無線自組網技術VBee及其應用實例

一、華奧通的無線短距自組網項目研發

　　我公司是一家專注于ODM無線數據通信模塊的研發與銷售的高科技企業，自2006年開始研發短距自組網無線模塊，現已投入量產的自組網無線模塊分為二種，一種是基于ZigBee技術的 2.4GHz 無線模塊，另一種是基于VBee自組網技術的470MHz頻段的無線模塊。

　　ZigBee是由ZigBee聯盟推出的一種短距離、低功耗、低成本的無線通信技術。華奧通采用ZigBee技術的主要產品有HAC-uBee、HAC-LBee等，華奧通的ZigBee模塊已在物流、建筑節能、數據采集等多種項目中獲得成功應用。

　　VBee是經過二年多的研發、華奧通擁有自主知識產權的一種無線自組網技術，采用VBee技術的產品為HAC-uNet，華奧通的VBee模塊已開始應用于工業控制、數據采集等項目。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境(如集抄項目和其它工業控制項目)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結構的網絡，每個VBee網絡中有一個主節點(稱為AP)和帶路由功能的子節點(稱為NP)及無路由功能的末端可休眠節點(稱為EP)組成，AP到NP或AP到EP間的數據傳輸稱為下傳，NP、EP到AP間的數據傳輸稱為上傳。

　　VBee網絡有如下特點：

　　自動組網、自動路由

　　一個VBee網絡由AP開始組建，其網絡組建無需外界干預，由網絡節點上電后自動完成。

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

除了自動組網，網絡中的數據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，節點09的上傳數據既可以通過節點07->節點03的路徑到達AP，也可以通過節點08到達AP，前者的路徑需3跳，而后者的路徑只需2跳，因此，節點09的上傳數據會自動選擇通過節點08傳輸上行數據。

　　網絡容量大，覆蓋范圍廣

　　一個VBee網絡最多可達1000個節點，加之網絡跳數大(最大跳數可達8跳)，因此， VBee的通信覆蓋范圍將大大超出傳統的點對點與點對多點模式的覆蓋范圍。

　　網絡ID設計，避免相互干擾

　　網絡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網絡中的所有RF模塊在同一信道上工作，也排除了在同一區域工作的不同VBee網絡間的RF模塊相互干擾的問題。

　　數據傳輸碰撞退避設計與數據重發設計，提高了網絡數據傳輸成功率

　　根據計算與測試，若不采用碰撞退避與重發技術，若網絡中單跳的成功率為90%，那么，8跳后，數據傳輸的成功率只有43%，即使單跳成功率為99%，8跳后也只有92%。

　　由于VBee使用了數據傳輸的碰撞退避與重發技術，使得網絡內數據傳輸的成功率得以大大提高。

　　易于現場安裝

　　基于一些巧妙的設計，所有節點在現場安裝時無需根據現場環境進行復雜的網絡靜態或動態路由設置、也無需現場設置節點。

　　故障模塊的更換、新增網絡節點等既無需進行系統重啟，也無需進行設置。

　　這使得普通安裝工人即可完成現場節點安裝、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，同為無線傳輸網絡，VBee模塊與ZigBee模塊的主要區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利用我公司的HAC-uNet進行溫度采集與系統控制的實例，如圖2所示。

　　在該項目中，使用HAC-uNet進行溫度采集與數據傳輸，項目中所有HAC-uNet組成一個VBee網絡，在VBee網絡中，一只HAC-uNet的功能設計為AP，其余HAC-uNet的功能設計為NP和EP，項目中的部分節點使用EP，是由于在實際環境中，個別節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的上位機相連，上位機軟件通過AP讀取VBee中各節點采集并上傳的溫度，將通過AP將控制數據下傳至各個節點(NP/EP)，由各個節點(NP/EP)再將控制數據通過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采集的溫度數據。

　　實際控制流程參見圖3、圖4。