揭秘Zigbee網(wǎng)絡中的輪詢控制

最近，由于其本身的高能效特性，三個Zigbee 無線協(xié)議（Zigbee3.0、ZigbeePRO 和 Green Power）獲得了 2017 年SEAD 連接效率獎。特別是 Zigbee 3.0 可提供重點關注能源管理的應用層級功能，包括功率配置、輪詢控制、設備老化管理、電池監(jiān)控和以節(jié)能為目標的網(wǎng)絡流量降低戰(zhàn)略方面的支持。

Unde了解 Zigbee 標準中的輪詢特性有助于優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 產(chǎn)品的功耗。本篇博文將進一步探討 Zigbee 中的輪詢機制及其在火災報警傳感器中的使用。

什么是輪詢？

輪詢是一種機制，Zigbee 網(wǎng)關可利用該機制持續(xù)檢查相關終端傳感器設備的狀態(tài)。低功耗 Zigbee 傳感器稱為休眠終端設備 (SED)，只有在發(fā)送傳感器生成的事件時才“激活”。此外，它們還通過定期激活向網(wǎng)關發(fā)送報告，確保傳感器網(wǎng)絡的運行。

輪詢是由 SED 生成的一種介質(zhì)訪問控制 (MAC) 數(shù)據(jù)請求。Zigbee 網(wǎng)絡中的網(wǎng)關通過發(fā)送一條 ACK （確認）消息確認這一請求。此外，網(wǎng)關還可以決定進一步擴展輪詢，以便發(fā)送為 SED 存儲的任何消息或讀取傳感器事件。

Zigbee 標準中的輪詢類型

Zigbee 標準定義了兩種基本的輪詢類型：

• 短輪詢

• 長輪詢

SED 使用擴展輪詢方案（如快速輪詢和簽到）發(fā)送或接收來自網(wǎng)關的消息。

術語表

• ACK：確認

• MAC：介質(zhì)訪問控制

• SED：休眠終端設備

• ZCL：Zigbee 簇群庫

短輪詢

SED 可開始進行短輪詢，在此期間 SED 執(zhí)行一個高占空比 MAC 數(shù)據(jù)請求，以檢索其從其他終端設備請求的消息。如下圖所示，SED1 通過網(wǎng)關向 SED2 發(fā)送一條數(shù)據(jù)請求。然后，SED1 持續(xù)不斷地輪詢網(wǎng)關，以接收 SED2 發(fā)出的響應。此時，SED1 被認為是處于“快速輪詢模式”，該模式一直持續(xù)到“快速輪詢超時”周期結(jié)束或 SED 接收到網(wǎng)關發(fā)出的“快速輪詢停止”指令為止。

長輪詢

長輪詢允許 SED 定期向其網(wǎng)關發(fā)出報告。這些都是低占空比 MAC 數(shù)據(jù)請求。它們還為 SED 提供了一個機會，檢索網(wǎng)關發(fā)出的消息。網(wǎng)關：

• 將該消息存儲 7.68 秒

• 通過將 ACK 中數(shù)據(jù)待處理標志設置為高，表明有消息發(fā)送給 SED，如下圖所示

• 然后，將消息作為一個 MAC 數(shù)據(jù)包發(fā)送給 SED

簽到事件

簽到事件是 Zigbee 應用層通過 Zigbee 集群庫 (ZCL) 事務生成的一個占空比非常低的事件。在簽到期間，SED 可接收網(wǎng)關發(fā)出的數(shù)據(jù)，通常該數(shù)據(jù)存儲時間超過已定義的 7.68 秒。然后，網(wǎng)關可啟動快速輪詢模式，在該模式下，網(wǎng)關可發(fā)送數(shù)據(jù)直至快速輪詢結(jié)束（或直至網(wǎng)關發(fā)送一條“快速輪詢停止”指令）。在簽到事件期間，網(wǎng)關還可以更新輪詢控制參數(shù)。簽到事件非常適用于執(zhí)行固件更新或收集來自傳感器的診斷數(shù)據(jù)。如下圖所示，網(wǎng)關在簽到的快速輪詢階段發(fā)送了一條 ZCL 讀取屬性指令。SED 回復“ZCL 讀取響應”。

輪詢的工作原理如何？例如

我們來看一下現(xiàn)實生活中使用火災報警傳感器的一個例子。在這個例子中，智能輪詢選擇可挽救生命。Develco 商用煙霧報警器產(chǎn)品 (SMSZB-120) 的技術手冊為其傳感器提供了以下默認的輪詢控制設置：

輪詢控制屬性

簽到間隔

1 小時

L長輪詢間隔l

7.5 秒

短輪詢間隔

1 秒

快速輪詢超時

我們以分別置于廚房和臥室的兩個 Zigbee 火災報警傳感器為例，我們稱其為 SED1 和 SED2。這兩個傳感器都與同一個 Zigbee 網(wǎng)關（在本例中為一個智能恒溫器）通信。SED1 檢測到廚房里的熱量和煙霧迅速上升，然后發(fā)出報警，并將廚房中的最新情況發(fā)送至網(wǎng)關。與此同時，臥室中的 SED2 仍未檢測到廚房散出的熱量或煙霧。那么，網(wǎng)關如何才能迅速地更新臥室中的火災報警器，以便發(fā)出報警信息？

當 SED1 檢測到火災時，它將即刻啟動并向網(wǎng)關發(fā)送一條報警事件消息。該消息將在網(wǎng)關中存儲 7.68 秒。然后，網(wǎng)關可在接收到 SED2 發(fā)出的長輪詢數(shù)據(jù)請求之時，向其發(fā)送一條更新信息。如果我們的 Develco 火災報警器樣品采用上述默認設置，那么臥室里的 SED2 就能夠在不到 7.5 秒的時間里發(fā)出報警。網(wǎng)關可要求 SED1 在每次長輪詢事件之時發(fā)送一條狀態(tài)更新信息，并將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給 SED2。

ZigBee：有助于提高能效

Zigbee 中的輪詢機制只是幫助 Zigbee 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)省能源的一個環(huán)節(jié)。敬請繼續(xù)關注我們的博文，我們將探討 Zigbee 標準中的電池監(jiān)控和子老化機制。