機電設備控制系統的幾種網絡拓撲結構分析

武新向 羅 果 孟 琛 洪珠峰

(西華大學，四川 成都 610039)

控制系統由多臺計算機之間通過通信電纜連接成網絡，網絡中各站的相互連接形式即為網絡拓撲結構。研究中將實物抽象為點與線的物理組合，更加便于處理。控制系統常用的網絡結構有總線形、環形、星形、樹形等。

1 總線形結構

總線形結構是以一條開環的通信線路(總線)作為公共的數據傳輸通道，各結點通過相應的硬件接口直接連接到總線上，如圖1所示，各個終端設備連接在一根電纜上，并通過其進行數據傳輸。總線形結構中，任何一個設備站點的信息是以廣播的方式進行傳輸的，在某一時刻點，網絡上只有一個節點在發送信息，其余節點均處于接受狀態。因此連接在總線的設備越多，由于信道沖突的問題，網絡中發送和接收數據就越慢。

圖1 總線形網絡結構

2 環形結構

環形網絡結構中的各個站點按順序連接，構成一個首尾相接的封閉環，數據在環中以單向沿環路逐點進行傳送，如圖2中a所示。站點所發出信息只傳送到下一個站點，檢測是否為目的站，若不是則繼續傳送給下一個站點，例如圖2中環形結構，S1向S3傳送信息時，網絡只傳送到S2，判斷S2不是接受站點時，繼續向S3站點傳送。環形網絡拓撲結構簡單，延遲固定，但兩個站點之間環路為惟一路徑，環路中的任意一個站點接口出現故障，都會造成整個通信網絡癱瘓。

3 星形結構

星形結構以一個中央結點為中心，各個站點與中央節點均通過一條點對點進行連接。中心節點可以是中心交換器等文件服務器，也可以是集線器(Hub)等連接設備。如圖2中b所示，星形網絡結構中的一個站點向另一個站點發送數據時，首先要將數據發送到中心節點，然后由中心節點將數據轉發到目的結點。星形網絡拓撲結構的結構相當復雜，各個節點的數據處理負擔很小，因此通過點對點的鏈路即可滿足要求。在局域網中，使用最多的網絡拓撲為星形拓撲。

圖2 環形、星形網絡結構圖

4 樹形結構

樹狀結構是在總線形和星形結構中演變來的，是兩者的結合發展和補充。樹形網絡中的站點設備都連接到一個中心節點上，中心節點分層級，故并不是整個系統中的結點都直接連接到根節點上，結點首先連接到相應級別的次中心節點，次中心節點再與上級中心節點連接，如圖3中a所示。樹型拓撲結構適用于構建網絡主干，多用于上下界限相當嚴格和層次分明的網絡結構中。除樹形為組合網絡拓撲結構外，還有如圖3中b、c所示組合網絡結構。如b所示，由總線形和環形網絡結構共同組成；c所示為環形和星形網絡結構組成。

圖3 組合式網絡結構

5 總結

通信工程網絡拓撲結構多種多樣，除總線形、星形、環形等基本結構外，還有其多樣的組合結構。隨著工業自動智能化進程的不斷推進，在進行機電設備通信控制工程網絡拓撲結構的設計時，應根據工程的實際情況選擇合理的網絡結構或其組合形式，設計出優質產品，推進我國工業化進程。