无线智能家居控制网络及其协议设计

智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术,将各种家用设施(如照明、安防、家电等)通过家庭网络连接到一起的系统,能为人们提供更为便利舒适的生活环境。传统的智能家居系统一般是通过有线线路布线来进行各种控制和通信的,人们难以脱离各种线缆的羁绊,而且系统的可扩展性能也很差。现代近距离无线通信技术的发展,使得人们能够冲破这种束缚,营造更舒适的家居生活环境。家居网络可以大致分为数据网络和控制网络两大部分,本文针对智能家居系统的控制网络相关技术进行研究,并提出了一种无线通信协议,然后基于这一协议设计了一个无线智能家居控制系统。 首先分析了智能家居系统的一般构成以及控制系统在智能家居的地位,并通过对传统智能家居的特点进行分析,指出了目前市场上的智能家居系统的局限性,指出基于短距离无线通信网络的现代智能家居系统是未来的发展趋势。 接着对无线通信协议进行了分析,提出了一套无线通信协议。主要是针对MAC层和网络层进行了设计。MAC层为网络层和物理层提供了一个接口,主要完成:设备间无线链路的建立、维护和结束,帧的传送与接收,信道接入控制,帧校验,广播信息管理等功能。在MAC层中定义了超短帧、普通帧和超长帧等三种不同长度的帧,来针对不同类型的设备,以降低设备的功耗。另外,还对多址接入算法进行了研究;网络层为应用层提供服务,主要负责网络的启动、拓扑的选择、路由、设备的接入和断开等功能。 然后从系统和应用的角度来研究智能家居控制网络,设计了一个基于近距离无线通信技术的智能家居控制系统,主要包括网络控制器,以及红外防盗传感节点、照明开关控制节点和窗帘控制节点等终端节点,最后通过实际运行验证了本系统的各项功能,并对各种类型的节点进行了功耗分析。