基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：導(dǎo)師簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)I、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)II畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計(jì)技術(shù)要求:1摘要扼要敘述本論文的主要內(nèi)容、特點(diǎn)，文字精煉，摘要500字左右。2、正文：一般包括引言、本、結(jié)論三個(gè)部分。字?jǐn)?shù)不少于13000字。3、收集資料：a歷史資料；b理論資料；c實(shí)踐資料4技術(shù)要求：在論文寫(xiě)作中進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新性活動(dòng)，如提出一個(gè)新問(wèn)題、對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行新的解釋等。H畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容及完成時(shí)間：1、查閱并收集與論文相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，完成開(kāi)題報(bào)告。（第1-2周）2、畢業(yè)論文資料調(diào)研，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究，掌握第一手資料。（第3周）3、撰寫(xiě)畢業(yè)論文詳細(xì)提綱。論文提綱應(yīng)分為幾個(gè)部分或幾個(gè)層次。寫(xiě)明論文的中心、重點(diǎn)、主要觀點(diǎn)、結(jié)論等。（第4周）4完成論文緒論部分，說(shuō)明本課題的意義、目的、研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)要求;簡(jiǎn)述本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題。（第5周）5、完成畢業(yè)論文正文部分，包括問(wèn)題的提出，研究工作的基本前提、假設(shè)和條件，理論論證，理論在課題中的應(yīng)用，課題得出的結(jié)果等。（第6-7周）6、完成結(jié)論部分。即對(duì)整個(gè)研究工作進(jìn)行歸納和綜合得出的總結(jié)，對(duì)所得結(jié)果比較和課題尚存在的問(wèn)題，以及進(jìn)一步開(kāi)展研究的見(jiàn)解與建議。結(jié)論應(yīng)該明確、精煉、完整、準(zhǔn)確。（第8周）7、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）初稿。（第9周）&完成畢業(yè)論文二稿。（第10周）9、畢業(yè)論文定稿；畢業(yè)論文打??；畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。（第11周）10、畢業(yè)答辯。（第12周）M主要參考資料：

ShahinFarahani．ZigBeeWirelessNetworksandTransceivers.USA：Elsevier，2008［2］閆玉德，俞虹.MCS-51單片機(jī)原理與運(yùn)用?機(jī)械工業(yè)出版社.2010.［3］沈星星，叢露微?基于ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)?論文選粹,2011第3期［4］敖志剛?智能家庭網(wǎng)絡(luò)及其控制技術(shù)?北京：人民郵電出版社2011［6］張迎新?單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)北京：國(guó)防工業(yè)出版社2004［7］林旭東?智能家居系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)［幾科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).200865-6⑻馮培昌，周曉云，陳孝偉?無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)探討［幾電氣自動(dòng)化.2005年.27(5).73-75［9］崔莉，鞠海玲，苗勇等?無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展［幾計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展.2005.42(1).163-174［10］李方?淺談幾種智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［幾計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò).2006年.5(2).98-101［11］張華中.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)展望.國(guó)際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài).2005年.26(4).22-23學(xué)院專業(yè)類班學(xué)生(簽名)：日期：自日期：自年月日至年月日指導(dǎo)教師(簽名)：助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：系（室）主任（簽名）：導(dǎo)師簽名:導(dǎo)師簽名:日期:右gn空文摩南昌航空大學(xué)學(xué)士論文原創(chuàng)性申明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名:日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名：日期：南昌航空大學(xué)軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文Abstract南昌航空大學(xué)軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文Abstract南昌航空大學(xué)軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文南昌航空大學(xué)軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文摘要#第一章緒論研究背景及意義隨著人們生活水平的提高及生活節(jié)奏的加快，人們的住宅也開(kāi)始電子信息化。家用電器、通信設(shè)備與安防設(shè)備逐漸的進(jìn)入家庭，加之通信與信息技術(shù)的發(fā)展，家居越來(lái)越智能化。人們也希望能更加方便的對(duì)家用電器進(jìn)行操作同時(shí)對(duì)家中的居住環(huán)境和安防狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，享有一個(gè)高效，安全，便捷，環(huán)保的家居環(huán)境，于是智能家居的概念被越來(lái)越多的人們提出。智能家居是一個(gè)多功能的綜合技術(shù)系統(tǒng),它以家庭住宅為平臺(tái),利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳感、自動(dòng)化與嵌入式技術(shù),將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)如燈光控制、安防預(yù)警、家電操作等整合在一起，并通過(guò)家居信息管理平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行綜合管理，使人們能夠方便獲取一體化，全方位的家居資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展和成熟，“物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代”到來(lái)的呼聲日益高漲，國(guó)家“十二五”規(guī)劃中也明確將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)來(lái)培育發(fā)展。而國(guó)內(nèi)外各大家電生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的各種高端家電也開(kāi)始預(yù)留信息控制接口，準(zhǔn)備著迎接物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)。智能家居也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的一部分，也是物聯(lián)網(wǎng)在明生應(yīng)用領(lǐng)域的重點(diǎn)部分，加之近年來(lái)房地產(chǎn)的迅猛發(fā)展和媒體宣傳造勢(shì)，智能家居呈現(xiàn)耳熟能詳化，為此智能家居必將得到高速發(fā)展。國(guó)內(nèi)外的一些技術(shù)廠商都在進(jìn)行市場(chǎng)推廣和技術(shù)儲(chǔ)備，以便在合適的時(shí)機(jī)退出自己的智能家居產(chǎn)品。雖然各種產(chǎn)品的功能標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用接口不太一樣，但是不難想象，智能家居的功能都會(huì)基本涵蓋一下幾個(gè)方面：燈光控制：不管哪個(gè)家庭都會(huì)有需要更加方便的對(duì)家中燈光進(jìn)行控制。家電控制：為了更加便捷的生活，人們可以在家中方便的對(duì)熱水器，空調(diào)等進(jìn)行控制，也希望需要時(shí)能通過(guò)有網(wǎng)路接入的設(shè)備對(duì)電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如出差回來(lái)的路上打開(kāi)熱水器，回到家可以舒服的洗個(gè)熱水澡。安防預(yù)警：居家生活，平安是最大的愿望，通過(guò)對(duì)家中煙感，入侵等安防信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，免去后顧之憂。為此設(shè)計(jì)出一套既有通用性，又可以方便的進(jìn)行擴(kuò)展的智能家居系統(tǒng)是前提，我們希望能簡(jiǎn)化家中控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低安裝成本和提高信息傳送的安全性，解決實(shí)際推廣中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，為智能家居的大規(guī)模應(yīng)用提供一定的借鑒和助推作用，真正的使高效便利的生活觸手可及。國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外研究發(fā)展概況自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了不同的智能家居的方案。智能家居在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等國(guó)都有廣泛應(yīng)用。[1]1998年新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)”上，通過(guò)在場(chǎng)內(nèi)模擬“未來(lái)之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報(bào)警功能、可視對(duì)講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和統(tǒng)軟件配置等。這種“未來(lái)之家”家庭智能化系統(tǒng)，市場(chǎng)真正啟動(dòng)尚需時(shí)日。目前在新加坡也有近30個(gè)社區(qū)（住宅小區(qū)）近5000戶的家庭采用了“家庭智能化系統(tǒng)”，美國(guó)已有近四萬(wàn)戶家庭安裝了這一類的“家庭智能化系統(tǒng)”，相信到了21世紀(jì)將會(huì)有更多的住宅安裝上這一類高科技智能化系統(tǒng)產(chǎn)品。目前美國(guó)有一種占據(jù)市場(chǎng)主流的產(chǎn)品X-10，銷售已超過(guò)1億個(gè)，設(shè)計(jì)戶型為單體別墅，應(yīng)用多為舊房改造，僅在美國(guó)便有超過(guò)400萬(wàn)個(gè)家庭在使用。韓國(guó)三星從今年春節(jié)后，開(kāi)始在中、韓兩國(guó)同時(shí)推出其智能家居系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)頂盒和網(wǎng)絡(luò)，將家居自動(dòng)化控制、信息家電、安防設(shè)備以及娛樂(lè)和信息中心這四部分集成一個(gè)全面的，面向?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)的家居控制網(wǎng)絡(luò)。在日本智能家居也很發(fā)達(dá)，日本Secom（西科姆）安全公司是舉世聞名的智能家居公司，他的產(chǎn)品能使家中的電器自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，甚至有了生物識(shí)別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門禁功能，人只要站在門口幾秒鐘，就可以自動(dòng)解除門禁。由于智能家居的誘人前景和巨大市場(chǎng)，盡管國(guó)外市場(chǎng)真正啟動(dòng)也尚需時(shí)日，但并未能阻止企業(yè)去爭(zhēng)食智能家居市場(chǎng)。雖然每家公司的策略各不相同，但它們都堅(jiān)持同樣的信念：山那邊遍地是金。國(guó)內(nèi)研究發(fā)展概況智能家居在我國(guó)起步比較晚，最早從事智能家居的企業(yè)是天津瑞朗智能家居電子科技有限公司，這幾年來(lái)，智能家居作為一個(gè)方興未艾的產(chǎn)業(yè)，受到越來(lái)越多行業(yè)者的追捧，發(fā)展非常快，生產(chǎn)廠家非常多，產(chǎn)品也是各種各樣，遍布智能家居生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。比如海爾的U-Home智能家居系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟了，他構(gòu)建室內(nèi)家電、多媒體、環(huán)境檢測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等全方位數(shù)字生活,利用“智能物聯(lián)網(wǎng)”作為住區(qū)服務(wù)和管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)綠色低碳住宅產(chǎn)業(yè)，但是像這樣的龍頭企業(yè)卻比較少。在外觀和產(chǎn)品質(zhì)量上，總體與國(guó)外還有較大的差距，但有些產(chǎn)品，比如家庭智能終端，中國(guó)的幾個(gè)廠家的產(chǎn)品已經(jīng)做得很好了，不但美觀漂亮，而且功能很多，與國(guó)外的品牌比非常有競(jìng)爭(zhēng)力。智能家居是未來(lái)居家生活的前進(jìn)方向，受我國(guó)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的限制，智能家居現(xiàn)在普及比較少，多是有一定經(jīng)濟(jì)能力的專屬，不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)慢慢有廉價(jià)的產(chǎn)品出現(xiàn)，進(jìn)入普通百姓家，比如家庭的情景燈光系統(tǒng)，這個(gè)比較實(shí)用，價(jià)格也不是太高，目前也比較容易讓老百姓接受。特別是近幾年以來(lái)，伴隨著房地產(chǎn)業(yè)的火爆，給國(guó)內(nèi)智能領(lǐng)域帶來(lái)了發(fā)展的機(jī)遇。眾所周知，中國(guó)人口眾多，城市住宅建設(shè)也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產(chǎn)商會(huì)站在整個(gè)小區(qū)的角度來(lái)看智能化，也就出現(xiàn)了目前一統(tǒng)天下、無(wú)所不包的“智能小區(qū)”的模式?！爸悄苄^(qū)”是一個(gè)多功能的系統(tǒng)，每個(gè)功能子系統(tǒng)都可以單獨(dú)使用。諸多功能子系統(tǒng)還要具有協(xié)同配合的能力。這些系統(tǒng)包括：小區(qū)對(duì)講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、小區(qū)周界防范系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂(lè)系統(tǒng)、停車場(chǎng)系統(tǒng)、自動(dòng)抄表系統(tǒng)等等。在房地產(chǎn)和媒體的助推下，與智能小區(qū)緊密相連的智能家居也會(huì)逐漸的進(jìn)入千家萬(wàn)戶，但是在發(fā)展的同時(shí)，也遇到了很多不容忽視的問(wèn)題：沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)就造成了百花齊放的局面，不同廠家的產(chǎn)品之間相互之間彼此不兼容，用戶很難有選擇性，換代或者升級(jí)很麻煩，成本也很高，用戶在實(shí)際使用時(shí)存在很大的困惑。市場(chǎng)定位太高。大部分的智能家居品牌都是定位在高端客戶，目標(biāo)就是高檔住宅和別墅，這就造成了市場(chǎng)非常的狹窄，初期投入非常的大，就是大客戶也不會(huì)冒然的投資，市場(chǎng)局面無(wú)法打開(kāi)。智能家居發(fā)展趨勢(shì)智能家居的提出到現(xiàn)在已經(jīng)有很多年了。從第一代單一智能家居產(chǎn)品到現(xiàn)在的百花齊放，智能家居發(fā)展已經(jīng)非常的迅速，特別是距互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的又一革命性的技術(shù)—物聯(lián)網(wǎng)的提出和全世界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的熱情投入，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也必將推動(dòng)智能家居的發(fā)展，智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣泛的一環(huán)也必將得到迅猛發(fā)展。當(dāng)今的智能家居產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊，相互之間兼容性也很差，規(guī)范不統(tǒng)一。未來(lái)的智能家居將依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、淋浴器等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗(yàn)并更加的人性化、實(shí)用、易用，真正的提高人們的生活品質(zhì)，智能家居的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展:家居內(nèi)網(wǎng)無(wú)線化。以往的智能家居產(chǎn)品之間的信息交換大都是靠有線傳輸，有線傳輸帶來(lái)的問(wèn)題很明顯，布線麻煩，系統(tǒng)升級(jí)困難，更重要的是有線控制限制了產(chǎn)品的智能化，除干線區(qū)域采用布線控制外，家居內(nèi)網(wǎng)的無(wú)線化使得控制更加的方便，安裝和維護(hù)也會(huì)更加的方便?？刂葡到y(tǒng)的高度集成化。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活水平也相應(yīng)的得到提高，電子產(chǎn)品越來(lái)越多，但是各個(gè)產(chǎn)品之間沒(méi)有任何的聯(lián)系，幾乎每個(gè)產(chǎn)品都有單獨(dú)的遙控器，如果能用一個(gè)終端控制、監(jiān)控所有的家電，給生活帶來(lái)的便利不言而喻?？刂品绞蕉鄻踊鹘y(tǒng)的智能家居控制方式單一，隨著網(wǎng)絡(luò)和電子終端產(chǎn)品的發(fā)展，控制軟件可以運(yùn)行在各種智能手機(jī)和有網(wǎng)絡(luò)接入功能的其他電子產(chǎn)品中。特別是智能手機(jī)，將成為未來(lái)智能家居最重要的移動(dòng)式智能控制終端，通過(guò)手機(jī)的智能家居客戶端軟件或WEB方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，對(duì)家里遠(yuǎn)程開(kāi)鎖，客人圖像確認(rèn)，遠(yuǎn)程開(kāi)啟空調(diào)以及暖器設(shè)備。功能更加智能化。隨著生活節(jié)奏的加快和生活壓力的增大，人們都希望能有一個(gè)溫馨的港灣能夠放松疲憊的身心.回到家后人們希望能根據(jù)外部環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度等，同時(shí)也希望能夠在開(kāi)電視的時(shí)候自動(dòng)調(diào)暗燈光等。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，甚至家中的每一件物品的狀態(tài)都能查詢到，比如冰箱的存儲(chǔ)狀態(tài)，熱水器的水溫。而一旦家中有安全威脅或者家中老人的有突發(fā)情況，系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)的進(jìn)行報(bào)警。研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外智能家居的歷程，結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀的不足之處，選擇ZigBee無(wú)線網(wǎng)作為家庭內(nèi)網(wǎng)。并以嵌入式為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，傳感器等技術(shù)設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)單，易操作，低成本和多方式控制的基于ZigBee的智能家居智能控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線遙控操作和安防信息的監(jiān)控與預(yù)警，同時(shí)使得有網(wǎng)絡(luò)接入功能的特定設(shè)備可以遠(yuǎn)程使用本智能控制系統(tǒng)。本論文的研究?jī)?nèi)容如下：開(kāi)發(fā)不同環(huán)境的遠(yuǎn)程控制端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以方便用戶多途徑方便的控制家中電器設(shè)備和對(duì)家中安防信息進(jìn)行監(jiān)控。開(kāi)發(fā)集中控制端，驗(yàn)證遠(yuǎn)程控制端用戶的控制權(quán)限，在權(quán)限合法后對(duì)遠(yuǎn)程指令進(jìn)行解析后通過(guò)串口轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備。遠(yuǎn)程控制信息的加密處理，防止控制信息被截取后帶來(lái)的安全隱患。利用ZigBee技術(shù)來(lái)進(jìn)行家居內(nèi)部組網(wǎng)，以方便節(jié)點(diǎn)的靈活加入和離開(kāi)，省去布線的麻煩。開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)潔，美觀，易操作的用戶界面，方便用戶使用。本論文的組織結(jié)構(gòu)安排如下：第一章：介紹智能家居的研究背景和意義，以及智能家居在國(guó)內(nèi)外的研究概況、展望智能家居在未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)本文研究?jī)?nèi)容、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和文章組織結(jié)構(gòu)作安排。第二章：介紹了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，并對(duì)ZigBee和其他幾種無(wú)線技術(shù)進(jìn)行對(duì)比介紹后，分析ZigBee在智能家居內(nèi)部組網(wǎng)的適用性，然后對(duì)ZigBee協(xié)議的各層次進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹。第三章：根據(jù)對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行的需求分析，設(shè)計(jì)出智能家居系統(tǒng)的方案后，定位系統(tǒng)方案要能達(dá)到的目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的具體功能作詳細(xì)介紹。第四章：詳細(xì)介紹基于ZigBee的無(wú)線信息采集與傳輸和Linux下的遠(yuǎn)程控制端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)簡(jiǎn)單介紹集中控制端。第五章：介紹智能家居系統(tǒng)開(kāi)發(fā)用到的硬件和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。第六章：對(duì)工作進(jìn)行總結(jié)，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還需要完善和改進(jìn)的地方，并對(duì)本文的意義和價(jià)值作介紹。本章小結(jié)本章首先介紹了智能家居的研究背景和意義，隨著人們生活節(jié)奏的加快，智能家居會(huì)扮演越來(lái)重要的角色。隨后介紹了智能家居在國(guó)內(nèi)外的研究概況和發(fā)展現(xiàn)狀，智能家居在歐美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家起步早，現(xiàn)在也走在技術(shù)的前端，國(guó)內(nèi)雖起步晚，但發(fā)展迅猛。最后綜合現(xiàn)狀和環(huán)境，展望了智能家居在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。第二章無(wú)線通信與ZigBee技術(shù)無(wú)線通信概述隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通信技術(shù)已深入到人類的各個(gè)方面,為了擺脫各種線纜對(duì)個(gè)人終端的束縛，人們對(duì)能夠隨時(shí)隨地提供信息服務(wù)的移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線通信的需求越來(lái)越迫切。無(wú)線通信是指利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。近些年在通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的就是無(wú)線通信技術(shù)。自從馬可尼發(fā)明無(wú)線電以來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)一直向著不斷提高數(shù)據(jù)速率、傳輸距離、安全和穩(wěn)定的方向發(fā)展。從七十年代開(kāi)始，人們就開(kāi)始了無(wú)線網(wǎng)的研究，而伴隨著以太局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以具有不用架線、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)以己之長(zhǎng)補(bǔ)有線之短，也贏得了特定的市場(chǎng)認(rèn)可，為了規(guī)范和更好的發(fā)展，IEEE制訂了802.11無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層和媒質(zhì)訪問(wèn)控制層進(jìn)行規(guī)定，這樣就使得無(wú)線網(wǎng)的多點(diǎn)接入和多網(wǎng)段互聯(lián)能更加方便、廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)。無(wú)線通信已深入到人們生活和工作的各個(gè)方面，包括日常使用的手機(jī)、無(wú)線電話等，當(dāng)然也有當(dāng)今很熱門的3G、WLAN、寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)等應(yīng)用。2000年成立的IEEE802.15.4工作組將致力于提供一種廉價(jià)的固定、便攜或移動(dòng)設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率的無(wú)線連接技術(shù)，而ZigBee正是這種無(wú)線技術(shù)的商業(yè)命名。ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介ZigBee技術(shù)概述及特點(diǎn)ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)人區(qū)域網(wǎng)協(xié)議，是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設(shè)備之間的無(wú)線通信技術(shù)。ZigBee名字來(lái)源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過(guò)跳ZigZag形狀的舞蹈來(lái)通知發(fā)現(xiàn)的新食物源的位置、距離和方向等信息，以此作為新一代無(wú)線通訊技術(shù)的名稱。在標(biāo)準(zhǔn)化方面，IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC層，高層應(yīng)用和市場(chǎng)推廣等工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。ZigBee技術(shù)具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性好、安全性高、實(shí)現(xiàn)成本低等特點(diǎn)，可以工作在2.4GHz、868MHz和915MHz這3個(gè)頻段上，分別具有250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，他的技術(shù)特點(diǎn)具體如下：(1)低功耗：由于ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為lmW,而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。成本低：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。可靠：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突°MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。安全：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。在ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中定義了兩種功能設(shè)備：全功能設(shè)備和精簡(jiǎn)功能設(shè)備。全功能設(shè)備FFD(Full-FunctionDevice)可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器，能夠和任何一種設(shè)備通信。精簡(jiǎn)功能設(shè)備RFD(Reduced-FunctionDevice)只支持星型結(jié)構(gòu)，不能成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，但可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，精簡(jiǎn)功能設(shè)備通常嵌入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中使用。全功能設(shè)備之間以及全功能設(shè)備與精簡(jiǎn)功能設(shè)備之間都可以通信，但精簡(jiǎn)功能設(shè)備之間不能直接通信，只能與全功能設(shè)備通信。精簡(jiǎn)功能設(shè)備可以通過(guò)一個(gè)全功能設(shè)備向外轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這個(gè)與精簡(jiǎn)功能設(shè)備相關(guān)聯(lián)的全功能設(shè)備稱為該精簡(jiǎn)功能設(shè)備的協(xié)調(diào)器。精簡(jiǎn)功能設(shè)備主要用于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用，如燈的開(kāi)關(guān)、被動(dòng)式紅外線傳感器等，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，對(duì)傳輸資源和通信資源占用不多，這樣精簡(jiǎn)功能設(shè)備可以采用非常廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)方案。由此可知ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向

無(wú)線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee技術(shù)可以組合出適合不同需求的網(wǎng)絡(luò)，它有兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和對(duì)等的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2.1所示：⑵FFDorRFDPANCDordiootor(FFD)AStarNetworkFFDorRFDPANCDordiootor(FFD)AStarNetworkRRFOAMeshNetworkRRFOAMeshNetworkFFDPANCoordinator(FFD)圖2.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一個(gè)叫做PAN主協(xié)調(diào)器的中央控制器和多個(gè)從設(shè)備組成，主協(xié)調(diào)器必須為一個(gè)全功能的設(shè)備，從設(shè)備既可為全功能設(shè)備也可為簡(jiǎn)化功能設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況，采用不同功能的設(shè)備，合理的構(gòu)造出需要的通信網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成當(dāng)一個(gè)具有全功能的設(shè)備第一次被激活后，它就會(huì)建立一個(gè)自己的網(wǎng)絡(luò)，將自身成為一個(gè)PAN主協(xié)調(diào)器。所有星型網(wǎng)絡(luò)的操作獨(dú)立于當(dāng)前其它星型網(wǎng)絡(luò)的操作，這就說(shuō)明了在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)唯一的PAN主協(xié)調(diào)器，通過(guò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符確保網(wǎng)絡(luò)的唯一性，目前其它無(wú)線通信技術(shù)的星型網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有用這種方式。因此，一旦選定了一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符，PAN主協(xié)調(diào)器就會(huì)允許其它從設(shè)備加入到它的網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)論是具有完整功能的設(shè)備，還是簡(jiǎn)化功能的設(shè)備都可以加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。對(duì)等拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠構(gòu)成較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀態(tài)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和樹(shù)簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)等拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制、無(wú)線傳感器網(wǎng)路偶、供應(yīng)物資跟蹤、農(nóng)業(yè)智能化，以及安全監(jiān)控等方面都有廣泛的應(yīng)用。對(duì)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是基于Adhoc技術(shù)的，也可以是自組織式的和自恢復(fù)的，并且在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備之間發(fā)送消息時(shí)，可通過(guò)多個(gè)中間設(shè)備中繼的方式進(jìn)行傳輸，即通常稱為多跳的傳輸方式，以增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。其中組網(wǎng)的路由協(xié)議，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)層中沒(méi)有給出，這樣為用戶的使用提供了更為靈活的組一個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議網(wǎng)方式。在對(duì)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一個(gè)設(shè)備都可以與在無(wú)線通信范圍內(nèi)的其他任何設(shè)備進(jìn)行通信。任何一個(gè)設(shè)備都可定義為PAN主協(xié)調(diào)器，例如，可將信道中第一個(gè)通信的設(shè)備定義為PAN主協(xié)調(diào)器。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很可能不僅僅局限為對(duì)等的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是在構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行某些限制。例如，樹(shù)簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種應(yīng)用形式，在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以為全功能設(shè)備，也可以為精簡(jiǎn)功能設(shè)備。而在樹(shù)簇中的大部分設(shè)備為全功能設(shè)備，精簡(jiǎn)設(shè)備只能作為樹(shù)枝末尾處的葉節(jié)點(diǎn)上，這主要是由于精簡(jiǎn)設(shè)備一次只能連接一個(gè)全功能設(shè)備。任何一個(gè)全功能設(shè)備都可以作為主協(xié)調(diào)器，為其它從設(shè)備或主設(shè)備提供同步服務(wù)。在整個(gè)PAN中，只要該設(shè)備相對(duì)于PAN中其它設(shè)備具有更多計(jì)算資源，比如具有更快的計(jì)算能力、更大的存儲(chǔ)空間以及更多的宮殿能力等，這樣的設(shè)備都可以成為該P(yáng)AN的主協(xié)調(diào)器，通常稱該設(shè)備為PAN主協(xié)調(diào)器。在建立一個(gè)PAN時(shí)，首先，PAN主協(xié)調(diào)器將其自身設(shè)置成一個(gè)簇標(biāo)識(shí)符（CID）為0的簇頭（CLH）,選擇一個(gè)沒(méi)有使用的PAN標(biāo)識(shí)符，并向臨近的其他設(shè)備以廣播的形式發(fā)送信標(biāo)幀，從而形成第一簇網(wǎng)絡(luò)。接收到信標(biāo)幀的候選設(shè)備可以在簇頭中請(qǐng)求加入該網(wǎng)絡(luò)，如果PAN主協(xié)調(diào)器允許該設(shè)備加入，那么主協(xié)調(diào)器會(huì)將該設(shè)備作為子節(jié)點(diǎn)加到她的臨近表中，同時(shí)，請(qǐng)求加入的設(shè)備將PAN主協(xié)調(diào)器作為它的父節(jié)點(diǎn)加到鄰近列表中，成為從設(shè)備。一個(gè)全功能設(shè)備可以扮演三個(gè)角色：協(xié)調(diào)器（Coordinator）、PAN協(xié)調(diào)器（PersonalAreaNetworkcoordinator）和設(shè)備（device），其中協(xié)調(diào)器是一個(gè)全功能設(shè)備，它可以在網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息，主導(dǎo)信息的流向。如果一個(gè)協(xié)調(diào)器在一個(gè)PAN網(wǎng)絡(luò)中做主控制器，那我們把它叫做PAN協(xié)調(diào)器，除此之外就是設(shè)備了。IEEE802.15.4和ZigBee中定義的以上三中角色大體相同，對(duì)應(yīng)的關(guān)系如表2.1所示：表2.1ZigBee與IEEE802.15.4角色對(duì)應(yīng)ZigBee與IEEE802.15.4中不同角色的對(duì)應(yīng)關(guān)系ZigBeeCoordinatorRouterEnddeviceIEEE802.15.4.PANCoordinatorCoordinatordevice在一個(gè)IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)論是哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)總是由PANCoordinator來(lái)創(chuàng)建，PANcoordinator控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)被注入PANcoordinator程序（軟件）的FFD（硬件）開(kāi)始工作后，開(kāi)始著手構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并至少完成以下任務(wù)：（1）給本網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備指定一個(gè)16位或者64位的地址（2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起、結(jié)束和傳遞信息（3）為本網(wǎng)絡(luò)選定唯一的PAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號(hào)，這個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)允許本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備使用16位的短地址方式，并且可以與其他的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，只有一個(gè)PANcoordinator,所以PANcoordinator往往需要長(zhǎng)時(shí)間在工作狀態(tài)，所以它常需要連接穩(wěn)壓電源，而不是電池。但其他設(shè)備往往都是用電池來(lái)供電的，一個(gè)最小的網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)設(shè)備，一個(gè)PANcoordinator與一個(gè)device。在任何一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上，所有設(shè)備都有唯一的64位長(zhǎng)地址碼，該地址碼可以在PAN中用于直接通信，或者當(dāng)設(shè)備發(fā)起連接時(shí)，可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)?6位的短地址碼分配給PAN設(shè)備，因此，在設(shè)備發(fā)起連接時(shí)，應(yīng)采用64位的長(zhǎng)地址碼，只有在連接成功后，系統(tǒng)分配了PAN的標(biāo)識(shí)符后，才能采用16位的短地址進(jìn)行連接，因此，短地址碼是一個(gè)相對(duì)地址碼，長(zhǎng)地址碼是一個(gè)絕對(duì)地址碼。ZigBee在智能家居中的適用性當(dāng)今我們熟悉的短距離無(wú)線通信技術(shù)有Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、UWB、紅外等。他們?cè)诓煌念I(lǐng)域發(fā)揮著他們的特性，相互之間形成互補(bǔ)的作用。表2.2是幾種無(wú)線通信技術(shù)的對(duì)比：表2.2幾種無(wú)線通信技術(shù)的對(duì)比ZigBee藍(lán)牙802.11列紅外RFIDHomeRF單點(diǎn)覆蓋距離（m）50-3001050(Wi-Fi)51-1050網(wǎng)絡(luò)拓展性自動(dòng)拓展無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)有最大功耗1~3mW1~100mW100mW10mW050mW復(fù)雜度簡(jiǎn)單復(fù)雜很復(fù)雜簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜傳輸速率250Kb/s1Mb/s1?llMb/s1.521416Mb/s0.212Mb/s1.2Mb/s頻段8.68MHz?2.4GHZ2.4GHz2.4GHz820nm5.8GHz2.4GHz網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)65000850無(wú)無(wú)127終端設(shè)備費(fèi)用低低高較低低一般安全性128bitAES64bit,128bitSSID小角度傳輸密鑰50次/秒跳頻集成度可靠性高高一般一般一般一般使用成本低低一般低低一般由上表的數(shù)據(jù)對(duì)照綜合可知，ZigBee的自動(dòng)組網(wǎng)、功耗以及成本等方面都比其他的幾種無(wú)線通信技術(shù)在智能家居中更有優(yōu)勢(shì)，唯一的競(jìng)爭(zhēng)是Bluetooth，但ZigBee更簡(jiǎn)單，速率更慢，功率及費(fèi)用也更低，且大多數(shù)時(shí)間處于睡眠模式，更加適用于不需要實(shí)時(shí)傳輸或連續(xù)更新的場(chǎng)合。而且ZigBee是當(dāng)前唯一面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)能力使其應(yīng)用范圍可伸延至數(shù)百、甚至數(shù)千米的廣泛區(qū)域，而B(niǎo)luetooth則只為10?100m范圍內(nèi)的短程網(wǎng)絡(luò)而設(shè)。就制造成本而言，ZigBee芯片遠(yuǎn)比Bluetooth芯片便宜，智能家居是ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主要應(yīng)用方向，非常適合在組建家庭個(gè)人無(wú)線區(qū)域網(wǎng)。ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)議體系可以大體分為物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，詳細(xì)的體系結(jié)構(gòu)如表2.3所示所示：[3]表2.3ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖用戶應(yīng)用程序咼端應(yīng)用層應(yīng)用設(shè)備配置（ZDO）子層設(shè)備對(duì)象（ZDO）子層層應(yīng)用支持（APS）子層網(wǎng)絡(luò)層（NWK）中間IEEE802.15.4數(shù)據(jù)指定匯集子層協(xié)議LLC邏輯鏈路控制服務(wù)指定匯集子層層IEEE802.15.4MACIEEE802.15.4IEEE802.15.4底層868/915MHzPHY2.4GHzPHY硬件底層控制模塊RF收發(fā)器模塊在介紹ZigBee協(xié)議的時(shí)候首先闡明一個(gè)概念：原語(yǔ)。ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)由一組稱為層的塊組成，每個(gè)層為上一層執(zhí)行指定的一套服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實(shí)體提供所有的其他服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（ServerAccesspoint：SAP）為上層提供一個(gè)接口，每個(gè)SAP支持一些服務(wù)原語(yǔ)來(lái)完成必須的功能。服務(wù)原語(yǔ)是抽象的概念，它僅僅指定提供的服務(wù)，而不指定誰(shuí)提供服務(wù)。用“原語(yǔ)”的概念來(lái)描述相鄰兩個(gè)層間的服務(wù)，層間調(diào)用函數(shù)或者傳遞信息，都可以用原語(yǔ)來(lái)表示。雖然，在整個(gè)系統(tǒng)中，有很多不同的層，但是層間的通訊方式是非常相似的。比如PHY、MAC與NWK層都為他們的上一級(jí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，其請(qǐng)求數(shù)據(jù)服務(wù)的機(jī)制類似：高層通過(guò)D-SAP向下級(jí)請(qǐng)求傳輸，下級(jí)傳輸成功后將狀態(tài)返回給上級(jí)。正是由于這種相似性，才讓“服務(wù)原語(yǔ)”這種方式顯得格外重要。每一個(gè)原語(yǔ)要么執(zhí)行一個(gè)指令，要么返回一個(gè)之前指令的運(yùn)行結(jié)果。原語(yǔ)也會(huì)帶著指令運(yùn)行需要的參數(shù)，在對(duì)N用戶與N層之間信息流的描述來(lái)指定服務(wù)時(shí)，通過(guò)描述服務(wù)原語(yǔ)和其特征參數(shù)來(lái)指定服務(wù)，參數(shù)帶有要求提供服務(wù)的信息。一個(gè)服務(wù)可能有一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的原語(yǔ)，這些原語(yǔ)組成特定服務(wù)相關(guān)行為。原語(yǔ)通?？梢苑譃橐韵聨追N基本類型：（1）Request：請(qǐng)求原語(yǔ)是從N用戶傳遞到N層，用來(lái)請(qǐng)求發(fā)起服務(wù)。（2）Indication：指示原語(yǔ)是從N層傳遞到N用戶，用以指示一個(gè)內(nèi)部N層事件對(duì)于N用戶有重要的意義。（3）Response:響應(yīng)原語(yǔ)是從N用戶傳遞到N層，用完成指示原語(yǔ)先前調(diào)用的程序。（4）Confirm:確認(rèn)原語(yǔ)是從N層傳遞到N用戶，用以傳送一個(gè)或多個(gè)先前相關(guān)的服務(wù)請(qǐng)求結(jié)果。物理層ZigBee物理層（PhysicalLayer,物理層）主要負(fù)責(zé)無(wú)線發(fā)射機(jī)的激活和關(guān)閉，在已有的信道上進(jìn)行能量檢測(cè)，基于CSMA-CA的空閑信道評(píng)估（CCA），信道頻率選擇，數(shù)據(jù)的傳輸和接收。最終把二進(jìn)制‘0'和‘1'送到空氣中。概括的說(shuō)就是物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層操作兩個(gè)分離的頻率范圍，低頻的868MHz歐洲頻段和在澳大利亞和美國(guó)的使用的915MHz，2.4GHz的高頻供全世界范圍使用，物理層通過(guò)RF固件和硬件為MAC子層和物理層無(wú)線信道提供接口。能量檢測(cè)ED就像航空領(lǐng)域中一樣，“比特”想要“飛”起來(lái)，也是有“航空管制”的，在起飛前要確認(rèn)下航道有沒(méi)有被占用，這可不能像開(kāi)車，塞車了就等會(huì)，飛機(jī)要在空中停了，就會(huì)掉下來(lái)（當(dāng)然不是所有的飛機(jī)）。能量檢測(cè)就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的，當(dāng)然，這只是個(gè)“能量”檢測(cè)，它不會(huì)去區(qū)分到底是誰(shuí)在占用“航道”，它只檢測(cè)有或者沒(méi)有。這也是物理層的上級(jí)-MAC層給他的任務(wù)之一，不過(guò)允許他不用百分百準(zhǔn)確，允許10db的誤差，結(jié)果會(huì)以一個(gè)8比特的字節(jié)向上報(bào)告。載波檢測(cè)CS載波檢測(cè)也是檢測(cè)當(dāng)前頻道能不能用的，但與ED不同，上面說(shuō)了ED不會(huì)去區(qū)分到底是誰(shuí)在占用“航道”，但是CS會(huì)的，它會(huì)根據(jù)載波的特征去判斷當(dāng)前占用“航道”的是不是與自己一樣的IEEE802.15.4物理層信號(hào)，如果是，那不管ED值是多少，都會(huì)返回一個(gè)“頻道忙”的信息。連接質(zhì)量指示LQI我們大多數(shù)都用過(guò)帶無(wú)線網(wǎng)卡的筆記本，在進(jìn)行無(wú)線連接的時(shí)候，會(huì)看到連接名后面有對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度表示信號(hào)質(zhì)量，在802.15.4中，有兩種檢測(cè)連接質(zhì)量的方法，一個(gè)是檢測(cè)“接收信號(hào)強(qiáng)度”一一RSS,另外一個(gè)是檢測(cè)“信噪比”一一SNR。RSS值是通過(guò)檢測(cè)接收到的信號(hào)的全部能量情況來(lái)判斷的?？臻e頻道評(píng)估CCA空閑頻道評(píng)估即“載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突避免”，當(dāng)物理層的負(fù)責(zé)發(fā)送一個(gè)比特的時(shí)候要面臨很多選擇，通過(guò)能量監(jiān)測(cè)，質(zhì)量監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備在競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)空間和時(shí)間的時(shí)候，就要仲裁誰(shuí)在某一時(shí)刻有使用權(quán)。這種仲裁制度的執(zhí)行工作叫“空閑頻道評(píng)估”一一CCA,而且這個(gè)工作不能只做仲裁一次就匯報(bào)，要檢測(cè)8個(gè)符號(hào)周期，在IEEE802.15.4物理層協(xié)議中，有三種CCA模式：只檢測(cè)ED值。只要ED值高于一個(gè)門限就認(rèn)為當(dāng)前頻道被占用。這個(gè)門限值可以由設(shè)計(jì)者來(lái)定義。只由CS結(jié)果來(lái)決定。只要CS的檢測(cè)結(jié)果為：〃當(dāng)前頻道被IEEE802.15.4定義的設(shè)備占用"，則返回頻道忙。由上述兩個(gè)值的“與”或者“或”邏輯來(lái)決定。也說(shuō)是說(shuō)?ED值高于門限“并且”有802.15.4設(shè)備占用，則認(rèn)為頻道忙.ED值高于門限“或者”有802.15.4設(shè)備占用，則認(rèn)為頻道忙物理層服務(wù)物理層提供了兩種類型的服務(wù)，一種叫物理層管理服務(wù)，一種是數(shù)據(jù)服務(wù)。顧名思義，物理層中包含了一個(gè)叫物理層管理實(shí)體-PLME的一個(gè)管理單元，物理層管理服務(wù)是通過(guò)PLME-SAP來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)服務(wù)通過(guò)無(wú)線電波對(duì)物理協(xié)議層數(shù)據(jù)單元-PPDU進(jìn)行發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)服務(wù)是通過(guò)PD-SAP實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)服務(wù)中向上層Payload數(shù)據(jù)(這部分信息是主體，其他的是附加信息)。PHY的Payload就是整個(gè)MAC層數(shù)據(jù)，MAC層的Payload就是整個(gè)NWK層數(shù)據(jù)，以此類推。每一層都會(huì)增加一些本層的輔助信息，然后傳遞給下層去傳輸。物理層的數(shù)據(jù)服務(wù)就是為MAC層提供了“MAC協(xié)議層數(shù)據(jù)單元”-MPDU的傳輸，如果傳輸服務(wù)失敗，會(huì)返回發(fā)送器工作不正常，發(fā)送器忙或者發(fā)送器在接收模式，一個(gè)設(shè)備同時(shí)只能在接收和發(fā)送中的一種狀態(tài)。在物理層的數(shù)據(jù)服務(wù)中，服務(wù)接入點(diǎn)支持在對(duì)等的MAC子層實(shí)體之間傳輸MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU),表2.4是物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)所支持的原語(yǔ)。表2.4物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)所支持的原語(yǔ)。PD-SAP原語(yǔ)請(qǐng)求(Request)確認(rèn)(Confirm)扌旨示(Indication)MAC層介質(zhì)訪問(wèn)控制(MediumAccessControl,MAC層)實(shí)現(xiàn)IEEE802.15.4規(guī)范要求的功能，負(fù)責(zé)同物理層交互。使用CSMA-CA機(jī)制接入到無(wú)線信道，他的職責(zé)包括傳輸信標(biāo)幀、保持同步和提供可靠的傳輸機(jī)制，具體包括以下幾個(gè)方面：如果設(shè)備是協(xié)調(diào)器的話負(fù)責(zé)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)同信標(biāo)保持同步支持PAN的連接與斷開(kāi)支持設(shè)備的安全性信道采用CSMA-CA接入機(jī)制處理和維護(hù)GTS機(jī)制在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中(IEEE802.15.4也是一樣的)所有節(jié)點(diǎn)都工作在同一個(gè)信道上，因此如果鄰近的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)就有可能發(fā)生沖突。為此MAC層采用了CSMA/CA的技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先監(jiān)聽(tīng)信道，如果信道空閑則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則就要進(jìn)行隨機(jī)的退避，即延遲一段隨機(jī)時(shí)間，然后再進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，這個(gè)退避的時(shí)間是指數(shù)增長(zhǎng)的，但有一個(gè)最大值，即如果上一次退避之后再次監(jiān)聽(tīng)信道忙，則退避時(shí)間要增倍，這樣做的原因是如果多次監(jiān)聽(tīng)信道都忙，有可能表明信道上的數(shù)據(jù)量大，因此讓節(jié)點(diǎn)等待更多的時(shí)間，避免繁忙的監(jiān)聽(tīng)。通過(guò)這種信道接入技術(shù)，所有節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)共享同一個(gè)信道。在MAC層當(dāng)中還規(guī)定了兩種信道接入模式，一種是信標(biāo)(beacon)模式，另一種是非信標(biāo)模式。信標(biāo)模式當(dāng)中規(guī)定了一種“超幀”的格式，在超幀的開(kāi)始發(fā)送信標(biāo)幀，里面含有一些時(shí)序以及網(wǎng)絡(luò)的信息，緊接著是競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)期，在這段時(shí)間內(nèi)各節(jié)點(diǎn)以競(jìng)爭(zhēng)方式接入信道，再后面是非競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)期，節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分復(fù)用的方式接入信道，然后是非活躍時(shí)期，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一個(gè)超幀周期的開(kāi)始又發(fā)送信標(biāo)幀。而非信標(biāo)模式則比較靈活，節(jié)點(diǎn)均以競(jìng)爭(zhēng)方式接入信道，不需要周期性的發(fā)送信標(biāo)幀。顯然，在信標(biāo)模式當(dāng)中由于有了周期性的信標(biāo)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)都能進(jìn)行同步，但這種同步網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不會(huì)很大。實(shí)際上，在ZigBee當(dāng)中用得更多的可能是非信標(biāo)模式。MAC子層提供兩種服務(wù)，通過(guò)兩種服務(wù)接入點(diǎn)接入：一是MAC數(shù)據(jù)服務(wù)，通過(guò)MCPS-SAP（MACcommonpartsublayer-serviceaccesspoint公共部分子層數(shù)據(jù)接入點(diǎn)）接入；二是MAC管理服務(wù)，通過(guò)MLME-SAP（MACsublayermanagemententity管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)）接入。網(wǎng)絡(luò)層ZigBee網(wǎng)絡(luò)層是由ZigBee聯(lián)盟定義的。他的責(zé)任包括加入和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)所用到的機(jī)制、應(yīng)用幀安全機(jī)制和他們的目的地路由幀機(jī)制，另外在兩個(gè)設(shè)備為中路由的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)也被移交到了網(wǎng)絡(luò)層。ZigBee協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，把地址分配到新的設(shè)備。為了確保正確的操作MAC子層和為應(yīng)用層提供服務(wù)接口，網(wǎng)絡(luò)層從概念上包含兩個(gè)服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和管理服務(wù)實(shí)體。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（NLDE）通過(guò)連接的SAP為數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，提供的服務(wù)允許一個(gè)應(yīng)用程序在兩個(gè)或者更多的設(shè)備之間來(lái)傳輸應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元，這些設(shè)備都必須放置在相同的網(wǎng)絡(luò)中間。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（NLME）用NLDE完成它的一些管理事務(wù)，同時(shí)它也維護(hù)管理對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)即網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)庫(kù)（PIB）管理應(yīng)用進(jìn)程和堆棧的相互作用。具體來(lái)說(shuō)會(huì)提供以下的服務(wù)：（1）配置新設(shè)備：有充足的能力配置運(yùn)行的堆棧。配置選項(xiàng)包括一個(gè)作為ZigBee協(xié)調(diào)器的開(kāi)始操作或加入一個(gè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)。（2）建立、加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。能建立、加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，也能讓ZigBee協(xié)調(diào)器或者路由器請(qǐng)求設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。（3）寫(xiě)地址：ZigBee協(xié)調(diào)器和路由器有分配地址給已經(jīng)連接網(wǎng)絡(luò)的能力。（4）接收控制：有能力控制一個(gè)設(shè)備接收機(jī)在何時(shí)接收，接收時(shí)間的長(zhǎng)短，以保證MAC子層能同步或者直接接收。當(dāng)ZigBee全功能設(shè)備協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后會(huì)嘗試建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器會(huì)管理ZigBee設(shè)備的加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是由網(wǎng)絡(luò)層來(lái)管理的，有星狀結(jié)構(gòu)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，星狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單.一個(gè)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)限制設(shè)備的一些功能，實(shí)現(xiàn)不同“形狀”的網(wǎng)絡(luò)。如果完全沒(méi)有限制，那就是一個(gè)“網(wǎng)狀"拓?fù)洌硗庖环N是“樹(shù)狀"拓?fù)?，在這種結(jié)構(gòu)中，ZigBeeCoordinator搭建了原始網(wǎng)絡(luò)，router形成了樹(shù)枝進(jìn)行信息傳遞（傳話筒），enddevice就是最后的樹(shù)葉了，不能向下級(jí)傳遞信息了。而router可以擴(kuò)展coordinator所搭建的網(wǎng)絡(luò)。router是如何擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，甚至如何繞過(guò)障礙物的。比如A想和B說(shuō)話，但是中間有墻擋的，信號(hào)強(qiáng)度又穿透不了，這個(gè)時(shí)候樹(shù)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就可以通過(guò)其它router傳遞信息，并最終到達(dá)B。我們有時(shí)把這種方式叫“多次反射"（multihopping）,因?yàn)樾畔囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)反射到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終到達(dá)目的地。這樣就擴(kuò)大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息覆蓋面。應(yīng)用層ZigBee協(xié)議棧包括IEEE802.15.4的MAC層和物理層以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)層，每一層都提供一組包含它本身的服務(wù)和性能的應(yīng)用程序,應(yīng)用層由三哥部分組成,包括APS子層（應(yīng)用支持子層）和ZDO（ZigBee設(shè)備對(duì)象）以及制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。APS負(fù)責(zé)維護(hù)綁定表，綁定表主要根據(jù)設(shè)備之間的服務(wù)和他們的需求使設(shè)備之間相互匹配，同時(shí)在他們之間相互轉(zhuǎn)發(fā)消息。它通過(guò)ZDO和制造商自己定義的應(yīng)用對(duì)象所使用的一組服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供接口，這些接口由兩個(gè)實(shí)體提供：APS數(shù)據(jù)實(shí)體（APSDE）通過(guò)APSDE服務(wù)接入點(diǎn)（APSDE-SAP）提供服務(wù)；APS管理實(shí)體（APSME）通過(guò)APS管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（APSME-SAP）提供服務(wù)。在定位與同一網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)或者多個(gè)設(shè)備之間，APSDE給應(yīng)用PDU的運(yùn)輸提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。而APSME提供的服務(wù)是：發(fā)現(xiàn)和綁定設(shè)備以及維護(hù)管理對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)，即APS信息數(shù)據(jù)庫(kù)（AIB）。ZDO駐扎在ZigBee協(xié)議棧中的APL層和APS層之上，負(fù)責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（例如是ZigBee協(xié)調(diào)器還是終端設(shè)備）、發(fā)現(xiàn)設(shè)備和決定他們提供那種應(yīng)用服務(wù)，發(fā)起和/或響應(yīng)綁定請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立可靠的關(guān)聯(lián)。ZDO代表一個(gè)基本的功能分類，即在應(yīng)用對(duì)象，設(shè)備剖面之間和APS直接提供一個(gè)接口，ZDO位于應(yīng)用層和應(yīng)用子層之間。在ZigBee協(xié)議棧中，他滿足與一般的操作需求，主要負(fù)責(zé)以下服務(wù)：（1）初始化應(yīng)用支持子層（APS）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）以及安全服務(wù)規(guī)范。（2）從終端應(yīng)用收集配置信息，以決定和實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)、安全管理、網(wǎng)絡(luò)管理和綁定管理。ZDO也使用配置屬性。這些屬性不是任何簇的元素。在ZDO中的配置屬性是由應(yīng)用或者是棧Profile設(shè)置的配置參數(shù)。雖然配置屬性和ZigBee設(shè)備Profile都由ZDO來(lái)使用，但是配置屬性和ZigBee設(shè)備Profile無(wú)關(guān)。ZigBee設(shè)備對(duì)象是一種應(yīng)用解決方案，他處于ZigBee堆棧結(jié)構(gòu)的應(yīng)用層中和應(yīng)用支持子層之上，采用網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用支持子層原語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議的ZigBee終端設(shè)備、ZigBee路由器和ZigBee協(xié)調(diào)器，主要負(fù)責(zé)一下的一些功能：（1）初始化應(yīng)用支持子層（APS）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、安全服務(wù)提供（SSP）和其他的ZigBee設(shè)備層，而不初始化處于斷點(diǎn)1-240的終端應(yīng)用。（2）從終端應(yīng)用匯集配置信息以檢查和執(zhí)行一下章節(jié)的功能描述。ZigBee在智能家居中的應(yīng)用智能家居是ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主要應(yīng)用區(qū)域，［4］如圖2.2所示ZigBee在智能家居中廣泛應(yīng)用，智能家居中典型的數(shù)據(jù)速率僅有10Kbps,很多的信息傳輸都可以用ZigBee。PossibleZigBee-EnabledDevirtsinaTypiiealResidential!Building圖2.2ZigBee在智能家居中廣泛應(yīng)用2.4.1安全系統(tǒng)一個(gè)安全系統(tǒng)可以包括多個(gè)傳感器，包括運(yùn)動(dòng)探測(cè)器，玻璃破碎傳感器和安全監(jiān)視器。這些設(shè)備需要通過(guò)有線或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與中心安全面板進(jìn)行通信，基于ZigBee的安全系統(tǒng)簡(jiǎn)化了安裝和更新的過(guò)程。盡管ZigBee的數(shù)據(jù)速率很低，但是它仍然可以無(wú)線傳輸圖像，傳輸質(zhì)量也可以接受。例如，ZigBee已經(jīng)被用于無(wú)線攝影機(jī)系統(tǒng)，用來(lái)在家庭門口記錄來(lái)訪者的錄像，并將這些錄像發(fā)送到室內(nèi)一個(gè)專用監(jiān)視器上。抄表系統(tǒng)電表需要定期讀取數(shù)據(jù)來(lái)獲取水電費(fèi)賬單，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的一個(gè)方法就是在戶主的住宅處手動(dòng)抄表，并將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中?；赯igBee的自動(dòng)抄表系統(tǒng)（AMR）能在居民住宅間建立自形成的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，這些住宅的電表都連接到電表公司辦事處。AMR提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控居民的用電，氣和水情況的機(jī)會(huì)，并且淘汰了人力每月定期上門抄表的方式。AMR的作用不僅限于傳輸每月的水電使用數(shù)據(jù)，它可以收集更加詳細(xì)的使用信息，自動(dòng)檢測(cè)泄露和設(shè)備問(wèn)題，協(xié)助入侵檢測(cè)?；赯igBee的無(wú)線設(shè)備不僅執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)，他們還可以通過(guò)和室內(nèi)的裝置通信來(lái)管理使用高峰期。例如，當(dāng)電量使用激增時(shí)，可以暫時(shí)關(guān)閉ZigBee電熱水器一段時(shí)間來(lái)減少高峰期用電量。燈控系統(tǒng)電燈控制是在室內(nèi)或商業(yè)建筑中使用ZigBee的一個(gè)典型例子。在傳統(tǒng)的電燈安裝中，為了實(shí)現(xiàn)打開(kāi)和關(guān)閉電燈，必須從電燈到開(kāi)關(guān)扯一根電線。例如，安裝一個(gè)新壁燈的時(shí)候，需要一條新的到開(kāi)關(guān)的電線。如果壁燈和開(kāi)關(guān)都配備了ZigBee設(shè)備的話，那么電燈和開(kāi)關(guān)之間將不再需要電線連接。這樣，室內(nèi)的任何開(kāi)關(guān)都可以被指派來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉一盞特定的電燈。圖2.3是一個(gè)墻上開(kāi)關(guān)和電燈間無(wú)線連接的例子。在我們的例子中，電燈位于居民建筑的入口處，居住區(qū)和走廊。入口處的墻上開(kāi)關(guān)可以打開(kāi)和關(guān)閉4盞燈中的任何一盞，相比之下，居住區(qū)墻上的開(kāi)關(guān)僅與位于居住區(qū)的電燈進(jìn)行通信。支持ZigBee的壁燈要比常規(guī)的壁燈更貴，但是它的安裝費(fèi)用卻較低，因?yàn)樗恍枰~外的電線連接到墻上的開(kāi)關(guān)。使用無(wú)線來(lái)遙控電燈已經(jīng)不是一個(gè)新的概念，通過(guò)確保較長(zhǎng)的電池壽命和來(lái)自不同經(jīng)銷商的產(chǎn)品的互操作性，ZigBee提供了在可靠的，低成本的網(wǎng)絡(luò)中大范圍實(shí)現(xiàn)這個(gè)概念的機(jī)會(huì)。除了潛在的成本節(jié)省外，在室內(nèi)，ZigBee電燈還有其他的好處。例如，嵌入到

壁燈內(nèi)的ZigBee設(shè)備可以充當(dāng)路由器，在房間內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)信息，或者，壁燈可以被編程設(shè)計(jì)為當(dāng)電視打開(kāi)時(shí)變暗。ZigBee燈控機(jī)制同樣也已經(jīng)被用于路燈控制。WallSwitchLocationEntranceLivingArsaHallwayLic^htLocationEntranceWallSwitchLocationEntranceLivingArsaHallwayLic^htLocationEntranceLMngArCdLivingAreaHallway圖2.3墻上開(kāi)關(guān)和電燈間無(wú)線連接的例子2.4.4多區(qū)域HVAC系統(tǒng)多區(qū)域控制系統(tǒng)允許單個(gè)的供暖，通風(fēng)和空調(diào)(HVAC:heating,ventilation,air-conditioning)單元在室內(nèi)有各自的溫度區(qū)域。HVAC分區(qū)系統(tǒng)通過(guò)控制每個(gè)房間的空氣流動(dòng)可以幫助節(jié)省能源，避免對(duì)不必要的區(qū)域進(jìn)行冷卻或加熱。圖2.3是一個(gè)簡(jiǎn)化的圖表，它顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)控制空氣濕度和管理不同的房間空氣流動(dòng)。ZigBee設(shè)備根據(jù)它們從主HVAC區(qū)域控制面板和溫度傳感器接收到的命令來(lái)控制這些發(fā)動(dòng)機(jī)。另一種使用多區(qū)域控制系統(tǒng)的方法是通過(guò)有線而非無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式來(lái)連接區(qū)域控制面板，發(fā)動(dòng)機(jī)和溫度傳感器。無(wú)線系統(tǒng)有較低的復(fù)雜度和額外的布線成本，但是這部分的成本可能會(huì)稍微低一些?？偣驳南到y(tǒng)花費(fèi)和將來(lái)的更新復(fù)雜度是在這兩種應(yīng)用方法間進(jìn)行選擇的決定因素。2.4.5消費(fèi)類電子在消費(fèi)電子中，ZigBee可以被用在遠(yuǎn)程無(wú)線控制，游戲控制器，個(gè)人電腦的無(wú)線鼠標(biāo)和許多其他應(yīng)用中。紅外（IR）遠(yuǎn)程控制器通過(guò)紅外信號(hào)與電視，DVD和其他娛樂(lè)設(shè)備進(jìn)行通信，紅外遙控的限制就是它們只提供從遙控端到娛樂(lè)設(shè)備的單方向通信。此外，紅外信號(hào)不能穿透墻壁和其他物體，因此需要對(duì)紅外線進(jìn)行適當(dāng)操作。然而，射頻信號(hào)可以很輕易的穿透大部分物體。在遠(yuǎn)程控制方面，IEEE802.15.4是對(duì)IR技術(shù)的一個(gè)合適的替代，因?yàn)榛赯igBee的無(wú)線通信具有低成本和較長(zhǎng)的電池壽命的優(yōu)點(diǎn)oIEEE802.15.4能夠在遠(yuǎn)程控制和娛樂(lè)設(shè)備間建立雙向的通信。例如，歌曲信息和在屏幕編程選項(xiàng)能夠被下載到遙控器本身，即使被遠(yuǎn)程控制的娛樂(lè)設(shè)備與遙控器不是在同一個(gè)房間。ZigBee的價(jià)值和應(yīng)用前景為了推動(dòng)ZigBee技術(shù)的發(fā)展，包括Honeywell、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee聯(lián)盟，目前該聯(lián)盟已經(jīng)包含130多家會(huì)員。2005年全球ZigBee器件的出貨量將達(dá)到100萬(wàn)個(gè)，2006年底將超過(guò)8000萬(wàn)個(gè)，2008年將超過(guò)1.5億個(gè)。這一預(yù)言正在從ZigBee聯(lián)盟及其成員近期的一系列活動(dòng)和進(jìn)展中得到驗(yàn)證。在標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無(wú)線通信領(lǐng)域，ZigBee的快速發(fā)展可以說(shuō)是有些令人始料不及的，從2004年底標(biāo)準(zhǔn)確立，到2005年底相關(guān)芯片及終端設(shè)備總共賣出1500億美元，應(yīng)該說(shuō)比被業(yè)界“炒”了多年的藍(lán)牙、Wi-Fi進(jìn)展都要快。隨著ZigBee規(guī)范的進(jìn)-步完善，許多公司都在著手進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，如在家庭自動(dòng)化方面，可以用在照明，安全，控制等，可以通過(guò)遙控打開(kāi)燈光設(shè)備，而當(dāng)打開(kāi)電視機(jī)后燈的亮度會(huì)自動(dòng)的調(diào)低。在工業(yè)控制中已有韓國(guó)一公司研發(fā)成功了基于Atmel和Ember平臺(tái)的遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)。在智能交通中沿著街道和高速公路適當(dāng)?shù)木嚯x安裝好ZigBee設(shè)備形成分布式系統(tǒng)，可以提供比GPS更加周全的服務(wù)，即使在GPS覆蓋不道的大樓之間和隧道內(nèi)也可以使用。在農(nóng)業(yè)中可以用于大棚內(nèi)的溫度濕度監(jiān)測(cè)等。在邊境的場(chǎng)所安裝ZigBee設(shè)備可以減輕邊防戰(zhàn)士的負(fù)擔(dān)，一有入侵行為的發(fā)生就可以報(bào)警。在森林防火中可以安裝基于ZigBee的煙感探測(cè)器，防止森林火災(zāi)。在以上領(lǐng)域?qū)?huì)有廣闊的市場(chǎng)前景，將會(huì)涉及到人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。2002年下半年開(kāi)始，英國(guó)Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司等四大公司加盟ZigBee聯(lián)盟，這一事件成為ZigBee技術(shù)的里程碑，到目前為止，ZigBee的應(yīng)用涵蓋了IT領(lǐng)域以及其他行業(yè)的150多家企業(yè)，基于ZigBee的應(yīng)用已經(jīng)是非常普遍的了，在未來(lái)的幾年內(nèi)ZigBee將會(huì)在以下幾個(gè)方面得到大規(guī)模的應(yīng)用：[3]（1）家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動(dòng)控制、窗簾的自動(dòng)控制、煤氣計(jì)量控制、家用電器的遠(yuǎn)程控制等（2）工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動(dòng)化控制。（3）商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等。（4）公共場(chǎng)所：煙霧探測(cè)器等。（5）農(nóng)業(yè)控制：收集各種土壤信息和氣候信息。（6）居家養(yǎng)老：老人與行動(dòng)不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。（7）安防：邊境的入侵監(jiān)控，森林防火。（8）智慧城市：數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)象檢測(cè)。本章小結(jié)本章首先介紹了一些常見(jiàn)的無(wú)線通信的一些基礎(chǔ)知識(shí)及無(wú)線技術(shù)在我們學(xué)習(xí)生活中的影響。然后著重介紹了無(wú)線技術(shù)中的一顆新星—ZigBee，歷史上出現(xiàn)了多種無(wú)線通信技術(shù)，他們都在各自的領(lǐng)域發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，ZigBee出現(xiàn)之初由于其獨(dú)特的特點(diǎn)在市場(chǎng)上獲得了一席之地，隨后應(yīng)用到了多種領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常的樂(lè)觀，隨之詳細(xì)的介紹了ZigBee協(xié)議的四個(gè)層次的基礎(chǔ)概念。最后綜合前面所講和與其他的無(wú)線通信技術(shù)做比較闡述ZigBee在智能家居中的適用性和應(yīng)用案例。第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方案系統(tǒng)需求分析智能家居系統(tǒng)是為了提高人們的生活質(zhì)量，不但要具有適用性，還要體現(xiàn)出人性與智能的一面，在經(jīng)歷了多年的發(fā)展后，使用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)網(wǎng)，構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)，以此無(wú)線控制家電設(shè)備和對(duì)安防信息的采集。系統(tǒng)會(huì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：八\?（1）系統(tǒng)易操作。使用方便。開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面，界面簡(jiǎn)潔大方。（2）多系統(tǒng)支持。開(kāi)發(fā)出Windows和Linux下的系統(tǒng)控制軟件。（3）多方式控制?？梢栽诩抑惺褂媚愕腜C機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，也可以使用PC機(jī)在有網(wǎng)絡(luò)接入的地方進(jìn)行非現(xiàn)場(chǎng)控制。（4）高安全可靠性。控制信息都是通過(guò)加密的防止控制信息被人截取破解后進(jìn)行隨意控制。（5）信息傳輸無(wú)線化。采用ZigBee等無(wú)線技術(shù)作為家庭內(nèi)網(wǎng)，省去布線帶來(lái)的額外開(kāi)銷。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述居控制系統(tǒng)選擇ZigBee技術(shù)作為家居內(nèi)部組網(wǎng)，以方便節(jié)點(diǎn)的靈活加入和離開(kāi)，省去布線的麻煩，并以嵌入式為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，傳感器等技術(shù)設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)單，易操作，低成本和多方式控制的基于ZigBee的智能家居智能控制系統(tǒng)。家居內(nèi)網(wǎng)采用典型的星狀網(wǎng)絡(luò)，即開(kāi)發(fā)出一個(gè)PAN協(xié)調(diào)器來(lái)建立和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其他的設(shè)備節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用的不同有不同的應(yīng)用程序。所有的控制信息都經(jīng)過(guò)了加密處理，防止控制信息被截取后帶來(lái)的安全隱患。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Windows和Linux下的遠(yuǎn)程控制端，以方便用戶多途徑方便的控制家中電器設(shè)備和對(duì)家中安防信息進(jìn)行監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制端與集中控制端的連接需要驗(yàn)證用戶的控制權(quán)限，權(quán)限合法后才能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，家中的各種安防信息都會(huì)在控制軟件界面上有著合適的顯示。這樣用戶就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線遙控操作和安防信息的監(jiān)控與預(yù)警，同時(shí)使得有網(wǎng)絡(luò)接入功能的特定設(shè)備可以遠(yuǎn)程使用本智能控制系統(tǒng)。[5][6]

以協(xié)調(diào)器為流程的中心觀察點(diǎn)，系統(tǒng)工作的流程如圖3.1所示:圖3.1系統(tǒng)工作的流程ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及各終端角色在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中會(huì)有星狀結(jié)構(gòu)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)狀綜合考慮后，本系統(tǒng)采用星狀網(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和兩個(gè)終端設(shè)備組成，當(dāng)一個(gè)全功能設(shè)備載入了具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器功能的軟件上電后會(huì)開(kāi)始組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層將會(huì)請(qǐng)求MAC層對(duì)規(guī)定的信道或者物理層默認(rèn)的有效信道進(jìn)行能量檢測(cè)掃描，以檢查可能的干擾，確定了通信的信道以后就開(kāi)始確定PANID（PersonalAreaNetworkID個(gè)人網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示符），PANID的出現(xiàn)一般是伴隨著信道確定以后，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)PANID，也就是說(shuō)所有的有相同的PANID的設(shè)備組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，16位的短地址是設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)中分配的，網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備的通訊一般是由16位短地址來(lái)區(qū)分的，用來(lái)分別設(shè)備和發(fā)送數(shù)據(jù)，（當(dāng)然不同的網(wǎng)絡(luò)的16位短地址是可以相同的）。圖3.2所示為ZigBee組網(wǎng)流程。⑹⑺其余的兩個(gè)終端設(shè)備是精簡(jiǎn)功能設(shè)備，一個(gè)用于模擬家電控制的，分別模擬燈光、熱水器和電視的控制。另一個(gè)終端用于模擬安防信息的采集，分別是煙感，溫度和入侵監(jiān)測(cè)。

首先，每個(gè)設(shè)備的協(xié)議棧必須要對(duì)其PHY和MAC層初

始化每個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須有一個(gè)也只能有一個(gè)人區(qū)域網(wǎng)協(xié)調(diào)器PANID作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，可以被人為的預(yù)定義除64位IEEEMAC地址外，還須分配一個(gè)16每個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須有一個(gè)也只能有一個(gè)人區(qū)域網(wǎng)協(xié)調(diào)器PANID作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，可以被人為的預(yù)定義CC2530片上系統(tǒng)ZigBee技術(shù)選擇2.4GHz設(shè)備以Coordinator的模式啟動(dòng)，然后就開(kāi)放請(qǐng)求應(yīng)答有可以利用的Coordinator，設(shè)備就可以申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被Coordinator接受，將獲得短地址作為標(biāo)識(shí)，便可傳輸數(shù)據(jù)圖3.2ZigBee組網(wǎng)流程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)及特色開(kāi)發(fā)出一套基于ZigBee的智能遠(yuǎn)程家居控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程端控制軟件可以運(yùn)行在window和Linux主流操作系統(tǒng)平臺(tái)和android平臺(tái)手機(jī)上，界面以美觀簡(jiǎn)潔為目標(biāo)。集中控制端采用MFC和WinSocket技術(shù)，在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。協(xié)調(diào)器和設(shè)備終端（包括家電控制端和信息采集端）之間采用星狀結(jié)構(gòu)模型，盡可能降低功耗。數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸采用加密處理，防止數(shù)據(jù)被竊。整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)是：輕松，簡(jiǎn)潔，快速，高效?？刂品奖?，只要你的手機(jī)或電腦聯(lián)網(wǎng)，你就能對(duì)家庭中的家電進(jìn)行控制。核心控制部件采用無(wú)線技術(shù)控制家電，省去布線帶來(lái)的成本開(kāi)銷和維護(hù)不容易。結(jié)合高性能，低成本的ZigBeeCC2530模塊，采用低成本，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)ZigBee，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的智能控制。3.3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案以系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易操作，低成本和多方式控制為設(shè)計(jì)目標(biāo)，針對(duì)智能家居的智能化控制問(wèn)題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基于ZigBee的智能家居智能控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室模擬方案如圖3.3所示控制系統(tǒng)包含以下控制端：遠(yuǎn)程控制端（包括PC機(jī)和手機(jī)等具有網(wǎng)絡(luò)接入功能的終端設(shè)備）集中控制端（接有串口相連的ZigBee協(xié)調(diào)模塊的PC機(jī)）家電控制端（有ZigBee無(wú)線控制模塊的家電設(shè)備終端）遠(yuǎn)程控制端及集中控制端的連接采用基于TCP/IP協(xié)議的C/S軟件結(jié)構(gòu)。當(dāng)然協(xié)調(diào)控制端的PC機(jī)也有遠(yuǎn)程控制端同等的控制功能，當(dāng)加密的命令從遠(yuǎn)程控制端或者集中控制端發(fā)出后，通過(guò)串口發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)ZigBee無(wú)線發(fā)送出去，對(duì)應(yīng)的家電控制端收到命令后對(duì)命令進(jìn)行解析，同時(shí)安裝有傳感器的家電會(huì)周期性的把溫度，濕度等信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)模塊繼而轉(zhuǎn)送給用戶界面上。圖3.3基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室模擬方案試驗(yàn)方案：控制系統(tǒng)以家庭PC機(jī)為主控制器（家庭服務(wù)器），由一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)、多路家電控制（傳感器）節(jié)點(diǎn)組成，其中命令由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)出后控制家電，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集溫度、濕度、光照條件等狀態(tài)通過(guò)ZigBee協(xié)議與協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了完成智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先需要至少兩塊帶有ZigBee無(wú)線模塊的開(kāi)發(fā)板，一塊用于協(xié)調(diào)器模塊，一塊模擬家電終端。試驗(yàn)方案步驟如下：首先,完成采用基于TCP/IP協(xié)議的C/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程控制端及協(xié)調(diào)控制端的連接的安全可靠性，保證只有授權(quán)的用戶才可以操作和操作命令在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中能安全順利的到達(dá)協(xié)調(diào)控制端。然后，協(xié)調(diào)控制端通過(guò)串口把命令傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)，當(dāng)然，項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)和路由控制節(jié)點(diǎn)的信息傳遞，需要熟悉ZigBee協(xié)議棧并結(jié)合應(yīng)用之。家電模擬控制及安防信息采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的核心功能就是家電的模擬控制和對(duì)安防信息的采集。本節(jié)首先介紹使用集中控制端來(lái)模擬控制家電，然后介紹對(duì)安防信息的采集。在家電的模擬控制中，要想通過(guò)使用串口與PC機(jī)連接的協(xié)調(diào)器向特定的設(shè)備發(fā)送控制指令，那么首先需要制定一套控制協(xié)議，以便協(xié)調(diào)器解析，所有的控制指令都是一串具有特定格式的字符串。設(shè)備編號(hào)指令類型指令說(shuō)明附加信息NUMTYPEORDEREXPOTH用戶指令說(shuō)明：1）設(shè)備編號(hào)NUM：2個(gè)字符，表示指令的控制對(duì)象或者是指令要求的設(shè)備響應(yīng)編號(hào)2）指令類型TYPE：1個(gè)字符，指令類型有3中，當(dāng)為字符'1'時(shí)表示部分指向；當(dāng)為字符‘2'表示全部指向；當(dāng)為字符‘3'表示探測(cè)指令。3）指令ORDER:表示指令的具體含義。4）說(shuō)明EXP：對(duì)指令的說(shuō)明，在具體執(zhí)行的時(shí)候沒(méi)有實(shí)際的含義，方便編碼和測(cè)試時(shí)候的時(shí)候用。5）附加信息OTH：附加信息一般不用，保留待用。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)入到待操作狀態(tài)，此時(shí)集中控制端上會(huì)有通過(guò)串口返回的連接信息：成功連接協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器會(huì)周期性的處理來(lái)自用戶的操作。當(dāng)用戶通過(guò)點(diǎn)擊界面上的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作時(shí)，集中控制端會(huì)通過(guò)串口向協(xié)調(diào)器發(fā)送相應(yīng)的操作指令，成功后會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷，在協(xié)調(diào)器中的中斷服務(wù)子程序會(huì)根據(jù)預(yù)先商議的協(xié)議解析命令，然后OrderTransfer調(diào)用ZigBee的RF功能函數(shù)basicRfSendPacket向目標(biāo)家電終端無(wú)線發(fā)送指令信息，目標(biāo)家電終端也會(huì)根據(jù)協(xié)議解析調(diào)整家電的狀態(tài)。整個(gè)家電的控制要求用戶在合理的時(shí)間范圍內(nèi)適度頻率的操作，要求在間隔1秒操作，因?yàn)橄到y(tǒng)不只是要處理家電控制，還要采集安防信息，此外還受到了ZigBee的低數(shù)據(jù)傳輸率的限制。對(duì)于安防信息的采集，系統(tǒng)會(huì)在5秒鐘之內(nèi)刷新所有的信息。ZigBee信息采集模塊會(huì)不間斷的對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，負(fù)責(zé)安防信息傳輸?shù)暮瘮?shù)會(huì)間隔5秒鐘打撈緩沖區(qū)，然后發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)串口傳輸給控制端，根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行解析后，用戶控制界面上的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)更新。本章小結(jié)本章首先對(duì)基于ZigBee的技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的需求做了具體分析，結(jié)合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展和人們的需要，剖析出人們希望的智能家居系統(tǒng)需要提供什么功能，能給人們生活帶來(lái)什么樣的便利。然后介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，確定家居內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及定義個(gè)終端的責(zé)任，綜合后總結(jié)出系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和系統(tǒng)特色。最后介紹了家電模擬控制和安防信息的采集。第四章系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)詳細(xì)介紹4.1基于ZigBee的無(wú)線信息采集與傳輸ZigBee是一種高可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站，通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴(kuò)展。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)（RFD）無(wú)線連接。⑻在智能家居控制系統(tǒng)中，家居內(nèi)網(wǎng)采用的是星狀網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)通過(guò)串口與PC機(jī)相連的協(xié)調(diào)器上電后會(huì)開(kāi)始組網(wǎng)，組網(wǎng)完成后，此協(xié)調(diào)器具有控制器的功能，隨著另外兩個(gè)終端設(shè)備的加入，系統(tǒng)的家居內(nèi)網(wǎng)已經(jīng)完善，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸。協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸流程圖如4.1所示：圖4.1協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸在星形網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)傳輸方式有兩種：從一個(gè)設(shè)備傳送到一個(gè)協(xié)調(diào)器以及從一個(gè)協(xié)調(diào)器傳送到一個(gè)設(shè)備，而在同等的設(shè)備之間不能傳輸數(shù)據(jù)。要想使得數(shù)據(jù)從一個(gè)設(shè)備到另外一個(gè)設(shè)備，那么首先要解決的事情就是尋址，在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備都需要一個(gè)唯一的地址，IEEE802.15.4使用兩種尋址方法：16位短地址和64位擴(kuò)展地址一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以選擇使用16位或者64位的地址。短地址允許在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行通信，使用16位短地址機(jī)制可以減少消息長(zhǎng)度并能節(jié)省所需分配的內(nèi)存空間。將唯一的PAN標(biāo)識(shí)符和一個(gè)短地址相結(jié)合后，可以用做獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)之間的通信。64位地址尋址方式意味著網(wǎng)絡(luò)中的最大設(shè)備數(shù)可以達(dá)到264，因此，IEEE802.15.4無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間上對(duì)可以加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)是沒(méi)有限制的。在本系統(tǒng)中采用的都是16位短地址尋址方式。信息采集與傳輸?shù)陌踩栽谝粋€(gè)ZigBee無(wú)線家居內(nèi)網(wǎng)中，發(fā)送的消息可能被臨近的任何設(shè)備接收，包括入侵者。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種安全問(wèn)題。第一種是數(shù)據(jù)的保密，入侵的設(shè)備可以通過(guò)監(jiān)聽(tīng)截取發(fā)送信息破解后獲得敏感信息。如果在發(fā)送之前對(duì)消息進(jìn)行加密可以解決這個(gè)保密問(wèn)題。在ZigBee中一種加密算法通過(guò)使用一種叫做安全密鑰的比特字符串來(lái)更改一條信息，只有指定的接受者才能給還原原始的信息。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)支持使用先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)AES(AdvancedEncryptionStandard)來(lái)加密他們外發(fā)的信息。第二個(gè)安全問(wèn)題是入侵設(shè)備可能會(huì)更改和重新發(fā)送先前發(fā)送的信息之一，即使這些信息加密了，入侵設(shè)備在不能破解的情況下可以連續(xù)的發(fā)送截取的信息，這種垃圾信息也能擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有一定的破壞作用。在每個(gè)外發(fā)幀中加入一個(gè)信息完整性代碼(MIC)可以使接收者知道信息是否在發(fā)送過(guò)程中被更改，這個(gè)過(guò)程叫做數(shù)據(jù)驗(yàn)證，這種數(shù)據(jù)驗(yàn)證可以有效的防止垃圾信息擾亂內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。在ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用安全特性的一個(gè)主要限制就是資源有限。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)主要都是電池供電并且他們的計(jì)算能力和內(nèi)存大小都非常有限。ZigBee主要是針對(duì)低成本應(yīng)用，硬件節(jié)點(diǎn)可能不能防止入侵篡改。如果一個(gè)入侵者得到操作網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)沒(méi)有防入侵篡改功能的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)一些手段，真實(shí)的密碼可以被很簡(jiǎn)單的從設(shè)備內(nèi)存中獲取。一個(gè)有防入侵篡改功能的節(jié)點(diǎn)在檢測(cè)到入侵的時(shí)候，可以擦除敏感信息，包括安全密碼。ZigBee的CSMA/CA機(jī)制在IEEE802.15.4CSMA/CA機(jī)制中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)發(fā)出信標(biāo)給所有的可感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，而對(duì)于有數(shù)據(jù)需傳送的設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們會(huì)向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器要求進(jìn)行傳送，由于在一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)設(shè)備進(jìn)行傳輸，為了避免不良性的競(jìng)爭(zhēng)，因此所有想要傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)設(shè)備就會(huì)通過(guò)CSMA/CA機(jī)制來(lái)競(jìng)爭(zhēng)傳輸媒體的使用權(quán)。所有準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備首先會(huì)監(jiān)測(cè)目前的無(wú)線傳輸媒體是否有其他設(shè)備在使用中，如果網(wǎng)絡(luò)為空閑，此時(shí)這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一個(gè)倒退延遲時(shí)間，來(lái)錯(cuò)開(kāi)這些設(shè)備同時(shí)送出數(shù)據(jù)從而造成碰撞的可能性。若監(jiān)測(cè)到目前的無(wú)線傳輸媒體是忙碌中的，則這些設(shè)備將會(huì)在監(jiān)測(cè)到媒體為空閑后，再進(jìn)行CSMA/CA的競(jìng)爭(zhēng)。⑷在IEEE802.15.4CSMA/CA算法中，如圖4.2所示,CSMA/CA算法是用于節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的信道爭(zhēng)用機(jī)制，此算法中有三個(gè)重要的參數(shù)由每個(gè)要傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備去進(jìn)行維護(hù)：Nb、CW和BE。（1）Nb（后退次數(shù)，NumberOfBack）：Nb的初始值為0,當(dāng)設(shè)備有數(shù)據(jù)要傳送時(shí)，經(jīng)過(guò)一段后退時(shí)間后，發(fā)送CCA檢測(cè)，若檢測(cè)到信道忙，則會(huì)再一次產(chǎn)生倒退時(shí)間，此時(shí)Nb值會(huì)加1,在IEEE802.15.4中，Nb值最大定義為4,當(dāng)信道在經(jīng)過(guò)4次的后退延遲時(shí)間后仍為忙，剛放棄此次的傳送，以避免過(guò)大開(kāi)銷。（2）CW（碰撞窗口的長(zhǎng)度，contentwindowlength）:也就是后退延遲時(shí)間的長(zhǎng)度，單位是Backoff，一個(gè)后退周期的定義在MACPIB中由參數(shù)aUnitBackofPeriod給出，為20symbol的時(shí)間。CW的初始值為2,最大值為31。（3）BE（后退指數(shù)，Backoffexponent）:取值范圍為0?5，推薦的默認(rèn)值為3，最大值為5。當(dāng)BE設(shè)為0時(shí)，則只進(jìn)行一次碰撞檢測(cè)。在IEEE802.15.4中，失敗后進(jìn)行重傳的次數(shù)最多3次。

圖4.2CSMA/CA算法流程ZigBee的網(wǎng)絡(luò)工作方式ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)工作方式為信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)工作方式將采用不同的信道接入機(jī)制。非時(shí)隙CSMA-CA信道接入機(jī)制：等待一個(gè)任意的退避時(shí)間。有時(shí)隙CSMA-CA信道接入機(jī)制：退避時(shí)隙與信標(biāo)傳輸?shù)钠鹗紩r(shí)間對(duì)準(zhǔn)，以退避時(shí)隙為基準(zhǔn)單位。在非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)工作方式情況下，采用非時(shí)隙CSMA-CA信道接入機(jī)制，采用該機(jī)制的設(shè)備，在每次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或MAC層命令時(shí)，要等