¶ WaveMesh LLx 协议简介
WaveMesh LLx 无线移动自组网协议是在 WaveMesh 2.x 标准协议栈基础之上为低成本、低功耗、移动设备精心优化的极轻量级、分布式无线移动自组网协议，运行在 1K RAM 和 8K Flash的入门级 8 位 MCU 上，进一步降低模块的软硬件成本。WaveMesh LLx 麻雀虽小其网络能力依然很强大，核心能力和 WaveMesh 2.x 协议基本相当。该协议定义了完备的链路层（MAC）和网络层（NWK）协议规范，但物理层可以采用多种无线信号调制方式，因此可以运行在多种射频芯片上。该协议采用市场通用的高性价比 ISM 频段射频芯片和低成本的通用 MCU。
WaveMesh 协议经过了十多年的发展完善和市场验证，目前已经发展到第二代，相比上一代在功能和性能上有了质的飞越，可以满足绝大部分物联网的应用需求。WaveMesh LLx 协议又在 WaveMesh 2.x 标准协议的基础之上，经过精简、优化和修改，在某些实现细节上比标准协议更加贴合应用， WaveMesh LLx 无线移动自组网协议的特点有：
⚫ 分布式网络
➢ 没有中心节点，所有节点都平等，网络扁平不分等级；
➢ 所有节点各自计算自己的路由，不需要中心节点掌控全网路由；
⚫ 移动节点
➢ 所有节点都可以任意移动，在移动的同时保持数据流连续传输；
⚫ 多种网络拓扑
➢ 树形网络（在节点和网关之间建立路由进行双向通信）；
➢ 广播网络（任何节点通过广播方式发送给其它所有节点、多个节点或者单一节点）；
⚫ 网络规模大
➢ 协议栈资源开销与网络节点数量无关，网络规模没有理论上限；
⚫ 网络覆盖范围大
➢ 单一网络可以通过部署多个网关进行无限扩展；
➢ 其中每个网关可以管辖最大 255 级中继路由的网络范围；
⚫ 可靠数据传输
➢ 单播采用 5 次握手方式可靠传输；
➢ 可靠广播采用 4 次握手方式点对点可靠传输；
➢ 网络不会主动丢弃数据报文，不休眠情况下可以实现 100%可靠传输；
⚫ 协议开销极小
➢ 数据传输不需要事先建立路由，网络不需要初始化，上电可立即工作；
➢ 网络不需要心跳、信标报文，没有维护开销；
➢ 协议握手开销固定而且很小，并且和无线传输速率无关，物理带宽有效利用率可达 90%；
⚫ 网络健壮
➢ 只需要相邻节点能够通信即可，不强调无线的传输距离，和单跳 LPWAN 窄带低速网络在设计理念上有本质的不同；
➢ 路由协议可以动态寻找尽可能多的路由节点，路由的切换不需要额外时间，部分节点的离开对网络剩余部分没有影响；
⚫ 吞吐量大
➢ 采用私有智能碰撞算法和路由协议，可以在多路径、多信道并行发送数据；
➢ 网络可以有多个网关，因此网络吞吐量可以远大于无线物理带宽；
➢ 由于不要求无线传输的距离，可以采用比 LPWAN 窄带低速网络高的多的无线传输速率，从而获得更大的网络吞吐量；
⚫ 网络集抄
➢ 采用全网集抄的方式代替逐点轮抄，能够在数秒钟之内采集成百上千点的数据（采集时间和数据量、物理带宽有关）；
➢ 在非低功耗应用中，全网集抄保证 100%的成功率；
➢ 在低功耗应用中，全网集抄会优先确保功耗，单次集抄接近 100%的成功率；
➢ 网络集抄相对逐点轮抄具有更高的实时性、更低的功耗、更少的占用无线资源的特点；
⚫ 智能碰撞算法
➢ 不依赖于信号强度，没有远近效应，在强干扰下仍然有效；
➢ 充分考虑网络拓扑的非均匀分布，优化网络瓶颈，确保网络最佳吞吐量；
⚫ 精确路由
➢ 在节点和网关之间可以建立精确路由；
➢ 路由信息会在数据交换的过程中被时时刻刻更新和优化，不需要额外开销；
⚫ 低功耗
➢ 支持多种休眠方式：自主休眠、异步休眠、同步休眠和混合休眠等，可以满足绝大部分的低功耗应用；
➢ 全新的异步休眠唤醒算法，节点监听时间片可以短至~1ms，按照 2 秒休眠时间片长度计算，节点异步休眠待机电流可以低至 5uA；
➢ 分布式网络不需要初始化，上电可以立即进行数据传输，对比需要长时间建立全网路由的协议，其建网过程消耗的功耗就可以足够 WaveMesh LLx 网络运行很长时间；
➢ 采用全网集抄的方式，每次全网数据采集仅需要数秒即可完成。对比逐点轮抄全网数据采集所消耗的功耗是 WaveMesh LLx 网络单次全网集抄的上百倍以上；
➢ 采用比 LPWAN 网络更高的无线传输速率，用时更短，功耗更低；
⚫ 安全性
➢ 每个节点有不可被篡改的 6 字节客户 ID 和 6 字节全球唯一号 UUID；
➢ 每个节点有可以配置的 3 字节网络 ID 和 128 个无线信道编号；
➢ 采用物理层比特流动态加密，其密匙采用上述 3 种 ID 和无线信道编码信息的结合，无线信号被破解的概率极低，确保不同客户 ID、不同网络 ID 和不同信道之间的设备完全不能互通；
➢ 严格限制不同厂商的设备采用不同的客户 ID，并且客户 ID 不能被修改，因此可以保障不同客户设备之间完全隔离，确保无线数据的安全；
➢ 采用 CRC-32 替代上一代的 CRC-16 进行报文校验，极大降低了报文误码率；
⚫ 开发成本低廉
➢ 协议栈设计和实现完备，不需要应用层参与，直接向无线模块发送应用层数据报文即可，无需二次开发；
➢ 仅仅需要配置参数就可以完成开发工作，几分钟内就可以完成；
➢ 批量生产时可以将参数写入烧写器和固件一起烧入，不需要逐个配置参数；
¶ WaveMesh LLx 支持的无线模块
WaveMesh LLx 目前支持 LoRa（LLCC68/SX1268/SX1262）和 GFSK（CMT2300A）的无线调制方式，采用 STM8S003F3 或和标准无线模块搭载 WaveMesh 标准协议族的固件，其硬件的尺寸、外观和使用完全一模一样，方便产品更换硬件模块。所有模块采用相同的配置参数结构，使用统一的 AT 指令和同一配置工具进行参数配置，屏蔽硬件上的差异。目前为止WaveMesh LLx 协议已经支持的标准硬件模块如下：
¶ WaveMesh LLx 模块图例
点击相关模块图片可看详情
 AS1268-049S（常规产品） |
 AS1268-049C（常规产品） |
 AS2300-049S（需定制） |
|---|---|---|
 AS1268-049C（需定制） |
 AS2300-049T（需定制） |
AS2300-049D（需定制） |
¶ WaveMesh LLx 模块参数对比表
| 参数 | WM1268-049S | WM1268-49C | WM2300-049S | WM2300-049C | WM2300-049T | WM2300-049D |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 射频芯片 | LLCC68 (LoRa) | LLCC68 (LoRa) | CMT2300A(GFSK) | CMT2300A(GFSK) | CMT2300A(GFSK) | CMT2300A(GFSK) |
| MCU芯片 | STM8L051F3 | STM8S003F3 | STM8L051F3 | STM8S003F3 | STM8L051F3 | STM8S003F3 |
| 无线速率 | 62K-2Kbps可配置 | 62K-2Kbps可配置 | 100Kbps固定 | 100Kbps固 | 100Kbps固定 | 100Kbps固定 |
| 最大发射功率 | 22dBm | 22dBm | 20dBm | 20dBm | 20dBm | 20dBm |
| 无线频段 | 400~510MHz | 400~510MHz | 400~510MHz | 400~510MHz | 400~510MHz | 400~510MHz |
| 无线唤醒方式 | LoRa CAD | LoRa CAD | GFSK唤醒码字 | GFSK唤醒码字 | GFSK唤醒码字 | GFSK唤醒码字 |
| 休眠电流 | 1.1~1.6uA | 5.4~11uA | 0.5~1uA | 4.5~10uA | 0.5~1uA | 4.5~10uA |
| 接收电流 | 9.2mA | 9.2mA | 12.9mA | 12.9mA | 12.9mA | 12.9mA |
| 最大发射电流 | 112mA | 112mA | 77mA | 77mA | 77mA | 77mA |
| 最大报文长度 | 236字节 | 236字节 | 240字节 | 240字节 | 240字节 | 240字节 |
| 模块尺寸 | 33x20mm | 33x20mm | 33x20mm | 33x20mm | 20x10mm | 20x10mm |
| 硬件成本 | ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️ | ⭐️ |
| 传输距离 | ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️ | ⭐️⭐️ |
| 抗干扰能力 | ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️⭐️ | ⭐️ | ⭐️⭐️ |
| 功耗 | ⭐️⭐️ | ⭐️⭐️⭐️ | ⭐️ | ⭐️⭐️ | ⭐️ | ⭐️⭐️ |
¶ WaveMesh LLx 固件版本
¶ 固件版本细分
WaveMesh LLx 固件为了进一步降低客户的模块使用成本，根据对休眠能力的支持分为 LLA、LLB、LLC 和 LLD 四个版本固件。对于相同 RF 芯片（目前 SX1268/LLCC68 和 CMT2300A）的不同模块硬件，不同的 LLx 版本固件之间可以完全互通。比如，LLA/B/C/D 固件 WM2300-049C/D/S/T 模块，不同固件版本和不同模块硬件之间都可以互通。应用中非低功耗的设备可以用 LLA 固件版本的模块，低功耗的设备可以用 LLB/C/D 的固件，这样可以进一步降低客户成本。
¶ WaveMesh LLx固件功能对比表
为了方便对不同版本协议进行选择，WaveMesh LLx 无线移动自组网协议栈 4 个不同固件版本之间功能对比如下表所示：
| 功能 | LLA | LLB | LLC | LLD |
|---|---|---|---|---|
| 网络拓扑 | 树形、网状 | 树形、网状 | 树形、网状 | 树形、网状 |
| 碰撞处理 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 报文解析 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 串口握手 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 自主休眠 | ❌不支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 异步休眠 | ❌不支持 | ❌不支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 无线唤醒 | ❌不支持 | ❌不支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 同步休眠 | ❌不支持 | ❌ 不支持 | ❌ 不支持 | ✅支持 |
| 全网集抄 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 自动集抄 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 被动休眠 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 |
| 强制休眠 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 |
| 下行路由 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 |
| 上行路由 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 可靠广播 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 路由深度 | 255 | 255 | 255 | 255 |
| 参数修改 | 本地串口 | 本地串口 | 本地串口 | 本地串口 |
| 固件升级 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 | ❌不支持 |
| 发射测试 | AT 指令 | AT 指令 | AT 指令 | AT 指令 |
| 接收测试 | 配置参数 | 配置参数 | 配置参数 | 配置参数 |
| 休眠测试 | 配置参数 | 配置参数 | 配置参数 | 配置参数 |
| 网络测试 | 报文环回 | 报文环回 | 报文环回 | 报文环回 |
| 网络信息 | 固定帧头 | 固定帧头 | 固定帧头 | 固定帧头 |
| 带宽测试 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 多包测试 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 | ✅支持 |
| 报文长度 | 236-240 字节 | 236-240 字节 | 236-240 字节 | 236-240 字节 |
¶ WaveMesh LLx 协议典型应用
- WaveMesh LLx 协议网络拓扑结构是树形网络和广播网络，其中最基本的树形网络由节点
NODEs和网关ROOTs等设备组成。 NODEs可以和ROOTs之间进行双向数据通信，NODEs之间可以进行数据中继转发和路由但是不能直接通信,ROOTs之间可以进行广播通信。NODEs和ROOTs均可以进行休眠，支持自主休眠、异步休眠、同步休眠、混合休眠。- 不使能中继功能的
NODEs退化成终端（ENDs），不使能中继能力的ROOTs退化成控制器（CTRLs）。 - 网络中所有模块均采用完全相同得硬件和固件，模块采用不同网络行为可以通过配置模块的参数实现。
为了更好理解网络中各种设备类型，下面举例介绍典型的几种应用：
¶ 智能家居和楼宇
¶ 人员、物品定位
¶ 带户内显示的无线抄表
¶ 非低功耗电表抄表
¶ 全网低功耗水、燃气、热抄表
¶ 电、水、燃气、热混合抄表
¶ 矿业安全监控
¶ 消防报警
¶ WaveMesh LLx 的休眠策略
为了满足各种低功耗的应用场景，WaveMesh 协议栈提供了多种休眠策略：异步休眠、同步休眠、自主休眠、混合休眠、被动休眠和强制休眠。本节简单说明各种休眠的工作方式，方便对不同协议版本进行选择。