基于ZIGBEE技术的校园一卡通无线通信系统

李进

李进

（武汉大学计算机学院，武汉430079）

摘要：本文介绍了ZigBee无线通讯技术的特点，并对校园一卡通采用有线通讯和无线通讯的情况作了较详细的比较。

关键词：校园一卡通；Zigbee；无线通讯

中图分类号：U172.6文献标识码：A文章编号：1007-9599(2010)05-0000-01

CampusCardWirelessCommunicationSystemagainstZIGBEETechnology

LiJin

(ComputerSchoolofWuhanUnlversity,Wuhan430079,China)

Abstract:ThisarticledescribesthecharacteristicsofZigBeewirelesstechnologyandcampuscardwithwirelesscommunications,wiredcommunicationsandmadeamoredetailedcomparison.

Keywords:Campuscard;Zigbee;Wirelesscommunications

对于校园一卡通系统，往往需要相互间的通信，以交换数据和控制指令。目前采用的联网方式多是有线连接，联网方式设备仍然使用RS485/RS422网络；少数设备内置TCP/IP通讯模块，使用五类线联网。随着无线网络通信技术的发展，在一些不便于或需要消除有线连接的场合，无线通信技术便有了它的用武之地

一、Zigbee无线技术及应用

（一）主要技术

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记和蓝牙之间的无线技术方案。ZigBee的基础是IEEE802.15.4，它规定了ZigBee的物理层和媒体接入控制层。ZigBee的工作频段分别为868MHz、915MHz、2.4GHz三个频段，其中频段868MHz定义了1个频道：频段915MHz定义了10个频道；频段2.4GHz定义了16个频道。ZigBee网络层协议由ZigBee联盟制定，其设备可以构造成星型网络或点对点的网络，连接地址分为16位短地址和64位长地址。因而具有较大网络容量。它的应用层可根据用户的需要进行开发利用。其ZigBee协议栈结构如图l所示。

图1

（二）Zigbee的主要特点：

通信的可靠性

Zigbee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突，有明晰的信道检测；

网络的可靠性

zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络，节点位置发送变动或者节点发生故障等等，无需人工干预，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，保证整个系统仍然能正常的工作。

多点传输

单点对多点传送数据，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点。

低功耗

在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。

低成本

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，而且Zigbee免协议专利费。

低速率

Zigbee工作在20~250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

（三）ZigBee技术抗干扰特性分析

ZigBee技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰，即来自共用相同频段的其他技术的干扰。对于同频干扰的抵御能力是极为重要的，因为它直接影响到设备的性能。图2中可见在低信噪比的环境下各类无线技术中ZigBee的误码率在信噪比为4dB的情况下可达10-9，要达到同样误码率，Wi-Fi要达10dB，蓝牙高达16dB，Zigbee的抗干扰性能明显高于Wi-Fi和蓝牙技术。ZigBee在2.4GHz频段内具备强抗干扰能力就意味着能够可靠地与校园内的Wi-Fi、蓝牙、WirelessUSB以及无绳电话甚至食堂内的微波炉共存。

图2

二、校园一卡通的联网方式的选择

校园一卡通系统从上世纪90年代初开始至今已经有20年的发展历史了，但其联网方式发展却停步不前，联网方式仍然在使用RS485通讯，它的联网数量在128台以内，最大通讯距离只有1200米，通讯速率在9.6-19.2kbps左右，半双工模式。联网方式的滞后，造成了校园一卡通的联网通讯瓶颈，校园一卡通POS机只能设置在有限的场所和场地，其他一些商铺和小型零售店还是无法联接，而使用Zigbee无线通讯的校园一卡通则：

施工周期短，无需布线施工，节省费用，实施迅速，不影响室内外装修美观。

传输速度快，最高工作速率可达250Kbp/s，10倍于普通485通讯速度。

强大的可扩展性，随时扩大系统的覆盖面，由于使用无线传输方式，用户环境进行扩容的时候，不需要改造布线的成本支出。

多点传输的能力，单点对多点传送数据，其联网设备数量远超过普通RS485的设备联网数量。

环保健康，高灵敏度，低功耗，无线收发器待机状态仅为1uA，可满足低功耗设备的要求。

抗干扰，相同的环境下zigbee的抗干扰性能明显高于Wi-Fi和蓝牙技术。

灵活的组网，校园一卡通同一系统内仍支持RS485通讯、TCP/IP通讯。

结语

Zigbee无线技术是当今无线技术发展的一个热门，国内使用Zigbee无线通讯的校园一卡通还没有得到广泛的应用，但随着人们对信息化要求的不断提高和有线网络本身的缺点，使用无线通讯的校园一卡通最终要融入到我们的生活中来。无线网络虽然具有传统网络无法比拟的优越性，但从实际来看无线网络并不能完全取代有线网络，而两者因地制宜的结合使用却能使整个网络的性能、品质最优。现在这种混合组网的方式已出现在国内外的一些高校和企业中，相信不久的将来它将成为校园一卡通的主要组网形式。

参考文献：

[1]邓磊,王子敬,范玲俐.基于ZigBee无线网络的温度采集系统设计[J].电子元器件应用,2010年,02期

[2]深圳摩尔实验室.Zigbee为什么能抗干扰？[EB/OL].http://blog.c114.net/html/04/294204-35030.html

[3]瞿雷.一种新的无线网络通信技术Zigbee[J].单片机与嵌入式系统应用,2006年,01期