1、ZigBee 智能家居综合布线的应用 1 第1章 绪论 1.1 智能家居综合布线前景 随着人们生活水平的提高，对居住环境也提出了更高的要求，尤其是在住宅“智 能化”方面。现代住宅不仅应具有安全、便利、舒适、节能和娱乐等特点，还要求具 有集成的音频视频、计算机通信、自动化及安全防范等功能。这样的智能家庭有各 种独立的现代家用电器或电子设备，而要将它们在普通的家居环境中集成到一起，就 必须通过一套统一管理的家庭网络连接起来， 而家庭网络的基础正是家居综合布线系 统。这一系统为家庭的各种弱电系统应用(如语音、数据、视听音乐、家庭办公、保 安、能源管理等)提供了齐备的传输介质。 一方面，智能家居布线应
2、该说是一个小型的综合布线系统。它可以作为一个完善 的智能小区综合布线系统的一部份，也可以完全独立成为一套综合布线系统。另一方 面，现代家居中各种弱电线缆很多，需要集中管理和统一维护。信息技术和宽带网络 的迅速发展和普及，规范的家庭弱电布线系统将成为继水、电、气后另一种必不可少 的家庭基础设施。智能家居布线则涵盖了整个家庭弱电布线系统。 1.2 选题的目的和意义 ZigBee 技术是种低速率、低成本、低功耗、近距离新型的无线通信技术，主 要用于家庭智能化、楼宇自动化和工业监控等应用系统。 ZigBee 技术具有以下的特点和优势： 12.1 低功耗：在低耗电待机模式下，2 节 5 号干电池可支持
3、1 个节点工作 6“24 个月，甚至更长。这是 Zigbee 的突出优势。相比较蓝牙能工作数周、WiFi 可工作数 小时。现在，TI 公司和德国的 Micropelt 公司共同推出新能源的 ZigBee 节点。该节 点采用 Micropelt 公司的热电发电机给 TI 公司的 Zigbee 提供电源。 1.2.2 低成本：通过大幅简化协议(不到蓝牙的 110)，降低了对通信控制器的 要求，按预测分析，以 8051 的 8 位微控制器测算，全功能的主节点需要 32KB 代码， 子功能节点少至 4KB 代码，而且 Zigbee 免协议专利费。每块芯片的价格大约为 2 美 元。 1.2.3 低速率：
4、ZigBee 工作在 20250 kbps 的较低速率，分别提供 250kbps(24GHz)、40kbps(915 MHz)和 20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率，满足 低速率传输数据的应用需求。 1.2.4 近距离：传输范围一般介于 10-一 100 m 之间，在增加 RF 发射功率后， 亦可增加到 1-,3 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的 接力，传输距离将可以更远。 1.2.5 短时延：ZigBee 的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需 15 ms， ZigBee 智能家居综合布线的应用 2 节点连接进入网络只需 30 ms， 进一步节省了电
5、能。 相比较， 蓝牙需要 3“-10 S、 WiFi 需要 3 s。 1.2.6 高容量：ZigBee 可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若 干子节点，最多一个主节点可管理 254 个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点 管理，最多可组成 65000 个节点的大网。 1.2.7 高安全：ZigBee 提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清 单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定 其安全属性。 采用 ZigBee 技术所架构的无线智能家居综合布线系统网络由于其低成本低功耗 较远的覆盖范围及它在全球范围内的通用将使其成为
6、智能家居系统中的又一亮点， 必 将给现代智能家居系统带来一场新的变革。 现有的家庭网络中，比较多采用有线技术进行家庭控制网络的组建，这类方案总 的特点是扩展性能差，布线繁琐，影响美观。家庭网络构建的原则是使用方便、安装 简单，不需要额外布线、扩展性好。可见家庭网络采用无线的方式是个最好的选择， 无线的方式比较灵活，更适合家庭使用。无线传输方式避免了重新布线的麻烦，网络 所需的基础设施不再需要埋在地下或者隐藏在墙里，网络能够根据需要移动或变化。 可见将 ZigBee 这种无线通信技术用于智能家居综合布线系统具有现实的意义。 ZigBee 智能家居综合布线的应用 3 第2章 ZigBee 的协议栈 ZigBee 的协议栈结构是由一些层所构成。每个层都有一套特定的服务方法和上 一层连接：数据实体(dataentity)提供数据的传输服务而管理实体(management entity)提供所有的别的服务类型。每个层的服务实体通过服务接入点(service access point，SAP)$n 上一层相接。每个 SAP 提供了大量的服务方法来完成要求的 操作。ZigBee
