基于ZigBee与GPRS的报警系统.doc

兰州工业高等专科学校兰州工业高等专科学校 毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 题题目目基于基于 ZigBee 与与 GPRS 的报警系统的报警系统 系系 别别 电电子信息工程系子信息工程系 专专 业业 通通 信信 技技 术术 班班 级级 通通 信信 09-1 班班 姓姓 名名 张张 喜喜 彩彩 学学 号号 200910103134 指指导导教教师师（ （职职称）称） 周彬（周彬（讲师讲师） ） 日日 期期 2012 年年 03 月月 兰州工业高等专科学校兰州工业高等专科学校 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 电子信息工程电子信息工程系系 2012 届届通信技术通信技术专业专业 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目 基于 ZigBee 与 GPRS 的报警系统 课题内容性质工程设计 课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题设计/论文 校内指导教师职 称工作单位及部门联系方式 周彬讲师电信系一、题目说明（目的和意义）： 随着现代无线通讯技术的发展和普及,作为无线传感器网络中的一种协议标 准,ZigBee 技术日渐成熟,以其优良的性能为众多的近距离无线通信应用领域提供 了低成本、低功耗、高可靠性的解决方案。GPRS 技术逐步完善,它的覆盖区域 也日益增大,几乎可以分布到所有人类居住的地方。它的维护费用比较低,安装方 便,易于实现远程数据的采集和设备的控制。该设计拟采用 ZigBee 组成的无线传 感器网络和 GPRS 无线通信技术构成的大范围远程数据采集系统,结合各类传感 器对环境中多路状态（如温度、火警、气体浓度、非法入侵等）进行监控和预警， 一旦出现警情可通过 GPRS 系统向绑定的手机实时发送短消息，实现特定环境 的监测和报警。 通过对本课题的设计，让学生掌握下列内容： 1学习无线通信协议 ZigBee 及其典型应用； 2熟练掌握单片机组成原理和各种接口技术，能利用单片机应用系统的知 识完成软件、硬件设计； 3能够熟练应用 Protel 绘制所设计的电路图； 二、设计（论文）要求（工作量、内容）： 1为本设计题目找到合适的应用领域； 2为本设计选取合适的数据采集、控制处理等器件； 3采用单片机进行系统控制； 4数据采集模块、数据传输模块、报警模块的设计； 5软件设计：软件流程图和通信协议； 6认真做好学习笔记，按时完成设计任务 三、进度表 日 期内 容 第十五周 第十六至十七周 第十八周 第十九周 第二十周 下学期第一、二 周 查阅资料写出开题报告； ZigBee 通信协议基本原理及单片机接口电路具体应用； 数据采集、处理模块电路设计； 报警系统的软件设计 撰写并完成论文； 修改论文准备答辩； 完成日期 答辩日期 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量： 1李广弟，朱月秀等。单片机基础M。北京航空航天大学出版社, 2007。 2 胡汉才。单片机原理及其接口技术。北京：清华大学出版社， 2001。11 3李文仲，段朝玉。ZigBee 无线网络技术入门与实战M。北京航空航 天大学出版社,2007。 4钟永锋，刘永俊 编著。 ZigBee 无线传感器网络M, 北京邮电大学 出版社,2011。 5 金纯 等编著。 ZigBee 技术基础及案例分析M,国防工业出版社, 2008。 6 美里吉斯 著，朱洪波等译。通用分组无线业务（GPRS）技术与应 用M。北京人民邮电出版社,2004。 o 指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字 周彬 2011 年 10 月 14 日 年 月 日年 月 日 注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。 兰州工业高等专科学校毕业论文 摘 要 I 摘 要 随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、 控制技术的迅猛发展与提高,家居智能化也在这种形势下应运而生。 Intemet、电信、电视网三种网络的合而为一，是未来网络媒体发展的趋势，是当前 竞相开发的热点，它实现了三网中移动网与家庭无线网络的结合，提出了一种采用 GPRS 技术与 ZigBee 的无线技术来完成对智能家居系统的设计，该系统全部采用无线通信技术 来完成，省去了重新布线的问题，而且把 GPRS 远程通信技术加入到智能家居的系统中， 从而使用户千里之外可以随时了解家中的情况提供一种解决办法。 此文首先分析了智能家居系统的构成以及控制系统在智能家居的地位，并对传统智 能家居进行分析，提出了基于短距离无线网络传输的现代智能家居系统，接着对智能家 居控制系统的构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于 IEEE802154 的 ZigBee 技术是目前最适合无线家居控制系统的无线标准，并对 ZigBee 无线技术的协议框 架进了分析，对终端节点通信物理层、MAC 层、网络层进行了研究，论述了物理层、 MAC 层的节能制并在 MAC 层选用 SMAC 协议，网络层选用 SPIN 路由协议以便更好地 达到节约能耗的目的。然后从系统和应用的角度来研究智能家居控制网络，设计了一个 基于近距离无线技术的智能家居控制演示系统，主要完成了采用 GPRS 无线通信模块与 新一代无线网络通信技术 ZigBee 相结合，实现了通过手机短信对家庭电器及安防设备进 行控制与监控的系统。 关键词关键词: :GPRS；ZigBee；智能家居；无线通信 兰州工业高等专科学校毕业论文 ABSTRACT II ABSTRACT As the national economy and to raise the level of science and technology, especially the computer technology, communication technology, network technology, control Technology The rapid development and the enhancement, prompted the family to realize the modernization of life, living environment comfortable change, safety is changed. It was also in living in intelligence This situation arises. Telecom, Intemet, three kinds of television network in unity, is the development trend of future network media, is the current development of competing Hot, and this paper is in this context, realized the three net Yi Dong Wang and family wireless networks was proposed by using GPRS technologies and ZigBee wireless technology to accomplish intelligent household system design, this system adopt wireless communication technology to finish Cheng, saves the some rewiring problems, but also to GPRS remote communication technology to join intelligent household system, thus the user in. Distance can understand the home circumstance to provide a solution. This paper first analyzes the intelligence lives in the structure of the system and control system in intelligent household position and features of traditional intelligent household Some analysis is proposed based on short range wireless network modern intelligent household system is the future development trends. Then the intelligent household control system architecture and related key technology are analyzed and compared, and points out that based on the coincidence. IEEE802. The ZigBee technology is the most suitable for wireless home control system of wireless standards, and to ZigBee wireless technology agreement framework The analysis of terminal node communication physical layer, the MAC layer, network layer were studied, and discusses the physical layer, the MAC layer of energy-saving machine System and in MAC layer, network layer SMAC agreement selects chooses SPIN routing protocol to better achieve the purpose of saving energy consumption. Then from the Angle of system and application to research intelligent household control network, design of a close wireless technology based on the intelligent home R control demo system, mainly finished using GPRS wireless communication module and a new generation of wireless network communication technology ZigBee unifies. Realized through SMS to household appliances and security system to control and monitoring. Keywords: GPRS；ZigBee；intelligent household； wireless communications 兰州工业高等专科学校毕业论文 目 录 III- 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 第一章第一章 绪论绪论- 1 - 1.1 研究背景- 1 - 1.2 系统的总体方案- 1 - 1.3 家庭网关- 2 - 1.4 研究目的和意义- 4 - 1.5 课题的研究内容和论文结构安排- 5 - 1.6 本文主要工作及组织结构- 5 - 1.6.1 本文主要研究内容- 5 - 1.6.2 本文组织结构- 5 - 第二章第二章 关键技术和主要器件的介绍关键技术和主要器件的介绍- 7 - 2.1 几种无线通信技术的对比- 7 - 2.2 GPRS网络技术- 10 - 2.3 ZIGBEE无线技术- 11 - 2.4 CC2420芯片的介绍- 12 - 2.4.1 性能特点- 12 - 2.4.2 芯片内部结构- 13 - 2.4.3 典型应用电路- 13 - 2.4.4 优势- 13 - 2.4.5 其他- 13 - 2.5传感器原理及应用 - 14 - 2.5.1 传感器的分类- 14 - 2.5.2 常用传感器原理及应用- 15 - 第三章第三章 智能家居硬件系统设计智能家居硬件系统设计 - 19 - 3.1 引言- 19 - 3.2 系统基本工作原理- 19 - 兰州工业高等专科学校毕业论文 目 录 IV 3.3 系统组成及工作原理- 19 - 3.4 系统硬件设计与调试- 20 - 第四章第四章 智能家居软件系统设计智能家居软件系统设计 - 32 - 4.1 系统的软件设计- 32 - 4.2 系统软件调试及设计部分- 33 - 总结和展望总结和展望- 37 - 致致 谢谢- 39 - 参参 考考 文文 献献- 40 - 兰州工业高等专科学校毕业论文 绪 论 - 1 - 第一章 绪论 1.1 研究背景 在信息、通讯、智能不断发展的今天，随着计算机网络技术和电子信息技术的高速 蓬勃发展及国内消费者生活水平的不断提高，人们更加注重生活质量，对住宅的要求也 越来越高，已不满足于单纯的居住功能，还希望能得到高品质的生活。已经上升到了对 整个家居智能化、自动化、安全、高效、舒适等更高层面的要求，这些都直接促成了智 能家居的诞生。 无线传感器网络是计算技术、通信技术和传感器技术相结合的产物，是一种全新的 信息获取和处理技术。它是计算机科学技术的一个新的研究分支，得到了学术界和工业 界的高度重视。它的基本组成单位是无线传感器节点，具有无线通信、数据收集和处理、 协同工作等功能。一定数量的无线传感器节点共同组成了无线传感器网络，每一个无线 传感器节点可以随机或者特定地布置在工作环境中，通过无线通信实现自组织，获取周 围环境的信息，形成分布自治系统，相互协同以达到完成特定任务的目的。无线传感器 节点集成了传感器、微处理器、无线接口和电源管理四个主要模块 。 ZigBee 是由 ZigBee 联盟所制定的无线网络协议，此联盟是由 50 多家公司联合发起 的，目前加入的公司已有大约 200 家，他们来自半导体业、软件开发商、终端产品制造 商和服务供货商，其中一些来自电信业。会员中虽然有很多国际知名的厂商，但目前并 没有真正能主导市场或技术发展的厂商。ZigBee 协议的第一个公开版本 ZigBee V10 于 2005 年 6 月底公布了；在 2006 年 12 月，ZigBee 联盟又制定并公布了 ZigBee V11 的新 版本，此版本又称为 ZigBee 2006；下一个新版本 ZigBee V12 也已如火如荼的制定完， 己在 2007 年年中公布，此版本又称为 ZigBee Pro 或 ZigBee 2007。 ZigBee 协议的通信层，加上 IEEE8021542003 标准的物理层和媒体访问控制层， 就形成了一个完整的低速率数据传输网络协议标准，即 IEEE802154ZigBee 协议， 它使得数千个微小的无线传感器节点之间相互协调从而实现通信。这些传感器节点只需 要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器节点传到另一个传感器 节点，所以它们的通信效率非常高。 1.2 系统的总体方案 课题所设计的智能家居系统的总体功能模块图如图 1-1 所示。 从图中可以看出，智能家居整体系统主要由上位机的人机界面、家庭网关、主节点 以及家庭内部的家电网络和传感器网络几部分组成。网络总体上分为家庭外部网络和家 庭内部网络两部分，分别对应因特网和 ZigBee 网络。家庭网关是系统的灵魂和核心控制 所在，它是带嵌入式系统平台的专用主机，并且外接一个 ZigBee 短程无线收发模块，以 实现对家庭区域网内的各种信息家电和传感器的控制。家庭网关对外可以提供各种远程 兰州工业高等专科学校毕业论文 绪 论 - 2 - 智能控制接口，操作者可以通过任何一台连接到 Internet 的 PC 机访问 Web 页，对家中的 终端节点进行数据访问或者控制。 图 1-1 智能家居系统的功能模块图 终端节点单元包括以下两部分部件:射频收发模块、传感器或受控终端以及两者之间 的接口控制模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点 设备的网络无线连接和无线数据或指令的收发。系统的终端传感或受控单元，主要进行 环中温度、湿度等各种数据的采集或者进行有人闯入或者有毒气体等意外灾难情况的探 测以及对各种网络家电的控制。这种控制或者检测功能需要通过接口控制模块来直接操 作并完成。 1.3 家庭网关 ZigBee 无线网络为家庭内部各个终端设备之间的信息沟通提供了一个统一网络平台， 使智能化的范围由单个设备扩充到整个家庭，在一定程度上解决了“信息孤岛”问题。 但单个家庭网络系统仍然是一个大的“信息孤岛”，因为它还无法实现与外界的信息沟 通，这就限制了它的具体应用，如：通过因特网，手机等对家庭内部设备进行远程监控 及配置等。因此，家庭网络必须与外界全球化的信息平台即 Internet 连接，才能达到信息 随时、随地沟通和共享。由于家庭内部网络采用的是轻量级网络协议，要实现它与 Internet 等外部 TCP/PI 网络之间的互联，必须有一个用来完成协议转换的设备或功能部件， 作为这两种网络连接的桥梁，这个桥梁便是家庭网关。 家庭网关是一种简单的、智能的、标准化的、灵活的数字家庭网络接口单元，它可 以从不同的外部网络接收通讯信号，通过家庭网络传递信号给某个终端设备。从结构上 看，家庭网关是家庭外部 TCP/PI 网络和局部家庭网络之间的连接点。所以，家庭网关应 具备两个主要功能 ： （1）作为外部接入网(如 Internet 接入)连接到家庭内部，同时将家庭内部网络连接到 外部的一种物理接口，家庭网关应能同时处理多种类型的接入网技术，即完成不同网络 兰州工业高等专科学校毕业论文 绪 论 - 3 - 间的协议转换和路由选择功能。 “协议转换，这一功能描述只是原理概念上的一个总体定位，实际设计和实现时决不 是将一种协议对应转换成另一种协议那么简单。从信息流动和变换的观点来看，可以将 家庭网关视为如图 1-2 所示模型。 在图 1-2 中，有两条双向的信息流通过家庭网关，家庭网关在其中起着信息格式变换的 作用。 图 1-2 家庭网关模型 图 1-3 家庭网关的结构图 （2）使用户可以获得各种家庭服务(包括现有的服务和未来可能出现的服务)的平台。 包括：实现远程的控制与浏览平台。如远程通讯，远程教育、远程医疗、远程抄表、家 电管理和集成、安全系统管理、家庭能源调节和管理、在线和电子公告等。同时，作为 家庭与媒体的中心，实现音频和视频信息的综合预处理等。如可视电话、视频传送和分 兰州工业高等专科学校毕业论文 绪 论 - 4 - 配、虚拟 VCR 和视频点播、视频交互通讯、CD 点唱机。 传统的家庭网关多采用 PC 机模式，这样为了使网络能够正常运行，首先要保证 PG 始终保持在开机状态并且稳定无故障，这样势必造成了整个网络的可靠性降低。为了避 免系统对传统 PG 机的依赖问题，课题采用嵌入式技术设计家庭网关，设备通过嵌入式模 块，直接接入 Internet 实现信息交互的过程。课题采用飞利浦的 LPC2200 系列 ARM7 嵌 入式芯片设计此网关。课题所设计家庭网关的结构图如图 1-3 所示。 1.4 研究目的和意义 在智能家居系统中，无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅 仅因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去了花在综合布线上的费用和精力， 而且更符合家庭网络的通讯特点。同时随着无线网络技术的进一步发展，也必将大大促 进家庭智能化、网络化的进程。 目前，无线网络技术主要可分为射频(I 强)技术、IRDA 红外线技术、IEEE80211b 和 IEEE80211a 协议技术、Home RF 协议、蓝牙技术、ZigBee 技术。其中射频(RF)技术 已很成熟。它的成本低廉，穿透性较好，但抗干扰能力差，安全性差，最致命的缺陷是 它没有统一的标准，各公司的通信协议都不一样。红外 IRDA 技术也比较成熟，但必须直 线视距连接，限制太大，并不适合我们通常意义上的家庭网络；IEEE8021l 是 IEEE 最 初制定的一个无线局域网标准，主要用于办公室局域网和校园网。由于它在速率和传输 距离上都不能满足人们的需要，IEEE 小组又相继推出了 IEEE8021lb 和 IEEE8021la 两个新标准，但无论是 IEEE80211b 还是 IEEE8021la 都是一种高速率传输协议，用 在家居系统上有些大材小用，而且价格昂贵。它更适于办公室的无线网络；Home RF 无 线标准是由 Home RF 工作组开发的，旨在使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的 开放性工业准，由于 Home RF 网络没有密码因而它的安全性较差，且它的抗干扰能力很 差；而 ZigBee 技术和蓝牙技术都属于 IEEE80215 协议，在一定的范围内有重叠，但其 各自的技术特点决定了其应用的侧重点仍有很大的不同。蓝牙更适合于语音业务及需要 更高数据量的业务，如移动电话，耳机等。ZigBee 作为一种低功耗、低数据速率、低成 本的技术更适合于家庭自动化，安全保障系统及进行低数据率传输的低成本设备之间。 一般家庭网络通讯有以下几个特点： l、传输的数据量比较小，因而无需太大的传输速度； 2、信息的实时性要好，时延要短，尤其在安防信息上； 3、网络的容量要大，因家庭中各种设备、电器很多； 4、无论采用何种方式建立家庭网络，都必须保证数据传送过程中的安全性和可靠性， 不易被人窃取和破坏。 兰州工业高等专科学校毕业论文 绪 论 - 5 - 1.5 课题的研究内容和论文结构安排 本文在分析智能家居的发展方向，研究的必要性及意义后，把外部网络(移动网)和家 庭内部控制网络相结合，完成了智能家居控制系统的设计。 智能家居系统设计的目的：只需要手机发送短信，就可以实现控制家里的安防、三 表、灯的明暗，家电的开关。 基于 GPRS 和 ZigBee 技术的智能家居解决方案采用以单户家庭为单元的通信控制模 式，在每一个家庭中都安装一个主控中心(负责用户控制信号及家电反馈信息的接收和转 发)，及若干个与家电设备相连的分控终端(控制该家庭的所有电器)。主控和分控装置由 家庭总线相连，家庭总线采用 ZigBee 无线通信方式。此装置便于家庭独自管理，安全性、 可靠性高。 1.6 本文主要工作及组织结构 1.6.1 本文主要研究内容 针对传统的智能家居控制系统的特点，提出一款新颖的基于 ZigBee 无线传感网络的 智能家居远程控制系统设计方案。针对智能家居的特点，用 ZigBee 无线传感网络技术来 搭建智能家居中的家庭网络部分。将传感器和控制器连接到 ZigBee 网络中的节点上，实 现了传感器和控制器的无布线的散列摆放，用户无需重新布线，就能轻松实现对家用电 器的电话远程控制、电脑控制等多种智能控制。用户可以通过人机交互界面方便的设定 重要的参数，当采集信息的参数超过用户设定的范围时，系统会自动的以发短信或打电 话的方式通知用户，并且用户可以随时随地的通过手机或网络了解家里各种对象的信息 和实现对各个电器的控制。 1.6.2 本文组织结构 本文的组织结构安排如下： 第一章 绪论。首先引入了课题的研究背景，然后介绍了系统的工作原理及无线传感 兰州工业高等专科学校毕业论文 绪 论 - 6 - 器网络和智能家居的发展概况，最后指出课题的研究目的和意义以及本文的研究内容。 第二章 关键技术和主要器件的介绍。介绍了无线传感器网络的体系结构以及特点， 基于 ZigBee 技术的无线传感器网络和它的性能及其 GPRS 的特点，相关传感器的种类及 应用方法。 第三章 智能家居硬件系统设计。介绍了系统的工作原理及硬件调试。 第四章 智能家居软件系统设计。介绍了系统的软件调试及设计部分。 最后为总结与展望。总结了本文的工作，并提出课题和系统尚待深入和研究的内容。 兰州工业高等专科学校毕业论文 关键技术和主要器件的介绍 - 7 - 第二章 关键技术和主要器件的介绍 2.1 几种无线通信技术的对比 目前，各种无线传输技术林立，应用广泛。每个技术都有其立足的特点， 或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合 某些单一应用的特别要求；各种短距离无线通信技术都在争取成为市场标准。 这里我们重点介绍与控制网络有关的无线通信技术。 1、红外线技术 IRDA 红外线技术是家庭无线控制网络的一个选择，它设备简单，价格低 廉，很容易推广。而且现有的家电通常具有红外线遥控接口，很容易融入到这 样的网络中。但是，红外线控制方式的作用距离短，而且要求控制器与接收器 之间必须具有目视接触，属于点对点的通信方式。因此，红外使用不很方便。 特别是对于家庭组网方式，红外方式明显是不适合的。 2、家庭射频技术的 Home RF Home RF 工作组是由美国家用射频委员会领导于 1997 年成立的，其主要 工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网。Home RF 的普 及率高达 45%，在家庭无线联网市场独占鳌头。但由于 Home RF 技术标准得到 的支持程度、抗干扰能力等方面的欠缺，加上市场营销策略失当、后续研发与 技术升级进展迟缓，市场优势逐渐丧失，导致最终 Home RF 工作组不得不宣布 黯然退出无线联网市场的角逐。 3、蓝牙技术 蓝牙技术由爱立信、东芝、IBM 和英特尔五家公司于 1998 年提出。主要 用来打破以红外线或电缆线联系不同产品时受到的限制，2000 年做到使移动电 话等设备与个人电脑或任何其他设备、仪器之间，能够在约几十米的距离内无 需连接电缆线或红外接口就可进行数据交换。 蓝牙技术是实现话音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距 离、支持点到点和点到多点的通信的无线通信技术，蓝牙最早是作为电缆的替 代的一种低功耗短距离无线接口，实现在移动电话、便携式电脑和其他电子装 置之间的无缝连接，进而形成一个个局域网，使得其范围内的各种信息化的移 动和便携设备都能实现资源共享。 虽然用途上与红外类似，其标准中也考虑到了与红外系统的兼容性，但是 由于无线电波比红外线有固有的优势，蓝牙技术具有更广泛的应用。但是未来 的家居网络中设备节点的数量将会越来越多，蓝牙有限的网络容量将会限制其 兰州工业高等专科学校毕业论文 关键技术和主要器件的介绍 - 8 - 在低速控制网络中的应用。另外，蓝牙的成本始终高居不下，也就导致其无法 适用于未来的大规模家居控制网络的应用。目前己经有基于蓝牙的智能家居系 统，但是因为系统造价高，所以无法推广开来。 蓝牙技术具有强大数据通讯优势，用于抄表领域在技术上是完全可行的。 目前市场上早已有蓝牙技术的抄表模块。但由蓝牙技术主要针对的是数据交换 及语音信号传输，同其它专有的抄表技术相比，有协议过于复杂、芯片成本较 高的缺点。 4、ZigBee 技术 ZigBee 是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标 记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee 协议比蓝牙、高速率个人区域网(PAN) 或 802.llx 无线局域网更简单实用。ZigBee 技术的主要特点包括以下几个部分： (1)数据传输速率低，只有 IOkbPs-250kbPs，专注于低传输应用； (2)功耗低在低耗电待机模式下，两节普通 5 号干电池可使用 6 个月以上； (3)成本低，因为 ZigBee 数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本； (4)网络容量大，每个 ZigBee 网络最多可支持 255 个设备，也就是说每个 ZigBee 设备可以与另外 254 台设备相连接;有效范围小有效覆盖范围 10 75m 之间，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； (5)工作频段灵活； (6)可靠采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用 时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC 层采用了完全确认的数据传输模式， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可 以进行重发； (7)安全 ZigBee 提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能， 支持鉴权和认证，采用了 AES-128 的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全 属性； ZigBee 是一种适用于自动化系统与远程控制的无线通讯技术，具有低成本、 低耗电、双向传输的特性，而且朝开放性工业标准方向努力。产品发展初期会 以工商业市场为主，透过一些感应器提供如大楼自动化、保全、照明及医疗照 顾等功能，初步估计在 2004 年至 2005 年间会进入一般家庭市场。至于在家庭 内可提供之应用领域则包括: 家庭保全系统、空调系统之自动温控、照明、窗帘之远程控制、高龄者及 残障者之紧急呼叫器、电视与音响之万用遥控器、无线键盘、鼠标与摇杆、烟 兰州工业高等专科学校毕业论文 关键技术和主要器件的介绍 - 9 - 雾侦测器、电子宠物及玩具等等。 5、GSM/GPRS GPRS 是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service)的英文简称，是 在 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为 GSM 用户提供分组形 式的数据业务。GPRS 采用与 GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的 突发结构、同样的跳频规则以及同样的 TDM 流帧结构 GPRS 允许用户在端到 端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。 从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。 和现有的通信网络相比，GPRS 有几个新特点。GPRS 一个最“招人”的特 点就是“永远在线”，GPRS 采用的是分组交换技术，不需要像 Modem 那样拨 号连接，用户只有在发送或接收数据时才占用资源。GPRS 手机以传输资料量 计费，这种计费方式对消费者来说更合理。 GPRS 具有以下几方面的技术优势： （1）资源利用率高 GPRS 引入了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间占用 资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利 用率。GPRS 用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少，支 付多少”的原则。 （2）传输速率高 GPRS 的高传输速率，意味着通过便携式电脑，GPRS 用户能快速地上网浏 览，同时也使移动多媒体应用成为可能。 （3）接入时间短 分组交换接入时间短，能提供快速即时的连接，可使已有的 Intemet 应用 (如 E-mail、网页浏览等)操作更加便捷、流畅。 （4）支持 IP 协议和 X.25 协议 GPRS 支持因特网上应用最广泛的 IP 协议和 X.25 协议。而且由于 GSM 网 络覆盖面广，使得 GPRS 能提供 Intemet 和其它分组网络的全球性无线接入。 由于单个模块成本较高，目前 GSM/GRPS 技术还不能用于民用用户，主要 用于对民用用户室内表具以其它低成本的方式集中采集后，管理单位以此方式 与小区集中器间交换信息。 6、几种无线通信标准的性能比较 考虑到控制家居的无线网络小数据流量、对适时性要求不高的特征，选用 任何无线通信技术必须考虑以下几点： 低成本：户用计量仪表是低成本的。因此这些用来联网的元件也必须是低 兰州工业高等专科学校毕业论文 关键技术和主要器件的介绍 - 10 - 成本的。 低功耗：内置电池正常使用时间，热量表应不低于五年、水表与燃气表不 应低于六年。 性能可靠：无须大量维护:这些应用需要在无人照料的情况下运转。 伸缩性能好：需要联网几百至几千个设备。 表 2-1 对几种主要无线通信技术的比较 2.2 GPRS网络技术 1、GPRS 网络总体结构 GPRS 网络是在现有 GSM 网络中增加 GGSN(GPRS 网关支持节点)和 SGSN(GPRS 服务支持节点)来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送 和接收数据。其系统结构如图 2-1 所示。 计算机 手机 机机 SGSNGGSN B T S 其他 GPRS 网络 Internet X.25 ZigBeeBluetoothWI-fiGPRS/GSM 应用范围监事与控制 短距离的有线 的替代品 Web、视 频、e-mail WAN 、声音与数据 系统资源4KB-32KB250KB+1MB+16MB+ 电池寿命100-1000+1-71-51-7 网络节点数255/65KB7301000 带宽 （Kbps） 20-250100011000+64-128 通信距离 （m） 1-75+1-10+1-1001000+ 优点 可靠、低功效、 低成本、安全 低成本、 易操作 高速、适 应性强 传输质量好、 分布地域广 兰州工业高等专科学校毕业论文 关键技术和主要器件的介绍 - 11 - 图 2-1 GPRS 系统结构 2、GPRS 协议 移动台和 SGSN 之间的 GPRS 分层协议模型如图 2-2 所示 Um 接口是 GSM 的空中接口。U 接口上的通信协议有 5 层，自下而上依次为物理层、 MAC(MdiumAeeeSS Control)层、LLC 层、SNDC 层和网络层。 图 2-2 GPRS 协议 Um 接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的 各种逻辑信道。MAC 为媒质接入控制层。MAC 的主要作用是定义和分配空中 接口的 GPRS 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。LLC 层为逻辑 链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程层 LLC 的无线链路协议。LLC 层 负责在高层 SNDC 层的 SNDC 数据单元上形成 LLC 地址、帧字段，从而生成