基于ZigBee的無線智能家庭網關控制技術研究

2 無線智能家庭網關控制技術的實現
在選定了家庭網關的硬件平臺后，家庭網關便有了自己的物理載體，但僅僅是硬件部分，并不能實現家庭網關所應具有的功能，還需要有建立在硬件平臺之上的軟件控制系統。
2．1 智能家庭網關系統的選用
家庭網關采用嵌入式Linux操作系統進行開發，包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面等。操作系統主要實現以下功能：
①建立交叉編譯環境。
②引導裝載程序(Bootloader)，能實現系統的快速引導，提供瞬間開機功能；負責將Linux內核加載到內存，并將控制權交給內核初始化程序。
③Linux內核(kernel)的移植與裁減。Linux內核采用模塊化的組織結構，通過增減內核模塊的方式來增減系統的功能，正確合理地設置內核的功能模塊，只編譯系統所需功能的代碼，以獲得更高的運行速度。
④裝載文件系統(file system)。嵌入式系統一般不具備硬盤等大容量存儲體，而用Flash為主存儲器，其文件系統也具有特殊性。
⑤開發圖形用戶界面(GUI)。
⑥選擇上層應用程序(applieation)。
2．2 智能家庭網關軟件結構的設計
智能家庭網關采用分層軟件設計結構，如圖3所示。在整個軟件框架中，位于底層的是各類硬件驅動程序，通過嵌人式Linux操作系統實現底層硬件設備的驅動與管理。嵌入式Linux操作系統之上是針對設計需要而移植的TCP／IP協議與ZigBee通信協議。協議層之上為應用程序層，其中包括Web、CGI程序與嵌入式用戶圖形系統QT和一些其他的嵌入式應用程序。其中嵌入式web服務器，提供了全中文的Web管理界面，用于家庭網關的遠程訪問和管理，QT是基于本地LCD的一個強大的圖形界面系統，實現在家庭內部通過ZigBee對家電終端的訪問和控制。

2．3 ZigBee通信控制的實現
(1)智能家庭網關與終端設備通信連接的建立
在家庭網關硬件平臺的ZigBee適配器與終端設備之間建立的無線通信連接，是基于無線替代有線而建立的無線信道連接，它與實際的串行連接并沒有太大的差別。這樣，在Linux下利用先前移植的ZigBee工具包，完成家庭網關硬件平臺上無線適配器與終端設備之間的配對與連接后，就可以以操作設備文件的方式對這條無線信道的串行連接進行操作，在本地實現對終端設備的通信和控制。主要包括兩個方面的內容：一個是網關發送的控制指令要通過ZigBee發送到終端設備，另一個是終端設備反饋給家庭網關的狀態數據也要通過ZigBee的方式發送給家庭網關。通信過程的結構框圖如圖4所示。