无线自组网技术VBee及其应用实例

一、华奥通的无线短距自组网项目研发

　　我公司是一家专注于ODM无线数据通信模块的研发与销售的高科技企业，自2006年开始研发短距自组网无线模块，现已投入量产的自组网无线模块分为二种，一种是基于ZigBee技术的 2.4GHz 无线模块，另一种是基于VBee自组网技术的470MHz频段的无线模块。

　　ZigBee是由ZigBee联盟推出的一种短距离、低功耗、低成本的无线通信技术。华奥通采用ZigBee技术的主要产品有HAC-uBee、HAC-LBee等，华奥通的ZigBee模块已在物流、建筑节能、数据采集等多种项目中获得成功应用。

　　VBee是经过二年多的研发、华奥通拥有自主知识产权的一种无线自组网技术，采用VBee技术的产品为HAC-uNet，华奥通的VBee模块已开始应用于工业控制、数据采集等项目。VBee正是为了弥补2.4GHz频段的RF模块的穿透力差，应用于有密集阻挡环境(如集抄项目和其它工业控制项目)时通信效果不理想而设计的，VBee模块选择了较低的国家开放的公用频段。

　　二、Vbee简介

　　VBee采用MESH结构的网络，每个VBee网络中有一个主节点(称为AP)和带路由功能的子节点(称为NP)及无路由功能的末端可休眠节点(称为EP)组成，AP到NP或AP到EP间的数据传输称为下传，NP、EP到AP间的数据传输称为上传。

　　VBee网络有如下特点：

　　自动组网、自动路由

　　一个VBee网络由AP开始组建，其网络组建无需外界干预，由网络节点上电后自动完成。

　　网络中的节点能根据自己的位置与相邻节点的位置自动确定自己在网络中的跳数，例如图1中所示，节点02远于节点01，但由于节点02可直接与AP进行可靠通讯，因此，节点02与节点01同为1跳，在与AP通讯时，节点02无需通过01而可与AP直接通讯。

除了自动组网，网络中的数据传输也是自动路由并且是智能选择最佳传输路径。

　　自动选择最短路径是VBee的另一大特点，例如图1中所示，节点09的上传数据既可以通过节点07->节点03的路径到达AP，也可以通过节点08到达AP，前者的路径需3跳，而后者的路径只需2跳，因此，节点09的上传数据会自动选择通过节点08传输上行数据。

　　网络容量大，覆盖范围广

　　一个VBee网络最多可达1000个节点，加之网络跳数大(最大跳数可达8跳)，因此， VBee的通信覆盖范围将大大超出传统的点对点与点对多点模式的覆盖范围。

　　网络ID设计，避免相互干扰

　　网络ID其中包含有RF模块的物理信道号，这样既可以保证同一VBee网络中的所有RF模块在同一信道上工作，也排除了在同一区域工作的不同VBee网络间的RF模块相互干扰的问题。

　　数据传输碰撞退避设计与数据重发设计，提高了网络数据传输成功率

　　根据计算与测试，若不采用碰撞退避与重发技术，若网络中单跳的成功率为90%，那么，8跳后，数据传输的成功率只有43%，即使单跳成功率为99%，8跳后也只有92%。

　　由于VBee使用了数据传输的碰撞退避与重发技术，使得网络内数据传输的成功率得以大大提高。

　　易于现场安装

　　基于一些巧妙的设计，所有节点在现场安装时无需根据现场环境进行复杂的网络静态或动态路由设置、也无需现场设置节点。

　　故障模块的更换、新增网络节点等既无需进行系统重启，也无需进行设置。

　　这使得普通安装工人即可完成现场节点安装、更换等工作。

　　四、VBee模块与ZigBee模块的一些比较

　　表2. VBee模块与ZigBee模块的比较

　从表2可以看出，同为无线传输网络，VBee模块与ZigBee模块的主要区别在于其无线载频与无线传输速率的不同，ZigBee采用2.4G载频，而VBee为400M-500M载频，这决定了VBee模块的无线穿透力要大大好于ZigBee模块，因此，在有建筑物阻挡的复杂环境下，VBee模块的实际传输距离要比ZigBee更远，传输可靠性更高，但VBee模块的无线传输数率却较ZigBee模块低很多，因此，在一些需高标准的实时控制的解决方案中，ZigBee模块比VBee模块更适合。

　　五、应用实例

　　下面这个项目是某企业利用我公司的HAC-uNet进行温度采集与系统控制的实例，如图2所示。

　　在该项目中，使用HAC-uNet进行温度采集与数据传输，项目中所有HAC-uNet组成一个VBee网络，在VBee网络中，一只HAC-uNet的功能设计为AP，其余HAC-uNet的功能设计为NP和EP，项目中的部分节点使用EP，是由于在实际环境中，个别节点的供电比较困难而采用电池供电的方式，为保证电池的足够使用寿命，故使用EP。

　　AP通过其RS232接口直接与采集系统的上位机相连，上位机软件通过AP读取VBee中各节点采集并上传的温度，将通过AP将控制数据下传至各个节点(NP/EP)，由各个节点(NP/EP)再将控制数据通过RS485接口传送至控制设备。

　　温度采集使用了DS18B20，HAC-uNet直接控制DS18B20进行采集并读取DS18B20采集的温度数据。

　　实际控制流程参见图3、图4。