详解无线网络拓扑

选择最合适的网络布局对于任何系统的高效运行至关重要。对于无线网络，这是高度相关的，因为它与延迟、功率、速度和冗余等因素息息相关。

现代网络由许多不同类型的设备组成，比如路由器、智能手机、蓝牙耳机和智能灯泡，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。

简单的网络拓扑

业界存在许多种网络拓扑，每种拓扑都具有不同的优点和缺点。

最简单的网络是点对点的。这是两个节点之间的单一网络连接。实际上，除了某些关键或特殊应用之外，现在很少需要仅仅连接两个节点。一个现代的示例是通过蓝牙进行的即席(ad-hoc)连接，用于苹果的Airdrop文件共享服务或者模型飞机等物品的远程控制等。

在网络增添更多节点的最简单方法是使用菊花链接，它有两种形式：线性和环形。

线性菊花链是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，依此类推。这是一种简单的方法，但随着添加更多的节点，这种方法很快变得不切实际了。

在环形网络中，第三个节点同时连接到两个现有的节点，每个其他节点添加在两个现有节点之间，以创建环路。每个节点恰好连接到另外两个节点。数据在一个方向或两个方向上围绕环形传输，每个节点检查数据并对其进行操作，或者重新传输直到它到达目的地。

菊花链可用于为连接设备(比如智能灯泡)创建网络，但对于大多数用例，都有其它更好的解决方案。

用于扩大规模的解决方案

一旦我们向网络增添了大量的节点，点对点和菊花链就变得效率低下。如果位于1,000个节点环形的两侧的两个节点想要通信，那么它们的数据必须首先通过500个其他节点。菊花链也容易出现错误，因为单个故障节点可能会导致大量中断，并且在最坏的情况下会导致消息根本无法通过。

在总线拓扑中，我们将所有的设备连接到中央主干(称为总线)，这类似于线性拓扑，但是具有带着多个单一分支的单一线路。这是有线网络中的常见拓扑，但在无线世界中没有任何真正类似的拓扑。

虽然了解上述这些拓扑非常重要，但在现代无线生态系统中，这些拓扑均不常见。现在，我们将去了解更常见的架构。

无线网络的星形拓扑

目前对无线网络最有用的拓扑是星形拓扑，其中，每个节点都连接到一个中心集线器，该集线器将数据分发到任何需要到达的位置。

最明显的示例是家庭网络，所有节点(电话、打印机、平板电脑等)都连接到无线接入点(集线器)，这通常既是本地网络的路由器，也是到互联网的桥梁。星形网络非常适合同时无缝连接有线和无线节点。

这是实现无线网络的一种简单方法，但它存在两个主要难题。处于系统中心的集线器是单一故障点。如果集线器发生故障，整个网络将不再存在，导致设备根本无法通信。此外，星形拓扑中的设备均必须位于集线器的一定距离内。

为了增加弹性，以及通信范围，我们需要更聪明的点子。

Mesh网络

Mesh网络有两种类型，完整的和部分的。在完整的Mesh网络中，每个节点直接连接到每个其他节点，这对弹性很有帮助，但无法增加通信范围。这些网络仅仅在100%冗余是必不可少的军事网络等应用中实现。

另一方面，部分Mesh网络的每个节点都连接到一个或多个其他节点。连接到多个其他节点增加了弹性，因为没有了单点传输失败。同时，它还改善了通信范围，因为节点A可能与节点C不在直接通信范围内，但是消息仍然可以通过节点B来传输。

Mesh网络是物联网中的最大发展领域，它们理论上允许无限的设备跨越无限的距离来连接。使用Mesh网络，具有弹性的智能家居、智能企业和智能城市变成为现实。

混合网络

如今，使用单一网络拓扑的示例实际上越来越少。大多数网络都是结合了一种或多种不同的拓扑结构的混合体。

树形网络是在一个总线网络上将多个星形网络连接在一起。当存在多个节点集群(例如在WAN网络中)时，通常会使用此种方法。在这种情况下，每个节点连接到路由器以形成星形网络，然后将各个路由器连接在一起，在它们之间创建总线连接。这也可以通过雪片(Snowflake)网络完成，该网络将多个星形网络连接到单一中心节点，有如星形的星星(Star of Stars)。

互联网是终级的混合网络，它包括许多每种类型的单独网络，其中，总线、星形、环形和Mesh网络都组合在一起。

标准化

增加Mesh网络采用的关键是标准化。由于Mesh领域中的参与厂商急于通过业界对Mesh网络的需求来获利，因此通常会出现多种标准。尽管我们可能会看到市场上出现一个事实标准，但是，许多不同的标准将会在这个细分市场中共存。

目前的智能家居可能存在来自一家供应商的Mesh网络灯泡和来自其他供应商的加热控制Mesh网络，这两个网络都连接到常规的星形网络，允许用户通过智能手机来控制它们。显然，这种方案是低效的，从长远来看对大家都没有好处。

业界的主要目标是建立标准的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，都可以加入其中。在这个目标实现之前还有一段路要走，不过，如果一旦实现，物联网将能够发挥真正的潜力。