武汉大学珞珈学院 课程论文 专 业: 计算机科学与技术 指导老师: 年 学 姓 级: 号: 名: xx xx xx xx 2012 年 11 月 27 日 教务处制 

无线传感网络的发展与研究 -- 智能家居 智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术，将各种家用设施如照明、安防等通 过家庭网络(无线传感网络)连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活。传统的智能家居系 统一般是通过有线线路进行各种控制和通信，人们难以脱离各种线缆的羁绊，而且系统的可扩展性 也很差。现代近距离无线扩展性通信技术的发展，使得人们能够冲破这种束缚，营造更舒适的家居 生活。家居网络可以大致分为数据网络和控制网络两大部分，从数据通信功能上来划分，智能家居 网络可以分成家庭数据网络和家庭控制网络两种。 家庭数据网络完成家居中的以下功能： (1)提供家庭内部共享上网功能； (2)提供多媒体家居设备互相通信能力共享影音、文件。如电脑和电视、音响、播放器等； (3)实现不同设备之问按～定速率数据流的传输。 家庭控制网络完成家居系统中的以下功能： (1)灯光照明控制； (2)家居设备环境监测和控制； (3)家居设备安防； (4)家庭应急功能。 本文主要介绍无线传感网络在智能家居中的应用，是基于 Zigbee 节点与现代的已经普及的移动 Intemet 技术相结合，如手机、PDA 等，将嵌入式 Itemet 技术和基于 IEEE802．15．4 的 Zigbee 技 术的衔接，通过 Intemet 网络对家庭设备进行监视和控制。 ZigBee 技术是近年来提出的一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线 通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制 定的。ZigBee 是 IEEE802．15．4 技术的商业名称，该技术的核心由 2000 年 12 月成立的 IEEE802．15．4 工作组制定，高层应用、互联互通测试和市场推广由 2002 年组建的 ZigBee 联盟负责。 在传感器网络中，大量的节点部署在感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线 网络，并以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，从而实现对任意地点信息在 任意时间的采集、处理和分析。这些需求恰恰是ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络的优势所在。 嵌入式 Intemet 是随着计算机网络技术的普及而发展起来的一项新兴概念和技术。它通过为现 

有嵌入式系统增加因特网接入能力来扩展其功能，一般指设备通过嵌入式模块而非 PC 系统直接接入 Intemet，而 Internet 为介质实现信息交互的过程，通常又称为非 PC 接入。嵌入式互联的目标是嵌 入式设备工作在以网络为中心的环境中，把孤立的目标系统相互连接起来。为适应嵌入式分布处理 结构和应用的上网需求，嵌入式系统必须配有一种或多种网络接口，使嵌入式处理器不仅执行传统 的控制功能，而且还能执行与连接因特网相关的功能，从而把标准网络技术一直扩展到嵌入式设备。 嵌入式 Intemet 技术主要解决的问题是实现从不同子网、不同的物理区域对接入到 Intemet 的设备 和子网进行监控、诊断、测试、管理及维护等功能，从而使接入到的各种设备或其它类型的子网具 有远程监控、诊断和管理的功能。 家居智能化系统总体框架: 基于无线传感网络的家居智能化系统主要有三部分组成，分别为远程用户监测，家居网关和家电 控制节点。基于上述这种思想，提出该系统的总体设计图。 如下图所示的框架: 图一 智能家居系统设计图 智能家居的发展依赖于家庭网络技术与监控技术在家庭内部的推广。家庭网络是整个智能家居 系统的基础，如果把水、电、气供给系统看作住宅的血管，那么家庭网络则相当于住宅的神经系统。 要实现家居智能化，必须能够实时监控住宅内部的各种信息，从而采取相应的控制。为了实现这一 

目的，智能家居中必须有足够的各种传感器来采集信息—如温度、湿度、有无煤气泄露或者外来入 侵，这些传感器就构成家庭神经系统的神经末梢，通过ＺｉｇＢｅｅ节点来采集。因此，我们也可 以把家庭网络称为家庭神经网络。 如下图所示: 家庭网络是整个智能家居系统的核心，或者说是整个智能家居系统的基础平台，在选取好合适 的家庭网络平台后，再选取不同的功能模块，就可以构成一个完整的智能家居系统。 下面是一个无线传感网络在在智能家居中的应用: 家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与 Internet 连在一起。为人提供人性化的家居 环境。 例：Avaak 提供一个只有 1 立方英寸大小的产品。这个微型的无线视频平台包含有一节电池、 无线电、摄像相机、(彩色成像器加镜头)、控制器、天线和温度传感 

智能家居应用示例图 上面这幅图是穿戴附带有感知设备的数据衣，当感知设备获取到人体的各种信息时就会根据控 制指标发送数据信息给房间内的汇聚节点，然后再发给任务处理节点，最后通过控制房间内的各种 家具设备调节室内的环境，从而达到舒适的环境。 由上述可知，无线传感网络在智能家居中的应用是很方便的，避免了以往那种有线网络的羁绊。 无线传感网络的应用更是将来的热点话题。家庭自动化是一个新兴市场，非常适合ＺｉｇＢｅｅ应 用。“家庭自动化是一个热门话题，人们希望有一种通用监控解决方案，ＺｉｇＢｅｅ技术可能是最 佳选择，ＺｉｇＢｅｅ标准已经定义了针对照明设备和电器的协议，供开发者生产产品和解决方案。 该市场规模巨大，可能包括万能遥控器制造商，以及灯和传感器等 终端产品的制造商。