基于ZigBee技术的智能家居系统设计研究.pdf

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1、2013年5月建村目爱崔规划与设计【文章编号】1673-0038(2013J14—0019-02基于ZigBee技术的智能家居系统设计研究项健(重庆市江北区400020)摘要：近年来，人们的生活水平随着科技发展而不断提高，进而对生活环境的舒适性和安全性提出了更高的要求，与此同时，计算机控制技术不断发展，智能家居系统应运而生。在本文中分析了智能家居系统的特点，并对基于ZigBee技术的智能家居系统的设计进行了相关研究。关键词：智能家居系统；zigBee协议；BoA服务器；无线网状组网l刖罱近些年来，随着电子信息技术和计算机网络技术的发展，人们对生活环境的舒适性和安全性也提出

2、了愈来愈高的要求。家居系统的信息化、网络化、智能化是当前家居系统的发展趋势。其中基于ZigBee技术的智能家居系统为人类的生活环境带来了一场新的革命。2智能家居智能家居是以住宅为平台，利用综合布线、网络通信、自动控制术、音频视频等技术将与家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，对人们居住环境的舒适性、便利性、安全性以及艺术性等进行了有效的提升⋯。实现家居智能的工具包括先进的计算机技术、网络通信技术以及电力自动化技术等，这些先进的技术将与家居生活相关的各个子系统进行网络化的综合管理。当前短距离无线通信技术发展迅速，有效解决了有线网络布线困难以及扩

3、展性差等的不足，应用无线组网技术的智能家居系统成为必然的发展趋势。3ZigBee技术3．1ZigBee协议ZigBee技术是一种重要的短距离无线通信技术，具有可靠性高、功耗低的优势，我们可以采用“层”来量化ZigBee技术体系结构的各个简化标准。一个完整的ZigBee协议应包括：物理层；应用层；安全服务层；网络层：介质接入控制子层；高级应用层等。zigBee协议框架如表1所示。表1ZigBee协议框架物理层介质接入控制r层IEEE802．15．4定义网络层安全服务层ZigBee联盟提供应用层3．2ZigBee技术的优势与蓝牙技术、Wi—Fi、UWB、红外技术等其他短距离无

4、线通信技术相比，ZigBee技术具有如卜．几个方面的特点是：①制造低成本，大约为2美元即可买到一块ZigBee芯片；(至)ZigBee协议的功耗很低，2节5号干电池即可使其在待机模式下的一个节点连续工作6个月到一年左右：③工作具有高可靠性，ZigBee协议采取的碰撞避免机制可以有效降低发送数据时竞争和冲突的频率；④传输距离比较近，每个设备的有效覆盖范围大约在10～70m之间，具体的有效距离和实际发射功率以及应用模式有关；⑤短时延，ZigBee协议具有很短的从休眠状态激活的时延以及通信时延；⑥网络容量大且组网形式灵活多样，ZigBee协议对大量的网络节点以及多种组网方式都能

5、有效支持等。由于ZigBee协议的这些优势，使其能够充分实现家居的智能化。4基于Zi邸ee协议的组网技术4．1ZigBee设备在基于ZigBee协议的组网设备中，通常可以将设备划分为全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)两种类型，其中的全功能器件不但可以与网络中的任何设备实现通信，还可以作为网络协调者对其他网络设备进行协调；简化功能器件只能与全功能器件进行通信，而两个简化功能器件之间是不能直接通信的，并且这种器件也不具备网络协调者的功能121。ZigBee网络主要定义了网络协调器、网络路由器以及网络终端设备三种功能设备，其中的网络协调器、网络路由器为全功能器件，而网

6、络终端设备则为简化功能器件。4．2ZigBee网络拓扑结构ZigBee网络支持的拓扑结构主要有星型网、树型网和网状网三种。在基于ZigBee协议的组网设备中，每个ZigBee网络只有在拥有至少一个全功能器件作为网络协调器才能建立网络并对网络施行协调功能。由于在实际的家庭网络中，各种ZigBee设备可能被布置在不同的房间，家具、墙壁等障碍因素不仅ZigBee设备产生干扰，还会缩小每个设备的有效覆盖范围，所以选取的ZigBee网络拓扑结构应具有较强的可扩展性，能够以增加路由节点的方式扩大设备的有效覆盖范围，此外，网络拓扑结构还应具有较强的可靠性，以确保每次通信能够成功进行，而

7、不会因为个别设备的崩溃导致整个系统不能进行工作。基于以上因素的全面考虑，可以选择ZigBee网络的网型拓扑结构应用于智能家居系统。4．3ZigBee网络的路由ZigBee执行用于AODV专用网络的路由协议，简化后用于传感器网络，任何路由功能都不能由ZigBee终端节点执行[31。ZigBee终端节点只需将数据简单地向上传送发给它的父设备即可向其中的任何一个设备进行数据包传送过程，但是需要由它·19·规划与设计I霸嗣麓裔2013年5月的父设备以自己的名义执行路由。同样地原理，网络结构中的任何一个设备如果要对ZigBee终端节点进