無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)VBee及其應(yīng)用實(shí)例

一、華奧通的無(wú)線短距自組網(wǎng)項(xiàng)目研發(fā)

　　我公司是一家專注于ODM無(wú)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(kāi)始研發(fā)短距自組網(wǎng)無(wú)線模塊，現(xiàn)已投入量產(chǎn)的自組網(wǎng)無(wú)線模塊分為二種，一種是基于ZigBee技術(shù)的 2.4GHz 無(wú)線模塊，另一種是基于VBee自組網(wǎng)技術(shù)的470MHz頻段的無(wú)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(wú)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(xiàng)目中獲得成功應(yīng)用。

　　VBee是經(jīng)過(guò)二年多的研發(fā)、華奧通擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種無(wú)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(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等項(xiàng)目。VBee正是為了彌補(bǔ)2.4GHz頻段的RF模塊的穿透力差，應(yīng)用于有密集阻擋環(huán)境(如集抄項(xiàng)目和其它工業(yè)控制項(xiàng)目)時(shí)通信效果不理想而設(shè)計(jì)的，VBee模塊選擇了較低的國(guó)家開(kāi)放的公用頻段。

　　二、Vbee簡(jiǎn)介

　　VBee采用MESH結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)VBee網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)(稱為AP)和帶路由功能的子節(jié)點(diǎn)(稱為NP)及無(wú)路由功能的末端可休眠節(jié)點(diǎn)(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(luò)有如下特點(diǎn)：

　　自動(dòng)組網(wǎng)、自動(dòng)路由

　　一個(gè)VBee網(wǎng)絡(luò)由AP開(kāi)始組建，其網(wǎng)絡(luò)組建無(wú)需外界干預(yù)，由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上電后自動(dòng)完成。

　　網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能根據(jù)自己的位置與相鄰節(jié)點(diǎn)的位置自動(dòng)確定自己在網(wǎng)絡(luò)中的跳數(shù)，例如圖1中所示，節(jié)點(diǎn)02遠(yuǎn)于節(jié)點(diǎn)01，但由于節(jié)點(diǎn)02可直接與AP進(jìn)行可靠通訊，因此，節(jié)點(diǎn)02與節(jié)點(diǎn)01同為1跳，在與AP通訊時(shí)，節(jié)點(diǎn)02無(wú)需通過(guò)01而可與AP直接通訊。

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

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

　　網(wǎng)絡(luò)容量大，覆蓋范圍廣

　　一個(gè)VBee網(wǎng)絡(luò)最多可達(dá)1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，加之網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)大(最大跳數(shù)可達(dá)8跳)，因此， VBee的通信覆蓋范圍將大大超出傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式的覆蓋范圍。

　　網(wǎng)絡(luò)ID設(shè)計(jì)，避免相互干擾

　　網(wǎng)絡(luò)ID其中包含有RF模塊的物理信道號(hào)，這樣既可以保證同一VBee網(wǎng)絡(luò)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(luò)間的RF模塊相互干擾的問(wèn)題。

　　數(shù)據(jù)傳輸碰撞退避設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)重發(fā)設(shè)計(jì)，提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸成功率

　　根據(jù)計(jì)算與測(cè)試，若不采用碰撞退避與重發(fā)技術(shù)，若網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(chǎng)安裝

　　基于一些巧妙的設(shè)計(jì)，所有節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)無(wú)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)路由設(shè)置、也無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置節(jié)點(diǎn)。

　　故障模塊的更換、新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等既無(wú)需進(jìn)行系統(tǒng)重啟，也無(wú)需進(jìn)行設(shè)置。

　　這使得普通安裝工人即可完成現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)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(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，VBee模塊與ZigBee模塊的主要區(qū)別在于其無(wú)線載頻與無(wú)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(wú)線穿透力要大大好于ZigBee模塊，因此，在有建筑物阻擋的復(fù)雜環(huán)境下，VBee模塊的實(shí)際傳輸距離要比ZigBee更遠(yuǎn)，傳輸可靠性更高，但VBee模塊的無(wú)線傳輸數(shù)率卻較ZigBee模塊低很多，因此，在一些需高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)控制的解決方案中，ZigBee模塊比VBee模塊更適合。

　　五、應(yīng)用實(shí)例

　　下面這個(gè)項(xiàng)目是某企業(yè)利用我公司的HAC-uNet進(jìn)行溫度采集與系統(tǒng)控制的實(shí)例，如圖2所示。

　　在該項(xiàng)目中，使用HAC-uNet進(jìn)行溫度采集與數(shù)據(jù)傳輸，項(xiàng)目中所有HAC-uNet組成一個(gè)VBee網(wǎng)絡(luò)，在VBee網(wǎng)絡(luò)中，一只HAC-uNet的功能設(shè)計(jì)為AP，其余HAC-uNet的功能設(shè)計(jì)為NP和EP，項(xiàng)目中的部分節(jié)點(diǎn)使用EP，是由于在實(shí)際環(huán)境中，個(gè)別節(jié)點(diǎn)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(guò)其RS232接口直接與采集系統(tǒng)的上位機(jī)相連，上位機(jī)軟件通過(guò)AP讀取VBee中各節(jié)點(diǎn)采集并上傳的溫度，將通過(guò)AP將控制數(shù)據(jù)下傳至各個(gè)節(jié)點(diǎn)(NP/EP)，由各個(gè)節(jié)點(diǎn)(NP/EP)再將控制數(shù)據(jù)通過(guò)RS485接口傳送至控制設(shè)備。

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

　　實(shí)際控制流程參見(jiàn)圖3、圖4。