ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)

　　1 概述ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)

　　隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù),，稱之為ZIGBEE,，它是一種近距離,、低復(fù)雜度、低功耗,、低數(shù)據(jù)速率,、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制,、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng),。

　　由于ZIGBEE的*特性，基于ZIGBEE技術(shù)的無線組網(wǎng)是一種比較合適的下行信道的實現(xiàn)手段,。適合應(yīng)用于一些短距離的無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng),，例如寫字樓、辦公樓,、宿舍樓,、工廠等，適用于企業(yè)內(nèi)部能耗監(jiān)測及管理系統(tǒng),，尤其適用于一些布線困難舊樓改造的能耗管理系統(tǒng)中,。而若將其與成熟的工業(yè)以太網(wǎng)和GPRS/CDMA上行信道結(jié)合，與后臺管理主站組成一個完整的集抄和監(jiān)控系統(tǒng),，則可以為遠(yuǎn)程管理提供一個有效的解決方案,。ZIGBEE與其他“zui后一公里”技術(shù)比較見表1。

　　2 ZIGBEE技術(shù)特點ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)

　　ZIGBEE協(xié)議基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),，從2004年發(fā)布ZIGBEE V1.0到的增加了ZIGBEE-PRO擴(kuò)展指令集的ZIGBEE2006版本,，ZIGBEE功能不斷強大。ZIGBEE具備強大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能(見圖2),，它支持3種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型,，即星型結(jié)構(gòu)(Star)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和樹型結(jié)構(gòu)(Cluster Tree),，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),，具有很強的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。與目前普遍應(yīng)用的wi-Fi,、Bluetooth等短距離無線通訊技術(shù)相比較,，ZIGBEE的特點主要有：

　　(1)工作周期短、收發(fā)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(jìn)入睡眠模式,。

　　(2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)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(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4 KB代碼,。

　　(3)低速率,、短延時。ZIGBEE的zui大通信速率達(dá)到250 kb/s(工作在2.4 GHz時),，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求,。ZIGBEE的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,，藍(lán)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(fā)射功率后,，亦可增加到1~3 km,。這指的是相鄰節(jié)點間的距離，若通過路由和節(jié)點間通信的接力,，擴(kuò)展后達(dá)到幾百米甚至幾公里,。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,，zui多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)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(yè)務(wù)預(yù)留了時隙,，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突,。ZIGBEE還提供了3級安全模式，包括無安全設(shè)定,、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AdvancedEncryption Standard,，AES)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性,。

　　(6)免執(zhí)照頻段,。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(Industrial Scientific Medical，ISM)頻段，分別為2.4 GHz(),、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲),。

　　3 ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

　　圖3為ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，整個網(wǎng)絡(luò)主要由四部分組成：計量儀表,、本地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò),、遠(yuǎn)方通信網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)交換設(shè)備。整個網(wǎng)絡(luò)由計量儀表,、ZIGBEE采集器(負(fù)責(zé)與儀表之間的通信),、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端(負(fù)責(zé)與上層通訊網(wǎng)絡(luò)的對接，譬如工業(yè)以太網(wǎng)等),、上層通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換存儲設(shè)備,。ZIGBEE無線通信管理系統(tǒng)一般采用的組網(wǎng)方式是MESH的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，MESH網(wǎng)絡(luò)能更好得保證通信質(zhì)量,，保證單一節(jié)點出現(xiàn)故障時不影響其他節(jié)點通信狀態(tài),。

　　4 ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案

　　安科瑞為生產(chǎn)基地——江蘇安科瑞電器制造有限公司設(shè)計的針對生產(chǎn)用電進(jìn)行管理的電能管理分析系統(tǒng)，是基于ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)的電能管理系統(tǒng),，整個系統(tǒng)的組網(wǎng)采用ZIGBEE與RS485混合組網(wǎng)模式,。

　　整個廠區(qū)共設(shè)8個集中監(jiān)測點，分別位于配電間,、層配生產(chǎn)動力柜,、空調(diào)動力柜、排風(fēng)機控制箱及位于配電末端的幾個照明控制箱,。每個監(jiān)測點各設(shè)置無線ZIGBEE采集器一只,，通過RS485總線對位于該監(jiān)測點的電能計量儀表進(jìn)行通訊組網(wǎng);監(jiān)控中心設(shè)置ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端一只，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及考慮通訊的可靠性,，于適當(dāng)位置設(shè)置數(shù)只ZIGBEE中繼路由器,。系統(tǒng)的組網(wǎng)示意如圖4

　　公司通過建立ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案的工廠試點工程，對ANEZB無線ZIGBEE通訊模塊的實際參數(shù)進(jìn)行了驗證,。詳細(xì)參數(shù)見表2,。

　　5 性能參數(shù)

　　6接線方式

　　6.1 ZIGBEE采集器

　　6.2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端

　　7外形與安裝尺寸(mm)

　　7.1 ZIGBEE采集器

　　7.2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端

　　7.3 安裝方式

　　采用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝