網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋隽司W(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)如何相互連接和通信

選擇最合適的網(wǎng)絡(luò)布局對(duì)于任何系統(tǒng)的高效運(yùn)行至關(guān)重要。對(duì)于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，這是高度相關(guān)的，因?yàn)樗c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(lèi)型的設(shè)備組成，比如路由器、智能手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)和智能燈泡，網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備都被稱(chēng)為“節(jié)點(diǎn)”。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋隽司W(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)如何相互連接和通信。

簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

業(yè)界存在許多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌糠N拓?fù)涠季哂胁煌膬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的。這是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的單一網(wǎng)絡(luò)連接。實(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)現(xiàn)代的示例是通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行的即席(ad-hoc)連接，用于蘋(píng)果的Airdrop文件共享服務(wù)或者模型飛機(jī)等物品的遠(yuǎn)程控制等。

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

線(xiàn)性菊花鏈?zhǔn)菍⒌谌齻€(gè)節(jié)點(diǎn)連接到現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)之一，第四個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到第三個(gè)節(jié)點(diǎn)，依此類(lèi)推。這是一種簡(jiǎn)單的方法，但隨著添加更多的節(jié)點(diǎn)，這種方法很快變得不切實(shí)際了。

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，第三個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接到兩個(gè)現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)其他節(jié)點(diǎn)添加在兩個(gè)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)之間，以創(chuàng)建環(huán)路。每個(gè)節(jié)點(diǎn)恰好連接到另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上圍繞環(huán)形傳輸，每個(gè)節(jié)點(diǎn)檢查數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行操作，或者重新傳輸直到它到達(dá)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(duì)于大多數(shù)用例，都有其它更好的解決方案。

用于擴(kuò)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(diǎn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和菊花鏈就變得效率低下。如果位于1,000個(gè)節(jié)點(diǎn)環(huán)形的兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)想要通信，那么它們的數(shù)據(jù)必須首先通過(guò)500個(gè)其他節(jié)點(diǎn)。菊花鏈也容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)閱蝹€(gè)故障節(jié)點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致大量中斷，并且在最壞的情況下會(huì)導(dǎo)致消息根本無(wú)法通過(guò)。

在總線(xiàn)拓?fù)渲?，我們將所有的設(shè)備連接到中央主干(稱(chēng)為總線(xiàn))，這類(lèi)似于線(xiàn)性拓?fù)?，但是具有帶著多個(gè)單一分支的單一線(xiàn)路。這是有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的常見(jiàn)拓?fù)洌跓o(wú)線(xiàn)世界中沒(méi)有任何真正類(lèi)似的拓?fù)洹?/p>

雖然了解上述這些拓?fù)浞浅Ｖ匾?，但在現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中，這些拓?fù)渚怀Ｒ?jiàn)。現(xiàn)在，我們將去了解更常見(jiàn)的架構(gòu)。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的星形拓?fù)?/p>

目前對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最有用的拓?fù)涫切切瓮負(fù)洌渲?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接到一個(gè)中心集線(xiàn)器，該集線(xiàn)器將數(shù)據(jù)分發(fā)到任何需要到達(dá)的位置。

最明顯的示例是家庭網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點(diǎn)(電話(huà)、打印機(jī)、平板電腦等)都連接到無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)(集線(xiàn)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(shí)無(wú)縫連接有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)。

這是實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的一種簡(jiǎn)單方法，但它存在兩個(gè)主要難題。處于系統(tǒng)中心的集線(xiàn)器是單一故障點(diǎn)。如果集線(xiàn)器發(fā)生故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將不再存在，導(dǎo)致設(shè)備根本無(wú)法通信。此外，星形拓?fù)渲械脑O(shè)備均必須位于集線(xiàn)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(diǎn)子。

Mesh網(wǎng)絡(luò)

Mesh網(wǎng)絡(luò)有兩種類(lèi)型，完整的和部分的。在完整的Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)直接連接到每個(gè)其他節(jié)點(diǎn)，這對(duì)彈性很有幫助，但無(wú)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(shí)現(xiàn)。

另一方面，部分Mesh網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接到一個(gè)或多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)。連接到多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)增加了彈性，因?yàn)闆](méi)有了單點(diǎn)傳輸失敗。同時(shí)，它還改善了通信范圍，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)A可能與節(jié)點(diǎn)C不在直接通信范圍內(nèi)，但是消息仍然可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)B來(lái)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(wú)限的設(shè)備跨越無(wú)限的距離來(lái)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(shí)。

混合網(wǎng)絡(luò)

如今，使用單一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞氖纠龑?shí)際上越來(lái)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合體。

樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)是在一個(gè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上將多個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)連接在一起。當(dāng)存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)集群(例如在WAN網(wǎng)絡(luò)中)時(shí)，通常會(huì)使用此種方法。在這種情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到路由器以形成星形網(wǎng)絡(luò)，然后將各個(gè)路由器連接在一起，在它們之間創(chuàng)建總線(xiàn)連接。這也可以通過(guò)雪片(Snowflake)網(wǎng)絡(luò)完成，該網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)連接到單一中心節(jié)點(diǎn)，有如星形的星星(Star of Stars)。

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

標(biāo)準(zhǔn)化

增加Mesh網(wǎng)絡(luò)采用的關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)化。由于Mesh領(lǐng)域中的參與廠商急于通過(guò)業(yè)界對(duì)Mesh網(wǎng)絡(luò)的需求來(lái)獲利，因此通常會(huì)出現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)。盡管我們可能會(huì)看到市場(chǎng)上出現(xiàn)一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但是，許多不同的標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在這個(gè)細(xì)分市場(chǎng)中共存。

目前的智能家居可能存在來(lái)自一家供應(yīng)商的Mesh網(wǎng)絡(luò)燈泡和來(lái)自其他供應(yīng)商的加熱控制Mesh網(wǎng)絡(luò)，這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)都連接到常規(guī)的星形網(wǎng)絡(luò)，允許用戶(hù)通過(guò)智能手機(jī)來(lái)控制它們。顯然，這種方案是低效的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看對(duì)大家都沒(méi)有好處。

業(yè)界的主要目標(biāo)是建立標(biāo)準(zhǔn)的Mesh網(wǎng)絡(luò)，所有的節(jié)點(diǎn)，無(wú)論是智能手機(jī)、筆記本電腦、燈泡還是傳感器，都可以加入其中。在這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之前還有一段路要走，不過(guò)，如果一旦實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)將能夠發(fā)揮真正的潛力。