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Zigbee无线远程三表抄表系统解决方案

1.         应用背景

水、电、气三表数据通常采用传统的手工和半手工方式抄送。存在费时、费力、费用高等问题。因此，实现三表数据的远程自动抄送，具有十分重要的现实意义。Zigbee技术是近年来兴起的一种无线网络通信技术标准。它是一种低功耗、低数据传输速率、低成本、数据可靠性高的双向无线通信技术，主要用于自动、远程控制领域及家用设备联网。基于Zigbee的技术特点以及抄表系统数据传输要求，本方案提供Zigbee无线网技术实现本地数据采集，以太网网络实现与中心站数据传输的方案，有效解决传统抄表系统存在的一些问题.

2.         Zigbee介绍

   Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。

3.      Zigbee技术特点

  功耗低：工作模式情况下，Zigbee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，Zigbee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得 Zigbee节点非常省电，Zigbee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时，由于电池时间取决于很多因素，例如：电池种类、容量和应用场合，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，对于某些工作时间和总时间（工作时间+休眠时间）之比小于1% 的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。 
　　数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层（MAC层）采用talk-when- ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。 
　　网络容量大：Zigbee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件：全功能器件（FFD）和简化功能器件（RFD）。对全功能器件，要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件，在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话，可以按3种方式工作，分别为：个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话，仅用于非常简单的应用。一个 ZigBee的网络最多包括有255个Zigbee网路节点，其中一个是主控（Master）设备，其余则是从属（Slave）设备。若是通过网络协调器（Network Coordinator），整个网络最多可以支持超过64000个Zigbee网路节点，再加上各个Network Coordinator可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。 

　　兼容性：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器（Coordinator）自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（CSMA-CA）方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。
　　安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。 
　　实现成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且Zigbee协议免专利费用。目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元。而ZigBee的价格目标仅为几美分。

4.         Zigbee类型

l  Zigbee网关

l       它包含所有的网络信息，是3种设备中最复杂的，存储容量大、计算能力最强。它主要用于发送网络信标、建立一个网络、管理网络基站、存储网络基站信息、寻找一对基站

l间的路由信息并且不断的接收信息。一旦网络建立完成,这个网关的作用就像网络基站。

l  Zigbee基站

l     它的执行功能包括允许其它设备加入这个网络，跳跃基站，辅助子树下电池供电终端的通信。 通常,基站全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状拓扑中,允许基站操作周期运行,因此这个情况下允许基站电池供电。

l  Zigbee终端设备

l    一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可以睡眠和唤配，看它自己选择。因此它能作为电池供电节点。 一个Zigbee网络由一个网关节点、多个基站和多个终端设备节点组成。ZigBee支持三种自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构 (Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。 

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5.     基于 ZigBee 技术的无线三表远程抄表系统解决方案

通过前面对水电煤公用事业抄表系统的技术要求分析，结合 Zigbee 技术特点和技术优势，采用 Zigbee 技术来实现水电煤三表的无线抄表是一个非常理想的解决方案。在实际应用中，我们选择了将 Zigbee 技术与 GPRS/3G 结合起来，根据抄表用户的不同分布，来灵活地构建抄表的无线网络。

l  对于每个抄表终端而言，要求超低功耗、低成本（包括设备成本、运行成本），并且数据的传输速率不高，对于居民小区的抄表，抄表终端通常分布较密集、距离较近，zigbee 技术可以很好地满足这些要求； 

l  终端采集的数据需要送到水电煤公用事业公司的集抄管理中心，这可以通过GPRS/3G 网络来实现，它无距离限制，且无需网络规划、几乎不需要维护； 

l  所构建的 zigbee 网络既可以是星形拓扑，也可以是网状网络拓扑，不论是哪种拓扑结构的zigbee 网络，根据实际的组网需要，设计合理的网络结构。且无需布线。

每楼层的水电煤三表通过Zigbee数据采集器采集数据，再通过自动组网方式连接到ZIGBEE远端网关，再通过GPRS/3G透传设备连接远端服务器进行数据管理。

6.         Zigbee技术方案优势

目前的自动抄表系统，从数据传输角度划分，可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言，无线抄表系统显然具有更大优势

相比RFID方案来说Zigbee省去了布线的投资，无线施工自动组网。大大降低了投资成本。

7.         逖偲高科技的 Zigbee 无线数据采集模块

TS-03系列无线数据传输设备包括：TS-03-A-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、TS-03-D-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、TS-03-S-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、TS-03-T-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、等产品以及配套底板等。TS-03系列产品是基于TI CC 2530F256芯片研制开发的，采用ZigBee协议栈的低功率无线数传模块。

产品特点：

1     设备采样精度：10位AD采样；

2     设备有线接口：RS485、RS232、USB、RJ45接口；

3     传输模式可选：无线传输或有线485、232 USB ，RJ45传输；

4     无线功能强大：具备中继路由和终端设备功能；

5     通信距离较远：最大视距传输距离2000米；

6     抗干扰能力强：2.4G DSSS扩频技术；

7     串口应用灵活：透明方式或指令格式传输，最高波特率115200；

8     发送模式灵活：广播发送或目标地址发送模式可选；

9     节点类型灵活：中心节点、路由节点、终端节点可任意设置；

10   组网能力较强：星型网、树型网、链型网、网状网；

11   网络容量大：16信道可选，65535个网络ID可任意设置。

规格参数

产品选型

上海逖偲高网络科技有限公司

18001875385

钱先生