用433MHz射频通信技术实现智能家居系统
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基于 IEEE 802． 15． 4 协议［10］的 ZigBee 技术是一种短距 离的通信标准，有着近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数 据速率和低成本的特点［11］。由 ZigBee 协议标准［12 － 13］可知： 一个 ZigBee 网络可容纳 65 536 台设备，有着 250 Kbps 的高带 宽，且节点间通信具备较高的可靠性； 再加上 ZigBee 联盟开
( School of Computer， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing Jiangsu 210003， China)
Abstract: The smart home is one of applications in the Internet of Things， and ZigBee and Z-Wave are two main techniques for its implementation． However， ZigBee is constrained by battery-power， which results in weak penetrating， therefore easily affected by the furniture and wall． Z-Wave may combat the above problems， but it is not open， which constrains its wide usage． To solve above problems， the paper proposed an approach for smart home system using 433 MHz Radio Frequency ( RF) technology for wireless communication． A detailed description was given about the design of system architecture， communication protocol and a novel bandwidth allocation algorithm． Besides that， a feasible solution was proposed． The final test results show that the wireless communication technology with 433 MHz RF can efficiently solve the problem of transmission capability and frequency band allocation， which advances the further application of smart home．
关键词： 433 MHz; 无线射频源自文库 智能家居; 频带分配; 通信协议 中图分类号： TP393 文献标志码： A
Implementation of smart home using 433 MHz radio frequency technique
LIU Jie* ， ZHANG Yun， CHEN Jian-xin
Key words: 433 MHz; Radio Frequency ( RF) ; smart home; frequency band allocation; communication protocol
0 引言
随着计算机通信、自动控制和微电子技术发展，无线传感 网络［1］成为当前 研 究 热 点，其 主 要 应 用 领 域 涉 及 工 业 控 制、 环境监测和智能家居等。其中智能家居应用尤为瞩目［2］，旨 在建立由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系 统组成的家庭综合服务和管理集成系统，实现全面安全防护、 便利通信网 络 以 及 舒 适 的 居 住 环 境［3］。 目 前 在 智 能 家 居 领 域开发应 用 中，2． 4 GHz 的 ZigBee［4］ 和 900 MHz 频 段 的 ZWave［5］两大技术应用最为广泛。
利用 433 MHz 射频通信技术实现智能家居系统
刘 杰* ，章 韵，陈建新
（ 南京邮电大学 计算机学院，南京 210003） ( * 通信作者电子邮箱 chenjx@ njupt． edu． cn)
摘 要： 智能家居是当前物联网主要应用之一，当前采用技术主要有 ZigBee 和 Z-Wave 技术。然而 ZigBee 技术由 于受功耗限制，穿透力较差，极易受家具或墙壁影响; 而 Z-Wave 虽然能够克服上面问题，但非开放式标准，存在系统 兼容性问题。针对上述问题，提出 433 MHz 无线射频技术实现智能家居系统的解决方案。详细介绍了家庭网络系统 架构、通信协议和高效的频带分配算法设计，并给出了可行的解决方法。最终测试结果表明，使用 433 MHz 射频技术 可以很好地解决传输能力和频带资源分配问题，进一步推进智能家居的应用。
Journal of Computer Applications 计算机应用，2012，32( S2) : 68 － 72
ISSN 1001-9081 CODEN JYIIDU
2012-12-31 http: / / www． joca． cn
文章编号： 1001 － 9081（ 2012） S2 － 0068 － 05
Z-Wave 是一种基于射频的低成本、低功耗、高可靠性的 短距离无线通信技术［6］。数据传输速率达 9． 6 Kbps，信号有 效覆盖范围室内为 30 m，室外可超过 100 m； 单一家庭网络最 多可支持 232 个节点，足以满足一般家庭需求［7 － 9］。目前美 国市场上已有成品的 Z-Wave 家居产品销售，包括各种家电控 制设备，如 Zensys 公司推出的远程遥控器、插座等。然而 ZWave 联盟并没有开放其标准，束缚了系统的开发和扩展。
( School of Computer， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing Jiangsu 210003， China)
Abstract: The smart home is one of applications in the Internet of Things， and ZigBee and Z-Wave are two main techniques for its implementation． However， ZigBee is constrained by battery-power， which results in weak penetrating， therefore easily affected by the furniture and wall． Z-Wave may combat the above problems， but it is not open， which constrains its wide usage． To solve above problems， the paper proposed an approach for smart home system using 433 MHz Radio Frequency ( RF) technology for wireless communication． A detailed description was given about the design of system architecture， communication protocol and a novel bandwidth allocation algorithm． Besides that， a feasible solution was proposed． The final test results show that the wireless communication technology with 433 MHz RF can efficiently solve the problem of transmission capability and frequency band allocation， which advances the further application of smart home．
关键词： 433 MHz; 无线射频源自文库 智能家居; 频带分配; 通信协议 中图分类号： TP393 文献标志码： A
Implementation of smart home using 433 MHz radio frequency technique
LIU Jie* ， ZHANG Yun， CHEN Jian-xin
Key words: 433 MHz; Radio Frequency ( RF) ; smart home; frequency band allocation; communication protocol
0 引言
随着计算机通信、自动控制和微电子技术发展，无线传感 网络［1］成为当前 研 究 热 点，其 主 要 应 用 领 域 涉 及 工 业 控 制、 环境监测和智能家居等。其中智能家居应用尤为瞩目［2］，旨 在建立由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系 统组成的家庭综合服务和管理集成系统，实现全面安全防护、 便利通信网 络 以 及 舒 适 的 居 住 环 境［3］。 目 前 在 智 能 家 居 领 域开发应 用 中，2． 4 GHz 的 ZigBee［4］ 和 900 MHz 频 段 的 ZWave［5］两大技术应用最为广泛。
利用 433 MHz 射频通信技术实现智能家居系统
刘 杰* ，章 韵，陈建新
（ 南京邮电大学 计算机学院，南京 210003） ( * 通信作者电子邮箱 chenjx@ njupt． edu． cn)
摘 要： 智能家居是当前物联网主要应用之一，当前采用技术主要有 ZigBee 和 Z-Wave 技术。然而 ZigBee 技术由 于受功耗限制，穿透力较差，极易受家具或墙壁影响; 而 Z-Wave 虽然能够克服上面问题，但非开放式标准，存在系统 兼容性问题。针对上述问题，提出 433 MHz 无线射频技术实现智能家居系统的解决方案。详细介绍了家庭网络系统 架构、通信协议和高效的频带分配算法设计，并给出了可行的解决方法。最终测试结果表明，使用 433 MHz 射频技术 可以很好地解决传输能力和频带资源分配问题，进一步推进智能家居的应用。
Journal of Computer Applications 计算机应用，2012，32( S2) : 68 － 72
ISSN 1001-9081 CODEN JYIIDU
2012-12-31 http: / / www． joca． cn
文章编号： 1001 － 9081（ 2012） S2 － 0068 － 05
Z-Wave 是一种基于射频的低成本、低功耗、高可靠性的 短距离无线通信技术［6］。数据传输速率达 9． 6 Kbps，信号有 效覆盖范围室内为 30 m，室外可超过 100 m； 单一家庭网络最 多可支持 232 个节点，足以满足一般家庭需求［7 － 9］。目前美 国市场上已有成品的 Z-Wave 家居产品销售，包括各种家电控 制设备，如 Zensys 公司推出的远程遥控器、插座等。然而 ZWave 联盟并没有开放其标准，束缚了系统的开发和扩展。