《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)VBee及其應(yīng)用實(shí)例

2010-12-27
作者:深圳華奧通通信技術(shù)有限公司
</a>短距" title="短距">短距" title="短距">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

  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。

  

  

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