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概述

    無線網絡的拓撲結構指的是網絡組件的布置方式。包括無線設備、路由器和網關的物理排列方式，以及數據在他們之間的傳輸路徑。

    本課程中您將會學到三種常用于工廠內部無線現場網絡的無線拓撲結構形式――星狀、網狀和簇－樹狀拓撲結構。 了解每種結構的優缺點會幫助您確定到底哪種結構最適合您特有的應用情況。

   在課程的末尾您會發現一個簡短的測驗，幫助您確認學到的知識――并獲得寶貴的獎勵點數。 

 提示：

在您閱讀本課程內容的同時，請別忘了留意下面這些問題的答案：
 
最常見的無線拓撲結構是哪一種？
 
哪種拓撲結構用電最省？ 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絡？

準備好開始了嗎？請點擊下面的“＞”符號開始您的閱讀吧。

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對點結構形式，在其中單個的無線設備，或節點直接與處于中央位置的“集線器”或網關進行通信。
 

星狀拓撲結構中的設備只與網關進行通信――而彼此之間不能通信。

網關然后將數據發送到中央數據采集點，例如一個控制室――通過直接方式，或連接到其他網絡。網關也會從中央數據點收到數據，然后將它們轉發到相應的無線設備。

由于每個設備都直接同網關進行通信，有時星狀拓撲結構也被描述為“點對點”或“視線”結構。

星狀結構簡單直接的無線連接方式使它可以應用于相對簡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（從無線設備到網關）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備和它的網關之間，對于這種直接，靠視線傳輸的路徑來說，將很容易被阻塞并造成數據丟失。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，實體結構如容器、管道和設備等。即使暫時性障礙，例如卡車、建筑設備或腳手架也可能個會導致通信中斷，而環境因素，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關之間，擋住了視線傳輸路徑的時候，可能導致通信中斷。

這就是為什么基于星狀拓撲結構的無線網絡作為安裝計劃的一部分而需要進行的現場勘測十分重要的原因。通過勘測可以確定無線設備放置在哪個位置可以為到網關的視線傳輸（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測未來的變化――例如新建筑的起立或其他的環境變化――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：
 
移動設備――這可能會導致測量質量或數據可靠性的降低。
 
移動網關――如果網關是通過有線連接來進行通信和接通電源，或者移動網關會中斷到其他設備的通信路徑，移動將會十分困難。
 
增加設備信號的強度――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。（這也是為何傳統的點對點無線設備經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關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：網狀拓撲結構

網狀拓撲結構

與星狀拓撲結構不同，星狀結構中每個設備都只能同網關對話，但是在網狀結構中卻可以同網絡中其他的節點對話。 在網狀拓撲結構中，信號可以從一個節點“跳”到另外一個節點，直到抵達分配的網關為止――這種能力稱作多跳頻。

網狀結構中的無線設備可以同任何處于發射范圍中的其他網絡節點進行通信。

同星狀拓撲結構相比，這種布局既有優點，亦有缺點。

便于擴展。當網絡擴張時，無需增加新的網關，或者對現有的網關重新定位。只要新增加的設備處于任何一個已有的節點發射范圍內，就可以在網絡上進行通信。

更高的容錯率。每臺無線設備都有多條通向網關和其他節點的傳輸路徑。如果一條路徑堵塞－或者一個中間節點失靈――信號仍然可以通過其他路徑前進。 這就提供了冗余度。

網狀拓撲結構的多傳輸路徑和多跳頻能力使信號可以“繞過”障礙或者失靈的節點。
潛在功耗更高。 傳統的網狀拓撲結構要求傳感器節點持續“聽取”來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。

新型的網絡技術可以避免這種缺點，方法是，只有當需要發送或接收信號時方才激活各個設備。

網絡等待時間。 隨著設備要求發送信號需要的跳頻次數變化，等待時間也隨之變化。每次跳頻都會增加等待時間，但是測量數據的更新經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：簇－樹狀拓撲結構

簇－樹狀拓撲結構

簇－樹狀拓撲結構是星狀和網狀結構的混血兒。其中無線設備以星狀連接（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關進行網狀連接（一點對多點），彼此之間進行通信。

簇－樹狀拓撲結構結合了設備到路由器之間的點對點連接方式和路由器到網關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構的優點：星狀拓撲的潛在的低功耗優勢，和網狀部分的更大的擴展范圍以及更高的容錯能力。

如果從路由器到網關之間的直接的、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。仍然需要現場勘測來保證每個末端的設備到他們分配的路由器之間有一條清晰無礙的視線路徑，仍然在出現變化或干擾時沒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

到此為止您已經學到了每種拓撲結構的獨特優勢和面臨的挑戰。那么到底哪種結構適合您呢?
答案很簡單：若其特性最適合于應用中最重要的要求，那就是最好的。
 
在相對簡單的應用場合，通信即使中斷也不會阻止您獲得需要的結果，這時候星狀拓撲結構可以接受。
 
如果數據可靠性極其重要，那么網狀拓撲結構最適合。既可以保護數據不丟失，信號不會減弱，又可以方便擴展，帶來額外的收獲。
 
如果您想在網絡中的不同部分應用不同的拓撲結構，那么可以選擇簇－樹狀結構。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電源供電的路由器，而路由器則可以連接成網狀拓撲結構。
但是，假如您又想得到很高的數據可靠度，方便的網絡擴展，又想要很長的電池壽命，該怎么辦呢？

下一節：自組網絡

自組網絡

由于過程工業的環境是動態的，任何單一的拓撲結構都不可能總是最適合于某個應用。但是自組網絡具有內置式的智能和靈活性，可以自動地選用星狀、網狀或者簇－樹狀拓撲結構――或者三種都用――根據需要在任何給定的時刻提供最大工作效率。
在自組網絡中，所有的無線設備和網關都具有作為路由器為附近設備提供服務的能力。但是并不是所有的設備都在所有時間內同其他所有的設備進行通信。這些設備和網關會協同工作，通過鑒別為每條信息選用效率最高的通信路徑。
 
如果設備處于網關發射范圍以內，直接的點對點傳輸將降低功耗（尤其當結合其他技術，減少通信再試需求的時候）。
 
網絡擴展很容易。新設備可以同最近的已有的設備或網關進行通信――這些已有設備可以將新設備認作網絡上的授權節點，并知道何時接收和發送信息。
 
當通信路徑中斷時，網絡通過“自愈” 的能力自動為信號尋找下一條最優路徑。
這種能夠動態地自行重新配置，選擇效率最高的路徑的能力――不需要手動干預，也不會打斷數據傳輸過程――將自組網絡同過程自動化無線應用的其他技術方案區別開來。 自組網絡帶來的好處包括整體功耗更低，信號等待時間減少，數據可靠性更高和無線網絡的性能更強勁等等。

關于這個話題的更多內容，請參考自組網絡課程。
 
下一節：總結

總結

您在本課程中學到， 星狀、網狀和簇－樹狀拓撲結構都有各自的優缺點，哪一種單一的結構都不能在所有的應用中做到最合適。您還學到自組網絡具有靈活地自動選擇拓撲結構的能力 ――或者同時使用三種結構形式――來創建可升級的可靠的無線網絡。自組網絡可以有效地自行做出決定，以提供可能的最可靠的網絡形式。
要點：
 
星狀拓撲結構的潛在功耗較低，但是需要進行現場勘測以確定視線通信路徑。
 
網狀拓撲結構提供多條傳輸路徑，容錯能力高，易擴展。
 
簇－樹狀拓撲結構仍然需要現場勘測以便于無線設備的布置。
 
自組網絡可以利用所有的三種結構形式，自動進行重新配置以利用最有效的通信路徑，獲得最佳數據可靠性和最小功耗。

下一節：測驗

測驗

下列問題可以幫助您回顧在本課程中學到的知識。

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。

準備好了嗎？ 請點擊下面的“＞”圖標。
下一節：問題1
測驗――問題1

星狀或“視線”拓撲結構還被稱作：

 點對點結構
 多跳頻結構
 自組結構
 以上都不是

 在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“點對點”。

星狀拓撲結構是基于一點（設備）到另一點（設備分配的路由器）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

星狀拓撲結構中，導致數據損失的原因是：

  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。
正確！/對不起，正確答案是“以上都是”。

星狀拓撲結構依賴于單跳頻、視線傳輸的方式。 過長的發送距離可導致信號減弱，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

哪種拓撲結構中每個設備都可以同所有其他設備進行通信？
 簇－樹狀
 星狀
 網狀

在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“網狀”.

每個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選擇其他路徑。
測驗――問題4

正確與否： 自組網絡在任何時候都支持星狀、簇－樹狀和網狀拓撲結構。

 正確
 錯誤

在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。
正確！/對不起，正確答案是“正確”

自組網絡可以靈活選用一個或多個拓撲結構組成一個可升級的可靠的網絡。

無線拓撲結構
15 分鐘
問題編號 得分

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