【正文】 視、模擬手機象數(shù)字手機的逐步轉(zhuǎn)變一樣，智能家居平臺也正在經(jīng)歷著一場由模擬到數(shù)字的變革?，F(xiàn)在是數(shù)字化的時代，數(shù)字信號比模擬信號所傳輸?shù)男畔⒘恳蠛芏?，而且不象模擬信號那樣因為信號容易受到干擾或者衰減而導致信號缺失。數(shù)字化技術正在日益廣泛的應用到智能家居的系統(tǒng)中來，同時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、手機網(wǎng)、電話網(wǎng)等互聯(lián)互通，擴大了家庭智能化的應用空間。 (3) 無線聯(lián)網(wǎng)方式將成為主流 從有線走向無線無線傳輸?shù)氖⑿惺腔谌藗儗τ陟`活、便攜、無所不在的訴求。無線傳輸特點就是靈活，移動性和可擴展性是有線傳輸方式所無法具備的。 目前有線的智能家居技術主要有二種 （ 1）總線制方案：代表廠商有 ABB、奇勝、 APBUS、易居、北京伯泰克等。該方案的技術特點是強電和弱電分離，通過預布的信號總線來傳輸控制信號。缺點是需要預布控制線、需要的輔助設備比較多，難安裝、難調(diào)試，難維護，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后往往 會導致整個系統(tǒng)癱瘓。優(yōu)點是系統(tǒng)采用強弱電分離的機制，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，對負載的適應性很強?？刂菩盘柾ㄟ^專門的控制線傳輸，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。它通常具有一個或多個直接接入強電的無線接入點，通過交流強電作為載波傳輸控制信號。缺點是控制信號直接在強電網(wǎng)上傳輸，不穩(wěn)定極易受外界干擾，在應用中表現(xiàn)出很大的地區(qū)差異性，特別是中國目前的電網(wǎng)干擾比較大，而且中國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)點是布線相對簡單。 隨著無線技術的日益發(fā)展尤其是 Zigbee標準的普及，相信會有更多廠家采用無線的方案，隨著智能家居的概念日益深入人心，廣大的普通消費者也存在著同樣的消費需求，所以智能模塊必須變的安裝、維護、使用都簡單并且不再依賴于智能家居的中心系統(tǒng)而自成系統(tǒng)。目 第 頁 6 前國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售，這一趨勢的出現(xiàn)將徹底做大智能家居的市場并引起一場革命，無線 Zigbee網(wǎng)絡智能家居系統(tǒng)安裝方便、布置靈活，標準通用，恰是迎合了家居智能化的這一發(fā)展趨勢。 無線 zigbee 智能 家居產(chǎn)品的巨大市場前景 隨著無線網(wǎng)絡技術的進一步發(fā)展 , 必將大大促進家庭網(wǎng)絡智能化的進程。 而 家庭網(wǎng)絡通訊 具有以下 特點 ：（ 1） 傳輸數(shù)據(jù)量小 ， 無需太大的傳輸速度 ；（ 2） 網(wǎng)絡的容量要大 ， 家庭中的各種設備多 ；（ 3） 信息的實時性要好 , 時延要短。 ZigBee的技術 優(yōu)勢 決定了其能很好的滿足家庭網(wǎng)絡的上述需求。 在智能家居系統(tǒng)中 , 將無線網(wǎng)絡技術應用于家庭網(wǎng)絡已成為勢不可擋的趨勢。這不僅僅是因為無線網(wǎng)絡可以提供更大的靈活性、流動性 , 省去花在綜合布線上的費用和精力 , 而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡的通訊特點。 2021年 8月 ， ZigBee聯(lián)盟成立 ， 迄今已吸引了上百家芯片公司 、 無線設備公司及產(chǎn)品開發(fā)商 ，同時 由于 ZigBee 巨大的市場潛力 , 越來越多的廠商 為最終實現(xiàn)家居智能化 提供 ZigBee解決方案 ，而更多的國內(nèi)建筑業(yè)、房地產(chǎn)、數(shù)字家電與 IT設備制造商如萬科、海爾、聯(lián)想集團等對此也表現(xiàn)出濃厚的興趣，預計在未來的十年內(nèi)，國內(nèi)與此相關的產(chǎn)品市場份額 達 1200億之巨 。 三、項目介紹 項目的主要研究內(nèi)容 鑒于 Zigbee 無線網(wǎng)絡在智能家居方面的顯著技術優(yōu)勢和應用前景，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用。深圳大學和深圳市無線谷科技有限公司多年來一直在瞄準無線傳感器網(wǎng)絡技術發(fā)展動態(tài)和相關的市場需求，決定結(jié)合 Zigbee 技術先進性、獨特性和家庭智能化市場的巨大前景，在剛剛頒布的最新 Zigbee 標準規(guī)范下，率先研發(fā) Zigbee 技術在智能家居市場的應用平臺和應用產(chǎn)品，搶占無線智能家居產(chǎn)業(yè)的先機。 目前國內(nèi)還沒有基于最新 Zigbee 規(guī)范的完整智能家居產(chǎn)品面世。 項目的主要內(nèi)容是在 2021 年 4 月份剛剛頒布的最新 Zigbee 2021（ R13）標準規(guī)范基礎上，開發(fā)一套具有自主知識產(chǎn) 權(quán)的針對家庭自動化（ Home Automation）應用框架的 Zigbee應用模式協(xié)議棧（ Zigbee Stack Profile— HA Stack） , 構(gòu)成一個通用的無線家居智能化平臺 第 頁 7 系統(tǒng)，進而開發(fā)出一套完整的、高性價比的、實用化的無線家庭智能化應用產(chǎn)品。 （ 1） Zigbee 應用模式協(xié)議棧（ Zigbee Stack Profile— HA Stack） 在 Zigbee 聯(lián)盟標準上，構(gòu)建我們自己的 Zigbee 家庭智能化應用模式協(xié)議棧的工作重點是在 Zigbee 公共框架內(nèi)設計和創(chuàng)建針對性應用的專有協(xié)議框架。 短程無線網(wǎng)絡標準或無線個人域網(wǎng)標準是組成無線家庭網(wǎng)絡的理論基礎。國際性的行業(yè)聯(lián)盟 ZigBee 制訂了標準化的無線網(wǎng)絡技術。 ZigBee 聯(lián)盟先后公布了無線個人域網(wǎng)標準，目前已由最初的 2021 版本上升到 2021 版本。 ZigBee 標準主要對短程無線網(wǎng)絡及其應用給出了清楚的定義和限制， 從現(xiàn)在開始， ZigBee 聯(lián)盟將在每年公布技術規(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上構(gòu)建一套針對家庭自動化（ Home Automation）應用框架的 Zigbee 應用模式協(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設備應該包括 (該標準定義了 RF 射頻以及與相鄰設備之間的通信 )的 PHY 和MAC 層，以及 ZigBee 堆棧層：網(wǎng)絡層 (NWK)、應用層和安全服務提供層。圖 2 給出了這些組件的概況。 第 頁 8 每個 ZigBee 設備都與一個特定模板有關，可能是公共模 板或私有模板。這些模板定義了設備的應用環(huán)境、設備類型以及用于設備間通信的簇。公共模板可以確保不同供應商的設備在相同應用領域中的互操作性。設備是由模板定義的，并以應用對象 (Application Objects)的形式實現(xiàn) (見圖 2)。每個應用對象通過一個端點連接到 ZigBee 堆棧的余下部分，它們都是可尋址的組件。 從應用角度看，通信的本質(zhì)就是端點到端點的連接 (例如，一個帶開關組件的設備與帶一個或多個燈組件的遠端設備進行通信，目的是將這些燈點亮 )。 端點之間的通信是通過稱之為簇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。這些簇是應用對象 之間共享信息所需的全部屬性的容器，在特殊應用中使用的簇在模板中有定義。 我們要根據(jù)智能家居各個組成部分的應用特點來開發(fā)家庭智能化 終端設備 所相對應的各種 專用 (定制 )模板。 ZigBee 聯(lián)盟 已經(jīng) 研發(fā)出通用設置的公共 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 。 我們在設計和創(chuàng)建這些協(xié)議棧模板時要考慮有些無線家居終端設備如家電控制、集中遙控、安防等等需要 設置他們的協(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。 有些應用如家居環(huán)境監(jiān)控，我們可以設 計 專用 模板 來自由修改協(xié)議棧參數(shù) ，這樣可以提高相關產(chǎn)品的性能，簡化應用開發(fā)。 同時，還要根據(jù)設備的不同類型和具體應用考慮在模板中定義采用何種網(wǎng)絡安全機制，這些安全機制由 Zigbee 安全服務層實現(xiàn)。 （ 2） Zigbee 無線家庭智能化平臺架構(gòu) 家電 家電 家電 遙控器 無線網(wǎng)關控制器 安防 環(huán)境監(jiān)控 控制模塊 其他網(wǎng)絡接口 圖 3 Zigbee 無線 家庭 智能化 平臺的結(jié)構(gòu)圖 第 頁 9 圖 3 所示為 Zigbee 無線 家庭 智能化 平臺的結(jié)構(gòu)圖。無線 智能 網(wǎng)關 控制器 是整個網(wǎng)絡平臺的核心， 它有兩方面的功能：控制管理和網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)關。 在 Zigbee 無線 家庭 智能化 平臺，通用遙控器不僅可以控制各種家用電器以及各種 監(jiān)測控制單元的運行狀態(tài)，還可以對各種受控設備進行設備添加、刪除、參數(shù)設置等操作，實現(xiàn)對家庭無線網(wǎng)絡平臺的現(xiàn)場控制。 在網(wǎng)絡平臺中，各種網(wǎng)絡家電設備，例如電視、冰箱、空調(diào)、熱水器 、燈光 等 , 形成了一個應用平臺。這些設備可以接受無線網(wǎng)關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線網(wǎng)關，進而通過互聯(lián)網(wǎng)或電話網(wǎng)告知相關人員。安防監(jiān)控子網(wǎng)用來對家庭的門、窗等監(jiān)測和控制。一旦有人非法入侵，安防單元就會立即啟動報警系統(tǒng)，并通過無線網(wǎng)關把安防告警信息傳遞給相關人員或部門。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)對家庭內(nèi)的各種有害氣體、火災等進行監(jiān)視和控制。 同時，系統(tǒng)采用 模糊智能控制技術， 可以預先設置多種現(xiàn)場異常情況監(jiān)控， 一旦預測到有災情發(fā)生，會立即進行關聯(lián)控制。例如，啟動通風設備減小有害氣體濃度，啟動滅火裝置消除隱患 ，自動報警等 。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，方便用戶的生活和工作。 根據(jù)家庭房屋的結(jié)構(gòu)、大小和其他應用場合的差異， Zigbee 無線 家庭 智能化網(wǎng)絡可以選擇星型、樹型和網(wǎng)格狀的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。 星型 網(wǎng)格狀 樹狀 無線網(wǎng)關控制器節(jié)點模塊，控制器是由 32位 ARM系統(tǒng)構(gòu)成。 帶路由功能的節(jié)點控制模塊，做路由通訊轉(zhuǎn)發(fā)的同時可以控制設備、采集數(shù)據(jù)。 普通功能的節(jié)點控制模塊，只能監(jiān)控 設備、采集數(shù)據(jù) 。 第 頁 10 （ 3）無線網(wǎng)關控制