智能家居Zigbee無線通信技術應用

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關鍵詞：Zigbee無線通信技術；智能家居；實踐應用

隨著無線通信技術的不斷進步，為智能家居發展創造了良好契機。在智能家居中，無線通信技術的推廣實現了對家庭應用方式的有效轉變，在安裝時無須開墻孔，為產品設備調度方式創造了極大便利。無線通信技術的優、劣勢影響智能家居的安全性、穩定性。無線通信技術中的zigbee技術可以達到智能家居應用的各項目的，Zigbee無線通信技術在近年來的智能家居行業得到廣泛推廣[1]。本文對Zigbee無線通信技術在智能家居中的應用進行研究。

1Zigbee無線通信技術

1.1Zigbee無線通信技術概念

Zigbee無線通信技術是IEEE80215.4協議規定的技術代名詞，相較于傳統網絡技術，Zigbee無線通信技術具有更加高效、便捷的特點。作為一項新型的無線通信技術，Zigbee無線通信技術具有低功耗、短距離、高速度、低成本等優點[1]。Zigbee無線通信技術如同一個移動網絡基站，可應用于自動控制、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無線通信技術中的GPS功能具備較強的實用性，在無線通信技術持續進步的環境下，Zigbee無線通信技術已經在建筑、工業、智能設備等領域得到廣泛推廣，且表現出良好的發展前景。

1.2Zigbee無線通信技術特征

WiFi是得到廣泛認可的短距通信系統，在互聯網領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。Zigbee無線通信技術可實現傳統網絡技術難以實現的一系列功能，如近距離操作、降低能耗，還可保障通信系統的安全運行。Zigbee無線通信技術的特征主要表現為：第一，Zigbee無線通信技術低功耗。Zigbee無線通信技術進行傳輸處理時需消耗的功率為1mW，若ZigBee處于休眠狀態，消耗的功率會進一步降低。例如，為基于Zigbee無線通信技術的設備安裝兩節常規電池，可支持其持續運行約6個月。第二，Zigbee無線通信技術低成本?，F階段，Zigbee無線通信技術不存在交付專利費的成本。一般情況下，應用Zigbee無線通信技術僅需在最初付費6美元，之后各項應用操作無須投入其他成本。Zigbee無線通信技術的低成本特征為其在智能家居中的應用創造了極大便利。第三，Zigbee無線通信技術安全可靠。Zigbee無線通信技術可實現三級安全模式，包括使用接入、使用控制清單、防止非法獲取數據資源，為增強安全性，可引入高級密碼加鎖模式。Zigbee無線通信技術在信息傳輸過程中，可保障數據信息的相對平行性，Zigbee無線通信技術可為信息數據提供安全可靠的傳輸空間。第四，Zigbee無線通信技術高容量、高速度?；赯igbee無線通信技術的無線網絡設備，配備有主設備，裝置有各式各樣的輔助性設備，為Zigbee無線通信技術設備網絡容量的超大額度提供了有力保障。由于數據傳輸具有一定及時性，其反應效果迅速，Zigbee無線通信技術在進行搜索時用時僅需30ms，處在休眠狀態下進入工作狀態只需15ms[2]。綜上，Zigbee無線通信技術是智能家居的首選。

2Zigbee無線通信技術在智能家居中的實踐應用

2.1Zigbee無線通信技術在智能家居中的優勢

Zigbee應用在智能家居中具有以下優點：第一，抗干擾能力較強。當前Zigbee收發模塊采用了2.4G直序擴頻技術，相對FSK、ASK等來說，抗干擾能力更佳；第二，保密性能好。Zigbee技術可以提供數據完整性檢測功能，運用了AES-128加密算法，多位數的密碼為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組網便捷，自恢復能力較強，在智能家居的應用中可以隨意拓展，新增設備。Zigbee應用在智能家居中保密抗干擾能力強、保密性能好、傳輸速度快等優勢，Zigbee的高成本與高網絡容量影響了Zigbee在智能家居中的應用。基于此，靈活應用Zigbee技術，克服Zigbee的缺點，可提供更可靠、更便捷、更高效的智能家居產品。

2.2Zigbee無線通信技術在智能家居中的實踐應用

（1）家居網絡的建立。智能家居是嵌在無線網絡收發芯片中，以ZigBee無線網絡為支撐的一系列家用電子設備，通過各無線模塊于子節點相互間傳輸數據，實現家庭范圍內各電子設備的自動化運行。ZigBee網絡協調器在各ZigBee網絡路由器的支持下實現家庭網絡建立，ZigBee網絡設備則用作其他功能部件。為了保障智能家居的靈活性、穩定性，整個系統選取網狀網絡拓撲結構，對出現網絡覆蓋面有限情況可通過添加相應路由設備，以保障網絡通信。首先，智能家居對數據傳輸量的要求偏低，為了實現對家居設備狀態及控制信息的有效傳輸，對數據傳輸的安全性提出了較為嚴格的要求，如果數據傳輸出現偏差，會對家居設備造成極大破壞[3]。為此，智能家居設計應將各家居設備建立成一個有機整體，以切實保障數據的安全有序傳輸。其次，家庭網關與家居環境相關，大多數用戶的家居設備位置不固定，要求家居網絡結合不同用戶實際需求保證其組織性、實用性。最后，智能家居對數據傳輸的安全性提出了較高的要求，智能家居應注重對ZigBee無線通信技術的有效應用，在內部網中設置一系列傳感器節點，設計家居網絡，經由傳感器節點傳輸信息數據，可借助傳感器節點對家庭溫度、家居設備狀態進行實時檢測、調控。（2）家庭網關的設計。家庭網關由一系列基于ZigBee的無線通信傳感器構成，憑借其網絡協調器作用，可實現對網絡運行狀態的實時檢測，達成與各傳感器節點的通信功能。內部網與外部網的連接可分為電話網、因特網兩種連接形式，其中，前者通過電話接口實現數據傳輸功能，數據傳輸量偏小，缺乏可靠的擴展性，不利于ZigBee無線通信技術優勢的發揮。家庭網關可實現可靠的數據傳輸功能，可完成對家居設備的遠程控制。針對家庭網關的設計，應開展以下幾方面工作：首先，ZigBee無線通信技術在智能家居中的應用，可實現對傳感器節點的實時管理，可自動生成管理日志。管理日志主要包括傳感器節點初始化、傳感器節點工作狀態查詢、傳感器節點異常管理等內容，基于對家居設備狀態信息、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、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，在設計家庭網關時，應注重實現其對外部信息數據的鑒定、執行功能，確保信息數據采集、處理的質量。在應用ZigBee無線通信技術開展家庭網關設計過程中，應立足于用戶的實際需求，設計相關適用程序，滿足用戶的多元需求。比如，設計空調自動開關、燈光自動開關等程序等。最后，人機交互界面能夠對家居設備進行調節，營造更舒適的生活環境，還可對家居設備的工作狀態進行實時控制。對人機界面的設計，一方面，應確保家居設備各項功能完好及可實現正常運行；另一方面，應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無線通信技術網絡拓撲結構的設計?；赯igbee無線通信技術的網絡拓撲結構主要包括網絡協調器、路由器、智能終端等組成部分，這些設備可實現不同的功能。比如，網絡協調器可實現傳感器節點認證、網絡鏈路信息管理以及數據包傳輸等功能；路由器可實現增加網絡節點、拓展網絡物理地址范圍等功能；智能終端能夠對家居的工作狀態進行實時監測。結合智能家居設計的使用需求，可將網絡拓撲結構劃分為網狀拓撲結構、星形拓撲結構等。在選擇Zigbee無線通信技術支持下的網絡拓撲結構過程時，應考慮其優、劣勢，作為一個動態系統，設計人員應注重實現網絡的拓展性以及關注系統的能耗問題。星形網絡拓撲結構表現出輻射狀、結構簡單、設備成本低等特征優點，主要與外部節點建立連接，同時與中心節點連接[5]。星形網絡拓撲結構以網絡協調器為核心組成部分，其可與各項設備建立緊密的聯系。基于此，在進行星形網絡拓撲結構設計過程中，需要利用支持子層協議打造網絡協調器，基于網絡協調器中相關數據調整設置的網絡標識符號，借助標識符號與用戶、網絡建立聯系。再利用標識符號增加其他設備，利用網絡協調器對不同信息數據進行類別劃分、傳送等。

3結語

隨著智能化水平的不斷提升，基于Zigbee無線通信技術的智能家居將打破傳統家居格局，進入每家每戶?？萍际谷藗兊纳畎l生了較大轉變，相關人員應進一步加強對智能家居及ZigBee無線通信技術的研究，發揮ZigBee技術的優勢，以迎合新時展的多元需要。

參考文獻

[1]張軍，劉廣益.ZigBee短程無線通訊技術在智能家居系統中的應用[J].科技信息：學術研究，2008，11（34）：80-81.

[2]黃庭庭.基于Zigbee的無線通信技術在智能家居中的應用[J].電子制作，2018，3（1）：48-49.

[3]俞萍，劉輝，郭有環.ZigBee技術在智能家居中的應用研究[J].廊坊師范學院學報：自然科學版，2015，15（6）：48-50.

[4]崔楊峰.基于Zigbee無線通信技術在智能家居中的應用研究[J].中國新通信，2019，21（6）：66-67.

作者：嚴林波 單位：南昌理工學院電子與信息學院