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基于ZIGBEE技術的校園一卡通無線通信系統

文章出處:http://hz-huyue.com 作者: 人氣: 發表時間:2011年09月08日

[文章內容簡介]:本文介紹了ZigBee無線通訊技術的特點,并對校園一卡通采用有線通訊和無線通訊的情況作了較詳細的比較。

    對于校園一卡通系統,往往需要相互間的通信,以交換數據和控制指令。目前采用的聯網方式多是有線連接,聯網方式設備仍然使用RS485/RS422 網絡;少數設備內置TCP/IP 通訊模塊,使用五類線聯網。隨著無線網絡通信技術的發展,在一些不便于或需要消除有線連接的場合,無線通信技術便有了它的用武之地。

    一、Zigbee 無線技術及應用

    (一)主要技術

    ZigBee 是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術,它是一種介于無線標記和藍牙之間的無線技術方案。ZigBee 的基礎是IEEE 802.15.4,它規定了ZigBee 的物理層和媒體接入控制層。ZigBee 的工作頻段分別為868 MHz、915 MHz、2.4GHz 三個頻段,其中頻段868 MHz 定義了1 個頻道:頻段915 MHz 定義了 10 個頻道;頻段2.4 GHz 定義了16 個頻道。ZigBee 網絡層協議由ZigBee聯盟制定,其設備可以構造成星型網絡或點對點的網絡,連接地址分為16 位短地址和64 位長地址。因而具有較大網絡容量。它的應用層可根據用戶的需要進行開發利用。其ZigBee 協議棧結構如圖l 所示。

ZigBee 協議棧結構如圖

    (二)Zigbee 的主要特點:

    通信的可靠性

    Zigbee 采用了CSMA-CA 的碰撞避免機制,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避免了發送數據時的競爭和沖突,有明晰的信道檢測;

    網絡的可靠性

    zigbee 的自組織功能:無需人工干預,網絡節點能夠感知其他節點的存在,并確定連接關系,組成結構化的網絡,節點位置發送變動或者節點發生故障等等,無需人工干預,網絡都能夠自我修復,并對網絡拓撲結構進行相應地調整,保證整個系統仍然能正常的工作。
    多點傳輸:單點對多點傳送數據,由一個主節點管理若干子節點,最多一個主節點可管理254 個子節點;同時主節點還可由上一層網絡節點管理,最多可組成65000 個節點。
    低功耗:在低耗電待機模式下,2 節5 號干電池可支持1 個節點工作6~24 個月,甚至更長。
    低成本:通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,而且Zigbee 免協議專利費。
    低速率:Zigbee 工作在20~250 kbps 的較低速率,分別提供250 kbps(2.4 GHz)、40 kbps(915 MHz)和20 kbps(868 MHz)的原始數據吞吐率,滿足低速率傳輸數據的應用需求。

    (三)ZigBee 技術抗干擾特性分析

    ZigBee 技術的抗干擾特性主要是指抗同頻干擾,即來自共用相同頻段的其他技術的干擾。對于同頻干擾的抵御能力是極為重要的,因為它直接影響到設備的性能。圖2 中可見在低信噪比的環境下各類無線技術中ZigBee 的誤碼率在信噪比為4dB 的情況下可達10 -9 ,要達到同樣誤碼率,Wi-Fi 要達10dB,藍牙高達16dB,Zigbee 的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi 和藍牙技術。ZigBee在2.4GHz 頻段內具備強抗干擾能力就意味著能夠可靠地與校園內的Wi-Fi、藍牙、WirelessUSB 以及無繩電話甚至食堂內的微波爐共存。

    二、校園一卡通的聯網方式的選擇

    校園一卡通系統從上世紀90 年代初開始至今已經有20 年的發展歷史了,但其聯網方式發展卻停步不前,聯網方式仍然在使用RS485 通訊,它的聯網數量在128 臺以內,最大通訊距離只有1200 米,通訊速率在9.6-19.2kbps 左右,半雙工模式。聯網方式的滯后,造成了校園一卡通的聯網通訊瓶頸,校園一卡通POS機只能設置在有限的場所和場地,其他一些商鋪和小型零售店還是無法聯接,而使用Zigbee 無線通訊的校園一卡通則:施工周期短,無需布線施工,節省費用,實施迅速,不影響室內外裝修美觀。

    傳輸速度快,最高工作速率可達250Kbp/s,10 倍于普通485通訊速度。
    強大的可擴展性,隨時擴大系統的覆蓋面,由于使用無線傳輸方式,用戶環境進行擴容的時候,不需要改造布線的成本支出。
    多點傳輸的能力,單點對多點傳送數據,其聯網設備數量遠超過普通RS485 的設備聯網數量。
    環保健康,高靈敏度,低功耗,無線收發器待機狀態僅為1uA,可滿足低功耗設備的要求。
    抗干擾,相同的環境下zigbee 的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi和藍牙技術。
    靈活的組網,校園一卡通同一系統內仍支持RS485 通訊、TCP/IP 通訊。

    結語

    Zigbee 無線技術是當今無線技術發展的一個熱門,國內使用Zigbee 無線通訊的校園一卡通還沒有得到廣泛的應用,但隨著人們對信息化要求的不斷提高和有線網絡本身的缺點,使用無線通訊的校園一卡通最終要融入到我們的生活中來。無線網絡雖然具有傳統網絡無法比擬的優越性,但從實際來看無線網絡并不能完全取代有線網絡,而兩者因地制宜的結合使用卻能使整個網絡的性能、品質最優?,F在這種混合組網的方式已出現在國內外的一些高校和企業中,相信不久的將來它將成為校園一卡通的主要組網形式。

    參考文獻:
    [1]鄧磊,王子敬,范玲俐.基于ZigBee 無線網絡的溫度采集系統設計[J].電子元器件應用,2010 年,02 期
    [2] 深圳摩爾實驗室.Zigbee 為什么能抗干擾?[EB/OL].http://blog.c114.net/html/04/294204-35030.html
    [3]瞿雷.一種新的無線網絡通信技術Zigbee[J].單片機與嵌入式系統應用,2006 年,01 期

    作者簡介:武漢大學計算機學院 李進

本文關鍵詞:ZIGBEE技術,校園一卡通,無線通信,Zigbee,一卡通,IGBEE技術,校園一卡通,無線通信,Zigbee,一卡通系,GBEE技術,校園一卡通,無線通信,Zigbee,一卡通系統
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