星型组网的两种方式以及优缺点解析

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星型组网的两种方式

一、无线串口模块简介

1、简介。无线串口模块是将串口数据通过无线信号来进行通信的模块。一般由无线射频芯片和MCU构成（某些SOC芯片已将这两个部分集成到一起）。无线串口模块具有操作简单的特点，广泛应用于无线数据采集、无线抄表、机器人控制、门禁系统、安防系统等领域中，用户只需了解简单的串口通信，无需学习复杂无线通讯知识就可以轻松实现无线产品的开发和使用。
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( Y( T8 A, B0 q: G2、串口模块型号。无线串口模块的型号包括E22、E32、E30、E31以及E33，用户可根据自身的产品需要选择最合适的无线串口模块。下图为各个无线串口模块的实物图：



) B, A' |6 N3 e9 \4 T" L# L! |以上模块都可通过官方网站提供的用户上位机为其配置波特率、空中速率、模块地址、频率信道等信息，为用户提供更加灵活的操作方式。

: @0 e2 i8 `0 ^0 }3 u( F二、星型组网模块

1、星型组网模块型号：E70-433NW30S；E70-433NW14S。

- d! X: m7 c9 ~7 }2、简介。工作在433MHz频段；模块集主机（协调器）、终端为一体，具有长距离、高速率两种传输模式，一个主机（协调器）支持多达200个节点与其通讯，所有操作配置采用行业标准AT指令，极大简化用户操作，适用于多种无线通讯组网场景。
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3、特点：E70-433NW30S是在国内首个可以支持200节点并发的433MHz 无线模块，解决了传统433MHz无线数传无法并发而引起的一系列问题。可以并发后，用户无需再花费精力处理复杂组网协议，从而大大降低了客户的开发难度，缩短了用户的开发周期；其协议保证了整个无线通信系统的稳定性、得包率，下图为E70-433NW30S模块实物图：



三、星型组网简介

在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点上，由该中央节点向目的节点传送信息。星型网络拓扑如下图所示：
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1、星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。因此，中央节点的主要功能有三项：
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（1） 当要求通信的站点发出通信请求后，控制器要检查中心节点是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接；（2）在两台设备通信过程中要维持这一通路，保证数据传输的可靠性；（3） 当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通道。

! P/ R8 n) b# x% ^+ e: c2 L星型组网相较于环形组网中一个节点故障，将会造成全网瘫痪以及对分支节点故障定位较难的不同，星型组网便于集中控制，因为终端节点之间的通信必须经过中心节点。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。终端节点设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。网络延迟时间较小，系统的可靠性较高。
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$ B: U  J$ b* P  E" S; z5 F# E5 e7 o2、星型拓扑结构的主要优点有：

7 ~! }9 @: a# Y0 X7 V  O6 h- g（1）管理维护容易。由于所有的数据通信都要经过中心节点，中心节点可以收集到所有的通信状况。（2）节点扩展、结构简单、移动方便，相较于其他网络拓扑结构而言，星型拓扑结构管理和维护容易。节点扩展时只需要与中心节点设备建立连接即可，而不会像环型网络那样“牵其一而动全局”。（3）易于故障的诊断与隔离。由于各终端分节点都与中心节点相连，故便于从中心节点对每一个节点进行测试，也便于将故障节点和系统分离。

由于星型组网具有以上优点，因此它成为组网方式中广泛而又首选使用的网络拓扑设计之一，但如何避免星型网络中多节点间的通信冲突成为最主要的问题。
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四、星型组网的方式
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' {; V3 y9 I8 {4 d3 S3 Q, q0 X) A& \星型拓扑结构中，为有效避免各节点之间通信出现冲突，中心节点和终端节点的交互主要有以下两种常用的方式，一是主动轮询方式，二是被动时间片方式，这两种组网方式的简介和对比如下：
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1、主动轮询方式，主动轮询方式中，每一个终端节点都有自己唯一的ID号，中心节点主动根据终端节点的ID号依次询问终端节点是否有数据需要发送，若某个终端节点有数据发送到中心节点，则中心节点开始处理接收到的数据。下图为主动轮询方式示意图：
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优点
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（1） 终端节点不用受到时间片的限制，更加自由；（2） 在终端节点与中心节点交互不频繁时，理论上对传输数据的长度和时间没有要求；（3） 网络稳定性较高，被动时间片方式对各个节点晶振的一致性要求较高，而主动轮询方式不会由于晶振的微小偏差而影响各节点的通信；（4） 程序结构相比被动时间片方式要更加简单清晰，易于理解。
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/ [6 A/ _: E/ Q0 h; e$ J3 o/ x# T缺点
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（1） 若一个终端节点一直连续不断的发送数据，会直接影响其他终端节点与中心节点的通信，可能导致其他终端节点无法正常与中心节点进行通信。（2） 由于终端节点没有主动发送数据的功能，必须要经过中心节点询问后才能发送数据，因此，还没有被轮询到的终端节点即使有数据也不能立即发送。（3） 若网络中的终端节点越多，中心节点轮询完一次终端节点所需要的时间越多，网络延迟越大。

8 |& ~% v/ E% H! D& A) h; g2、被动时间片方式，被动时间片是指中心节点会定时同步网络中所有终端节点的时间，某个终端节点想要发数据只能在自己的时间片内，不能大于系统分配的时间长度，要保证任务在需要执行的时候能够进入该执行的任务中，
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7 K* Z' N0 @+ J/ p优点
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' ]8 W- s: Z5 |" t% I. a5 r( Q（1） 被动时间片方式的通信效率更高，节省了主动轮询方式中，中心节点轮询所需要的时间。由于主动轮询方式在通信时是需要中心节点根据终端节点的ID号依次查询终端节点是否有数据要发送，以此保证各个节点的数据不会冲突，确保网络的可靠性，但查询的过程是没有有效的数据在进行交互的，站在数据传输的角度，查询的时间是“无效”的。（2） 可设置各个终端节点的时间片，更加灵活；（3） 由于采用时间片的机制，因此各个终端节点都相互独立，让数据交互更加有秩序。

2 h6 @$ {5 e. b3 ^8 d缺点
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（1） 在编写程序时，时间片需要合理的设置，各个终端节点与中心节点交互的时间是比较严格的。时间片设得太短会导致过多的中断和任务切换，降低了CPU效率；而设得太长又可能引起对终端节点交互请求的响应变差；（2） 中心节点必须定时发送同步命令，避免各个终端节点间因晶振的偏差而导致各节点时间不同步的情况发生，若中心节点没有发送同步命令，可能会导致时间片混乱、数据传输错误甚至是网络崩溃的情况。（3） 各个终端节点的数据只能在自己的时间片内发送，若在规定的时间片内没有将数据发送完成，只能等到下次继续发送。

: c5 \4 ?5 [) [, ~# \总的来说，主动轮询方式适用于对实时性要求不高、每次数据传输量较大的场合，被动时间片方式更加适用于对实时性要求较高、数据传输量较小的场合。