智能家居Zigbee无线通信技术应用

关键词：Zigbee无线通信技术；智能家居；实践应用

随着无线通信技术的不断进步，为智能家居发展创造了良好契机。在智能家居中，无线通信技术的推广实现了对家庭应用方式的有效转变，在安装时无须开墙孔，为产品设备调度方式创造了极大便利。无线通信技术的优、劣势影响智能家居的安全性、稳定性。无线通信技术中的Zigbee技术可以达到智能家居应用的各项目的，Zigbee无线通信技术在近年来的智能家居行业得到广泛推广[1]。本文对Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用进行研究。

1Zigbee无线通信技术

1.1Zigbee无线通信技术概念

Zigbee无线通信技术是IEEE80215.4协议规定的技术代名词，相较于传统网络技术，Zigbee无线通信技术具有更加高效、便捷的特点。作为一项新型的无线通信技术，Zigbee无线通信技术具有低功耗、短距离、高速度、低成本等优点[1]。Zigbee无线通信技术如同一个移动网络基站，可应用于自动控制、远程管理，可为便捷地在多种不同固定式、便携式移动终端中进行使用。Zigbee无线通信技术中的GPS功能具备较强的实用性，在无线通信技术持续进步的环境下，Zigbee无线通信技术已经在建筑、工业、智能设备等领域得到广泛推广，且表现出良好的发展前景。

1.2Zigbee无线通信技术特征

WiFi是得到广泛认可的短距通信系统，在互联网领域已得到大范围推广，但其存在安全性不足的问题，不适用于智能家居行业。Zigbee无线通信技术可实现传统网络技术难以实现的一系列功能，如近距离操作、降低能耗，还可保障通信系统的安全运行。Zigbee无线通信技术的特征主要表现为：第一，Zigbee无线通信技术低功耗。Zigbee无线通信技术进行传输处理时需消耗的功率为1mW，若ZigBee处于休眠状态，消耗的功率会进一步降低。例如，为基于Zigbee无线通信技术的设备安装两节常规电池，可支持其持续运行约6个月。第二，Zigbee无线通信技术低成本。现阶段，Zigbee无线通信技术不存在交付专利费的成本。一般情况下，应用Zigbee无线通信技术仅需在最初付费6美元，之后各项应用操作无须投入其他成本。Zigbee无线通信技术的低成本特征为其在智能家居中的应用创造了极大便利。第三，Zigbee无线通信技术安全可靠。Zigbee无线通信技术可实现三级安全模式，包括使用接入、使用控制清单、防止非法获取数据资源，为增强安全性，可引入高级密码加锁模式。Zigbee无线通信技术在信息传输过程中，可保障数据信息的相对平行性，Zigbee无线通信技术可为信息数据提供安全可靠的传输空间。第四，Zigbee无线通信技术高容量、高速度。基于Zigbee无线通信技术的无线网络设备，配备有主设备，装置有各式各样的辅助性设备，为Zigbee无线通信技术设备网络容量的超大额度提供了有力保障。由于数据传输具有一定及时性，其反应效果迅速，Zigbee无线通信技术在进行搜索时用时仅需30ms，处在休眠状态下进入工作状态只需15ms[2]。综上，Zigbee无线通信技术是智能家居的首选。

2Zigbee无线通信技术在智能家居中的实践应用

2.1Zigbee无线通信技术在智能家居中的优势

Zigbee应用在智能家居中具有以下优点：第一，抗干扰能力较强。当前Zigbee收发模块采用了2.4G直序扩频技术，相对FSK、ASK等来说，抗干扰能力更佳；第二，保密性能好。Zigbee技术可以提供数据完整性检测功能，运用了AES-128加密算法，多位数的密码为Zigbee信号传输提供了安全保障；第三，传输速度快，Zigbee大多运用短帧传输，传输速度快，具有实时性；第四，拓展性理想，Zigbee组网便捷，自恢复能力较强，在智能家居的应用中可以随意拓展，新增设备。Zigbee应用在智能家居中保密抗干扰能力强、保密性能好、传输速度快等优势，Zigbee的高成本与高网络容量影响了Zigbee在智能家居中的应用。基于此，灵活应用Zigbee技术，克服Zigbee的缺点，可提供更可靠、更便捷、更高效的智能家居产品。

2.2Zigbee无线通信技术在智能家居中的实践应用

（1）家居网络的建立。智能家居是嵌在无线网络收发芯片中，以ZigBee无线网络为支撑的一系列家用电子设备，通过各无线模块于子节点相互间传输数据，实现家庭范围内各电子设备的自动化运行。ZigBee网络协调器在各ZigBee网络路由器的支持下实现家庭网络建立，ZigBee网络设备则用作其他功能部件。为了保障智能家居的灵活性、稳定性，整个系统选取网状网络拓扑结构，对出现网络覆盖面有限情况可通过添加相应路由设备，以保障网络通信。首先，智能家居对数据传输量的要求偏低，为了实现对家居设备状态及控制信息的有效传输，对数据传输的安全性提出了较为严格的要求，如果数据传输出现偏差，会对家居设备造成极大破坏[3]。为此，智能家居设计应将各家居设备建立成一个有机整体，以切实保障数据的安全有序传输。其次，家庭网关与家居环境相关，大多数用户的家居设备位置不固定，要求家居网络结合不同用户实际需求保证其组织性、实用性。最后，智能家居对数据传输的安全性提出了较高的要求，智能家居应注重对ZigBee无线通信技术的有效应用，在内部网中设置一系列传感器节点，设计家居网络，经由传感器节点传输信息数据，可借助传感器节点对家庭温度、家居设备状态进行实时检测、调控。（2）家庭网关的设计。家庭网关由一系列基于ZigBee的无线通信传感器构成，凭借其网络协调器作用，可实现对网络运行状态的实时检测，达成与各传感器节点的通信功能。内部网与外部网的连接可分为电话网、因特网两种连接形式，其中，前者通过电话接口实现数据传输功能，数据传输量偏小，缺乏可靠的扩展性，不利于ZigBee无线通信技术优势的发挥。家庭网关可实现可靠的数据传输功能，可完成对家居设备的远程控制。针对家庭网关的设计，应开展以下几方面工作：首先，ZigBee无线通信技术在智能家居中的应用，可实现对传感器节点的实时管理，可自动生成管理日志。管理日志主要包括传感器节点初始化、传感器节点工作状态查询、传感器节点异常管理等内容，基于对家居设备状态信息、控制信息的全面记录，用户可通过管理日志对各传感器的状态、控制等情况进行实时查询，保障智能家居的安全有序运行[4]。其次，在设计家庭网关时，应注重实现其对外部信息数据的鉴定、执行功能，确保信息数据采集、处理的质量。在应用ZigBee无线通信技术开展家庭网关设计过程中，应立足于用户的实际需求，设计相关适用程序，满足用户的多元需求。比如，设计空调自动开关、灯光自动开关等程序等。最后，人机交互界面能够对家居设备进行调节，营造更舒适的生活环境，还可对家居设备的工作状态进行实时控制。对人机界面的设计，一方面，应确保家居设备各项功能完好及可实现正常运行；另一方面，应保证人机界面的可操作性，为用户提供简单便捷的体验。（3）基于Zigbee无线通信技术网络拓扑结构的设计。基于Zigbee无线通信技术的网络拓扑结构主要包括网络协调器、路由器、智能终端等组成部分，这些设备可实现不同的功能。比如，网络协调器可实现传感器节点认证、网络链路信息管理以及数据包传输等功能；路由器可实现增加网络节点、拓展网络物理地址范围等功能；智能终端能够对家居的工作状态进行实时监测。结合智能家居设计的使用需求，可将网络拓扑结构划分为网状拓扑结构、星形拓扑结构等。在选择Zigbee无线通信技术支持下的网络拓扑结构过程时，应考虑其优、劣势，作为一个动态系统，设计人员应注重实现网络的拓展性以及关注系统的能耗问题。星形网络拓扑结构表现出辐射状、结构简单、设备成本低等特征优点，主要与外部节点建立连接，同时与中心节点连接[5]。星形网络拓扑结构以网络协调器为核心组成部分，其可与各项设备建立紧密的联系。基于此，在进行星形网络拓扑结构设计过程中，需要利用支持子层协议打造网络协调器，基于网络协调器中相关数据调整设置的网络标识符号，借助标识符号与用户、网络建立联系。再利用标识符号增加其他设备，利用网络协调器对不同信息数据进行类别划分、传送等。

3结语

随着智能化水平的不断提升，基于Zigbee无线通信技术的智能家居将打破传统家居格局，进入每家每户。科技使人们的生活发生了较大转变，相关人员应进一步加强对智能家居及ZigBee无线通信技术的研究，发挥ZigBee技术的优势，以迎合新时展的多元需要。

参考文献

[1]张军，刘广益.ZigBee短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用[J].科技信息：学术研究，2008，11（34）：80-81.

[2]黄庭庭.基于Zigbee的无线通信技术在智能家居中的应用[J].电子制作，2018，3（1）：48-49.

[3]俞萍，刘辉，郭有环.ZigBee技术在智能家居中的应用研究[J].廊坊师范学院学报：自然科学版，2015，15（6）：48-50.

[4]崔杨峰.基于Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究[J].中国新通信，2019，21（6）：66-67.

作者：严林波 单位：南昌理工学院电子与信息学院