本發(fā)明涉及電子信息通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

目前，智能家居領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，各大廠商和相關(guān)組織機(jī)構(gòu)正在著手建立和制定智能家居系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，但是就目前情況來看，智能家居通訊協(xié)議陣營(yíng)復(fù)雜，而且各不兼容。關(guān)于通訊協(xié)議，智能家居領(lǐng)域已經(jīng)有不少通信協(xié)議了，WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave等等。估計(jì)開發(fā)者在選用哪種協(xié)議的時(shí)候頭都大了，最后很可能像Homey一樣被迫支持八種通信協(xié)議。現(xiàn)在，三星、Nest、ARM 又聯(lián)手推出了一種新的協(xié)議Thread。不知道Thread會(huì)加速行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)形成，還是讓原本已經(jīng)夠亂的通信協(xié)議更加 “剪不斷、理還亂”。

現(xiàn)在比較常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有 WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave，不過都有存在以下的不足：

1、WiFi 的功耗比較大，適合傳輸大量的數(shù)據(jù)；

2、藍(lán)牙功耗比較低，但現(xiàn)在還存在藍(lán)牙 2.0 與藍(lán)牙 4.0 并存的混亂局面，且不支持 IPv6；

3、Z-Wave 由丹麥公司 Zensys 主導(dǎo)，暫時(shí)還不夠強(qiáng)大，選用者太少。

在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在盡可能保持標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的前提下，針對(duì)各種信號(hào)類型來選擇合適的總線或無(wú)線技術(shù)并設(shè)計(jì)主控制器己成為智能家居建設(shè)的首要問題。在有線方式中，各傳感器和控制器的連接通過總線，它的優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化各功能單元的設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)就是布線多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也存在總線協(xié)議設(shè)計(jì)選擇的問題。

在目前的智能家居系統(tǒng)中，系統(tǒng)通信模塊一般與功能控制模塊集成在一起，在智能家居系統(tǒng)發(fā)展的早期，智能家居生產(chǎn)廠商比較少，且各個(gè)系統(tǒng)比較獨(dú)立，這樣可以增加系統(tǒng)集成，降低系統(tǒng)成本，推動(dòng)了智能家居的發(fā)展。但隨著人們生活水平的提高，各種家居設(shè)備發(fā)展迅速，家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(有線和無(wú)線技術(shù))的不斷應(yīng)用，采用通信模塊和功能控制模塊集成的傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)具有通用性不好，系統(tǒng)難維護(hù)和設(shè)計(jì)不靈活等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)及其方法，本發(fā)明的智能家居系統(tǒng)具有復(fù)用性，安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，通用性好等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)，包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和分布在每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器通信連接，所述房間的數(shù)量至少為一個(gè)；

每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器、多個(gè)家居設(shè)備、多個(gè)作為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊和多個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器；每個(gè)家居設(shè)備與對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊交互連接，每個(gè)功能驅(qū)動(dòng)模塊與對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行交互連接，每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均與分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器進(jìn)行通信連接；

每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；

主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)后，各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，由此兩者共同組成了一個(gè)簇狀的Zigbee無(wú)線家居網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)需要對(duì)某一家居設(shè)備進(jìn)行控制或者監(jiān)測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器找到與該家居設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器接收到信息后，送入對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊；最后由功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。

其中，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器內(nèi)均設(shè)有一Zigbee無(wú)線收發(fā)模塊，且主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器還設(shè)置有GPRS模塊，所述主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器通過GPRS模塊與移動(dòng)電話和互聯(lián)網(wǎng)通信連接，可通過互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電話對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；

功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)對(duì)應(yīng)的家居設(shè)備進(jìn)行的相應(yīng)操作有：可以通過移動(dòng)電話或者互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)送信息到GPRS模塊中的SIM手機(jī)號(hào)碼，GPRS模塊接收到該信息，傳給主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)該信息進(jìn)行解析，并通過Zigbee無(wú)線通信發(fā)送到相應(yīng)的家居設(shè)備。

其中，所述Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用Zigbee簇狀結(jié)構(gòu)組建無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)方法，該方法為：

主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)后，各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，由此兩者共同組成了一個(gè)簇狀的Zigbee無(wú)線家居網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)需要對(duì)某一家居設(shè)備進(jìn)行控制或者監(jiān)測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器找到與該家居設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器接收到信息后，送入對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊；最后由功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。

其中，Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)流程具體如下：

首先由充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)起請(qǐng)求并建立網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鄰接表，隨后為每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器分配一個(gè)16位PAN m，并將信息添加到該網(wǎng)絡(luò)鄰接表中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的添加就完成了。

其中，當(dāng)家居設(shè)備想加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將自身信息發(fā)送給分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，再由分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器將此信息轉(zhuǎn)發(fā)給主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器根據(jù)不同分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器轉(zhuǎn)發(fā)來的信息進(jìn)行分組，然后為每個(gè)家居設(shè)備分配一個(gè)16位的PAN ID，再將此家居設(shè)備添加到網(wǎng)絡(luò)鄰接表中，標(biāo)志終端設(shè)備被添加到此網(wǎng)絡(luò)中。

其中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用，除了直接參與網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用之外，還要完成許成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

其中，自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇方法具體為:

首先考慮到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器隨時(shí)有終止正常工作的可能性，所以設(shè)定各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器在各節(jié)點(diǎn)設(shè)備請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候要先廣播搜尋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)是否存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；當(dāng)搜索到網(wǎng)絡(luò)中存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，則發(fā)送一個(gè)信標(biāo)幀給該網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，通知它有一組數(shù)據(jù)將要進(jìn)行發(fā)送；如果網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器處于空閑狀態(tài)則發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀給分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，并分配相應(yīng)信道給分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再轉(zhuǎn)發(fā)給家居設(shè)備，家居設(shè)備接收到確認(rèn)幀后開始數(shù)據(jù)的發(fā)送；若此時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器并不空閑，處于工作狀態(tài)，則不對(duì)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器發(fā)送的信標(biāo)幀作出反映，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器則按規(guī)定的時(shí)間間隔向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送信標(biāo)幀提出請(qǐng)求直至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器空閑；當(dāng)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器在搜索網(wǎng)絡(luò)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，則可自動(dòng)組建網(wǎng)絡(luò)，臨時(shí)擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的職責(zé)，并分配16位的PAN ID地址給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；各家居設(shè)備想要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，則可按照上述步驟進(jìn)行；在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器不能正常工作的時(shí)候，這種方法可以使家居設(shè)備暫時(shí)由分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器來進(jìn)行控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)及其方法，

該智能家居系統(tǒng)主要包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器、作為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊和分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器；每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)及方法的改進(jìn)，具有如下有益效果：

1) 將zigbce無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于智能家居中，提出一種采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)相比，具有免布線，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，對(duì)家居內(nèi)部各種數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線采集和傳彩等特點(diǎn)；

2) 針對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用簇狀網(wǎng)絡(luò)組建智能家居內(nèi)部網(wǎng)，并提出一種自適應(yīng)智能家居網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇策略，可克服因意外導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓的弊端；

3)提高家居網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性；

4）使家居網(wǎng)絡(luò)具有自組織性，自適用性；

5）提高網(wǎng)絡(luò)安全性等；

6）使系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明中自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇方法。

主要元件符號(hào)說明如下：

10、主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器 11、家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

12、移動(dòng)電話 13、互聯(lián)網(wǎng)

101、GPRS模塊 111、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器

112、家居設(shè)備 113、功能驅(qū)動(dòng)模塊

114、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)，包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器10和分布在每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備11，所述家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備11均與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器10通信連接，所述房間的數(shù)量至少為一個(gè)；

每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器111、多個(gè)家居設(shè)備112、多個(gè)作為家居設(shè)備112的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊113和多個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器114；每個(gè)家居設(shè)備與對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊交互連接，每個(gè)功能驅(qū)動(dòng)模塊與對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行交互連接，每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均與分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器進(jìn)行通信連接；

每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；

主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)后，各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，由此兩者共同組成了一個(gè)簇狀的Zigbee無(wú)線家居網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)需要對(duì)某一家居設(shè)備進(jìn)行控制或者監(jiān)測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器找到與該家居設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器接收到信息后，送入對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊；最后由功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。本發(fā)明是將功能驅(qū)動(dòng)模塊和分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分開實(shí)現(xiàn)的方案，功能控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與各種家居設(shè)備的接口，并為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器10和每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器114內(nèi)均設(shè)有一Zigbee無(wú)線收發(fā)模塊，且主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器10還設(shè)置有GPRS模塊101，所述主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器通過GPRS模塊101與移動(dòng)電話12和互聯(lián)網(wǎng)13通信連接，可通過互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電話對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)對(duì)應(yīng)的家居設(shè)備進(jìn)行的相應(yīng)操作有：可以通過移動(dòng)電話或者互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)送信息到GPRS模塊中的SIM手機(jī)號(hào)碼，GPRS模塊接收到該信息，傳給主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)該信息進(jìn)行解析，并通過Zigbee無(wú)線通信發(fā)送到相應(yīng)的家居設(shè)備。本系統(tǒng)采用該設(shè)計(jì)方案，可以方便地組建智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，與各個(gè)家居設(shè)備進(jìn)行通信，當(dāng)新加入家居設(shè)備時(shí)，只需要對(duì)功能控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的修改，當(dāng)刪除家居設(shè)備時(shí)，也只需要移除相應(yīng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)。因此該方案具有設(shè)計(jì)靈活，通用性好，可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用Zigbee簇狀結(jié)構(gòu)組建無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)。目前，大部分的無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)都采用的是星型網(wǎng)絡(luò)，以一臺(tái)PC機(jī)作為主控制器，在PC機(jī)上外接一個(gè)FFD Zigbee模塊，從而充當(dāng)星型網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，但同時(shí)也存在著一個(gè)很嚴(yán)重的缺點(diǎn)：一旦網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器損壞或者能量耗盡，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將處于癱瘓狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制操作，智能家居也失去了意義。而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相比之下價(jià)格昂貴，對(duì)于智能家居實(shí)現(xiàn)低成本的目的來說不太適用，并且由于可通信節(jié)點(diǎn)過多，容易產(chǎn)生信道沖突，會(huì)增加消息傳遞的延遲和通信開銷。因此，本發(fā)明結(jié)合智能家居的實(shí)際情況采用了Zigbee簇狀結(jié)構(gòu)組建無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮到智能家居系統(tǒng)具有復(fù)用性，安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，通用性好等特點(diǎn)，本案采用了模塊化設(shè)計(jì)原則，即家居系統(tǒng)的通信部分和功能驅(qū)動(dòng)模塊分開實(shí)現(xiàn)，通信部分由分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器來充當(dāng)。智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器主節(jié)點(diǎn)作為家庭網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器即智能家居設(shè)備的主控制器，同時(shí)在每一個(gè)房間安裝一個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的路由器功能，每個(gè)家居設(shè)備也連接一個(gè)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)，這樣組成一個(gè)小型家庭簇狀網(wǎng)絡(luò)。

簇型網(wǎng)絡(luò)也是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的一種應(yīng)用，在此中網(wǎng)絡(luò)中，絕大多數(shù)的設(shè)備是FFD設(shè)備，而RFD設(shè)備總是作為簇樹的葉設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中。任意一個(gè)FFD都可以充當(dāng)RFD協(xié)調(diào)器或者網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，為其他設(shè)備提供同步信息。在這些協(xié)調(diào)器中，只有一個(gè)可以充當(dāng)整個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可能和網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備一樣，也可能擁有比其他設(shè)備更多的計(jì)算資源和能量資源。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先將自己設(shè)為簇頭(Cluster Header，CLH)并將簇標(biāo)識(shí)號(hào)(Cluster Identifier，CID)設(shè)置為0，同時(shí)為該簇選擇一個(gè)未被使用的PAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號(hào)，形成網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)簇，接著，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開始廣播信標(biāo)幀。臨近設(shè)備收到信標(biāo)幀后，就可以申請(qǐng)加入該簇。設(shè)備可否成為簇成員，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器決定。如果請(qǐng)求被允許，則該設(shè)備將作為簇的字設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中，新加入的設(shè)備將簇頭作為它的父設(shè)備加入到字節(jié)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中。

對(duì)于家庭系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先需分清楚兩個(gè)概念，即網(wǎng)內(nèi)標(biāo)識(shí)符和全球唯一標(biāo)識(shí)符。在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備地址有兩種格式：16位(2個(gè)字節(jié))的短地址和64位(8個(gè)字節(jié)1的擴(kuò)展地址。16位短地址是設(shè)備與PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)備關(guān)聯(lián)時(shí)，由協(xié)調(diào)設(shè)備分配的網(wǎng)內(nèi)局部地址，是該設(shè)備在這個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)識(shí)符；而64位擴(kuò)展地址是全球唯一地址，在設(shè)備出廠時(shí)、進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之前由生產(chǎn)廠家分配好，這方面工作由Zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。16位短地址只能保證在PAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部是唯一的，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在組建網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候?yàn)槊總€(gè)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)分配，所以在使用16位短地址通信時(shí)需要結(jié)合16位的PAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符才有意義。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)方法，該方法為：

主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)后，各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，由此兩者共同組成了一個(gè)簇狀的Zigbee無(wú)線家居網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)需要對(duì)某一家居設(shè)備進(jìn)行控制或者監(jiān)測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器找到與該家居設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器接收到信息后，送入對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊；最后由功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)流程具體如下：

首先由充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)起請(qǐng)求并建立網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鄰接表，隨后為每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器分配一個(gè)16位PAN m，并將信息添加到該網(wǎng)絡(luò)鄰接表中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的添加就完成了。

在本實(shí)施例中，當(dāng)家居設(shè)備想加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將自身信息發(fā)送給分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，再由分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器將此信息轉(zhuǎn)發(fā)給主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器根據(jù)不同分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器轉(zhuǎn)發(fā)來的信息進(jìn)行分組，然后為每個(gè)家居設(shè)備分配一個(gè)16位的PAN ID，再將此家居設(shè)備添加到網(wǎng)絡(luò)鄰接表中，標(biāo)志終端設(shè)備被添加到此網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用，除了直接參與網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用之外，還要完成許成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

請(qǐng)參閱圖2，同時(shí)考慮到整個(gè)家居網(wǎng)絡(luò)的健全性，一旦主節(jié)點(diǎn)發(fā)生癱瘓，采用相應(yīng)策略由某個(gè)房間的路由器充當(dāng)主節(jié)點(diǎn)功能。該策略具體為自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇方法，自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇方法具體為:首先考慮到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器隨時(shí)有終止正常工作的可能性，所以設(shè)定各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器在各節(jié)點(diǎn)設(shè)備請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候要先廣播搜尋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)是否存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；當(dāng)搜索到網(wǎng)絡(luò)中存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，則發(fā)送一個(gè)信標(biāo)幀給該網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，通知它有一組數(shù)據(jù)將要進(jìn)行發(fā)送；如果網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器處于空閑狀態(tài)則發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀給分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，并分配相應(yīng)信道給分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再轉(zhuǎn)發(fā)給家居設(shè)備，家居設(shè)備接收到確認(rèn)幀后開始數(shù)據(jù)的發(fā)送；若此時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器并不空閑，處于工作狀態(tài)，則不對(duì)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器發(fā)送的信標(biāo)幀作出反映，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器則按規(guī)定的時(shí)間間隔向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送信標(biāo)幀提出請(qǐng)求直至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器空閑；當(dāng)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器在搜索網(wǎng)絡(luò)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，則可自動(dòng)組建網(wǎng)絡(luò)，臨時(shí)擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的職責(zé)，并分配16位的PAN ID地址給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；各家居設(shè)備想要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，則可按照上述步驟進(jìn)行；在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器不能正常工作的時(shí)候，這種方法可以使家居設(shè)備暫時(shí)由分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器來進(jìn)行控制。

本案中一旦原網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器不能正常工作，在原網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器恢復(fù)正常之前，這段期間內(nèi)想要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的任何一臺(tái)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器都可以根據(jù)情況自動(dòng)充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。各終端節(jié)點(diǎn)在準(zhǔn)備通信之前發(fā)送一個(gè)信標(biāo)幀給目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)接收到信標(biāo)幀后發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)幀并確認(rèn)信道是否處于空閑狀態(tài)，若是則開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。

相較于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明提供的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)及其方法，該智能家居系統(tǒng)及方法主要包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器、作為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊和分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器；每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)及方法的改進(jìn)，具有如下有益效果：

1) 將zigbce無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于智能家居中，提出一種采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)相比，具有免布線，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，對(duì)家居內(nèi)部各種數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線采集和傳彩等特點(diǎn)；

2) 針對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用簇狀網(wǎng)絡(luò)組建智能家居內(nèi)部網(wǎng)，并提出一種自適應(yīng)智能家居網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇策略，可克服因意外導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓的弊端；

3)提高家居網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性；

4）使家居網(wǎng)絡(luò)具有自組織性，自適用性；

5）提高網(wǎng)絡(luò)安全性等；

6）使系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。