概述

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構指的是網(wǎng)絡(luò )組件的布置方式。包括無(wú)線(xiàn)設備、路由器和網(wǎng)關(guān)的物理排列方式，以及數據在他們之間的傳輸路徑。

    本課程中您將會(huì )學(xué)到三種常用于工廠(chǎng)內部無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)拓撲結構形式――星狀、網(wǎng)狀和簇－樹(shù)狀拓撲結構。 了解每種結構的優(yōu)缺點(diǎn)會(huì )幫助您確定到底哪種結構最適合您特有的應用情況。

   在課程的末尾您會(huì )發(fā)現一個(gè)簡(jiǎn)短的測驗，幫助您確認學(xué)到的知識――并獲得寶貴的獎勵點(diǎn)數。 

 提示：

在您閱讀本課程內容的同時(shí)，請別忘了留意下面這些問(wèn)題的答案：
 
最常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)拓撲結構是哪一種？
 
哪種拓撲結構用電最??？ 最多？
 
各種拓撲結構都是如何處理信號傳輸路徑中斷故障的？
 
哪種拓撲結構可以應用于自組網(wǎng)絡(luò )？

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下一節：星狀拓撲結構

星狀拓撲結構
星狀拓撲結構是一種點(diǎn)對點(diǎn)結構形式，在其中單個(gè)的無(wú)線(xiàn)設備，或節點(diǎn)直接與處于中央位置的“集線(xiàn)器”或網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。
 

星狀拓撲結構中的設備只與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信――而彼此之間不能通信。

網(wǎng)關(guān)然后將數據發(fā)送到中央數據采集點(diǎn)，例如一個(gè)控制室――通過(guò)直接方式，或連接到其他網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)關(guān)也會(huì )從中央數據點(diǎn)收到數據，然后將它們轉發(fā)到相應的無(wú)線(xiàn)設備。

由于每個(gè)設備都直接同網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，有時(shí)星狀拓撲結構也被描述為“點(diǎn)對點(diǎn)”或“視線(xiàn)”結構。

星狀結構簡(jiǎn)單直接的無(wú)線(xiàn)連接方式使它可以應用于相對簡(jiǎn)單或低功率的應用中，這是因為在所有的結構中星狀拓撲結構潛在的能耗最少。 然而這種結構的數據傳輸距離（從無(wú)線(xiàn)設備到網(wǎng)關(guān)）也十分有限：通常為從30到100米不等，這還是特別選用低功率無(wú)線(xiàn)設備以便延長(cháng)電池壽命時(shí)的情況。

假如有什么東西擋在了無(wú)線(xiàn)設備和它的網(wǎng)關(guān)之間，對于這種直接，靠視線(xiàn)傳輸的路徑來(lái)說(shuō)，將很容易被阻塞并造成數據丟失。工廠(chǎng)里有很多東西都會(huì )造成這種不良后果：例如無(wú)線(xiàn)射頻干擾，實(shí)體結構如容器、管道和設備等。即使暫時(shí)性障礙，例如卡車(chē)、建筑設備或腳手架也可能個(gè)會(huì )導致通信中斷，而環(huán)境因素，雨，霧，潮濕等等也有同樣的破壞作用。
 

在星狀拓撲結構中，當有某種物體處于設備和網(wǎng)關(guān)之間，擋住了視線(xiàn)傳輸路徑的時(shí)候，可能導致通信中斷。

這就是為什么基于星狀拓撲結構的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作為安裝計劃的一部分而需要進(jìn)行的現場(chǎng)勘測十分重要的原因。通過(guò)勘測可以確定無(wú)線(xiàn)設備放置在哪個(gè)位置可以為到網(wǎng)關(guān)的視線(xiàn)傳輸（和適當范圍）提供最大的成功的可能性。
不幸的是，現場(chǎng)勘測費用高昂，并且只能維持于一時(shí)。因為這種勘測不能預測未來(lái)的變化――例如新建筑的起立或其他的環(huán)境變化――而這些變化會(huì )打斷信號的視線(xiàn)傳輸。
當這些變化對通信造成干擾的時(shí)候，您會(huì )有三種選擇：
 
移動(dòng)設備――這可能會(huì )導致測量質(zhì)量或數據可靠性的降低。
 
移動(dòng)網(wǎng)關(guān)――如果網(wǎng)關(guān)是通過(guò)有線(xiàn)連接來(lái)進(jìn)行通信和接通電源，或者移動(dòng)網(wǎng)關(guān)會(huì )中斷到其他設備的通信路徑，移動(dòng)將會(huì )十分困難。
 
增加設備信號的強度――這樣會(huì )降低電池壽命，而提供的信號強度可能仍然不足以克服干擾。（這也是為何傳統的點(diǎn)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)設備經(jīng)常電池壽命短于一年的原因）。
當拓撲結構允許提供設備到網(wǎng)關(guān)之間的多條通信路徑的時(shí)候，這些局限性大部分都可以克服。
下一節：網(wǎng)狀拓撲結構

網(wǎng)狀拓撲結構

與星狀拓撲結構不同，星狀結構中每個(gè)設備都只能同網(wǎng)關(guān)對話(huà)，但是在網(wǎng)狀結構中卻可以同網(wǎng)絡(luò )中其他的節點(diǎn)對話(huà)。 在網(wǎng)狀拓撲結構中，信號可以從一個(gè)節點(diǎn)“跳”到另外一個(gè)節點(diǎn)，直到抵達分配的網(wǎng)關(guān)為止――這種能力稱(chēng)作多跳頻。

網(wǎng)狀結構中的無(wú)線(xiàn)設備可以同任何處于發(fā)射范圍中的其他網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)進(jìn)行通信。

同星狀拓撲結構相比，這種布局既有優(yōu)點(diǎn)，亦有缺點(diǎn)。

便于擴展。當網(wǎng)絡(luò )擴張時(shí)，無(wú)需增加新的網(wǎng)關(guān)，或者對現有的網(wǎng)關(guān)重新定位。只要新增加的設備處于任何一個(gè)已有的節點(diǎn)發(fā)射范圍內，就可以在網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行通信。

更高的容錯率。每臺無(wú)線(xiàn)設備都有多條通向網(wǎng)關(guān)和其他節點(diǎn)的傳輸路徑。如果一條路徑堵塞－或者一個(gè)中間節點(diǎn)失靈――信號仍然可以通過(guò)其他路徑前進(jìn)。 這就提供了冗余度。

網(wǎng)狀拓撲結構的多傳輸路徑和多跳頻能力使信號可以“繞過(guò)”障礙或者失靈的節點(diǎn)。
潛在功耗更高。 傳統的網(wǎng)狀拓撲結構要求傳感器節點(diǎn)持續“聽(tīng)取”來(lái)自于其他設備的信號，這種“一直待命”的工作周期降低了電池的壽命。

新型的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可以避免這種缺點(diǎn)，方法是，只有當需要發(fā)送或接收信號時(shí)方才激活各個(gè)設備。

網(wǎng)絡(luò )等待時(shí)間。 隨著(zhù)設備要求發(fā)送信號需要的跳頻次數變化，等待時(shí)間也隨之變化。每次跳頻都會(huì )增加等待時(shí)間，但是測量數據的更新經(jīng)常每分鐘才進(jìn)行一次，所以這個(gè)等待的時(shí)間是可以容忍的。
下一節：簇－樹(shù)狀拓撲結構

簇－樹(shù)狀拓撲結構

簇－樹(shù)狀拓撲結構是星狀和網(wǎng)狀結構的混血兒。其中無(wú)線(xiàn)設備以星狀連接（點(diǎn)對點(diǎn)）簇擁在路由器或中繼器周?chē)?，而路由器或中繼器則同網(wǎng)關(guān)進(jìn)行網(wǎng)狀連接（一點(diǎn)對多點(diǎn)），彼此之間進(jìn)行通信。

簇－樹(shù)狀拓撲結構結合了設備到路由器之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接方式和路由器到網(wǎng)關(guān)之間的一點(diǎn)對多點(diǎn)連接方式。
這種方式試圖融合兩種拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)：星狀拓撲的潛在的低功耗優(yōu)勢，和網(wǎng)狀部分的更大的擴展范圍以及更高的容錯能力。

如果從路由器到網(wǎng)關(guān)之間的直接的、單跳頻傳輸路徑中斷，信號則通過(guò)多跳頻通過(guò)其他路由器抵達目的地。
然而，星狀拓撲的缺點(diǎn)仍然存在。仍然需要現場(chǎng)勘測來(lái)保證每個(gè)末端的設備到他們分配的路由器之間有一條清晰無(wú)礙的視線(xiàn)路徑，仍然在出現變化或干擾時(shí)沒(méi)有設備到路由器之間的備用路徑。

下一節：選擇正確的拓撲結構

選擇正確的拓撲結構

到此為止您已經(jīng)學(xué)到了每種拓撲結構的獨特優(yōu)勢和面臨的挑戰。那么到底哪種結構適合您呢?
答案很簡(jiǎn)單：若其特性最適合于應用中最重要的要求，那就是最好的。
 
在相對簡(jiǎn)單的應用場(chǎng)合，通信即使中斷也不會(huì )阻止您獲得需要的結果，這時(shí)候星狀拓撲結構可以接受。
 
如果數據可靠性極其重要，那么網(wǎng)狀拓撲結構最適合。既可以保護數據不丟失，信號不會(huì )減弱，又可以方便擴展，帶來(lái)額外的收獲。
 
如果您想在網(wǎng)絡(luò )中的不同部分應用不同的拓撲結構，那么可以選擇簇－樹(shù)狀結構。例如，由電池供電的測量設備可以按照星狀結構連接到由電網(wǎng)電源供電的路由器，而路由器則可以連接成網(wǎng)狀拓撲結構。
但是，假如您又想得到很高的數據可靠度，方便的網(wǎng)絡(luò )擴展，又想要很長(cháng)的電池壽命，該怎么辦呢？

下一節：自組網(wǎng)絡(luò )

自組網(wǎng)絡(luò )

由于過(guò)程工業(yè)的環(huán)境是動(dòng)態(tài)的，任何單一的拓撲結構都不可能總是最適合于某個(gè)應用。但是自組網(wǎng)絡(luò )具有內置式的智能和靈活性，可以自動(dòng)地選用星狀、網(wǎng)狀或者簇－樹(shù)狀拓撲結構――或者三種都用――根據需要在任何給定的時(shí)刻提供最大工作效率。
在自組網(wǎng)絡(luò )中，所有的無(wú)線(xiàn)設備和網(wǎng)關(guān)都具有作為路由器為附近設備提供服務(wù)的能力。但是并不是所有的設備都在所有時(shí)間內同其他所有的設備進(jìn)行通信。這些設備和網(wǎng)關(guān)會(huì )協(xié)同工作，通過(guò)鑒別為每條信息選用效率最高的通信路徑。
 
如果設備處于網(wǎng)關(guān)發(fā)射范圍以?xún)?，直接的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸將降低功耗（尤其當結合其他技術(shù)，減少通信再試需求的時(shí)候）。
 
網(wǎng)絡(luò )擴展很容易。新設備可以同最近的已有的設備或網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信――這些已有設備可以將新設備認作網(wǎng)絡(luò )上的授權節點(diǎn)，并知道何時(shí)接收和發(fā)送信息。
 
當通信路徑中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò )通過(guò)“自愈” 的能力自動(dòng)為信號尋找下一條最優(yōu)路徑。
這種能夠動(dòng)態(tài)地自行重新配置，選擇效率最高的路徑的能力――不需要手動(dòng)干預，也不會(huì )打斷數據傳輸過(guò)程――將自組網(wǎng)絡(luò )同過(guò)程自動(dòng)化無(wú)線(xiàn)應用的其他技術(shù)方案區別開(kāi)來(lái)。 自組網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的好處包括整體功耗更低，信號等待時(shí)間減少，數據可靠性更高和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能更強勁等等。

關(guān)于這個(gè)話(huà)題的更多內容，請參考自組網(wǎng)絡(luò )課程。
 
下一節：總結

總結

您在本課程中學(xué)到， 星狀、網(wǎng)狀和簇－樹(shù)狀拓撲結構都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，哪一種單一的結構都不能在所有的應用中做到最合適。您還學(xué)到自組網(wǎng)絡(luò )具有靈活地自動(dòng)選擇拓撲結構的能力 ――或者同時(shí)使用三種結構形式――來(lái)創(chuàng )建可升級的可靠的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。自組網(wǎng)絡(luò )可以有效地自行做出決定，以提供可能的最可靠的網(wǎng)絡(luò )形式。
要點(diǎn)：
 
星狀拓撲結構的潛在功耗較低，但是需要進(jìn)行現場(chǎng)勘測以確定視線(xiàn)通信路徑。
 
網(wǎng)狀拓撲結構提供多條傳輸路徑，容錯能力高，易擴展。
 
簇－樹(shù)狀拓撲結構仍然需要現場(chǎng)勘測以便于無(wú)線(xiàn)設備的布置。
 
自組網(wǎng)絡(luò )可以利用所有的三種結構形式，自動(dòng)進(jìn)行重新配置以利用最有效的通信路徑，獲得最佳數據可靠性和最小功耗。

下一節：測驗

測驗

下列問(wèn)題可以幫助您回顧在本課程中學(xué)到的知識。

每個(gè)問(wèn)題都只有一個(gè)正確答案。 每回答正確一次，您會(huì )贏(yíng)得一個(gè)寶貴的獎勵點(diǎn)數。

準備好了嗎？ 請點(diǎn)擊下面的“＞”圖標。
下一節：?jiǎn)?wèn)題1
測驗――問(wèn)題1

星狀或“視線(xiàn)”拓撲結構還被稱(chēng)作：

 點(diǎn)對點(diǎn)結構
 多跳頻結構
 自組結構
 以上都不是

 在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“點(diǎn)對點(diǎn)”。

星狀拓撲結構是基于一點(diǎn)（設備）到另一點(diǎn)（設備分配的路由器）之間的直接連接。這個(gè)連接是兩點(diǎn)之間的唯一的通信路徑。

測驗――問(wèn)題2

星狀拓撲結構中，導致數據損失的原因是：

  射頻干擾
  實(shí)物障礙
 傳輸距離過(guò)長(cháng)
  以上都是
 以上都不是

在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“以上都是”。

星狀拓撲結構依賴(lài)于單跳頻、視線(xiàn)傳輸的方式。 過(guò)長(cháng)的發(fā)送距離可導致信號減弱，射頻干擾可使信號失真，實(shí)物障礙可使阻止信號最終抵達目的地。
測驗――問(wèn)題3

哪種拓撲結構中每個(gè)設備都可以同所有其他設備進(jìn)行通信？
 簇－樹(shù)狀
 星狀
 網(wǎng)狀

在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“網(wǎng)狀”.

每個(gè)設備都可以同其他設備通信的能力允許信號在通信路徑中斷時(shí)選擇其他路徑。
測驗――問(wèn)題4

正確與否： 自組網(wǎng)絡(luò )在任何時(shí)候都支持星狀、簇－樹(shù)狀和網(wǎng)狀拓撲結構。

 正確
 錯誤

在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“正確”

自組網(wǎng)絡(luò )可以靈活選用一個(gè)或多個(gè)拓撲結構組成一個(gè)可升級的可靠的網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)拓撲結構
15 分鐘
問(wèn)題編號 得分

1 0
2 0
3 0
4 0
總計 0
        
 測驗結果

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