ZigBee技术在家庭认知传感网中的应用0引言工信部《物联网"十二五"发展规划》中明确提出将"智能家居"作为重点领域应用示范工程之一，通过示范应用牵引产业发展。目前，智能家居正朝着具备本地及远程控制、良好的人机互动体验、低成本低功耗等方向发展其关键技术为兼容性强的家庭控制终端和满足信息传输需要的家庭无线网路。各大运营商已经开始了智能能家居终端市场的开拓。其中，广电网络运营商充分利用终端100%入户的优势，将数字机顶盒打造为新型家庭智能网关。各类感知终端（比方温湿度传感器、体征传感器等）采集相关数据后，通过家庭认知传感网传输至家庭网关，家庭网关与后端服务平台对接实现数据的整理、分析和挖掘，完成生活照料、体征监测、远程辅助诊疗及异常报警等各项业务。所谓家庭认知传感网，简单来说即是家庭无线网络目前，应用于智能家居的无线组网技术主要包括：433、蓝牙、Wi-Fi和ZigBee技术等。考虑到智能家居设备之间通信的特殊性，家庭认知传感网应该具备以下特征，即低速低功耗、低价、高可靠、自配置。前期作者充分比较了上述几种无线组网技术的优缺点，认为ZigBee技术在当前家庭认知传感网的构建中占据一定优势。1ZigBee网络IEEE802.15.4中提出了"个人操作空间（PersonalOperatingSpace,POS）"的概念，即个人周围的一个空间，典型距离是10m左右。ZigBee的协议栈即遵循IEEE802.15.4的20**版本，目标是提供设备控制信道，而不像USB技术是以高速率数据流信道为目的。另外，和蓝牙或802.11x无线局域网相比，ZigBee协议更为简单实用。ZigBee技术运用于家庭认知传感网有下述优点：（1）通信范围广不使用功率放大器的前提下，ZigBee的通信范围可达10~75m,完够满足普通住宅室内要求。ZigBee有16个信道，并且在低信噪比环境中ZigBee具有很强的抗干扰能力（如果要求误码率为10-9,ZigBee信噪比只需4,而相对应的蓝牙为16,Wi-Fi为10）。（2）低功耗ZigBee为实现超低功率损耗，已经采取了减少包括报头在内的传输数据量减少收发机的任务周期、缩减工作范围等措施，其功率一般只相当于蓝牙的1%.两节五号电池可使用长达六个月到两年左右的时间，减少更换次数，方便用户。相同条件下，蓝牙仅能维持数周蓝牙4.0以低功耗为显着特点，本文中所知蓝牙技术为4.0之前版本），而Wi-Fi仅能维持数小时。这一点限制了后两种技术在智能家居上的应用。（3）低成本在2.4GHzISM频段免协议费，协议简单且所需存储空间小，故可降低成本。目前，ZigBee的节点成本约50美分，而蓝牙约5美元，Wi-Fi约20美元。（4）容量大1个主节点可以管理254个子节点，能够满足家庭智能家居传感器使用，且节点进入网络只需30ms,具有较高的可扩展性。（5）可靠性高尽管ZigBee网络与Wi-Fi、蓝牙等竞争接入2.4GHzISM频段，但是由于一般ZigBee设备的任务周期非常短，对于潜在的干扰具有良好的鲁棒性。通过碰撞防止专用时隙、完全确认的数据传输机制，保证了ZigBee在数据传输上的高可靠性。同时，低任务周期和低数据容量意味着ZigBee设备不太可能产生严重的干扰叠加到Wi-Fi或蓝牙网络上。ZigBee20**中将频率捷变自动化，能够根据通信环境的变化及时更改信道，使得通信能够更好地开展（6）有灵活的自组网功能ZigBee网络通过特殊的网络参加和退出模式，由PAN协调器统一管理各个了节点，拥有较强的网络自组织自愈能力。综上所述，与Wi-Fi及蓝牙等组网技术相比较，ZigBee更适用于家庭认知传感网的建设。2基于ZigBee技术的家庭认知传感网2.1家庭网关家庭网关作为连接家庭认知传感网和外部网络的中间设备，不同的人或不同的厂商对其有着不同的定义。家庭网关组织RG将其定义为：一种简单的、智能的、标准化的、灵活的整个家庭网络接口单元，它可以从不同的外部网络接收通讯信号通过家庭网络传递信号给某个设备。笔者认为，作为智能家居的，家庭网关的功能应该有三个层次。首先是数据网关，实现家庭数据采集、会聚及上传等功能；其次是家庭控制网关，实现远程化的控制与页面浏览；第三是多媒体网关，作为家庭的多媒体娱乐中心，实现音频和视频信息的传输与处理。目前国内市场上的网关，大多已经实现了层次的功能，部分逐步向第...