原创智能照明系统探讨

 2015-9-15 09:17  1357 13 13 分类: 消费电子

一、引言

从智能手机，智能穿戴等，纷繁芜杂，各种智能硬件，粉墨登场，照明及大楼领域，亦有智能照明和智能楼宇。智能照明实际就是根据某一区域的功能、每天不同的时段、室内外光亮度或该区域的用途来自动控制照明，甚至暖通等大楼系统及设备，也即根据用户需求，制定照明控制策略，以适应任何场景，保证能源使用得当，同时满足用户的高灵活性及对其环境的控制。

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二、智能照明简介

三、无线智能照明控制系统

常见可用于无线照明控制系统的通信技术和协议有：蓝牙、WIFI和ZigBee等。其中蓝牙和Wifi均为点到多点的星形网络结构（注：近期CSR公司推出私有的蓝牙Mesh网络协议栈，但尚未标准化）。Zigbee则是网状网。常见的无线通信协议栈，标准化的ZigBee应该说最适合于大规模的无线照明网络，起码目前为止，是这样的。

ZigBee联盟对于智能照明提供三种不同层次的协议应用：1.ZLL（ZigBee Light Link -–较小规模的，面向家庭等的简单照明应用；2.ZHA（Zigbee Home Automation）/ZBA（ZigBee Building Automation）--家庭和大楼自动，在这里，照明系统可以和家庭/大楼的暖通等系统集成。

由于网状网络信息更新时间间隔较长，以及大规模的复杂性，NXP公司推出了类似于ZigBee协议的JennetIP协议栈，应用于无线照明领域，该系统具有设备状态更新快、反应迅速、单网规模大的优点，几乎现有的智能照明大规模应用案例，均采用该系统。JenNet-IP是一种增强型6LoWPAN网络层，特别针对以IEEE 802.15.4标准为基础的超低功耗网络所设计，适用于住宅和工业应用。

四、智能照明系统网络组成

JenNet-IP 是 NXP 专门面向住宅、商业和工业等物联网应用推出的端到端 IP 连接无线网络协议栈，最大特点是可以自组网和通过 IP 地址对端点的访问和操作。主要特点包括如下内容。

1 节点类型

节点类型分为 Coordinator、Router 和 EndDevice。

Coordinator：网络的建立者，一个网络只能有一个，允许其他节点加入。

Router：Router 能加入到 Coordinator 和 Router，也可以允许 Router 和 EndDevice 加入，并能转发数据，起中继作用，Router 不能睡眠。

EndDevice：EndDevice 能加入到 Coordinator 和 Router，但不能允许其他加入，有睡眠功能，能实现低功耗。

2 无线频率

使用的无线频率范围为 2405MHz-2480MHz，每 5MHz一个信道，每个信道带宽为 2MHz，从信道 11 至信道 26，一共 16 个可用信道。信道划分如下图所示。

3 网络拓扑结构

JenNet-IP的网络拓扑结构为树状拓扑结构，拓扑结构如下图所示。

4 JenNet-IP协议栈的构成

图拓扑结构图

对于物理层和MAC层是基于IEEE802.15.4 标准，而网络层则较复杂，分别由JenNet、 6LoWPAN、IP、UDP组成，应用层通过JIP所定的API函数实现对网络层的访问完成通信功能。JenNet-IP协议栈的构成如下图所示。

图 JenNet-IP 协议栈结构图

5 路由技术

路由技术分为 Route Over 和 Mesh Under，JenNet-IP 采用了 Mesh Under。Route Over 的路由计算是在 IPv6 层之上，而 Mesh Under 的路由计是在 IPv6 层之下，采用 Mesh Under 技术的优点是 MAC 层数据包中带有 MAC 地址，路由可以直接投递数据包，减少通信量，提高通信效率。

5.1 Route Over

其通信流程是，应用层的数据包先转为 6LoWPAN层数据包，再一包一包发送，而中继路由先一包一包接收 6LoWPAN包再合成路由数据包，再判断要传递给哪个节点，然后将路由数据包先转为 6LoWPAN层的数据包，再一包一包发送，而目的节点先一包一包接收 6LoWPAN包再合成应用应用层数据包。Route Over流程图如下图所示。

图 Route Over