ZigBee（物聯網）無線網絡電能管理系統設計與選型方案_ZigBee_物聯網

ZigBee（物聯網）無線網絡電能管理系統設計與選型方案

2010/12/8 9:39:00

一．概述

隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為ZigBee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網。

由于ZigBee的優越特性，基于ZigBee技術的無線組網是一種比較合適的下行信道的實現手段。適合應用于一些短距離的無線網絡的組網，例如寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等無線抄表網絡，適用于企業內部能耗監測及管理系統，尤其適用于一些布線困難舊樓改造的能耗管理系統中。而若將其與成熟的工業以太網和GPRS/CDMA上行信道結合，與后臺管理主站組成一個完整的集抄和監控系統，則可以為遠程管理提供一個有效的解決方案。ZigBee與其他最后一公里通訊技術比較見表1。

	載波	RS485	ZigBee無線
建網難度	簡單	困難	簡單
一次性投資	小	一般	較大
運行維護	困難	比較困難	容易
通信速度	低	高	高
可靠性	差	一般	好
實時監控	不能	能	能

表1 ZigBee與其他“最后一公里”技術的比較

二．ZigBee技術特點

ZigBee協議基于IEEE 802.15.4標準，從2004年發布ZigBee V1．0到最新的增加了ZigBee-PRO擴展指令集的ZigBee2006版本，ZIGBEE功能不斷強大。ZigBee具備強大的設備聯網功能（見圖1），它支持3種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構（Star）、網狀結構（Mesh）和樹型結構（Cluster Tree），特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。與目前普遍應用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無線通訊技術相比較，ZigBee的特點主要有：

圖1 ZigBee網絡拓撲分類

（1）工作周期短、收發信息功耗較低，并且RFD（Reduced Function Device，簡化功能器件）采用了休眠模式，不工作時都可以進入睡眠模式。

（2）低成本。通過大幅簡化協議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4 KB代碼。

（3）低速率、短延時。ZigBee的最大通信速率達到250 kb／s（工作在2．4 GHz時），滿足低速率傳輸數據的應用需求。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。

（4）近距離，高容量。傳輸范圍一般介于10～100 m，在增加RF發射功率后，亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節點間的距離，若通過路由和節點間通信的接力，擴展后達到幾百米甚至幾公里。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構。由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點。

（5）高可靠性和高安全性。ZigBee的媒體接入控制層（Medium Access Control，MAC）采用CSMA/CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突。ZigBee還提供了3級安全模式，包括無安全設定、使用接人控制清單防止非法獲取數據以及采用高級加密標準（AdvancedEncryption Standard，AES）的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

（6）免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療（Industrial Scientific Medical，ISM）頻段，分別為2．4 GHz（全球）、915 MHz（美國）和868 MHz（歐洲）。

三 ZigBee（物聯網）無線網絡電能管理系統表計的選型方案

應用場合

型號