ANT无线通讯技术（4） 配对实例

了解了有关通道配置的概念以后，接下来咱们进行ANT配对的学习。

 

1、配对

      在两个须要通讯的节点间创建联系的过程，叫作配对(pairing)。配对的具体操做包括：从机搜索主机通道并同步；从机获取主机通道ID；从机设置自身通道参数与主机匹配，而后创建ANT通道开始通讯。“获取主机通道ID”能够视为配对成功的标志。获取的通道ID能够存入存储器屡次使用，所以配对能够是永久的，半永久，或者暂时的。ANT提供了多种功能，以知足不一样的配对要求，但并不是全部模块都能支持这些功能，具体状况能够参考模块手册。

• • 配对位(pairing bit)
  • 包含/排除列表(in/exclusion list)
  • 临近搜索(proximity search)
  • 搜索列表(search list)

 另：后台搜索（background scanning）见下文搜索模式

（1）配对位

　　前面说到过，设备类型的8bit中的最高1位为配对位。主设备设置配对位，从设备将会优先配对之。当从设备不知道完整的主设备通道ID，也就是使用至少一个通配的通道参数时，使用配对位功能将避免配对到错误的主设备。举个应用中的例子，在心率表配对心率带的时候，常见的状况是：小明戴上心率带，而后操做心率表进行配对。根据小明的这个操做习惯，咱们能够设置心率带在开启的前10s置位配对位，10s后自动复位配对位，这样一来，只要附近周边其余用户不在10s内开启另外一个心率带，小明的心率表就可以很快在10s内配对到本身的心率带了。

 （2）包含/排除列表

　　顾名思义的好功能。设定的字段必须是一个完整的通道ID配置，且最多支持4个条目。

 （3）临近搜索

　　根据从设备扫描到的主设备RSSI来进行配对，只配对指定范围内的主设备。

 （4）搜索列表

　　获取全部搜索到的设备号，由MCU用户辨识并决定配对到哪个。

另：后台搜索提供了一种至关给力的搜索功能，具体见下文。

　　

       以上4种功能相互组合搭配，就能够实现多种多样的配对功能了。实际开发中，应当根据需求状况，谨慎选择。听起来还能够！灵活的配对方式，也是ANT比BLE和Zigbee优点的地方，毕竟他从出生起就是注定要在CE领域混的！视用户需求为上帝，打造极致体验，这样用户才会买你的帐！

我总结了设计中常见的几种须要考虑的状况，若有不足恳请各位指出：

系统对所处的环境(多用户？仍是单用户?)

设备的供能状况(能量受限的主机？仍是能量受限的节点？）

设备的配对频次(公有设备需频繁配对，私有设备仅首次配对)

人机接口（高级接口完成高级功能）

 

 　　

补充介绍关于搜索模式的几个概念：

多通道的ANT模块大多支持两种搜索模式，低优先级搜索(low priority search)，高优先级搜索(high priority search)。优先级代表了其对其余通道的影响程度。

　　（1）LPS:一个通道进行LPS的时候，对其余已开启通道的通讯不会有影响，并且功耗和HPS相近，但搜索效率会下降。

　　（2）HPS:一个通道进行HPS，其余已开启通道会受影响出现高达50%的丢包甚至彻底中断。但保证了最快搜索到通道效率。

　　（3）搜索超时:LPS超时后自动进入HPS。LPS和HPS的超时均可以手动设置，默认LPS~5s，HPS~25s。HPS超时则通道搜索所有结束。若想仅使用LPS，可设置LPS超时为无限长，用HPS超时来控制结束。

　　（4）后台搜索:后台搜索(通道)是搜索模式中一种特殊的通道类型。做为一个仅用于搜索的通道，它搜索并非为了让本身同步，而是将搜到的通道ID以及主机信息传递给MCU，这样MCU可使用获得的参数新建另外一个普统统道。这样，也就完成了与那个通道的同步，以及和对应设备的配对过程。进行后台搜索时应设置为只使用LPS。

 

2、配对实例

      好了，如今咱们用一个例子来说解ANT网络配对组网的全过程。

　　抛开具体的应用背景，假设咱们有两个性质不一样的信号须要检测，咱们设计了两个ANT节点，分别链接了两种对应的传感器。而后，咱们须要第三个节点接收数据并送显。组网结构以下图所示。

                                                     

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                 网络结构图

 

      A和C是传感节点，B是中心汇聚节点。A和C检测信号，并将采集的数据发送，B接收数据并作进一步处理。箭头方向标明的数据流通的方向。如今约定一下该网络的要求：

• A、C为主节点，B为从节点。
• A使用广播数据，C使用应答数据。
• 网络规定使用RF频率2488MHz，规定通道周期为16384(2Hz)。
• 使用默认的ANT公共网络。网络号0，网络key0。
• 该系统用于多用户环境中。即范围内存在多个相似系统。
• A、B、C均采用电池供电。
• 系统初始化前须要先配对。B只知道AC的设备类型，不知道AC的设备ID。
• B节点的人机接口包括：显示屏、按键。

 

      综上所属，首先咱们能够肯定，这是一个典型的星型拓扑网络。两个子节点与中心节点通讯，子节点数量并非不少，使用两个独立通道分别与两个子节点通讯是最好的选择。A、C是数据采集端，B接收端，所以AC定义为Master，B是Slaver，这都是没有问题的。第二个，咱们已经知道，单向通道中只能使用广播消息类型，双向通道可使用广播、应答、突发所有三种消息类型。A使用广播数据，AB之间只能是单向通道(unidriectional)，B不用发送信息给A；而C使用的是应答数据，每个包都要求B返回一个确认数据，所以CB间创建的是双向通道(bidriectional)。而后呢，规定了RF频率和通道周期以及使用公共网络，那么这些参数能够直接设置了。AC设备类型不一样，可是B知道要配对的AC的设备类型，不知道AC的设备ID，这样在B上配对时，设备类型能够直接指定，设备ID应当用0来通配。最后一个，前面提到该系统用于多用户环境，多用户环境中，也就是说在相同的时间，空间中会有一样的用户行为发生比方说同时开机，配对。开机倒无所谓，如过配对过了，从机能记忆储存前次的配对信息，当再次开机的时候直接载入就能够了。可是若是是没有配对过，首次使用必需要进行配对的。两个用户两套系统，同时开机配对，相互配错了怎么办？对不对。那么，为了不多人同时段配对出现问题，必定要考虑配对功能的设计。比较完美的方案是采用[从机后台扫描]+[从机邻近搜索]+[主机限时配对位]，这样不只能一次性完成多个通道的搜索和配对，也较好地避免了配对混淆。甚至，我还能够由于B节点有高级的人机接口，我用[搜索列表]来作，放到屏幕上让用户来选择。但这样实现起来成本也很高，毕竟ABC都是电池供电，让用户去操做的话，不是说用户辨识反应慢，而是在于整个配对流程被拉地太长，太繁琐，每一个环节一点点延时，都积累起来就很恐怖了。要知道ANT模块搜索通道时候的电流典型值是3mA啊！电池确定经不起几回搜索的。因此咱们并不须要贪大求全一味追求高逼格功能，能简化的步骤，能自动处理的问题，就尽可能避免交给用户。这里咱们最赞的方案就用[从机后台扫描]+[主机限时配对位]就ok了。另外提醒用户尽可能“先配对，再布置”，虽然不用到[邻近搜索]可是毕竟，距离对于搜索配对仍是有必定影响的。而后对于主机配对位的超时，以及后台扫描的超时都合理设计一下。后面我会给出一个经验参考值。

       下面用一个表格来记录所需通道配置。A，C的通道配置是出厂预置的，没法更改。B有开启3个独立通道，一个专用于后台搜索，另两个用于根据搜索的的结果配置与AC的通道。

通道配置	A channel 0    （预置）	C channel 0    （预置）	B channel 0      （后台搜索）	B channel 1 for A            （搜索完成）	B channe 2 for C           （搜索完成）
网络号/网络key	0/0	0/0	0/0	0/0	0/0
RF频率	88	88	88	88	88
设备ID	0x0001 预约值	0x0001  预约值	0 通配	0x0001 匹配A	0x0001 匹配C
设备类型	0x81/0x01 配对位限时自动复位	0x82/0x02 配对位限时自动复位	0x81/0x82 搜到A再搜B	0x01 匹配A	0x02 匹配C
传输类型	1 无共享地址域	1 无共享地址域	0 搜索	1 匹配A	1 匹配C
通道类型	0x10 双向主通道	0x10 双向主通道	0x40 单向从通道	0x40 单向从通道	0x00 双向从通道
通道周期	16384	16384	16384	16384	16384
数据类型	0x4E 广播数据	0x4F 应答数据	N/A	0x4E 广播数据	0x4F 应答数据

      你也许会问，为何用于单向广播的A节点，通道类型不是0x50单向主通道呢？由于事实上不少时候，从节点仍是须要和主节点交换数据的，好比使用命令要求主节点回复本身的完整通道ID以完成配对，或者查询主节点的电能情况方便用户管理。而0x10双向主通道即保留了反向通讯的可能，也并不影响使用广播数据，因此实际应用中大多使用双向通道，而单向通道使用较少。

      关于AC的配对位超时时限，一般能够根据通道的搜索时间来设置。官方文档中有这样一组数据：

 

消息频率	最长通道搜索时间
10Hz	2s
4Hz	3s
2Hz	7s
1Hz	15s
0.5Hz	45s

 

      数据代表，主通道的消息频率，与最长通道搜索时间有关。频率越高，越容易搜索到。根据这个数据，咱们不妨设置AC的配对位超时时限为30s。可使用外部事件触发配对位置位，经常使用的方案有开机自动触发，用户触发等。咱们这里AC节点都不具有人机接口，因此使用开机自动触发是最好的选择。只要AC同时间开机，就能保证30s内都配对完成。

      关于B的后台搜索通道，由于要搜索两个不一样类型的设备，因此设置设备类型时应使用逻辑判断。当搜到第一个设备通道后，变动设备类型，进行第二种类型设备的通道搜索。而后第二种设备也搜索完毕后，中止搜索并关闭后台通道。B的通道设置流程图以下图。

 

      好了，关于配对就到说这里了。你可能注意到流程图中提到了扩展数据消息，这于ANT数据消息格式有关，以前遗漏了没有讲，那么就放在下一期和“干货”一块儿上吧！晚安！