基于ZigBee的无线智能家庭网关控制技术研究

　　引言

　　随着网络技术和现代通信技术的发展，家庭网络化已经成为家庭现代化的趋势。家庭网络可视为一种分布式网络，通过无线家庭网关实现对普通家电终端的远程控制是未来的发展趋势，冈此无线家庭网关是整个家庭网络的核心，它主要实现网络接入、远程控制以及无线连接家庭内部异构子网等功能。其中无线网关控制技术是一个需要解决的关键问题。

　　目前无线控制技术主要有IrDA、ZigBee、无线USB、蓝牙、Z-Wave。在以上技术中，IrDA技术最具有成本优势且协议简单，但传输方向单一，不能组网。WirelessUSB的成本较高，主要用于传输高速多媒体数据，不适合智能家庭的控制应用。蓝牙技术主要用于传输语音，如果将其应用在智能家庭网关控制，将带来传输距离受限和控制协议复杂等问题。Z-Wave是从ZigBee标准中精简而来，但该技术目前尚不支持全球通用的2．4 GHz频段。ZigBee技术在传输距离、可靠性以及组网能力方面都极具优势，本文利用ZigBee技术对智能无线家庭网关控制技术进行研究。

　　1 无线智能家庭网关控制技术的结构设计

　　1．1 家庭网关组网技术的选择

　　ZigBee技术是一种新兴的远距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。ZigBee技术的低数据速率特点，适合于承载数据流量较小和QoS的要求不高的业务，因此，ZigBee技术是最适合智能家居系统的组网技术。对于智能家居系统来说，该网络自身是一个动态系统，不断与外界环境相互影响，网络中传输的数据量不大，网络节点多，要求低功耗，因此家庭无线网关利用ZigBee技术，其拓扑结构采用星型结构组网。

　　1．2 家庭网关的无线组网设计

　　基于ZigBee技术的家庭网关系统结构框图如图1所示，家庭网关和若干个无线通信ZigBee节点模块组成星形结构的家庭传输网络。家庭网关是网络协调器，它主导网络的建立，监督网络的正常运行，配置存储空间，实现网络初始化、数据采集、设备控制等功能。另外，它配置16位本地地址给设备以节省带宽。其他的无线通信ZigBee模块只能与家庭网关之间进行通信，实现状态采集、查询响应、设备控制等。智能家庭网关是一个智能的嵌入式网络系统，包括硬件和软件两部分。

　　1．3 智能家庭网关硬件结构设计方案

　　硬件部分需要提供多种多样的网络接口类型与控制接口，主要由主控制器、GPRS模块和ZigBee射频通信模块3部分组成，其结构框图如图2所示。

　　主控制器CPU控制各种各样的接口，包括以太网接口、USB接口、ADSL接口、WLAN接口等。主控制器采用三星公司的ARM9微处理器S3C24-10X，它具有外围扩展功能模块，能够实现高速处理。GPRS模块采用Siemens公司的TC35终端，通过串口与CPU相连，实现与Internet。的连接。ZigBee射频收发模块采用Chipcon AS公司的CC2420芯片．控制家庭网内具备ZigBee标准接口的家用电器。在家电控制器上加载ZigBee无线通信模块成为家庭分布式网络的终端设备。

　　2 无线智能家庭网关控制技术的实现

　　在选定了家庭网关的硬件平台后，家庭网关便有了自己的物理载体，但仅仅是硬件部分，并不能实现家庭网关所应具有的功能，还需要有建立在硬件平台之上的软件控制系统。