Améliorer la connectivité des robots avec Staex
Robots are no longer just machines programmed to perform a specific task. The future of robotics depends on the ability of these machines to work together in complex networks and coordinate their actions effectively. As a result, the topic of connectivity in robotics has gained significant importance, becoming a key factor in ensuring the overall efficiency and success of robotic systems.
Chez Spyrosoft Synergy, nous reconnaissons les besoins de la robotique dans le domaine de la communication et nous nous efforçons d'y répondre en mettant en œuvre les meilleures solutions possibles. À cette fin, nous avons établi unpartenariat avec Staex, dont le produit se démarque et apporte une nouvelle qualité au domaine de la communication pour la robotique (et au-delà).
Dans cet article, j'expliquerai les défis de connectivité auxquels la robotique est confrontée aujourd'hui et j'explorerai les utilisations possibles de la technologie Staex pour les résoudre.
Qu'est-ce que Staex ?
« Staex est une solution révolutionnaire plateforme de mise en réseau et d'orchestration logicielle. C'est un système fiable, chiffré et facile à gérer qui offre une communication pair à pair complète sans point de défaillance unique. »
Staex comprend deux composants :
– StaexMCC (Mesh Companion Container) – pour la mise en réseau
– StaexD (Staex Daemon) – pour l'orchestration de cartes informatiques à grande échelle dans des systèmes distribués
Les deux sont conçus pour être entièrement pair-à-pair et fonctionner sur des appareils aux ressources limitées, comme l'IoT industriel et les robots.
Dans cet article, nous nous concentrerons sur StaexMCC, car il offre certaines caractéristiques distinctives qui pourraient potentiellement être utilisées pour résoudre certains des défis de connectivité auxquels l'industrie de la robotique est actuellement confrontée.
Qu'est-ce que StaexMCC ?
StaexMCC is an industrial-grade VPN. It provides an overlay network for all robots and clouds that enables full connectivity between applications running on nodes within the network. The connection is reliable, encrypted and fully transparent for the applications. It is designed to provide reliable connectivity over unreliable networks. Thanks to the state-of-the-art congestion control algorithms and distributed architecture, StaexMCC provides the best performance, even for networks with high packet loss.
MCC repose sur une table de hachage distribuée (DHT) – Kademlia en tant que technologie DHT sous-jacente.
Qu'est-ce que Kademlia ?
Kademlia is a decentralised, peer-to-peer (P2P) network protocol that enables nodes in a distributed network to locate each other and share information efficiently. It was introduced in 2002 by Petar Maymounkov and David Mazières and is known particularly for its use in the distributed hash table (DHT) of the BitTorrent protocol.
Les principales caractéristiques de Kademlia incluent :
1. Décentralisation: Il n'existe aucune autorité centrale ni serveur dans le réseau. Tous les nœuds ont des rôles et des responsabilités égaux dans le maintien du fonctionnement du réseau.
2. ÉvolutivitéKademlia est conçu pour gérer un grand nombre de nœuds, ce qui le rend adapté aux applications disposant d'une vaste base d'utilisateurs.
3. Routage: Kademlia utilise une métrique de distance unique basée sur XOR pour déterminer la proximité entre les nœuds, ce qui permet un routage efficace et réduit le nombre de sauts nécessaires pour localiser un nœud particulier.
4. Tolérance aux pannes: Le protocole assure la redondance des données en stockant plusieurs copies de chaque élément de données sur différents nœuds du réseau. Cette redondance rend le réseau plus résilient aux défaillances des nœuds et aux pertes de données.
5. Auto-organisation: Les réseaux Kademlia s'auto-organisent et s'ajustent pour atteindre des performances optimales en fonction du nombre de nœuds et de leurs capacités de connexion.
En raison de son efficacité, de son évolutivité et de sa résilience, Kademlia a été largement adopté dans diverses applications P2P, telles que le partage de fichiers, l'informatique distribuée et la distribution de contenu.
Comment cela fonctionne-t-il ?
Dans le protocole Kademlia, le routage est basé sur une métrique de distance unique basée sur XOR, ce qui permet de localiser efficacement les nœuds et de partager des informations dans un réseau distribué.
Each node in the network has a unique identifier (Node ID). The distance between two nodes is calculated using the bitwise exclusive OR (XOR) operation on their Node IDs. Each node maintains a routing table containing information about other nodes in the network.
When a node wants to find another node or a particular piece of data, it initiates a lookup process. The searching node starts by querying the nodes in its own routing table that are closest to the target Node ID. These nodes, in turn, provide information about nodes closer to the target. This iterative process continues until the searching node has found the target node or has exhausted its search.
L'exemple de processus de recherche est présenté sur le schéma :
Source : https://pdos.csail.mit.edu/~petar/papers/maymounkov-kademlia-lncs.pdf
Comme vous pouvez le constater, le processus de recherche a une complexité de O(log2 (n)). Cela signifie que pour un réseau comportant 2^n nœuds, il faudra au plus n étapes pour trouver ce nœud !
The original Kademlia protocol defines a 1-to-1 key/value lookup, while it’d be desirable to have a 1-to-many discovery, so that many providers can be registered for the same service, allowing for fault-tolerance and scalability. Staex has expanded the capabilities of the protocol to include that feature.
Comment Staex peut nous aider à résoudre les défis de connectivité ?
Il est absolument essentiel que la mise en réseau dans la robotique soit fiable, sécurisée, évolutive et efficace. StaexMCC apporte une valeur significative pour atteindre ces caractéristiques.
Fiabilité
StaexMCC est conçu pour fournir une connectivité fiable sur des réseaux peu fiables. Grâce à des algorithmes de contrôle de congestion de pointe et à une architecture distribuée, il offre les meilleures performances, même pour les réseaux présentant un taux élevé de perte de paquets.
Sécurité
StaexMCC provides end-to-end key-based encryption for all connections within the MCC network. It uses certificates to alleviate key distribution problems for large scale deployments. MCC is written in Go, but it’s worth noting that it’s currently being rewritten in Rust – a modern, safety-oriented programming language.
Évolutivité
Thanks to MCC being based on an augmented Kademlia DHT protocol, the network is fully decentralised, self-organises and adjusts to achieve the best performance depending on the number of nodes and their connection capabilities. As a result, it is more resistant to large-scale traffic, damage or even DoS attacks.
Efficacité
In the mobile robots industry, energy efficiency is one of the key aspects. Mobile devices are battery-powered, so their capabilities relies heavily on power consumption. Even though electric energy storage technology is evolving quickly, mobile robots still relies on imperfect chemical batteries. It would be highly inefficient and imprudent to unnecessarily consume electrical energy just to ensure reliable connectivity. The Staex MCC strives to limit the device resource usage to minimum by optimizing the software for small IoT devices and minimising network traffic overhead.
Staex dans les robots Spyrosoft
Since at Spyrosoft Synergy we develop solutions for robotics, having a technology that solves so many connectivity challenges seemed not only beneficial for our customers, but also for our internal research. We have evaluated Staex internally and verified its capabilities in two use case scenarios: a distributed DHT database for data sharing and an overlay network for simplified connectivity.
Environnement de test
For testing, a set of virtual machines running Ubuntu 22.04 Server connected within private networks behind NAT. One node has been made publicly available to all other nodes with public IP address to enable Staex network bootstrap. This setup enabled testing most of the Staex key features.
Cas 1 – Échange de données via une base de données DHT
Dans ce scénario, nous avons testé la capacité de Staex à échanger des données entre les nœuds via une base de données décentralisée (DHT) et l'utilisation de l'API REST fournie.
Nous avons simulé un nœud rejoignant le réseau et publiant des données arbitraires. À la fin, le nœud a été déconnecté du réseau et l'on a vérifié si les données qu'il avait publiées étaient toujours disponibles au sein du DHT.
Un exemple d'ajout de données à la base de données :
user@demo_node1:$ curl -X POST http://127.0.0.1:8080/value -H "Content-Type: application/json" - d '{"key": "demos", "value": "demo1", "expiration": 24}' Un exemple de récupération de données depuis DHT :
user@demo_node2:$ curl -X GET http://127.0.0.1:8080/value/demos La nature distribuée du réseau Staex constitue un avantage considérable. Aucune base de données centrale n'est nécessaire pour maintenir l'ensemble de l'écosystème de mise en réseau du produit. Cela signifie qu'il n'existe aucun point de défaillance unique !
It is, however, designed for relatively large number of nodes. Typically the data in DHT is spread over 20 closes neighbours in the network. While Staex doesn’t add much value to small networks of nodes, it’s worth noting its capabilities to scale over a huge number of nodes.
Cas 2 – Mise en réseau directe avec réseau superposé virtuel
Dans ce scénario, un réseau overlay Staex a été testé et évalué. Dans l'environnement virtualisé, deux réseaux privés ont été connectés l'un à l'autre, en gardant les nœuds derrière NAT :
Chaque nœud s'est vu attribuer une adresse IP virtuelle unique au sein du réseau Staex. Pour exécuter le nœud avec le VPN activé, c'est aussi simple que ci-dessous :
$ mcc -net -net-ip 172.16.0.xx/16 En conclusion, il n'était pas nécessaire de configurer un serveur VPN complexe et chronophage. Les nœuds ont pu s'interconnecter de manière totalement décentralisée !
La simplicité du réseau overlay de Staex, sa décentralisation et son chiffrement de bout en bout sécurisé apportent une valeur considérable dont de nombreux fabricants de robots pourraient bénéficier.
Conclusion
Staex MCC est un très bon outil qui permet de résoudre de nombreux défis de connectivité dans l'industrie robotique. La simplicité de son utilisation, sa sécurité et sa décentralisation font de Staex une technologie distinctive qui apporte de l'innovation au marché.
It is worth mentioning that Staex can bring benefit to many related industries, like transport, or public services. Nowadays, the boundary between a regular device and a robot is gradually blurring. Many cars or everyday devices are slowly becoming full-fledged robots, for which Staex may prove to be a valuable technology addressing communication challenges.
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FAQ : Staex
As robots evolve from isolated units into connected, collaborative systems, their ability to communicate reliably and securely becomes critical. Modern robotics relies on networks of devices that must exchange data in real time, coordinate actions, and maintain uptime – even in unstable network conditions. Without strong connectivity foundations, scalability, safety, and performance are compromised.
StaexMCC est un VPN industriel entièrement distribué. Contrairement aux VPN conventionnels qui reposent sur des serveurs centraux :
– Il utilise une communication pair-à-pair, de sorte que les nœuds interagissent directement.
– Cela évite les goulots d'étranglement ou les points de défaillance uniques.
– Il s'auto-optimise pour les réseaux peu fiables ou à latence élevée.
– Il peut fonctionner efficacement sur des appareils aux ressources limitées, notamment les robots, les cartes IoT et les ordinateurs en périphérie de réseau.
Staex removes the need for complex VPN configurations, firewall changes, port forwarding, or centralised servers. Each robot receives a unique virtual IP and automatically connects to the mesh network. This significantly reduces engineering effort and long-term maintenance costs, especially for distributed or mobile fleets.
Staex offers the biggest advantages in medium to large deployments, where decentralisation and dynamic service discovery become essential. Small networks can also benefit from secure peer-to-peer communication, but the value grows exponentially with network size.
Spyrosoft Synergy supports robotics companies in system design, connectivity architecture, software development, and fleet-level solutions. Staex complements this by providing a strong, reliable networking backbone. Together, they enable faster development, seamless device-to-device communication, and better long-term system stability.
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