ANT無線通訊技術（4） 配對實例

瞭解了有關通道配置的概念以後，接下來咱們進行ANT配對的學習。

 

1、配對

      在兩個須要通訊的節點間創建聯繫的過程，叫作配對(pairing)。配對的具體操做包括：從機搜索主機通道並同步；從機獲取主機通道ID；從機設置自身通道參數與主機匹配，而後創建ANT通道開始通訊。「獲取主機通道ID」能夠視爲配對成功的標誌。獲取的通道ID能夠存入存儲器屢次使用，所以配對能夠是永久的，半永久，或者暫時的。ANT提供了多種功能，以知足不一樣的配對要求，但並不是全部模塊都能支持這些功能，具體狀況能夠參考模塊手冊。

• • 配對位(pairing bit)
  • 包含/排除列表(in/exclusion list)
  • 臨近搜索(proximity search)
  • 搜索列表(search list)

 另：後臺搜索（background scanning）見下文搜索模式

（1）配對位

　　前面說到過，設備類型的8bit中的最高1位爲配對位。主設備設置配對位，從設備將會優先配對之。當從設備不知道完整的主設備通道ID，也就是使用至少一個通配的通道參數時，使用配對位功能將避免配對到錯誤的主設備。舉個應用中的例子，在心率表配對心率帶的時候，常見的狀況是：小明戴上心率帶，而後操做心率表進行配對。根據小明的這個操做習慣，咱們能夠設置心率帶在開啓的前10s置位配對位，10s後自動復位配對位，這樣一來，只要附近周邊其餘用戶不在10s內開啓另外一個心率帶，小明的心率表就可以很快在10s內配對到本身的心率帶了。

 （2）包含/排除列表

　　顧名思義的好功能。設定的字段必須是一個完整的通道ID配置，且最多支持4個條目。

 （3）臨近搜索

　　根據從設備掃描到的主設備RSSI來進行配對，只配對指定範圍內的主設備。

 （4）搜索列表

　　獲取全部搜索到的設備號，由MCU用戶辨識並決定配對到哪個。

另：後臺搜索提供了一種至關給力的搜索功能，具體見下文。

　　

       以上4種功能相互組合搭配，就能夠實現多種多樣的配對功能了。實際開發中，應當根據需求狀況，謹慎選擇。聽起來還能夠！靈活的配對方式，也是ANT比BLE和Zigbee優點的地方，畢竟他從出生起就是註定要在CE領域混的！視用戶需求爲上帝，打造極致體驗，這樣用戶纔會買你的帳！

我總結了設計中常見的幾種須要考慮的狀況，若有不足懇請各位指出：

系統對所處的環境(多用戶？仍是單用戶?)

設備的供能狀況(能量受限的主機？仍是能量受限的節點？）

設備的配對頻次(公有設備需頻繁配對，私有設備僅首次配對)

人機接口（高級接口完成高級功能）

 

 　　

補充介紹關於搜索模式的幾個概念：

多通道的ANT模塊大多支持兩種搜索模式，低優先級搜索(low priority search)，高優先級搜索(high priority search)。優先級代表了其對其餘通道的影響程度。

　　（1）LPS:一個通道進行LPS的時候，對其餘已開啓通道的通訊不會有影響，並且功耗和HPS相近，但搜索效率會下降。

　　（2）HPS:一個通道進行HPS，其餘已開啓通道會受影響出現高達50%的丟包甚至徹底中斷。但保證了最快搜索到通道效率。

　　（3）搜索超時:LPS超時後自動進入HPS。LPS和HPS的超時均可以手動設置，默認LPS~5s，HPS~25s。HPS超時則通道搜索所有結束。若想僅使用LPS，可設置LPS超時爲無限長，用HPS超時來控制結束。

　　（4）後臺搜索:後臺搜索(通道)是搜索模式中一種特殊的通道類型。做爲一個僅用於搜索的通道，它搜索並非爲了讓本身同步，而是將搜到的通道ID以及主機信息傳遞給MCU，這樣MCU可使用獲得的參數新建另外一個普統統道。這樣，也就完成了與那個通道的同步，以及和對應設備的配對過程。進行後臺搜索時應設置爲只使用LPS。

 

2、配對實例

      好了，如今咱們用一個例子來說解ANT網絡配對組網的全過程。

　　拋開具體的應用背景，假設咱們有兩個性質不一樣的信號須要檢測，咱們設計了兩個ANT節點，分別鏈接了兩種對應的傳感器。而後，咱們須要第三個節點接收數據並送顯。組網結構以下圖所示。

                                                     

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                 網絡結構圖

 

      A和C是傳感節點，B是中心匯聚節點。A和C檢測信號，並將採集的數據發送，B接收數據並作進一步處理。箭頭方向標明的數據流通的方向。如今約定一下該網絡的要求：

• A、C爲主節點，B爲從節點。
• A使用廣播數據，C使用應答數據。
• 網絡規定使用RF頻率2488MHz，規定通道週期爲16384(2Hz)。
• 使用默認的ANT公共網絡。網絡號0，網絡key0。
• 該系統用於多用戶環境中。即範圍內存在多個相似系統。
• A、B、C均採用電池供電。
• 系統初始化前須要先配對。B只知道AC的設備類型，不知道AC的設備ID。
• B節點的人機接口包括：顯示屏、按鍵。

 

      綜上所屬，首先咱們能夠肯定，這是一個典型的星型拓撲網絡。兩個子節點與中心節點通訊，子節點數量並非不少，使用兩個獨立通道分別與兩個子節點通訊是最好的選擇。A、C是數據採集端，B接收端，所以AC定義爲Master，B是Slaver，這都是沒有問題的。第二個，咱們已經知道，單向通道中只能使用廣播消息類型，雙向通道可使用廣播、應答、突發所有三種消息類型。A使用廣播數據，AB之間只能是單向通道(unidriectional)，B不用發送信息給A；而C使用的是應答數據，每個包都要求B返回一個確認數據，所以CB間創建的是雙向通道(bidriectional)。而後呢，規定了RF頻率和通道週期以及使用公共網絡，那麼這些參數能夠直接設置了。AC設備類型不一樣，可是B知道要配對的AC的設備類型，不知道AC的設備ID，這樣在B上配對時，設備類型能夠直接指定，設備ID應當用0來通配。最後一個，前面提到該系統用於多用戶環境，多用戶環境中，也就是說在相同的時間，空間中會有一樣的用戶行爲發生比方說同時開機，配對。開機倒無所謂，如過配對過了，從機能記憶儲存前次的配對信息，當再次開機的時候直接載入就能夠了。可是若是是沒有配對過，首次使用必需要進行配對的。兩個用戶兩套系統，同時開機配對，相互配錯了怎麼辦？對不對。那麼，爲了不多人同時段配對出現問題，必定要考慮配對功能的設計。比較完美的方案是採用[從機後臺掃描]+[從機鄰近搜索]+[主機限時配對位]，這樣不只能一次性完成多個通道的搜索和配對，也較好地避免了配對混淆。甚至，我還能夠由於B節點有高級的人機接口，我用[搜索列表]來作，放到屏幕上讓用戶來選擇。但這樣實現起來成本也很高，畢竟ABC都是電池供電，讓用戶去操做的話，不是說用戶辨識反應慢，而是在於整個配對流程被拉地太長，太繁瑣，每一個環節一點點延時，都積累起來就很恐怖了。要知道ANT模塊搜索通道時候的電流典型值是3mA啊！電池確定經不起幾回搜索的。因此咱們並不須要貪大求全一味追求高逼格功能，能簡化的步驟，能自動處理的問題，就儘可能避免交給用戶。這裏咱們最讚的方案就用[從機後臺掃描]+[主機限時配對位]就ok了。另外提醒用戶儘可能「先配對，再佈置」，雖然不用到[鄰近搜索]可是畢竟，距離對於搜索配對仍是有必定影響的。而後對於主機配對位的超時，以及後臺掃描的超時都合理設計一下。後面我會給出一個經驗參考值。

       下面用一個表格來記錄所需通道配置。A，C的通道配置是出廠預置的，沒法更改。B有開啓3個獨立通道，一個專用於後臺搜索，另兩個用於根據搜索的的結果配置與AC的通道。

通道配置	A channel 0    （預置）	C channel 0    （預置）	B channel 0      （後臺搜索）	B channel 1 for A            （搜索完成）	B channe 2 for C           （搜索完成）
網絡號/網絡key	0/0	0/0	0/0	0/0	0/0
RF頻率	88	88	88	88	88
設備ID	0x0001 預約值	0x0001  預約值	0 通配	0x0001 匹配A	0x0001 匹配C
設備類型	0x81/0x01 配對位限時自動復位	0x82/0x02 配對位限時自動復位	0x81/0x82 搜到A再搜B	0x01 匹配A	0x02 匹配C
傳輸類型	1 無共享地址域	1 無共享地址域	0 搜索	1 匹配A	1 匹配C
通道類型	0x10 雙向主通道	0x10 雙向主通道	0x40 單向從通道	0x40 單向從通道	0x00 雙向從通道
通道週期	16384	16384	16384	16384	16384
數據類型	0x4E 廣播數據	0x4F 應答數據	N/A	0x4E 廣播數據	0x4F 應答數據

      你也許會問，爲何用於單向廣播的A節點，通道類型不是0x50單向主通道呢？由於事實上不少時候，從節點仍是須要和主節點交換數據的，好比使用命令要求主節點回複本身的完整通道ID以完成配對，或者查詢主節點的電能情況方便用戶管理。而0x10雙向主通道即保留了反向通訊的可能，也並不影響使用廣播數據，因此實際應用中大多使用雙向通道，而單向通道使用較少。

      關於AC的配對位超時時限，一般能夠根據通道的搜索時間來設置。官方文檔中有這樣一組數據：

 

消息頻率	最長通道搜索時間
10Hz	2s
4Hz	3s
2Hz	7s
1Hz	15s
0.5Hz	45s

 

      數據代表，主通道的消息頻率，與最長通道搜索時間有關。頻率越高，越容易搜索到。根據這個數據，咱們不妨設置AC的配對位超時時限爲30s。可使用外部事件觸發配對位置位，經常使用的方案有開機自動觸發，用戶觸發等。咱們這裏AC節點都不具有人機接口，因此使用開機自動觸發是最好的選擇。只要AC同時間開機，就能保證30s內都配對完成。

      關於B的後臺搜索通道，由於要搜索兩個不一樣類型的設備，因此設置設備類型時應使用邏輯判斷。當搜到第一個設備通道後，變動設備類型，進行第二種類型設備的通道搜索。而後第二種設備也搜索完畢後，中止搜索並關閉後臺通道。B的通道設置流程圖以下圖。

 

      好了，關於配對就到說這裏了。你可能注意到流程圖中提到了擴展數據消息，這於ANT數據消息格式有關，以前遺漏了沒有講，那麼就放在下一期和「乾貨」一塊兒上吧！晚安！