無線自組網(wǎng)技術(shù)VBee及其應用實例

一、華奧通的無線短距自組網(wǎng)項目研發(fā)

　　我公司是一家專注于ODM無線數(shù)據(jù)通信模塊的研發(fā)與銷售的高科技企業(yè)，自2006年開始研發(fā)短距自組網(wǎng)無線模塊，現(xiàn)已投入量產(chǎn)的自組網(wǎng)無線模塊分為二種，一種是基于ZigBee技術(shù)的 2.4GHz 無線模塊，另一種是基于VBee自組網(wǎng)技術(shù)的470MHz頻段的無線模塊。

　　ZigBee是由ZigBee聯(lián)盟推出的一種短距離、低功耗、低成本的無線通信技術(shù)。華奧通采用ZigBee技術(shù)的主要產(chǎn)品有HAC-uBee、HAC-LBee等，華奧通的ZigBee模塊已在物流、建筑節(jié)能、數(shù)據(jù)采集等多種項目中獲得成功應用。

　　VBee是經(jīng)過二年多的研發(fā)、華奧通擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種無線自組網(wǎng)技術(shù)，采用VBee技術(shù)的產(chǎn)品為HAC-uNet，華奧通的VBee模塊已開始應用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等項目。VBee正是為了彌補2.4GHz頻段的RF模塊的穿透力差，應用于有密集阻擋環(huán)境(如集抄項目和其它工業(yè)控制項目)時通信效果不理想而設計的，VBee模塊選擇了較低的國家開放的公用頻段。

　　二、Vbee簡介

　　VBee采用MESH結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡，每個VBee網(wǎng)絡中有一個主節(jié)點(稱為AP)和帶路由功能的子節(jié)點(稱為NP)及無路由功能的末端可休眠節(jié)點(稱為EP)組成，AP到NP或AP到EP間的數(shù)據(jù)傳輸稱為下傳，NP、EP到AP間的數(shù)據(jù)傳輸稱為上傳。

　　VBee網(wǎng)絡有如下特點：

　　自動組網(wǎng)、自動路由

　　一個VBee網(wǎng)絡由AP開始組建，其網(wǎng)絡組建無需外界干預，由網(wǎng)絡節(jié)點上電后自動完成。

　　網(wǎng)絡中的節(jié)點能根據(jù)自己的位置與相鄰節(jié)點的位置自動確定自己在網(wǎng)絡中的跳數(shù)，例如圖1中所示，節(jié)點02遠于節(jié)點01，但由于節(jié)點02可直接與AP進行可靠通訊，因此，節(jié)點02與節(jié)點01同為1跳，在與AP通訊時，節(jié)點02無需通過01而可與AP直接通訊。

除了自動組網(wǎng)，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸也是自動路由并且是智能選擇最佳傳輸路徑。

　　自動選擇最短路徑是VBee的另一大特點，例如圖1中所示，節(jié)點09的上傳數(shù)據(jù)既可以通過節(jié)點07->節(jié)點03的路徑到達AP，也可以通過節(jié)點08到達AP，前者的路徑需3跳，而后者的路徑只需2跳，因此，節(jié)點09的上傳數(shù)據(jù)會自動選擇通過節(jié)點08傳輸上行數(shù)據(jù)。

　　網(wǎng)絡容量大，覆蓋范圍廣

　　一個VBee網(wǎng)絡最多可達1000個節(jié)點，加之網(wǎng)絡跳數(shù)大(最大跳數(shù)可達8跳)，因此， VBee的通信覆蓋范圍將大大超出傳統(tǒng)的點對點與點對多點模式的覆蓋范圍。

　　網(wǎng)絡ID設計，避免相互干擾

　　網(wǎng)絡ID其中包含有RF模塊的物理信道號，這樣既可以保證同一VBee網(wǎng)絡中的所有RF模塊在同一信道上工作，也排除了在同一區(qū)域工作的不同VBee網(wǎng)絡間的RF模塊相互干擾的問題。

　　數(shù)據(jù)傳輸碰撞退避設計與數(shù)據(jù)重發(fā)設計，提高了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸成功率

　　根據(jù)計算與測試，若不采用碰撞退避與重發(fā)技術(shù)，若網(wǎng)絡中單跳的成功率為90%，那么，8跳后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β手挥?3%，即使單跳成功率為99%，8跳后也只有92%。

　　由于VBee使用了數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐鲎餐吮芘c重發(fā)技術(shù)，使得網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β实靡源蟠筇岣摺?/p>

　　易于現(xiàn)場安裝

　　基于一些巧妙的設計，所有節(jié)點在現(xiàn)場安裝時無需根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境進行復雜的網(wǎng)絡靜態(tài)或動態(tài)路由設置、也無需現(xiàn)場設置節(jié)點。

　　故障模塊的更換、新增網(wǎng)絡節(jié)點等既無需進行系統(tǒng)重啟，也無需進行設置。

　　這使得普通安裝工人即可完成現(xiàn)場節(jié)點安裝、更換等工作。

　　四、VBee模塊與ZigBee模塊的一些比較

　　表2. VBee模塊與ZigBee模塊的比較

　從表2可以看出，同為無線傳輸網(wǎng)絡，VBee模塊與ZigBee模塊的主要區(qū)別在于其無線載頻與無線傳輸速率的不同，ZigBee采用2.4G載頻，而VBee為400M-500M載頻，這決定了VBee模塊的無線穿透力要大大好于ZigBee模塊，因此，在有建筑物阻擋的復雜環(huán)境下，VBee模塊的實際傳輸距離要比ZigBee更遠，傳輸可靠性更高，但VBee模塊的無線傳輸數(shù)率卻較ZigBee模塊低很多，因此，在一些需高標準的實時控制的解決方案中，ZigBee模塊比VBee模塊更適合。

　　五、應用實例

　　下面這個項目是某企業(yè)利用我公司的HAC-uNet進行溫度采集與系統(tǒng)控制的實例，如圖2所示。

　　在該項目中，使用HAC-uNet進行溫度采集與數(shù)據(jù)傳輸，項目中所有HAC-uNet組成一個VBee網(wǎng)絡，在VBee網(wǎng)絡中，一只HAC-uNet的功能設計為AP，其余HAC-uNet的功能設計為NP和EP，項目中的部分節(jié)點使用EP，是由于在實際環(huán)境中，個別節(jié)點的供電比較困難而采用電池供電的方式，為保證電池的足夠使用壽命，故使用EP。

　　AP通過其RS232接口直接與采集系統(tǒng)的上位機相連，上位機軟件通過AP讀取VBee中各節(jié)點采集并上傳的溫度，將通過AP將控制數(shù)據(jù)下傳至各個節(jié)點(NP/EP)，由各個節(jié)點(NP/EP)再將控制數(shù)據(jù)通過RS485接口傳送至控制設備。

　　溫度采集使用了DS18B20，HAC-uNet直接控制DS18B20進行采集并讀取DS18B20采集的溫度數(shù)據(jù)。

　　實際控制流程參見圖3、圖4。