探讨Zigbee中的轮询机制及其在火灾报警传感器中的使用

术语表

•ACK：确认

•MAC：介质访问控制

•SED：休眠终端设备

•ZCL：Zigbee 簇群库

了解 Zigbee 标准中的轮询特性有助于优化物联网 (IoT) 产品的功耗。我们来详细了解一下 Zigbee 的轮询机制，并以火灾报警传感器应用为例。

最近，由于其本身的高能效特性，三个 Zigbee 无线协议（Zigbee 3.0、Zigbee PRO 和 Green Power）获得了 2017 年SEAD 连接效率奖。特别是 Zigbee 3.0 可提供重点关注能源管理的应用层级功能，包括功率配置、轮询控制、设备老化管理、电池监控和以节能为目标的网络流量降低战略方面的支持。

了解 Zigbee 标准中的轮询特性有助于优化物联网 (IoT) 产品的功耗。本篇博文将进一步探讨 Zigbee 中的轮询机制及其在火灾报警传感器中的使用。

Q

什么是轮询？

轮询是一种机制，Zigbee 网关可利用该机制持续检查相关终端传感器设备的状态。低功耗 Zigbee 传感器称为休眠终端设备 (SED)，只有在发送传感器生成的事件时才“激活”。此外，它们还通过定期激活向网关发送报告，确保传感器网络的运行。

轮询是由 SED 生成的一种介质访问控制 (MAC) 数据请求。Zigbee 网络中的网关通过发送一条 ACK （确认）消息确认这一请求。此外，网关还可以决定进一步扩展轮询，以便发送为 SED 存储的任何消息或读取传感器事件。

Zigbee 标准中的轮询类型

Zigbee 标准定义了两种基本的轮询类型：

•短轮询

•长轮询

SED 使用扩展轮询方案（如快速轮询和签到）发送或接收来自网关的消息。

短轮询

SED 可开始进行短轮询，在此期间 SED 执行一个高占空比 MAC 数据请求，以检索其从其他终端设备请求的消息。如下图所示，SED1 通过网关向 SED2 发送一条数据请求。然后，SED1 持续不断地轮询网关，以接收 SED2 发出的响应。此时，SED1 被认为是处于“快速轮询模式”，该模式一直持续到“快速轮询超时”周期结束或 SED 接收到网关发出的“快速轮询停止”指令为止。

长轮询

长轮询允许 SED 定期向其网关发出报告。这些都是低占空比 MAC 数据请求。它们还为 SED 提供了一个机会，检索网关发出的消息。网关：

•将该消息存储 7.68 秒

•通过将 ACK 中数据待处理标志设置为高，表明有消息发送给 SED，如下图所示

•然后，将消息作为一个 MAC 数据包发送给 SED

签到事件

签到事件是 Zigbee 应用层通过 Zigbee 集群库 (ZCL) 事务生成的一个占空比非常低的事件。在签到期间，SED 可接收网关发出的数据，通常该数据存储时间超过已定义的 7.68 秒。然后，网关可启动快速轮询模式，在该模式下，网关可发送数据直至快速轮询结束（或直至网关发送一条“快速轮询停止”指令）。在签到事件期间，网关还可以更新轮询控制参数。签到事件非常适用于执行固件更新或收集来自传感器的诊断数据。如下图所示，网关在签到的快速轮询阶段发送了一条 ZCL 读取属性指令。SED 回复“ZCL 读取响应”。

轮询的工作原理如何？

例如：我们来看一下现实生活中使用火灾报警传感器的一个例子。在这个例子中，智能轮询选择可挽救生命。Develco 商用烟雾报警器产品 (SMSZB-120) 的技术手册为其传感器提供了以下默认的轮询控制设置：

轮询控制属性

签到间隔

长轮询间隔

短轮询间隔

快速轮询超时

默认轮询控制设置

1 小时

7.5 秒

1 秒

5 分钟

我们以分别置于厨房和卧室的两个 Zigbee 火灾报警传感器为例，我们称其为 SED1 和 SED2。这两个传感器都与同一个 Zigbee 网关（在本例中为一个智能恒温器）通信。SED1 检测到厨房里的热量和烟雾迅速上升，然后发出报警，并将厨房中的最新情况发送至网关。与此同时，卧室中的 SED2 仍未检测到厨房散出的热量或烟雾。那么，网关如何才能迅速地更新卧室中的火灾报警器，以便发出报警信息？

当 SED1 检测到火灾时，它将即刻启动并向网关发送一条报警事件消息。该消息将在网关中存储 7.68 秒。然后，网关可在接收到 SED2 发出的长轮询数据请求之时，向其发送一条更新信息。如果我们的 Develco 火灾报警器样品采用上述默认设置，那么卧室里的 SED2 就能够在不到 7.5 秒的时间里发出报警。网关可要求 SED1 在每次长轮询事件之时发送一条状态更新信息，并将该信息转发给 SED2。

ZigBee：有助于提高能效

Zigbee 中的轮询机制只是帮助 Zigbee 物联网系统节省能源的一个环节。敬请继续关注我们的博文，我们将探讨 Zigbee 标准中的电池监控和子老化机制。