基于ZigBee无线网状网络在智能家居领域的实现

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随着计算机技术、现代通信技术、控制技术、传感技术等的飞速发展,人们对于居住环境的要求不断提高,仅提供居住功能早已不能满足人们对于家居的要求,舒适、高效、方便、快捷、安全成为了人们新的目标。于是,智能家居、数字家庭、家庭自动化等概念应运而生。智能家居利用高新技术创造出了智能化与个性化的居住环境。目前,智能家居的组网技术主要有有线连接、无线连接和混合连接三种方式。现在大多数的智能家居网络采用的是有线连接方式,它需要在住宅内进行大量的布线工作,不仅成本较高,而且在扩展性和美观方面都存在不足。而在短距离无线通信技术飞速发展的今天,将无线通信技术应用在智能家居领域成为必然的发展趋势。在众多短距离无线通信技术当中,基于ZigBee技术的无线传感器网络以其低成本、低功耗等特点成为组建室内传感网络的理想解决方案。论文在综合考虑智能家居对控制网络的要求以及基于ZigBee的无线网状网络特点的基础上,设计了一种基于ZigBee技术的网状智能家居控制网络。论文对ZigBee技术的由来、技术特点以及应用领域进行了介绍,对Zigbee标准的物理层,MAC层,网络层和应用层的主要功能和关键技术进行了详细的介绍。论文简要介绍了无线网状网络经典的路由算法,详细阐述了传统ZigBee网状网络的树状地址分配机制和AODVjr路由算法,并指出了以上两种技术的不足之处,重点阐述了最新版ZigBee标准中定义的随机地址分配机制、多对一路由策略和非对称链路解决策略在本课题中的实现。论文实现了一个网状智能家居控制网络系统,它包括节点硬件平台、网络软件平台和上位机显示界面三部分。论文详细介绍了三部分的实现。其中,硬件平台以MSP430单片机、射频模块CC2520和射频放大前端CC2591核心,该平台包括射频模块、电源模块、控制和状态指示电路等。网络软件平台的开发以TI公司提供的Z-Stack协议栈为基础,论文详细介绍了网络组建流程和绑定机制建立流程。利用图形化编程语言LabVIEW设计了智能家居控制网络的演示界面,并给出了详细的软件实现方案。论文最后对系统进行了测试。测试表明:系统达到了预期设计要求,既有ZigBee技术的低成本、低能耗的特点,又具有网状网络的自组织、自愈路由功能,具有很高的可靠性。
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