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世界上第一幢智能建筑1984 年在美國(guó)出現(xiàn)后，家居環(huán)境智能化已成為當(dāng)前的社會(huì)主流，隨著人們生活節(jié)奏的加快和生活壓力的加大，智能家居成為人們追求舒適生活的必要途徑。智能家居網(wǎng)絡(luò)是指在家庭內(nèi)部通過(guò)一定的傳輸介質(zhì)（ 如電力線、雙絞線、同軸電纜、無(wú)線電、紅外等） 將各種電氣設(shè)備和電氣子系統(tǒng)連接起來(lái)，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源控制，對(duì)外能通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與外部互連進(jìn)行信息交換的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。文中提出了通過(guò)ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能家居系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)的方案。目的在于使智能家居系統(tǒng)的底層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建變得簡(jiǎn)單快速，進(jìn)而使整個(gè)智能家居系統(tǒng)具備快速部署和易擴(kuò)展的特性。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述

文中設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)基層網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)ZigBee 無(wú)線通訊模塊與智能家電以及傳感器構(gòu)成家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備； 使用FFD（ Full Function Device） 設(shè)備為家居內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡(luò)的中心協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)； 在中心協(xié)調(diào)器與中央控制服務(wù)器之間使用RS232 串口通信實(shí)現(xiàn)連接，并通過(guò)PC 機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)相連，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。作為智能家居系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，家居內(nèi)部ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)的功能有： （ 1） 收集家庭環(huán)境內(nèi)部的數(shù)據(jù)和信息。（ 2） 對(duì)于終端設(shè)備上傳的簡(jiǎn)單情況做初步的預(yù)處理。（ 3） 匯總基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息，通過(guò)RS232 串口通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到中央控制服務(wù)器。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 ZigBee 技術(shù)

ZigBee 是基于IEEE802. 15. 4 標(biāo)準(zhǔn)制定的一種短距離、低功耗的無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，具有近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的特點(diǎn)。

ZigBee 協(xié)議棧是以O(shè)SI（Open Systems Interconnection）七層結(jié)構(gòu)為參考建立起來(lái)的，為簡(jiǎn)化協(xié)議棧，ZigBee 協(xié)議棧由4 個(gè)層結(jié)構(gòu)組成，即物理層、MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖

（ 1） 物理層： 主要功能是啟動(dòng)和關(guān)閉無(wú)線電收發(fā)機(jī)、當(dāng)前頻道內(nèi)的能量監(jiān)測(cè)、接收包連接質(zhì)量指示、為CSMA - CA 確認(rèn)清除頻道、頻道頻率選擇、數(shù)據(jù)傳輸和接收。

（ 2） 介質(zhì)接入控制層（ MAC 層） : MAC 層負(fù)責(zé)維護(hù)物理無(wú)線電頻道的接口，任務(wù)包括： 對(duì)于協(xié)調(diào)器要負(fù)責(zé)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)進(jìn)行同步、維護(hù)個(gè)人局域網(wǎng)的加入和離開(kāi)、維護(hù)設(shè)備安全、利用CSMA - CA 機(jī)制進(jìn)行頻道管理、處理與維護(hù)GTS 機(jī)制、在MAC 實(shí)體內(nèi)部保證可靠的連接等。

（ 3） 網(wǎng)絡(luò)層： ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee 聯(lián)盟自行定義，負(fù)責(zé)為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供建立、加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

（ 4） 應(yīng)用層： 由用戶根據(jù)需要來(lái)自行開(kāi)發(fā)，概括來(lái)說(shuō)，應(yīng)用層要實(shí)現(xiàn)的功能為： 維持節(jié)點(diǎn)功能，發(fā)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)附近的其他工作節(jié)點(diǎn)，維護(hù)和管理多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。

3 ZigBee 基層網(wǎng)絡(luò)硬件

3. 1 ZigBee 數(shù)傳模塊介紹

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