Mesh-Netzwerke

Dezentralisierte Netzwerk-Topologien und ihre Funktionsweise

Was ist ein Mesh-Netzwerk?

Ein Mesh-Netzwerk ist eine dezentralisierte Netzwerk-Architektur, in der jeder Knoten (Node) direkt mit mehreren anderen Knoten verbunden sein kann. Im Gegensatz zu traditionellen Stern-Netzwerken, die einen zentralen Server benötigen, funktionieren Mesh-Netzwerke ohne zentrale Infrastruktur.

Schlüsseleigenschaften:

  • ✓ Dezentralisiert: Kein zentraler Server erforderlich
  • ✓ Selbstheilend: Ausfallende Knoten beeinflussen das Netzwerk nicht
  • ✓ Skalierbar: Neue Knoten können dynamisch hinzugefügt werden
  • ✓ Redundant: Mehrere Pfade für Datenpakete möglich
  • ✓ Resilient: Funktioniert auch bei Teilnetzwerkausfällen

Mesh-Topologien

Vollständiges Mesh (Full Mesh)

Jeder Knoten verbindet sich mit jedem anderen Knoten.

Vorteile: Maximale Redundanz, beste Fehlertoleranz

Nachteil: Hohe Bandbreite und Stromverbrauch

Partielles Mesh (Partial Mesh)

Jeder Knoten verbindet sich mit einigen (nicht allen) anderen Knoten.

Vorteile: Gute Balance zwischen Effizienz und Redundanz

Ideal für: LoRaMesh und andere praktische Anwendungen

Routing-Ansätze

Flooding

Der einfachste Routing-Ansatz: Nachrichten werden an alle Nachbarn weitergeleitet.

Wie es funktioniert: Ein Knoten sendet eine Nachricht an alle anderen Knoten, die diese wiederum an ihre Nachbarn weitergeben.

Vorteile: Sehr zuverlässig, keine Routentabellen notwendig

Nachteile: Hoher Bandbreitenverbrauch, Nachrichten können sich vervielfachen

Verwendet von: Meshtastic und einfachen Mesh-Implementierungen

Intelligentes Routing

Knoten lernen optimale Pfade und senden Nachrichten gezielt (z.B. OLSR, AODV).

Wie es funktioniert: Knoten führen Routentabellen und senden Nachrichten nur über effiziente Pfade.

Vorteile: Geringerer Bandbreitenverbrauch, optimale Pfade

Nachteile: Komplexer, höherer Speicherbedarf

Verwendet von: MeshCore (Hybrid Routing)

Selbst-Heilungsmechanismen

Ein Vorteil von Mesh-Netzwerken ist ihre Fähigkeit zur Selbstheilung. Wenn ein Knoten ausfällt oder die Verbindung zu ihm unterbrochen wird, finden die anderen Knoten automatisch alternative Pfade:

1

Knoten-Erkennung

Nachbarknoten bemerken, dass ein Knoten nicht mehr antwortet.

2

Pfad-Umleitung

Nachrichten werden automatisch über alternative Routen weitergeleitet.

3

Netzwerk-Neubau

Das Netzwerk reorganisiert sich, um optimal mit den verfügbaren Knoten zu funktionieren.

Anwendungsfälle

Katastrophenschutz

Mesh-Netzwerke funktionieren wenn traditionelle Infrastruktur ausfällt.

Off-Grid Kommunikation

Abgelegene Gebiete ohne Mobilfunk- oder Internet-Versorgung.

Community Networks

Lokale Kommunikationsnetze ohne externe Abhängigkeiten.

IoT und Sensornetzwerke

Verteilte Sensoren in Mesh-Topologie mit Selbstheilung.

Zusammenfassung

Mesh-Netzwerke bieten eine dezentralisierte, selbstheilende und robuste Alternative zu traditionellen Stern-Netzwerken. Sie sind ideal für Szenarien, in denen zentrale Infrastruktur nicht verfügbar oder nicht zuverlässig ist. LoRaMesh nutzt Mesh-Technologie über LoRa-Radio für ultra-lange Reichweite und minimalen Stromverbrauch.