基于ZIGBEE技術(shù)的校園一卡通無線通信系統(tǒng)
文章出處:http://www.sgrivertours.com 作者: 人氣: 發(fā)表時間:2011年09月08日
對于校園一卡通系統(tǒng),往往需要相互間的通信,以交換數(shù)據(jù)和控制指令。目前采用的聯(lián)網(wǎng)方式多是有線連接,聯(lián)網(wǎng)方式設(shè)備仍然使用RS485/RS422 網(wǎng)絡(luò);少數(shù)設(shè)備內(nèi)置TCP/IP 通訊模塊,使用五類線聯(lián)網(wǎng)。隨著無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)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(shù)便有了它的用武之地。
一、Zigbee 無線技術(shù)及應(yīng)用
(一)主要技術(shù)
ZigBee 是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它是一種介于無線標記和藍牙之間的無線技術(shù)方案。ZigBee 的基礎(chǔ)是IEEE 802.15.4,它規(guī)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(wǎng)絡(luò)層協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定,其設(shè)備可以構(gòu)造成星型網(wǎng)絡(luò)或點對點的網(wǎng)絡(luò),連接地址分為16 位短地址和64 位長地址。因而具有較大網(wǎng)絡(luò)容量。它的應(yīng)用層可根據(jù)用戶的需要進行開發(fā)利用。其ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖l 所示。
(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(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突,有明晰的信道檢測;
網(wǎng)絡(luò)的可靠性
zigbee 的自組織功能:無需人工干預(yù),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在,并確定連接關(guān)系,組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò),節(jié)點位置發(fā)送變動或者節(jié)點發(fā)生故障等等,無需人工干預(yù),網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù),并對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)地調(diào)整,保證整個系統(tǒng)仍然能正常的工作。
多點傳輸:單點對多點傳送數(shù)據(jù),由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點;同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理,最多可組成65000 個節(jié)點。
低功耗:在低耗電待機模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1 個節(jié)點工作6~24 個月,甚至更長。
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,而且Zigbee 免協(xié)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(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。
(三)ZigBee 技術(shù)抗干擾特性分析
ZigBee 技術(shù)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(shù)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(shè)備的性能。圖2 中可見在低信噪比的環(huán)境下各類無線技術(shù)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(shù)。ZigBee在2.4GHz 頻段內(nèi)具備強抗干擾能力就意味著能夠可靠地與校園內(nèi)的Wi-Fi、藍牙、WirelessUSB 以及無繩電話甚至食堂內(nèi)的微波爐共存。
二、校園一卡通的聯(lián)網(wǎng)方式的選擇
校園一卡通系統(tǒng)從上世紀90 年代初開始至今已經(jīng)有20 年的發(fā)展歷史了,但其聯(lián)網(wǎng)方式發(fā)展卻停步不前,聯(lián)網(wǎng)方式仍然在使用RS485 通訊,它的聯(lián)網(wǎng)數(shù)量在128 臺以內(nèi),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(lián)網(wǎng)方式的滯后,造成了校園一卡通的聯(lián)網(wǎng)通訊瓶頸,校園一卡通POS機只能設(shè)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(lián)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(jié)省費用,實施迅速,不影響室內(nèi)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(tǒng)的覆蓋面,由于使用無線傳輸方式,用戶環(huán)境進行擴容的時候,不需要改造布線的成本支出。
多點傳輸?shù)哪芰Γ瑔吸c對多點傳送數(shù)據(jù),其聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量遠超過普通RS485 的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)量。
環(huán)保健康,高靈敏度,低功耗,無線收發(fā)器待機狀態(tài)僅為1uA,可滿足低功耗設(shè)備的要求。
抗干擾,相同的環(huán)境下zigbee 的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi和藍牙技術(shù)。
靈活的組網(wǎng),校園一卡通同一系統(tǒng)內(nèi)仍支持RS485 通訊、TCP/IP 通訊。
結(jié)語
Zigbee 無線技術(shù)是當(dāng)今無線技術(shù)發(fā)展的一個熱門,國內(nèi)使用Zigbee 無線通訊的校園一卡通還沒有得到廣泛的應(yīng)用,但隨著人們對信息化要求的不斷提高和有線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)雖然具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無法比擬的優(yōu)越性,但從實際來看無線網(wǎng)絡(luò)并不能完全取代有線網(wǎng)絡(luò),而兩者因地制宜的結(jié)合使用卻能使整個網(wǎng)絡(luò)的性能、品質(zhì)最優(yōu)?,F(xiàn)在這種混合組網(wǎng)的方式已出現(xiàn)在國內(nèi)外的一些高校和企業(yè)中,相信不久的將來它將成為校園一卡通的主要組網(wǎng)形式。
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作者簡介:武漢大學(xué)計算機學(xué)院 李進