一种基于ZigBee-WiFi的智能楼宇建筑安防系统的制作方法

本发明涉及物联网控制领域，尤其涉及一种基于zigbee-wifi的智能楼宇建筑安防系统。

背景技术：

现今，城镇信息化、网络互联化、现代自动化，在物联网智慧时代背景下，人们对美好生活以及舒适工作的追求不断向往，智能的概念越来越深入人心，智能行业领域的开展及竞争也越来越广泛，其标志性产物智能楼宇建筑群迎合时代发展的潮流应运而生，智能楼宇利用无线网络通信技术、自动控制技术等将设备设施集成在一个平台系统上，优化楼宇结构，整合楼宇资源，管理楼宇平台，完善楼宇系统，提升楼宇性能，构建节能、高效、便利、稳定、舒适、安全、艺术的楼宇生活工作环境。

zigbee是基于ieee802.15.4标准的短距离、低功耗局域网协议，是一种高安全、高容量、短时延、低成本的无线通讯技术，也是一种无线数传网络，在路由方面支持高可靠性的网状网的路由，因而可布置范围很广的网络，并支持多播和广播特性，给丰富的应用带来了强有力的支持，且其通讯距离可从标准的75m进行无限扩展，因其具有自组网、高通信效率、支持大量网络节点和多种拓扑结构等突出优势有着广泛的应用前景，在家居生活、楼宇建筑、自动化设备、工业控制、医疗传感器等领域都有越来越广泛的应用。

然而在网络科技发达的今天几乎所有的家庭、楼宇、商场、街道、医院、企业等等到处都覆盖了wifi。近几年2.4ghz的ism免执照频段上的无线设备日益增多，该频段也越来越拥挤，彼此之间的干扰也越来越严重，而近年来无线通讯技术zigbee和wifi的应用最为广泛，且两者都工作在2.4ghz的ism免执照频段上，wifi势必会对zigbee产生干扰，从而会影响zigbee工作效率、性能、稳定性等，且zigbee网关大多是以上位机为中转枢纽，极少情况下能够很完整的将采集的数据信息传送到各个指定终端上，因而就目前互联网发达的背景下单单以zigbee技术的智能楼宇而言，其存在的缺陷越发显而易见。

由于wifi的带宽和功率都比zigbee大得多，同等情况下，zigbee对wifi的干扰几乎可以忽略不记，相反在wifi的干扰下，zigbee系统的性能会下降很多，最直接的结果是数据传输的失败、错误或是无法进行传输。

网络之间的互相干扰会影响网络整体工作效率以及造成网络被攻击、数据信息被盗取或是丢失等不良后果，如何更好地解决实现两者共存将在日后发挥更大作用。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于zigbee-wifi的智能楼宇建筑安防系统，该系统引入zigbee-wifi网关设备，实现zigbee-wifi异构网络中，终端设备在楼宇建筑的数据传输交互中规避两种信号存在的互相干扰，zigbee-wifi网关能够实现wifi和zigbee两种通信协议的转换，使得各节点设备可以和zigbee和wifi对应的网络进行无线通信，且处在zigbee和wifi两种网络的节点设备能够实现互联互通。

一种基于zigbee-wifi的智能楼宇建筑安防系统，包括：zigbee-wifi网关设备、路由器、zigbee协调器、zigbee终端节点、智能终端设备和应用终端，所述zigbee-wifi网关设备分别与所述zigbee协调器和路由器连接，所述zigbee-wifi网关设备通过所述zigbee终端节点与所述智能终端设备连接，所述路由器与所述应用终端连接。

进一步的，所述zigbee-wifi网关设备包括核心控制部件、zigbee模块、wifi模块，所述核心控制部件分别与zigbee模块和wifi模块连接。

进一步的，所述智能终端设备包括照明设备、智能空调、智能窗帘、加湿器、气体传感器、温湿度传感器、语音报警器、安防传感器和烟雾检测报警器。

进一步的，所述应用终端包括智能移动手机和pc机。

进一步的，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述zigbee-wifi网关设备、路由器、zigbee协调器、智能终端设备连接。

进一步的，采用迭代的、对称秘钥分组的aes加密算法对zigbee网络进行加密。

进一步的，加密步骤如下：

s1、在2007z-stack协议栈打开定义了密钥的配置文件f8wconfig.cfg，对-default_key的值进行修改；

s2、将配置文件zglobals.c下unit8zgpreconfigkeys＝flase改为unit8zgpreconfigkeys＝true；

s3、设置配置文件f8wconfig.cfg中的值-dsecure＝1。

本发明的有益效果是：

本发明所述的基于zigbee-wifi的智能楼宇建筑安防系统引入zigbee-wifi网关设备，实现zigbee-wifi异构网络中，终端设备在楼宇建筑的数据传输交互中规避两种信号存在的互相干扰，zigbee-wifi网关能够实现wifi和zigbee两种通信协议的转换，使得各节点设备可以和zigbee和wifi对应的网络进行无线通信，且处在zigbee和wifi两种网络的节点设备能够实现互联互通，提高了整个智能楼宇系统的整体性、可兼容性、可操作性，使得设备能够更好地与楼宇环境进行智能交互，建立信息的联通；导入安全密钥，提升了整个网络安全服务水平，建立了可靠的网络空间安全长效防御机制，有效保证了网络安全。

附图说明

图1为本发明智能楼宇建筑安防系统结构图；

图2为本发明zigbee和wifi在2.4ghz频段上信道分布图；

图3为本发明信道选择扫描流程图。

具体实施方式

下面结合附图1-3对基于zigbee-wifi的智能楼宇建筑安防系统做进一步说明。

实施例1：

一种基于zigbee-wifi的智能楼宇建筑安防系统，包括：zigbee-wifi网关设备、路由器、zigbee协调器、zigbee终端节点、智能终端设备和应用终端，所述zigbee-wifi网关设备分别与所述zigbee协调器和路由器连接，所述zigbee-wifi网关设备通过所述zigbee终端节点与所述智能终端设备连接，所述路由器与所述应用终端连接。

所述zigbee-wifi网关设备包括核心控制部件、zigbee模块、wifi模块，所述核心控制部件分别与zigbee模块和wifi模块连接；所述智能终端设备包括照明设备、智能空调、智能窗帘、加湿器、气体传感器、温湿度传感器、语音报警器、安防传感器和烟雾检测报警器；所述应用终端包括智能移动手机和pc机；还包括电源模块，所述电源模块分别与所述zigbee-wifi网关设备、路由器、zigbee协调器、智能终端设备连接。

可以根据需要进行扩展，加入新的应用和设备，只要在这些应用和设备上添加相应的zigbee终端节点使其能够加入整个网络，便可以实现新加设备的智能化。

采用迭代的、对称秘钥分组的aes加密算法对zigbee网络进行加密，加密步骤如下：

s1、在2007z-stack协议栈打开定义了密钥的配置文件f8wconfig.cfg，对-default_key的值进行修改为自己习惯使用的密钥；

s2、设置配置文件zglobals.c下unit8zgpreconfigkeys＝flase为true

s3、设置配置文件f8wconfig.cfg中的值-dsecure＝1。

实施例2：

图1为智能楼宇建筑系统布置简图，包括zigbee-wifi网关设备、路由器、智能手机、pc机、zigbee协调器、各智能终端设备如照明设备模块、智能空调、智能窗帘、以及需要用到的各类智能传感器。

左半部分为zigbee无线传感网络：zigbee网络只支持全功能(ffd)和精简功能(rfd)两种设备，zigbee标准定义了zigbee路由器、zigbee协调器以及zigbee终端节点，需要说明的是ffd可以充当任何类型的zigbee节点，具有收发数据、路由、接受子节点功能，而rfd只能作为子节点，且只能与一个zigbee协调器建立通信。

在本发明设计中需要说明zigbee-wifi网关设备有一个隐含的作用即是作为zigbee路由器使用，zigbee路由器作为zigbee网络中潜在的父节点允许很多zigbee路由器以及zigbee终端节点加入该网络建立联系，它实现设备加入zigbee无线网络、扩展网络、覆盖物理地址范围和数据包路由的功能；对于zigbee协调器，在zigbee星状、树状、网状三种网络中任何一个网络拓扑结构有且仅有唯一的一个pan协调器，pan协调器可理解为该zigbee网络中的第一个设备，负责整个zigbee网络的启动以及配置整个网络需要的信道和panid，此外它还要负责完成网络中其他设备的网络地址分配、绑定节点等一系列任务，因而在zigbee网络中它需要很多的计算能力和数据存储资源以供建立下一步任务机制，当协调器成功建立网络后，它以协调器身份所有的任务基本完成而此时便转换为路由角色；

图中zigbee终端设备为网络最外围设备，即zigbee网络边缘设备，它们没有zigbee协调器以及路由功能，zigbee终端设备负责采集楼宇环境信息，感知楼宇一切的环境动态变化，本实施例以照明灯、气体传感器，温湿度传感器、语音报警器为例进行叙述。

智能照明灯系统模块涉及到控制端，包括现场控制、移动控制端以及远程控制，其中远程控制仅需楼宇用户登陆应用终端相应的应用进行简单的操作，很方便实用，用户在未要进入楼宇办公之前就可以手动启动相应操作，节省时间。

楼宇是一个集成的大环境，其安防毋庸置疑是相当重要的，其中安防包含环境的安防以及网络空间安全两个方面，语音报警器、气体传感器便可完全胜任环境安防的重任，语音报警器为整个环境安防系统向人传递信号的的关键装置，当发生异常能够在第一时间向人发出报警信号，与气体、火焰、人体红外等传感器结合使用；气体传感器具有交叉灵敏度高，使用寿命长，选择性好等突出优势，常用于智能家居、楼宇建筑、企业工厂、医疗卫生等领域，能够很灵敏的嗅到液化气、天然气、煤气、甲烷、丙烷、丁烷、烟雾以及其他的一些有毒气体，当楼宇中有异常气味时能够很灵敏的感知，气体传感器将采集的信息经由zigbee协调器、路由器上传至网关以及上层应用控制层(智能手机、pc设备等)，应用层接收终端节点发送的信息做出相应的处理和判断，并发送控制指令与命令给语音报警器控制其发声向人们释放险情信号。

网络空间安全分zigbee网络和wifi网络的安防，利用加密技术对网络进行加密以保证网络安全以及防止工作设备被干扰。

wifi的加密方法很简单，浏览器输入：http://路由器ip地址/，输入路由器密码进入设置主页，根据用户需要选择加密类型即可。

zigbee网络加密方法利用迭代的、对称密钥分组的aes加密算法进行加密，aes可以使用128、192、256位密钥，并且可以用128位进行分组加密和解密，用户需要做的是创建属密钥，用z-stack协议栈构建一个zigbee无线传感网络，协议栈有其对应的配置文件f8wconfig.cfg并定义了密钥，在这里会用到z-stack协议常用到的交叉编译环境iar，它是一款包含有调试器、源程序编辑器等非常有效、功能完善的嵌入式系统开发工具，具体加密步骤如下：

1：在2007z-stack协议栈打开定义了密钥的配置文件f8wconfig.cfg，对-default_key的值进行修改为自己习惯使用的密钥；

2：设置配置文件zglobals.c下unit8zgpreconfigkeys＝flase为true

3：设置配置文件f8wconfig.cfg中的值-dsecure＝1。

-dsecure＝1，在这里需要说明的是，如果使用了加密算法，整个网络中的所有设备都需要开启加密算法，而且所有设备中的key值必须相同，否则网络不能够进行正常的通信，最终导致数据不能够经由网络层向上传输到应用层。

图2、3分别为zigbee和wifi在2.4ghz频段上信道分布图以及信道选择扫描流程图，图2直观的反映了zigbee和wifi两种无线通讯在2.4ghz频段上工作的信道，zigbee有11-26共16个工作信道，带宽2mhz；wifi有1、6、11三个工作信道，带宽22mhz；因wifi带宽和功率都比zigbee大得多，会对zigbee的工作会产生严重干扰，故此需要选择扫描合适的信道保证两者不在信道重叠区域工作，以保证zigbee性能的稳定，同时将两者的优势有效结合。

图3即选择扫描并跳转至zigbee合适的工作信道，首先要读取并判断zigbee接收信号强度指示(rssi)的值，它反映了zigbee接收信号的质量，当读取的值低于rssi阈值时就要寻找对zigbee干扰程度低的信道，会优先扫描与wifi工作不重叠的信道，即图2标示的15、20、25、26四个信道，以避开wifi的干扰，同时为了排除其他无线通讯设备对zigbee需要在四个信道中继续扫描以选择最佳信道以达到zigbee工作效率最大化为目的，zigbee-wifi网关的存在很好的解决了这个问题。

zigbee-wifi网关设备同时与zigbee无线传感网络以及wifi网络建立通信联系，智能终端设备采集楼宇环境信息传送至zigbee-wifi网关设备的zigbee模块，经核心控制部件处理完成之后由wifi模块通过网络将数据发送给应用终端。

在智能楼宇系统中引入zigbee-wifi网关设备也更加充分利用了wifi传输数据量大，速度快的优点保证了用户能够及时的将采集的数据资源第一时间反馈给用户进行实时的监测，zigbee-wifi网关设备不仅充分解决了zigbee和wifi两种信号存在的互相干扰的问题，也充分发挥了两者的优势规避了其劣势，实用性强，工作效率高，再结合加密技术，营造一个安全可靠的网络环境，在智能楼宇建筑、智能家居、工业工厂等有一个很好的潜在的应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。