概述
無線網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)指的是網(wǎng)絡(luò)組件的布置方式。包括無線設(shè)備、路由器和網(wǎng)關(guān)的物理排列方式,以及數(shù)據(jù)在他們之間的傳輸路徑。
本課程中您將會學(xué)到三種常用于工廠內(nèi)部無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的無線拓撲結(jié)構(gòu)形式――星狀、網(wǎng)狀和簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)。 了解每種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點會幫助您確定到底哪種結(jié)構(gòu)最適合您特有的應(yīng)用情況。
在課程的末尾您會發(fā)現(xiàn)一個簡短的測驗,幫助您確認學(xué)到的知識――并獲得寶貴的獎勵點數(shù)。
提示:
在您閱讀本課程內(nèi)容的同時,請別忘了留意下面這些問題的答案:
最常見的無線拓撲結(jié)構(gòu)是哪一種?
哪種拓撲結(jié)構(gòu)用電最省? 最多?
各種拓撲結(jié)構(gòu)都是如何處理信號傳輸路徑中斷故障的?
哪種拓撲結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于自組網(wǎng)絡(luò)?
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下一節(jié):星狀拓撲結(jié)構(gòu)
星狀拓撲結(jié)構(gòu)
星狀拓撲結(jié)構(gòu)是一種點對點結(jié)構(gòu)形式,在其中單個的無線設(shè)備,或節(jié)點直接與處于中央位置的“集線器”或網(wǎng)關(guān)進行通信。
星狀拓撲結(jié)構(gòu)中的設(shè)備只與網(wǎng)關(guān)進行通信――而彼此之間不能通信。
網(wǎng)關(guān)然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央數(shù)據(jù)采集點,例如一個控制室――通過直接方式,或連接到其他網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)也會從中央數(shù)據(jù)點收到數(shù)據(jù),然后將它們轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的無線設(shè)備。
由于每個設(shè)備都直接同網(wǎng)關(guān)進行通信,有時星狀拓撲結(jié)構(gòu)也被描述為“點對點”或“視線”結(jié)構(gòu)。
星狀結(jié)構(gòu)簡單直接的無線連接方式使它可以應(yīng)用于相對簡單或低功率的應(yīng)用中,這是因為在所有的結(jié)構(gòu)中星狀拓撲結(jié)構(gòu)潛在的能耗最少。 然而這種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸距離(從無線設(shè)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線設(shè)備以便延長電池壽命時的情況。
假如有什么東西擋在了無線設(shè)備和它的網(wǎng)關(guān)之間,對于這種直接,靠視線傳輸?shù)穆窂絹碚f,將很容易被阻塞并造成數(shù)據(jù)丟失。工廠里有很多東西都會造成這種不良后果:例如無線射頻干擾,實體結(jié)構(gòu)如容器、管道和設(shè)備等。即使暫時性障礙,例如卡車、建筑設(shè)備或腳手架也可能個會導(dǎo)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(jié)構(gòu)中,當有某種物體處于設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間,擋住了視線傳輸路徑的時候,可能導(dǎo)致通信中斷。
這就是為什么基于星狀拓撲結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)作為安裝計劃的一部分而需要進行的現(xiàn)場勘測十分重要的原因。通過勘測可以確定無線設(shè)備放置在哪個位置可以為到網(wǎng)關(guān)的視線傳輸(和適當范圍)提供最大的成功的可能性。
不幸的是,現(xiàn)場勘測費用高昂,并且只能維持于一時。因為這種勘測不能預(yù)測未來的變化――例如新建筑的起立或其他的環(huán)境變化――而這些變化會打斷信號的視線傳輸。
當這些變化對通信造成干擾的時候,您會有三種選擇:
移動設(shè)備――這可能會導(dǎo)致測量質(zhì)量或數(shù)據(jù)可靠性的降低。
移動網(wǎng)關(guān)――如果網(wǎng)關(guān)是通過有線連接來進行通信和接通電源,或者移動網(wǎng)關(guān)會中斷到其他設(shè)備的通信路徑,移動將會十分困難。
增加設(shè)備信號的強度――這樣會降低電池壽命,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(tǒng)的點對點無線設(shè)備經(jīng)常電池壽命短于一年的原因)。
當拓撲結(jié)構(gòu)允許提供設(shè)備到網(wǎng)關(guān)之間的多條通信路徑的時候,這些局限性大部分都可以克服。
下一節(jié):網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)
網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)
與星狀拓撲結(jié)構(gòu)不同,星狀結(jié)構(gòu)中每個設(shè)備都只能同網(wǎng)關(guān)對話,但是在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中卻可以同網(wǎng)絡(luò)中其他的節(jié)點對話。 在網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)中,信號可以從一個節(jié)點“跳”到另外一個節(jié)點,直到抵達分配的網(wǎng)關(guān)為止――這種能力稱作多跳頻。
網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的無線設(shè)備可以同任何處于發(fā)射范圍中的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通信。
同星狀拓撲結(jié)構(gòu)相比,這種布局既有優(yōu)點,亦有缺點。
便于擴展。當網(wǎng)絡(luò)擴張時,無需增加新的網(wǎng)關(guān),或者對現(xiàn)有的網(wǎng)關(guān)重新定位。只要新增加的設(shè)備處于任何一個已有的節(jié)點發(fā)射范圍內(nèi),就可以在網(wǎng)絡(luò)上進行通信。
更高的容錯率。每臺無線設(shè)備都有多條通向網(wǎng)關(guān)和其他節(jié)點的傳輸路徑。如果一條路徑堵塞-或者一個中間節(jié)點失靈――信號仍然可以通過其他路徑前進。 這就提供了冗余度。
網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)的多傳輸路徑和多跳頻能力使信號可以“繞過”障礙或者失靈的節(jié)點。
潛在功耗更高。 傳統(tǒng)的網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)要求傳感器節(jié)點持續(xù)“聽取”來自于其他設(shè)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,方法是,只有當需要發(fā)送或接收信號時方才激活各個設(shè)備。
網(wǎng)絡(luò)等待時間。 隨著設(shè)備要求發(fā)送信號需要的跳頻次數(shù)變化,等待時間也隨之變化。每次跳頻都會增加等待時間,但是測量數(shù)據(jù)的更新經(jīng)常每分鐘才進行一次,所以這個等待的時間是可以容忍的。
下一節(jié):簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)
簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)
簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)是星狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的混血兒。其中無線設(shè)備以星狀連接(點對點)簇擁在路由器或中繼器周圍,而路由器或中繼器則同網(wǎng)關(guān)進行網(wǎng)狀連接(一點對多點),彼此之間進行通信。
簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)結(jié)合了設(shè)備到路由器之間的點對點連接方式和路由器到網(wǎng)關(guān)之間的一點對多點連接方式。
這種方式試圖融合兩種拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點: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,信號則通過多跳頻通過其他路由器抵達目的地。
然而,星狀拓撲的缺點仍然存在。仍然需要現(xiàn)場勘測來保證每個末端的設(shè)備到他們分配的路由器之間有一條清晰無礙的視線路徑,仍然在出現(xiàn)變化或干擾時沒有設(shè)備到路由器之間的備用路徑。
下一節(jié):選擇正確的拓撲結(jié)構(gòu)
選擇正確的拓撲結(jié)構(gòu)
到此為止您已經(jīng)學(xué)到了每種拓撲結(jié)構(gòu)的獨特優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)。那么到底哪種結(jié)構(gòu)適合您呢?
答案很簡單:若其特性最適合于應(yīng)用中最重要的要求,那就是最好的。
在相對簡單的應(yīng)用場合,通信即使中斷也不會阻止您獲得需要的結(jié)果,這時候星狀拓撲結(jié)構(gòu)可以接受。
如果數(shù)據(jù)可靠性極其重要,那么網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)最適合。既可以保護數(shù)據(jù)不丟失,信號不會減弱,又可以方便擴展,帶來額外的收獲。
如果您想在網(wǎng)絡(luò)中的不同部分應(yīng)用不同的拓撲結(jié)構(gòu),那么可以選擇簇-樹狀結(jié)構(gòu)。例如,由電池供電的測量設(shè)備可以按照星狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。
但是,假如您又想得到很高的數(shù)據(jù)可靠度,方便的網(wǎng)絡(luò)擴展,又想要很長的電池壽命,該怎么辦呢?
下一節(jié):自組網(wǎng)絡(luò)
自組網(wǎng)絡(luò)
由于過程工業(yè)的環(huán)境是動態(tài)的,任何單一的拓撲結(jié)構(gòu)都不可能總是最適合于某個應(yīng)用。但是自組網(wǎng)絡(luò)具有內(nèi)置式的智能和靈活性,可以自動地選用星狀、網(wǎng)狀或者簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)――或者三種都用――根據(jù)需要在任何給定的時刻提供最大工作效率。
在自組網(wǎng)絡(luò)中,所有的無線設(shè)備和網(wǎng)關(guān)都具有作為路由器為附近設(shè)備提供服務(wù)的能力。但是并不是所有的設(shè)備都在所有時間內(nèi)同其他所有的設(shè)備進行通信。這些設(shè)備和網(wǎng)關(guān)會協(xié)同工作,通過鑒別為每條信息選用效率最高的通信路徑。
如果設(shè)備處于網(wǎng)關(guān)發(fā)射范圍以內(nèi),直接的點對點傳輸將降低功耗(尤其當結(jié)合其他技術(shù),減少通信再試需求的時候)。
網(wǎng)絡(luò)擴展很容易。新設(shè)備可以同最近的已有的設(shè)備或網(wǎng)關(guān)進行通信――這些已有設(shè)備可以將新設(shè)備認作網(wǎng)絡(luò)上的授權(quán)節(jié)點,并知道何時接收和發(fā)送信息。
當通信路徑中斷時,網(wǎng)絡(luò)通過“自愈” 的能力自動為信號尋找下一條最優(yōu)路徑。
這種能夠動態(tài)地自行重新配置,選擇效率最高的路徑的能力――不需要手動干預(yù),也不會打斷數(shù)據(jù)傳輸過程――將自組網(wǎng)絡(luò)同過程自動化無線應(yīng)用的其他技術(shù)方案區(qū)別開來。 自組網(wǎng)絡(luò)帶來的好處包括整體功耗更低,信號等待時間減少,數(shù)據(jù)可靠性更高和無線網(wǎng)絡(luò)的性能更強勁等等。
關(guān)于這個話題的更多內(nèi)容,請參考自組網(wǎng)絡(luò)課程。
下一節(jié):總結(jié)
總結(jié)
您在本課程中學(xué)到, 星狀、網(wǎng)狀和簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點,哪一種單一的結(jié)構(gòu)都不能在所有的應(yīng)用中做到最合適。您還學(xué)到自組網(wǎng)絡(luò)具有靈活地自動選擇拓撲結(jié)構(gòu)的能力 ――或者同時使用三種結(jié)構(gòu)形式――來創(chuàng)建可升級的可靠的無線網(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:
星狀拓撲結(jié)構(gòu)的潛在功耗較低,但是需要進行現(xiàn)場勘測以確定視線通信路徑。
網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)提供多條傳輸路徑,容錯能力高,易擴展。
簇-樹狀拓撲結(jié)構(gòu)仍然需要現(xiàn)場勘測以便于無線設(shè)備的布置。
自組網(wǎng)絡(luò)可以利用所有的三種結(jié)構(gòu)形式,自動進行重新配置以利用最有效的通信路徑,獲得最佳數(shù)據(jù)可靠性和最小功耗。
下一節(jié):測驗
測驗
下列問題可以幫助您回顧在本課程中學(xué)到的知識。
每個問題都只有一個正確答案。 每回答正確一次,您會贏得一個寶貴的獎勵點數(shù)。
準備好了嗎? 請點擊下面的“>”圖標。
下一節(jié):問題1
測驗――問題1
星狀或“視線”拓撲結(jié)構(gòu)還被稱作:
點對點結(jié)構(gòu)
多跳頻結(jié)構(gòu)
自組結(jié)構(gòu)
以上都不是
在選擇答案之后,點擊“>”圖標繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“點對點”。
星狀拓撲結(jié)構(gòu)是基于一點(設(shè)備)到另一點(設(shè)備分配的路由器)之間的直接連接。這個連接是兩點之間的唯一的通信路徑。
測驗――問題2
星狀拓撲結(jié)構(gòu)中,導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失的原因是:
射頻干擾
實物障礙
傳輸距離過長
以上都是
以上都不是
在選擇答案之后,點擊“>”圖標繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“以上都是”。
星狀拓撲結(jié)構(gòu)依賴于單跳頻、視線傳輸?shù)姆绞健?過長的發(fā)送距離可導(dǎo)致信號減弱,射頻干擾可使信號失真,實物障礙可使阻止信號最終抵達目的地。
測驗――問題3
哪種拓撲結(jié)構(gòu)中每個設(shè)備都可以同所有其他設(shè)備進行通信?
簇-樹狀
星狀
網(wǎng)狀
在選擇答案之后,點擊“>”圖標繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“網(wǎng)狀”.
每個設(shè)備都可以同其他設(shè)備通信的能力允許信號在通信路徑中斷時選擇其他路徑。
測驗――問題4
正確與否: 自組網(wǎng)絡(luò)在任何時候都支持星狀、簇-樹狀和網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。
正確
錯誤
在選擇答案之后,點擊“>”圖標繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“正確”
自組網(wǎng)絡(luò)可以靈活選用一個或多個拓撲結(jié)構(gòu)組成一個可升級的可靠的網(wǎng)絡(luò)。
無線拓撲結(jié)構(gòu)
15 分鐘
問題編號 得分
1 0
2 0
3 0
4 0
總計 0
測驗結(jié)果
祝賀您完成了本課程!您的測驗結(jié)果顯示在左側(cè)表格內(nèi)。
這個分數(shù)將進行添加以使您獲得獎勵點數(shù)――讓您更早換取精美的獎品!
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