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概述

    無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式――星狀、網(wǎng)狀和簇－樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 了解每種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)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(gè)簡短的測驗(yàn)，幫助您確認(rèn)學(xué)到的知識――并獲得寶貴的獎勵點(diǎn)數(shù)。 

 提示：

在您閱讀本課程內(nèi)容的同時(shí)，請別忘了留意下面這些問題的答案：
 
最常見的無線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是哪一種？
 
哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用電最省？ 最多？
 
各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是如何處理信號傳輸路徑中斷故障的？
 
哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于自組網(wǎng)絡(luò)？

準(zhǔn)備好開始了嗎？請點(diǎn)擊下面的“＞”符號開始您的閱讀吧。

下一節(jié)：星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式，在其中單個(gè)的無線設(shè)備，或節(jié)點(diǎn)直接與處于中央位置的“集線器”或網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。
 

星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的設(shè)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(shù)據(jù)發(fā)送到中央數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，例如一個(gè)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(diǎn)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(gè)設(shè)備都直接同網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，有時(shí)星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也被描述為“點(diǎn)對點(diǎn)”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?yàn)樵谒械慕Y(jié)構(gòu)中星狀拓?fù)浣Y(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(shí)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(shí)體結(jié)構(gòu)如容器、管道和設(shè)備等。即使暫時(shí)性障礙，例如卡車、建筑設(shè)備或腳手架也可能個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，當(dāng)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(shí)候，可能導(dǎo)致通信中斷。

這就是為什么基于星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)作為安裝計(jì)劃的一部分而需要進(jìn)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(gè)位置可以為到網(wǎng)關(guān)的視線傳輸（和適當(dāng)范圍）提供最大的成功的可能性。
不幸的是，現(xiàn)場勘測費(fèi)用高昂，并且只能維持于一時(shí)。因?yàn)檫@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(dāng)這些變化對通信造成干擾的時(shí)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(jìn)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(qiáng)度――這樣會降低電池壽命，而提供的信號強(qiáng)度可能仍然不足以克服干擾。（這也是為何傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)無線設(shè)備經(jīng)常電池壽命短于一年的原因）。
當(dāng)拓?fù)浣Y(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(shí)候，這些局限性大部分都可以克服。
下一節(jié)：網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

與星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，星狀結(jié)構(gòu)中每個(gè)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(diǎn)對話。 在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，信號可以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)“跳”到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到抵達(dá)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(diǎn)進(jìn)行通信。

同星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，這種布局既有優(yōu)點(diǎn)，亦有缺點(diǎn)。

便于擴(kuò)展。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張時(shí)，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(gè)已有的節(jié)點(diǎn)發(fā)射范圍內(nèi)，就可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。

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

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(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(diǎn)。
潛在功耗更高。 傳統(tǒng)的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，方法是，只有當(dāng)需要發(fā)送或接收信號時(shí)方才激活各個(gè)設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)等待時(shí)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(shí)間也隨之變化。每次跳頻都會增加等待時(shí)間，但是測量數(shù)據(jù)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(jié)：簇－樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

簇－樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

簇－樹狀拓?fù)浣Y(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(diǎn)對點(diǎn)）簇?fù)碓诼酚善骰蛑欣^器周圍，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－樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合了設(shè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：星狀拓?fù)涞臐撛诘牡凸膬?yōu)勢，和網(wǎng)狀部分的更大的擴(kuò)展范圍以及更高的容錯(cuò)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(dá)目的地。
然而，星狀拓?fù)涞娜秉c(diǎn)仍然存在。仍然需要現(xiàn)場勘測來保證每個(gè)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(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)

選擇正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

到此為止您已經(jīng)學(xué)到了每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的獨(dú)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(shí)候星狀拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)最適合。既可以保護(hù)數(shù)據(jù)不丟失，信號不會減弱，又可以方便擴(kuò)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?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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(kuò)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)都不可能總是最適合于某個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)――或者三種都用――根據(jù)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(shí)間內(nèi)同其他所有的設(shè)備進(jìn)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(diǎn)對點(diǎn)傳輸將降低功耗（尤其當(dāng)結(jié)合其他技術(shù)，減少通信再試需求的時(shí)候）。
 
網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(jìn)行通信――這些已有設(shè)備可以將新設(shè)備認(rèn)作網(wǎng)絡(luò)上的授權(quán)節(jié)點(diǎn)，并知道何時(shí)接收和發(fā)送信息。
 
當(dāng)通信路徑中斷時(shí)，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(shí)間減少，數(shù)據(jù)可靠性更高和無線網(wǎng)絡(luò)的性能更強(qiáng)勁等等。

關(guān)于這個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能力 ――或者同時(shí)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(diǎn)：
 
星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的潛在功耗較低，但是需要進(jìn)行現(xiàn)場勘測以確定視線通信路徑。
 
網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供多條傳輸路徑，容錯(cuò)能力高，易擴(kuò)展。
 
簇－樹狀拓?fù)浣Y(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(jìn)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(yàn)

測驗(yàn)

下列問題可以幫助您回顧在本課程中學(xué)到的知識。

每個(gè)問題都只有一個(gè)正確答案。 每回答正確一次，您會贏得一個(gè)寶貴的獎勵點(diǎn)數(shù)。

準(zhǔn)備好了嗎？ 請點(diǎn)擊下面的“＞”圖標(biāo)。
下一節(jié)：問題1
測驗(yàn)――問題1

星狀或“視線”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還被稱作：

 點(diǎn)對點(diǎn)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(diǎn)擊“＞”圖標(biāo)繼續(xù)。
正確！/對不起，正確答案是“點(diǎn)對點(diǎn)”。

星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是基于一點(diǎn)（設(shè)備）到另一點(diǎn)（設(shè)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(yàn)――問題2

星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失的原因是：

  射頻干擾
  實(shí)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(diǎn)擊“＞”圖標(biāo)繼續(xù)。
正確！/對不起，正確答案是“以上都是”。

星狀拓?fù)浣Y(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(shí)物障礙可使阻止信號最終抵達(dá)目的地。
測驗(yàn)――問題3

哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每個(gè)設(shè)備都可以同所有其他設(shè)備進(jìn)行通信？
 簇－樹狀
 星狀
 網(wǎng)狀

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

每個(gè)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(shí)選擇其他路徑。
測驗(yàn)――問題4

正確與否： 自組網(wǎng)絡(luò)在任何時(shí)候都支持星狀、簇－樹狀和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

 正確
 錯(cuò)誤

在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標(biāo)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(gè)或多個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成一個(gè)可升級的可靠的網(wǎng)絡(luò)。

無線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
15 分鐘
問題編號 得分

1 0
2 0
3 0
4 0
總計(jì) 0
        
 測驗(yàn)結(jié)果

祝賀您完成了本課程！您的測驗(yàn)結(jié)果顯示在左側(cè)表格內(nèi)。

這個(gè)分?jǐn)?shù)將進(jìn)行添加以使您獲得獎勵點(diǎn)數(shù)――讓您更早換取精美的獎品！

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