1.1ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡電能管理系統(tǒng) 概述
隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術，稱之為ZIGBEE，它是種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯(lián)網(wǎng)。
由于ZIGBEE的越特性，基于ZIGBEE技術的無線組網(wǎng)是種比較合適的下行信道的實現(xiàn)手段。適合應用于些短距離的無線網(wǎng)絡的組網(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上行信道結合，與后臺管理主站組成個完整的集抄和監(jiān)控系統(tǒng)，則可以為遠程管理提供個有效的解決方案。ZIGBEE與其他“zui后公里”技術比較見表1。 物聯(lián)網(wǎng)（IOT）產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當下行業(yè)變革的主要動力。通過對其客戶的數(shù)據(jù)使用量進行多重分析，Verizon的專家認為，在物聯(lián)網(wǎng)與4個宏觀大趨勢進步結合后，其市場景將越來越廣闊，并zui終促使其被消費者和企業(yè)用戶所接受。4大主流趨勢帶動物聯(lián)網(wǎng)成時代"新主角"
表1 ZIGBEE與其他“zui后公里”技術的比較 | 載波PLC | RS485 | ZIGBEE無線 | 建網(wǎng)難度 | 簡單 | 困難 | 簡單 | 次性投資 | 小 | 般 | 較大 | 運行維護 | 困難 | 比較困難 | 容易 | 通信速度 | 低 | 高 | 高 | 可靠性 | 差 | 般 | 好 | 實時監(jiān)控 | 不能 | 能 | 能 |
1.2 ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡電能管理系統(tǒng) ZIGBEE技術特點
ZIGBEE協(xié)議基于IEEE 802.15.4標準，從2004年發(fā)布ZIGBEE V1．0到的增加了ZIGBEE-PRO擴展指令集的ZIGBEE2006版本，ZIGBEE功能不斷強大。ZIGBEE具備強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能（見圖1），它支持3種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星型結構（Star）、網(wǎng)狀結構（Mesh）和樹型結構（Cluster Tree），特別是網(wǎng)狀結構，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。與目普遍應用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無線通訊技術相比較，ZIGBEE的特點主要有： 
圖1 ZIGBEE網(wǎng)絡拓撲分類 （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，不工作時都可以進入睡眠模式。
（2）低成本。通過大幅簡化協(xié)議（不到藍牙的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)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4 KB代碼。
（3）低速率、短延時。ZIGBEE的zui大通信速率達到250 kb／s（工作在2．4 GHz時），滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。ZIGBEE的響應速度較快，般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms，進步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。
（4）近距離，高容量。傳輸范圍般介于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)點間的距離，若通過路由和節(jié)點間通信的接力，擴展后達到幾百米甚至幾公里。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構。由個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，zui多個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點。
（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的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了時隙，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準（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。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學（Industrial Scientific Medical，ISM）頻段，分別為2．4 GHz（）、915 MHz（美）和868 MHz（歐洲）。 1.3 ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡電能管理系統(tǒng)的體系結構
圖2為ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖，整個網(wǎng)絡主要由四部分組成：計量儀表、本地無線通信網(wǎng)絡、遠方通信網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)交換設備。整個網(wǎng)絡由計量儀表、ZIGBEE采集器（負責與儀表之間的通信）、ZIGBEE網(wǎng)絡終端（負責與上層通訊網(wǎng)絡的對接，譬如工業(yè)以太網(wǎng)等）、上層通信網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)交換存儲設備。ZIGBEE無線通信管理系統(tǒng)般采用的組網(wǎng)方式是MESH的網(wǎng)狀網(wǎng)絡，MESH網(wǎng)絡能好得保證通信質(zhì)量，保證單節(jié)點出現(xiàn)故障時不影響其他節(jié)點通信狀態(tài)。 
圖2 無線網(wǎng)絡拓撲圖 1.4 ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡電能管理系統(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計的針對生產(chǎn)用電進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8個集中監(jiān)測點，分別位于配電間、層配生產(chǎn)動力柜、空調(diào)動力柜、排風機控制箱及位于配電末端的幾個照明控制箱。每個監(jiān)測點各設置無線ZIGBEE采集器只，通過RS485總線對位于該監(jiān)測點的電能計量儀表進行通訊組網(wǎng)；監(jiān)控中心設置ZIGBEE網(wǎng)絡終端只，結合現(xiàn)場實際情況及考慮通訊的可靠性，于適當位置設置數(shù)只ZIGBEE中繼路由器。系統(tǒng)的組網(wǎng)示意如圖3 
圖3 ZIGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡電能管理系統(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)絡電能管理系統(tǒng)解決方案的工廠試點工程，對ANEZB無線ZIGBEE通訊模塊的實際參數(shù)進行了驗證。詳細參數(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ID數(shù) | 255個 | 子網(wǎng)容量 | | ZIGBEE網(wǎng)絡終端 | 1個 | 網(wǎng)絡中有時需要犧牲些ZIGBEE采集器只作中繼路由，防止個別節(jié)點通信不上。 | 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)是試點工程中的實測數(shù)據(jù)。在實際情況實施時，應視樓宇實際結構而定。
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。 1.5 性能參數(shù) | ANEZB-485ZIGBEE采集器 | ANEZB-GTWZIGBEE網(wǎng)絡終端 | 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)絡拓撲 | 網(wǎng)狀 | 尋址方式 | IEEE802.15.4/ZIGBEE標準地址 | 網(wǎng)絡容量 | zui大255個節(jié)點 | 通信接口 | 通信接口 | RS485 | 工業(yè)以太網(wǎng) | 波特率 | 9600bps（默認）、4800bps、2400bps、1200bps可選； | 通信協(xié)議 | MODBUS-RTU協(xié)議 | LED指示 | 網(wǎng)絡狀態(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 | 機械尺寸 | 89*76*74 | 工作溫度 | -20℃~65℃ | 儲藏溫度 | -40℃~85℃ |
1.6 接線方式 1.6.1 ZIGBEE采集器  
1.6.2 ZIGBEE網(wǎng)絡終端  
1.7 外形與安裝尺寸（mm）
1.7.1 ZIGBEE采集器 
1.7.2 ZIGBEE網(wǎng)絡終端 
1.7.3 安裝方式
采用35mm標準導軌安裝
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