星型組網(wǎng)的兩種方式

一、無(wú)線串口模塊簡(jiǎn)介

1、簡(jiǎn)介。無(wú)線串口模塊是將串口數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信的模塊。一般由無(wú)線射頻芯片和MCU構(gòu)成（某些SOC芯片已將這兩個(gè)部分集成到一起）。無(wú)線串口模塊具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)采集、無(wú)線抄表、機(jī)器人控制、門(mén)禁系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等領(lǐng)域中，用戶只需了解簡(jiǎn)單的串口通信，無(wú)需學(xué)習(xí)復(fù)雜無(wú)線通訊知識(shí)就可以輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)線產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和使用。

2、串口模塊型號(hào)。無(wú)線串口模塊的型號(hào)包括E22、E32、E30、E31以及E33，用戶可根據(jù)自身的產(chǎn)品需要選擇最合適的無(wú)線串口模塊。下圖為各個(gè)無(wú)線串口模塊的實(shí)物圖：

以上模塊都可通過(guò)官方網(wǎng)站提供的用戶上位機(jī)為其配置波特率、空中速率、模塊地址、頻率信道等信息，為用戶提供更加靈活的操作方式。

二、星型組網(wǎng)模塊

1、星型組網(wǎng)模塊型號(hào)：E70-433NW30S；E70-433NW14S。

2、簡(jiǎn)介。工作在433MHz頻段；模塊集主機(jī)（協(xié)調(diào)器）、終端為一體，具有長(zhǎng)距離、高速率兩種傳輸模式，一個(gè)主機(jī)（協(xié)調(diào)器）支持多達(dá)200個(gè)節(jié)點(diǎn)與其通訊，所有操作配置采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AT指令，極大簡(jiǎn)化用戶操作，適用于多種無(wú)線通訊組網(wǎng)場(chǎng)景。

3、特點(diǎn)：E70-433NW30S是在國(guó)內(nèi)首個(gè)可以支持200節(jié)點(diǎn)并發(fā)的433MHz 無(wú)線模塊，解決了傳統(tǒng)433MHz無(wú)線數(shù)傳無(wú)法并發(fā)而引起的一系列問(wèn)題?？梢圆l(fā)后，用戶無(wú)需再花費(fèi)精力處理復(fù)雜組網(wǎng)協(xié)議，從而大大降低了客戶的開(kāi)發(fā)難度，縮短了用戶的開(kāi)發(fā)周期；其協(xié)議保證了整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、得包率，下圖為E70-433NW30S模塊實(shí)物圖：

三、星型組網(wǎng)簡(jiǎn)介

在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接到一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)上，由該中央節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳送信息。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示：

1、星型網(wǎng)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)中央節(jié)點(diǎn)控制。因此，中央節(jié)點(diǎn)的主要功能有三項(xiàng)：

（1） 當(dāng)要求通信的站點(diǎn)發(fā)出通信請(qǐng)求后，控制器要檢查中心節(jié)點(diǎn)是否有空閑的通路，被叫設(shè)備是否空閑，從而決定是否能建立雙方的物理連接；（2）在兩臺(tái)設(shè)備通信過(guò)程中要維持這一通路，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?/span>（3） 當(dāng)通信完成或者不成功要求拆線時(shí)，中央轉(zhuǎn)接站應(yīng)能拆除上述通道。

星型組網(wǎng)相較于環(huán)形組網(wǎng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，將會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓以及對(duì)分支節(jié)點(diǎn)故障定位較難的不同，星型組網(wǎng)便于集中控制，因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)之間的通信必須經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)，也帶來(lái)了易于維護(hù)和安全等優(yōu)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備因?yàn)楣收隙C(jī)時(shí)也不會(huì)影響其它端用戶間的通信。網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較小，系統(tǒng)的可靠性較高。

2、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）管理維護(hù)容易。由于所有的數(shù)據(jù)通信都要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)可以收集到所有的通信狀況。（2）節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便，相較于其他網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理和維護(hù)容易。節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)只需要與中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備建立連接即可，而不會(huì)像環(huán)型網(wǎng)絡(luò)那樣“牽其一而動(dòng)全局”。（3）易于故障的診斷與隔離。由于各終端分節(jié)點(diǎn)都與中心節(jié)點(diǎn)相連，故便于從中心節(jié)點(diǎn)對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，也便于將故障節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)分離。

由于星型組網(wǎng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此它成為組網(wǎng)方式中廣泛而又首選使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)之一，但如何避免星型網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點(diǎn)間的通信沖突成為最主要的問(wèn)題。

四、星型組網(wǎng)的方式

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，為有效避免各節(jié)點(diǎn)之間通信出現(xiàn)沖突，中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的交互主要有以下兩種常用的方式，一是主動(dòng)輪詢方式，二是被動(dòng)時(shí)間片方式，這兩種組網(wǎng)方式的簡(jiǎn)介和對(duì)比如下：

1、主動(dòng)輪詢方式，主動(dòng)輪詢方式中，每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都有自己唯一的ID號(hào)，中心節(jié)點(diǎn)主動(dòng)根據(jù)終端節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)依次詢問(wèn)終端節(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，若某個(gè)終端節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，則中心節(jié)點(diǎn)開(kāi)始處理接收到的數(shù)據(jù)。下圖為主動(dòng)輪詢方式示意圖：

優(yōu)點(diǎn)

（1） 終端節(jié)點(diǎn)不用受到時(shí)間片的限制，更加自由；（2） 在終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)交互不頻繁時(shí)，理論上對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度和時(shí)間沒(méi)有要求；（3） 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性較高，被動(dòng)時(shí)間片方式對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)晶振的一致性要求較高，而主動(dòng)輪詢方式不會(huì)由于晶振的微小偏差而影響各節(jié)點(diǎn)的通信；（4） 程序結(jié)構(gòu)相比被動(dòng)時(shí)間片方式要更加簡(jiǎn)單清晰，易于理解。

缺點(diǎn)

（1） 若一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)一直連續(xù)不斷的發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)直接影響其他終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)的通信，可能導(dǎo)致其他終端節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常與中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。（2） 由于終端節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，必須要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)詢問(wèn)后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，還沒(méi)有被輪詢到的終端節(jié)點(diǎn)即使有數(shù)據(jù)也不能立即發(fā)送。（3） 若網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)越多，中心節(jié)點(diǎn)輪詢完一次終端節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間越多，網(wǎng)絡(luò)延遲越大。

2、被動(dòng)時(shí)間片方式，被動(dòng)時(shí)間片是指中心節(jié)點(diǎn)會(huì)定時(shí)同步網(wǎng)絡(luò)中所有終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，某個(gè)終端節(jié)點(diǎn)想要發(fā)數(shù)據(jù)只能在自己的時(shí)間片內(nèi)，不能大于系統(tǒng)分配的時(shí)間長(zhǎng)度，要保證任務(wù)在需要執(zhí)行的時(shí)候能夠進(jìn)入該執(zhí)行的任務(wù)中，

優(yōu)點(diǎn)

（1） 被動(dòng)時(shí)間片方式的通信效率更高，節(jié)省了主動(dòng)輪詢方式中，中心節(jié)點(diǎn)輪詢所需要的時(shí)間。由于主動(dòng)輪詢方式在通信時(shí)是需要中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)終端節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)依次查詢終端節(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，以此保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不會(huì)沖突，確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但查詢的過(guò)程是沒(méi)有有效的數(shù)據(jù)在進(jìn)行交互的，站在數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?，查詢的時(shí)間是“無(wú)效”的。（2） 可設(shè)置各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片，更加靈活；（3） 由于采用時(shí)間片的機(jī)制，因此各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都相互獨(dú)立，讓數(shù)據(jù)交互更加有秩序。

缺點(diǎn)

（1） 在編寫(xiě)程序時(shí)，時(shí)間片需要合理的設(shè)置，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)交互的時(shí)間是比較嚴(yán)格的。時(shí)間片設(shè)得太短會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的中斷和任務(wù)切換，降低了CPU效率；而設(shè)得太長(zhǎng)又可能引起對(duì)終端節(jié)點(diǎn)交互請(qǐng)求的響應(yīng)變差；（2） 中心節(jié)點(diǎn)必須定時(shí)發(fā)送同步命令，避免各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)間因晶振的偏差而導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)時(shí)間不同步的情況發(fā)生，若中心節(jié)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)送同步命令，可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)間片混亂、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤甚至是網(wǎng)絡(luò)崩潰的情況。（3） 各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)只能在自己的時(shí)間片內(nèi)發(fā)送，若在規(guī)定的時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有將數(shù)據(jù)發(fā)送完成，只能等到下次繼續(xù)發(fā)送。

總的來(lái)說(shuō)，主動(dòng)輪詢方式適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高、每次數(shù)據(jù)傳輸量較大的場(chǎng)合，被動(dòng)時(shí)間片方式更加適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸量較小的場(chǎng)合。

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