智能家居zigbee协议研究

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毕业论文（设计）论文（设计）题目：物联网应用中ZigBee协议研究

姓名谢军帅

学号 10150101041

院系物理与电子工程系

专业物理学

年级 2010级

指导教师申小萌

2014年 4 月 12日

目录

内容摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Key words (1)

1.引言 (2)

1.1选题背景及研究意义 (2)

1.2物联网的概述 (2)

1.3网络通信协议 (3)

2.ZigBee协议研究 (5)

2.1 ZigBee协议概述 (5)

2.2 ZigBee网络拓扑结构概述 (6)

2.3 ZigBee协议详解 (8)

3. 基于ZigBee协议的智能家居 (13)

3.1 智能家居系统架构概述 (13)

3.2 智能家居系统构想 (14)

3.3 智能家居系统的前景及意义 (16)

4．结论与展望 (17)

参考文献 (18)

致谢 (20)

内容摘要：物联网的出现让我们的生活变得更精彩，一个安全的、有效地、快捷的网络协议十分重要，ZigBee网络协议具有组网灵活方便、成本低廉、能量消耗低等特点，所以WSNs通常采用该网络协议作为其无线通信标准。本文就基于ZigBee 协议的物联网的形成来详细的解析ZigBee协议的优劣，以及ZigBee协议对物联网的影响。以基于ZigBee协议的物联网形成的智能家居系统为例分析其广泛的应用前景和实际意义。

关键词：物联网ZigBee协议WSNs 智能家居系统

Abstract:The emergence of the Internet of things to make our life more colorful,A safe, effective and fast network protocol is very important,ZigBee network protocol has flexible network convenient, low cost, low energy consumption,So WSNs usually takes the network protocol as its wireless communication standard.In this paper, based on the ZigBee protocol of the formation of the Internet of things to detailed analysis the merits of the ZigBee protocol,and the influence of ZigBee protocol for the Internet of things.Based on the ZigBee protocol smart home system of Internet of things as an example to analyze its extensive application prospect and practical significance.

Key words:Internet of Things ZigBee stack WSNs Smart Home System

1.引言

1.1选题背景及研究意义

物联网的概念最初来源于在1999年建立的自动识别中心的美国麻省理工学院MIT 提出的网络无线射频识别系统：把互联网与所有物品通过射频识别等信息传感设备连接起来，实现智能化识别和智能化管理。“物联网”的概念在2005年国际电信联盟ITU （International Telecommunication Union）基尼斯举行的信息社会世界峰会上正式确定了，并随后发布了《ITU Internet reports 2005—the Internet of things》，介绍了物联网的特性、相关的技术、未来的市场机遇和面临的挑战。ITU在报告中指出，我们正站在一个新的通信技术时代的边缘，信息与通信技术的目标已经从满足人与人之间的交流沟通，发展到实现人与物、物与物之间的无线连接，无所不在的物联网通信时代即将来临。物联网使我们在信息技术与通信技术的世界里获得一个崭新的沟通维度，将任何时间、任何空间、连接任何人，扩展到连接任何具体的物品，万物之间的连接就形成了物联网。ITU报告提出的物联网，被看作信息领域一次重大的发展和变革机遇，在全球范围内得到了关注与重视。很多发达国家都将物联网作为新兴的技术产业，并且出台战略措施予以落实。

一个可靠并且能量有效协议栈的开发对于支持多类型WSNs（无线传感器网络Wireless Sensor Networks）应用具有重要意义。而面向不同的应用领域，网络内部可能由数百甚至是上千的节点组成。传感器每个节点通过协议栈可以用多跳的形式将信息传递给Sink节点。所以就通信而言，协议栈必须能量有效。在目前，WSNs通信协议栈研究的重点主要集中在数据链路层、网络层、传输层和它们彼此之间的跨层交互。ZigBee协议以一种低速率网络标准的开发为目标，由2004年推出ZigBee 1.0版本规范以来，ZigBee协议的各种各样的修订版本相继发布，这使ZigBee网络更加安全可靠、灵活简单、可扩展性更强，使其特点充分发挥。

1.2物联网的概述

物联网使我们在信息技术与通信技术的世界里获得一个崭新的沟通维度，将任何时间、任何空间、连接任何人，扩展到连接任何具体的物品，万物的连接就形成了物联网。通过各种传感器来采集目标内的设备、人员及环境信息，利用ZigBee无线网络

将收集到的上述各种信息接入物联网网关，再由网关将这些具体的信息转发到互联网中的服务器，用户通过手机的浏览器、计算机上的浏览器和客户端软件登录服务器就可以实时查询各个子系统的信息，继而控制家居设备的运行，从而构建了一个基于物联网的智能家居系统。目前，基于研究者对物联网思考所的起点各异，对物联网的描述侧重点不同，短期内还没有达成共识，继而有几个具有代表性的物联网定义：

定义 1 ：由具有标识、虚拟个性的对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与环境、社会和用户的上下文进行连接和通信。

定义 2 ：物联网是未来网络的整合部分，它是以标准、互通的通信协议为基础，具有自我配置能力的全球性动态网络设施。在这个网络中，所有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理特性，通过智能界面无缝链接，实现信息共享。

定义 3 ：物联网指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行通信和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。

简单的物联网模块如下图1-1所示。

图1-1物联网模块

1.3网络通信协议

要保证物联网的安全和保密性，一个能量有效并且可靠的协议栈的开发研究对于支持多类型WSNs（Wireless Sensor Networks无线传感器网络，是由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络系统，是物联网底层网络的重要技术形式。）应用具有重要意义。面向不同的应用，网络内部可能由数百甚至上千的节点组成。每个传感器节点通过协议栈以多跳的形式将信息传递给Sink节点。因此，就通信而言，协议栈必须能量有效。目前，WSNs通信协议栈研究的重点集中在数据链路层、网络层、传输层以及它们之间的跨