基于sip與zigbee物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計

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1、基于SIP與ZigBee物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計　　摘要：給出了一種融合下一代網(wǎng)絡(luò)核心控制協(xié)議SIP和短距離無線通信協(xié)議ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計方法。該方法通過對家庭網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計、SIP方法及其XML消息體擴(kuò)展應(yīng)用設(shè)計以及ZigBee無線通信數(shù)據(jù)格式的設(shè)計，實現(xiàn)了家庭網(wǎng)關(guān)中的SIP與ZigBee協(xié)議的融合，最終通過Internet遠(yuǎn)程訪問和控制基于ZigBee協(xié)議構(gòu)建來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)關(guān)；SIP方法；XML消息體；ZigBee中圖分類號：TP399文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2013）09-002

2、5-040引言物聯(lián)網(wǎng)帶動了繼互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次科技與經(jīng)濟(jì)浪潮，智能家居及家庭網(wǎng)絡(luò)無疑是物聯(lián)網(wǎng)的熱點應(yīng)用領(lǐng)域。家庭網(wǎng)關(guān)是連接公網(wǎng)和家庭內(nèi)網(wǎng)的喉舌，負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部設(shè)備對公網(wǎng)的訪問、交互，用戶從公網(wǎng)上對家庭網(wǎng)絡(luò)訪問、控制，以及家庭內(nèi)部設(shè)備的互聯(lián)等操作。物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)需要具備寬帶接入、業(yè)務(wù)識別和控制信息轉(zhuǎn)發(fā)等功能。1SIP的概念會話起始協(xié)議（SessionInitiationProtocol，SIP）是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（InternetEngineeringTask10Force，IETF）于1999年提出的一個基于IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)復(fù)雜

3、通信應(yīng)用的應(yīng)用層信令協(xié)議。SIP是一個C/S協(xié)議，包含用戶代理（UserAgent，UA）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Server）兩類組件。SIP終端系統(tǒng)上運行的與用戶交互的軟件稱為用戶代理，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為用戶代理提供注冊、認(rèn)證、鑒權(quán)、路由等服務(wù)。SIP呼叫建立和SIP會話功能依靠SIPUA及SIPServer實體完成。SIP協(xié)議定義了兩種類型的消息：請求和響應(yīng)。SIP請求包含INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS、REGISTER等六種基本方法[1]，以及SUBSCRIBE、NOTIFY、PUBLISH等擴(kuò)展方法[2]。SIP響

4、應(yīng)包含1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx等六類消息。SIP消息的3個基本部分消息類型、消息頭和消息體均可擴(kuò)充，并且SIP采用基于UTF-8字符集的文本編碼形式實現(xiàn)，可十分簡便地對消息進(jìn)行擴(kuò)展，使之適應(yīng)各種具體的應(yīng)用場景。2ZigBee技術(shù)ZigBee基于IEEE802.15.4[3]標(biāo)準(zhǔn)，在眾多短距離無線通信協(xié)議中，ZigBee技術(shù)有以下優(yōu)勢：（1）成本低，開發(fā)相對容易，芯片CC2530的售價不到2美元，且免費提供ZigBee通信協(xié)議和開發(fā)工具；（2）能耗低，CC2530正常使用時功率不到1W；10（3）可靠；（4）組網(wǎng)方式

5、靈活。ZigBee技術(shù)的唯一缺點是傳輸速率不高，但也完全能滿足物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)絡(luò)中的無線感知與監(jiān)控需要。3系統(tǒng)總體架構(gòu)圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。采用ZigBee協(xié)議構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)時，可連接各種傳感器、繼電器（家電及控制設(shè)備）與家庭網(wǎng)關(guān)。在ZigBee無線家庭網(wǎng)絡(luò)中，傳感器、繼電器擔(dān)任終端的角色，家庭網(wǎng)關(guān)中的ZigBee主控模塊擔(dān)任協(xié)調(diào)器的角色。家庭網(wǎng)關(guān)上集成了ZigBee協(xié)調(diào)器與SIPServer的功能，能同時實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器功能、SIP與ZigBee協(xié)議數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換功能以及經(jīng)SIP協(xié)議到Internet的訪問權(quán)。SIP/Zi

6、gBee網(wǎng)關(guān)按SIP協(xié)議規(guī)范，代理ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種傳感節(jié)點及繼電器節(jié)點設(shè)備；家庭成員可通過SIP協(xié)議由SIPUA經(jīng)Internet訪問家庭網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)對家庭內(nèi)傳感器信息的獲取，以及對家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問和控制。圖1物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)家庭網(wǎng)關(guān)的一個重要作用就是實現(xiàn)公網(wǎng)中SIP協(xié)議與家庭網(wǎng)絡(luò)中ZigBee協(xié)議與數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。本文采用如圖2所示的協(xié)議模型，圖2中，左側(cè)為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型，右側(cè)為SIP協(xié)議模型，中部為物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)協(xié)議模型。10圖2家庭網(wǎng)關(guān)協(xié)議模型4家庭網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計硬件上采用DMATEK的DMA210XP整合平臺

7、，整合了ZigBee協(xié)調(diào)器ZB2530-03模塊，兩者間采用串口交換數(shù)據(jù)。圖3所示是本系統(tǒng)家庭網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計圖。圖3家庭網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計圖3中的DMA210XP采用具有先進(jìn)ARMCortexA8核心的SamsungS5PV210處理器，該處理器采用先進(jìn)的ARMCortexA8核心，運算速度可達(dá)1GHz，且自帶32/32KB指令一級緩存，512KB二級緩存。具備128M×8片共1GBDDR2SDRAM，512MBSLCNANDFlash外部內(nèi)存；另有SD卡接口、MicroSD（T-Flash）卡接口、USB接口、網(wǎng)口、串口、音頻接口、CMOS

8、Sensor攝像頭接口、CAN總線接口、HDMI接口、GSensor接口等，并有16.7M色800×4807.0inTFT電容式多點觸摸液晶屏，達(dá)到圖形監(jiān)控與收集資料的應(yīng)用。ZigBee協(xié)調(diào)器ZB2530-