基于Zigbee技术的智能家居蜂窝中继自适应组网研究

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1、基于ZigBee技术的智能家居蜂窝中继自适应组网研究陈宗元刘天泽（江苏省广电有线信息网络股份有限公司南京分公司，江苏南京210001）摘要：基于ZigBee技术提出的智能家居蜂窝中继自适应组网方式，能够有效克服智能家居布网环境中存在的多径衰落及阴影衰落问题，扩大中控网络覆盖范围，增加系统容量以及吞吐量，中继节点部署灵活便捷，在有限的资源以及时变的移动环境下，能够为用户提供稳定可靠的智能家居网络，实现对智能家居终端的稳定控制。关键词：智能家居ZigBee蜂窝中继自适应1•引言随着经济和社会信息化水平的发展，推动了信息产业向泛在网的方向发展，泛在网络社会以实现在任何时间、任何地点、任何人、任

2、何物都能顺畅地通信。而物联网作为泛在网的发展基础和条件，成为当下经济发展的热点，物联网具有巨大的经济和社会价值，已经成为一些发达国家和城市追求的目标。智能家居作为人们日常起居牛活的主要场所，家电设备成为人们日益依赖的服务功能载体，进而使得智能家居成为物联网发展的重要战场。通过利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术等，将与家居生活有关的各个子系统如信息家电、安防、场景联动、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、地板采暖、健康保健等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为木”的全新家居牛活体验。实现智能家居的基础是无线通信技术及信息交互技术，由于智能家居的长时间在线，

3、要求必须采用具备低功耗、低成本、网络容量大、高稳定性、高安全性等特点的无线通信技术。目前的短距离无线通信有多个标准，如ZigBee、蓝牙技术、wifi、以及移动通信釆用的蜂窝移动通信技术GSM/CDMA/LTE等，ZigBee无线通讯技术以其拥有低功耗、低成本、网络容量大、高安全性、自组建、自修复等技术优点，成为智能家居、乃至物联网首选的低速、短距无线网络协议标准。由于家居智能控制的网络及现场环境多样，目前基于ZigBee家庭网络智能家居控制存在几个问题：由于室内环境或生产环境多变复杂，存在无线信号无法稳定覆盖的衰落阴影区域；对于树形、或者单网络中继节点布网的网络环境，由于网络节点设备的

4、故障，导致分支网络中断，进而无法保证智能家居网络及信息采集的稳定性。2.智能家居常见组网方式基于物联网技术的智能家居系统是利用通信网络连接关键电器和服务，并允许远程控制、监控或访问的系统。具有三层构架：第一层为负责采集信息和控制设备的感知延伸系统；第二层为负责异构网络互联互通以及存储处理的异构融合泛在通信网络；第三层为负责数据监控、数据分析等的应用和服务层。智能家居系统网络分为外部网、内部网和家庭网关。其中，家庭网关是负责家庭内部网络和外部网络的连接和协议转换，也即中控系统；内部网既ZigBee自组网，根据家庭布局采用树状、星形、网状等网络拓扑。ZigBee技术具有自组织网能力，对于多个

5、ZigBee网络模块终端，只要他们彼此间在通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可形成一个互联互通的ZigBee网络。ZigBee自组网每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee协议进行无线通信，配合控制家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能oZigBee网络节点不仅对其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，本身也可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料；除此之外，每个ZigBee网络节点(FFD,FullFunctionDevice)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的子节点(RFD,ReducedFunctionDevice)无

6、线连接。由于家居环境和生产环境情况各异，现实环境复杂，存在多径衰落和衰落阴影，再加上情况各异的空间干扰，由此导致信号常出现不稳定的情况，无法保证智能家居物联节点、通信节点联通的稳定性。2.智能家居蜂窝中继自适应网络系统通过中继节点的布放和组网，在中控系统和物联设备之间链路中加入若干中继节点：一方面，可缩短发送节点和接收节点之间的通信距离，有效降低无线信号的传输衰落，提高了链路的通信质量；另一方而，通过节点间的蜂窝自适应组网方式，可以白由调整屮继主次节点和跳转节点，进而当屮间节点终端或故障时,上层节点与下层节点间可以通过另一中间节点保持通信，增强系统通信的稳定性，同时可利用相关节点返回信息

7、判断故障节点及设备位置。结合区域化的组网环境和ZigBee自组网的能力特点，ZigBee数传模块类似于移动网络基站，我们引入蜂窝式自适应组网方式的概念，形成室内智能家居的蜂窝屮继网络系统。蜂窝中继自适应组网方式：对不同区域的网络进行分区域组网，类似蜂窝组网，可对单个区域中的网络节点进行优先级设定，即通过中间节点的优先级确定蜂窝中的中继主次节点。蜂窝中继自适应组网网络架构图（如图1）,区域1即为组网中的一个蜂窝区域，A、B、C、D为中