基于ZigBee的无线抄表监控系统设计研究.docx

基于ZigBee的无线抄表监控系统设计研究摘要:该文通过对ZigBee网络技术的介绍,阐述了ZigBee网络的拓扑结构和协议栈,利用ZigBee技术实现了无线抄表监控系统的总体设计,并对无线抄表监控系统中的采集终端、集中器和服务器三部分做了深入的研究。关键词:ZigBee;采集终端;集中器;服务器中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)24-6756-02ResearchoftheWirelessMeterReadingandMonitoringSystemBasedonZigBeeYANGLi-shen,XIESheng-feng(SchoolofComputer,HenanPolytechnicalUniversity,Jiaozuo454000,China)Abstract:ThispaperintroducestheZigBeenetworktechnology,andelaboratesthetopologyandprotocolstackoftheZigBee,itrealizesthegeneraldesignofwirelessmeterreadingandmonitoringsystemwiththeZigBeetechnology,andresearchesdeeplythecollectionterminals,concentratorandserver.Keywords:ZigBee;collectionterminals;concentrator,server目前,传统的人工抄取电表具有费时、费力,同时准确性和及时性也得不到很好的保障,为解决人工抄表的诸多弊端,本文提出了利用ZigBee网络技术来实现无线抄表监控系统的方案,具有低成本、操作方便等特点。1ZigBee技术特点ZigBee是近年新兴起的一种无线短距离通讯技术,它具有低成本、低消耗、低速率特点,同时工作在2.4GHz的免费频段。1.1ZigBee网络拓扑结构[1]ZigBee以一个个独立的工作节点为依托,通过无线通讯组成星状、树状和网状网络。因此,每个节点的功能并非相同,按照他们的功能定义了两种物理设备类型:全功能设备FFD(FullFunctionDevice)和精简功能设备(ReducedFunctionDevice)。在ZigBee网络中支持三种功能设备,它们分别是协调器、路由节点和终端节点,其中协调器和路由器是全功能设备,终端节点是RFD,其中协调器是ZigBee网络中的核心,相当于现在有线局域网中的服务器,作用是建立新网络和管理本网络,路由节点的功能是转发同一个网络中的其它节点的数据,起到通讯路由的作用。终端节点只具有接受和发送数据的功能。在星状网络结构中,如图1中的(a)所示,所有的节点只能与协调器进行通讯,相互之间的通讯时禁止的,这种网络的最大优点结构简单,易于管理,但是同时也给协调器带来更多的管理工作,容易造成网络堵塞、丢包、性能下降等。在树状结构中,如图1中的(b)所示,增加了具有路由功能的全功能设备,这样可以采取分级路由策略来传送数据和命令信息,其优点是在一定程度上减轻了协调器的工作负担,同时能使节点定期进入休眠状态,降低功耗,但是节点的通讯路由相对单一,网络中的路由节点出现故障,相应区域就进入通讯瘫痪状态。在网状结构中,如图1中的(3)所示,半功能节点只能与就近的全功能节点进行通讯,节点的通讯路由可以多种选择,提高了网络的健壮性,但是很难使节点做到定期进入休眠状态,管理复杂。1.2ZigBee网络协议[2]ZigBee网络的体系结构主要有物理层、MAC(媒体接入控制)层、网络层和应用层组成。物理层的功能是启动和关闭无线收发器,对能量、链路质量进行检测,选择信道,对数据包进行发送和接受。MAC层的功能是提供数据和管理服务,具体特征是:信标管理、信道选择、时隙管理、发送和断开连接。网络层的主要功能是确保MAC层正常工作,并且为应用层提供合适的服务接口,网络层提供了数据服务实体和管理服务实体两个实体,其中数据服务实体为数据提供服务,将数据按照协议数据单元的格式进行传送,管理实体提供网络管理服务,包括初始化网络、连接和断开网络、寻址等。2无线抄表监控系统的设计无线抄表监控系统主要包括三部分,它们分别是采集器、集中器和前台服务器,其中采集器的功能是通过RS-485总线采集电表的电量信息,集中器的功能则是通过ZigBee网络定时读取采集器终端的数据,并把数据上传到后台数据库中。服务器的功能是通过调用后台数据库,把电量信息显示在前台网页上,同时可以通过页面发送实时控制命令,把命令信息写入数据库中,集中器读取数据库中的命令信息,和采集器通讯,这样把采集器处理的命令结果通过集中器写入到数据库,服务器读