Zigbee与webrct

开展Zigbee物联网智能模块研发Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。IEEE802.15.4已经定义了Zigbee无线网络的物理层和MAC层协议，而Zigbee联盟推荐并定义了网络层协议，同时家庭网关与服务器间以TCP/IP协议为基础，因此本项目面向高层协议定义，而底层协议采用已有国际标准。Zigbee主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，在物联网环境下得到应用的趋势较明显。在物联网环境下，Zigbee网络相比Wifi和蓝牙技术标准也有能耗、组网、安全性方面的优势：参数ZigBee无线网络蓝牙范围10-100米50-100米10-100米网络拓扑结构点对点，对等网络，星状结构，或网状结构点对集线器点对点，小型网络工作频率868MHz(欧洲)2.4GHz和5GHz2.4GHz900-928MHz(北美)，2.4GHz(全球)复杂度（设备和应用程序的影响）低高高能量消耗（电池选择和寿命）非常低（耗电低是一个设计目标）高中等安全性128位加密加应用层安全性无线网络密码64位和128位加密典型应用工业控制和监控，传感网络，楼宇自动化，家居控制自动化无线局域网连接，宽带接入设备间的无线连接，例如手机，掌上电脑，笔记本，耳机。围绕ZigBee芯片技术推出的外围电路称为ZigBee模块，Zigbee模块广泛应用于智能家居系统中，本项目要通过与Zigbee标准化组织及产业联盟进行合作，推出标准化的Zigbee智能模块，通过可定制编程打造成自己的无线串口模块，而通信协议可以互通，物联网开发者可自定义数据传输格式，嵌入到任何家电设备，可实现将产品智能化升级，丰富智能家居终端设备产品的控制功能，具很强的可操作性和性价比。本项目设计的三表抄表系统总体框图，给出了较为详细的网络结构和接口连接方式，用于智慧社区试点。公共网络中心服务器通信协议数字家庭网关Internet电表Zigbee终端设备Zigbee终端设备水表Zigbee终端设备气表Zigbee控制模块公共网络数字家庭网络内部图1基于Zigbee技术三表抄表系统总体框图智慧家庭网络中的Zigbee控制模块与Zigbee终端设备（与三表直接相连，以后可嵌入到三表中），依据IEEE802.15.4协议构成自组织的Zigbee家居控制网络，该网络通过数字家庭网关实现与处于公共网络中的中心服务器的双向通信。3.2WebRTC/SIP智慧社区试点方案以WebRTC/SIP标准为代表的视频交互应用是推广智慧社区及家居环境下的视频交流重要应用，本项目重点支撑开展基于SIPJS等开源平台的智慧社区应用和试点。WebRTC（WebRealTimeCommunication）指的是Web的实时通信技术，是有互联网界巨头推出的一项旨在支持网络浏览器进行实时语音对话或视频对话的软件架构。和传统的基于本地客户端或浏览器插件的多媒体通信方式不同，WebRTC通过将多媒体通信所必须的音视频处理（采集、编码、增强）、网络传输、会话控制等核心模块集成到浏览器内部，从而使第三方应用开发者仅需通过简单的JavaScriptAPI调用即可获得实时的音视频通信能力。凭借浏览器的高市场占有率和庞大的用户量，WebRTC技术能够在很大程度上改变现有实时多媒体通信业务的生态环境和游戏规则，对运营商现有的以及未来将要在IMS网络中力推的多媒体实时通信业务产生冲击。另一方面，如果能够实现WebRTC技术与IMS的强强联合，也可以利用WebRTC作为WebApp所天生具有的规模推广、快速部署、维护成本低等优势，将其转化为推进IMS业务开展的重要动力，为IMS用户提供更加丰富的新应用，促使传统用户向IMS网络迁移，从而有效地将IMS能力转化为企业的商业价值。因此，WebRTC技术的的发展也受到运营商、爱立信、思科等设备制造厂商的关注。目前，sip和webrtc信令上有互通两种解决方案：1）用JavaScript实现sip协议栈，webrtc应用程序基于这个协议栈开发。这样webrtcclient发出的信令就是sip信令，但一般采用websocket为信令传输协议。这样的webrtcclient就可以直接注册到支持ws的sipserver上了。jssip、sipml5都是这种解决方案。2）通过转换网关实现协议的转换，从而互通。一个开源的网关项目就是webrtc2sip。webrtc2sip是一个功能很完善的网关，既实现了信令层，也实现了媒体层，编码转换功能很强大，也可以直接当做媒体网关，用于编解码，沟通两端的媒体。针对WebRTC/SIP标准实时音视频通信应用试点方案，本项目研发的一种在基于SIP的IMS网络架构中部署WebRTC端到端实时音视频通信应用的组网方案。出于复杂性的考虑，仅考虑了同类WebRTC客户端间的互通，而不涉及与其他SIP终端或PSTN电话间的互通问题。如图所示，WebRTC客户端是以JavaScript编写的，运行于Web浏览器中的Web应用，直接或通过私有网关连接至Internet网络。业务平台需要架设WebRTC代理服务器和STUN（SessionTraversalUtilitiesforNAT）+TURN（TraversalUsingRelaysaroundNAT）服务器。SIP服务器则基于IMS核心网的原有配置，不做任何改动。图中的WebRTC客户端皆位于NAT或防火墙之后。在通信过程中，信令流与媒体流分两路进行传输。1）WebRTC客户端WebRTC客户端是运行在浏览器中的Web应用程序，采用JavaScript脚本语言编写。其核心部分是一个SIP协议栈，用于发送、接收、解析SIP信令，以及维护SIP信令状态机。第一种方案中，WebRTC客户端作为WebSocket客户端通过WebSocket接口与WebSocket代理服务器相互连接。WebRTC客户端将SIP消息作为净载荷封装在WebSocket消息中进行传送。2）WebSocket代理服务器WebSocket协议属于HTML5标准的一部分，是一种以HTML协议为传输层，用于实现浏览器间双向通信的协议。WebSocket协议兼容于现有HTTP1.1协议，并通过Upgrade:websocket将协议升级为WebSocket协议。这样做可以充分利用HTTP协议现有的代理、过滤、认证等机制，从而大大降低了协议栈的开发成本。第二种方案中，通信双方通过WebSocket连接至WebSocket代理服务器。由于WebSocket连接是基于TCP的，因此不存在私网穿透问题。WebSocket代理服务器开启侦听端口，等待WebRTC客户端发起连接。当连接建立后，WebSocket代理服务器接收WebRTC客户端所发送的经过WebSocket封装的SIP消息，抽取出SIP消息后将SIP消息以UDP包形式发送给SIP服务器。SIP服务器将应答以UDP包形式返回给WebSocket代理服务器，WebSocket代理服务器会将SIP消息目的地址替换成实际的目的地址，再重新以WebSocket进行封装，然后发给消息接收方，从而实现客户端之间以及客户端与服务器端间的通信。3）STUN+TURN服务器WebRTC的媒体流采用ICE技术进行私网穿透，此功能需要STUN或TURN服务器进行支持。第三种方案中，给出的是使用TURN的情形，即两个WebRTC客户端皆位于对称NAT之后。此时媒体流必须通过TURN服务器进行中继才能够到达对方。4）SIP服务器这里将IMS核心网简单抽象成为一台SIP服务器，实际上其是由CSCF、HSS等多个网元构成，并通过BAC网元与WebSocket服务器相连接。SIP服务器的主要功能是进行用户认证以及通话过程控制，但不负责媒体流的传输。通话双方必须事先在SIP服务器上注册，并周期性发送心跳包保持在线状态。