基于ZigBee的無線智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)研究

摘要：設(shè)計(jì)一種新型的基于ZigBee技術(shù)的智能無線網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)，以S3C2410為平臺(tái)，采用Linux操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能家庭網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備的無線連接；重點(diǎn)研究了該系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，以及利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備的控制。
關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)關(guān)；無線；ZigBee；Linux操作系統(tǒng)

引言
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為家庭現(xiàn)代化的趨勢(shì)。家庭網(wǎng)絡(luò)可視為一種分布式網(wǎng)絡(luò)，通過無線家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)普通家電終端的遠(yuǎn)程控制是未來的發(fā)展趨勢(shì)，岡此無線家庭網(wǎng)關(guān)是整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，它主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、遠(yuǎn)程控制以及無線連接家庭內(nèi)部異構(gòu)子網(wǎng)等功能。其中無線網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題。
目前無線控制技術(shù)主要有IrDA、ZigBee、無線USB、藍(lán)牙、Z-Wave。在以上技術(shù)中，IrDA技術(shù)最具有成本優(yōu)勢(shì)且協(xié)議簡單，但傳輸方向單一，不能組網(wǎng)。WirelessUSB的成本較高，主要用于傳輸高速多媒體數(shù)據(jù)，不適合智能家庭的控制應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)主要用于傳輸語音，如果將其應(yīng)用在智能家庭網(wǎng)關(guān)控制，將帶來傳輸距離受限和控制協(xié)議復(fù)雜等問題。Z-Wave是從ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中精簡而來，但該技術(shù)目前尚不支持全球通用的2．4 GHz頻段。ZigBee技術(shù)在傳輸距離、可靠性以及組網(wǎng)能力方面都極具優(yōu)勢(shì)，本文利用ZigBee技術(shù)對(duì)智能無線家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)進(jìn)行研究。

1 無線智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．1 家庭網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)技術(shù)的選擇
ZigBee技術(shù)是一種新興的遠(yuǎn)距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率特點(diǎn)，適合于承載數(shù)據(jù)流量較小和QoS的要求不高的業(yè)務(wù)，因此，ZigBee技術(shù)是最適合智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)。對(duì)于智能家居系統(tǒng)來說，該網(wǎng)絡(luò)自身是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，不斷與外界環(huán)境相互影響，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多，要求低功耗，因此家庭無線網(wǎng)關(guān)利用ZigBee技術(shù)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。
1．2 家庭網(wǎng)關(guān)的無線組網(wǎng)設(shè)計(jì)
基于ZigBee技術(shù)的家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，家庭網(wǎng)關(guān)和若干個(gè)無線通信ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊組成星形結(jié)構(gòu)的家庭傳輸網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，它主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的建立，監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，配置存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)初始化、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制等功能。另外，它配置16位本地地址給設(shè)備以節(jié)省帶寬。其他的無線通信ZigBee模塊只能與家庭網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集、查詢響應(yīng)、設(shè)備控制等。智能家庭網(wǎng)關(guān)是一個(gè)智能的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分。

1．3 智能家庭網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
硬件部分需要提供多種多樣的網(wǎng)絡(luò)接口類型與控制接口，主要由主控制器、GPRS模塊和ZigBee射頻通信模塊3部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。