網(wǎng)，例如寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等，適用于企業(yè)內(nèi)部能耗監(jiān)測及管理系統(tǒng)，尤其適用于一些布線困難舊樓改造的能耗管理系統(tǒng)中。而若將其與成熟的工業(yè)以太網(wǎng)和GPRS/CDMA上行信道結(jié)合，與后臺管理主站組成一個完整的集抄和監(jiān)控系統(tǒng)，則可以為遠(yuǎn)程管理提供一個有效的解決方案。ZIGBEE與其他“最后一公里”技術(shù)比較見表1。 表1. ZIGBEE與其他“最后一公里”技術(shù)的比較 載波PLC RS485 ZIGBEE無線 建網(wǎng)難度 簡單 困難 簡單 一次性投資 小 一般 較大 運(yùn)行維護(hù) 困難 比較困難 容易 通信速度 低 高 高 可靠性 差 一般 好 實時監(jiān)控 不能 能 能 6.2 ZIGBEE技術(shù)特點(diǎn) ZIGBEE協(xié)議基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，從2004年發(fā)布ZIGBEE V1．0到最新的增加了ZIGBEE-PRO擴(kuò)展指令集的ZIGBEE2006版本，ZIGBEE功能不斷強(qiáng)大。ZIGBEE具備強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能(見圖2)，它支持3種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)(Star)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和樹型結(jié)構(gòu)(Cluster Tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。與目前普遍應(yīng)用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無線通訊技術(shù)相比較，ZIGBEE的特點(diǎn)主要有： 圖2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞诸?(1)工作周期短、收發(fā)信息功耗較低，并且RFD(Reduced Function Device，簡化功能器件)采用了休眠模式，不工作時都可以進(jìn)入睡眠模式。 (2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4 KB代碼。 (3)低速率、短延時。ZIGBEE的最大通信速率達(dá)到250 kb／s(工作在2．4 GHz時)，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。ZIGBEE的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。 (4)近距離，高容量。傳輸范圍一般介于10～100 m，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離，若通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，擴(kuò)展后達(dá)到幾百米甚至幾公里。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一個主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn)。 (5)高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒體接入控制層(Medium Access Control，MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。ZIGBEE還提供了3級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AdvancedEncryption Standard，AES)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。 (6)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(Industrial Scientific Medical，ISM)頻段，分別為2．4 GHz(全球)、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。 6.3 ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 圖3為ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，整個網(wǎng)絡(luò)主要由四部分組成：計量儀表、本地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)方通信網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)交換設(shè)備。整個網(wǎng)絡(luò)由計量儀表、ZIGBEE采集器（負(fù)責(zé)與儀表之間的通信）、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端（負(fù)責(zé)與上層通訊網(wǎng)絡(luò)的對接，譬如工業(yè)以太網(wǎng)等）、上層通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換存儲設(shè)備。ZIGBEE無線通信管理系統(tǒng)一般采用的組網(wǎng)方式是MESH的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，MESH網(wǎng)絡(luò)能更好得保證通信質(zhì)量，保證單一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時不影響其他節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)。 圖3 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 6.4 ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案 安科瑞為生產(chǎn)基地——江蘇安科瑞電器制造有限公司設(shè)計的針對生產(chǎn)用電進(jìn)行管理的電能管理分析系統(tǒng)，是基于ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)的電能管理系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的組網(wǎng)采用ZIGBEE與RS485混合組網(wǎng)模式。 整個廠區(qū)共設(shè)8個集中監(jiān)測點(diǎn)，分別位于配電間、層配生產(chǎn)動力柜、空調(diào)動力柜、排風(fēng)機(jī)控制箱及位于配電末端的幾個照明控制箱。每個監(jiān)測點(diǎn)各設(shè)置無線ZIGBEE采集器一只，通過RS485總線對位于該監(jiān)測點(diǎn)的電能計量儀表進(jìn)行通訊組網(wǎng)；監(jiān)控中心設(shè)置ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端一只，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及考慮通訊的可靠性，于適當(dāng)位置設(shè)置數(shù)只ZIGBEE中繼路由器。系統(tǒng)的組網(wǎng)示意如圖4 圖4 ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案組網(wǎng)示意圖 公司通過建立ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案的工廠試點(diǎn)工程，對ANEZB無線ZIGBEE通訊模塊的實際參數(shù)進(jìn)行了驗證。詳細(xì)參數(shù)見表2。 表2 ANEZB系列ZIGBEE通訊模塊性能參數(shù)表 參數(shù) 備注 系統(tǒng)容量 工作頻段 2.4GHz 不同信道，不同ID可以組成不同的子網(wǎng)。 無線信道 16個 網(wǎng)絡(luò)ID數(shù) 255個 子網(wǎng)容量 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端 1個 網(wǎng)絡(luò)中有時需要犧牲一些ZIGBEE采集器只作中繼路由，防止個別節(jié)點(diǎn)通信不上。 ZIGBEE采集器 ≤30個 表計容量 ≤254個 條件 穿透距離（單位：米） 備注 空曠無障礙地方傳輸距離 1200 24cm厚磚墻，寬4米的房間 16（3堵墻） 建議安裝在靠近外墻，效果更好。 單堵24cm厚磚墻 40 16cm混凝土樓板，層高4米 向上傳輸 8（2層板） 向下傳輸 4（1層板） 注1：以上表中數(shù)據(jù)是試點(diǎn)工程中的實測數(shù)據(jù)。在實際情況實施時，應(yīng)視樓宇實際結(jié)構(gòu)而定。 注2：無線信號穿透能力，往往還會受到如房間堆放物品的數(shù)量，堆放物品的高度等影響。 6.5 性能參數(shù) ANEZB-485 ZIGBEE采集器 ANEZB-GTW ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端 無線 頻率范圍 2.41GHz~2.48GHz RF信道 16 接收靈敏度 -94dbm 發(fā)射功率 -27dbm~25dbm 天 線 外置SMA天線 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?網(wǎng)狀 尋址方式 IEEE802.15.4/ZIGBEE標(biāo)準(zhǔn)地址 網(wǎng)絡(luò)容量 最大255個節(jié)點(diǎn) 通信接口 通信接口 RS485 工業(yè)以太網(wǎng) 波特率 9600bps（默認(rèn)）、4800bps、2400bps、1200bps可選； 通信協(xié)議 MODBUS-RTU協(xié)議 LED指示 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 綠燈 POWER指示 紅燈 數(shù)據(jù)指示 綠燈 電源 輔助電源 220V AC 功耗 4W 電磁兼容 浪涌電壓4000V 快速瞬變?nèi)好}沖4000V 靜電8000V 機(jī)械尺寸 89*76*74 工作溫度 -20℃~65℃ 儲藏溫度 -40℃~85℃ 6.6接線方式 6.6.1 ZIGBEE采集器 6.6.2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端 6.7外形與安裝尺寸(mm) 6.7.1 ZIGBEE采集器 6.7.2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端 6.7.3 安裝方式 采用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝