基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)研究

摘要：設計一種新型的基于ZigBee技術(shù)的智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)控制系統，以S3C2410為平臺，采用Linux操作系統，實(shí)現智能家庭網(wǎng)關(guān)與終端設備的無(wú)線(xiàn)連接；重點(diǎn)研究了該系統的組成、系統的軟硬件設計，以及利用ZigBee技術(shù)實(shí)現對終端設備的控制。
關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)關(guān)；無(wú)線(xiàn)；ZigBee；Linux操作系統

引言
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現代通信技術(shù)的發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò )化已經(jīng)成為家庭現代化的趨勢。家庭網(wǎng)絡(luò )可視為一種分布式網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)無(wú)線(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現對普通家電終端的遠程控制是未來(lái)的發(fā)展趨勢，岡此無(wú)線(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)是整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò )的核心，它主要實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接入、遠程控制以及無(wú)線(xiàn)連接家庭內部異構子網(wǎng)等功能。其中無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
目前無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)主要有IrDA、ZigBee、無(wú)線(xiàn)USB、藍牙、Z-Wave。在以上技術(shù)中，IrDA技術(shù)最具有成本優(yōu)勢且協(xié)議簡(jiǎn)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據，不適合智能家庭的控制應用。藍牙技術(shù)主要用于傳輸語(yǔ)音，如果將其應用在智能家庭網(wǎng)關(guān)控制，將帶來(lái)傳輸距離受限和控制協(xié)議復雜等問(wèn)題。Z-Wave是從ZigBee標準中精簡(jiǎn)而來(lái)，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，本文利用ZigBee技術(shù)對智能無(wú)線(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)進(jìn)行研究。

1 無(wú)線(xiàn)智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的結構設計
1．1 家庭網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)技術(shù)的選擇
ZigBee技術(shù)是一種新興的遠距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)的低數據速率特點(diǎn)，適合于承載數據流量較小和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的組網(wǎng)技術(shù)。對于智能家居系統來(lái)說(shuō)，該網(wǎng)絡(luò )自身是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統，不斷與外界環(huán)境相互影響，網(wǎng)絡(luò )中傳輸的數據量不大，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)多，要求低功耗，因此家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)利用ZigBee技術(shù)，其拓撲結構采用星型結構組網(wǎng)。
1．2 家庭網(wǎng)關(guān)的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)設計
基于ZigBee技術(shù)的家庭網(wǎng)關(guān)系統結構框圖如圖1所示，家庭網(wǎng)關(guān)和若干個(gè)無(wú)線(xiàn)通信ZigBee節點(diǎn)模塊組成星形結構的家庭傳輸網(wǎng)絡(luò )。家庭網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器，它主導網(wǎng)絡(luò )的建立，監督網(wǎng)絡(luò )的正常運行，配置存儲空間，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )初始化、數據采集、設備控制等功能。另外，它配置16位本地地址給設備以節省帶寬。其他的無(wú)線(xiàn)通信ZigBee模塊只能與家庭網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行通信，實(shí)現狀態(tài)采集、查詢(xún)響應、設備控制等。智能家庭網(wǎng)關(guān)是一個(gè)智能的嵌入式網(wǎng)絡(luò )系統，包括硬件和軟件兩部分。

1．3 智能家庭網(wǎng)關(guān)硬件結構設計方案
硬件部分需要提供多種多樣的網(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)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，其結構框圖如圖2所示。