【摘要】：智慧照明利用Wi Fi與Zig Bee等多種物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IOT)和無線網(wǎng)絡(luò)新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明設(shè)備的智能化控制,憑借著良好的交互能力、自動(dòng)化的控制方式、有效的節(jié)能模式被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、家庭的燈光照明�，F(xiàn)有的智能照明控制系統(tǒng)主要搭建于低能耗的Zig Bee平臺(tái),以用戶手持設(shè)備的主動(dòng)式控制方式為主,給用戶帶來操作不便和攜帶不適的感覺。且Zig Bee協(xié)議與Wi Fi等無線通信技術(shù)無法兼容,若采用價(jià)格高昂的專用協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備,不僅會(huì)提高系統(tǒng)部署難度,而且會(huì)成為系統(tǒng)通信過程中的瓶頸。因此,現(xiàn)有智慧照明場景中存在控制方式不夠人性化,以及多類型無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互動(dòng)缺乏靈活性的問題。針對(duì)以上問題,本文以降低部署成本、設(shè)備成本,實(shí)現(xiàn)人性化的控制方式與全面提高系統(tǒng)靈活性為目的,對(duì)基于Wi Fi信號(hào)的目標(biāo)探測方法以及Wi Fi到Zig Bee的跨協(xié)議通信(Cross-Technology Communication,CTC)方法進(jìn)行了研究,致力于達(dá)到“人到燈亮,人走燈滅”以及多類型無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)互通的效果。該研究成果能使智慧照明系統(tǒng)脫離對(duì)于手持設(shè)備輸入控制信息以及協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備的依賴性。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.提出了一種非綁定式且無需學(xué)習(xí)的目標(biāo)探測方法Wi Detect,通過分析目標(biāo)引起的Wi Fi信號(hào)波動(dòng)特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精準(zhǔn)探測。在智慧照明存在的室內(nèi)應(yīng)用場景中,無線信號(hào)密集且復(fù)雜、環(huán)境噪聲豐富且隨機(jī),均為分析Wi Fi信號(hào)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問題,Wi Detect融合巴特沃斯低通濾波等多種算法,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,消除環(huán)境噪聲影響,提取對(duì)目標(biāo)敏感的數(shù)據(jù),從而設(shè)計(jì)一種基于時(shí)域與頻域的雙閾值目標(biāo)探測模型,有效避免訓(xùn)練與勘測帶來的人力成本高問題。為符合低成本設(shè)備需求,本文將Wi Detect部署在商用Wi Fi平臺(tái)上。分別在室內(nèi)開闊大廳、實(shí)驗(yàn)室和辦公室三種場景下進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Wi Detect在多種真實(shí)場景中的目標(biāo)探測精度可達(dá)到90.03%以上。2.提出了一種低代價(jià)且具備抗干擾能力的跨協(xié)議通信方法Sense Comm,通過感知數(shù)據(jù)傳輸對(duì)信道RSSI(Received Signal Strength Information)的影響,在不需修改底層硬件或固件的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)Wi Fi到Zig Bee兩種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的直接通信。在智慧照明存在的室內(nèi)應(yīng)用場景中,多種無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議共存,引起信道競爭與通信干擾,使得現(xiàn)有的跨協(xié)議通信技術(shù)在干擾場景下的解碼能力受限,導(dǎo)致異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信受阻,為智慧照明場中的多類設(shè)備互動(dòng)帶來挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問題,Sense Comm依據(jù)干擾源與信號(hào)源對(duì)信道RSSI值的擾動(dòng)幅度與持續(xù)時(shí)間的不同,基于特征差異性規(guī)則,提取信號(hào)源擾動(dòng)的信道RSSI值集合以正確解碼,完成異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信,有效解決了智慧照明場景下多類型設(shè)備互動(dòng)缺乏靈活性的問題。本文將Sense Comm原型系統(tǒng)部署在商用Wi Fi和Zig Bee平臺(tái)上進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Sense Comm在誤Symbol率(Symbol Error Rate,SER)為1.9%的基礎(chǔ)上,達(dá)到163.4bps的吞吐量,從而驗(yàn)證了Sense Comm的可行性與有效性。
【圖文】：

減少頻域泄露及可處理多個(gè)頻率分量的優(yōu)勢(shì)，，自然而然地成為本文加權(quán)平滑處理方法的首選。綜上，本文提出基于漢寧窗的均值加權(quán)平滑算法，其中漢寧窗的獲取公式如式（3.10）所示。 1 21 cos ,12 1nHann n n WW (3.10)其中， Hann n 為漢寧窗的結(jié)果，W 為窗大小，設(shè)通過 3.3.2 小節(jié)得到的子載波序號(hào)為index，其中基于漢寧窗的均值加權(quán)平滑處理算法公式如式（3.11）。 ,1,11 2 1'Windex mnindex m WnA i W n Hann nA iHann n (3.11)其中， ,'index mA i 為加權(quán)處理后的結(jié)果，A為3.3.2小節(jié)得到的最優(yōu)勢(shì)子載波數(shù)據(jù)，處理后的結(jié)果如圖 5 所示。

圖9 WiFi與ZigBee的信道分布示意圖從圖 9 中，我們可觀測到 WiFi 的 13 個(gè)信道和 ZigBee 的 11-26 號(hào)信道工作在2.4GHz 頻段內(nèi)。因此，當(dāng) WiFi 在傳輸數(shù)據(jù)，并且兩者同時(shí)工作在同一信道時(shí)（如WiFi 的 1 信道和 ZigBee 的 11 信道），ZigBee 讀取到的信道 RSSI 值會(huì)發(fā)生變化，其本質(zhì)原因在于：WiFi 傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致信道被占用，導(dǎo)致所對(duì)應(yīng)的信道中的接收端信號(hào)的功率強(qiáng)度增加，造成 ZigBee 讀取到的信道 RSSI 值也就隨之變化。綜上，盡管 WiFi 和 ZigBee 無法直接完成通信，但是 ZigBee 可通過信道 RSSI 值判斷信道是否被占用，以判斷信道中是否有數(shù)據(jù)在傳輸�；谶@種模式，依據(jù) WiF傳輸數(shù)據(jù)為 Symbol‘1’，不傳輸數(shù)據(jù)為 Symbol‘0’的形式完成信息編碼，在信息被編碼而完成傳輸時(shí)，ZigBee 接收端讀取到的信道 RSSI 值也會(huì)呈現(xiàn)相應(yīng)的變化模式，即 Symbol‘1’對(duì)應(yīng)信道 RSSI 值整體變高，Symbol‘0’對(duì)應(yīng)信道 RSSI 值在低值處匯聚。為了更清晰的解釋，本文通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行說明。在實(shí)驗(yàn)中，編碼方式主
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM923;TN92

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本文編號(hào)：2670132