基于ZigBee的無線智能家庭網關控制技術研究

摘要：設計一種新型的基于ZigBee技術的智能無線網關控制系統，以S3C2410為平臺，采用Linux操作系統，實現智能家庭網關與終端設備的無線連接；重點研究了該系統的組成、系統的軟硬件設計，以及利用ZigBee技術實現對終端設備的控制。
關鍵詞：家庭網關；無線；ZigBee；Linux操作系統

引言
隨著網絡技術和現代通信技術的發展，家庭網絡化已經成為家庭現代化的趨勢。家庭網絡可視為一種分布式網絡，通過無線家庭網關實現對普通家電終端的遠程控制是未來的發展趨勢，岡此無線家庭網關是整個家庭網絡的核心，它主要實現網絡接入、遠程控制以及無線連接家庭內部異構子網等功能。其中無線網關控制技術是一個需要解決的關鍵問題。
目前無線控制技術主要有IrDA、ZigBee、無線USB、藍牙、Z-Wave。在以上技術中，IrDA技術最具有成本優勢且協議簡單，但傳輸方向單一，不能組網。WirelessUSB的成本較高，主要用于傳輸高速多媒體數據，不適合智能家庭的控制應用。藍牙技術主要用于傳輸語音，如果將其應用在智能家庭網關控制，將帶來傳輸距離受限和控制協議復雜等問題。Z-Wave是從ZigBee標準中精簡而來，但該技術目前尚不支持全球通用的2．4 GHz頻段。ZigBee技術在傳輸距離、可靠性以及組網能力方面都極具優勢，本文利用ZigBee技術對智能無線家庭網關控制技術進行研究。

1 無線智能家庭網關控制技術的結構設計
1．1 家庭網關組網技術的選擇
ZigBee技術是一種新興的遠距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。ZigBee技術的低數據速率特點，適合于承載數據流量較小和QoS的要求不高的業務，因此，ZigBee技術是最適合智能家居系統的組網技術。對于智能家居系統來說，該網絡自身是一個動態系統，不斷與外界環境相互影響，網絡中傳輸的數據量不大，網絡節點多，要求低功耗，因此家庭無線網關利用ZigBee技術，其拓撲結構采用星型結構組網。
1．2 家庭網關的無線組網設計
基于ZigBee技術的家庭網關系統結構框圖如圖1所示，家庭網關和若干個無線通信ZigBee節點模塊組成星形結構的家庭傳輸網絡。家庭網關是網絡協調器，它主導網絡的建立，監督網絡的正常運行，配置存儲空間，實現網絡初始化、數據采集、設備控制等功能。另外，它配置16位本地地址給設備以節省帶寬。其他的無線通信ZigBee模塊只能與家庭網關之間進行通信，實現狀態采集、查詢響應、設備控制等。智能家庭網關是一個智能的嵌入式網絡系統，包括硬件和軟件兩部分。

1．3 智能家庭網關硬件結構設計方案
硬件部分需要提供多種多樣的網絡接口類型與控制接口，主要由主控制器、GPRS模塊和ZigBee射頻通信模塊3部分組成，其結構框圖如圖2所示。