[[alternative]]Design and implementation of embedded IoT access point applied to ZigBee home automation

碩士[[abstract]]隨著網路與通訊技術的創新及微機電與嵌入式技術的進步，感測、辨識與通訊能力已可嵌入於日常生活中的各種實體設備，使這些設備成為具有基本智能的智慧物件(Smart Object)，整合各種智慧物件而成的物聯網(Internet of Things, IoT)的相關應用也越來越多。本論文主要針對「智慧生活」的應用上進行研究，在基礎智慧物件上使用ZigBee聯盟的家庭自動化設備，但此類裝置皆以ZigBee低功耗無線通訊協定進行通訊，因此這些產品無法與網際網路連結，提供使用者透過網際網路進行裝置的操作。本論文擬將現有的Wi-Fi基地台結合ZigBee標準，研發一兼具ZigBee通訊能力以及連接網際網路能力的物聯網基地台，藉由韌體的更新，將原本的無線基地台從網際網路的產品提升為物聯網基地台，使其扮演連結感知層與網路層設備的重要角色。[[abstract]]With the innovation of networks communications technology and the development of micro electro mechanical embedded technology, sensing, identification and communication capabilities can be embedded in various physical devices to be used in daily life. Thus, the devices will become Smart Object with basic intelligence which can be integrated to provide more Internet of Things (IoT) applications. In this thesis, first, our main objective is to investigate the “Smart Life” applications. We use the ZigBee Home Automation device, which communicates by using the ZigBee wireless communication. Therefore, this device is unable to allow users to operate the device via internet. Second, based on the existing Wi-Fi Access Point, we have updated the firmware in order to develop the IoT Access Point which provides ZigBee communication abilities.[[tableofcontents]]目錄 目錄 III 圖目錄 V 表目錄 VII 第一章、 簡介 1 第二章、 文獻探討 5 第三章、 背景知識 8 3-1 物聯網(Internet of Things, IoT) 8 3-2 低耗能物聯網ZigBee傳輸技術 10 第四章、 物聯網基地台實現 14 4-1 物聯網基地台功能介紹 14 4-2 物聯網基地台系統架構 17 4-3 物聯網基地台軟硬體開發環境介紹 18 4-4 ZigBee Agent設計與實作 21 第五章、 基於物聯網基地台之智慧家庭建置 30 5-1 ZigBee Home Automation 設備配置 31 5-2 ZigBee/Wi-Fi無線網路頻道配置 34 5-3 使用者端應用程式存取方法驗證 36 第六章、 物聯網基地台效能評估 38 第七章、 結論 43 參考文獻 44 附錄-英文論文 47 圖目錄 圖1. ZigBee Stack Architecture 11 圖2. 物聯網之智慧生活場景圖 15 圖3. 嵌入式物聯網基地台系統架構圖 17 圖4. RT3052 Wireless AP開發板架構 19 圖5. 基於Linux作業系統之物聯網基地台韌體架構 20 圖6. 物聯網基地台之ZigBee Agent系統架構圖 21 圖7. ZigBee裝置資訊管理 24 圖8. UPnP基本元件關係圖 25 圖9. UPnP Device裝置描述 27 圖10. GoAhead Web Server Architecture 28 圖11. 物聯網基地台建置智慧家庭實體圖 30 圖12. ZigBee Home Automation設備 31 圖13. IEEE 802.15.4與IEEE802.11n頻譜比較 35 圖14. 透過Intel UPnP Device Spy搜尋UPnP裝置 36 圖15. 透過瀏覽器使用HTTP發送命令以及取得回報 37 圖16. ZigBee在不同頻段差異下Wi-Fi吞吐量對反應時間的影響 39 圖17. ZigBee在不同Wi-Fi吞吐量下不同ZigBee頻道的反應時間 40 圖18. 距離對ZigBee裝置反應時間的影響 41 表目錄 表1. ZigBee收發器命令封包結構 23 表2. Simulation Parameters 38 表3. 透過HTTP收送命令反應時間(ms) 42[[note]]學號: 600410046, 學年度: 10