基于无线传感器网络的智能家居系统关键技术研发

基于无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的智能家居系统是以WSN节点为基本控制单元，将家庭内部电器及其它智能设备组织成自组织网络，并通过家庭网关与Internet相连，从而实现实时控制及数据采集的监控系统。智能家居系统主要由三部分构成，分别是WSN终端节点、家庭网关和部署在公共环境的服务平台。 本文研究的目的是设计和实现一个实用的WSN智能家居系统，完成从前台到服务器，从网关到家庭WSN节点的完整交互。论文对智能家居中网关与服务器交互、家庭内部组网、家庭WSN安全这些关键技术进行深入分析与研究，为WSN在智能家居中的发展提供一种新思路。 针对应用层，利用MQ队列（Message Queue）增强服务器的并发处理能力和系统扩展能力，并为网关和终端节点设计了一种基于“数据行为匹配列表”的应用层，该方法能够方便地给节点注入控制逻辑，无需重复编程实用性强。 针对网络层，详细分析了家庭内部网络一些成熟的WSN网络协议栈，并提出一种基于冲突指示和分组的隐藏冲突避免策略解决了隐藏冲突问题，实验表明该方法能有效增加网络吞吐率、减少网络延时。 针对家庭WSN网络安全问题，提出了一整套安全方案，提供网络级认证、点到点认证、防重放、数据加密、防习惯侦听等服务。特别地针对安全方案中的公钥机制部分，实现了一个椭圆曲线密钥算法基础库，并在CC2530上进行了测试，结果表明公钥机制在一定程度上可以应用到无线传感器网络中。