ZigBee无线通信技术及其应用探讨

ZigBee无线通信技术及其应用探讨周红俊（武汉贝斯特通信集团股份有限公司）

接收、转发和汇聚功能，能够有效的提高无线通信覆盖范围和【摘要】实现了无线通信网络的数据采集、ZigBee作为无线通信传输路由技术，

带宽。本文首先对基于ZigBee的无线通信组网进行介绍，然后对常见的ZigBee无线通信技术应用方式进行分析，并结合实例，对ZigBee无线通信技术在电力监测监控系统中的应用方式进行详细探究。【关键词】监测监控系统；自动控制系统；定位系统ZigBee；【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2018）TN925A1006-422203-0123-02

随着我国信息化的发展和改进袁已经进入互联网+时代袁利用互联网可以实现在线学习尧智能旅游尧物流仓储尧金融银行等领域的信息化尧智能化和共享化袁利用传感器尧RFID设备等构建一个强大的无线网袁能够实现短距离的高速数据通信袁灵活的组建无线网络袁具有重要的作用和意义遥

基于ZigBee技术构建一个无线通信组网袁其结构形式如图1所示袁可以实现终端采集数据袁路由器转发数据和服务器接收数据等功能袁物联网信息采集可以利用先进的传感器感知功能袁将节点所处的周边信息采集起来袁采集过程中能够实现信息的加工和处理袁提高物联网信息的ZigBee路由效率袁优化数据部署的传感器节点袁节约系统的相关能量袁保证数据采集的信息能够保存到数据库袁实现数据库的良好操作和管理遥传感器节点采集完毕相关的数据之后袁用户可以实现信息的加工和服务袁建立一个数据传输的高带宽尧高质量尧安全接入尧QoS保障尧组播支持袁实现一个强大的存储转发网络袁构建一个强大的数据流袁避免阻碍数据的传输操作袁保证数据的多个物联网应用场景袁实现数据的交换传输袁实现一次路由和多次转发遥ZigBee可以利用先建的软硬件结合模式完成路由表更新尧维护袁计算和确定数据转发路径袁确保数据传输具有较低的时延遥

ZigBee无线通信组网结构主要是由路由器尧交换机尧服务器尧终端显示器等所组成的袁这些组件能够构建一个完整的传

1引言输链路袁形成了一个强大的传输服务模式袁具有重要的作用和意义遥

2基于ZigBee的无线通信组网3ZigBee无线通信技术的应用3.1监测监控系统

图1基于ZigBee无线通信组网拓扑架构设计

ZigBee无线网络在无线监测监控系统中的应用极为广泛袁通过多层次网络结构袁由路由器尧协调器尧无线传感器及监控主机组成整个监测监控系统的硬件平台袁再利用无线网络连接各个设备遥系统中心通过无线终端设备获取各种监测监控数据信息袁由协调器发送到监控中心袁监控中心通过该网络将指令发送到目标终端设备中遥终端设备利用传感器对周围环境中需要的参数进行采集袁完成数模转换袁由处理器对数据进行处理后转换为射频模块袁再发送到路由器袁由路由器发送到监控中心遥

3.2自动控制系统

在智慧交通领域袁利用道路中预设物联网传感器袁实时收集车尧客流量信息袁结合道路监控及交警指控系统的数据袁识别道路通行情况用于对未来车流量预测袁并将抽样数据做以类比分析袁进而得出数据中所暗含的发展趋势袁以此来判断道路车流量发展袁按照预测结论对交通进行管理遥同时袁还可通过大数据技术分析各种与城市交通存在内在关系内容的数据袁来确定交通运营的关键影响因素袁并进一步测算各影响因素的作用程度袁最终的目的是利用这些挖掘出来的高价值信息袁精确地指导交通袁为城市服务遥

在应急指挥领域袁可充分利用采集到的多源实时袁以及海量异构化的应急数据信息袁对网络的应急信息执行相应的标准化过程袁并进一步经数据抽取尧信息过滤尧数据储存尧对数据的智能分析袁以及相应的态势研判等过程袁完成对所有应急数据的处理过程袁提供给指挥者以最全面的参考数据遥

2.2.4智慧城市中大数据技术应用实例

分袁其应用对于整个城市建设的方方面面产生重要的影响袁尤其是智慧城市建设领域袁缺少大数据技术的运用是不可想象的遥从目前我国的大数据技术发展以及智慧城市建设情况来说袁与发达国家还有很大的差距袁而如果我们要实现智慧城市的建设目标袁就必须设法迎头赶上遥当今的世界是一个信息化和网络化的社会发展模式袁提升大数据的运用深度和广度袁对于社会的整体发展和城市建设袁都有着非常巨大的现实意义遥

[1]陈素梅.PACS存储系统的设计与实现[D].深圳院厦门大学袁2013袁6.[2]宋杰.面向多类型数据源的数据仓库构建及ETL关键技术的研究[D].沈阳院东北大学袁2008袁8.

[3]李明高.野大数据冶之于野电子政务冶[J].信息化建设袁2013渊1冤院18~19.

参考文献

3结束语收稿日期：2018-2-23作者简介：余伟渊1978-冤袁男袁汉族袁湖北武汉人袁本科遥

综上所述袁大数据技术是当前信息化技术的重要组成部

124通信设计与应用

为自ZigBee动控制无线系统的网主络要网技术在络连工接业技术控制之领域一遥有该广系统泛的应用包含了发袁成射ZigBee模块尧接收模块与电源则由射的频主芯控片芯尧D/A片尧协转调模换器块器芯三芯片个主片尧尧GPV/I砸要模转S模块换块遥电路等发组射及成模单袁块片接由收包机等模含块组成袁该模块通过转换器连接单片机接口袁再由转换电路将接收到的数据信号转换为标准电流信号遥电源模块在设计时要考虑3.3电磁在定兼ZigBee位容系问题统

袁减少环路电阻袁提高抗噪音能力遥

技术的基础上袁采用基于ZigBee技术的无线模块尧CMOS芯片的微控制器设计硬件结构袁不再需要其他零件袁就能够有效抗干扰袁将频段调整到2.4GHz和ISM频段时袁定位信号就能够得到准确的传输遥无线模块中包含的射频与基带袁能够通过无线网络接收并发送信号袁射频为通信提供无线网络接口袁基带则能够对信号进行处理与分组遥经过处理的信号袁再通过A/D转换器在缓存中暂存袁并保存数据袁在需要发送定位信息时袁无线模块能够提取数据并发送至主节点中袁4对信息进行提取与融合袁确定定位信息遥

应用ZigBee无线通信技术在电力监控系统中的4.1电电力监力线路控远程系监统控总系统体结构

总体结构如图2所示遥

图2电力线路远程监控系统总体结构

结合图2袁在电力监控系统中袁变电站层尧间隔层与过程层是其内部信息主要组成部分袁在变电站层中袁主要组成部分为多台计算机袁该层主要为变电站人机交互界面曰在间隔层中袁主要包含了微机保护装置尧测控装置与防误闭锁装置袁可以对检测相关设备信号袁并对其进行有效处理曰在过程层中袁主要是在高压线路上挂靠电力仪表袁主要是计量与监测线路的电能及电参数遥

在该电力监控系统中袁通信结构共包含两层袁在间隔层与过程层设备之间利用ZigBee协议袁利用以太网通信接口袁可以ZigBee让变电站层与间隔层之间利用标准Modbus协协议是无线一种通信技术在总线设本备身与是不同一种网双络之向无线中挂通信网议有的应用络进行遥层Modbus连接遥消息协议遥利用此协议袁利用RS-422尧RS-232等通信接口袁可以让控制器与其他设备之间尧控制器与控制器之间实现通信遥通信协议的帧格式如表1所示遥

表1Modbus-RTU通信协议帧格式

起始位渊Byte冤功能代码

设备地址

数据域CRC校验

结束符4.23.5对两类于间地址11N23.5隔层映设备射与过程方法设计层设备来说袁IEEE地址的确定是唯一的袁网络地址的作用是袁在加入ZigBee设备后袁通过协调

2018年3月器动态分配16bit短地址袁并进行设备识别袁对其他设备所用地址进行寻找遥而Modbus地址主要是对需要联络从设备地址进行选通遥因此袁让ZigBee网络地址与Modbus地址映射关系得以实现十分重要遥在本文中袁为让ZigBee网络中地址定向问题得到有效解决袁需要利用IEEE地址在ZigBee设备当中的唯一性袁无论网络中设备Modbus地址怎样发生变化袁其所对应设备都是具有确定性的遥在对其进行绑定过程中袁利用链表可以对IEEE地址数据尧Modbus地址数据进行存放袁同时袁IEEE地址与相应Modbus地址可以对结构体变量进行分别定义遥

Bee网络网在中络ZigBee袁ZigBee拓扑当中的网络当中设备的不同袁融入位置协调可以其器需让他协功要调能利用网络地址来对Zig鄄器节对点设16bit备进行短地寻址找进行袁在动态分配袁在协调器中袁会有其他设备IEEE地址与对应网络地址列表生成遥在融入网络后袁设备均有一邻居表袁在该表中袁主要4.3包含封了设装两类备类型数据尧网络报地文

址尧IEEE地址等设备信息内容遥

在Modbus标准中袁对数据结构尧完整消息尧应答方式以及命令作出了规定袁在ZigBee网络应用层中袁加载Modbus协议报文袁可以让Modbus协议报文转化ZigBee数据包得以实现遥对于发往电力仪表的命令尧数据来说袁变电站层后台主机可以将其以Modbus协议报文形式来传输给间隔层的微机保护装置尧测控装置与防误闭锁装置当中曰对于报文中的Modbus地址来说袁微机保护装置尧测控装置与防误闭锁装置会对其进行提取袁依照地址映射的方法袁利用绑定表可以对IEEE地址进行查找袁利用邻居表可以对网络地址进行查找袁在ZigBee网络之中袁该网络地址为数据通信目的地曰在ZigBee网络应用层当中袁有加载Modbus协议报文袁利用MAC层与ZigBee网络层功能的帧尾尧帧头袁可以让通信所用ZigBeeMAC帧得以形成袁对ZigBee通信数据包微机保护装置尧测控装置与防误闭锁装置予以利用袁可以视自身网络地址为源地址袁在网络层与MAC层帧头中对其予以放入遥

ZigBeeMAC利用物理层功能袁可以让ZigBee网络帧上袁进而让帧ZigBee袁可以将网同络步包当中的物头尧物理理层层协包物议头理数据加层在得单ZigBeeMAC到发送的元PDU数据包得以形成遥如果需要转化ZigBee数据包为Modbus协议报文袁那么可以拆包处理ZigBee网络当中的PDU数据包袁同时可以对MAC层帧尾尧同步包头尧网络层与物理层的帧头予以5去结除袁可以对Modbus协议报文进行有效提取遥

综上语所述袁基于ZigBee的无线通信组网能够使用先进的传感器尧路由器尧交换机等技术实现信息发送袁构建一个强大的路由转发通信协议袁被广泛应用于监测监控系统尧自动控制系统以及定位系统中遥本文主要以某电力监测监控系统为研究对ZigBee象的袁无线对ZigBee通信组网的发展技术的应用遥

方式进行详细探究袁以促进[1]参考文献

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在多传感器信息集成中的应用收稿日期：2018-2-21