ZigBee无线组网技术在发电厂中的应用研究

2019-04-04李英侯勇宋继红

科学与财富 2019年6期

李英侯勇宋继红

摘要：随着科技的不断进步，无线网络随之发展起来。无线网络主要是由成本低、功耗低以及功能多的传感器的节点组成，能够在一些特殊的环境中使用，解决有线网络的成本高、维护程序繁琐的弊端。介绍基于ZigBee的无线网络组成及特点，探讨在发电厂的实践应用。

关键词：无线组网;优化设计;降本增效;质量提升

1、无线网络概述

无线传感器网络是由在检测区内很多的微型传感器节点通过无线通信方式组成的集成网络，对于网络所覆盖的地区能够实现信息的感知、采集、处理等形式。通过这种技术的实现，可以让观察者通过无线传感器网络感知客观世界，扩展了网络功为人类认知世界提供良好的工具。

1.1 无线传感器网络体系结构.传感器网络结构图，主要构成包括汇聚节点、互联网或卫星、任务节点以及传感器节点等。无线传感器网络中的节点可以感知被网路覆盖地区的信息，可以不受时间地点的限制，任意时间都可以对任意地点进行信息的采集和处理，传感器之间的节点能够把信息逐层的传递，然后通过节点将所采集的信息处理，经过多次处理到汇聚节点，最后到达互联网或卫星的管理节点。用户可以根据管理节点中的数据进行管理，可以发布监测信息或收集数据。

1.2 无线传感器网络的特点.无线传感器网络通过微型传感器节点来获得所测地区的数据信息，主要是以无线通信方式进行网络工作。它与传统的传感器相比，具有以下加点优势：①精度高。在检测区域内通过低价的传感器节点在空间内进行密集抽样或对近距离的目标实行密集监测，可以将信息准确的感知，所采集的数据具有非常高的精度，这是传统单一的传感器不具备的。②可靠性高。无线传感器中的监测区域内的节点如果在工作中出现了故障，其他节点能够代替坏节点继续工作，所以无线传感器网络在监测中能够有很高的可靠性。③性价比高。随着科技的不断进步，科技产品更新换代随度加快，微型传感器节点的性价比越来越高，同时无线传感器网络在传输的数据的时候不需要线缆，所以节省了很多物质资源，降低了系统的成本，提高了使用效率。④灵活性高。无线传感器网络在形式以及节点的排列上是非常自由的，随时适应网络的拓扑，调整网络布局，也能够在监测网络区域加减节点。在网络布局设定好后，不需要人为的操控，无线传感器网络能够及时的调整状态展开工作，还能适用于环境复杂的地段，其灵活性远高于传统的传感器。

2 设备类型

网络中存在三种逻辑设备类型：Coordinator（协调器），Router（路由器）和End-Device（终端设备）。ZigBee网络由一个Coordinator以及多个Router和多个End_Device组成，zigbee网络拓扑结构。

2.1 协调器.协调器负责启动整个网络。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID（也称之为PAN ID，即Personal Area Network ID），随后启动整个网络。

协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定（bindings）。

注意，协调器的角色主要涉及网络的启动和配置。一旦这些都完成后，协调器的工作就像一个路由器（或者消失）。由于ZigBee网络本身的分布特性，因此接下来整个网络的操作就不在依赖协调器是否存在。

2.2.路由器.路由器的功能主要是：允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的由电池供电的儿子终端设备的通讯。

通常，路由器希望是一直處于活动状态，因此它必须使用主电源供电。但是当使用树群这种网络模式时，允许路由间隔一定的周期操作一次，这样就可以使用电池给其供电。

2.3 终端设备.终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此可以可以是一个电池供电设备。

通常，终端设备对存储空间（特别是RAM的需要）比较小。

注意：在Z-Stack中一个设备的类型通常在编译的时候通过编译选项（ZDO_COORDINATOR 和RTR_NWK）确定。所有的应用例子都提供独立的项目文件来编译每一种设备类型。

3、寻址

ZigBee设备有两种类型的地址。一种是64位IEEE地址，即MAC地址，另一种是16位网络地址。