揭秘 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中的輪詢控制

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

Unde了解 Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步探討 Zigbee 中的輪詢機(jī)制及其在火災(zāi)報(bào)警傳感器中的使用。

什么是輪詢？

輪詢是一種機(jī)制，Zigbee 網(wǎng)關(guān)可利用該機(jī)制持續(xù)檢查相關(guān)終端傳感器設(shè)備的狀態(tài)。低功耗 Zigbee 傳感器稱為休眠終端設(shè)備 (SED)，只有在發(fā)送傳感器生成的事件時(shí)才“激活”。此外，它們還通過定期激活向網(wǎng)關(guān)發(fā)送報(bào)告，確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。

輪詢是由 SED 生成的一種介質(zhì)訪問控制 (MAC) 數(shù)據(jù)請(qǐng)求。Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)通過發(fā)送一條 ACK （確認(rèn)）消息確認(rèn)這一請(qǐng)求。此外，網(wǎng)關(guān)還可以決定進(jìn)一步擴(kuò)展輪詢，以便發(fā)送為 SED 存儲(chǔ)的任何消息或讀取傳感器事件。

Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)中的輪詢類型

Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種基本的輪詢類型：

短輪詢

長輪詢

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

術(shù)語表

ACK：確認(rèn)

MAC：介質(zhì)訪問控制

SED：休眠終端設(shè)備

ZCL：Zigbee 簇群庫

短輪詢

SED 可開始進(jìn)行短輪詢，在此期間 SED 執(zhí)行一個(gè)高占空比 MAC 數(shù)據(jù)請(qǐng)求，以檢索其從其他終端設(shè)備請(qǐng)求的消息。如下圖所示，SED1 通過網(wǎng)關(guān)向 SED2 發(fā)送一條數(shù)據(jù)請(qǐng)求。然后，SED1 持續(xù)不斷地輪詢網(wǎng)關(guān)，以接收 SED2 發(fā)出的響應(yīng)。此時(shí)，SED1 被認(rèn)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(shí)”周期結(jié)束或 SED 接收到網(wǎng)關(guān)發(fā)出的“快速輪詢停止”指令為止。

長輪詢

長輪詢?cè)试S SED 定期向其網(wǎng)關(guān)發(fā)出報(bào)告。這些都是低占空比 MAC 數(shù)據(jù)請(qǐng)求。它們還為 SED 提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，檢索網(wǎng)關(guān)發(fā)出的消息。網(wǎng)關(guān)：

將該消息存儲(chǔ) 7.68 秒

通過將 ACK 中數(shù)據(jù)待處理標(biāo)志設(shè)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(gè) MAC 數(shù)據(jù)包發(fā)送給 SED

簽到事件

簽到事件是 Zigbee 應(yīng)用層通過 Zigbee 集群庫 (ZCL) 事務(wù)生成的一個(gè)占空比非常低的事件。在簽到期間，SED 可接收網(wǎng)關(guān)發(fā)出的數(shù)據(jù)，通常該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間超過已定義的 7.68 秒。然后，網(wǎng)關(guān)可啟動(dòng)快速輪詢模式，在該模式下，網(wǎng)關(guān)可發(fā)送數(shù)據(jù)直至快速輪詢結(jié)束（或直至網(wǎng)關(guān)發(fā)送一條“快速輪詢停止”指令）。在簽到事件期間，網(wǎng)關(guān)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(guān)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(fù)“ZCL 讀取響應(yīng)”。

輪詢的工作原理如何？例如

我們來看一下現(xiàn)實(shí)生活中使用火災(zāi)報(bào)警傳感器的一個(gè)例子。在這個(gè)例子中，智能輪詢選擇可挽救生命。Develco 商用煙霧報(bào)警器產(chǎn)品 (SMSZB-120) 的技術(shù)手冊(cè)為其傳感器提供了以下默認(rèn)的輪詢控制設(shè)置：

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

當(dāng) SED1 檢測(cè)到火災(zāi)時(shí)，它將即刻啟動(dòng)并向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一條報(bào)警事件消息。該消息將在網(wǎng)關(guān)中存儲(chǔ) 7.68 秒。然后，網(wǎng)關(guān)可在接收到 SED2 發(fā)出的長輪詢數(shù)據(jù)請(qǐng)求之時(shí)，向其發(fā)送一條更新信息。如果我們的 Develco 火災(zāi)報(bào)警器樣品采用上述默認(rèn)設(shè)置，那么臥室里的 SED2 就能夠在不到 7.5 秒的時(shí)間里發(fā)出報(bào)警。網(wǎng)關(guān)可要求 SED1 在每次長輪詢事件之時(shí)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(jī)制只是幫助 Zigbee 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)省能源的一個(gè)環(huán)節(jié)。敬請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注我們的博文，我們將探討 Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)中的電池監(jiān)控和子老化機(jī)制。

審核編輯黃昊宇