2024年4月26日发(作者：)

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ￣［＂算机工程与应用　

◎网络、通信、安全◎　

ＺｉｇＢｅｅ　线网关在ＭＯＤＢＵＳ通信中的应用　

邢伟伟，白瑞林，孟伟　

ＸＩＮＧ　Ｗｅｉｗｅｉ，ＢＡＩ　Ｒｕｉｌｉｎ，ＭＥＮＧ　Ｗｅｉ　

江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室，智能控制研究所，江苏无锡２１４１２２　

Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　Ｌｉｇｈｔ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（ＭｏＥ），Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＪｉａｎｇＩｌａｌ１　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ，　

Ｊｉａｎｇｓｕ　２１４１２２，Ｃｈｉｎａ　

ＸＩＮＧ　Ｗｅｉｗｅｉ，ＢＡＩ　Ｒｕｉｌｉｎ，ＭＥＮＧ　Ｗｅｉ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＺｉｇＢｅｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｇａｔｅｗａｙ　ｉｎ　ＭＯＤＢＵＳ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１１，４７（２９）：８１—８４．　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃａｂｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｓｉｔｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｇａｉｎｓｔ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，Ｚｉｇ－　

Ｂｅｅ　ｇａｔｅｗａｙ　ｉＳ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｓｓｅｍｂｌｅ　ａｌＩ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎｔｏ　ａ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｄａｔａ　

ｉｓ　ｔｒｎｓｆｅｒｒｅｄ　ｂｙ　ｔａｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　ｏｆ　ＺｉｇＢｅｅ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｓｔａｃｋ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｔａｂｌｅ　ｔｈｅ　ｍａｔｃｈ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ｂｅ—　

ｔｗｅｅｎ　ＭＯＤＢＵＳ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｎｕｍｂｅｒ　ａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｄｄｒｅｓｓ．Ｇａｔｅｗａｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ａｍｏｎｇ　ＭＯＤＢＵＳ　ａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　

ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｐｏｗｅｒ，ａｃｃｅｐｔ　ｓｅｎｓｉ—　

ｔｉｖｉｙ，ｃｏｎｕｎｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔａｔｎｃｅ，ｍｉｓｔａｋｅｎ　ｐａｃｋａｇｅ　ｒａｔｅ，ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｍｏｄｕｌｅ　ｍｅｅｔ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｓｅｃｕｒｉ—　

ｔｙ　ｄｅｍａｎｄｓ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｇｒｅａｔｌｙ　ａｓｃｅｎｄｓ．Ｔｈｅ　ｇａｔｅｗａｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ印－　

ｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ＰＬＣ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｗａｙ　ｔｏ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｇａｔｅｗａｙ；ａｄｄｒｅｓｓ　ｍａｐｐｉｎｇ；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｂｕｓ　

摘要：为了解决工业现场设备通信电缆不利于组装和维护，提出了利用ＺｉｇＢｅｅ网关将所有设备组成无线网络实现无线通信。　

利用ＺｉｇＢｅｅ协议栈应用层完成协议数据转换，基于地址映射表完成ＭＯＤＢＵＳ站号和无线网络地址的匹配，实现ＭＯＤＢＵＳ和无　

线网络的网关功能，完成数据透明传输。实际测试表明，无线模块的发射功率、接受灵敏度、通信距离、误包率、速度满足工业应　

用的实时性安全性要求，改进网络性能比传统网络大大提升，已应用于实际ＰＬＣ通信和参数配置中，可代替传统通信方式。　

关键词：无线网关；地址映射；工业总线　

ＤＯＩ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２．８３３１．２０１１．２９．０２２　文章编号：１００２．８３３１（２０１１）２９．００８１－０４　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＰ３９３　

１前言　

ＺｉｇＢｅｅ无线通信是一种新兴的短距离、低速率、低功耗、　

低成本的无线网络技术ｕ　。目前工业设备主要采用电缆通信，　

现ＭＯＤＢＵＳ设备之间无线通信，采用消息命令缓存，实现多　

主多从通信，提高系统通信效率。经测试本网关硬件链路预算　

达１００　ｄＢ，可靠通信距离达到１５０　ｍ，通信速度达到２５０　ｋｂ／ｓ，　

误包率控制在０．１％，实时性和可靠性达到工业监控的要求，具　

有一定的应用前景。　

传统通信方式有不易组装、抗干扰性能差、不易移动等缺点，　

且同一网络只能有唯一主设备发送命令，通信效率低。　

针对无线有线融合传输目前提出了—些解决办法。文献［２］　

针对工业无线通信和工业以太网提出一种ＺｉｇＢｅｅ／Ｉ￣以太网网　

２系统分析　

传统的工业控制网络中所有设备通过总线连接，网络拓　

扑往往只能是主从模式，同一时间只能有一个设备向网络中　

其他设备发送命令，通信效率低。本文提出改进的网络结构　

图如图１所示，所有工业设备通过嵌入式ＺｉｇＢｅｅ网关接入无　

线网络，通过网关转发消息和命令，由于无线网络可以分布范　

围很广，可以实现同时有多个设备向其余设备发送命令，在接　

收端采用命令缓冲，解决同时接受到多个命令的冲突，提高了　

系统通信效率。　

关的设计，但是并没有实现多主多从同网络通信，对网络通信　

效率没有质的改变。文献［３］提出了一种ＭＯＤＢＵＳ报文有线／　

无线混合传输的方案，但是仅仅在理论上分析可能性，没有实　

际使用效果对比。文献［４］提出将ＺｉｇＢｅｅ　ＩＥＥＥ地址和ＭＯＤ。　

ＢＵＳ站号绑定，完成设备的数据传输，但是由于ＩＥＥＥ地址和　

站号都是唯一不变的，不利于网络状态改变的时候很快恢复。　

本文提出将ＭＯＤＢＵＳ和ＺｉｇＢｅｅ协议融合使用，利用在传　

统网络中嵌）ｋＺｉｇＢｅｅ无线网关，将工业设备接入无线网络，实　

基金项目：国家自然科学基金（ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ｕｎｄｅｒ　Ｇｒａｎｔ　Ｎｏ．６０８０４０１３）。　

作者简介：邢伟伟（１９８７一），男，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式无线传感理论与应用；白瑞林（１９５５一），男，教授，博导；孟伟（１９８６一），男，　

硕士研究生。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｙｔｕ

ｘｗｗ＠ｙａｈｏｏ．ｔｏｍ．ｃａ　

＿

收稿日期：２０１１—０３—２８；修凹日期：２０１１－０５．３０；ＣＮＫＩ出版：２Ｏｌ１—５—１９；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉＶ１１．２１２７．Ｔ：　ｌ１０８０４．１６０４．０３４．ｈｔｍｌ　

８２　２０１１，４７（２９）　ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　

３．２．１　ＺｉｇＢｅｅ协议栈　

ＺｉｇＢｅｅ目前的最新协议规范是ＺｉｇＢｅｅ联盟２００７年发布　

的ＺｉｇＢｅｅ－Ｐｒｏ版本协议，Ｐｒｏ版本协议和旧版本相比在路由协　

议、地址分配方式上面做了很大改进，所以本网关选择最新的　

Ｐｒｏ协议。由于本网关硬件采用了ＴＩ的ＳｏＣ芯片ＣＣ２５３０，网　

关的ｚｉｇＢｅｅ协议栈采用ＴＩ针对Ｃｃ２５３Ｏ提供的ＺｉｇＢｅｅ完整协　

图１改进网络结构图　

３系统方案　

３．１硬件方案　

系统硬件架构如图２所示，整体由以下五部分组成。　

图２系统硬件结构图　

主控模块：主控模块选择ＴＩ公司针对ＺｉｇＢｅｅ协议标准推　

出的ＳｏＣ芯片，内部集成了增强型８０５１内核的ＭＣＵ和２．４　ＧＨｚ　

收发—体ＲＦ射频模块。　

状态输出模块：利用ＣＣ２５３０的ＧＰＩＯ控制ＬＥＤ闪烁显示　

模块运行的不同的状态，主要涉及通信状态、无线链路质量指　

示、电源状态以及错误状态指示。　

配置输入模块：利用四个拨码开关选择模块的运行的不　

同参数，主要涉及配置参数有设备类型选择、网络状态保持、　

测试模式选择等。　

主设备连接模块：本模块　寸夕　同的接口，主要有ＵＡＲＴ、　

ＳＰＩ等，可用于连接不同使用Ｍ０ＤＢｕｓ协议的工业设备。　

射频匹配模块：此模块为影响系统性能的主要模块，利用　

巴伦电容电路完成射频的平衡不平衡转换，并完成天线阻抗　

的匹配，用于增加系统的射频转换效率，使得模块的发射的功　

率和接受灵敏度达到最大，增加了系统可靠性。　

３．２软件方案　

系统软件主要完成有线网络到无线网络数据转发功能，　

实现网关功能，主要软件架构如图３所示，包括ｚｉｇＢｅｅ协议　

栈、地址表维护、协议数据处理、命令响应缓存等部分组成。　

图３软件架构图　

议栈——ｚ—Ｓｔａｃｋ　２．４．０。Ｚ－Ｓｔａｃｋ　２．４．０协议栈实现了ＺｉｇＢｅｅ－Ｐｒｏ　

的ＭＡＣ、ＰＨＹ、ＮＷＫ、ＡＰＳ等层功能，该协议中具有基于ＯＳＡＬ　

（操作系统抽象层）的消息驱动型的操作系统，提供完善消息、　

事件等机制帮助用户完成复杂的应用功能嘲。　

３．２．２地址表维护　

ＭＯＤＢＵＳ通信中用于区别不同设备的是ＭＯＤＢＵＳ站　

号，而在ｚｉｇａｅｅ网络通信中用于区别不同设备的是ＺｉｇＢｅｅ网　

络地址，现在需要将两者结合起来使用，就需要一个机制使　

ＭＯＤＢＵＳ站号和ＺｉｇＢｅｅ网络地址绑定匹配。如图４所示，本　

系统在无线网关内部维护地址映射表，将整个网络中的所有　

设备的ＭＯＤＢＵＳ站号和与其对应的无线网关的网络地址、协　

议端口记录在映射表中。实际通信过程中将通过查询表格得　

到对应的ＭＯＤＢＵＳ站号和ＺｉｇＢｅｅ网络地址。　

站号　地址　端口　

ｌ　０ｘ０００１　２０　

２　Ｏ）　０ｏ２　２ｌ　

３　Ｏｘ１２３４　２０　

４　０ｘ１４３Ｅ　２０　

Ｘ　Ｎ　Ｍ　

图４地址映射表　

无线网关没有采用ＩＥＥＥ地址和站号匹配。由于也ＥＥ地址　

是唯一不变的，但是实际通信中系统中有的设备可能会断电，　

网络地址将会改变，所以应该以网络地址为准，在网络地址改　

变之后会及时广播新的地址给网络中的所有设备，可以保证　

每个设备中地址映射表中的地址是最新且可以直接通信的地　

址，提供了通信成功率。　

由于嵌入式设备内存有限，故不采用将所有设备的信息　

以表格的形式储存，采用链表形式储存实际的表格，通过插入　

删除对应项可以完成地址链表的更新。　

单个地址链表结构为：　

ｔｙｐｅｄｅｆ　ｓｔｒｕｃｔ

＿

ＭａｐＮｏｄｅ｛　

ｕｉｎｔ８　ＳｔａｔｉｏｎＮｕｍ；　

ｕｉｎｔ８　ＮｅｔＡｄｄｒ［８］；　

Ｕｉｎｔ８　ＰＯｒｔ：　

ｓｔｒｕｃｔ

ＭａｐＮｏｄｅ　ｎｅｘｔ；　

＿

｝ＭａｐＮｏｄｅ；　

３．２．３数据处理　

系统处理数据命令算法流程如下：　

（１）等待接受无差错的ＭＯＤＢＵＳ命令帧或者从ＲＦ接受　

无线命令帧转（２）。　

（２）从地址表查询转发地址和端口。　

（３）如有，则将ＭＯＤＢＵＳ．ＰＤＵ数据封装成ＺＳＴＡＣＫ－ＰＤＵ　

数据或将ｚｓＴｌＡｃＫ．ＰＤＵ数据封装成ＭＯＤＢＵＳ．ＰＤＵ数据并放　

入命令缓存等待处理，如无转（５）。　

（４）数据处理单元读取缓存中需要处理的命令和数据并　

执行转发，转（７）。　

邢伟伟，白瑞林，孟伟：ＺｉｇＢｅｅ￣　网关在ＭＯＤＢＵＳ通信中的应用　

４．１．１输出功率测试　

（５）向ｚｉ譬Ｂｅｅ网络中的所有设备广播也ｂ　命令，转（６）。　

（６）如得到地址回复，插入地址表，转（２），如超时重发次　

数累加，如超过重发次数则清除重发次数转（７），否则转（５）。　

（７）检测命令缓存是否有命令，如有转（４），否则清除缓　

存，转（１）等待命令。　

协议中有两种网络数据格式：一种是ＭＯＤＢＵＳ协议数据　

ＭＯＤＢＵＳ．ＰＤＵ，还有一种是Ｚ．Ｓｔａｃｋ协议数据ＺＳＴＡＣＫ—ＰＤＵ。　

其中ＭＯＤＢＵＳ．ＰＤＵ向ＺＳＴＡＣＫ－ＰＤＵ数据格式的转换过程如　

测试时候主要通过上位机设定信道和发射能量，然后通过　

电缆将模块的天线输出直接连接到频谱仪得到实际的发射功　

率和频率进而可以评估模块的射频发射和阻抗匹配的质量。　

网关硬件模块发射频谱如图７所示，模块的发射功率可以　

达￣ｌＪ＋２　ｄＢ，通常电缆有１￣２　ｄＢ的信号衰减，故实际发射功率　

可以达Ｎ＋３　ｄＢ～＋４　ｄＢ，测试设定频率为２　４０５　Ｍｎｚ，实际测量　

频率为２　４０４．８９ＭＨｚ，则频偏为１１０ｋＨｚ，只要同一批的产品频　

图５所示　

站号Ｊ　ＭＯＤＢＵＳ－ＰＤＵ　

查询网络地址　．　

地址表　

盛Ｊ站号Ｊ　ＭＯ删ｓ帕ｕ　

ｃ头４网络头』噩蕴ｆ站号Ｊ　ＭＯＤＢＵＳ－ｒＤｕ　

图５数据转换图　

Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　

首先提取ＭＯＤＢＵＳ．ＰＤＵ中的站号，根据提供的地址映射　

表维护提供的查询地址服务在地址表中查询本次命令的无线　

网络地址，如地址不存在则发起地址请求，将网络地址附加在　

ＭＯＤＢＵＳ。ＰＤＵ帧前端组成新的数据，通过ＺｉｇＢｅｅ协议栈加　

入网络头和ＭＡＣ头将得到ＺＳＴＡＣＫ—ＰＤＵ。可以启动一次发　

送过程将ＺＳＴＡＣＫ．ＰＤＵ数据发送至目的设备的无线网关。无　

线网关将接受到ＺＳＴＡＣＫ．ＰＤＵ经过上面相反的过程得到　

ＭＯＤＢＵＳ．ＰＤＵ数据发送至与之相连ＭＯＤＢＵＳ设备完成一次　

命令的接受。其余数据格式转换可类比。　

３．２．４命令应答缓存　

由于设计的网络中存在多个主设备，不可避免发生同一　

时间有多个主设备向同一个从设备发送命令，不做特殊处理，　

在对第一条命令处理的同时会丢弃后续的命令，产生错误。　

本网关中在每个无线设备内部添加了命令和应答缓存，缓存　

是基于ＦＩＦＯ原理，可以同时储存四条命令。当ＭＯＤＢＵＳ设　

备的处理速度够快，可以同时响应多个设备的命令不产生错　

误，提高系统通信效率。命令应答缓存结构如图６所示。　

命令４　应答４　

命令３　应答３　

命令２　应答２　

命令１　应答１　

图６命令应答缓存　

４系统测试　

本模块主要应用于工业控制现场，所以在设备的链路预　

算、通信可靠性、电磁抗干扰方面要求比较严格。　

４．１链路预算测试　

当评估８０２．１５．４或ＺｉｇＢｅｅ应用时，链路预算是极重要的　

考虑因素，链路预算越高就越好。接收灵敏度和输出功率的　

绝对数值之和被称为链路预算。故此部分测试分为输出功率　

测试和接受灵敏度测试。　

偏在同一等级则不影响实际通信。其他通道测试数据如表１　

所示。　

Ｉ　

｜　＼　

／　

』Ｊ＾　…　ｆ＼　ｊ．　

．

Ｉ　

Ｉ下　”…　『　ｋ　』‘ｌＪ　Ｉ

ｌ　ｆ｝　ｌ　Ｉ　ＩＩ　ｆ　Ｉ。Ｉ　’　ｌ　

　Ｏ　Ｏ　０　０　

～１　ｌ　ｌ。。ｌ　０　

Ｃｅｎｔｅｒ　２．４０４８８７８２１　ＧＨｚ　５０ｋＨｚ／　Ｓｐａｎ　５００　ｋＨｚ　

图７模块在ｌ１信道的发射频谱　

表１发射功率测试结果表　

４．１．２接受灵敏度测试　

接收灵敏度测试主要通过特定的２．４　ＧＨｚ信道发生器直　

接发射标准频段的信号通过电缆直接发射到接收模块，然后　

通过统计１００次的误包率，通常误包率在１％以下表明接受正　

常。测试结果如表２所示。　

表２接收灵敏度测试结果表　

由测试结果可以看出模块的输出功率可达＋２　ｄＢ，接收灵敏　

度可以达到一９８ｄＢ，则链路预算可达１００ｄＢ，满足实际使用。　

４．２实际通信测试　

通信测试主要测试网络复杂度对通信成功率的影响以及　

传统网络通信效率和采用网关接入无线改进型网络的通信效　

率的对比。　

４．２．１通信成功率测试　

影响通信成功率的主要匿蓍有节点之间的距离、网络拓　

０

８４　２０１１，４７（２９）　ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄＡｐｐＢｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　

扑的复杂度、运行环境等。　

网络复杂度对通信成功率的影响主要通过网络负载来实　

际模拟，其中控制干扰源发送数据的流量达到模拟不同实际　

环境的效果。实际测试拓扑图如图８所示。　

图８测试网络拓扑图　

测试主要分为背景无流量、较轻流量、轻流量、中流量、重　

流量五种测试，其中干扰源不发送数据为无流量，５０　ｍｓ发送　

一

帧数据为较轻流量，２５　ｍｓ发送一帧数据为轻流量，１０　ｍｓ发　

送一帧数据为中流量，１　ｍｓ发送一帧数据为重流量。误包率　

结果分为双向通信和单向通信两种，其中单向通信为发送源　

发送数据，接收源接受到数据则成功，双向通信则接收源在接　

受到数据包之后将数据包发送回给发送源。　

由表３可以得出随着系统的背景流量的加重，系统的误包　

率也逐渐加大，同样背景流量情况下，双向通信比单向通信的　

误包率大。本系统在节点比较多的应用环境可靠性会打折　

扣，不过由于工业控制一般不会频繁通信，ＭＯＤＢＵＳ设备个　

数也不会超过２５５，所以不影响网关在工业控制场合的使用。　

表３背景干扰程度和误包率的关系表　

４．２．２通信效率测试　

本网关在实际ＰＬＣ通信中得到测试验证，测试过程中以　

传统的连接通信方式和无线网络互联的通信方式的通信效率　

对比得出网络的性能参数。如图９所示为２４个ＰＬＣ通过网关　

连接在无线网络中完成各自的通信和控制功能。测试结果如　

图１０所示，图１０中给出了ｌＯ个节点至２００个节点的测试结　

果。由图ｌ０中可以看到在网络中节点较少的时候两者差异不　

大，但是当节点增多无线网关改进型网络的优势就体现出　

来。从测试结果可以看到在２００节点的网络中通信效率可达　

传统网络的７倍左右。　

由于传统的网络同一时间只能有一个主设备向网络中发　

送命令，所以设备的增加不能使整个网络效率增加，而采用　

ＺｉｇＢｅｅ网关改进的网络由于无线网络发送数据速度（２５０　ｋｂ／ｓ）　

比串口网络速度（１９　ｋｂ／ｓ）要快得多，所以在宏观上可以看做　

多个主设备同时发送命令，这样在网络中节点增加的同时提　

升了系统的网络通信效率。　

图９　ＰＬＣ测试现场图　

网络节点　个　

图１Ｏ网络通信效率对比图　

５结论　

测试结果表明本网关发射功率达到＋２　ｄＢ，接收灵敏度达　

到一９８　ｄＢ，链路预算达１００　ｄＢ，正常通信距离可达２００　ｍ，可　

靠通信距离为１５０　ｍ，通信速率达２５０　ｋｂ／ｓ，通信误包率控制在　

０．１％，用于工业设备接入无线通信和监控方面，通信延时小、　

误包率低、安全性好，且改进了传统主从模式通信，使得多主　

多从通信成为可能。但是目前还有不足仍然需要改进，比如　

大数据的通信、网络节点负载加重时候的通信延时和网络管　

理等问题都是目前研究的热点。对于工业控制行业，利用无　

线实现设备间的信息交互将是—个趋势，能够有效地利用Ｚｉｇ－　

Ｂｅｅ无线传感网通信技术，将会优化整个组装过程，从而提高　

生产力，降低成本。　

参考文献：　

【１］Ｙｕ　Ｃｈｅｎｇｂｏ，Ｌｉｕ　Ｙａｎｆｅｉ，Ｗａｎｇ　Ｃｈｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｅｈ　Ｏｎ　ＺｉｇＢｅｅ　ｗｉｒｏｌ￣　

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