無線網(wǎng)絡(luò)拓撲是什么

選擇最合適的網(wǎng)絡(luò)布局對于任何系統(tǒng)的高效運行至關(guān)重要。對于無線網(wǎng)絡(luò)，這是高度相關(guān)的，因為它與延遲、功率、速度和冗余等因素息息相關(guān)。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)由許多不同類型的設(shè)備組成，比如路由器、智能手機、藍牙耳機和智能燈泡，網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都被稱為“節(jié)點”。

網(wǎng)絡(luò)拓撲描述了網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點如何相互連接和通信。

簡單的網(wǎng)絡(luò)拓撲

業(yè)界存在許多種網(wǎng)絡(luò)拓撲，每種拓撲都具有不同的優(yōu)點和缺點。

最簡單的網(wǎng)絡(luò)是點對點的。這是兩個節(jié)點之間的單一網(wǎng)絡(luò)連接。實際上，除了某些關(guān)鍵或特殊應(yīng)用之外，現(xiàn)在很少需要僅僅連接兩個節(jié)點。一個現(xiàn)代的示例是通過藍牙進行的即席(ad-hoc)連接，用于蘋果的Airdrop文件共享服務(wù)或者模型飛機等物品的遠程控制等。

在網(wǎng)絡(luò)增添更多節(jié)點的最簡單方法是使用菊花鏈接，它有兩種形式：線性和環(huán)形。

線性菊花鏈是將第三個節(jié)點連接到現(xiàn)有節(jié)點之一，第四個節(jié)點連接到第三個節(jié)點，依此類推。這是一種簡單的方法，但隨著添加更多的節(jié)點，這種方法很快變得不切實際了。

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，第三個節(jié)點同時連接到兩個現(xiàn)有的節(jié)點，每個其他節(jié)點添加在兩個現(xiàn)有節(jié)點之間，以創(chuàng)建環(huán)路。每個節(jié)點恰好連接到另外兩個節(jié)點。數(shù)據(jù)在一個方向或兩個方向上圍繞環(huán)形傳輸，每個節(jié)點檢查數(shù)據(jù)并對其進行操作，或者重新傳輸直到它到達目的地。

菊花鏈可用于為連接設(shè)備(比如智能燈泡)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，但對于大多數(shù)用例，都有其它更好的解決方案。

用于擴大規(guī)模的解決方案

一旦我們向網(wǎng)絡(luò)增添了大量的節(jié)點，點對點和菊花鏈就變得效率低下。如果位于1,000個節(jié)點環(huán)形的兩側(cè)的兩個節(jié)點想要通信，那么它們的數(shù)據(jù)必須首先通過500個其他節(jié)點。菊花鏈也容易出現(xiàn)錯誤，因為單個故障節(jié)點可能會導(dǎo)致大量中斷，并且在最壞的情況下會導(dǎo)致消息根本無法通過。

在總線拓撲中，我們將所有的設(shè)備連接到中央主干(稱為總線)，這類似于線性拓撲，但是具有帶著多個單一分支的單一線路。這是有線網(wǎng)絡(luò)中的常見拓撲，但在無線世界中沒有任何真正類似的拓撲。

雖然了解上述這些拓撲非常重要，但在現(xiàn)代無線生態(tài)系統(tǒng)中，這些拓撲均不常見?，F(xiàn)在，我們將去了解更常見的架構(gòu)。

無線網(wǎng)絡(luò)的星形拓撲

目前對無線網(wǎng)絡(luò)最有用的拓撲是星形拓撲，其中，每個節(jié)點都連接到一個中心集線器，該集線器將數(shù)據(jù)分發(fā)到任何需要到達的位置。

最明顯的示例是家庭網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點(電話、打印機、平板電腦等)都連接到無線接入點(集線器)，這通常既是本地網(wǎng)絡(luò)的路由器，也是到互聯(lián)網(wǎng)的橋梁。星形網(wǎng)絡(luò)非常適合同時無縫連接有線和無線節(jié)點。

這是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一種簡單方法，但它存在兩個主要難題。處于系統(tǒng)中心的集線器是單一故障點。如果集線器發(fā)生故障，整個網(wǎng)絡(luò)將不再存在，導(dǎo)致設(shè)備根本無法通信。此外，星形拓撲中的設(shè)備均必須位于集線器的一定距離內(nèi)。

為了增加彈性，以及通信范圍，我們需要更聰明的點子。

Mesh網(wǎng)絡(luò)

Mesh網(wǎng)絡(luò)有兩種類型，完整的和部分的。在完整的Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點直接連接到每個其他節(jié)點，這對彈性很有幫助，但無法增加通信范圍。這些網(wǎng)絡(luò)僅僅在100%冗余是必不可少的軍事網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中實現(xiàn)。

另一方面，部分Mesh網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點都連接到一個或多個其他節(jié)點。連接到多個其他節(jié)點增加了彈性，因為沒有了單點傳輸失敗。同時，它還改善了通信范圍，因為節(jié)點A可能與節(jié)點C不在直接通信范圍內(nèi)，但是消息仍然可以通過節(jié)點B來傳輸。

Mesh網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)中的最大發(fā)展領(lǐng)域，它們理論上允許無限的設(shè)備跨越無限的距離來連接。使用Mesh網(wǎng)絡(luò)，具有彈性的智能家居、智能企業(yè)和智能城市變成為現(xiàn)實。

混合網(wǎng)絡(luò)

如今，使用單一網(wǎng)絡(luò)拓撲的示例實際上越來越少。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都是結(jié)合了一種或多種不同的拓撲結(jié)構(gòu)的混合體。

樹形網(wǎng)絡(luò)是在一個總線網(wǎng)絡(luò)上將多個星形網(wǎng)絡(luò)連接在一起。當存在多個節(jié)點集群(例如在WAN網(wǎng)絡(luò)中)時，通常會使用此種方法。在這種情況下，每個節(jié)點連接到路由器以形成星形網(wǎng)絡(luò)，然后將各個路由器連接在一起，在它們之間創(chuàng)建總線連接。這也可以通過雪片(Snowflake)網(wǎng)絡(luò)完成，該網(wǎng)絡(luò)將多個星形網(wǎng)絡(luò)連接到單一中心節(jié)點，有如星形的星星(Star of Stars)。

互聯(lián)網(wǎng)是終級的混合網(wǎng)絡(luò)，它包括許多每種類型的單獨網(wǎng)絡(luò)，其中，總線、星形、環(huán)形和Mesh網(wǎng)絡(luò)都組合在一起。

標準化

增加Mesh網(wǎng)絡(luò)采用的關(guān)鍵是標準化。由于Mesh領(lǐng)域中的參與廠商急于通過業(yè)界對Mesh網(wǎng)絡(luò)的需求來獲利，因此通常會出現(xiàn)多種標準。盡管我們可能會看到市場上出現(xiàn)一個事實標準，但是，許多不同的標準將會在這個細分市場中共存。

目前的智能家居可能存在來自一家供應(yīng)商的Mesh網(wǎng)絡(luò)燈泡和來自其他供應(yīng)商的加熱控制Mesh網(wǎng)絡(luò)，這兩個網(wǎng)絡(luò)都連接到常規(guī)的星形網(wǎng)絡(luò)，允許用戶通過智能手機來控制它們。顯然，這種方案是低效的，從長遠來看對大家都沒有好處。

業(yè)界的主要目標是建立標準的Mesh網(wǎng)絡(luò)，所有的節(jié)點，無論是智能手機、筆記本電腦、燈泡還是傳感器，都可以加入其中。在這個目標實現(xiàn)之前還有一段路要走，不過，如果一旦實現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)將能夠發(fā)揮真正的潛力。