KC04070203-m03智能家居中无线传感器网络的总体设计课程教案

1、教 案任务二 智能家居中的无线传感器组网教师姓名授课形式授课时数授课日期授课班级班 月 日 第 周（周 ）第 节知识点教学目标知识点：智能家居中无线传感器网络的总体设计【知识目标】1. 智能家居环境中的无线通信技术的种类。2. 智能家居环境中的无线通信技术的特点。【能力目标】1. 了解智能家居环境中的无线通信技术的种类和特点。2. 选择智能家居中使用的无线通信及组网技术。3. 具备问题分析与数据处理的能力。【素质目标】1. 具备善于观察、学习和思考、系统分析解决问题的能力、成员间的沟通、协调能力。2.具备与工作伙伴的沟通交流能力，具备团队工作、协调能力。教学重点教学难点【教学重点】1. 智能家

2、居环境中的无线通信技术的种类。2. 智能家居环境中的无线通信技术的特点。3. 智能家居环境中的无线通信技术的选择。【教学难点】 智能家居环境中的无线通信技术的选择。使用教具 物联网实训室、电脑、投影仪等。课外作业备 注授课主要内容或板书设计一 ZigBee技术特点ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,

3、分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点：(1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。(2) 成本低： ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.52.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。(3) 时延短:

4、 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。(4) 网络容量大： 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。(5) 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

5、。(6) 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。二 Z-wave技术特点Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz(美国)868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术

6、将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人局域网。z-wave技术特点低成本：多种器件集成在单个芯片上，大大的降低了开发成本。低功耗：在控制及信息交換中通信量较低，完全可採用电池供電，降低了家用设备的运行功耗。采用双向传输无线通讯技术，可现实控制信息及状态信息，相对传统单向红外线就难以实现此种设计。同时点对点互相沟通，不会因为一个节点故障而影响其他节点工作，每个节点都可当中继转发（电池设备除外）另外不像其他RF技术使用公共频带进行传输，而是采用双向应答式的传送机制压缩帧格式随机式逆演算法减少失真和干扰。覆盖性：控制性统一般都受距离及可靠性的限制，因此以往大部分可靠性控制系統需要有

7、线連接做中继來确保覆盖。Z-Wave可支持网状多点对多点连接方式可提供更高的可靠性及范围，设备与设备之间可互传讯息及互控。三 WiFi技术特点WIFI全称WirelessFidelity，又称802.11b标准，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11DSSS设备兼容。今夏最流行的笔记本电脑技术迅驰技术就是基于该标准的。IEEE（美国电子和电器工程师协会）802.11b无线网络规范是IEEE802.11网络规范的变种，最高带宽为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自

8、动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。Wi-Fi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。WIFI突出优势其一，无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合100米，在整栋大楼中也可使用。最近，由Viv

9、ato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络接近100米的通信距离扩大到约6.5公里。其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11mbps，符合个人和社会信息化的需求。其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。四蓝牙技术特点 工作在2.4GHz ISM（工业科技医疗）频段；提供低价、鲁棒的、大容量的语音和数据网络；Bluetooth的在发射功率为0dBm指定范围是10米，在加入额外的功率放大器后，如20dBm时可达100米；使用1Ms/s符号速率以达到最大限制带宽；使用快速跳频(1600跳/秒)避免干扰；在干扰下，使用短数据分组来尽可能增大容量；快速确认机制实现在链路情况良好情况下较低的编码开销；CVSD语音编码使之可在高误码率下仍然可以使用