何かありますか？

Zigbeeを使用したホームオートメーションガジェットを既に持っているので、Zigbeeネットワークは、少なくとも10〜15ノードのアパートサイズのワイヤレスネットワークに適していることをすでに知っています。

たとえば、Zigbeeネットワークを拡張して、100アパートのアパートブロックにスマート照明を提供した場合、いくつかの制限を感じ始めますか？

それは非常に良い質問であり、実際に私の現在の研究トピックです。私は適切だが簡潔な答えを出すようにしています¹。

IEEE 802.15.4標準に基づくネットワーク（Zigbeeと6LoWPANはどちらも物理層とデータリンク層として使用します）と、ほとんどのトラフィックが共通のゲートウェイを通過するネットワークに焦点を当てます。ほとんどの議論はピアツーピアネットワークにも当てはまりますが、ネットワークとは何かを定義することはより困難です（たとえば、隣人とあなたの両方がZigbeeデバイスを使用している場合）。

_{fully質問に答えることで、博士論文全体を埋めることができれば幸いです;-)}

ネットワークサイズの点で本質的に制限するメッシュネットワーキングについて何かありますか？

ワイヤレスメッシュネットワークのスケーラビリティを制限するいくつかの要因があります。

• 単一のノードで処理できるトラフィックの量は一定であり、これは特にゲートウェイに当てはまります。したがって、一般に、ノードの数を2倍にすると、すべてのデバイスが最大で一度にパケット数の半分を送信できます。
• メッシュネットワークのノード数が増えると、ルーティングレイヤーとリンクレイヤーで多くの問題を生成する複雑な配置が発生する可能性が高くなります。1つの例は、重複した（したがって失敗した）送信の確率を増加させる隠れノードの問題です。
• パケットが宛先に到達するまでのホップ数が多いほど、パケットが失われる可能性が高くなります。非常に単純化：パケット送信が失敗する確率が99％の場合、hホップの確率は0.99 ^ hです。
• ノードが多いほど、維持が難しくなります。たとえば、ソフトウェアを手動で更新することは、10台のデバイスでは問題ありませんが、1,000台ではできません。したがって、何らかのリモートソフトウェア管理が必要です。

したがって、ネットワークサイズ自体には固有の制限はありませんが（おそらくアドレススペースは別として...）、信頼できる通信はますます複雑になり、エラーが発生しやすくなります。もちろん、すべてのノードが1日に1つのメッセージのみを送信する場合は、数千のノードを含むネットワークの展開が可能です。しかし、すべてのノードが毎秒多くのメッセージを送信する1,000ノードのネットワークでは、チャネルが過負荷になります。

とはいえ、これによってワイヤレスメッシュネットワーク自体が他のどのワイヤレステクノロジーよりも悪くなることはありません。プロバイダーは大量のワイヤレススペクトルを所有しているため、セルラーネットワークは数千のデバイスにしかサービスを提供できず、基地局でエリアを混乱させ、同時に通信したいデバイスはほとんどありません²。また、LoRaテクノロジーには確かに用途がありますが、主張されている非常にスケーラブルなネットワークでは、IEEE 802.15.4メッシュネットワークが提供できるスループットとはかけ離れています。

そして、あなたのコメントに対処するために：いいえ、全体的な距離は実際の問題ではありません。実際には、メッシュネットワークの主な利点はある大きな距離が電力を増加またはデータレートを低下させずに架橋することができます。

_{²セルラーネットワークが悪いとは言いたくありませんが、都市規模のセルラー展開のスケーラビリティを、単一のゲートウェイを持つワイヤレスメッシュネットワークと比較することはできません。（そして複数のゲートウェイが可能です。）}

ワイヤレスメッシュネットワークはPANアプリケーションに限定されていますか？

PANという用語の定義は、コンテキストによってはかなりあいまいです。唯一の違いが少数のノードである場合、答えは前の部分ですでに与えられています。ただし、その名前が示すように、「個人のワークスペースを中心としたデバイスを相互接続するためのネットワーク（Wikipedia）」を意味することもあります。したがって、この質問には別の側面があります。つまり、ワイヤレスメッシュネットワーク（IEEE 802.15.4に準拠）がパーソナルアプリケーションに限定されている場合です。

産業用無線メッシュネットワークは実現可能ですか？

私は、ソーラータワー発電所のコンテキストでワイヤレスメッシュネットワークの実現可能性を評価する研究プロジェクトに貢献していました。そして、私が言える限りでは、このアプリケーションでワイヤレスメッシュネットワークを使用することは非常に有望です。非常に大規模なネットワークを展開する機会はありませんでしたが、他にも非常に有望な産業展開があります。たとえば、

T O'donovan、J Brown、FBüsching、A Cardoso、J Cecı́lio、JDÓ、P Furtado、P Gil、A Jugel、WBPöttnerなど、ワイヤレス監視および制御のためのGINSENGシステム：設計および展開の経験。ACMトランス。上院議員 10（1）、4：1〜4:40（2013）。

ワイヤレステクノロジを使用する理由はたくさんありますが、ワイヤレスが必要なのは、動きがある場合だけです。これは特に、あらゆる種類の車両に当てはまります。さらに、現在、ワイヤレス技術を使用してケーブルキャリアを置き換える傾向がありますが、これはポイントツーポイント接続にすぎず、メッシュは必要ありません。

2番目の議論はコストの考慮事項となる可能性があります。ケーブルの配置は、特に屋外ではかなりのコストがかかる可能性があるため、たとえばソーラータワー発電所では、ワイヤレスデバイスは実際には必要とされていなくても、投資コストを（場合によっては大幅に）削減します。モビリティは関与していません。これは、他の産業用アプリケーションに適用できる場合とそうでない場合があります。明らかに、適切な数の基地局を選択すること、したがって単一のメッシュネットワークのサイズとパフォーマンスを選択することは、コストの考慮を伴うトレードオフでもあります。

それでは、なぜ産業用無線メッシュの導入がそれほど少ないのですか？

短い答え：ケーブルは素晴らしく、実績があるので！

最初は、ワイヤレス技術が本当に優れているアプリケーションを見つけることはそれほど明白ではありません（最後のセクションを参照）。次に、エネルギーの側面があります。エネルギーハーベスティングが非常にうまく機能するアプリケーションがあります（ソーラータワー発電所を含む）。唯一の電力用ケーブルはありますどこでも電力を提供し、古い工場を改装する際、実際にも、例えば、有益であるが、追加データケーブル用のスペースはありません。

確かに、将来的にははるかに多くの産業用ワイヤレスアプリケーションが存在し、ワイヤレスメッシュネットワークがニッチを見つけることになりますが、新しいテクノロジーは、問題がはるかに大きな影響を与える産業環境ではなく、個人環境で最初にアプリケーションを見つけることは明らかです。

編集：私はちょうどIEEEからIEEE 802.15.4規格のタイトルを変更したことに気づいた低レートの無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）のためのIEEE規格に低レートのワイヤレスネットワークのためのIEEE規格に従って、この補正シート昨年発表しました。これの理由は、おそらく私が上記で論じたように、「個人」はもはや標準に適合しないためです。

インターネットが一種のメッシュネットワークであると考える場合、あなたの答えは広い意味で見ることができます。

された質問特定のメッシュネットワークは、任意のスケーラビリティの問題をしていることは少し異なります。適切な種類の最適化により、特定の実装に対処するために変更されたネットワークプロトコルを設計するための十分な範囲があります。

ある時点で、メッシュアプ​​ローチが最適であるかどうか、またはハイブリッドアプローチに価値があるかどうかを検討することもできます。

考慮すべき要素は次のとおりです。

• 待ち時間の要件（ホップ数に関連）
• クロスネットワーク帯域幅（たとえば、隣人と話しているだけではなく、トラフィックが半分から他の半分に渡る量）。主要ノードの飽和が制限要因になる可能性があります。
• 展開構造。定期的にノードを配置している場合（街灯など）、これは疎な領域を持つ分布とは異なります。

あなたが説明する例はアパートのブロックにスケーリングすべきだと感じています。1秒間に表示されるデータトランザクションはごくわずかです。数ブロックに拡大できますが、通りや都市には拡大できません。数百万のデバイスまたはトランザクションの規模でアーキテクチャを証明することは困難です。