采用ZigBee pro自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的工業(yè)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

三、ZIGBEE pro 符合工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求

　與面向家庭的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ZIGBEE2004到ZIGBEE2006屬于這類面向家庭的技術(shù)）不同，面向工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要滿足以下五個(gè)方面需求，

　■ 高可靠性：大部分的工業(yè)控制應(yīng)用要求數(shù)據(jù)的可靠傳輸率要超過(guò)95%。為了實(shí)現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)高可靠傳輸面臨以下挑戰(zhàn)，ZIGBEE pro協(xié)議棧采用2.4 GHz物理層都基于DSSS（Direct Sequence SpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻）技術(shù)（包括數(shù)據(jù)的調(diào)制，激活和休眠射頻收發(fā)器,信道能量檢測(cè),信道接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示,空閑信道評(píng)估,收發(fā)數(shù)據(jù)等）具有很強(qiáng)抗干擾能力，而且MAC層和應(yīng)用層(APS部分)有應(yīng)答重傳功能，另外MAC層的CSMA機(jī)制使節(jié)點(diǎn)發(fā)送之前先監(jiān)聽(tīng)信道，也可以起到避開(kāi)干擾的作用；網(wǎng)絡(luò)層采用了網(wǎng)狀網(wǎng)的組網(wǎng)方式，從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)可以有多條路徑，路徑的冗余加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性，如果原先的路徑出現(xiàn)了問(wèn)題，比如受到干擾，或者其中一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障， ZIGBEEPRO可以進(jìn)行路由修復(fù)，另選一條合適的路徑來(lái)保持通信。同時(shí)，ZIGBEEPRO最新增加的頻率捷變(frequency agility)，也大大加強(qiáng)其作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)使用的可靠性，ZigBee pro網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾，比如各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線干擾，無(wú)法正常工作時(shí)，整個(gè)ZIGBEE PRO網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)動(dòng)態(tài)的切換到全部16個(gè)頻道的一個(gè)干凈工作信道上（實(shí)現(xiàn)FHSS跳頻功能）。和其它目前采用DSSS+FHSS的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較，ZIGBEEPRO可靠性和抗干擾性更勝一籌；采用表一的無(wú)線單片機(jī)，都可以支持ZIGBEEPRO的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧；

　■ 嚴(yán)格實(shí)時(shí)性：對(duì)于工業(yè)閉環(huán)控制應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸延遲應(yīng)低于1.5倍的傳感器采樣時(shí)間。ZIGBEEPRO網(wǎng)絡(luò)針對(duì)工業(yè)通信對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延典型值為毫秒級(jí)別，休眠激活時(shí)延典型值是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms，加上ZIGBEEPRO新的路由算法，大大提高了網(wǎng)絡(luò)路由效率；在通過(guò)多跳接力的方式進(jìn)行傳輸?shù)难舆t大幅度降低，完全能夠保證端到端通信實(shí)時(shí)性。

　■ 低能耗：用于對(duì)工業(yè)全流程進(jìn)行泛在感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由于成本的限制和安裝條件限制，通常不采用外接電源的方式，而是靠自身攜帶的電池供電。由于表一中列出的新型無(wú)線單片機(jī)和ZIGBEEPRO 無(wú)線前端的一系列革命性的新設(shè)計(jì)，，節(jié)點(diǎn)的電池壽命應(yīng)達(dá)到3至10年。能夠?qū)崿F(xiàn)使用最少的能源的工業(yè)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；

　■ 安全性：隨著工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全問(wèn)題日益突出，一些安全漏洞將給工業(yè)控制應(yīng)用造成巨大的損失。無(wú)線通信由于信道的開(kāi)放特征更容易受到攻擊，其安全保障機(jī)制將更加復(fù)雜；