IGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )電能管理系統

IGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )電能管理系統概述

    隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)出現了面向低成本設備無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù)，稱(chēng)之為IGBEE，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠程控制領(lǐng)域及家用設備聯(lián)網(wǎng)。

    由于IGBEE的*特性，基于IGBEE技術(shù)的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)是一種比較合適的下行信道的實(shí)現手段。適合應用于一些短距離的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)，例如寫(xiě)字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠(chǎng)等，適用于企業(yè)內部能耗監測及管理系統，尤其適用于一些布線(xiàn)困難舊樓改造的能耗管理系統中。而若將其與成熟的工業(yè)以太網(wǎng)和GPRS/CDMA上行信道結合，與后臺管理主站組成一個(gè)完整的集抄和監控系統，則可以為遠程管理提供一個(gè)的解決方案。IGBEE與其他“ui后一公里”技術(shù)比較見(jiàn)表1。

表1. IGBEE與其他“ui后一公里”技術(shù)的比較

IGBEE技術(shù)特點(diǎn)

    IGBEE協(xié)議基于IEEE 802.15.4標準，從2004年發(fā)布IGBEE V1．0到ui新的增加了IGBEE-PRO擴展指令集的IGBEE2006版本，IGBEE功能不斷強大。IGBEE具備強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能（見(jiàn)圖2），它支持3種主要的自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型，即星型結構（Star）、網(wǎng)狀結構（Mesh）和樹(shù)型結構（Cluster Tree），特別是網(wǎng)狀結構，具有很強的網(wǎng)絡(luò )健壯性和系統可靠性。與目前普遍應用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)相比較，IGBEE的特點(diǎn)主要有：

圖2  IGBEE網(wǎng)絡(luò )拓撲分類(lèi)

 （1）工作周期短、收發(fā)信息功耗較低，并且RFD（Reduced Function Device，簡(jiǎn)化功能器件）采用了休眠模式，不工作時(shí)都可以進(jìn)入睡眠模式。

 （2）低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節點(diǎn)少至4 KB代碼。

 （3）低速率、短延時(shí)。IGBEE的ui大通信速率達到250 kb／s（工作在2．4 GH時(shí)），滿(mǎn)足低速率傳輸數據的應用需求。IGBEE的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15ms，節點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )只需30ms，進(jìn)一步節省了電能。相比較，藍牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。

 （4）近距離，高容量。傳輸范圍一般介于10～100 m，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節點(diǎn)間的距離，若通過(guò)路由和節點(diǎn)間通信的接力，擴展后達到幾百米甚至幾公里。IGBEE可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構。由一個(gè)主節點(diǎn)管理若干子節點(diǎn)，ui多一個(gè)主節點(diǎn)可管理254個(gè)子節點(diǎn)。

 （5）高可靠性和高安全性。IGBEE的媒體接入控制層（Medium Access Control，MAC）采用CSMA/CA的碰撞避免機制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了時(shí)隙，避免了發(fā)送數據時(shí)的競爭和沖突。IGBEE還提供了3級安全模式，包括無(wú)安全設定、使用接人控制清單防止非法獲取數據以及采用高級加密標準（AdvancedEncryption Standard，AES）的對稱(chēng)密碼，以靈活確定其安全屬性。

 （6）免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫療（Industrial Scientific Medical，ISM）頻段，分別為2．4 GH（）、915 MH（美國）和868 MH（歐洲）。

IGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )電能管理系統的體系結構

    圖3為網(wǎng)絡(luò )拓撲圖，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )主要由四部分組成：計量?jì)x表、本地無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )、遠方通信網(wǎng)絡(luò )以及數據交換設備。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )由計量?jì)x表、IGBEE采集器（負責與儀表之間的通信）、IGBEE網(wǎng)絡(luò )終端（負責與上層通訊網(wǎng)絡(luò )的對接，譬如工業(yè)以太網(wǎng)等）、上層通信網(wǎng)絡(luò )和數據交換存儲設備。IGBEE無(wú)線(xiàn)通信管理系統一般采用的組網(wǎng)方式是MESH的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，MESH網(wǎng)絡(luò )能更好得保證通信質(zhì)量，保證單一節點(diǎn)出現故障時(shí)不影響其他節點(diǎn)通信狀態(tài)。

圖3無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

 解決方案

    安科瑞為生產(chǎn)基地——江蘇安科瑞電器制造有限公司設計的針對生產(chǎn)用電進(jìn)行管理的電能管理分析系統，是基于IGBEE（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的電能管理系統，整個(gè)系統的組網(wǎng)采用IGBEE與RS485混合組網(wǎng)模式。

    整個(gè)廠(chǎng)區共設8個(gè)集中監測點(diǎn)，分別位于配電間、層配生產(chǎn)動(dòng)力柜、空調動(dòng)力柜、排風(fēng)機控制箱及位于配電末端的幾個(gè)照明控制箱。每個(gè)監測點(diǎn)各設置無(wú)線(xiàn)IGBEE采集器一只，通過(guò)RS485總線(xiàn)對位于該監測點(diǎn)的電能計量?jì)x表進(jìn)行通訊組網(wǎng)；監控中心設置IGBEE網(wǎng)絡(luò )終端一只，結合現場(chǎng)實(shí)際情況及考慮通訊的可靠性，于適當位置設置數只IGBEE中繼路由器。系統的組網(wǎng)示意如圖4

圖4 解決方案組網(wǎng)示意圖