不要错过Nordic和物联网世界的任何最新消息!在此订阅新闻简报 →
  1. Home
  2. 新闻

    无线解决方案中的网络拓扑

无线解决方案中的网络拓扑 2023-01-17

选择最合适的网络布局对于任何系统的有效运行都至关重要。对于无线网络来说,它意义重大,因为它与延迟、功率、速度和冗余等因素紧密关联。

选择最合适的网络布局对于任何系统的有效运行都至关重要。对于无线网络来说,它意义重大,因为它与延迟、功率、速度和冗余等因素紧密关联。

现代网络由许多不同类型的设备组成。无论是路由器、智能手机、蓝牙耳机还是智能电灯,网络上的每个设备都被称为”节点”。

网络拓扑描述了网络中不同节点如何相互连接和通信。

物联网协议

简单的网络拓扑

目前存在大量的网络拓扑,每种拓扑都有各自的优缺点。

最简单的就是点对点网络,它是两个节点之间的单一网络连接。在现实中,除了某些关键或特殊应用,很少只连接两个节点。目前,一个最常见的例子就是通过蓝牙进行的点对点连接,用于文件共享服务或对飞机模型进行远程控制。

向网络中添加更多节点的一种基本方法是菊花链,它有两种类型: 线型和环型。

线型菊花链将第三个节点连接到现有节点之一,第四个节点连接到第三个节点,以此类推。这是一种较为简单的方法,但随着节点的增加,它很快就会变得不切实际。

在环型网络中,我们的第三个节点连接到两个现有节点。每个额外的节点被添加到两个现有节点之间,以创建一个环路。每个节点恰好与另外两个节点相连。数据沿着环型网络传输,可以是一个方向,也可以是两个方向,并且每个节点都会检查数据并相应采取行动,或者重新传输直到数据到达目的地。

菊花链可以用来为互联的设备(比如智能灯泡)创建网络,但对于大多数用例,都有更好的解决方案。

扩展解决方案

一旦我们在网络中添加了大量的节点,点对点和菊花链的效率就会变得低下。如果位于拥有1000个节点的环型菊花链两端的两个节点想要通信,那么它们的数据必须先通过500个其他节点传递。菊花链也容易出错,因为单个节点故障可能会导致大规模的中断。在最坏的情况下,可能导致消息根本无法传递。

在总线拓扑中,我们将所有设备连接到一个称为总线的中央主干。这类似于线型拓扑,但单条线具有多个分支。这是有线网络中常见的拓扑结构,但在无线网络的世界中没有真正类似的结构。

虽然理解这些拓扑很重要,但在现代无线生态系统中,这些拓扑都不太常见。我们将进一步了解更多常见架构。

用于无线网络的星型拓扑

目前对无线网络最有用的拓扑是星型拓扑,其中每个节点都连接到一个中央设备,而这个中央设备将数据分配到它需要去的地方。

星型拓扑最明显的例子就是家庭网络。所有的节点——电话、打印机、平板电脑等——都连接到无线接入点(中央设备),它通常既是本地网络的路由器,也是通往互联网的桥梁。星型网络非常适合将有线和无线节点无缝连接在一起。

这是实现无线网络的一种简单方式,但它面临两大挑战。系统的中央设备属于单点故障。如果中央设备出现故障,整个网络将不复存在,导致设备完全无法通信。另外,其他设备还要位于中央设备的一定距离范围内。

为了增加弹性并提升通信范围,我们需要思考更优的方案。

mesh网络

有两种类型的Mesh网络——完全Mesh和部分Mesh。在完全Mesh网络中,每个节点都直接连接到其他每个节点。这对于实现弹性非常理想,但对增加通信范围没有任何帮助。它仅在例如需要100%冗余的军事网络中真正使用。

另一方面,部分Mesh网络涉及到每个节点都连接到一个或几个其他节点。连接到多个其他节点增加了弹性,因为不存在单点传输故障。它还提高了传输范围,因为节点A可能不在节点C的直接覆盖范围内,但消息仍然可以通过节点B传输。

Mesh网络是物联网中最大的发展领域,因为它们理论上允许无限多的设备在无限距离内连接。 Mesh网络使得弹性智能家居、智能企业和智能城市真正成为可能。

混合网络

如今,在现实中,单一网络拓扑的例子越来越少。大多数网络都包含一个或多个不同拓扑的组合来创建一个混合型网络。

树型网络在总线网络上将星型网络连接在一起。这通常用于有多个节点集群的应用,例如广域网。这种情况下,每个节点都连接到一个路由器,形成一个星型网络,然后路由器将被连接在一起,并在它们之间创建一个总线连接。雪花网络(Snowflake)也可以做到这一点。雪花网络将多个星型网络连接到一个中心节点,就像许多星星中的一个星星一样。

互联网是一种终极的混合网络。它包括许多各种类型的独立网络,总线、星型、环型和Mesh网络都结合在一起。

标准化

mesh网络普及的关键在于标准化。随着Mesh网络领域的参与者急于将Mesh网络的需求进行资本变现,像往常一样市场上出现了多个标准。许多不同的标准将在这一领域共存,尽管我们可能会看到其中一个成为事实标准。

目前的智能家居可能有来自一个供应商的灯泡Mesh网络和来自另一个供应商的供暖控制Mesh网络,它们都连接到常规的星型网络,以允许智能手机对其进行控制。显然这有些低效,并且从长远来看对谁都没有好处。

主要的目标是拥有一个标准的Mesh网络,所有的节点,无论是智能手机、笔记本电脑、灯泡还是传感器,都可以加入。在这一切发生之前还有一段路要走,但一旦发生,物联网终将发挥其真正的潜力。

物联网协议

订阅Nordic新闻简报

了解最新信息!订阅后即可获取最新Nordic及物联网资讯

立即订阅