ZigBee无线网状网络在楼宇自控系统中的应用.doc

ZigBee无线网状网络在楼宇自控系统中的应用 Wenqi (Wendy) Guo, Student Member, IEEE , William M. Healy, and Mengchu Zhou, Fellow, IEEE （广东工业大学 自动化学院 检测技术与自动化装置） 摘要：ZigBee作为一个开放的国际标准，为满足低成本低功耗无线传感器网络的独特需求而开发的一种无线通信技术。这个标准吸取了IEEE 802.15.4无线电规范的全部优点并可以工作在世界各地无牌照的不同频率范围。ZigBee无线网状网络（ZigBee-WMNs）被公认为是楼宇自动化和控制系统既经济又灵活的解决方案。他们有可能统一传感器，执行器，家用电器，以及资产跟踪设备的数据通信方法。他们提供了一套方案来建立一个可靠，价格合理，可以支持低数据率和低占空比的电池供电设备的骨干网络，以方便楼宇自动化和控制系统（BACs）。本文介绍了ZigBee-WMNs在BACs领域应用的可行性和优势，让建筑使用者受益无穷。 1 引言 无线传感器网络可以被定义为一种传感器节点组成的网络，它涵盖范围甚广，并提供通过无线通信协议监测的地区环境信息。它可应用在很多领域，包括医疗保健、环境监测、家庭自动化和军工等。无线传感器网络因其安装简易性和成本低而具有更大的市场潜力。楼宇自动化和控制系统（BACs）的特点是存在大量的分布于建筑体内的传感器和被控对象。图1显示了部分包含于BACs的子系统，如采暖通风和空气调节（HVAC）、照明、电力、热水、消防，门禁、闭路监控和公共广播系统等。 无线传感器的连接取消了硬接线的相关费用。它的一个额外的好处是在改造项目中减少了来自住户和设施的阻碍。相比传感器安装在易于连线的位置，无线传感器可以安装在确实需要的位置，以优化性能，并保持同平面图的匹配。大量文献都记录了无线技术在楼宇的使用[3-8]。早期的研究中[10]概述了将无线网络是如何支持现场设备的无线通讯，如房间或区域控制器及相关的温度传感器ZigBee-WMNs）是自我组织，自我修复和易于维护的网络。在网络中的每个设备都包含一个微控制器的路由器，允许网络重新配置或扩展。如果设备丢失与相邻节点的联系，网络的自愈性能允许该节点寻找其他可以建立通信的节点通路。这一特点有助于提高网络的可靠性。 本文主要讨论ZigBee-WMNs技术作为BACs设计标准应用的可行性和优势。本文件的其余部分组织如下：在第2节中，介绍目前BACs的一些特点。在第3节中，概述目前BACs中的无线技术。在第4节中，给出了ZigBee-WMNs在BACs中的应用的主要原因。在第5节中，分析了ZigBee-WMNs与其他现有的无线网络的无缝连接。最后，在第6节中，给出了本文的结论。 2 楼宇自动化和控制系统的特点 智能建筑的目的是让建筑增加舒适，节能，安全以及提高员工生产力。他们使用分布式控制系统，这系统是由计算机和电子设备组成的智能网络，来监测和控制建筑内的设备和其他子系统。完善的BACs可以通过编程来管理，例如当房间空置时自动关闭房间的灯，当室温达到指定的阀值时自动打开空调系统，在每一个特定时期发送安全空间监视到视频流建筑功能严重相当于配合零交叉点在建筑，必威体育精装版的无线技术ZigBee-WMNs正在研究增加更多的系统功能。在本节中，我们给出了ZigBee-WMNs在BACs中设计和应用的实用模型。 A. ZigBee ZigBee联盟，是一个推广ZigBee协议的行业工作小组[11]，它采用IEEE 802.15.4无线标准作为其物理层，朝着标准的应用软件方向发展[14]。符合ZigBee标准的产品在全球授权频段包括2.4GHz（全球），902至928MHz（美洲），和868MHz（欧洲）。三个频段的比较如表2所列。它的通信距离在10到75米范围内，这主要取决于节点的输出功率和使用环境。Zigbee芯片可以应用于温度、湿度、震动和开关状态检测，也可嵌入到控制器中。虽然ZigBee技术有许多优点，但是在无线传感器网络的应用中也存在大量的让人关注的问题。在BACs设计时，设计师普遍关注的问题是建立系统的成本，安全性，可靠性，使用寿命和传感器的管理。 表1 WiFi、BlueTooth和ZigBee的性能比较 [工业无线技术，2009] WiFi BlueTooth ZigBee 带宽 54Mbps 1Mbps 250Kbps 电流消耗（动态） 400mA 40mA 30mA 电流消耗（静态） 20mA 0.2mA 0.1uA 协议栈（KB） 100 100 4-32 据点 高速率 互用性 低开销 通信距离（米） 1-100 1-10 1-100 电池寿命（天） 0.5 - 5 1 - 7 100 – 1000 网