Application of ZigBee in Smart Lighting System
摘要：介绍了ZigBee技术在智能家居网络中的应用。重点阐述了ZigBee技术在智能家居网络的组成、通讯协议以及无线ZigBee节点的软硬件设计。使用ZigBee技术的智能家居网络其具有成本低、功耗低、覆盖范围大的特点。特别是其符合IEEE802.15.4协议，与其它符合标准的产品的实现简单便捷地互联，具有优异的通用性和可扩展性。
关键词：ZigBee 智能家居 无线网络 EM250
1 ZigBee技术
1.1 ZigBee概述
ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。它是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据传输率、低成本的双向无线通信技术。
该技术可以应用于超低功率损耗的无线网络中，它满足ISO /OSI参考模型。其物理层和MAC层采用了IEEE802.5.4标准；ZigBee联盟定义了上层部分,包括网络层和应用层;用户层由用户自己定义。目前，许多公司都提出了ZigBee 解决方案。
1.2 ZigBee技术特点
ZigBee技术的主要优点有：
（1）省电：两节五号电池可使用长达六个月到两年左右的时间；
（2）可靠；采用了碰撞避免机制；
（3）成本低；
（4）时延短；
（5）网络容量大；
（6）安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，各种应用可以灵活确定其安全属性。
ZigBee技术的特点完全符合家庭网络通讯的需要，因此选择ZigBee技术构建智能家居无线网络系统。
1.3 ZigBee的网络拓扑结构
ZigBee的网络拓扑结构如图1
ZigBee网络拓扑结构可分为星形结构、网格状结构和族状结构三种。
ZigBee网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；
ZigBee是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护；
ZigBee网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模；
ZigBee网络还具备自组织、自愈功能。
1.4 ZigBee协议
完整的ZigBee协议套件由应用规范层、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，网络层以上协议由ZigBee联盟制定IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准，如图2。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达 255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目没有限制。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
2 ZigBee智能家居网络
在智能家居系统中，将ZigBee无线网络技术应用于家庭网络已成为趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。
2.1 ZigBee智能家居网络系统组成
ZigBee智能家居是以家庭为单位进行设计安装，每个家庭都安装一个家庭网关、若干个无线通讯 ZigBee子节点模块。在家庭网关和每个子节点上都接有一个无线网络收发模块（符号ZigBee技术标准的产品），通过这些无线网络收发模块，数据在网关和子节点之间进行传送。其系统组成如图3所示。
