物联网(Zigbee)无线网络电能管理系统.doc

物联网(Zigbee)无线网络电能管理系统1概述随着无线通信技术的不断发展,近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术,称之为ZIGBEE,它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网。由于ZIGBEE的优越特性,基于ZIGBEE技术的无线组网是一种比较合适的下行信道的实现手段。适合应用于一些短距离的无线网络的组网,例如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等无线抄表网络,适用于企业内部能耗监测及管理系统,尤其适用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。而若将其与成熟的工业以太网和GPRS/CDMA上行信道结合,与后台管理主站组成一个完整的集抄和监控系统,则可以为远程管理提供一个有效的解决方案。Zigbee与其他最后一公里通讯技术比较见表1。ZIGBEE与其他“最后一公里”技术的比较表1PLCRS485ZIGBEE无线建网难度简单困难简单一次性投资小一般较大运行维护困难比较困难容易通信速度低高高可靠性差一般好实时监控不能能能2技术特点ZIGBEE协议基于IEEE,-PRO扩展指令集的ZIGBEE2006版本,ZIGBEE功能不断强大。ZIGBEE具备强大的设备联网功能(见图2),它支持3种主要的自组织无线网络类型,即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(ClusterTree),特别是网状结构,具有很强的网络健壮性和系统可靠性。与目前普遍应用的wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通讯技术相比较,ZIGBEE的特点主要有:图2ZIGBEE网络拓扑分类(1)工作周期短、收发信息功耗较低,并且RFD(ReducedFunctionDevice,简化功能器件)采用了休眠模式,不工作时都可以进入睡眠模式。(2)低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码。(3)低速率、短延时。ZIGBEE的最大通信速率达到250kb/s(),满足低速率传输数据的应用需求。ZIGBEE的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需3~10S、Wi-Fi需3S。(4)近距离,高容量。传输范围一般介于10~100m,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离,若通过路由和节点间通信的接力,扩展后达到几百米甚至几公里。ZIGBEE可采用星状、片状和网状网络结构。由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点。(5)高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒体接入控制层(essControl,MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。ZIGBEE还提供了3级安全模式,包括无安全设定、使用接人控制清单防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AdvancedEncryptionStandard,AES)的对称密码,以灵活确定其安全属性。(6)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(IndustrialScientificMedica