一文解析Digi Digimesh無線自組網協(xié)議

Digimesh是一個由Digi公司提出的具有自組網功能的對等網絡協(xié)議。在Digimesh網絡中，各節(jié)點在地位上是相等的，都是可休眠的路由節(jié)點。當開啟休眠時，協(xié)議會自動將網絡中的節(jié)點同步進行休眠和喚醒。由于Digimesh的這種同步功能，它不像zigbee需要父節(jié)點來為休眠的子節(jié)點緩存數據，而是可以確保任意節(jié)點醒著的時候，其它節(jié)點也在喚醒狀態(tài)。同樣地，Digimesh的網絡參數由網絡ID和信道（跳頻時為跳頻點）決定，它不需要像zigbee一樣，由協(xié)調器來建立網絡，因此網絡中的節(jié)點能夠是完全對等的關系。

由于ZigBee網絡中對于底層的重傳、廣播次數等都有明確的規(guī)定，而Digimesh則完全開放給用戶去自定義，因此Digimesh更方便靈活適應不同應用的需求。

Digimesh除了具有自組網功能外，在帶寬不足的應用情況下，也能夠通過禁用自組網功能，從而實現(xiàn)更高帶寬的點對多點的星狀態(tài)網絡。此外，在保留網狀網的拓撲情況下，通過靈活調節(jié)不同節(jié)點的功能，還能實現(xiàn)可控的直接整網廣播，在保證覆蓋率的同時，進行一點移動節(jié)點或高帶寬應用的部署。

一、Digi的XBee Digimesh模塊

Digi提供兩種不同頻段的Digimesh模塊：2.4GHz XBee3 Digimesh模塊和868MHz、900MHz的次GHz Digimesh模塊。其中，次GHz的模塊包括250mw的XBee Pro?900HP，XBee Pro?868HP和1W發(fā)射功率的XBee Pro SX模塊。2.4GHz用的是擴頻技術，而次GHz用的是跳頻等技術，由于有更高的發(fā)射功能和較強的抗干擾能力，次GHz一般用于遠距離通訊。 ?

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二、Digimesh的用法

Digimesh首先是一種自組網協(xié)議，因此和ZigBee類似，當一個Digimesh網絡內部有一個節(jié)點出問題時，協(xié)議能為各節(jié)點的通訊自動尋找新的最佳路徑，網絡能自愈和自我恢復。 ? Digimesh并不需要有個角色來建立網絡，網絡ID和信道（或跳頻點）是一個網絡的標志，當兩個模塊的網絡ID和信道(或跳頻點）相同時，它們就處于同一個網絡中，它們之間可不可達完全取決于信號強度，在信號達不到的地方，如果有同網絡的節(jié)點作為跳點，就可以將網絡延展過去。 ? 2.4G的模塊有信道（CH)參數，而采用跳頻的次GHz模塊則對應的是有跳頻點參數(HP，CM)，1W以上的遠距離模塊，還有一個空中波特率的參數(BR)，為了能正常通信，網絡內的節(jié)點該參數也需設置成一樣?？罩胁ㄌ芈试礁撸瑤捯苍礁?，但解碼難度也增大，通訊距離相應會縮小，任何應用都應該在通信距離、可靠性和帶寬之間作權衡。 ? HP可以理解為有七套不同中心頻率的跳頻點，在每套頻率點中，還可以選擇打開或關閉一些跳頻點，這個參數是CM，它可以更靈活地在模塊中實施不同國家的無線規(guī)約限制（比如禁用一些頻點等）或是通過這個方式指定避開某些干擾頻點。 ?

Digimesh的通訊方式有廣播和定向單播兩種方式。MT和RR決定了這兩種通訊方式的最大重傳次數。對于指定目標地址的單播，成功收到包后，接收方在底層會有個反饋包，如果發(fā)送方沒收到反饋包，或是檢測到發(fā)送失敗，底層固件會自動重發(fā)，最多會重發(fā)RR次。而如果用廣播的方式，每個Router會把收到的廣播包再轉發(fā)MT+1次。這是增強距離和可靠性，減少丟包率的參數，但它也會帶來帶寬的降低。當您需要很密集發(fā)送或是需要更可靠的實時性時，應在丟包率和帶寬/實時性之間做權衡，合理設置這兩個參數。 ? 在Digimesh協(xié)議中，雖說是對等網絡，每個節(jié)點角色相同，但仍有CE這個參數可以指定或限制模塊的某些功能。最常用的是Standard Router節(jié)點和Non-Routing Module節(jié)點兩種。除此之外，也可以通過CE來指定兩個模塊的父子關系，子節(jié)點會定期向父節(jié)點查詢是否有自己的數據，在CE參數中，如果指定節(jié)點是Non-routing，意味著它不能給其它節(jié)點做跳點，并且收到廣播包后，它不會去轉發(fā)。在某些應用場景，當用戶需要減少網絡中的數據流量，增強實時性時，會變得很有用。 ?

? Digimesh協(xié)議雖然是對等網絡結構，但所有節(jié)點都可以同步休眠和喚醒，因此和ZigBee不同，它并不需要父節(jié)點為子節(jié)點緩存數據（雖然也能夠為節(jié)點指定這種關系）。在一個穩(wěn)定的已經同步了的網絡中，當某個Digimesh的節(jié)點醒來時，意味著網絡內的其它節(jié)點也處于醒著的狀態(tài)。當有新節(jié)點加入時，需要兩三個周期來同步。 ? 由于Digimesh中有這些功能和參數可自定義，它既能用在節(jié)點數量多，帶寬要求不高的場合，也同樣非常合適節(jié)點數量較少，效率要求高的場景。

三、Digimesh網絡功能探索

當我們說組好一個網絡時，意味著網絡內各節(jié)點的網絡ID，信道等已經設置好，并且已經能相互通信。通常一個典型的網絡，包括一個API模式的網關和透傳或API模式的網絡內其它節(jié)點。當組好網絡時，通常在網關側，我們能夠獲取到網內的各個節(jié)點，并且可以有效的組織和控制網絡內許可節(jié)點列表，將不是本網絡的模塊踢出網絡或恢復為組網前狀態(tài)。對于一個開啟休眠的網絡，如果一個網絡的網關NI已經預先確定，我們可以檢測節(jié)點狀態(tài)，在節(jié)點同步時通過ATDNXXXX將網關的目標地址寫入到模塊中。但更通用的做法是，網關定期廣播帶NI的組網信息幀，以便讓各個節(jié)點可以在收到該信息時自動把網關的MAC地址保存下來。 ?

（1）網關和節(jié)點均為透傳模式組網 在網關和節(jié)點均為透傳模式時，由于默認的，節(jié)點的DH、DL為0000FFFF，所以我們可以在網關側用ATAG0000FFFF讓節(jié)點自動把DH、DL寫成網關的地址。

? （2）透傳模塊節(jié)點和API模式網關組網 同樣的，簡單用法我們仍可以用ATAG0000FFFF來自動給網內節(jié)點設置好網關的目標地址。為了更有效管理網絡，Digi有一個專門的AT指令來實現(xiàn)根據NI裝載DH、DL，這在多個網關組成分層式網絡時顯得非常有用。一個通常的做法是，當網關首次上電并形成網絡后，開始廣播SYNCXXXX，首次收到該信息的節(jié)點，將會把XXXX作網關的NI，發(fā)送ATDNXXXX，從而把網絡內NI=XXXX的節(jié)點的mac地址自動設置到目標地址上。而當節(jié)點向網關發(fā)送數據時，網關將獲取到節(jié)點的mac地址，由此可在用戶程序空間中管理這張表，只對在許可列表的節(jié)點進行通信，對于非本網的節(jié)點發(fā)送退網指令，使其恢復到組網前狀態(tài)等。

? （3）全是API模式的節(jié)點和網關組網 當網絡內節(jié)點全部是API模式時，在組網階段，可用ATAG0000FFFF指令或由網關發(fā)起SYNC信息，各節(jié)點收到后便確認了網關的MAC地址，同時返回一個確信信息給網關，以便網關整理網絡的節(jié)點列表。 此外，可由網關主動發(fā)起的網絡信息查詢，用ATNO04，ATFN，這會返回包括RSSI值的單跳結果。 ? ?

四、幾種典型的應用場景

（1）路燈監(jiān)控。 （2）無人機飛行編隊。 （3）電梯管理。在電梯管理中，我們可以把TO設置成0x80，在API幀中也用這種方式通信，這是一種直接廣播的傳輸方式，所有的routing節(jié)點會再次廣播收到的數據，為了減少廣播風暴，MT值可以設置為0，并且通過隔數層放置一個router，而其它層則作為non-routing點，這樣只有router才會把收到的數據再次廣播一次，只有匹配目標地址的節(jié)點收到數據后才從串口輸出。設想一個30層的電梯，每隔5層放置一個router，轎廂也作為router節(jié)點，整個網絡同時也只有7個點會把收到的不是自己的數據再廣播一次，整體能帶寬控制得很好。 （4）隧道監(jiān)控。在隧道通信中，可以在隧道頂上放置router節(jié)點，而其它節(jié)點只作為non-routing節(jié)點。 （5）智能門鎖。 ?

編輯：黃飛

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