通信系統(tǒng)是建設(shè)配電自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵，借助可靠的通信手段，配電自動化將控制中心的指令下傳到遠方智能終端和各執(zhí)行機構(gòu)，同時，把智能終端（FTU/TTU）采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到控制中心。近年出現(xiàn)的ZigBee短距離無線通信技術(shù)，已被制造廠家采用，在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域開始使用，本文就該技術(shù)在配網(wǎng)自動化的應(yīng)用，提出一種結(jié)合光纖或其他通信方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用解決方案。
一、ZigBee簡介
ZigBee是一組基于IEEE 批準通過的 802.15.4 無線標準研制開發(fā)的組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標準。ZigBee無線模塊以250Kbps 的最大傳輸速率承載有限的數(shù)據(jù)流量。
在標準規(guī)范的制訂方面，主要是IEEE 802.15.4 小組與ZigBee Alliance 兩個組織，兩者分別制訂硬件與軟件標準。ZigBee建立在 802.15.4 標準之上，它確定了可以在不同制造商之間共享的應(yīng)用綱要。
在MAC 層上，主要沿用 WLAN 中 802.11 系列標準的 CSMA/CA 方式，以提高系統(tǒng)兼容。
在網(wǎng)絡(luò)層方面，根據(jù)節(jié)點的不同角色，可分為精簡功能設(shè)備（RFD）和全功能設(shè)備（FFD）。RFD 的電路較為簡單、容量較小。FFD 的節(jié)點能夠提供數(shù)據(jù)交換，具備控制器的功能， RFD 只能從FFD 傳送或接收數(shù)據(jù)。
圖1 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)
二、ZigBee技術(shù)特點
ZigBee的突出優(yōu)點是： 低功耗、低成本、低速率，ZigBee工作在20--250 kbps 的較低速率， 分別提供250kbps(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。
ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域應(yīng)用方案相對于電力微波通信網(wǎng)、電力DDN 數(shù)字數(shù)據(jù)和公網(wǎng)等遠程通訊技術(shù)相比，ZigBee無線模塊技術(shù)通信距離較短，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，不適合長距離大容量的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域，配電終端設(shè)備如FTU、DTU、TTU 等，信息量比較小，在幾十K傳輸速率情況下，也能夠達到性能要求；這些終端設(shè)備安裝位置分布于配電網(wǎng)絡(luò)各種設(shè)備處，比較分散，有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋比較困難，有時為了某一個終端通信接入需消耗較多的資金投入。若采用在一個區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個或幾個ZigBee數(shù)傳模塊設(shè)備，與主站系統(tǒng)采用有線或無線公網(wǎng)通信，其它鄰近區(qū)域的設(shè)備，采用近距離的ZigBee無線模塊組成網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)ZigBee數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)街髡镜哪康模梢允∪ズ芏嗦闊Ｒ虼耍?span lang="EN-US">ZigBee數(shù)傳無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其它通信方式結(jié)合，可以發(fā)揮ZigBee技術(shù)在通信容量、通信時延、通信可靠性、能量損耗上的優(yōu)勢，應(yīng)用于配網(wǎng)自動化通信。
下面提出的無線ZigBee數(shù)據(jù)采集通信網(wǎng)絡(luò)，是基于ZigBee數(shù)傳模塊并采用光纖網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信無線網(wǎng)絡(luò)，它是由大量的無線應(yīng)用節(jié)點、中繼節(jié)點和路由節(jié)點（光傳輸數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)）組成的分布式系統(tǒng)。無線應(yīng)用節(jié)點即配電網(wǎng)控制終端設(shè)備（FTU 等），中繼節(jié)點也可以單獨設(shè)置，也可由某個控制終端分擔(dān)，路由節(jié)點是一個無線ZigBee和光端機的結(jié)合體，起到一個路由作用。每個應(yīng)用節(jié)點成員都把數(shù)據(jù)傳給路由節(jié)點，傳輸途徑根據(jù)距離和網(wǎng)絡(luò)狀況，可能會通過中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)；數(shù)據(jù)在路由節(jié)點融合后傳給光傳輸設(shè)備。主站系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡(luò)與多個路由節(jié)點連接，路由節(jié)點和無線應(yīng)用節(jié)點之間通過ZigBee無線模塊技術(shù)實現(xiàn)無線的信息交換，帶有射頻收發(fā)器的無線應(yīng)用節(jié)點負責(zé)把數(shù)據(jù)傳送給路由節(jié)點；主站系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息，實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。
分布在通信網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點主要用于接收無線應(yīng)用節(jié)點的數(shù)據(jù)上報，并將其進行融合處理，傳給光纖網(wǎng)絡(luò)再傳遞給主站系統(tǒng)。ZigBee路由節(jié)點在此網(wǎng)絡(luò)中充當?shù)氖菬o線應(yīng)用節(jié)點和光纖網(wǎng)絡(luò)之間的路由。
圖2 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信
對于無線應(yīng)用節(jié)點，內(nèi)置的ZigBee無線模塊能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)檢測狀況，自動調(diào)整設(shè)備的發(fā)射功率，既能保證通信鏈路質(zhì)量，又能做到消耗能量最小，在網(wǎng)絡(luò)安全方面，對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息采用了密鑰長度為128 位的加密處理。在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域，許多場合采用基于GPRS/CDMA 數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)，從應(yīng)用角度而言，存在使用成本較高、數(shù)據(jù)傳輸需要付費、系統(tǒng)的運行成本高、網(wǎng)絡(luò)的自管理能力不高等缺點。
ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)是無使用費、采用免費頻段、設(shè)備功耗低等特點，可以作為有線光纖通信的補充，尤其是配網(wǎng)大量設(shè)備組成無線通信網(wǎng)絡(luò)，在資金占用、運行維護方面具有較大優(yōu)勢。
三、結(jié)語
ZigBee數(shù)據(jù)采集無線組網(wǎng)通信是當今工業(yè)控制、計算機應(yīng)用等方面技術(shù)發(fā)展的一個熱點，在電力配網(wǎng)自動化方面，也是各廠家和電力用戶關(guān)注的熱點，如何構(gòu)建一個可維護性較高、具有高度安全性和成本低廉的通信網(wǎng)絡(luò)，是配網(wǎng)自動化領(lǐng)域技術(shù)人員一直在尋求解決的課題。低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)ZigBee數(shù)傳模塊出現(xiàn)，以其高度集成化的軟、硬件架構(gòu)和產(chǎn)品特點，使電力設(shè)備廠家和電力局應(yīng)用人員更快、更方便地進行最終產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用，相信會在電力配網(wǎng)通信方面發(fā)揮更大的作用