UWB技術與Mesh組網(wǎng)的結合-UWB650模塊Mesh組網(wǎng)說明

無線通信技術不斷演進，為各行業(yè)應用帶來持續(xù)創(chuàng)新。其中，超寬帶（UWB）技術和Mesh組網(wǎng)技術作為近年來備受關注的兩項關鍵技術。

考慮到實際業(yè)務場景中，對無線通信的覆蓋范圍、通信可靠性及定位靈活性的需求不斷提升，思為無線在UWB650模塊的基礎上，進一步集成了Mesh組網(wǎng)功能。以UWB650模塊為例，這款基于IEEE 802.15.4-2020標準的超寬帶通信模塊，具備高精度測距（精度±10cm）、高速數(shù)據(jù)傳輸（最高6.8Mbps）等特性，通過新增的Mesh組網(wǎng)功能，進一步拓展了其在復雜環(huán)境下的應用能力——從工業(yè)定位到智能倉儲，從室內(nèi)導航到設備協(xié)同，UWB與Mesh的結合正在為無線通信帶來更靈活、更可靠的解決方案。

一、UWB650模塊：UWB技術+Mesh組網(wǎng)

UWB650模塊是UWB與Mesh功能一體化的核心載體，其硬件設計與協(xié)議支持為技術融合奠定了堅實基礎。

1. UWB650通信功能簡介

UWB650模塊基于Qorvo DW3000 UWB芯片設計，嚴格遵循IEEE 802.15.4-2020標準協(xié)議，并集成高性能射頻功放、MCU及通用IO接口，同時配備AES128加密及ESD保護器件，確保在復雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運行。其核心功能包括：

• 數(shù)據(jù)通信：通過串口實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)收發(fā)，支持靈活的應用開發(fā)；
• 高精度測距：采用雙向測距（SS-TWR和DS-TWR）方案，測距精度小于 10cm??，滿足工業(yè)級定位需求；
• 高速傳輸：空中數(shù)據(jù)速率最高8Mbps，可快速傳輸大量數(shù)據(jù)；
• 定位功能：通過雙向測距計算目標與基站的距離，結合坐標解算實現(xiàn)2D/3D高精度定位（精度≤30cm）。
• 低功耗休眠：模塊支持硬件級休眠，拉低CS引腳電平進入休眠（<25ms），拉高喚醒（<30ms），休眠期間UWB芯片同步休眠以降低能耗，串口會輸出"Enter Sleep"/"Exit Sleep"狀態(tài)提示。
• 靈活配置：支持多檔發(fā)射功率調(diào)節(jié)（最大5W），適應不同距離和環(huán)境需求；支持0-1023字節(jié)數(shù)據(jù)幀長度（單包最大1004字節(jié)），滿足多樣化數(shù)據(jù)負載要求；
• 長距離覆蓋：理論工作距離1KM以上，適用于大型廠房、倉庫等開闊場景。

2. UWB650 Mesh組網(wǎng)說明

UWB650模塊新增Mesh組網(wǎng)傳輸功能（默認關閉），用戶可通過配置命令啟用該功能??。啟用后，模塊可通過配置成節(jié)點或中繼的形式，與其他模塊共同組成Mesh網(wǎng)絡，解決傳統(tǒng)UWB單跳通信距離不足、復雜環(huán)境信號遮擋等問題。

二、Mesh組網(wǎng)功能的啟用與配置

UWB650的Mesh功能并非默認開啟，需通過明確的配置命令完成初始化設置，包括基礎身份配置、Mesh模式激活及節(jié)點角色定義。

1. 前期準備：基礎身份配置

用戶首次使用UWB650模塊時，需查詢并設置模塊的PAN ID（默認值0000）和地址（默認值0000）參數(shù)，以確保模塊在網(wǎng)絡中的唯一性。

配置命令：UWBRFAT+DEVICEID=xxxx,yyyy

參數(shù)說明?:?

• xxxx（第一個參數(shù)）：PAN ID（組ID，范圍0x0000~0xFFFE），同一網(wǎng)絡下的所有模塊需設置為相同值，用于區(qū)分不同Mesh網(wǎng)絡；
• yyyy（第二個參數(shù)）：模塊自身地址（范圍0x0000~0xFFFE），同一PAN ID下必須唯一，用于精準定位數(shù)據(jù)接收方。

作用：這是模塊間通信的基礎（包括普通UWB通信和Mesh組網(wǎng)通信），但僅此配置不會自動啟用Mesh功能。

注意：若未正確設置PAN ID和地址，模塊將無法與其他節(jié)點正常通信（即使是普通數(shù)據(jù)傳輸也會失?。?/p>

2. Mesh功能的啟用

Mesh功能默認關閉，用戶需通過特定配置命令激活該功能

典型命令邏輯：假設通過UWBRFAT+MeshENABLE=1（或類似命令，具體參數(shù)參考模塊規(guī)格書）將模塊切換至Mesh模式。啟用后，模塊支持多跳中繼傳輸、跳數(shù)限制等Mesh特性。

3. 節(jié)點角色與數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則

啟用Mesh功能后，模塊可配置為以下角色：

• 節(jié)點（Node）：通過命令UWBRFAT+TXTARGET=xxxx設置目標地址（如UWBRFAT+TXTARGET=1234），模塊僅與指定地址的模塊直接通信（類似點對點模式），數(shù)據(jù)通過單跳傳輸。若目標地址設置為FFFF，則數(shù)據(jù)以廣播形式發(fā)送至同一PAN ID下的所有模塊（接收端會額外輸出信號強度等信息）。
• 中繼（Router/Relay）：不主動發(fā)送數(shù)據(jù)，但會自動轉(zhuǎn)發(fā)其他模塊發(fā)送的Mesh數(shù)據(jù)包（目標地址非本機時）。例如，當節(jié)點A與節(jié)點C無法直接通信時，若節(jié)點B配置為中繼，則A→B→C的數(shù)據(jù)流可順利完成傳輸。
• 復合型節(jié)點：同時支持直接通信與中繼功能——若數(shù)據(jù)目標地址是本機，則正常接收并輸出；若目標地址非本機，則自動轉(zhuǎn)發(fā)（兼顧靈活性與可靠性）。

注意：同一Mesh網(wǎng)絡中，所有節(jié)點必須設置不同的地址，且開啟Mesh功能的模塊無法與未開啟Mesh功能的模塊進行普通數(shù)據(jù)收發(fā)。（測距/定位功能除外）。

三、UWB650 Mesh組網(wǎng)的具體功能特性

UWB650的Mesh功能不僅實現(xiàn)了多跳中繼，還通過多項機制保障網(wǎng)絡的穩(wěn)定性與可靠性。

1. 數(shù)據(jù)通信的靈活性與可控性

• 目標地址動態(tài)配置：通過UWBRFAT+TXTARGET命令可隨時修改接收方地址（如從單播切換至廣播），滿足不同場景需求；
• 廣播模式：設置目標地址為FFFF時，數(shù)據(jù)將廣播至同一PAN ID下的所有模塊，接收端默認輸出數(shù)據(jù)來源（SrcAddr）、信號強度（Rssi）及原始數(shù)據(jù)（如“SrcAddr:0001;Rssi:-51.23dBm;Data:1234567890”）；
• 16進制數(shù)據(jù)處理：發(fā)送16進制數(shù)據(jù)時，用戶需自行解析輸出內(nèi)容中的有效負載（FramePayload部分）。

2. 可靠性增強功能

• ACK自動確認機制：通過UWBRFAT+ACKENABLE=1開啟后，發(fā)送端的數(shù)據(jù)包會附帶ACK請求；接收端成功接收后，自動回復ACK響應（發(fā)送端顯示“ACK DETECTED”），未成功則提示“ACK WAIT TIMEOUT”。注意：廣播地址（FFFF）不支持ACK功能??。
• CCA信道評估機制：通過UWBRFAT+CCANENABLE=1開啟后，模塊發(fā)送數(shù)據(jù)前會檢測信道是否空閑（避免與其他UWB設備信號沖突）；若信道繁忙，則取消發(fā)送并提示“CCA FAILURE”。
• 幀過濾功能：UWB650僅接收符合以下條件的數(shù)據(jù)包——目標PAN ID與自身一致、目標地址為0xFFFF（廣播）或與自身一致、FCS校驗正確、格式為標準Data幀且符合IEEE 802.15.4-2020標準，否則直接拒絕。
• SNIFF（偵聽接收）機制：模塊會不停的開關接收，在接收狀態(tài)和IDLE狀態(tài)之間不斷切換。UWB650通過接收與空閑狀態(tài)交替切換（各約16us，占空比50%）降低功耗，測距/定位時自動切換為常開接收以確保實時性。

3. 網(wǎng)絡穩(wěn)定性保障

• 跳數(shù)限制：同一數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)固定為10次，超過后中繼節(jié)點將丟棄數(shù)據(jù)包，防止多跳網(wǎng)絡中的信號重復污染。
• 目標導向轉(zhuǎn)發(fā)：中繼節(jié)點僅處理目標地址非本機的數(shù)據(jù)包，避免無效計算與資源占用。

以上UWB650模塊指令功能開啟也可通過下載我司研發(fā)的PC軟件直接設置。

四、UWB與Mesh融合的優(yōu)勢概括

1. 突破距離限制：復雜環(huán)境下的高精度定位覆蓋

傳統(tǒng)UWB定位依賴密集部署的固定基站，而UWB650的Mesh網(wǎng)絡允許標簽與基站通過中繼節(jié)點間接通信。例如，在存在立柱遮擋的工廠車間，標簽可通過附近的中繼節(jié)點將測距信息轉(zhuǎn)發(fā)至基站，最終實現(xiàn)±10cm精度的定位，無需額外增加基站數(shù)量。

2. 自組織與自修復：動態(tài)網(wǎng)絡的魯棒性保障

Mesh網(wǎng)絡的自組織特性使得節(jié)點可動態(tài)加入/退出（如移動設備或臨時基站），無需人工重新配置。若某個中繼節(jié)點故障，數(shù)據(jù)包會自動通過其他可用路徑轉(zhuǎn)發(fā)（例如A→B→C→D變?yōu)锳→E→D），確保定位與通信服務不中斷，特別適用于礦井、應急救援等高風險場景。

3. 靈活擴展與低成本部署

用戶可根據(jù)實際需求配置節(jié)點角色（終端/中繼/復合型），靈活調(diào)整網(wǎng)絡拓撲。例如，在大型倉庫中，僅需在關鍵位置部署少量固定基站（提供坐標基準），再通過移動標簽與中繼節(jié)點組成Mesh網(wǎng)絡，即可覆蓋傳統(tǒng)方案需數(shù)十個基站的區(qū)域，顯著降低硬件成本與部署復雜度。

UWB與Mesh的結合可為無線通信提供更靈活、更可靠的解決方案。思為無線將在高精度定位與智能物聯(lián)網(wǎng)技術探索中持續(xù)投入和關注。