揭秘Zigbee网络中的轮询控制

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。

Unde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。
 

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。

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

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

 默认轮询控制设置

签到间隔

1 小时

L长轮询间隔l

7.5 秒

短轮询间隔

1 秒

快速轮询超时

 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。