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1、2013年5月建村目愛崔規(guī)劃與設計【文章編號】1673-0038(2013J14—0019-02基于ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)設計研究項健(重慶市江北區(qū)400020)摘要：近年來，人們的生活水平隨著科技發(fā)展而不斷提高，進而對生活環(huán)境的舒適性和安全性提出了更高的要求，與此同時，計算機控制技術不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)應運而生。在本文中分析了智能家居系統(tǒng)的特點，并對基于ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)的設計進行了相關研究。關鍵詞：智能家居系統(tǒng)；zigBee協(xié)議；BoA服務器；無線網狀組網l刖罱近些年來，隨著電子信息技術和計算機網絡技術的發(fā)展，人們對生活環(huán)境的舒適性和安全性也提出
2、了愈來愈高的要求。家居系統(tǒng)的信息化、網絡化、智能化是當前家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。其中基于ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)為人類的生活環(huán)境帶來了一場新的革命。2智能家居智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線、網絡通信、自動控制術、音頻視頻等技術將與家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，對人們居住環(huán)境的舒適性、便利性、安全性以及藝術性等進行了有效的提升?。實現家居智能的工具包括先進的計算機技術、網絡通信技術以及電力自動化技術等，這些先進的技術將與家居生活相關的各個子系統(tǒng)進行網絡化的綜合管理。當前短距離無線通信技術發(fā)展迅速，有效解決了有線網絡布線困難以及擴
3、展性差等的不足，應用無線組網技術的智能家居系統(tǒng)成為必然的發(fā)展趨勢。3ZigBee技術3．1ZigBee協(xié)議ZigBee技術是一種重要的短距離無線通信技術，具有可靠性高、功耗低的優(yōu)勢，我們可以采用“層”來量化ZigBee技術體系結構的各個簡化標準。一個完整的ZigBee協(xié)議應包括：物理層；應用層；安全服務層；網絡層：介質接入控制子層；高級應用層等。zigBee協(xié)議框架如表1所示。表1ZigBee協(xié)議框架物理層介質接入控制r層IEEE802．15．4定義網絡層安全服務層ZigBee聯(lián)盟提供應用層3．2ZigBee技術的優(yōu)勢與藍牙技術、Wi—Fi、UWB、紅外技術等其他短距離無
4、線通信技術相比，ZigBee技術具有如卜．幾個方面的特點是：①制造低成本，大約為2美元即可買到一塊ZigBee芯片；(至)ZigBee協(xié)議的功耗很低，2節(jié)5號干電池即可使其在待機模式下的一個節(jié)點連續(xù)工作6個月到一年左右：③工作具有高可靠性，ZigBee協(xié)議采取的碰撞避免機制可以有效降低發(fā)送數據時競爭和沖突的頻率；④傳輸距離比較近，每個設備的有效覆蓋范圍大約在10～70m之間，具體的有效距離和實際發(fā)射功率以及應用模式有關；⑤短時延，ZigBee協(xié)議具有很短的從休眠狀態(tài)激活的時延以及通信時延；⑥網絡容量大且組網形式靈活多樣，ZigBee協(xié)議對大量的網絡節(jié)點以及多種組網方式都能
5、有效支持等。由于ZigBee協(xié)議的這些優(yōu)勢，使其能夠充分實現家居的智能化。4基于Zi邸ee協(xié)議的組網技術4．1ZigBee設備在基于ZigBee協(xié)議的組網設備中，通?？梢詫⒃O備劃分為全功能器件(FFD)和簡化功能器件(RFD)兩種類型，其中的全功能器件不但可以與網絡中的任何設備實現通信，還可以作為網絡協(xié)調者對其他網絡設備進行協(xié)調；簡化功能器件只能與全功能器件進行通信，而兩個簡化功能器件之間是不能直接通信的，并且這種器件也不具備網絡協(xié)調者的功能121。ZigBee網絡主要定義了網絡協(xié)調器、網絡路由器以及網絡終端設備三種功能設備，其中的網絡協(xié)調器、網絡路由器為全功能器件，而網
6、絡終端設備則為簡化功能器件。4．2ZigBee網絡拓撲結構ZigBee網絡支持的拓撲結構主要有星型網、樹型網和網狀網三種。在基于ZigBee協(xié)議的組網設備中，每個ZigBee網絡只有在擁有至少一個全功能器件作為網絡協(xié)調器才能建立網絡并對網絡施行協(xié)調功能。由于在實際的家庭網絡中，各種ZigBee設備可能被布置在不同的房間，家具、墻壁等障礙因素不僅ZigBee設備產生干擾，還會縮小每個設備的有效覆蓋范圍，所以選取的ZigBee網絡拓撲結構應具有較強的可擴展性，能夠以增加路由節(jié)點的方式擴大設備的有效覆蓋范圍，此外，網絡拓撲結構還應具有較強的可靠性，以確保每次通信能夠成功進行，而
7、不會因為個別設備的崩潰導致整個系統(tǒng)不能進行工作?；谝陨弦蛩氐娜婵紤]，可以選擇ZigBee網絡的網型拓撲結構應用于智能家居系統(tǒng)。4．3ZigBee網絡的路由ZigBee執(zhí)行用于AODV專用網絡的路由協(xié)議，簡化后用于傳感器網絡，任何路由功能都不能由ZigBee終端節(jié)點執(zhí)行[31。ZigBee終端節(jié)點只需將數據簡單地向上傳送發(fā)給它的父設備即可向其中的任何一個設備進行數據包傳送過程，但是需要由它·19·規(guī)劃與設計I霸嗣麓裔2013年5月的父設備以自己的名義執(zhí)行路由。同樣地原理，網絡結構中的任何一個設備如果要對ZigBee終端節(jié)點進
