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關(guān)鍵詞:Zigbee無線通信技術(shù);智能家居;實踐應(yīng)用
隨著無線通信技術(shù)的不斷進步,為智能家居發(fā)展創(chuàng)造了良好契機。在智能家居中,無線通信技術(shù)的推廣實現(xiàn)了對家庭應(yīng)用方式的有效轉(zhuǎn)變,在安裝時無須開墻孔,為產(chǎn)品設(shè)備調(diào)度方式創(chuàng)造了極大便利。無線通信技術(shù)的優(yōu)、劣勢影響智能家居的安全性、穩(wěn)定性。無線通信技術(shù)中的zigbee技術(shù)可以達到智能家居應(yīng)用的各項目的,Zigbee無線通信技術(shù)在近年來的智能家居行業(yè)得到廣泛推廣[1]。本文對Zigbee無線通信技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用進行研究。
1Zigbee無線通信技術(shù)
1.1Zigbee無線通信技術(shù)概念
Zigbee無線通信技術(shù)是IEEE80215.4協(xié)議規(guī)定的技術(shù)代名詞,相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),Zigbee無線通信技術(shù)具有更加高效、便捷的特點。作為一項新型的無線通信技術(shù),Zigbee無線通信技術(shù)具有低功耗、短距離、高速度、低成本等優(yōu)點[1]。Zigbee無線通信技術(shù)如同一個移動網(wǎng)絡(luò)基站,可應(yīng)用于自動控制、遠程管理,可為便捷地在多種不同固定式、便攜式移動終端中進行使用。Zigbee無線通信技術(shù)中的GPS功能具備較強的實用性,在無線通信技術(shù)持續(xù)進步的環(huán)境下,Zigbee無線通信技術(shù)已經(jīng)在建筑、工業(yè)、智能設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛推廣,且表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。
1.2Zigbee無線通信技術(shù)特征
WiFi是得到廣泛認可的短距通信系統(tǒng),在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已得到大范圍推廣,但其存在安全性不足的問題,不適用于智能家居行業(yè)。Zigbee無線通信技術(shù)可實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)難以實現(xiàn)的一系列功能,如近距離操作、降低能耗,還可保障通信系統(tǒng)的安全運行。Zigbee無線通信技術(shù)的特征主要表現(xiàn)為:第一,Zigbee無線通信技術(shù)低功耗。Zigbee無線通信技術(shù)進行傳輸處理時需消耗的功率為1mW,若ZigBee處于休眠狀態(tài),消耗的功率會進一步降低。例如,為基于Zigbee無線通信技術(shù)的設(shè)備安裝兩節(jié)常規(guī)電池,可支持其持續(xù)運行約6個月。第二,Zigbee無線通信技術(shù)低成本?,F(xiàn)階段,Zigbee無線通信技術(shù)不存在交付專利費的成本。一般情況下,應(yīng)用Zigbee無線通信技術(shù)僅需在最初付費6美元,之后各項應(yīng)用操作無須投入其他成本。Zigbee無線通信技術(shù)的低成本特征為其在智能家居中的應(yīng)用創(chuàng)造了極大便利。第三,Zigbee無線通信技術(shù)安全可靠。Zigbee無線通信技術(shù)可實現(xiàn)三級安全模式,包括使用接入、使用控制清單、防止非法獲取數(shù)據(jù)資源,為增強安全性,可引入高級密碼加鎖模式。Zigbee無線通信技術(shù)在信息傳輸過程中,可保障數(shù)據(jù)信息的相對平行性,Zigbee無線通信技術(shù)可為信息數(shù)據(jù)提供安全可靠的傳輸空間。第四,Zigbee無線通信技術(shù)高容量、高速度?;赯igbee無線通信技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,配備有主設(shè)備,裝置有各式各樣的輔助性設(shè)備,為Zigbee無線通信技術(shù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)容量的超大額度提供了有力保障。由于數(shù)據(jù)傳輸具有一定及時性,其反應(yīng)效果迅速,Zigbee無線通信技術(shù)在進行搜索時用時僅需30ms,處在休眠狀態(tài)下進入工作狀態(tài)只需15ms[2]。綜上,Zigbee無線通信技術(shù)是智能家居的首選。
2Zigbee無線通信技術(shù)在智能家居中的實踐應(yīng)用
2.1Zigbee無線通信技術(shù)在智能家居中的優(yōu)勢
Zigbee應(yīng)用在智能家居中具有以下優(yōu)點:第一,抗干擾能力較強。當前Zigbee收發(fā)模塊采用了2.4G直序擴頻技術(shù),相對FSK、ASK等來說,抗干擾能力更佳;第二,保密性能好。Zigbee技術(shù)可以提供數(shù)據(jù)完整性檢測功能,運用了AES-128加密算法,多位數(shù)的密碼為Zigbee信號傳輸提供了安全保障;第三,傳輸速度快,Zigbee大多運用短幀傳輸,傳輸速度快,具有實時性;第四,拓展性理想,Zigbee組網(wǎng)便捷,自恢復能力較強,在智能家居的應(yīng)用中可以隨意拓展,新增設(shè)備。Zigbee應(yīng)用在智能家居中保密抗干擾能力強、保密性能好、傳輸速度快等優(yōu)勢,Zigbee的高成本與高網(wǎng)絡(luò)容量影響了Zigbee在智能家居中的應(yīng)用。基于此,靈活應(yīng)用Zigbee技術(shù),克服Zigbee的缺點,可提供更可靠、更便捷、更高效的智能家居產(chǎn)品。
2.2Zigbee無線通信技術(shù)在智能家居中的實踐應(yīng)用
(1)家居網(wǎng)絡(luò)的建立。智能家居是嵌在無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)芯片中,以ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)為支撐的一系列家用電子設(shè)備,通過各無線模塊于子節(jié)點相互間傳輸數(shù)據(jù),實現(xiàn)家庭范圍內(nèi)各電子設(shè)備的自動化運行。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在各ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由器的支持下實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)建立,ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則用作其他功能部件。為了保障智能家居的靈活性、穩(wěn)定性,整個系統(tǒng)選取網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),對出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面有限情況可通過添加相應(yīng)路由設(shè)備,以保障網(wǎng)絡(luò)通信。首先,智能家居對數(shù)據(jù)傳輸量的要求偏低,為了實現(xiàn)對家居設(shè)備狀態(tài)及控制信息的有效傳輸,對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩蕴岢隽溯^為嚴格的要求,如果數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)偏差,會對家居設(shè)備造成極大破壞[3]。為此,智能家居設(shè)計應(yīng)將各家居設(shè)備建立成一個有機整體,以切實保障數(shù)據(jù)的安全有序傳輸。其次,家庭網(wǎng)關(guān)與家居環(huán)境相關(guān),大多數(shù)用戶的家居設(shè)備位置不固定,要求家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)合不同用戶實際需求保證其組織性、實用性。最后,智能家居對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩蕴岢隽溯^高的要求,智能家居應(yīng)注重對ZigBee無線通信技術(shù)的有效應(yīng)用,在內(nèi)部網(wǎng)中設(shè)置一系列傳感器節(jié)點,設(shè)計家居網(wǎng)絡(luò),經(jīng)由傳感器節(jié)點傳輸信息數(shù)據(jù),可借助傳感器節(jié)點對家庭溫度、家居設(shè)備狀態(tài)進行實時檢測、調(diào)控。(2)家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計。家庭網(wǎng)關(guān)由一系列基于ZigBee的無線通信傳感器構(gòu)成,憑借其網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器作用,可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的實時檢測,達成與各傳感器節(jié)點的通信功能。內(nèi)部網(wǎng)與外部網(wǎng)的連接可分為電話網(wǎng)、因特網(wǎng)兩種連接形式,其中,前者通過電話接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能,數(shù)據(jù)傳輸量偏小,缺乏可靠的擴展性,不利于ZigBee無線通信技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮。家庭網(wǎng)關(guān)可實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸功能,可完成對家居設(shè)備的遠程控制。針對家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計,應(yīng)開展以下幾方面工作:首先,ZigBee無線通信技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用,可實現(xiàn)對傳感器節(jié)點的實時管理,可自動生成管理日志。管理日志主要包括傳感器節(jié)點初始化、傳感器節(jié)點工作狀態(tài)查詢、傳感器節(jié)點異常管理等內(nèi)容,基于對家居設(shè)備狀態(tài)信息、控制信息的全面記錄,用戶可通過管理日志對各傳感器的狀態(tài)、控制等情況進行實時查詢,保障智能家居的安全有序運行[4]。其次,在設(shè)計家庭網(wǎng)關(guān)時,應(yīng)注重實現(xiàn)其對外部信息數(shù)據(jù)的鑒定、執(zhí)行功能,確保信息數(shù)據(jù)采集、處理的質(zhì)量。在應(yīng)用ZigBee無線通信技術(shù)開展家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計過程中,應(yīng)立足于用戶的實際需求,設(shè)計相關(guān)適用程序,滿足用戶的多元需求。比如,設(shè)計空調(diào)自動開關(guān)、燈光自動開關(guān)等程序等。最后,人機交互界面能夠?qū)揖釉O(shè)備進行調(diào)節(jié),營造更舒適的生活環(huán)境,還可對家居設(shè)備的工作狀態(tài)進行實時控制。對人機界面的設(shè)計,一方面,應(yīng)確保家居設(shè)備各項功能完好及可實現(xiàn)正常運行;另一方面,應(yīng)保證人機界面的可操作性,為用戶提供簡單便捷的體驗。(3)基于Zigbee無線通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。基于Zigbee無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器、智能終端等組成部分,這些設(shè)備可實現(xiàn)不同的功能。比如,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可實現(xiàn)傳感器節(jié)點認證、網(wǎng)絡(luò)鏈路信息管理以及數(shù)據(jù)包傳輸?shù)裙δ?;路由器可實現(xiàn)增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、拓展網(wǎng)絡(luò)物理地址范圍等功能;智能終端能夠?qū)揖拥墓ぷ鳡顟B(tài)進行實時監(jiān)測。結(jié)合智能家居設(shè)計的使用需求,可將網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)劃分為網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)、星形拓撲結(jié)構(gòu)等。在選擇Zigbee無線通信技術(shù)支持下的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)過程時,應(yīng)考慮其優(yōu)、劣勢,作為一個動態(tài)系統(tǒng),設(shè)計人員應(yīng)注重實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓展性以及關(guān)注系統(tǒng)的能耗問題。星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出輻射狀、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備成本低等特征優(yōu)點,主要與外部節(jié)點建立連接,同時與中心節(jié)點連接[5]。星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為核心組成部分,其可與各項設(shè)備建立緊密的聯(lián)系?;诖?,在進行星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,需要利用支持子層協(xié)議打造網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)標識符號,借助標識符號與用戶、網(wǎng)絡(luò)建立聯(lián)系。再利用標識符號增加其他設(shè)備,利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對不同信息數(shù)據(jù)進行類別劃分、傳送等。
3結(jié)語
隨著智能化水平的不斷提升,基于Zigbee無線通信技術(shù)的智能家居將打破傳統(tǒng)家居格局,進入每家每戶。科技使人們的生活發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變,相關(guān)人員應(yīng)進一步加強對智能家居及ZigBee無線通信技術(shù)的研究,發(fā)揮ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢,以迎合新時展的多元需要。
參考文獻
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作者:嚴林波 單位:南昌理工學院電子與信息學院