智能家居系统关键技术

智能家居（iHome）关键技术中嵌协会/物联网产业协会副秘书长微软嵌入式最有价值专家（MVP）蒙洋北京中芯优电信息技术有限公司www.top-elec.com智能家居关键技术嵌入式计算机技术无线通信技术弱电控制技术无线传感器技术云计算技术WindowsEmbeddedCompact7智能网关：核心CPU：ARM11或Cortex-A8操作系统：WindowsEmbeddedCompact7输出接口：HDMI高清输出LCD和触摸：电容触屏，支持多点触摸人机界面：Silverlight技术网络接口：WiFi、3G网络通信和zigbee通信精美的人机界面体验采用Cortex-A8处理器，配合图形加速功能采用Silverlight技术，强大人机界面HDMI高清输出无线传输(WirelessCommunication)RF（无线电波）：100~600MHz,etc.802.11b/g(WiFi)：无线Internet布建、笔记本电脑支持TCP/IP、eathernet等，使用2.4GHz802.11b/11Mbps、802.11g/54Mbps，1Mbps传输距离可达570公尺Router/BridgeIEEE802.15.4（ZigBee）：家电、计算机、传感器，游戏和玩具2.4GHz、868MHz（欧洲）以及915MHz（美国）传输距离规格值75米/传输速率介于20kbps～250kbps之间低耗电待机模式下使用2颗5号电池可驱动6个月IEEE802.15.1（Bluetooth）：手机、打印机、汽车、医疗设备技术诞生于10年前，解决数据短距离无线传输。2.4GHz选用依据：带宽、传输率、获取容易、使用方便、长期使用经济、技术经验普及等因素什么是ZigBee无线网络在物品中置入一个低耗电量以及低成本的无线模块来达到存取信息以及进行控制的技术。ZigBee技术是一种无线传输技术，符合IEEE802.15.4标准，工作频率为868MHz（欧洲）、915MHz(美国)或2.4GHz。强调低成本、低耗电、双向传输、感应网络功能等特色。目前推动Zigbee标准的主要厂商包括Mitsubishi、Motorola与Philips，以及20多家的IC设计制造与系统厂商。ZigBeeApplicationsZigBeeWirelessControlthatSimplyWorksRESIDENTIAL/LIGHTCOMMERCIALCONTROLCONSUMERELECTRONICSTVVCRDVD/CDremotePC&PERIPHERALSINDUSTRIALCONTROLassetmgtprocesscontrolenvironmentalenergymgtPERSONALHEALTHCAREBUILDINGAUTOMATIONmousekeyboardjoystickpatientmonitoringfitnessmonitoringsecurityHVAClightingcontrolaccesscontrollawn&gardenirrigationsecurityHVACAMRlightingcontrolaccesscontrolZigbee必须完成的使命•建立强壮，稳定，低能耗，相对独立的网络•强壮：能够很大程度上抵抗外界的干扰，能够在一定程度上对网络进行修复和重建•稳定：能够长时间的稳定的工作，在发生突发情况时能够进行预警•低能耗：让节点在电池供电的情况下长时间工作•相对独立：必须使得在小空间范围内同一频段下多个Zigbee网络能够相互独立的通信ZigbeeArchitectureZigBeeNode-TypesZigBeeCoordinator(ZBC)(IEEE802.15.4FFD)•onlyoneinanetwork•initiatesnetwork•storesinformationaboutthenetwork•alldevicescommunicatewiththeZBC•routingfunctionality•bridgetoothernetworksTUDresden,12.11.06ZigBee–Shortrangecomunicationslide10of56ZigBeeNode-TypesZigBeeRouter(ZBR)(IEEE802.15.4FFD)•optionalcomponent•routesbetweennodes•extendsnetworkcoverage•manageslocaladdressallocation/de-allocationZigBeeNode-TypesZigBeeEndDevice(ZBE)(IEEE802.15.4RFD)•optimizedforlowpowerconsumption•cheapestdevicetype•communicatesonlywiththecoordinator•sensorwouldbedeployedhereAddressing/DiscoveringZigBeeNodesAddressingZigBeeNodes:•optimizedunique64bitaddress(IEEE802.15.4)•16bitnetworkaddress(65536devices)DeviceDiscovery•unicast(NWKidknown),broadcast(NWKidunknown)•ZBC-/ZBR-Response:IEEEaddress+NWKaddress+allknownnetworkaddressesBinding•creatinglogicallinksbetween2ormoreenddevicesAddressing/BindingZigBeeEndpointsTraffic-Types1.Dataisperiodic•applicationdictatesrate2.Dataisintermittent•applicationorstimulusdictatesrate(optimunpowersavings)3.Dataisrepetitive(fixedrateapriori)•devicegetsguaranteedtimeslotTraffic-Modes1.Beaconmode:•beaconsendperiodically•Coordinatorandenddevicecangotosleep•Lowestenergyconsumption•Precisetimingneeded•Beaconperiod(ms-m)Beacon-Modepicturetakenfrom[8]Traffic-Modes1.Non-Beaconmode:•coordinator/routershavetostayawake(robustpowersupplyneeded)•heterogeneousnetwork•asymmetricpowerTopologiesMesh-TopologyTopologiesTree-Topologypicturetakenfrom[7]公司介绍北京中芯优电信息技术有限公司是一家蓬勃发展的高新技术企业，提供专业、优质的嵌入式产品及无线传感器网络解决方案。中芯优电立足于嵌入式技术和物联网的应用和研发，精通多种先进处理器和智能无线传感器网络的产品研发和方案设计，主要以ARM、XScale、FPGA为处理器提供硬件平台，以微软嵌入式系统为平台OS，提供专业的嵌入式产品解决方案。中芯优电自主研发的以嵌入式工业控制板和工业平板电脑为主控单元，无线传感器网络为信息传递媒介的智能信息采集系统，广泛应用于市政、安全、交通、物流、定位及环境监测等领域。公司地处北京市中关村北航科技园，有着得天独厚的技术优势和人力资源，目前拥有一支朝气蓬勃的软、硬件研发团队和工程技术团队。中芯优电的目标是打造全球知名的无线传感网络应用平台，成为中国最优秀的无线传感网络平台和应用服务提供商。所有节点同开、同关网络自修复，只要存在一个路由器或者协调器存在，网络一直存在，任何一个或者多个节点的故障都不会影响其他的节点工作节点采用中断方式，最大程度提高使用效率节点之间的自主通信，实现场景联动不必考虑上电顺序无线节点优势