无所不在的物联网通信时代即将来临，物联网被专家及多个国家认为是继网际网路浪潮之后的又一次科技革命。不管是IBM提出的智慧地球，还是温家宝总理在无锡提出的感知中国，都意味着物联网将是当下最热门最具竞争性的产业。传统的能源管理系统一般需要布设现场汇流排，然后将现场设备连线到一台电脑进行数据处理并向用户显示界面，当数据量较大时可能需要单独的数据处理伺服器，而如果需要实现跨地区的远程管理，更是需要在网际网路上架设一台专门的伺服器，这样，不仅需要投入伺服器等网路设备以及开发相应的服务软体，系统的维护除现场级设备和汇流排链路外还需要IT部门的管理员协助维护伺服器设备，避免伺服器故障而造成损失。因此，将物联网技术引入到远程能源管理系统中来，底层运用无线感测网路连线现场感测器及设备，上层使用网际网路技术服务，消除现场级布线的烦恼，可以消除网路硬体的投入及日常的IT维护，同时可以轻鬆实现基于WEB服务的远程管理。

目前国内对物联网也还没有一个统一的标準定义，只是在大体的技术框架上做了一个概念性的表述：通过射频识别（RFID）、感测器、全球定位系统、雷射扫描器等信息感测设备，按约定的协定，把任何物品与网际网路连线起来，进行信息交换和通讯，以实现智慧型化识别、定位、跟蹤、监控和管理的一种网路。物联网就字面意义上理解就是“物物相连的网际网路”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是网际网路，是在网际网路基础上的延伸和扩展的网路；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性套用与技术提升，将各种感知技术、现代网路技术和人工智慧与自动化技术聚合与集成套用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。因为物联网技术的发展几乎涉及到了信息技术的方方面面，是一种聚合性、系统性的创新套用与发展，也因此才被称为是信息技术的第三次革命性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是网际网路特徵，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的网际网路；二是识别与通信特徵，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能；三是智慧型化特徵，即网路系统应具有自动化、自我反馈与智慧型控制的特点。

ZigBee的结构主要由三大块组成：

一、包括各类感测器、控制器等数据採集控制设备，及构成这些设备互联的底层感测网路组成的设备感知层。感知层中的智慧型终端、智慧型感测器、射频识别，以及感测网路，组成了物联网的底层基础。

二、将底层感测器数据传输到网际网路上的网路层。网路层运用各种接入技术：如乙太网、GPRS、3G、Wi-Fi，甚至卫星通讯等，最终接入网际网路。云技术强大的存储、查询、计算能力，也都归属在这一层。

三、根据客户自身需求，利用感知数据或状态为用户提供有效的特定服务的套用层。套用层是对感知数据的一种特定形式的呈现。

ZigBee协定基于IEEE 802.15.4标準，从2004年发布ZigBee V1．0到最新的增加了ZigBee-PRO扩展指令集的ZigBee2006版本，ZigBee功能不断强大。ZigBee具备强大的设备联网功能，它支持3种主要的自组织无线网路类型，即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree)，特别是网状结构，具有很强的网路健壮性和系统可靠性。与目前普遍套用的wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通信技术相比较，ZigBee的特点主要有。

ZigBee网路拓扑分类

(1)工作周期短、收发信息功耗较低，并且RFD(Reduced Function Device，简化功能器件)採用了休眠模式，不工作时都可以进入睡眠模式。

(2)低成本。通过大幅简化协定(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4 KB代码。

(3)低速率、短延时。ZigBee的最大通信速率达到250 kb/s(工作在2.4GHz时)，满足低速率传输数据的套用需求。ZigBee的回响速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连线进入网路只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需3～10S、Wi-Fi需3S。

(4)近距离，高容量。传输範围一般介于10～100 m，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离，若通过路由和节点间通信的接力，扩展后达到几百米甚至几公里。ZigBee可採用星状、片状和网状网路结构。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。

(5)高可靠性和高安全性。ZigBee的媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)採用CSMA/CA的碰撞避免机制，同时为需要固定频宽的通信业务预留了专用时隙，避免了传送数据时的竞争和冲突。ZigBee还提供了3级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单防止非法获取数据以及採用高级加密标準(Advanced Encryption Standard，AES)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

(6)免执照频段。採用直接序列扩频在工业科学医疗(Industrial Scientific Medical，ISM)频段，分别为2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。

以Acrel公司ANEZB-485 ZigBee採集器和ANEZB-GTW ZigBee网路终端为例，其主要参数见表：

不管是有线还是无线，抄表系统总会受到环境、距离和场合等因素的影响而各有其不同的解决方案。基于ZigBee抄表系统也不会脱离这个约束，它也会由环境、距离和场合等因素的影响而异，有不同的解决方案。由于ZigBee的定位是短距离的通信，套用于写字楼、办公楼、宿舍楼和工厂等无线抄表网路时，它所考虑的因素相对要少。ZigBee无线集抄系统单个子网组成的整个系统前面阐述的系统体系结构的组成一样，主要由上行网路工业乙太网和下行网路ZigBee无线区域网路组成。整个子网主要由电錶、ZigBee採集器以及ZigBee网路终端组成。电錶可以採用ACREL的1352系列卡式电能表和ACR网路电力仪表等，它们与ZigBee採集器之间採用RS485通信，採用MODBUS通信协定；ZigBee採集器下面最多可以连线32个表；由于MODBUS地址有限，整个ZigBee子网中最多能连线255个表；为了保障通信连线的可靠性，有的时候要视环境和距离的情况，需要多加几个路由功能的网路节点（ZigBee採集器配置成路由功能），以保证有些孤远节点的通信正常；另外考虑到无线网路的拥塞度和实时性传输，建议整个子网中的无线节点（即ZigBee採集器）的个数不应大于60个，这样能保证网路中的通信质量。每个ZigBee子网都有各自的ID识别和频段的划分，这样可以帮助扩充更多的表计数。

从ZigBee电能管理系统中看，远程通信网路採用工业乙太网络，网路中电錶的通信协定採用MODBUS-RTU协定。整个系统中监控主机通过乙太网按照TCP/IP协定把MODBUS-RTU命令数据传递给ZigBee网路中心节点，网路中心节点再通过单点对多点的通信模式，以广播的方式把命令数据帧传递给ZigBee无线网路中的各个ZigBee採集器，通过ZigBee採集器传递给485汇流排上的各个表计，如果表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合，则做出相应的数据回复，通过原路返回给监控主机。

ZigBee电能管理系统

整个系统可以监测整个厂区或整幢楼宇等的各个分项的电能计量，譬如一个厂区路灯耗电量、各个办公室的耗电量、各条生产线的耗电量等等，还可以以报表的形式分析该工厂在一段时时间内的各个分项能耗占总能耗的百分比，以便工厂了解这段时间里的各个分项的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已达到节能减耗的效果。

安科瑞（Acrel）为生产基地——江苏安科瑞电器製造有限公司设计的针对生产用电进行管理的电能管理分析系统，是基于ZigBee（物联网）无线网路的电能管理系统，整个系统的组网採用ZigBee与RS485混合组网模式。

ZigBee（物联网）无线网路的电能管理系统

整个厂区共设8个集中监测点，分别位于配电间、层配生产动力柜、空调动力柜、排风机控制箱及位于配电末端的几个照明控制箱。每个监测点各设定无线ZigBee採集器一只，通过RS485汇流排对位于该监测点的电能计量仪表进行通讯组网；监控中心设定ZigBee网路终端一只，结合现场实际情况及考虑通讯的可靠性，于适当位置设定数只ZigBee中继路由器。