基于ZigBee的智能家居网络组网设计及节能技术研究

随着生活质量的提高，家居对人们来说已经不只是简简单单的物质空间，而是一个舒适、高度安全、美观方便以及智能的居住环境。家电的自动化、智能化，资源管理及购物方式的网络化，通信设施的先进化，信息终端的高效化等等都是人们所期望的。由此可知，家居智能化已经成为一种趋势。 本文实现了基于ZigBee的智能家居网络，在此网络的基础上设计了几种节能方法。本智能家居网络分为内网和外网，外网是由智能终端、网关和具有公网IP的服务器组成。本文以mini6410为硬件平台搭建了智能网关，采用NAT穿越技术实现网关与智能终端的通信。内网为整个基于ZigBee的传感器网络。ZigBee是一种标准，该标准定义了一系列低速率、短距离无线通信所需要的通信协议。目前得到广泛应用和推广的ZigBee协议是ZigBee2007协议。TI公司推出的Z-Stack协议栈和CC2530芯片完全兼容ZigBee2007协议。本智能家居网络的内网就是基于TI的Z-Stack协议栈在以CC2530为主要芯片的平台上实现的。 能耗问题是智能家居网络在应用过程中面临的关键问题，如何在不影响性能的基础上延长电池的使用寿命是本文研究的重点。本文研究的节能方法是以内网即ZigBee传感器网络为研究对象。首先从协议栈的角度出发寻找节能的途径。除此之外还提出了路由节点轮换机制和数据包压缩技术实现ZigBee网络的节能。路由节点轮换机制根据电量来变换当前节点的父节点，防止某个节点电量过快耗尽。数据包压缩技术利用了无线网络的中间节点，中间节点将收到的信息进行压缩后再转发出去。最后汇聚节点处统一进行解码，可以大大降低了中间节点发送数据包的次数。 经过大量的测试发现，本文实现的基于ZigBee的智能家居网络使用简单、能耗低，很好的克服了许多智能家居网络的缺点，具有很高的应用价值。