浅析ZigBee智能家居系统 – CSHIA智能家居创业营

随着物联网在各新兴产业的重要位置愈发凸显，各级政府重点跟进与积极投入，物联网产业已呈现出蓬勃发展的态势，ZigBee作为无线传感器网络重要技术之一，可以较全面地满足物联网需求。而作为物联网最终应用之一的智能家居热潮也必将推动ZigBee技术的普及。
ZigBee是满足低传输速率、可靠、低成本、低功耗的小型传感器无线联网要求的开放式全球标准，可允许多达65536个节点进行联网通讯，允许数据的多点跳跃传输路由(Multi-hop Routing)。ZigBee标准通过网状网络(Mesh Network)功能及AES128位元加密可提供自我修复功能及高度安全性，有效解决了433/315、蓝牙、WiFi等无线技术在智能家居应用中的缺陷。

一、ZigBee技术优势比较

1.相比433/315技术，解决了同频干扰、传送距离短、非双向通信、有无线盲区等问题。
2.相比蓝牙技术，解决了传输距离短（手机、电脑上的蓝牙有效通讯距离小于10米）、功耗大、成本高等问题。
3.相比WiFi技术，解决了传输距离短（信号不能进行路由转发，一般跨层后信号就微弱到不能使用的程度）、功耗大、成本高等问题。

二、自动组网技术介绍

    依据智能家居的功能使用特点，应当使得 ZigBee设备在用户操作的过程中实现最大限度的实现“傻瓜式使用”，包括多媒体网关、遥控器、安防、灯光、窗帘、场景控制、家电等各种设备间可以自动组网、自动选择网络及自动上报地址，而传统产品存在的各个设备上设置地址、网络号、对码、防止地址冲突等繁琐操作迎刃而解。
    工程人员和用户只需连接好线路，通上电以后一切都由系统自动完成，安装操作者仅需会接火、零线，会在网关界面下拉框给设备改名字，就能顺利开通智能家居设备。
    北京中讯威易科技有限公司在原有ZigBee技术基础上，结合智能家居应用需求，提供多种灵活的系统级应用方案。实现了本地无线通讯，远程TCP/IP，GPRS，3G等多种通讯方式。通过威易多协议转发器，可以实现计算机、智能手机、PDA等对ZigBee设备的数据采集及控制。透传模块使用户在上位机无需修改软件的情况下即可实现对ZigBee的控制。威易不断提升产品性能，将为用户提供安全、稳定、智能的家居控制设备。ZigBee支持多种网络拓扑结构（图1），为各类应用提供灵活支持。

图1 ZigBee无线网络拓扑结构

    ZigBee网络一般包含三种装置或节点，其中包括协调器(Coordinator)、路由(Router)与终端设备（End Devices）。协调器会启动网络，并且控制管理功能及数据路由功能。这些功能都需要协调器持续受到供电。
    依据智能家居特点，建议这类节点连接固定电源。路由节点类似TCP/IP网络的路由器，参与网络信息转发和组网，是ZigBee网络不可或缺的组成部分。
    终端设备作为以电池供电的低功耗装置，能够在大多数时间进行休眠，并且定时唤醒以收集和传输数据。传感器等都应属终端设备，而且可通过路由器加入网络。

三、实体案例分析

以三室二厅(图2)为例，简单说明威易ZigBee智能家居的功能实现：由于智能家居中接入的主要是传感器和开关，网络中数据量不大，采用自动组网方式可以有效保证数据通信.传感器(报警设备、温湿度传感器等)由于其可移动性和低功耗要求，定义为终端节点；而开关等固定节点上，由于可连续供电，一般定义为路由节点，网关或家庭终端控制则定义为网络协调器。

图2 基本功能智能家居ZigBee组网图

四、系统优势

    威易ZigBee智能家居成熟方案为用户提供了方便灵活的安装方式，具有良好的人机界面用户接口，可以让用户享受到智能、方便与快捷。其应用技术特点主要体现在：
1.开关零、火线接线方式
    接线方式简单，无需额外添加电源线，可为ZigBee设备提供稳定高效电源支持。
2.设备自动组网
    网络协调器根据周围网络环境自动建立通讯网络，检测周围环境以确定网络拓扑结构，可有效提高网络通讯效率及数据完整性，提高设备指令响应时间，降低命令执行时延。
3.设备自动选择网络
    路由设备及终端设备依据协调器建立的网络自动匹配选择加入网络，有效提高了子设备加入网络的速度，并防止加入其它ZigBee网络，保持整个ZigBee网络的完整性。
4.实时监控网络健康状态
    为保证网络的有效完整性，设备实时监控自身及子节点的健康状态，并实时上报给网关，这使用户可以及时了解ZigBee网络的健康状态，并及时修复掉网设备。
5.设备自动上报地址，无需手动设置
    网络建立过程，设备在第一次上电后会自动上报给协调器自己的网络地址，并可以根据上报地址建立完整的数据列表，为后期的网络维护，监控网络状态提供数据支持。
6.傻瓜式设备改名
    用户可以在多媒体网关上通过下拉菜单方便的修改设备名称，比用汉字输入法输入中文名称更方便。