Zigbee与电力线载波在路灯单灯控制系统的对比

朱明

【摘要】 路灯单灯控制系统智能化是路灯照明系统的发展趋势，为此可以借用一些通信技术来视线。本文就Zigbee无线通信技术与电力线载波通信技术进行了技术与应用的对比讨论。其中，Zigbee无线通信技术的功耗低、安全性与灵活性高，而电力载波通信技术可以节省电能、降低成本并延长灯具的使用寿命且不会涉及到线路改造。两种通信技术，有各自的优缺点。

【關键词】 Zigbee 电力线载波 路灯单灯控制系统

一、前言

Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，全球共2.4GHz公共频率。电力载波通信是通过电力网来做传输媒介，把载有信息的高频信号加载到电力线，再利用电力线来进行数据传输，并且利用调制解调器把电力线上的高频信号分离出来传输到监控设备终端的一种通信方式。这两种通信技术都能够实现路灯单灯系统的控制，但也存在着不同之处。

二、Zigbee与电力线载波的技术对比

目前，在路灯单灯控制系统中所使用的通信方式为Zigbee无线通信与电力载波通信。下面就这两种通信方式的技术优势进行比较。

2.1 Zigbee无线通信

Zigbee采用IEEE802.15.4标准，通讯距离范围可以无论是百米内到百米外，几公里外，甚至支持更远的距离使用的无线通信方式。

对于Zigbee无线通信来说，当其应用在监控网络的时候，技术优势是十分明显的。

首先，它的数据传输率很低，对于低速率传输是十分适合的。

其二，它因为传输速率低，发射功率不高，并且可以采用休眠模式，因此功耗也十分低，十分的省电。

其三，对于星型结构的Zigbee来说，容纳设备数可达到一个主设备外加254个从设备，在一个区域内又可以容纳一百个这样的网络，并且网络组成十分的灵活。

其四，对于Zigbee通信来说，搜索设备时延很短，休眠激活的时延以及活动设备接入的时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，也就是主动避开了发送数据时候的竞争以及冲突。其MAC层所使用的是完全确认的数据传输模式，对于发送出去的数据包都需要接受到对方的确认信息才认定为发送成功，避免了传输过程中出现问题漏了数据的情况。

其六，Zigbee不仅能够支持鉴权和认证，还提供了基于CRC的数据包完整性检查，并且使用了加密算法，从而保证各个应用的灵活性和安全性。

2.2 电力载波通信

电力载波通信成本比较低，工作效率高，因此格外受到关注。在路灯单灯控制系统中选择这种通信方式具有诸多技术优势。首先电力线能够可靠的进行供电，因此对于自然灾害或者外力破坏具备很强的抵抗能力。其次，作为电能输送通道的电力线路，通过金属良导体材料来进行连接，线路的截面相对比较大，导电性能也比较好。如果是在其上通过高频信号进行数据传输，并不需要另外再敷设电缆便足够做到所有点间的通信。最后，关于电力线的成本问题，主要是在电力生产成本里面的开支，因而成本比较低。不管是新的道路还是旧的道路，都无须进行线路改造，只要增加加载波设备配合通信协议便足够了。

三、Zigbee与电力线载波在路灯单灯控制系统的应用对比

3.1 Zigbee的应用

Zigbee需要利用到网络，它的网络可以自组织网，只要子网络在网络模块的通信范围之内就可以自动寻找对方，从而形成一个相互连通的Zigbee网络。它可以通过Zigbee网络或者是GPRS网络来实现系统的远程控制。Zigbee实际上是一种短距离且低功耗的无线通信技术，当进行远距离的无线通信时，可以采用GPRS技术，两种技术互相补充从而提高检测范围和监控系统水平。利用Zigbee无线自组织网，可以把区域内的路灯都组成一个Zigbee子网，这样的若干个子网再利用GPRS网关可以形成大型路灯网络。最后在监控中心就可以实现对每一个路灯的Zigbee无线通信控制了。

为确保使用Zigbee技术的单灯控制器通讯质量，现有设备安装方式有两种：

1、为灯头内安装：需使用高空车操作，安装较为繁琐，占用人员多（一高车至少配置三人），耗时较长，同时需对施工点路段进行短时间封闭，因安装位置较高设备无需考虑较为严格的防水性能及被盗保护要求，但因在灯罩内安装，需考虑设备的散热问题

2、手孔门内安装：设备安装于手孔门内，但考虑到灯杆对无线信号的屏蔽，需在灯杆上开孔，将设备天线引出，引出位置视现场环境而定，一般不低于2米，此类方式安装需在灯杆上开孔，所以对开孔处的防锈保护、馈线的反水弯、天线的防破坏，设备本身的防水和被盗保护均提出较高要求

Zigbee技术虽已成熟，但在城市路灯单灯控制方面尚无大规模应用，

3.2电力线载波的应用

电力线载波技术能够利用现有的电力线路把路灯的照明系统组成一个智能照明系统。这需要在电力线上加载不同信号，再根据电力线载波的特点来进行不同信号的传输，最后通过设备剥离信号再传送到不同的设备当中。这种无线通信技术能够节省电能，降低维护成本和延长灯具的使用寿命。一个完整的载电力波路灯单灯控制系统，应该具备服务器、集中控制器、单灯控制器以及能够实现通讯的协议软件。

使用电力线载波通讯的单灯控制器多采用灯杆手孔门内设备安装方式，可单人或团体施工，单点施工耗时时间短，施工过程无需对施工路段进行封闭，但因设备安装位置低，地面湿气大，手孔门偶有缺失现象，需对设备做严格的防水和被盗保护要求。

考虑到现有灯具，尤其是LED灯具开关电源设备的接入，大量谐波会造成对电力线载波频点的严重干扰问题，因此，此类设备在实际应用中常需使用各种滤波设备保证电力线载波通讯

电力线载波方式在城市路灯单灯控制方面有了长足进展，已有多个厂家在国内多个城市有了实际使用，

四、结束语

2015年国家在能源政策方面坚持规划、政策、规则、监管“四位一体”，创新能源管理机制，路灯单灯控制势必成为今后路灯节能改造的方向，无论是选择Zigbee无线通信技术还是选择电力线载波通信技术，其最终目的都是为了能够更加便捷、成本更低的实现路灯单灯系统的控制。Zigbee无线通信技术与电力载波通信技术各自具有优点与缺点，究竟选择哪一种通信技术，可以根据实际环境的需求来决定。无论是哪一种技术，无疑都能够提升路灯照明品质，让路灯的管理水平得到进一步提升。

参 考 文 献

[1]孙小明.城市路灯照明智能控制系统的应用及研究[J].科技情报开发与经济.2011.

[2]幺进祥.城市路灯照明智能控制系统应用研究[J].中国交通信息化.2012.

[3]张春燕，朱小本，熊吉骆.ZigBee无线路灯监控系统.浙江电力.2013.

[4]解凯源.电力载波通讯技术的路灯单灯控制系统.城市照明.2013.

[5]许宝玉.电力载波通信未来应用方向研究.中国新通信.2013.

[6]金长辉.城市照明智能监控管理系统设计与实现[D].山东大学.2013.