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

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。我們來詳細(xì)了解一下 Zigbee 的輪詢機制，并以火災(zāi)報警傳感器應(yīng)用為例。

最近，由于其本身的高能效特性，三個 Zigbee 無線協(xié)議（Zigbee 3.0、Zigbee PRO 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(guān)注能源管理的應(yīng)用層級功能，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。

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 中的輪詢機制及其在火災(zāi)報警傳感器中的使用。

Q

什么是輪詢？

輪詢是一種機制，Zigbee 網(wǎng)關(guān)可利用該機制持續(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才“激活”。此外，它們還通過定期激活向網(wǎng)關(guān)發(fā)送報告，確保傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)中的網(wǎng)關(guān)通過發(fā)送一條 ACK （確認(rèn)）消息確認(rèn)這一請求。此外，網(wǎng)關(guān)還可以決定進(jìn)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(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。

短輪詢

SED 可開始進(jìn)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(shè)備請求的消息。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，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”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

長輪詢允許 SED 定期向其網(wǎng)關(guān)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(guān)發(fā)出的消息。網(wǎng)關(guān)：

?將該消息存儲 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 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)存儲時間超過已定義的 7.68 秒。然后，網(wǎng)關(guān)可啟動快速輪詢模式，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)實生活中使用火災(zāi)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(shù)手冊為其傳感器提供了以下默認(rèn)的輪詢控制設(shè)置：

輪詢控制屬性

簽到間隔

長輪詢間隔

短輪詢間隔

快速輪詢超時

默認(rèn)輪詢控制設(shè)置

1 小時

7.5 秒

1 秒

5 分鐘

我們以分別置于廚房和臥室的兩個 Zigbee 火災(zāi)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(guān)（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(guān)。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(guān)如何才能迅速地更新臥室中的火災(zāi)報警器，以便發(fā)出報警信息？

當(dāng) SED1 檢測到火災(zāi)時，它將即刻啟動并向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一條報警事件消息。該消息將在網(wǎng)關(guān)中存儲 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)請求之時，向其發(fā)送一條更新信息。如果我們的 Develco 火災(zāi)報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 秒的時間里發(fā)出報警。網(wǎng)關(guān)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(guān)注我們的博文，我們將探討 Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)中的電池監(jiān)控和子老化機制。