基于sip与zigbee物联网家庭网关设计

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1、基于SIP与ZigBee物联网家庭网关设计　　摘要：给出了一种融合下一代网络核心控制协议SIP和短距离无线通信协议ZigBee的物联网家庭网关的设计方法。该方法通过对家庭网关的硬件设计、SIP方法及其XML消息体扩展应用设计以及ZigBee无线通信数据格式的设计，实现了家庭网关中的SIP与ZigBee协议的融合，最终通过Internet远程访问和控制基于ZigBee协议构建来实现物联网家庭网络。关键词：家庭网关；SIP方法；XML消息体；ZigBee中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：2095-1302（2013）09-002

2、5-040引言物联网带动了继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，智能家居及家庭网络无疑是物联网的热点应用领域。家庭网关是连接公网和家庭内网的喉舌，负责家庭内部设备对公网的访问、交互，用户从公网上对家庭网络访问、控制，以及家庭内部设备的互联等操作。物联网家庭网关需要具备宽带接入、业务识别和控制信息转发等功能。1SIP的概念会话起始协议（SessionInitiationProtocol，SIP）是由互联网工程任务组（InternetEngineeringTask10Force，IETF）于1999年提出的一个基于IP网络实现复杂

3、通信应用的应用层信令协议。SIP是一个C/S协议，包含用户代理（UserAgent，UA）和网络服务器（Server）两类组件。SIP终端系统上运行的与用户交互的软件称为用户代理，网络服务器为用户代理提供注册、认证、鉴权、路由等服务。SIP呼叫建立和SIP会话功能依靠SIPUA及SIPServer实体完成。SIP协议定义了两种类型的消息：请求和响应。SIP请求包含INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS、REGISTER等六种基本方法[1]，以及SUBSCRIBE、NOTIFY、PUBLISH等扩展方法[2]。SIP响

4、应包含1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx等六类消息。SIP消息的3个基本部分消息类型、消息头和消息体均可扩充，并且SIP采用基于UTF-8字符集的文本编码形式实现，可十分简便地对消息进行扩展，使之适应各种具体的应用场景。2ZigBee技术ZigBee基于IEEE802.15.4[3]标准，在众多短距离无线通信协议中，ZigBee技术有以下优势：（1）成本低，开发相对容易，芯片CC2530的售价不到2美元，且免费提供ZigBee通信协议和开发工具；（2）能耗低，CC2530正常使用时功率不到1W；10（3）可靠；（4）组网方式

5、灵活。ZigBee技术的唯一缺点是传输速率不高，但也完全能满足物联网家庭网络中的无线感知与监控需要。3系统总体架构图1所示是物联网家庭网络架构。采用ZigBee协议构建家庭网络时，可连接各种传感器、继电器（家电及控制设备）与家庭网关。在ZigBee无线家庭网络中，传感器、继电器担任终端的角色，家庭网关中的ZigBee主控模块担任协调器的角色。家庭网关上集成了ZigBee协调器与SIPServer的功能，能同时实现ZigBee网络协调器功能、SIP与ZigBee协议数据格式的转换功能以及经SIP协议到Internet的访问权。SIP/Zi

6、gBee网关按SIP协议规范，代理ZigBee网络内的各种传感节点及继电器节点设备；家庭成员可通过SIP协议由SIPUA经Internet访问家庭网关，实现对家庭内传感器信息的获取，以及对家庭设备的远程访问和控制。图1物联网家庭网络架构家庭网关的一个重要作用就是实现公网中SIP协议与家庭网络中ZigBee协议与数据格式的转换。本文采用如图2所示的协议模型，图2中，左侧为ZigBee网络协议模型，右侧为SIP协议模型，中部为物联网家庭网关协议模型。10图2家庭网关协议模型4家庭网关的硬件设计硬件上采用DMATEK的DMA210XP整合平台

7、，整合了ZigBee协调器ZB2530-03模块，两者间采用串口交换数据。图3所示是本系统家庭网关的硬件设计图。图3家庭网关硬件设计图3中的DMA210XP采用具有先进ARMCortexA8核心的SamsungS5PV210处理器，该处理器采用先进的ARMCortexA8核心，运算速度可达1GHz，且自带32/32KB指令一级缓存，512KB二级缓存。具备128M×8片共1GBDDR2SDRAM，512MBSLCNANDFlash外部内存；另有SD卡接口、MicroSD（T-Flash）卡接口、USB接口、网口、串口、音频接口、CMOS

8、Sensor摄像头接口、CAN总线接口、HDMI接口、GSensor接口等，并有16.7M色800×4807.0inTFT电容式多点触摸液晶屏，达到图形监控与收集资料的应用。ZigBee协调器ZB2530-