ZigBee无线通信技术及其应用探讨

谭亮

摘 要：通信技术是工业现代化发展过程中的关键技术手段之一，随着计算机技术的迅速发展，无线通信技术已经渗透到人们生活的方方面面，应用十分的广泛。ZigBee无线通信技术是一项基于互联网应用的通信技术，具有成本低、功耗低等特点，本文主要ZigBee无线通信技术的结构、特点进行简要的分析，重点讨论ZigBee无线通信技术的实践应用问题。

关键词：ZigBee；无线通信技术；电力监控系统；实践应用

1 ZigBee无线通信技术概述

ZigBee技术具有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、可靠性安全性好等优点。ZigBee的传输速率比较低，一般在20/250kpbs左右，发射功率在1mW左右，设备采用休眠模式，因此耗电率非常低，一般情况下，2节五号电池可以为ZigBee设备供电6～24个月左右。ZigBee的初始成本较低，且ZigBee协议免专利费，因此ZigBee无线通信技术的成本非常低。ZigBee技术的休眠状态激活时延及通信时延都比较短，一般情况下，休眠激活时延以及活动设备接入时延在15ms左右，设备搜索时时延在30ms左右，在一些时延要求十分苛刻的无线控制场合应用ZigBee技术优势明显。ZigBee技术的网络容量较大，通常情况下，一个星型结构ZigBee网络可以容纳一个主设备和254个从设备。ZigBee网络采取碰撞避免原则，为需要固定宽带的业务预留有一定的时隙，发送数据时可以避免竞争及冲突。MAC层采用完全确认数据传输模式，数据包发送完成之后，对方必须要对信息接收状态进行确认，如果出现问题要及时重发。ZigBee具有数据包完整性检查功能，同时采用AES-128加密算法，保证了各应用的安全性。除此之外，ZigBee技术的抗干扰能力较强，信号传输过程中能够避免受到外来已知信号的干扰。

2 ZigBee无线通信技术的应用

受到传输数据量、功耗等因素的影响，ZigBee技术一般情况下主要应用于网络设备众多、通信覆盖面积较大的网络区域，主要提供无线检测及监控的功能。下文主要就ZigBee技术在电力监控系统中的应用问题进行简单的讨论分析。

一般情况下，电力监控系统的内部信息主要可以分为过程层、间隔层以及变电站层三层，它们分别承担着不同的功能，监控系统结构如图1所示。

系统运行时，采用两层通信结构，间隔层设备与过程层设备采用ZigBee协议，变电站与间隔层设备采用标准Modbus协议。三层间数据通信时，首先ZigBee通信数据包格式经过传输后被监测线路参数的电力仪表接收，然后仪表会上传相关的命令，将采集到的电参数或者电能封装成ZigBee通信数据包，之后将该数据包传送到微机保护装置或者测控装置，这两种装置接收到数据包信息之后会按照原路径返回，将确认信息发送到之前传送数据包的电力仪表之中，此时，一次完整的ZigBee握手通信完成。最后，由相关设备将接收到的ZigBee通信数据包转换为Modbus数据帧，该数据帧继续传送到变电站层后台主机，后台主机按照原路径反馈确认信息，并将该数据帧发送到微机保护装置或者监控装置，此时一次完整的Modbus通信完成。后台主机下达命令时的传输流程与该过程正好相反。

该通信传输系统数据传输可靠性实现的关键在于Modbus协议数据报文以及ZigBee数据报文转换的实现，具体的系统设计过程中可以将Modbus数据帧加载到ZigBee网络应用层，然后进行数据的传输。

实际的电力线路远程监控系统设计工作之中，可以将间隔层与过程层中心位置的设备作为ZigBee无线网络的协调器，创建网络时，协调器网络层向MAC层发送请求，MAC层会分配信道，协调器网络层管理实体会为新建网络分配PAN标识符，当另外的ZigBee协调器扫描信道时，协调器会自动响应。新的网络建立后，间隔层及过程层设备以终端设备或路由器的身份加入网络。ZigBee设备的通信范围相对较小，为了保证整个电力线路监控系统的所有信息都能够及时的传输，需要在网络中加入一些路由器，利用路由器的中继作用，实现所有终端设备与网络协调器之间的通信。ZigBee网络中，所有的ZigBee设备都有一个唯一的64bitEEE地址，设备加入网络后，可以将该地址数据包发送到网络协调器进行识别，设备地址呗识别后根据设备在网络拓扑结构中的位置，重新分配一个16bit的网络地址，在协调器中另外生成一张其他设备的IEEE地址，ZigBee网络地址定向即完成。间隔层与过程层设备的IEEE地址是唯一的，Modbus地址則指的是用来选通要联络的从设备的地址，通过绑定IEEE地址及Modbus地址可以解决网络中地址定向问题。

3 结束语

随着我国物联网的快速发展，ZigBee技术受到了各行各业的关注，目前已经应用于许多行业之中，比如医院、地铁施工、电力监控系统等等，受篇幅所限，本文不在一一赘述，仅简单分析ZigBee技术的特点，就ZigBee技术在电力监控系统中的应用进行了探讨，希望能够为行业内有关研究人员的工作提供参考。

参考文献

[1]周惠椒，谭喜堂，朱琴跃，等.ZigBee无线通信技术在电力监控系统中的应用[J].电器与能效管理技术，2011，（18）：36-41.

（作者单位：国网安徽省电力公司霍邱县供电公司）