一文解析Digi Digimesh无线自组网协议

Digimesh是一个由Digi公司提出的具有自组网功能的对等网络协议。在Digimesh网络中，各节点在地位上是相等的，都是可休眠的路由节点。当开启休眠时，协议会自动将网络中的节点同步进行休眠和唤醒。由于Digimesh的这种同步功能，它不像zigbee需要父节点来为休眠的子节点缓存数据，而是可以确保任意节点醒着的时候，其它节点也在唤醒状态。同样地，Digimesh的网络参数由网络ID和信道（跳频时为跳频点）决定，它不需要像zigbee一样，由协调器来建立网络，因此网络中的节点能够是完全对等的关系。

由于ZigBee网络中对于底层的重传、广播次数等都有明确的规定，而Digimesh则完全开放给用户去自定义，因此Digimesh更方便灵活适应不同应用的需求。

Digimesh除了具有自组网功能外，在带宽不足的应用情况下，也能够通过禁用自组网功能，从而实现更高带宽的点对多点的星状态网络。此外，在保留网状网的拓扑情况下，通过灵活调节不同节点的功能，还能实现可控的直接整网广播，在保证覆盖率的同时，进行一点移动节点或高带宽应用的部署。

一、Digi的XBee Digimesh模块

Digi提供两种不同频段的Digimesh模块：2.4GHz XBee3 Digimesh模块和868MHz、900MHz的次GHz Digimesh模块。其中，次GHz的模块包括250mw的XBee Pro 900HP，XBee Pro 868HP和1W发射功率的XBee Pro SX模块。2.4GHz用的是扩频技术，而次GHz用的是跳频等技术，由于有更高的发射功能和较强的抗干扰能力，次GHz一般用于远距离通讯。  

 

二、Digimesh的用法

Digimesh首先是一种自组网协议，因此和ZigBee类似，当一个Digimesh网络内部有一个节点出问题时，协议能为各节点的通讯自动寻找新的最佳路径，网络能自愈和自我恢复。   Digimesh并不需要有个角色来建立网络，网络ID和信道（或跳频点）是一个网络的标志，当两个模块的网络ID和信道(或跳频点）相同时，它们就处于同一个网络中，它们之间可不可达完全取决于信号强度，在信号达不到的地方，如果有同网络的节点作为跳点，就可以将网络延展过去。   2.4G的模块有信道（CH)参数，而采用跳频的次GHz模块则对应的是有跳频点参数(HP，CM)，1W以上的远距离模块，还有一个空中波特率的参数(BR)，为了能正常通信，网络内的节点该参数也需设置成一样。空中波特率越高，带宽也越高，但解码难度也增大，通讯距离相应会缩小，任何应用都应该在通信距离、可靠性和带宽之间作权衡。   HP可以理解为有七套不同中心频率的跳频点，在每套频率点中，还可以选择打开或关闭一些跳频点，这个参数是CM，它可以更灵活地在模块中实施不同国家的无线规约限制（比如禁用一些频点等）或是通过这个方式指定避开某些干扰频点。  

Digimesh的通讯方式有广播和定向单播两种方式。MT和RR决定了这两种通讯方式的最大重传次数。对于指定目标地址的单播，成功收到包后，接收方在底层会有个反馈包，如果发送方没收到反馈包，或是检测到发送失败，底层固件会自动重发，最多会重发RR次。而如果用广播的方式，每个Router会把收到的广播包再转发MT+1次。这是增强距离和可靠性，减少丢包率的参数，但它也会带来带宽的降低。当您需要很密集发送或是需要更可靠的实时性时，应在丢包率和带宽/实时性之间做权衡，合理设置这两个参数。   在Digimesh协议中，虽说是对等网络，每个节点角色相同，但仍有CE这个参数可以指定或限制模块的某些功能。最常用的是Standard Router节点和Non-Routing Module节点两种。除此之外，也可以通过CE来指定两个模块的父子关系，子节点会定期向父节点查询是否有自己的数据，在CE参数中，如果指定节点是Non-routing，意味着它不能给其它节点做跳点，并且收到广播包后，它不会去转发。在某些应用场景，当用户需要减少网络中的数据流量，增强实时性时，会变得很有用。  

  Digimesh协议虽然是对等网络结构，但所有节点都可以同步休眠和唤醒，因此和ZigBee不同，它并不需要父节点为子节点缓存数据（虽然也能够为节点指定这种关系）。在一个稳定的已经同步了的网络中，当某个Digimesh的节点醒来时，意味着网络内的其它节点也处于醒着的状态。当有新节点加入时，需要两三个周期来同步。   由于Digimesh中有这些功能和参数可自定义，它既能用在节点数量多，带宽要求不高的场合，也同样非常合适节点数量较少，效率要求高的场景。

三、Digimesh网络功能探索

当我们说组好一个网络时，意味着网络内各节点的网络ID，信道等已经设置好，并且已经能相互通信。通常一个典型的网络，包括一个API模式的网关和透传或API模式的网络内其它节点。当组好网络时，通常在网关侧，我们能够获取到网内的各个节点，并且可以有效的组织和控制网络内许可节点列表，将不是本网络的模块踢出网络或恢复为组网前状态。对于一个开启休眠的网络，如果一个网络的网关NI已经预先确定，我们可以检测节点状态，在节点同步时通过ATDNXXXX将网关的目标地址写入到模块中。但更通用的做法是，网关定期广播带NI的组网信息帧，以便让各个节点可以在收到该信息时自动把网关的MAC地址保存下来。  

（1）网关和节点均为透传模式组网 在网关和节点均为透传模式时，由于默认的，节点的DH、DL为0000FFFF，所以我们可以在网关侧用ATAG0000FFFF让节点自动把DH、DL写成网关的地址。

  （2）透传模块节点和API模式网关组网 同样的，简单用法我们仍可以用ATAG0000FFFF来自动给网内节点设置好网关的目标地址。为了更有效管理网络，Digi有一个专门的AT指令来实现根据NI装载DH、DL，这在多个网关组成分层式网络时显得非常有用。一个通常的做法是，当网关首次上电并形成网络后，开始广播SYNCXXXX，首次收到该信息的节点，将会把XXXX作网关的NI，发送ATDNXXXX，从而把网络内NI=XXXX的节点的mac地址自动设置到目标地址上。而当节点向网关发送数据时，网关将获取到节点的mac地址，由此可在用户程序空间中管理这张表，只对在许可列表的节点进行通信，对于非本网的节点发送退网指令，使其恢复到组网前状态等。

  （3）全是API模式的节点和网关组网 当网络内节点全部是API模式时，在组网阶段，可用ATAG0000FFFF指令或由网关发起SYNC信息，各节点收到后便确认了网关的MAC地址，同时返回一个确信信息给网关，以便网关整理网络的节点列表。 此外，可由网关主动发起的网络信息查询，用ATNO04，ATFN，这会返回包括RSSI值的单跳结果。    

四、几种典型的应用场景

（1）路灯监控。 （2）无人机飞行编队。 （3）电梯管理。在电梯管理中，我们可以把TO设置成0x80，在API帧中也用这种方式通信，这是一种直接广播的传输方式，所有的routing节点会再次广播收到的数据，为了减少广播风暴，MT值可以设置为0，并且通过隔数层放置一个router，而其它层则作为non-routing点，这样只有router才会把收到的数据再次广播一次，只有匹配目标地址的节点收到数据后才从串口输出。设想一个30层的电梯，每隔5层放置一个router，轿厢也作为router节点，整个网络同时也只有7个点会把收到的不是自己的数据再广播一次，整体能带宽控制得很好。 （4）隧道监控。在隧道通信中，可以在隧道顶上放置router节点，而其它节点只作为non-routing节点。 （5）智能门锁。  

编辑：黄飞