ZigBee無線通信技術及其應用探討

譚亮

摘 要：通信技術是工業現代化發展過程中的關鍵技術手段之一，隨著計算機技術的迅速發展，無線通信技術已經滲透到人們生活的方方面面，應用十分的廣泛。ZigBee無線通信技術是一項基于互聯網應用的通信技術，具有成本低、功耗低等特點，本文主要ZigBee無線通信技術的結構、特點進行簡要的分析，重點討論ZigBee無線通信技術的實踐應用問題。

關鍵詞：ZigBee；無線通信技術；電力監控系統；實踐應用

1 ZigBee無線通信技術概述

ZigBee技術具有低功耗、低成本、時延短、網絡容量大、可靠性安全性好等優點。ZigBee的傳輸速率比較低，一般在20/250kpbs左右，發射功率在1mW左右，設備采用休眠模式，因此耗電率非常低，一般情況下，2節五號電池可以為ZigBee設備供電6～24個月左右。ZigBee的初始成本較低，且ZigBee協議免專利費，因此ZigBee無線通信技術的成本非常低。ZigBee技術的休眠狀態激活時延及通信時延都比較短，一般情況下，休眠激活時延以及活動設備接入時延在15ms左右，設備搜索時時延在30ms左右，在一些時延要求十分苛刻的無線控制場合應用ZigBee技術優勢明顯。ZigBee技術的網絡容量較大，通常情況下，一個星型結構ZigBee網絡可以容納一個主設備和254個從設備。ZigBee網絡采取碰撞避免原則，為需要固定寬帶的業務預留有一定的時隙，發送數據時可以避免競爭及沖突。MAC層采用完全確認數據傳輸模式，數據包發送完成之后，對方必須要對信息接收狀態進行確認，如果出現問題要及時重發。ZigBee具有數據包完整性檢查功能，同時采用AES-128加密算法，保證了各應用的安全性。除此之外，ZigBee技術的抗干擾能力較強，信號傳輸過程中能夠避免受到外來已知信號的干擾。

2 ZigBee無線通信技術的應用

受到傳輸數據量、功耗等因素的影響，ZigBee技術一般情況下主要應用于網絡設備眾多、通信覆蓋面積較大的網絡區域，主要提供無線檢測及監控的功能。下文主要就ZigBee技術在電力監控系統中的應用問題進行簡單的討論分析。

一般情況下，電力監控系統的內部信息主要可以分為過程層、間隔層以及變電站層三層，它們分別承擔著不同的功能，監控系統結構如圖1所示。

系統運行時，采用兩層通信結構，間隔層設備與過程層設備采用ZigBee協議，變電站與間隔層設備采用標準Modbus協議。三層間數據通信時，首先ZigBee通信數據包格式經過傳輸后被監測線路參數的電力儀表接收，然后儀表會上傳相關的命令，將采集到的電參數或者電能封裝成ZigBee通信數據包，之后將該數據包傳送到微機保護裝置或者測控裝置，這兩種裝置接收到數據包信息之后會按照原路徑返回，將確認信息發送到之前傳送數據包的電力儀表之中，此時，一次完整的ZigBee握手通信完成。最后，由相關設備將接收到的ZigBee通信數據包轉換為Modbus數據幀，該數據幀繼續傳送到變電站層后臺主機，后臺主機按照原路徑反饋確認信息，并將該數據幀發送到微機保護裝置或者監控裝置，此時一次完整的Modbus通信完成。后臺主機下達命令時的傳輸流程與該過程正好相反。

該通信傳輸系統數據傳輸可靠性實現的關鍵在于Modbus協議數據報文以及ZigBee數據報文轉換的實現，具體的系統設計過程中可以將Modbus數據幀加載到ZigBee網絡應用層，然后進行數據的傳輸。

實際的電力線路遠程監控系統設計工作之中，可以將間隔層與過程層中心位置的設備作為ZigBee無線網絡的協調器，創建網絡時，協調器網絡層向MAC層發送請求，MAC層會分配信道，協調器網絡層管理實體會為新建網絡分配PAN標識符，當另外的ZigBee協調器掃描信道時，協調器會自動響應。新的網絡建立后，間隔層及過程層設備以終端設備或路由器的身份加入網絡。ZigBee設備的通信范圍相對較小，為了保證整個電力線路監控系統的所有信息都能夠及時的傳輸，需要在網絡中加入一些路由器，利用路由器的中繼作用，實現所有終端設備與網絡協調器之間的通信。ZigBee網絡中，所有的ZigBee設備都有一個唯一的64bitEEE地址，設備加入網絡后，可以將該地址數據包發送到網絡協調器進行識別，設備地址唄識別后根據設備在網絡拓撲結構中的位置，重新分配一個16bit的網絡地址，在協調器中另外生成一張其他設備的IEEE地址，ZigBee網絡地址定向即完成。間隔層與過程層設備的IEEE地址是唯一的，Modbus地址則指的是用來選通要聯絡的從設備的地址，通過綁定IEEE地址及Modbus地址可以解決網絡中地址定向問題。

3 結束語

隨著我國物聯網的快速發展，ZigBee技術受到了各行各業的關注，目前已經應用于許多行業之中，比如醫院、地鐵施工、電力監控系統等等，受篇幅所限，本文不在一一贅述，僅簡單分析ZigBee技術的特點，就ZigBee技術在電力監控系統中的應用進行了探討，希望能夠為行業內有關研究人員的工作提供參考。

參考文獻

[1]周惠椒，譚喜堂，朱琴躍，等.ZigBee無線通信技術在電力監控系統中的應用[J].電器與能效管理技術，2011，（18）：36-41.

（作者單位：國網安徽省電力公司霍邱縣供電公司）