ZigBee無線組網技術在發電廠中的應用研究

李英 侯勇 宋繼紅

摘要：隨著科技的不斷進步，無線網絡隨之發展起來。無線網絡主要是由成本低、功耗低以及功能多的傳感器的節點組成，能夠在一些特殊的環境中使用，解決有線網絡的成本高、維護程序繁瑣的弊端。介紹基于ZigBee的無線網絡組成及特點，探討在發電廠的實踐應用。

關鍵詞：無線組網;優化設計;降本增效;質量提升

1、無線網絡概述

無線傳感器網絡是由在檢測區內很多的微型傳感器節點通過無線通信方式組成的集成網絡，對于網絡所覆蓋的地區能夠實現信息的感知、采集、處理等形式。通過這種技術的實現，可以讓觀察者通過無線傳感器網絡感知客觀世界，擴展了網絡功為人類認知世界提供良好的工具。

1.1 無線傳感器網絡體系結構.傳感器網絡結構圖，主要構成包括匯聚節點、互聯網或衛星、任務節點以及傳感器節點等。無線傳感器網絡中的節點可以感知被網路覆蓋地區的信息，可以不受時間地點的限制，任意時間都可以對任意地點進行信息的采集和處理，傳感器之間的節點能夠把信息逐層的傳遞，然后通過節點將所采集的信息處理，經過多次處理到匯聚節點，最后到達互聯網或衛星的管理節點。用戶可以根據管理節點中的數據進行管理，可以發布監測信息或收集數據。

1.2 無線傳感器網絡的特點.無線傳感器網絡通過微型傳感器節點來獲得所測地區的數據信息，主要是以無線通信方式進行網絡工作。它與傳統的傳感器相比，具有以下加點優勢：①精度高。在檢測區域內通過低價的傳感器節點在空間內進行密集抽樣或對近距離的目標實行密集監測，可以將信息準確的感知，所采集的數據具有非常高的精度，這是傳統單一的傳感器不具備的。②可靠性高。無線傳感器中的監測區域內的節點如果在工作中出現了故障，其他節點能夠代替壞節點繼續工作，所以無線傳感器網絡在監測中能夠有很高的可靠性。③性價比高。隨著科技的不斷進步，科技產品更新換代隨度加快，微型傳感器節點的性價比越來越高，同時無線傳感器網絡在傳輸的數據的時候不需要線纜，所以節省了很多物質資源，降低了系統的成本，提高了使用效率。④靈活性高。無線傳感器網絡在形式以及節點的排列上是非常自由的，隨時適應網絡的拓撲，調整網絡布局，也能夠在監測網絡區域加減節點。在網絡布局設定好后，不需要人為的操控，無線傳感器網絡能夠及時的調整狀態展開工作，還能適用于環境復雜的地段，其靈活性遠高于傳統的傳感器。

2 設備類型

網絡中存在三種邏輯設備類型：Coordinator（協調器），Router（路由器）和End-Device（終端設備）。ZigBee網絡由一個Coordinator以及多個Router和多個End_Device組成，zigbee網絡拓撲結構。

2.1 協調器.協調器負責啟動整個網絡。它也是網絡的第一個設備。協調器選擇一個信道和一個網絡ID（也稱之為PAN ID，即Personal Area Network ID），隨后啟動整個網絡。

協調器也可以用來協助建立網絡中安全層和應用層的綁定（bindings）。

注意，協調器的角色主要涉及網絡的啟動和配置。一旦這些都完成后，協調器的工作就像一個路由器（或者消失）。由于ZigBee網絡本身的分布特性，因此接下來整個網絡的操作就不在依賴協調器是否存在。

2.2.路由器.路由器的功能主要是：允許其他設備加入網絡，多跳路由和協助它自己的由電池供電的兒子終端設備的通訊。

通常，路由器希望是一直處于活動狀態，因此它必須使用主電源供電。但是當使用樹群這種網絡模式時，允許路由間隔一定的周期操作一次，這樣就可以使用電池給其供電。

2.3 終端設備.終端設備沒有特定的維持網絡結構的責任，它可以睡眠或者喚醒，因此可以可以是一個電池供電設備。

通常，終端設備對存儲空間（特別是RAM的需要）比較小。

注意：在Z-Stack中一個設備的類型通常在編譯的時候通過編譯選項（ZDO_COORDINATOR 和RTR_NWK）確定。所有的應用例子都提供獨立的項目文件來編譯每一種設備類型。

3、尋址

ZigBee設備有兩種類型的地址。一種是64位IEEE地址，即MAC地址，另一種是16位網絡地址。

64位地址使全球唯一的地址，設備將在它的生命周期中一直擁有它。其地址由IEEE來維護和分配。

16位網絡地址是當設備加入網絡后分配的。它在網絡中是唯一的，用來在網絡中鑒別設備和發送數據。

3.1 Z-Stack尋址.為了向一個在ZigBee網絡中的設備發送數據，應用程序通常使用AF_DataRequest（）函數。數據包將要發送給一個afAddrType_t（在ZComDef.h中定義）類型的目標設備。

typedef struct

{

union

{

uint16 shortAddr;

} addr;

afAddrMode_t addrMode;

byte endPoint;

} afAddrType_t;

注意，除了網路地址之外，還要指定地址模式參數。目的地址模式可以設置為以下幾個值：

typedef enum

{

afAddrNotPresent = AddrNotPresent，

afAddr16Bit = Addr16Bit，

afAddrGroup = AddrGroup，

afAddrBroadcast = AddrBroadcast

} afAddrMode_t;

3.2? 單點傳送.Uicast是標準尋址模式，它將數據包發送給一個已經知道網絡地址的網絡設備。將afAddrMode設置為Addr16Bit并且在數據包中攜帶目標設備地址。

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