術語表

?ACK：確認

?MAC：介質訪問控制

?SED：休眠終端設備

?ZCL：Zigbee 簇群庫

了解 Zigbee 標準中的輪詢特性有助于優化物聯網 (IoT) 產品的功耗。我們來詳細了解一下 Zigbee 的輪詢機制，并以火災報警傳感器應用為例。

最近，由于其本身的高能效特性，三個 Zigbee 無線協議（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、電池監控和以節能為目標的網絡流量降低戰略方面的支持。

了解 Zigbee 標準中的輪詢特性有助于優化物聯網 (IoT) 產品的功耗。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。

Q

什么是輪詢？

輪詢是一種機制，Zigbee 網關可利用該機制持續檢查相關終端傳感器設備的狀態。低功耗 Zigbee 傳感器稱為休眠終端設備 (SED)，只有在發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關發送報告，確保傳感器網絡的運行。

輪詢是由 SED 生成的一種介質訪問控制 (MAC) 數據請求。Zigbee 網絡中的網關通過發送一條 ACK （確認）消息確認這一請求。此外，網關還可以決定進一步擴展輪詢，以便發送為 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）發送或接收來自網關的消息。

短輪詢

SED 可開始進行短輪詢，在此期間 SED 執行一個高占空比 MAC 數據請求，以檢索其從其他終端設備請求的消息。如下圖所示，SED1 通過網關向 SED2 發送一條數據請求。然后，SED1 持續不斷地輪詢網關，以接收 SED2 發出的響應。此時，SED1 被認為是處于“快速輪詢模式”，該模式一直持續到“快速輪詢超時”周期結束或 SED 接收到網關發出的“快速輪詢停止”指令為止。

長輪詢

長輪詢允許 SED 定期向其網關發出報告。這些都是低占空比 MAC 數據請求。它們還為 SED 提供了一個機會，檢索網關發出的消息。網關：

?將該消息存儲 7.68 秒

?通過將 ACK 中數據待處理標志設置為高，表明有消息發送給 SED，如下圖所示

?然后，將消息作為一個 MAC 數據包發送給 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 可接收網關發出的數據，通常該數據存儲時間超過已定義的 7.68 秒。然后，網關可啟動快速輪詢模式，在該模式下，網關可發送數據直至快速輪詢結束（或直至網關發送一條“快速輪詢停止”指令）。在簽到事件期間，網關還可以更新輪詢控制參數。簽到事件非常適用于執行固件更新或收集來自傳感器的診斷數據。如下圖所示，網關在簽到的快速輪詢階段發送了一條 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

長輪詢間隔

短輪詢間隔

快速輪詢超時

默認輪詢控制設置

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，然后發出報警，并將廚房中的最新情況發送至網關。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，網關如何才能迅速地更新臥室中的火災報警器，以便發出報警信息？

當 SED1 檢測到火災時，它將即刻啟動并向網關發送一條報警事件消息。該消息將在網關中存儲 7.68 秒。然后，網關可在接收到 SED2 發出的長輪詢數據請求之時，向其發送一條更新信息。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 秒的時間里發出報警。網關可要求 SED1 在每次長輪詢事件之時發送一條狀態更新信息，并將該信息轉發給 SED2。

ZigBee：有助于提高能效

Zigbee 中的輪詢機制只是幫助 Zigbee 物聯網系統節省能源的一個環節。敬請繼續關注我們的博文，我們將探討 Zigbee 標準中的電池監控和子老化機制。