世界上第一幢智能建筑1984 年在美國出現(xiàn)后，家居環(huán)境智能化已成為當前的社會主流，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)絡是指在家庭內(nèi)部通過一定的傳輸介質(zhì)（ 如電力線、雙絞線、同軸電纜、無線電、紅外等） 將各種電氣設備和電氣子系統(tǒng)連接起來，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，對內(nèi)實現(xiàn)資源控制，對外能通過網(wǎng)關(guān)設備與外部互連進行信息交換的網(wǎng)絡系統(tǒng)。文中提出了通過ZigBee 無線組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能家居系統(tǒng)底層網(wǎng)絡的方案。目的在于使智能家居系統(tǒng)的底層網(wǎng)絡構(gòu)建變得簡單快速，進而使整個智能家居系統(tǒng)具備快速部署和易擴展的特性。

1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)概述

文中設計的智能家居系統(tǒng)基層網(wǎng)絡采用ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)家居系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡，基礎(chǔ)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用星型拓撲結(jié)構(gòu)。通過ZigBee 無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)絡的終端設備； 使用FFD（ Full Function Device） 設備為家居內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡的中心協(xié)調(diào)器，負責建立和維護網(wǎng)絡； 在中心協(xié)調(diào)器與中央控制服務器之間使用RS232 串口通信實現(xiàn)連接，并通過PC 機與互聯(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，家居內(nèi)部ZigBee 無線網(wǎng)絡可以實現(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） 對于終端設備上傳的簡單情況做初步的預處理。（ 3） 匯總基礎(chǔ)網(wǎng)絡信息，通過RS232 串口通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到中央控制服務器。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 ZigBee 技術(shù)

ZigBee 是基于IEEE802. 15. 4 標準制定的一種短距離、低功耗的無線個人網(wǎng)絡通信協(xié)議，具有近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的特點。

ZigBee 協(xié)議棧是以OSI（Open Systems Interconnection）七層結(jié)構(gòu)為參考建立起來的，為簡化協(xié)議棧，ZigBee 協(xié)議棧由4 個層結(jié)構(gòu)組成，即物理層、MAC 層、網(wǎng)絡層和應用層，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： 主要功能是啟動和關(guān)閉無線電收發(fā)機、當前頻道內(nèi)的能量監(jiān)測、接收包連接質(zhì)量指示、為CSMA - CA 確認清除頻道、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 層負責維護物理無線電頻道的接口，任務包括： 對于協(xié)調(diào)器要負責產(chǎn)生網(wǎng)絡信標、對網(wǎng)絡信標進行同步、維護個人局域網(wǎng)的加入和離開、維護設備安全、利用CSMA - CA 機制進行頻道管理、處理與維護GTS 機制、在MAC 實體內(nèi)部保證可靠的連接等。

（ 3） 網(wǎng)絡層： ZigBee 網(wǎng)絡層由ZigBee 聯(lián)盟自行定義，負責為無線網(wǎng)絡提供建立、加入和離開網(wǎng)絡，進行路由轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

（ 4） 應用層： 由用戶根據(jù)需要來自行開發(fā)，概括來說，應用層要實現(xiàn)的功能為： 維持節(jié)點功能，發(fā)現(xiàn)該節(jié)點附近的其他工作節(jié)點，維護和管理多個節(jié)點之間的通信。

3 ZigBee 基層網(wǎng)絡硬件

3. 1 ZigBee 數(shù)傳模塊介紹

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