拓撲一詞源自幾何學，原意是指研究幾何圖形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質的一個學科。它只考慮物體間的位置關系而不考慮它們的形狀和大小。而我們耳熟能詳的網絡拓撲結構，則描述的是網絡中不同節(jié)點之間如何相互連接和通信。
現代網絡間的無線通信標準是由許多不同類型的設備組成，比如路由器、智能手機、藍牙耳機和智能燈泡等，網絡上的每個設備都被稱為“節(jié)點”。
選擇合適的網絡布局對于系統(tǒng)的高效運行至關重要。對于無線網絡，這是高度相關的，因為它與延遲、功率、速度和冗余等因素息息相關。
目前業(yè)界存在多種不同網絡拓撲，每種拓撲都具有不同的優(yōu)點和缺點。
最簡單的網絡是點對點的，它能在兩個節(jié)點之間建立單一網絡連接。實際上，除了某些關鍵或特殊應用之外，現在已經很少有使用這種單對單連接應用了。一個現代的示例是通過藍牙進行的即席(ad-hoc)連接，用于蘋果的Airdrop文件共享服務或者模型飛機等物品的遠程控制等。
在網絡增添更多節(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。這種方法便于網絡中節(jié)點的加入，但隨著添加更多的節(jié)點，延時和低容錯對網絡的穩(wěn)定可靠將造成極大挑戰(zhàn)。在環(huán)形網絡中，第三個節(jié)點同時連接到兩個現有的節(jié)點，每個其他節(jié)點添加在兩個現有節(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。數據在一個方向或兩個方向上圍繞環(huán)形傳輸，每個節(jié)點檢查數據并對其進行操作，或者重新傳輸直到它到達目的地。菊花鏈可用于為連接設備(比如智能燈泡)創(chuàng)建網絡，但對于大多數用例，都有其它更好的解決方案。
用于擴大規(guī)模的解決方案
?一旦我們向網絡增添了大量的節(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)形的兩側的兩個節(jié)點想要通信，那么它們的數據必須首先通過500個其他節(jié)點。菊花鏈也容易出現錯誤，因為單個故障節(jié)點可能會導致大量中斷，甚至在最壞的情況下會導致消息根本無法通過。
?在總線拓撲中，我們將所有的設備連接到中央主干(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。這是有線網絡中的常見拓撲，RS232串口通信、rs485串口接口、CAN總線通信均屬于這一類型，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，但在現代無線生態(tài)系統(tǒng)中，這些拓撲均不常見。現在，我們將去了解無線網絡中常見的架構。
無線網絡的星形拓撲
?目前對無線網絡最有用的拓撲是星形拓撲結構，其中，每個節(jié)點都連接到一個中心集線器，該集線器將數據分發(fā)到任何需要到達的位置。最明顯的示例是家庭網絡，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)，這通常既是本地網絡的路由器，也是到互聯網的橋梁。星形網絡非常適合同時無縫連接有線和無線節(jié)點。這是實現無線網絡的一種簡單方法，但它存在兩個主要難題。一時處于系統(tǒng)中心的集線器是單一故障點。如果集線器發(fā)生故障，整個網絡將不再存在，導致設備根本無法通信。此外，星形拓撲中的設備均必須位于集線器的一定距離內。
?為了增加彈性，以及通信范圍，我們需要更聰明的點子。
?Mesh網絡有兩種類型，完整的和部分的。在完整的Mesh網絡中，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。這種網絡僅僅在必須實現100％冗余的軍事網絡等應用中實現。另一方面，部分Mesh網絡的每個節(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，它還擴大了有效通信范圍，因為節(jié)點A可能與節(jié)點C不在直接通信范圍內，但是消息可以通過節(jié)點B來傳輸。
?Mesh網絡是物聯網中的最大發(fā)展領域，理論上允許無限的設備跨越無限的距離來連接。使用Mesh網絡，具有彈性的智能家居、智能企業(yè)和智能城市成為現實。
?如今，使用單一網絡拓撲的示例實際上越來越少。大多數網絡都是結合了一種或多種不同的拓撲結構的混合體。
?樹形網絡是在一個總線網絡上將多個星形網絡連接在一起。當存在多個節(jié)點集群(例如在WAN網絡中)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絡，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)網絡完成，該網絡將多個星形網絡連接到單一中心節(jié)點，有如星形的星星(Star of Stars)。
?互聯網是終級的混合網絡，它包括許多每種類型的單獨網絡，其中，總線、星形、環(huán)形和Mesh網絡都組合在一起。
加快Mesh網絡部署的關鍵是標準化。由于目前Mesh領域中的參與廠商急于通過業(yè)界對Mesh網絡的需求來獲利，很多都定義了自家的Mesh組網標準，盡管我們可能會看到市場上存在一個實施標準，但是，許多不同的標準也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商的Mesh網絡燈泡和來自其他供應商的加熱控制Mesh網絡，這兩個網絡都連接到常規(guī)的星形網絡，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網絡，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。在這個目標實現之前還有一段路要走，不過，如果一旦實現，物聯網將能夠發(fā)揮真正的潛力。
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