无线传感器网络在智能家居中的应用论文(西安邮电大学)(3)

2.2传感器节点

无线传感器网络节点是无线传感器网络中部署到研究区域中用于收集和转发信息、协作完成指定任务的对象。传感器节点由定位发现模块，处理器模块，移动通信模块和电源模块四部分组成，整个结构如图2所示。

定位发现模块通过传感器来获取所设定的外界的信息（如温度，亮度等），并对其进行模数转换；处理模块是协调各项工作并对从外界获取的信息进行基本的处理和保存。移动通信模块是通过收发器在两个节点间进行无线通信和从外界获取信息的传递；电源模块为节点提供工作所需要的能量，一般多为直流电。 2.3 组网流程

无线传感器网络是一个自组织的网络，如果一个全功能节点被激活，它就可能建立一个网络并把自己设为网络协调器，其它的普通节点可以申请加入该网络。这样就可以建成一个具有星型拓扑结构的无线传感器网络。本文中的无线传感器网络支持超帧结构，网络协

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调器经过能量扫描、主动信道扫描后，按照设定的参数周期性的发送信标帧。普通节点首先经过能量扫描和被动信道扫描后，获取信标帧中包含网络特征的参数，如信标序号、超帧序号和网络标号等。通过同步请求与网络协调器同步，再通过匹配请求与网络协调器关联。在与网络协调器关联的过程中，网络协调器为每个请求关联的普通节点分配16位的短地址。这样在以后的数据传送中就可以用短地址进行通信，提高通信效率、降低发射中的能量消耗，从而延长网络的使用寿命。 2.4网络协议

无线传感器网络协议栈如图3所示。

物理层处于最底层，是整个开放系统的基础，提供信号调制和信号的无线接收和发送技术；数据链路层要为终端设备间的数据通信提供传输媒介及其连接。主要责任是让数据成帧，帧检测，媒体访问和差错控制；网络层主要完成路由的生成和选择；为两个端系统的会话层之

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间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，控制数据流的传输，保证通信服务质量；应用层是开放系统的最高层，直接为应用程序提供服务的，包括一系列基于监测任务的应用层软件；能量管理平台主要管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能源；移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。

3 智能家居的ZIGBEE实现

ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，采用了IEEE820.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查，加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75 m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2．4 GHz免执照频段。

ZigBee是一组基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。

在ZIGBEE网络中，支持两种类型的物理设备：全功能设备和精简功

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能设备。

全功能设备的特点：支持任何拓扑结构；可以成为网络协调器；能和任何设备 通信。精简功能设备的特点：只用在星型拓扑中；不能成为网络协调器；只能和网络协调器通信；实现非常简单。ZigBee网络要求至少一个全功能设备作为网络协调器。ZigBee网络协调器：建立网络；传输网络信标；管理网络节点；存储网络节点信息；在关联节点之间路由信息。在家庭无线传感网络中我们选用一个全功能的网络协调器来作为控制家电的点，并通过这个点来转换网络指令以便把从外网中得到的指令转换为自身的指令来控制网络中的节点 3.1 家用电器和网络节点

在智能家居中我们实现的是对家用电器的智能化，就是通过嵌入电器中的控制节点来实现这些功能，但是家用电器根据其功能和作用可以分为智能家电和非智能家电。智能家电就像空调，它可以在温度达到其设定的温度是转换为睡眠状态。非智能家电就像电视，我们不仅仅实现开关机，还要加入一些复杂的指令来实现选台等一些别的功能。因此我们把节点分为简单的控制节点和复杂的控制节点两类。简单的控制节点就是实现开关功能，复杂的控制节点不仅要实现开关功能，还要实现电器的一些复杂功能。区别了简单的控制节点和复杂的控制节点，可以减少成本和提高网络的效率。 3.2网络结构

无线传感器提供两种网络结构：星型网络结构和点对点网络结构。在家庭网络中，我们是通过网络协调器来实现家用电器的控制，

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所以我们主体上是选用星型网络结构，但是在一些家电中，由于它们之间的特殊关系，像电视机和录像机，因为如果人在户外又想回到家里就可以看到错过的比赛或新闻，这时就需要用录像机把比赛或新闻的情况录下来，这个时候电视机和录像机之间就有一种必然的联系，因此我们就在一些这样的家电中采用点对点的网络控制，这个节点开启了，不再发别的指令去开启录像机，通过电视的节点就可以控制录像机中的节点。 3.3网络组成

完整的智能家居系统包括：网关是实现家庭网络和外网的连接口，这样我们可以通过INTERNET来对家庭网络中的网络协调器进行指令传输。GPRS系统，有了该系统我们可以通过移动通信网络用手机实时的对家庭网络进行监控。网络协调器，实现对嵌入在家用电器中的控制节点进行指令控制，从而实现对家用电器的远程无线控制，同时它还需要多种通讯协议转换功能。在ZIGBEE实现的智能家居中我们应用Getway设备，因为它集成了网关、GPRS和控制功能。如图4所示。

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