ZigBee無線組網(wǎng)技術在發(fā)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(wǎng)絡隨之發(fā)展起來。無線網(wǎng)絡主要是由成本低、功耗低以及功能多的傳感器的節(jié)點組成，能夠在一些特殊的環(huán)境中使用，解決有線網(wǎng)絡的成本高、維護程序繁瑣的弊端。介紹基于ZigBee的無線網(wǎng)絡組成及特點，探討在發(fā)電廠的實踐應用。

關鍵詞：無線組網(wǎng);優(yōu)化設計;降本增效;質量提升

1、無線網(wǎng)絡概述

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

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡體系結構.傳感器網(wǎng)絡結構圖，主要構成包括匯聚節(jié)點、互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星、任務節(jié)點以及傳感器節(jié)點等。無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點可以感知被網(wǎng)路覆蓋地區(qū)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(jié)點能夠把信息逐層的傳遞，然后通過節(jié)點將所采集的信息處理，經過多次處理到匯聚節(jié)點，最后到達互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星的管理節(jié)點。用戶可以根據(jù)管理節(jié)點中的數(shù)據(jù)進行管理，可以發(fā)布監(jiān)測信息或收集數(shù)據(jù)。

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

2 設備類型

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

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

協(xié)調器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡中安全層和應用層的綁定（bindings）。

注意，協(xié)調器的角色主要涉及網(wǎng)絡的啟動和配置。一旦這些都完成后，協(xié)調器的工作就像一個路由器（或者消失）。由于ZigBee網(wǎng)絡本身的分布特性，因此接下來整個網(wǎng)絡的操作就不在依賴協(xié)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(wǎng)絡，多跳路由和協(xié)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(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當使用樹群這種網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡地址是當設備加入網(wǎng)絡后分配的。它在網(wǎng)絡中是唯一的，用來在網(wǎng)絡中鑒別設備和發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.1 Z-Stack尋址.為了向一個在ZigBee網(wǎng)絡中的設備發(fā)送數(shù)據(jù)，應用程序通常使用AF_DataRequest（）函數(shù)。數(shù)據(jù)包將要發(fā)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(wǎng)路地址之外，還要指定地址模式參數(shù)。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(shù)據(jù)包發(fā)送給一個已經知道網(wǎng)絡地址的網(wǎng)絡設備。將afAddrMode設置為Addr16Bit并且在數(shù)據(jù)包中攜帶目標設備地址。

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