【正文】 的工具，提供全方位的信息交互功能。物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感器應用對家庭的智能防災，燈光控制，以及家電聯(lián)網(wǎng)都提供了一種很好的解決辦法。而且使用GPRS通信模塊，可以將家庭中的突發(fā)事件信息告知戶主，并且進行智能報警。這樣就極大降低了家庭意外災難的損失[3]。 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀智能家居是利用微處理電子技術，來集成或控制家中的電子電器產品或系統(tǒng)。家庭網(wǎng)絡是在家庭范圍內（可擴展至鄰居、小區(qū)）將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術。網(wǎng)絡家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術和智能控制技術設計改進的新型家電產品。網(wǎng)絡家電是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產品。物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)在處于起步階段，由于智能家居受產品生產廠家的限制，在短時間內還沒有統(tǒng)一的標準協(xié)議，所以一般都是一個廠家單獨做系統(tǒng)研發(fā)的。智能家居產品大規(guī)模批量化生產還需要時間加之協(xié)議不統(tǒng)一，隨之帶來的就是產品成本相對較高。國內從事智能家居行業(yè)的生產廠家魚龍混雜，良莠不齊，有獨立從事智能家居系統(tǒng)的生產企業(yè)，有家電行業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)，有安防企業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)的，還有運營商也參與到智能家居行業(yè)的，各自的出發(fā)點不同，所以生產出的產品也就各不相同產品質量參差不齊，影響了消費者對智能家居產品的信任；再者智能家居行業(yè)的售后服務水平較低，智能家居系統(tǒng)相對比較復雜，系統(tǒng)之間的關聯(lián)性較大，出問題的幾率相對較高，這時候如果售后服務不能到位的話則會嚴重影響客戶對智能家居產品的滿意度。這些問題嚴重制約了智能家居行業(yè)的發(fā)展。所以目前在中國只有少部分用于試點研究安裝，真正用于生活的還不多見。 論文的結構論文的結構主要分四個部分：1. 緒論。主要介紹物聯(lián)網(wǎng)智能家居的背景、意義、現(xiàn)狀。2. 系統(tǒng)開發(fā)工具。主要介紹系統(tǒng)設計需要的技術工具。3. 需求分析。主要介紹系統(tǒng)功能需求性。4. 系統(tǒng)設計。主要介紹系統(tǒng)各個部分設計。2 系統(tǒng)開發(fā)工具該部分主要介紹系統(tǒng)所采用的技術及開發(fā)工具，涉及,采用的架構ZigBee技術的模塊、無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）、GPRS通信模塊等。 ZigBee技術無線傳感器技術是目前無線通信領域內研究的一個熱點技術，它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。所謂傳感器網(wǎng)絡是由大量部署在一定區(qū)域內的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點通過自組織方式構成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務的分布式智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點間距離很短，一般采用多跳(multihop)的無線通信方式通信。傳感器網(wǎng)絡可以在獨立的環(huán)境下運行，也可以通過網(wǎng)關連接到互聯(lián)網(wǎng)，使用戶遠程訪問[4]。ZigBee技術譯為紫蜂技術，是一個有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的新型傳感器網(wǎng)絡， (ZigBee) 技術標準在標準化方面，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標準，高層應用、測試和市場推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負責。其結構簡單、低功耗、低速率、低成本和可靠性高的雙向無線網(wǎng)絡通信技術，主要適合于自動控制領域， 可以嵌入各種設備中， 同時支持地理定位功能。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應用層、 應用會聚層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。其協(xié)議如圖21所示： 應用層匯聚層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層LLCMAC物理層圖21 ／915MHz物理層，它們都基于DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列擴頻)技術，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率。， 有助于ZigBee設備的推廣和生產成本的降低，該頻段的物理層使用了16個信道、250kb/s的傳輸速率。 數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質訪問控制子層(MAC)。LLC子層功能包括傳輸可靠性保障、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸；MAC層通過SSCS ( Service — Specific Convergence Sub layer，業(yè)務相關的會聚子層) 協(xié)議能支持多種LLC標準，其功能包括設備間無線鏈路的建立、維護和拆除、確認模式的幀傳送與接收、信道接入控制、幀校驗、預留時隙管理和廣播信息管理。 網(wǎng)絡層采用基于ad hoc技術的網(wǎng)絡協(xié)議， 功能包括拓撲管理、 MAC管理、 路由管理和安全管理根據(jù)節(jié)點的不同角色，可分為全功能設備 (Full Function Device；FFD)與精簡功能設備(Reduced Function Device；RFD)。前者具備控制器(Controller)的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換；后者電路較為簡單且存儲體容量較小，只能傳送數(shù)據(jù)給FFD或從FFD接收數(shù)據(jù)。應用匯聚層負責把不同的應用映射到ZigBee網(wǎng)絡層上，包括安全與鑒權、多個業(yè)務數(shù)據(jù)流的匯聚、設備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務發(fā)現(xiàn)。 應用層定義了各種類型的應用業(yè)務是協(xié)議棧的最上層用戶。 ZgBee特點無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)由大量的節(jié)點根據(jù)自組織網(wǎng)絡的方式構成，一般節(jié)點通過各種方式大量部署在被感知對象內部或者附近。這些節(jié)點通過無線自組織傳輸網(wǎng)絡，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中的信息，可以實現(xiàn)對任意地點的信息在任意時間的采集、處理和分析[5]。無線傳感器網(wǎng)絡結構如圖22所示(虛線表示無線鏈路，實線表示有線鏈路)。圖22 無線傳感器網(wǎng)絡結構1. 無中心。WSN 沒有嚴格的控制中心，所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行，具有很強的抗毀性。2. 自組織。網(wǎng)絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網(wǎng)絡設施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調各自的行為,節(jié)點開機后就可以快速、 自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡。3. 動態(tài)拓撲。WSN 是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其它故障，退出網(wǎng)絡運行，也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡中。ZigBee會根據(jù)網(wǎng)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡應該具有動態(tài)拓撲組織功能。4. 節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點數(shù)量大、分布范圍廣。這樣的無線傳感器網(wǎng)絡具備一定的軟、硬件健壯性和容錯性。 ZigBee技術的優(yōu)勢1. 低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作624個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。2. 低成本。通過大幅簡化協(xié)議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。3. 低速率。ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。4. 近距離。傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到13km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。5. 短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms，進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需要310s、WiFi需要3s。6. 高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。7. 高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。8. 免執(zhí)照頻段。(全球) (ISM)頻段。ZigBee的這些特點使之最適合作為傳感器網(wǎng)絡的標準。 無線傳感器網(wǎng)絡 無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network, 簡稱WSN）就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素。 隨著微機電系統(tǒng)(MicroElectroMechanism System,簡稱MEMS)、片上系統(tǒng)（SOC， System on Chip）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展,孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡[6]。 很多人都認為，這項技術的重要性可與因特網(wǎng)相媲美：正如因特網(wǎng)使得計算機能夠訪問各種數(shù)字信息而可以不管其保存在什么地方，傳感器網(wǎng)絡將能擴展人們與現(xiàn)實世界進行遠程交互的能力。它甚至被人稱為一種全新類型的計算機系統(tǒng)，這就是因為它區(qū)別于過去硬件的可到處散布的特點以及集體分析能力。然而從很多方面來說，現(xiàn)在的無線傳感器網(wǎng)絡就如同遠在 1970 年的因特網(wǎng)，那時因特網(wǎng)僅僅連接了不到 200所大學和軍事實驗室，并且研究者還在試驗各種通訊協(xié)議和尋址方案。而現(xiàn)在，大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡只連接了不到 100個節(jié)點，更多的節(jié)點以及通訊線路會使其變得十分復雜難纏而無法正常工作。另外一個原因是單個傳感器節(jié)點的價格目前還并不低廉，而且電池壽命在最好的情況下也只能維持幾個月。不過這些問題并不是不可逾越的，一些無線傳感器網(wǎng)絡的產品已經(jīng)上市，并且具備引人入勝的功能的新產品也會在幾年之內出現(xiàn)。 無線傳感器網(wǎng)絡所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象?；贛EMS的微傳感技術和無線聯(lián)網(wǎng)技術為無線傳感器網(wǎng)絡賦予了廣闊的應用前景。這些潛在的應用領域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領域。 GPRS通信模塊GPRS是通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS可以說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。GPRS經(jīng)常被描述成“”，也就是說這項技術位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。而且，因為不再需要現(xiàn)行無線應用所需要的中介轉換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。如此，使用者既可聯(lián)機上網(wǎng)，參加視訊會議等互動傳播，而且在同一個視訊網(wǎng)絡上（VRN）的使用者，甚至可以無需通過撥號上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡連接。GPRS分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個包的前面有一個分組頭（其中的地址標志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預先分配信道，建立連接。而是在每一個數(shù)據(jù)包到達時，根據(jù)數(shù)據(jù)報頭中的信息（如目的地址），臨時尋找一個可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關系，信道資源可以看作是由