基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)論文(編輯修改稿)
2025-08-10 19:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 線射頻技術(shù)主要有UWB、藍(lán)牙、ZigBee等，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種環(huán)境需求。UWB是一種高效的低功耗寬帶無(wú)載波通信技術(shù)，與傳統(tǒng)無(wú)線電技術(shù)的顯著區(qū)別在于，后者通過(guò)變化正弦波的功率水平、頻率或相位等傳遞信息而UWB不使用載波，其在特定的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生脈沖式無(wú)線電能量，并占據(jù)較大的帶寬進(jìn)行脈沖定位或時(shí)域調(diào)制，從而使耗電量顯著減小。UWB早在 1960年就開始開發(fā)了，但僅僅限于軍事領(lǐng)域，主要用于軍用雷達(dá)、定位等。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)于2002年2月準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，UWB主要用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求很高的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線高保真是一種無(wú)線通信協(xié)議，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所支持的速度最高達(dá)54M。目前， 。WiFi規(guī)定了協(xié)議的物理層和媒體接入控制層，并依賴TCPIP作為網(wǎng)絡(luò)層，通信距離在100米左右。.由于其優(yōu)異的帶寬是以大的功耗為代價(jià)的，因此大多數(shù)便攜WiFi裝置都需要常規(guī)充電。這些特點(diǎn)限制了它在工業(yè)場(chǎng)合的推廣和應(yīng)用。藍(lán)牙取自公元10世紀(jì)統(tǒng)一了丹麥的國(guó)王哈拉德二世的名字，寓意是期望統(tǒng)一。它是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，它是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范。藍(lán)牙的傳輸距離為10厘米到10米，如果增加功率或是加上某些外設(shè)可達(dá)到100米的傳輸距離。它采用 ISM頻段，采用 ，且規(guī)定了包括PHY、MAC、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層等集成協(xié)議棧。藍(lán)牙對(duì)每個(gè)微微網(wǎng)限制其只能配置7個(gè)節(jié)點(diǎn)，制約了藍(lán)牙技術(shù)在大型傳感網(wǎng)絡(luò)開發(fā)中的應(yīng)用。ZigBee是一組基于IEEE ，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作組的 。它采用跳頻技術(shù)，.、868MHz5及 915MHz，而且均為免執(zhí)照頻段，有效覆蓋范圍為1075m。所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為10KB/S250KB/S。功耗低，在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可以6個(gè)月到2年。網(wǎng)絡(luò)容量大，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備。成本低。由于ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。要從以上這些無(wú)線射頻技術(shù)中選擇一種作為本設(shè)計(jì)的無(wú)線通信方案，需要考慮的是該方案是否能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)的成本要求，還有就是功耗和網(wǎng)絡(luò)容量能否滿足家庭要求。而這些問(wèn)題在ZigBee技術(shù)面前都將不復(fù)存在。在智能家居系統(tǒng)中，將ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)己成為趨勢(shì)。這不僅僅是因?yàn)閆igBee無(wú)線傳感網(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)。所以本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)作為智能家居中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采用星型連接，主要包括了一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)以及若干個(gè)無(wú)線通信子節(jié)點(diǎn)。家庭網(wǎng)關(guān)上有一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊，而其他的無(wú)線通信子節(jié)點(diǎn)則作為 終端設(shè)備安放在家用電器、三表和安防傳感器上，通過(guò)這些無(wú)線收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)就在主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸。智能家居中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示：圖21 智能家居中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第三章 Zigbee協(xié)議的應(yīng)用 ZigBee協(xié)議分析。1998年3月，致力于WPAN網(wǎng)絡(luò)的PHY層和MAC層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，目標(biāo)是為在個(gè)人操作空間內(nèi)相互通信的無(wú)線通信設(shè)備提供通信標(biāo)準(zhǔn)。POS一般是指用戶附近10米左右的空間范圍，這個(gè)范圍內(nèi)用戶可以是固定的，也可以是移動(dòng)的。2000年12月 ，負(fù)責(zé)制定物理層與介質(zhì)接入控制層。但僅僅定義了物理層PH均與介質(zhì)接入控制層并不足以保證不同設(shè)備之間可以對(duì)話，于是便有了ZigBee聯(lián)盟，目前正在定義允許不同廠商制造設(shè)備相互對(duì)話的應(yīng)用綱要。例如，ZigBee聯(lián)盟“燈綱要”會(huì)確定相關(guān)的所有協(xié)議，從而能夠使A公司買的ZigBee燈開關(guān)與B公司的正常工作。同時(shí)，ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄露其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其他節(jié)點(diǎn)獲得。 ZigBee協(xié)議的應(yīng)用領(lǐng)域ZigBee通信協(xié)議雖然是是面向低功耗和低成本的通信技術(shù)的，但ZigBee協(xié)議是能夠保證通信的可靠性的，而且ZigBee協(xié)議的另一大優(yōu)勢(shì)就是使網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力也很強(qiáng)。ZigBee的自組織功能:無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。ZigBee的自愈功能:增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)和原理，每層為其上層提供一組特定的
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