基于ZIGBEE技術的校園一卡通無線通信系統(tǒng)
文章出處：http://xianjuhong.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)據和控制指令。目前采用的聯(lián)網方式多是有線連接，聯(lián)網方式設備仍然使用RS485/RS422 網絡；少數(shù)設備內置TCP/IP 通訊模塊，使用五類線聯(lián)網。隨著無線網絡通信技術的發(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(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 網絡層協(xié)議由ZigBee聯(lián)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(fā)利用。其ZigBee 協(xié)議棧結構如圖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)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)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(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡，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，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(tǒng)仍然能正常的工作。
多點傳輸：單點對多點傳送數(shù)據，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)點還可由上一層網絡節(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)據吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)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(huán)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(lián)網方式的選擇
校園一卡通系統(tǒng)從上世紀90 年代初開始至今已經有20 年的發(fā)展歷史了，但其聯(lián)網方式發(fā)展卻停步不前，聯(lián)網方式仍然在使用RS485 通訊，它的聯(lián)網數(shù)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(lián)網方式的滯后，造成了校園一卡通的聯(lián)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(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?，單點對多點傳送數(shù)據，其聯(lián)網設備數(shù)量遠超過普通RS485 的設備聯(lián)網數(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。
靈活的組網，校園一卡通同一系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)網絡無法比擬的優(yōu)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(yōu)?，F(xiàn)在這種混合組網的方式已出現(xiàn)在國內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形式。
參考文獻：
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作者簡介：武漢大學計算機學院 李進
