星型組網(wǎng)的兩種方式

一、無線串口模塊簡介

1、簡介。無線串口模塊是將串口數(shù)據(jù)通過無線信號來進(jìn)行通信的模塊。一般由無線射頻芯片和MCU構(gòu)成（某些SOC芯片已將這兩個部分集成到一起）。無線串口模塊具有操作簡單的特點，廣泛應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)采集、無線抄表、機(jī)器人控制、門禁系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等領(lǐng)域中，用戶只需了解簡單的串口通信，無需學(xué)習(xí)復(fù)雜無線通訊知識就可以輕松實現(xiàn)無線產(chǎn)品的開發(fā)和使用。

2、串口模塊型號。無線串口模塊的型號包括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線串口模塊。下圖為各個無線串口模塊的實物圖：

以上模塊都可通過官方網(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：E70-433NW30S；E70-433NW14S。

2、簡介。工作在433MHz頻段；模塊集主機(jī)（協(xié)調(diào)器）、終端為一體，具有長距離、高速率兩種傳輸模式，一個主機(jī)（協(xié)調(diào)器）支持多達(dá)200個節(jié)點與其通訊，所有操作配置采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AT指令，極大簡化用戶操作，適用于多種無線通訊組網(wǎng)場景。

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

三、星型組網(wǎng)簡介

在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點通過點到點的方式連接到一個中央節(jié)點上，由該中央節(jié)點向目的節(jié)點傳送信息。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示：

1、星型網(wǎng)中任何兩個節(jié)點要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過中央節(jié)點控制。因此，中央節(jié)點的主要功能有三項：

（1） 當(dāng)要求通信的站點發(fā)出通信請求后，控制器要檢查中心節(jié)點是否有空閑的通路，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）在兩臺設(shè)備通信過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，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)中一個節(jié)點故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓以及對分支節(jié)點故障定位較難的不同，星型組網(wǎng)便于集中控制，因為終端節(jié)點之間的通信必須經(jīng)過中心節(jié)點。由于這一特點，也帶來了易于維護(hù)和安全等優(yōu)點。終端節(jié)點設(shè)備因為故障而停機(jī)時也不會影響其它端用戶間的通信。網(wǎng)絡(luò)延遲時間較小，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)過中心節(jié)點，中心節(jié)點可以收集到所有的通信狀況。（2）節(jié)點擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)簡單、移動方便，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)點擴(kuò)展時只需要與中心節(jié)點設(shè)備建立連接即可，而不會像環(huán)型網(wǎng)絡(luò)那樣“牽其一而動全局”。（3）易于故障的診斷與隔離。由于各終端分節(jié)點都與中心節(jié)點相連，故便于從中心節(jié)點對每一個節(jié)點進(jìn)行測試，也便于將故障節(jié)點和系統(tǒng)分離。

由于星型組網(wǎng)具有以上優(yōu)點，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)計之一，但如何避免星型網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點間的通信沖突成為最主要的問題。

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)點之間通信出現(xiàn)沖突，中心節(jié)點和終端節(jié)點的交互主要有以下兩種常用的方式，一是主動輪詢方式，二是被動時間片方式，這兩種組網(wǎng)方式的簡介和對比如下：

1、主動輪詢方式，主動輪詢方式中，每一個終端節(jié)點都有自己唯一的ID號，中心節(jié)點主動根據(jù)終端節(jié)點的ID號依次詢問終端節(jié)點是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，若某個終端節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送到中心節(jié)點，則中心節(jié)點開始處理接收到的數(shù)據(jù)。下圖為主動輪詢方式示意圖：

優(yōu)點

（1） 終端節(jié)點不用受到時間片的限制，更加自由；（2） 在終端節(jié)點與中心節(jié)點交互不頻繁時，理論上對傳輸數(shù)據(jù)的長度和時間沒有要求；（3） 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性較高，被動時間片方式對各個節(jié)點晶振的一致性要求較高，而主動輪詢方式不會由于晶振的微小偏差而影響各節(jié)點的通信；（4） 程序結(jié)構(gòu)相比被動時間片方式要更加簡單清晰，易于理解。

缺點

（1） 若一個終端節(jié)點一直連續(xù)不斷的發(fā)送數(shù)據(jù)，會直接影響其他終端節(jié)點與中心節(jié)點的通信，可能導(dǎo)致其他終端節(jié)點無法正常與中心節(jié)點進(jìn)行通信。（2） 由于終端節(jié)點沒有主動發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，必須要經(jīng)過中心節(jié)點詢問后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，還沒有被輪詢到的終端節(jié)點即使有數(shù)據(jù)也不能立即發(fā)送。（3） 若網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點越多，中心節(jié)點輪詢完一次終端節(jié)點所需要的時間越多，網(wǎng)絡(luò)延遲越大。

2、被動時間片方式，被動時間片是指中心節(jié)點會定時同步網(wǎng)絡(luò)中所有終端節(jié)點的時間，某個終端節(jié)點想要發(fā)數(shù)據(jù)只能在自己的時間片內(nèi)，不能大于系統(tǒng)分配的時間長度，要保證任務(wù)在需要執(zhí)行的時候能夠進(jìn)入該執(zhí)行的任務(wù)中，

優(yōu)點

（1） 被動時間片方式的通信效率更高，節(jié)省了主動輪詢方式中，中心節(jié)點輪詢所需要的時間。由于主動輪詢方式在通信時是需要中心節(jié)點根據(jù)終端節(jié)點的ID號依次查詢終端節(jié)點是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，以此保證各個節(jié)點的數(shù)據(jù)不會沖突，確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但查詢的過程是沒有有效的數(shù)據(jù)在進(jìn)行交互的，站在數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?，查詢的時間是“無效”的。（2） 可設(shè)置各個終端節(jié)點的時間片，更加靈活；（3） 由于采用時間片的機(jī)制，因此各個終端節(jié)點都相互獨立，讓數(shù)據(jù)交互更加有秩序。

缺點

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

總的來說，主動輪詢方式適用于對實時性要求不高、每次數(shù)據(jù)傳輸量較大的場合，被動時間片方式更加適用于對實時性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸量較小的場合。

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