基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统构建研究

何杰

摘  要：文章针对通信、雷达、导航遥控台综合管理现状，提出建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，实时了解遥控台状态，达到消防、电力、安保、信息传递等多方面综合管理的目的。此管理系统采用ZigBee这种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信新技术，实现全方位信息传递功效。此系统的建立为设备保障部门在紧急情况下及时做好应急措施打下良好的信息基础。

关键词：遥控台管理;无线传感器网络;ZigBee

中图分类号：TN925.93     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0068-01

随着我国民航事业的迅猛发展，航空飞行流量不断增加，航空管理难度越发加大，极大地促进了中国民用航空交通管理水平的提高和进步，航空管制部门对于设备运行稳定程度的要求也越来越大。根据《民航空管通信系统设备配置规范》，要求甚高频、雷达、导航通信信号在每个扇区至少有两个台站共同覆盖，在某些重要航线、航路店更要求达到三重覆盖，甚高频、雷达、导航遥控台管理成为保障中一个及其重要环节。本文通过建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，以达到对遥控台的全方面管理，实时了解遥控台的运行状态，为设备保障部门及时做好紧急情况下的应急处置措施打下良好的信息基础。

1  遥控台管理现状

目前，就民航华东地区甚高频遥控台来看，上海区域管制中心现共使用25个遥控台站。遥控台管理现状可以分为以下几个方面。

1.1  部分遥控台通行不便，故障响应时间过长

由于部分遥控台位于山上或者军区管理范围内，通行极为不便，例如：武夷山遥控台。

1.2  现有的遥控台管理手段无法全面了解遥控台状态

虽然甚高频设备RCMS监控信号均引接至上海，但除年维护或者设备巡检时可全面了解遥控台状态外，其他时间内无法实时全面了解其运行状态。本文旨在构建一个实时、准确、完善的遥控台综合管理系统，达到对遥控台全方位监控的目的。

2  遥控台综合管理系统功能框架

遥控台综合管理系统主要有四个功能区，下文详细分析。

2.1  监控系统

视频监控：由视频采集单元实现，提供回放功能;安保：由门禁单元实现;电力：断电直接发送告警信号;温度湿度：由相应的温度湿度传感器采集;消防：由烟雾传感器采集消防信息;所有采集信号由ZigBee短距离传输单元发送至监控终端。

2.2  信息系统

遥控台综合管理，包括每周信息通报、停机通知上报及批复情况、实时故障发生后值班人员现场确认、维护记录以及遥控台设备备件统计、缺件上报等。

2.3  管理系统

用户权限设定、视频回放、待办事宜提醒、历史事件查询、上级发文确认等。

2.4  告警系统

发生火情、电力中断、非法闯入等事件发送告警信息至本地监控端和区管总监控端，同时通过GPRS网络，告警信息发送至当地负责人手机，达到告警信息实时传递。

3  遥控台综合管理系统网络构架

遥控台综合管理系统创新的采用了无线（GPRS无线网络）和有线（Internet）双网传输的模式，遥控台端采用ZigBee+传感器采集信号经过ZigBee基站传送至监控服务器，所有信息区管总监控端汇总显示。告警信号通过GPRS网络发送至手机终端，同时在遥控台监控端和区管总监控端显示。

4  ZigBee无线传感器网络功能实现

4.1  ZigBee协议栈与网络拓扑结构

ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信技术，主要而向消费电子、家居和楼宇自动化、工业控制、计算机外设、医疗护理等领域的应用。ZigBee协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它定义了在无线个人局域网络（WPAN）内部使用低数据速率、低功耗和低复杂度的短距离射频设备进行数据通信的协议和互操作性。以此为基础，ZigBee联盟制定了上层协议——网络层和应用层规范。ZigBee的协议栈的层次结构如图1所示，ZigBee支持3种典型的网络拓扑结构，分别是星形网络、簇状网络和网状网络，如图2所示。

4.2  ZigBee技术特点

ZigBee作为无线传输领域中的新兴技术标准有其独特之处，具有以下特点。

4.2.1  成本低

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，ZigBee协议免专利费。

4.2.2  功耗低

由于工作周期很短、收发信息需要的能量少、并且采用了休眠模式。

4.2.3  可靠性高

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

4.2.4  时延短

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4.2.5  网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备。

由于以上技术特点，和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业和家庭控制领域具有无可比拟的优势，它在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为遥控台综合管理系统网络的无线通信协议。ZigBee节点可以通过传感器采集消防、门禁、电力、温度等信号，传输至监控终端达到集中综合监控的目的。

5  结  语

随着我国民航事业的蓬勃发展，各地飞行流量均有阶跃性的增加，通信、雷达、导航遥控台安全可靠稳定的运行，对保证飞机飞行安全、实现管制扇区内飞机高质量通信等方面具有重大的意义，遥控台综合管理系统的建立实现遥控台的实时化监控，消除了因遥控台运行信息缺乏而导致发生事故，为设备保障部门及时了解运行状态，在紧急情况下做好应急措施打下良好基础。

参考文献：

[1] 李晓帆，刘天生.基于Zigbee无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统[J].机械管理开发，2009，（3）.

摘  要：文章针对通信、雷达、导航遥控台综合管理现状，提出建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，实时了解遥控台状态，达到消防、电力、安保、信息传递等多方面综合管理的目的。此管理系统采用ZigBee这种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信新技术，实现全方位信息传递功效。此系统的建立为设备保障部门在紧急情况下及时做好应急措施打下良好的信息基础。

关键词：遥控台管理;无线传感器网络;ZigBee

中图分类号：TN925.93     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0068-01

随着我国民航事业的迅猛发展，航空飞行流量不断增加，航空管理难度越发加大，极大地促进了中国民用航空交通管理水平的提高和进步，航空管制部门对于设备运行稳定程度的要求也越来越大。根据《民航空管通信系统设备配置规范》，要求甚高频、雷达、导航通信信号在每个扇区至少有两个台站共同覆盖，在某些重要航线、航路店更要求达到三重覆盖，甚高频、雷达、导航遥控台管理成为保障中一个及其重要环节。本文通过建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，以达到对遥控台的全方面管理，实时了解遥控台的运行状态，为设备保障部门及时做好紧急情况下的应急处置措施打下良好的信息基础。

1  遥控台管理现状

目前，就民航华东地区甚高频遥控台来看，上海区域管制中心现共使用25个遥控台站。遥控台管理现状可以分为以下几个方面。

1.1  部分遥控台通行不便，故障响应时间过长

由于部分遥控台位于山上或者军区管理范围内，通行极为不便，例如：武夷山遥控台。

1.2  现有的遥控台管理手段无法全面了解遥控台状态

虽然甚高频设备RCMS监控信号均引接至上海，但除年维护或者设备巡检时可全面了解遥控台状态外，其他时间内无法实时全面了解其运行状态。本文旨在构建一个实时、准确、完善的遥控台综合管理系统，达到对遥控台全方位监控的目的。

2  遥控台综合管理系统功能框架

遥控台综合管理系统主要有四个功能区，下文详细分析。

2.1  监控系统

视频监控：由视频采集单元实现，提供回放功能;安保：由门禁单元实现;电力：断电直接发送告警信号;温度湿度：由相应的温度湿度传感器采集;消防：由烟雾传感器采集消防信息;所有采集信号由ZigBee短距离传输单元发送至监控终端。

2.2  信息系统

遥控台综合管理，包括每周信息通报、停机通知上报及批复情况、实时故障发生后值班人员现场确认、维护记录以及遥控台设备备件统计、缺件上报等。

2.3  管理系统

用户权限设定、视频回放、待办事宜提醒、历史事件查询、上级发文确认等。

2.4  告警系统

发生火情、电力中断、非法闯入等事件发送告警信息至本地监控端和区管总监控端，同时通过GPRS网络，告警信息发送至当地负责人手机，达到告警信息实时传递。

3  遥控台综合管理系统网络构架

遥控台综合管理系统创新的采用了无线（GPRS无线网络）和有线（Internet）双网传输的模式，遥控台端采用ZigBee+传感器采集信号经过ZigBee基站传送至监控服务器，所有信息区管总监控端汇总显示。告警信号通过GPRS网络发送至手机终端，同时在遥控台监控端和区管总监控端显示。

4  ZigBee无线传感器网络功能实现

4.1  ZigBee协议栈与网络拓扑结构

ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信技术，主要而向消费电子、家居和楼宇自动化、工业控制、计算机外设、医疗护理等领域的应用。ZigBee协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它定义了在无线个人局域网络（WPAN）内部使用低数据速率、低功耗和低复杂度的短距离射频设备进行数据通信的协议和互操作性。以此为基础，ZigBee联盟制定了上层协议——网络层和应用层规范。ZigBee的协议栈的层次结构如图1所示，ZigBee支持3种典型的网络拓扑结构，分别是星形网络、簇状网络和网状网络，如图2所示。

4.2  ZigBee技术特点

ZigBee作为无线传输领域中的新兴技术标准有其独特之处，具有以下特点。

4.2.1  成本低

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，ZigBee协议免专利费。

4.2.2  功耗低

由于工作周期很短、收发信息需要的能量少、并且采用了休眠模式。

4.2.3  可靠性高

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

4.2.4  时延短

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4.2.5  网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备。

由于以上技术特点，和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业和家庭控制领域具有无可比拟的优势，它在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为遥控台综合管理系统网络的无线通信协议。ZigBee节点可以通过传感器采集消防、门禁、电力、温度等信号，传输至监控终端达到集中综合监控的目的。

5  结  语

随着我国民航事业的蓬勃发展，各地飞行流量均有阶跃性的增加，通信、雷达、导航遥控台安全可靠稳定的运行，对保证飞机飞行安全、实现管制扇区内飞机高质量通信等方面具有重大的意义，遥控台综合管理系统的建立实现遥控台的实时化监控，消除了因遥控台运行信息缺乏而导致发生事故，为设备保障部门及时了解运行状态，在紧急情况下做好应急措施打下良好基础。

参考文献：

[1] 李晓帆，刘天生.基于Zigbee无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统[J].机械管理开发，2009，（3）.

摘  要：文章针对通信、雷达、导航遥控台综合管理现状，提出建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，实时了解遥控台状态，达到消防、电力、安保、信息传递等多方面综合管理的目的。此管理系统采用ZigBee这种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信新技术，实现全方位信息传递功效。此系统的建立为设备保障部门在紧急情况下及时做好应急措施打下良好的信息基础。

关键词：遥控台管理;无线传感器网络;ZigBee

中图分类号：TN925.93     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0068-01

随着我国民航事业的迅猛发展，航空飞行流量不断增加，航空管理难度越发加大，极大地促进了中国民用航空交通管理水平的提高和进步，航空管制部门对于设备运行稳定程度的要求也越来越大。根据《民航空管通信系统设备配置规范》，要求甚高频、雷达、导航通信信号在每个扇区至少有两个台站共同覆盖，在某些重要航线、航路店更要求达到三重覆盖，甚高频、雷达、导航遥控台管理成为保障中一个及其重要环节。本文通过建立一个基于ZigBee无线传感器网络的遥控台综合管理系统，以达到对遥控台的全方面管理，实时了解遥控台的运行状态，为设备保障部门及时做好紧急情况下的应急处置措施打下良好的信息基础。

1  遥控台管理现状

目前，就民航华东地区甚高频遥控台来看，上海区域管制中心现共使用25个遥控台站。遥控台管理现状可以分为以下几个方面。

1.1  部分遥控台通行不便，故障响应时间过长

由于部分遥控台位于山上或者军区管理范围内，通行极为不便，例如：武夷山遥控台。

1.2  现有的遥控台管理手段无法全面了解遥控台状态

虽然甚高频设备RCMS监控信号均引接至上海，但除年维护或者设备巡检时可全面了解遥控台状态外，其他时间内无法实时全面了解其运行状态。本文旨在构建一个实时、准确、完善的遥控台综合管理系统，达到对遥控台全方位监控的目的。

2  遥控台综合管理系统功能框架

遥控台综合管理系统主要有四个功能区，下文详细分析。

2.1  监控系统

视频监控：由视频采集单元实现，提供回放功能;安保：由门禁单元实现;电力：断电直接发送告警信号;温度湿度：由相应的温度湿度传感器采集;消防：由烟雾传感器采集消防信息;所有采集信号由ZigBee短距离传输单元发送至监控终端。

2.2  信息系统

遥控台综合管理，包括每周信息通报、停机通知上报及批复情况、实时故障发生后值班人员现场确认、维护记录以及遥控台设备备件统计、缺件上报等。

2.3  管理系统

用户权限设定、视频回放、待办事宜提醒、历史事件查询、上级发文确认等。

2.4  告警系统

发生火情、电力中断、非法闯入等事件发送告警信息至本地监控端和区管总监控端，同时通过GPRS网络，告警信息发送至当地负责人手机，达到告警信息实时传递。

3  遥控台综合管理系统网络构架

遥控台综合管理系统创新的采用了无线（GPRS无线网络）和有线（Internet）双网传输的模式，遥控台端采用ZigBee+传感器采集信号经过ZigBee基站传送至监控服务器，所有信息区管总监控端汇总显示。告警信号通过GPRS网络发送至手机终端，同时在遥控台监控端和区管总监控端显示。

4  ZigBee无线传感器网络功能实现

4.1  ZigBee协议栈与网络拓扑结构

ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度的短距离双向无线通信技术，主要而向消费电子、家居和楼宇自动化、工业控制、计算机外设、医疗护理等领域的应用。ZigBee协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它定义了在无线个人局域网络（WPAN）内部使用低数据速率、低功耗和低复杂度的短距离射频设备进行数据通信的协议和互操作性。以此为基础，ZigBee联盟制定了上层协议——网络层和应用层规范。ZigBee的协议栈的层次结构如图1所示，ZigBee支持3种典型的网络拓扑结构，分别是星形网络、簇状网络和网状网络，如图2所示。

4.2  ZigBee技术特点

ZigBee作为无线传输领域中的新兴技术标准有其独特之处，具有以下特点。

4.2.1  成本低

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，ZigBee协议免专利费。

4.2.2  功耗低

由于工作周期很短、收发信息需要的能量少、并且采用了休眠模式。

4.2.3  可靠性高

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

4.2.4  时延短

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4.2.5  网络容量大

一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备。

由于以上技术特点，和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业和家庭控制领域具有无可比拟的优势，它在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为遥控台综合管理系统网络的无线通信协议。ZigBee节点可以通过传感器采集消防、门禁、电力、温度等信号，传输至监控终端达到集中综合监控的目的。

5  结  语

随着我国民航事业的蓬勃发展，各地飞行流量均有阶跃性的增加，通信、雷达、导航遥控台安全可靠稳定的运行，对保证飞机飞行安全、实现管制扇区内飞机高质量通信等方面具有重大的意义，遥控台综合管理系统的建立实现遥控台的实时化监控，消除了因遥控台运行信息缺乏而导致发生事故，为设备保障部门及时了解运行状态，在紧急情况下做好应急措施打下良好基础。

参考文献：

[1] 李晓帆，刘天生.基于Zigbee无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统[J].机械管理开发，2009，（3）.