Zigbee與電力線載波在路燈單燈控制系統的對比

朱明

【摘要】 路燈單燈控制系統智能化是路燈照明系統的發展趨勢，為此可以借用一些通信技術來視線。本文就Zigbee無線通信技術與電力線載波通信技術進行了技術與應用的對比討論。其中，Zigbee無線通信技術的功耗低、安全性與靈活性高，而電力載波通信技術可以節省電能、降低成本并延長燈具的使用壽命且不會涉及到線路改造。兩種通信技術，有各自的優缺點。

【關鍵詞】 Zigbee 電力線載波 路燈單燈控制系統

一、前言

Zigbee是一種短距離、低功耗的無線通信技術，全球共2.4GHz公共頻率。電力載波通信是通過電力網來做傳輸媒介，把載有信息的高頻信號加載到電力線，再利用電力線來進行數據傳輸，并且利用調制解調器把電力線上的高頻信號分離出來傳輸到監控設備終端的一種通信方式。這兩種通信技術都能夠實現路燈單燈系統的控制，但也存在著不同之處。

二、Zigbee與電力線載波的技術對比

目前，在路燈單燈控制系統中所使用的通信方式為Zigbee無線通信與電力載波通信。下面就這兩種通信方式的技術優勢進行比較。

2.1 Zigbee無線通信

Zigbee采用IEEE802.15.4標準，通訊距離范圍可以無論是百米內到百米外，幾公里外，甚至支持更遠的距離使用的無線通信方式。

對于Zigbee無線通信來說，當其應用在監控網絡的時候，技術優勢是十分明顯的。

首先，它的數據傳輸率很低，對于低速率傳輸是十分適合的。

其二，它因為傳輸速率低，發射功率不高，并且可以采用休眠模式，因此功耗也十分低，十分的省電。

其三，對于星型結構的Zigbee來說，容納設備數可達到一個主設備外加254個從設備，在一個區域內又可以容納一百個這樣的網絡，并且網絡組成十分的靈活。

其四，對于Zigbee通信來說，搜索設備時延很短，休眠激活的時延以及活動設備接入的時延都只有十五毫秒而已。

其五，Zigbee通信主要采用避免碰撞的策略，也就是主動避開了發送數據時候的競爭以及沖突。其MAC層所使用的是完全確認的數據傳輸模式，對于發送出去的數據包都需要接受到對方的確認信息才認定為發送成功，避免了傳輸過程中出現問題漏了數據的情況。

其六，Zigbee不僅能夠支持鑒權和認證，還提供了基于CRC的數據包完整性檢查，并且使用了加密算法，從而保證各個應用的靈活性和安全性。

2.2 電力載波通信

電力載波通信成本比較低，工作效率高，因此格外受到關注。在路燈單燈控制系統中選擇這種通信方式具有諸多技術優勢。首先電力線能夠可靠的進行供電，因此對于自然災害或者外力破壞具備很強的抵抗能力。其次，作為電能輸送通道的電力線路，通過金屬良導體材料來進行連接，線路的截面相對比較大，導電性能也比較好。如果是在其上通過高頻信號進行數據傳輸，并不需要另外再敷設電纜便足夠做到所有點間的通信。最后，關于電力線的成本問題，主要是在電力生產成本里面的開支，因而成本比較低。不管是新的道路還是舊的道路，都無須進行線路改造，只要增加加載波設備配合通信協議便足夠了。

三、Zigbee與電力線載波在路燈單燈控制系統的應用對比

3.1 Zigbee的應用

Zigbee需要利用到網絡，它的網絡可以自組織網，只要子網絡在網絡模塊的通信范圍之內就可以自動尋找對方，從而形成一個相互連通的Zigbee網絡。它可以通過Zigbee網絡或者是GPRS網絡來實現系統的遠程控制。Zigbee實際上是一種短距離且低功耗的無線通信技術，當進行遠距離的無線通信時，可以采用GPRS技術，兩種技術互相補充從而提高檢測范圍和監控系統水平。利用Zigbee無線自組織網，可以把區域內的路燈都組成一個Zigbee子網，這樣的若干個子網再利用GPRS網關可以形成大型路燈網絡。最后在監控中心就可以實現對每一個路燈的Zigbee無線通信控制了。

為確保使用Zigbee技術的單燈控制器通訊質量，現有設備安裝方式有兩種：

1、為燈頭內安裝：需使用高空車操作，安裝較為繁瑣，占用人員多（一高車至少配置三人），耗時較長，同時需對施工點路段進行短時間封閉，因安裝位置較高設備無需考慮較為嚴格的防水性能及被盜保護要求，但因在燈罩內安裝，需考慮設備的散熱問題

2、手孔門內安裝：設備安裝于手孔門內，但考慮到燈桿對無線信號的屏蔽，需在燈桿上開孔，將設備天線引出，引出位置視現場環境而定，一般不低于2米，此類方式安裝需在燈桿上開孔，所以對開孔處的防銹保護、饋線的反水彎、天線的防破壞，設備本身的防水和被盜保護均提出較高要求

Zigbee技術雖已成熟，但在城市路燈單燈控制方面尚無大規模應用，

3.2電力線載波的應用

電力線載波技術能夠利用現有的電力線路把路燈的照明系統組成一個智能照明系統。這需要在電力線上加載不同信號，再根據電力線載波的特點來進行不同信號的傳輸，最后通過設備剝離信號再傳送到不同的設備當中。這種無線通信技術能夠節省電能，降低維護成本和延長燈具的使用壽命。一個完整的載電力波路燈單燈控制系統，應該具備服務器、集中控制器、單燈控制器以及能夠實現通訊的協議軟件。

使用電力線載波通訊的單燈控制器多采用燈桿手孔門內設備安裝方式，可單人或團體施工，單點施工耗時時間短，施工過程無需對施工路段進行封閉，但因設備安裝位置低，地面濕氣大，手孔門偶有缺失現象，需對設備做嚴格的防水和被盜保護要求。

考慮到現有燈具，尤其是LED燈具開關電源設備的接入，大量諧波會造成對電力線載波頻點的嚴重干擾問題，因此，此類設備在實際應用中常需使用各種濾波設備保證電力線載波通訊

電力線載波方式在城市路燈單燈控制方面有了長足進展，已有多個廠家在國內多個城市有了實際使用，

四、結束語

2015年國家在能源政策方面堅持規劃、政策、規則、監管“四位一體”，創新能源管理機制，路燈單燈控制勢必成為今后路燈節能改造的方向，無論是選擇Zigbee無線通信技術還是選擇電力線載波通信技術，其最終目的都是為了能夠更加便捷、成本更低的實現路燈單燈系統的控制。Zigbee無線通信技術與電力載波通信技術各自具有優點與缺點，究竟選擇哪一種通信技術，可以根據實際環境的需求來決定。無論是哪一種技術，無疑都能夠提升路燈照明品質，讓路燈的管理水平得到進一步提升。

參 考 文 獻

[1]孫小明.城市路燈照明智能控制系統的應用及研究[J].科技情報開發與經濟.2011.

[2]幺進祥.城市路燈照明智能控制系統應用研究[J].中國交通信息化.2012.

[3]張春燕，朱小本，熊吉駱.ZigBee無線路燈監控系統.浙江電力.2013.

[4]解凱源.電力載波通訊技術的路燈單燈控制系統.城市照明.2013.

[5]許寶玉.電力載波通信未來應用方向研究.中國新通信.2013.

[6]金長輝.城市照明智能監控管理系統設計與實現[D].山東大學.2013.