基于ZigBee的无线智能家庭网关控制技术研究

1、基于zigbee的无线智能家庭网关控制技术研究随着网络技术和现代通信技术的进展，家庭网络化已经成为家庭现代化的趋势。家庭网络可视为一种分布式网络，通过无线家庭网关实现对一般家电终端的远程控制是将来的进展趋势，冈此无线家庭网关是囫囵家庭网络的核心，它主要实现网络接入、远程控制以及无线衔接家庭内部异构子网等功能。其中无线网关控制技术是一个需要解决的关键问题。目前无线控制技术主要有irda、无线、z-wave。在以上技术中，irda技术最具有成本优势且协议容易，但传输方向单一，不能组网。wirelessusb的成本较高，主要用于传输高速多媒体数据，不适合智能家庭的控制应用。蓝牙技术主要用于传输语音，

2、假如将其应用在智能家庭网关控制，将带来传输距离受限和控制协议复杂等问题。z-wave是从zigbee标准中精简而来，但该技术目前尚不支持全球通用的24 ghz频段。zigbee技术在传输距离、牢靠性以及组网能力方面都极具优势，本文利用zigbee技术对智能无线家庭网关控制技术举行讨论。1 无线智能家庭网关控制技术的结构设计11 家庭网关组网技术的挑选zigbee技术是一种新兴的远距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。zigbee技术的低数据速率特点，适合于承载数据流量较小和qos的要求不高的业务，因此，zigbee技术是最适合智能家居系统的组网技术。对于智能家居系统来说

3、，该网络自身是一个动态系统，不断与外界环境互相影响，网络中传输的数据量不大，网络节点多，要求低功耗，因此家庭无线网关利用zigbee技术，其拓扑结构采纳星型结构组网。12 家庭网关的无线组网设计基于zigbee技术的家庭网关系统结构框图1所示，家庭网关和若干个无线通信zigbee节点模块组成星形结构的家庭传输网络。家庭网关是网络协调器，它主导网络的建立，监督网络的正常运行，配置存储空间，实现网络初始化、数据采集、设备控制等功能。另外，它配置16位本地地址给设备以节约带宽。其他的无线通信zigbee模块只能与家庭网关之间举行通信，实现状态采集、查询响应、设备控制等。智能家庭网关是一个智能的网络系

4、统，包括硬件和软件两部分。13 智能家庭网关硬件结构设计计划硬件部分需要提供多种多样的网络接口类型与控制接口，主要由主控制器、gprs模块和zigbee通信模块3部分组成，其结构框图2所示。主控制器cpu控制各式各样的接口，包括以太网接口、usb接口、adsl接口、wlan接口等。主控制器采纳三星公司的9微处理器s3c24-10x，它具有外围扩展功能模块，能够实现高速处理。gprs模块采纳siemens公司的tc35终端，通过串口与cpu相连，实现与internet。的衔接。zigbee射频收发模块采纳chipcon as公司的cc2420芯片控制家庭网内具备zigbee标准接口的家用电器。在

5、家电控制器上加载zigbee无线通信模块成为家庭分布式网络的终端设备。2 无线智能家庭网关控制技术的实现在选定了家庭网关的硬件平台后，家庭网关便有了自己的物理载体，但仅仅是硬件部分，并不能实现家庭网关所应具有的功能，还需要有建立在硬件平台之上的软件控制系统。21 智能家庭网关系统的选用家庭网关采纳嵌入式操作系统举行开发，包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面等。操作系统主要实现以下功能：建立交错编译环境。引导装载程序(bootloader)，能实现系统的迅速引导，提供眨眼开机功能；负责将linux内核加载到内存，并将控制权交给内核初始化程序。linux内核(k

6、ernel)的移植与裁减。linux内核采纳模块化的组织结构，通过增减内核模块的方式来增减系统的功能，正确合理地设置内核的功能模块，只编译系统所需功能的代码，以获得更高的运行速度。装载文件系统(file system)。嵌入式系统普通不具备硬盘等大容量存储体，而用flash为主存储器，其文件系统也具有特别性。开发图形用户界面(gui)。挑选上层应用程序(applieation)。22 智能家庭网关软件结构的设计智能家庭网关采纳分层软件设计结构，3所示。在囫囵软件框架中，位于底层的是各类硬件驱动程序，通过嵌人式linux操作系统实现底层硬件设备的驱动与管理。嵌入式linux操作系统之上是针对设计

7、需要而移植的tcpip协议与zigbee通信协议。协议层之上为应用程序层，其中包括web、cgi程序与嵌入式用户图形系统qt和一些其他的嵌入式应用程序。其中嵌入式web服务器，提供了全中文的web管理界面，用于家庭网关的远程拜访和管理，qt是基于本地的一个强大的图形界面系统，实现在家庭内部通过zigbee对家电终端的拜访和控制。23 zigbee通信控制的实现(1)智能家庭网关与终端设备通信衔接的建立在家庭网关硬件平台的zigbee适配器与终端设备之间建立的无线通信衔接，是基于无线替代有线而建立的无线信道衔接，它与实际的串行衔接并没有太大的差别。这样，在linux下利用从前移植的zigbee工

8、具包，完成家庭网关硬件平台上无线适配器与终端设备之间的配对与衔接后，就可以以操作设备文件的方式对这条无线信道的串行衔接举行操作，在本地实现对终端设备的通信和控制。主要包括两个方面的内容：一个是网关发送的控制命令要通过zigbee发送到终端设备，另一个是终端设备反馈给家庭网关的状态数据也要通过zigbee的方式发送给家庭网关。通信过程的结构框图4所示。根据需求编写相应通信控制程序、编译并下载到目标系统。这些程序要遵循通信协议。(2)通信衔接过程的部分实现代码建立zigbee网关和终端设备之间的通信衔接的代码：家庭网关通过zigbee发送给终端设备的控制命令：终端设备对智能家庭网关的反馈：zigbee网关和终端设备之间通信衔接的关闭：3 总结本文利用zigbe