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Projetando sistemas híbridos: combinando comunicação com fio e sem fio

Introdução

A proliferação de dispositivos de Internet das Coisas (IoT) e das tecnologias da Indústria 4.0 inaugurou uma era de sistemas interconectados, nos quais dispositivos e máquinas se comunicam para otimizar operações e aumentar a produção. As tecnologias de comunicação com fio e sem fio são essenciais para viabilizar essa conectividade. Sistemas de comunicação com fio, como conexões Ethernet e fibra óptica, proporcionam estabilidade e altas velocidades de transferência de dados. Sistemas de comunicação sem fio, como Wi-Fi, redes celulares e LPWAN (Rede de Área Ampla de Baixo Consumo), permitem mobilidade e flexibilidade. Cada um tem seu próprio conjunto de pontos fortes e limitações. Nesse contexto, os sistemas híbridos preenchem a lacuna ao combinar o melhor dos dois mundos para desenvolver infraestruturas de comunicação resilientes e versáteis. Este artigo discute a importância dos sistemas híbridos e oferece insights sobre seu design, benefícios, tipos e melhores práticas.

O que é topologia de rede híbrida

É uma combinação de duas ou mais topologias de rede. As topologias disponíveis são estrela, anel, barramento e malha. Geralmente, redes híbridas são construídas usando apenas as topologias estrela e anel.

A topologia híbrida opera nos protocolos Wi-Fi (802.11 a/b/g) e Ethernet (802.3). Essa rede depende principalmente de roteadores híbridos, como hubs e switches, para se conectar facilmente a computadores sem fio e com fio. O diagrama da topologia híbrida é apresentado abaixo.

Figura 1: Topologia híbrida em rede de computadores

Duas ou mais topologias de rede estão interconectadas na rede abaixo, e cada topologia possui seu próprio conjunto de nós. A interconexão resultante permite que os nós em uma topologia básica específica se comuniquem com nós em uma topologia básica semelhante, bem como com nós em outra topologia básica na rede híbrida.

Neste tipo de topologia, podemos escolher o backbone da rede, como um switch/hub, e divisões da rede que diferem principalmente devido ao seu layout topológico. As topologias de rede são uma das divisões da rede. Todo o sistema de redes de computadores depende predominantemente do backbone da rede, que é conectado por segmentos de rede.

Benefícios dos sistemas híbridos

  1. Confiabilidade e redundância aprimoradas: Sistemas híbridos são construídos com a redundância em mente, garantindo que a comunicação permaneça ininterrupta durante uma falha ou interrupção. Um sistema híbrido pode alternar automaticamente para o meio mais confiável em tempo real, combinando componentes com fio e sem fio. Essa redundância reduz o tempo de inatividade, vital para aplicações críticas, como sistemas de controle industrial e serviços de emergência.
  2. Maior adaptabilidade e escalabilidade: Sistemas híbridos são mais adaptáveis a necessidades em mudança. Componentes sem fio podem ser rapidamente adicionados sem necessidade de uma extensa nova fiação quando mais dispositivos ou usuários precisam ser incorporados. Além disso, sua flexibilidade expande redes para cobrir regiões maiores, possibilitando o surgimento de cidades inteligentes e operações industriais de grande escala.
  3. Custo-benefício aprimorado: Um fator crucial no projeto do sistema é equilibrar o custo de instalação e manutenção com os benefícios de desempenho. Sistemas híbridos podem ser mais econômicos do que alternativas exclusivamente cabeadas ao estender a cobertura sobre áreas amplas ou lidar com locais remotos e de difícil acesso. Eles reduzem o custo total de implantação ao minimizar a quantidade de cabos e infraestrutura caros.

Tipos de topologia híbrida

Os dois tipos mais utilizados de topologias híbridas são os seguintes:

  1. Topologia híbrida estrela-anel: A topologia híbrida estrela-anel é gerada pela conexão das topologias estrela e anel. A conexão por cabo conecta duas ou mais topologias estrela à topologia anel. Como essa topologia é tanto unidirecional quanto bidirecional, os dados viajam em ambas as direções. Esse design oferece mais confiabilidade, pois se qualquer nó na rede falhar ao enviar dados, os nós restantes não são afetados.
Figura 2: Topologia híbrida anel-estrela

  1. Topologia híbrida estrela-barramento: A topologia estrela-barramento pode ser construída conectando as topologias estrela e barramento por meio de uma conexão interligada. Essa topologia híbrida melhora a confiabilidade e a taxa de transferência. Essa topologia é bidirecional, o que significa que os dados podem ser enviados em ambas as direções. A topologia principal de barramento atua como uma conexão de backbone para conectar as topologias estrela nessa configuração. O link de backbone, nesse caso, é uma conexão com fio.
Figura 3: Topologia híbrida estrela-barramento

Desafios no design de sistemas híbridos

No entanto, integrar tecnologia com fio e sem fio apresenta seu próprio conjunto de desafios.

  1. Integração de tecnologia com fio e sem fio: Garantir que os componentes com fio e sem fio funcionem em conjunto é uma tarefa difícil. Podem surgir problemas de compatibilidade entre tecnologias distintas, e um entendimento completo de cada uma é essencial para resolver esses desafios adequadamente.
  2. Gerenciamento de interferência e deterioração do sinal: A comunicação sem fio é suscetível a interferências, deterioração do sinal e limites de alcance, o que pode impactar a confiabilidade do sistema híbrido. Implementar maneiras de reduzir esses desafios é crucial, como a localização ideal dos pontos de acesso sem fio e protocolos de comunicação resistentes a interferências.
  3. Garantir uma transferência de comunicação impecável: O processo de transferência para dispositivos móveis e aplicativos que precisam alternar entre conexões com fio e sem fio deve ser impecável. Garantir que os dispositivos possam alternar entre modos de comunicação sem interferir na experiência do usuário é um aspecto crítico do projeto do sistema.

Considerações no projeto de sistemas híbridos

  1. Identificação da melhor combinação de componentes com fio e sem fio: Uma avaliação completa das necessidades é essencial para identificar a melhor combinação de componentes com fio e sem fio. Isso envolve examinar os requisitos específicos da aplicação e do ambiente.
  2. Seleção adequada de protocolos de comunicação: Selecionar protocolos de comunicação adequados aos requisitos do sistema híbrido é fundamental. Isso inclui escolher os padrões sem fio apropriados (como Wi-Fi, redes celulares e LPWAN) e protocolos com fio (como Ethernet e fibra óptica).
  3. Garantir compatibilidade e interoperabilidade: Para permitir uma integração perfeita, todos os componentes dentro do sistema híbrido devem ser compatíveis e interoperáveis. Para manter um alto nível de desempenho, testes e validações devem ser realizados regularmente.

A Newark fez parceria com muitos fornecedores que atendem a uma ampla gama de portfólios de antenas para conectividade sem fio, como conectividade sem fio Bluetooth, Bluetooth, kits de desenvolvimento RF/sem fio, módulos e adaptadores Bluetooth, adaptadores Bluetooth e mais.

Contato da Newark no Brasil

Para mais informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: [email protected] 

* Texto originalmente publicado no link, adaptado pela Equipe Embarcados.

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