ZigBee无线传感网报告

1、无线传感网期末作业ZigBee 在智能家居领域的应用与前景学院：姓名：2015.01.01ZigBee 无线传感网在智能家居领域中的应用前景分析一、应用背景智能家居的概念最早由美国、 加拿大、 欧洲、澳大利亚以及东南亚等经济比 较发达的国家提出。世界上第一幢智能建筑于 1984 年在美国康涅狄格州出现， 当时只是对一座旧式大楼进行了一定改造，采用计算机对大楼内的空调、电梯、 照明灯设备进行监测和控制， 并提供语音通信、 电子邮件和情报资料灯方面的信 息服务。 而后涌现了各种不同的解决方案，涉及到生活的方方面面。1998年 5月新加坡举办的 “98 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会” 上， 通

2、过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统 功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控 制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智 能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。国内智能家居的控制系统产品十分繁多， 由于入行门槛不高， 技术水平要求 较低，中国产生了数百个互不兼容的标准， 直接导致了国内行业竞争激烈， 标准 不统一带来实际应用的的麻烦。而 2005 年以后，智能家居的野蛮成长和恶性竞 争，给智能家居行业带来了极大的负面影响。 导致实际使用效果差， 产品可靠性、 安全性缺乏。不少媒体对智能家居提出了质疑，一般

3、民众也逐渐丧失了信心。但是智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势，虽然市场推广才刚刚开始， 但行业的竞争已经很激烈， 光是宁波就有不下 5 家企业专门从事这方面开发。 面 对中国庞大的需求市场，预计该行业将以年均 19.8%的速率增长，在 2015 年产 值达 1240 亿元。二、技术分析智能家居不同于数据通信网络， 其要求低速率低成本的控制手段。 其仅需要 设备的互联和控制，故应该考虑以下特点：1. 低成本 家庭控制网络中控制的对象主要是大量的家电和传感器终端节 点，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。2. 标准化 需要各个家居组成部件之间互相通信，标准化的工作非常重要。3. 跨平

4、台 使用环境是一个家居环境，整个系统中有着形形色色的平。4. 自组织 不能期望用户能够对系统进行复杂的配置和管理， 网络环境下各 种资源的自组织和协同工作显得十分重要。5. 可扩展性 系统不做大的改动情况下，能够自动地进行软件升级和功能扩 张。6. 嵌入式应用 嵌入式技术是指设备通过嵌入式模块，而非 PC系统，直接 接入Intemet实现信息交互的过程，或者通过移动通信模块直接接入移动网络实 现远程交互的过程。这样避免了系统对传统PC机的依赖问题。常用的短距离无线通信技术对比通信距离功耗组网规模安全性成本ZigBee100-500m低65000高低Bluetooth10-50m中点对点高低43

5、3MHz1km低255低低低功耗WiFi50-100m低-L-踣a控制机 Z妙亡為由节恵t ZigbccJfSllJ 节点Zi吐诧中心节点据控制中在实际应用中ZigBee自身的的缺点也很容易体现出来，在实际当中其通信 距离并不足以使之与较远的机房通信，此时由两个解决方案，一是就近安放机房， 但是成本较高；二是采用移动网络等远距离通信手段来传播信息。实际使用中可以令ZigBee与GPRS的核心网络相连接，ZigBee的数据业务在到达 PDN（Packet Date Network分组数据网络）前，先经过 Gb连接到GPRS核心网络。 这时，ZigBee网络协调器可以看作GPRS网络的一个MS。Z

6、igBee主协调器需要 支持两种无线子系统来传输信令和用户数据：第一个使用GPRS 的 RLC、MAC和物理层，第二个使用802.15.4的MAC和物理层。这两种接入方式提供了两种 传输PDU（ Packet Date Un it,分组数据单元）的方法。由于传感器网络中分布着 多个路由节点，因此微控制器要利用软件中断实现对不同ID路由节点上传数据轮询扫描，使路由节点的数据可以有序、完整地通过微控制器处理后传出。 路由 节点在此传感器网络中充当的是传感器节点和GPRS网络之间的网关。六、现实问题成本真的很低么?目前ZigBee芯片出货量比较大的 TI公司的CC2430, CC2530以及Free

7、scale 的MC1319X,MC1322X系列，其成本均在23美金左右，再考虑到其他外围器 件和相关2.4G射频器件，BOM成本难以低于10美金，针对智能家居这种成本 敏感而有需要大量节点的家用设备，其成本颇为尴尬。通信真的稳定么？目前国内 Zigbee 技术主要采用 ISM 频段中的 2.5G 频率，其衍射能力弱， 穿 墙能力弱。家居环境中，即使是一扇门，一扇窗，一堵非承重墙，也会让信号大 打折扣。当然，有些厂家会使用射频功放，对 2.5G 信号进行放大，但是这样会 造成额外的辐射污染，同时也和 ZigBee 低功耗，节能的初衷背道而驰。 组网真的有用么？Zigbee技术的主要特点是支持自

8、组网能力强，自恢复能力强，因此，对于井下定位，停车场车位定位，室外温湿度采集，污染采集等应用非常具有吸引力。 然而，对于智能家居的应用场景中，开关，插座，窗帘的位置一旦固定，一直不 变，自组网的优点也就不复存在， 但是自组网所耗费的时间和资源缺却依旧很高。仅目前我们能接触到的 ZigBee 的产品来看， 除了自组网的 ZigBee 产品，现 在互联网时代的 ZigBee 产品更要能与手机连接，将实时数据传输到手机，接受 手机的控制。但是大部分的手机没有 ZigBee 的部件无法与之互联，这就要求了 产品本身自带蓝牙或 Wifi 部件使之与手机之间互相连接，否则只能够再购买一 个终端来专门控制，

9、或者在家用路由内集成 ZigBee 部件。无论那种方法都不简单， 其成本都不会让用户觉得太低。 而目前完整的解决 方案并不完美，传统家居和互联网直接的结合才刚刚开始，还有很长的路要走。 从企业角度来看现阶段推智能家居主要在概念层面，主要方式是建一些体验店， 意在树立品牌形象， 下一个阶段才是将产品全面智能化， 并真正投入使用。 对于 用户而言，目前的智能家居是不够成熟的， 即便全面采用也不会有太理想的体验， 因此在调查中， 48.18%的网友表示目前愿意通过购买单品的方式来体验智能家 居， 39.15%的网友表示原因对家中某些局部进行小规模装修来体验智能家居，愿意对家居整体进行彻底重新装修的网

10、友只占12.68%。但如果考虑到未来组件智能家居，就有 66.54%的网友表示愿意从一开始装修就考虑家居的智能化问题了。现实中智能家居在未来还要面对五大问题： 1）标准需统一， 品牌无所谓； 2） 智能家居应无需学习； 3）价格会逐渐下降； 4）实用性需着重考虑； 5）安全是 个大问题。这五个问题必须注意考虑， 否则不知智能家居会否因为其中一块短板 而失败。七、解决方案ZigBee 应用应该发挥自己的优点，各家厂商统一标准，预留接口。在现阶 段，无法提供一整套令人满意的方案， 就应该在每个单品上提供足够好的控制及 运算能力， 首先是产品自身的控制， 其次才是用户的远程控制及数据监控。 运用 ZigBee 优秀的组网能力，将各个产品间尽量互联，由控制中枢进行判断控制， 使智能家居不是一个个独立的部分。 家用路由极可能成为一个重要的入口， 通过 路由远程控制家居是目前最为方便的方式，而传统路由和新兴路由都缺乏与ZigBee设备进行数据传输的功能，这是一个亟待解决的问题。最为简单的开关， 插座方面，这些产品在后期更改的或加装时