在ZM32系列ZigBee模塊的應(yīng)用案例中，我們提煉出最典型的三種應(yīng)用場(chǎng)景：

l  多級(jí)路由級(jí)聯(lián)：例如在智能路燈行業(yè)使用ZigBee進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，多采用路由級(jí)聯(lián)的方式延展通信距離，使得整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋幾公里；

l  復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>：在某些行業(yè)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，例如商用照明行業(yè)，要求ZigBee節(jié)點(diǎn)能在最快的時(shí)間內(nèi)完成組網(wǎng)，并且保證節(jié)點(diǎn)具有一定的穩(wěn)定性及可靠性（網(wǎng)絡(luò)自愈能力）；

l  并發(fā)上報(bào)：在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，例如智慧工廠行業(yè)要求多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，所有節(jié)點(diǎn)并發(fā)的概率和數(shù)量會(huì)增加，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的處理能力提出更大的挑戰(zhàn)；

針對(duì)上面三種情況，結(jié)合模塊特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

一、多級(jí)路由級(jí)聯(lián)——智能路燈

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來，城市交通自動(dòng)化智能化要求全面升級(jí)，路燈節(jié)點(diǎn)間距20-200米不等，每個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)關(guān)下屬路燈數(shù)控制在1000盞以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)施工要求操作簡單方便。

圖1  路燈實(shí)景圖

項(xiàng)目方案：使用工控板作為路燈系統(tǒng)集中控制器，廣域網(wǎng)絡(luò)通過4G技術(shù)（網(wǎng)關(guān)設(shè)備）與遠(yuǎn)程服務(wù)器中心建立連接，局域網(wǎng)絡(luò)使用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燈光進(jìn)行控制，同時(shí)接收路燈節(jié)點(diǎn)返回的路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)。

l  路燈節(jié)點(diǎn)：每個(gè)路燈上有一個(gè)ZM32系列ZigBee模塊，模塊既做節(jié)點(diǎn)，也是路由，在一定區(qū)域內(nèi)組建一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)；

l  網(wǎng)關(guān)控制器：網(wǎng)關(guān)控制器可直接采用ZLG致遠(yuǎn)電子工控主機(jī)，用于邊緣計(jì)算，對(duì)路燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理；

l  數(shù)據(jù)傳輸終端：由于網(wǎng)關(guān)控制器分布在各個(gè)區(qū)域，和服務(wù)器主機(jī)之間通常距離較遠(yuǎn)，所有的路燈數(shù)據(jù)又需要統(tǒng)一管理，故采用4G DTU的方式，作為搭建局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的橋梁

圖2  項(xiàng)目方案圖

每個(gè)路燈采節(jié)點(diǎn)用ZM32模塊來控制，ZM32模塊可支持多級(jí)路由級(jí)聯(lián)組成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)路燈節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)傳輸。我們知道，ZigBee 通信效率會(huì)隨著路由級(jí)數(shù)的增加而下降，所以路由器必須按需布局。那么，ZM32模塊可支持多少級(jí)路由布局呢？多級(jí)路由級(jí)聯(lián)之后的組網(wǎng)時(shí)間和通信性能如何呢？ZLG致遠(yuǎn)電子工程師對(duì)ZM32模塊進(jìn)行了多級(jí)路由級(jí)聯(lián)測(cè)試。

在室內(nèi)環(huán)境下，進(jìn)行通信級(jí)聯(lián)測(cè)試，主要記錄在級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的組網(wǎng)時(shí)間以及協(xié)調(diào)器和位于網(wǎng)絡(luò)最深層次的路由設(shè)備間的通信性能，以驗(yàn)證模塊的多跳功能，測(cè)試結(jié)果如下表。

表1  測(cè)試結(jié)果

說明：本次測(cè)試主要目的是為了驗(yàn)證多跳，而辦公室空間有限，因此將遠(yuǎn)程信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整到臨界狀態(tài)，使得每個(gè)模塊依次傳輸，確保級(jí)聯(lián)效果。實(shí)際使用時(shí)，可以通過安裝位置的變化來保證信號(hào)強(qiáng)度，避免出現(xiàn)臨界狀態(tài)。

實(shí)際空間環(huán)境下，當(dāng)RSSI達(dá)到-92dBm時(shí)，已經(jīng)接近接收狀態(tài)的臨界值，此時(shí)通信穩(wěn)定性不高，十分容易受到干擾。當(dāng)受到干擾導(dǎo)致通信中斷，會(huì)增加丟包率和組網(wǎng)時(shí)長。因此，目前的測(cè)試結(jié)果可能存在一定的誤差。詳細(xì)的測(cè)試方案可咨詢ZLG工程師。

二、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹逃谜彰?/strong>

商用照明本身就是現(xiàn)成的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，再將Mesh網(wǎng)絡(luò)引入其中，就能為商業(yè)和工業(yè)設(shè)施提供一種提高運(yùn)營效率并支持全新商業(yè)機(jī)會(huì)的創(chuàng)新方式。零售商將能夠提供店內(nèi)導(dǎo)航和定制化促銷；醫(yī)院將能夠?qū)颊吆驮O(shè)備進(jìn)行追蹤；工廠能夠進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控和維護(hù)；企業(yè)能夠智能地控制照明和室溫，并對(duì)占用率和安全性進(jìn)行監(jiān)控。Mesh網(wǎng)絡(luò)憑借無與倫比的普遍性、可靠性和互通性，將智能照明變身為無線連接平臺(tái)。

圖3  商用照明場(chǎng)景圖

ZM32模塊使用Mesh組網(wǎng)方式進(jìn)行組網(wǎng)，而無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要是超遠(yuǎn)距離傳輸能力（網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣）和自修復(fù)能力。下圖為Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖4  Mesh 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

那么，在復(fù)雜的Mesh網(wǎng)絡(luò)中，ZM32系列ZigBee模塊的穩(wěn)定性如何呢？同樣，ZLG工程師對(duì)ZM32模塊進(jìn)行了穩(wěn)定性測(cè)試，在進(jìn)行大規(guī)模自組網(wǎng)時(shí)，并在高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)傳輸下進(jìn)行連續(xù)長時(shí)間測(cè)試，以驗(yàn)證ZM32模塊的穩(wěn)定性和可靠性，通過模擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)永久損壞，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間。測(cè)試主要分終端設(shè)備組網(wǎng)測(cè)試和全路由組網(wǎng)測(cè)試，詳細(xì)的測(cè)試方案可咨詢ZLG工程師。測(cè)試結(jié)論如下：

?  終端組網(wǎng)測(cè)試：

l245臺(tái)設(shè)備能在1min內(nèi)成功并發(fā)入網(wǎng)（測(cè)試共240臺(tái)終端+5臺(tái)路由）；

l關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)斷電，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間約7min（如果網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)量較少，自愈時(shí)間將更短）；

l廣播控制能及時(shí)響應(yīng)；

l休眠與非休眠狀態(tài)下，能夠穩(wěn)定定時(shí)上報(bào)。

以上是采用自組網(wǎng)方式的組網(wǎng)時(shí)間。若采用配置組網(wǎng)方式，可以縮短組網(wǎng)時(shí)間。

?  全路由組網(wǎng)測(cè)試：

l  101臺(tái)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)能在32min內(nèi)成功并發(fā)入網(wǎng)（測(cè)試共101臺(tái)路由設(shè)備）；

l  101臺(tái)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)斷電，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間約 15s（如果網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)量較少，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間將更短）；

l  廣播控制均能及時(shí)響應(yīng)；

l  101臺(tái)路由非休眠狀態(tài)下，能夠穩(wěn)定定時(shí)上報(bào)。

以上是采用自組網(wǎng)方式的組網(wǎng)時(shí)間。若采用配置組網(wǎng)方式，可以縮短組網(wǎng)時(shí)間。

二、并發(fā)上報(bào)——智慧工廠

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展加速了工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)型升級(jí)，一系列產(chǎn)業(yè)已開始向信息化管理轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)工廠到智慧工廠的變革必然會(huì)成為未來世界制造業(yè)中的一波“浪潮”，傳統(tǒng)工廠快速實(shí)現(xiàn)角色轉(zhuǎn)換的方法是實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)互通。

圖5  智慧工廠場(chǎng)景圖

以中國十大支柱產(chǎn)業(yè)之一的紡織行業(yè)舉例，目前織機(jī)運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)控一般采用單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或基于RS-485總線的單主機(jī)集散監(jiān)控系統(tǒng)，也有部分織機(jī)采用CAN總線的監(jiān)控系統(tǒng)。但是這些織機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)存在成本高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜抗干擾性較差以及系統(tǒng)維護(hù)困難等缺點(diǎn)。

與RS-485總線及CAN總線相比，ZigBee技術(shù)除通信距離較短外，無論是在實(shí)時(shí)性、抗干擾和可靠性還是在系統(tǒng)成本和擴(kuò)展性方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在系統(tǒng)布線方面，由于ZigBee采用無線方式，可解決布線復(fù)雜的問題。

圖6  ZigBee無線方案

但是，在智慧工廠這種大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)并發(fā)的概率和數(shù)量會(huì)增加，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的處理能力提出更大的挑戰(zhàn)。所以，ZLG研發(fā)工程師對(duì)ZM32進(jìn)行了并發(fā)測(cè)試，測(cè)試ZM32的并發(fā)處理能力。測(cè)試主要分全終端并發(fā)上報(bào)和全路由并發(fā)上報(bào)，詳細(xì)的測(cè)試方案可咨詢ZLG工程師。測(cè)試結(jié)論如下：

?  全終端并發(fā)上報(bào)：

l  最大并發(fā)數(shù)量是62臺(tái)，上報(bào)時(shí)間約3.5s；

l  當(dāng)發(fā)送字節(jié)數(shù)超過射頻單幀的最大負(fù)載（74字節(jié)），并發(fā)數(shù)量最大支持20臺(tái)，上報(bào)時(shí)間約3.5s。

以上測(cè)試串口端僅發(fā)送一次，若用戶增加重發(fā)，并發(fā)數(shù)量會(huì)提升。

?  全路由并發(fā)上報(bào)：

l  全路由的并發(fā)上報(bào)測(cè)試中，發(fā)送字節(jié)數(shù)小于射頻單幀的最大負(fù)載（74字節(jié)），最大并發(fā)數(shù)量約是30臺(tái)，上報(bào)時(shí)間約3.5s。

以上測(cè)試串口端僅發(fā)送一次，若用戶增加重發(fā)，并發(fā)數(shù)量會(huì)提升。