【正文】 視、模擬手機(jī)象數(shù)字手機(jī)的逐步轉(zhuǎn)變一樣，智能家居平臺(tái)也正在經(jīng)歷著一場(chǎng)由模擬到數(shù)字的變革?，F(xiàn)在是數(shù)字化的時(shí)代，數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)所傳輸?shù)男畔⒘恳蠛芏?，而且不象模擬信號(hào)那樣因?yàn)樾盘?hào)容易受到干擾或者衰減而導(dǎo)致信號(hào)缺失。數(shù)字化技術(shù)正在日益廣泛的應(yīng)用到智能家居的系統(tǒng)中來(lái)，同時(shí)通訊連接方式也逐步走向多網(wǎng)合一，家庭、小區(qū)局域網(wǎng) 、 Inter、手機(jī)網(wǎng)、電話網(wǎng)等互聯(lián)互通，擴(kuò)大了家庭智能化的應(yīng)用空間。 (3) 無(wú)線聯(lián)網(wǎng)方式將成為主流 從有線走向無(wú)線無(wú)線傳輸?shù)氖⑿惺腔谌藗儗?duì)于靈活、便攜、無(wú)所不在的訴求。無(wú)線傳輸特點(diǎn)就是靈活，移動(dòng)性和可擴(kuò)展性是有線傳輸方式所無(wú)法具備的。 目前有線的智能家居技術(shù)主要有二種 （ 1）總線制方案：代表廠商有 ABB、奇勝、 APBUS、易居、北京伯泰克等。該方案的技術(shù)特點(diǎn)是強(qiáng)電和弱電分離，通過(guò)預(yù)布的信號(hào)總線來(lái)傳輸控制信號(hào)。缺點(diǎn)是需要預(yù)布控制線、需要的輔助設(shè)備比較多，難安裝、難調(diào)試，難維護(hù)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后往往 會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)采用強(qiáng)弱電分離的機(jī)制，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性很強(qiáng)?？刂菩盘?hào)通過(guò)專(zhuān)門(mén)的控制線傳輸，不易受到干擾，比較可靠。比較可靠。 （ 2）電力載波方案：代表廠商有 X瑞朗、索伯等。該方案起源于歐美的 70年代，在歐美比較通行。它通常具有一個(gè)或多個(gè)直接接入強(qiáng)電的無(wú)線接入點(diǎn)，通過(guò)交流強(qiáng)電作為載波傳輸控制信號(hào)。缺點(diǎn)是控制信號(hào)直接在強(qiáng)電網(wǎng)上傳輸，不穩(wěn)定極易受外界干擾，在應(yīng)用中表現(xiàn)出很大的地區(qū)差異性，特別是中國(guó)目前的電網(wǎng)干擾比較大，而且中國(guó)目前眾多的家電廠家生產(chǎn)的家電不具規(guī)范性更加增加該方案的不 穩(wěn)定性。優(yōu)點(diǎn)是布線相對(duì)簡(jiǎn)單。 隨著無(wú)線技術(shù)的日益發(fā)展尤其是 Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的普及，相信會(huì)有更多廠家采用無(wú)線的方案，隨著智能家居的概念日益深入人心，廣大的普通消費(fèi)者也存在著同樣的消費(fèi)需求，所以智能模塊必須變的安裝、維護(hù)、使用都簡(jiǎn)單并且不再依賴(lài)于智能家居的中心系統(tǒng)而自成系統(tǒng)。目 第 頁(yè) 6 前國(guó)外的許多智能家居產(chǎn)品都被拆分成很純粹的模塊擺在超市中銷(xiāo)售，這一趨勢(shì)的出現(xiàn)將徹底做大智能家居的市場(chǎng)并引起一場(chǎng)革命，無(wú)線 Zigbee網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)安裝方便、布置靈活，標(biāo)準(zhǔn)通用，恰是迎合了家居智能化的這一發(fā)展趨勢(shì)。 無(wú)線 zigbee 智能 家居產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)前景 隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 , 必將大大促進(jìn)家庭網(wǎng)絡(luò)智能化的進(jìn)程。 而 家庭網(wǎng)絡(luò)通訊 具有以下 特點(diǎn) ：（ 1） 傳輸數(shù)據(jù)量小 ， 無(wú)需太大的傳輸速度 ；（ 2） 網(wǎng)絡(luò)的容量要大 ， 家庭中的各種設(shè)備多 ；（ 3） 信息的實(shí)時(shí)性要好 , 時(shí)延要短。 ZigBee的技術(shù) 優(yōu)勢(shì) 決定了其能很好的滿足家庭網(wǎng)絡(luò)的上述需求。 在智能家居系統(tǒng)中 , 將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。這不僅僅是因?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性 , 省去花在綜合布線上的費(fèi)用和精力 , 而且更因?yàn)樗霞彝ゾW(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)。 2021年 8月 ， ZigBee聯(lián)盟成立 ， 迄今已吸引了上百家芯片公司 、 無(wú)線設(shè)備公司及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商 ，同時(shí) 由于 ZigBee 巨大的市場(chǎng)潛力 , 越來(lái)越多的廠商 為最終實(shí)現(xiàn)家居智能化 提供 ZigBee解決方案 ，而更多的國(guó)內(nèi)建筑業(yè)、房地產(chǎn)、數(shù)字家電與 IT設(shè)備制造商如萬(wàn)科、海爾、聯(lián)想集團(tuán)等對(duì)此也表現(xiàn)出濃厚的興趣，預(yù)計(jì)在未來(lái)的十年內(nèi)，國(guó)內(nèi)與此相關(guān)的產(chǎn)品市場(chǎng)份額 達(dá) 1200億之巨 。 三、項(xiàng)目介紹 項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容 鑒于 Zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在智能家居方面的顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，全球許多 Zigbee 廠家和智能家居集成商都在積極謀劃或緊密跟 蹤 Zigbee 在家庭智能化方面的應(yīng)用。深圳大學(xué)和深圳市無(wú)線谷科技有限公司多年來(lái)一直在瞄準(zhǔn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)和相關(guān)的市場(chǎng)需求，決定結(jié)合 Zigbee 技術(shù)先進(jìn)性、獨(dú)特性和家庭智能化市場(chǎng)的巨大前景，在剛剛頒布的最新 Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下，率先研發(fā) Zigbee 技術(shù)在智能家居市場(chǎng)的應(yīng)用平臺(tái)和應(yīng)用產(chǎn)品，搶占無(wú)線智能家居產(chǎn)業(yè)的先機(jī)。 目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有基于最新 Zigbee 規(guī)范的完整智能家居產(chǎn)品面世。 項(xiàng)目的主要內(nèi)容是在 2021 年 4 月份剛剛頒布的最新 Zigbee 2021（ R13）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)一套具有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的針對(duì)家庭自動(dòng)化（ Home Automation）應(yīng)用框架的 Zigbee應(yīng)用模式協(xié)議棧（ Zigbee Stack Profile— HA Stack） , 構(gòu)成一個(gè)通用的無(wú)線家居智能化平臺(tái) 第 頁(yè) 7 系統(tǒng)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出一套完整的、高性?xún)r(jià)比的、實(shí)用化的無(wú)線家庭智能化應(yīng)用產(chǎn)品。 （ 1） Zigbee 應(yīng)用模式協(xié)議棧（ Zigbee Stack Profile— HA Stack） 在 Zigbee 聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)上，構(gòu)建我們自己的 Zigbee 家庭智能化應(yīng)用模式協(xié)議棧的工作重點(diǎn)是在 Zigbee 公共框架內(nèi)設(shè)計(jì)和創(chuàng)建針對(duì)性應(yīng)用的專(zhuān)有協(xié)議框架。 短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)或無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是組成無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)。國(guó)際性的行業(yè)聯(lián)盟 ZigBee 制訂了標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 ZigBee 聯(lián)盟先后公布了無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，目前已由最初的 2021 版本上升到 2021 版本。 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用給出了清楚的定義和限制， 從現(xiàn)在開(kāi)始， ZigBee 聯(lián)盟將在每年公布技術(shù)規(guī)格，目前最新公布的版本叫 ZigBee 2021，你可以期待新的更新和升級(jí)版本將在每年發(fā)布，如 Zigbee 2021 和2021 等。 Zigbee 2021 向后兼容 Zigbee 2021/2021 指令集。 .我們要做的就是在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一套針對(duì)家庭自動(dòng)化（ Home Automation）應(yīng)用框架的 Zigbee 應(yīng)用模式協(xié)議棧（ Zigbee Stack Profile— HA Stack）。 圖 2 ZigBee 協(xié)議棧組件結(jié)構(gòu)圖 ZigBee堆棧是在 IEEE ，定義了協(xié)議的 MAC和 PHY層。 ZigBee設(shè)備應(yīng)該包括 (該標(biāo)準(zhǔn)定義了 RF 射頻以及與相鄰設(shè)備之間的通信 )的 PHY 和MAC 層，以及 ZigBee 堆棧層：網(wǎng)絡(luò)層 (NWK)、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。圖 2 給出了這些組件的概況。 第 頁(yè) 8 每個(gè) ZigBee 設(shè)備都與一個(gè)特定模板有關(guān)，可能是公共模 板或私有模板。這些模板定義了設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境、設(shè)備類(lèi)型以及用于設(shè)備間通信的簇。公共模板可以確保不同供應(yīng)商的設(shè)備在相同應(yīng)用領(lǐng)域中的互操作性。設(shè)備是由模板定義的，并以應(yīng)用對(duì)象 (Application Objects)的形式實(shí)現(xiàn) (見(jiàn)圖 2)。每個(gè)應(yīng)用對(duì)象通過(guò)一個(gè)端點(diǎn)連接到 ZigBee 堆棧的余下部分，它們都是可尋址的組件。 從應(yīng)用角度看，通信的本質(zhì)就是端點(diǎn)到端點(diǎn)的連接 (例如，一個(gè)帶開(kāi)關(guān)組件的設(shè)備與帶一個(gè)或多個(gè)燈組件的遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行通信，目的是將這些燈點(diǎn)亮 )。 端點(diǎn)之間的通信是通過(guò)稱(chēng)之為簇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。這些簇是應(yīng)用對(duì)象 之間共享信息所需的全部屬性的容器，在特殊應(yīng)用中使用的簇在模板中有定義。 我們要根據(jù)智能家居各個(gè)組成部分的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)開(kāi)發(fā)家庭智能化 終端設(shè)備 所相對(duì)應(yīng)的各種 專(zhuān)用 (定制 )模板。 ZigBee 聯(lián)盟 已經(jīng) 研發(fā)出通用設(shè)置的公共 模板 —— 可配置參數(shù)表 ，并且在 家庭控制協(xié)議棧框架 內(nèi) 就定義了 燈光控制的 簇 ID接口 。 我們?cè)谠O(shè)計(jì)和創(chuàng)建這些協(xié)議棧模板時(shí)要考慮有些無(wú)線家居終端設(shè)備如家電控制、集中遙控、安防等等需要 設(shè)置他們的協(xié)議棧參數(shù)以匹配公共 模板 所規(guī)定的參數(shù)值，從而確保與采用同一框架的其它解決方案的互操作性。 有些應(yīng)用如家居環(huán)境監(jiān)控，我們可以設(shè) 計(jì) 專(zhuān)用 模板 來(lái)自由修改協(xié)議棧參數(shù) ，這樣可以提高相關(guān)產(chǎn)品的性能，簡(jiǎn)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)。 同時(shí)，還要根據(jù)設(shè)備的不同類(lèi)型和具體應(yīng)用考慮在模板中定義采用何種網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，這些安全機(jī)制由 Zigbee 安全服務(wù)層實(shí)現(xiàn)。 （ 2） Zigbee 無(wú)線家庭智能化平臺(tái)架構(gòu) 家電 家電 家電 遙控器 無(wú)線網(wǎng)關(guān)控制器 安防 環(huán)境監(jiān)控 控制模塊 其他網(wǎng)絡(luò)接口 圖 3 Zigbee 無(wú)線 家庭 智能化 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖 第 頁(yè) 9 圖 3 所示為 Zigbee 無(wú)線 家庭 智能化 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。無(wú)線 智能 網(wǎng)關(guān) 控制器 是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的核心， 它有兩方面的功能：控制管理和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)關(guān)。 在 Zigbee 無(wú)線 家庭 智能化 平臺(tái)，通用遙控器不僅可以控制各種家用電器以及各種 監(jiān)測(cè)控制單元的運(yùn)行狀態(tài)，還可以對(duì)各種受控設(shè)備進(jìn)行設(shè)備添加、刪除、參數(shù)設(shè)置等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)控制。 在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，各種網(wǎng)絡(luò)家電設(shè)備，例如電視、冰箱、空調(diào)、熱水器 、燈光 等 , 形成了一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)。這些設(shè)備可以接受無(wú)線網(wǎng)關(guān)或通用遙控器的控制，也可以把自身的工作狀態(tài)、甚至故障告警信息上傳到無(wú)線網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或電話網(wǎng)告知相關(guān)人員。安防監(jiān)控子網(wǎng)用來(lái)對(duì)家庭的門(mén)、窗等監(jiān)測(cè)和控制。一旦有人非法入侵，安防單元就會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)把安防告警信息傳遞給相關(guān)人員或部門(mén)。圖像采集裝置可以記錄非法入 侵人員的資料。居室環(huán)境監(jiān)控子網(wǎng)對(duì)家庭內(nèi)的各種有害氣體、火災(zāi)等進(jìn)行監(jiān)視和控制。 同時(shí)，系統(tǒng)采用 模糊智能控制技術(shù)， 可以預(yù)先設(shè)置多種現(xiàn)場(chǎng)異常情況監(jiān)控， 一旦預(yù)測(cè)到有災(zāi)情發(fā)生，會(huì)立即進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制。例如，啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備減小有害氣體濃度，啟動(dòng)滅火裝置消除隱患 ，自動(dòng)報(bào)警等 。燈光控制子網(wǎng)可以提供舒適的光源和有效的節(jié)能措施，方便用戶(hù)的生活和工作。 根據(jù)家庭房屋的結(jié)構(gòu)、大小和其他應(yīng)用場(chǎng)合的差異， Zigbee 無(wú)線 家庭 智能化網(wǎng)絡(luò)可以選擇星型、樹(shù)型和網(wǎng)格狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 星型 網(wǎng)格狀 樹(shù)狀 無(wú)線網(wǎng)關(guān)控制器節(jié)點(diǎn)模塊，控制器是由 32位 ARM系統(tǒng)構(gòu)成。 帶路由功能的節(jié)點(diǎn)控制模塊，做路由通訊轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)可以控制設(shè)備、采集數(shù)據(jù)。 普通功能的節(jié)點(diǎn)控制模塊，只能監(jiān)控 設(shè)備、采集數(shù)據(jù) 。 第 頁(yè) 10 （ 3）無(wú)線網(wǎng)關(guān)控制