摘 要：给出了一种融合下一代网络核心控制协议SIP和短距离无线通信协议ZigBee的物联网家庭网关的设计方法。该方法通过对家庭网关的硬件设计、SIP方法及其XML消息体扩展应用设计以及ZigBee无线通信数据格式的设计，实现了家庭网关中的SIP与ZigBee协议的融合，最终通过Internet远程访问和控制基于ZigBee协议构建来实现物联网家庭网络。
关键词：家庭网关；SIP方法；XML消息体；ZigBee
2095-1302（2013）09
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0 引 言
物联网带动了继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，智能家居及家庭网络无疑是物联网的热点应用领域。家庭网关是连接公网和家庭内网的喉舌，负责家庭内部设备对公网的访问、交互，用户从公网上对家庭网络访问、控制，以及家庭内部设备的互联等操作。物联网家庭网关需要具备宽带接入、业务识别和控制信息转发等功能。
1 SIP的概念
会话起始协议（Session Initiation Protocol，SIP）是由互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）于1999年提出的一个基于IP网络实现复杂通信应用的应用层信令协议。
SIP是一个C/S协议，包含用户****（User Agent，UA）和网络服务器（Server）两类组件。SIP终端系统上运行的与用户交互的软件称为用户****，网络服务器为用户****提供注册、认证、鉴权、路由等服务。SIP呼叫建立和SIP会话功能依靠SIP UA及SIP Server实体完成。
SIP协议定义了两种类型的消息：请求和响应。SIP请求包含INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS、REGISTER等六种基本方法，以及SUBSCRIBE、NOTIFY、PUBLISH等扩展方法。SIP响应包含1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx等六类消息。
SIP消息的3个基本部分消息类型、消息头和消息体均可扩充，并且SIP采用基于UTF-8字符集的文本编码形式实现，可十分简便地对消息进行扩展，使之适应各种具体的应用场景。
2 ZigBee技术
ZigBee基于IEEE 802.15.4[3]标准，在众多短距离无线通信协议中，ZigBee技术有以下优势：
（1）成本低，开发相对容易，芯片CC2530的售价不到2美元，且免费提供ZigBee通信协议和开发工具；
（2）能耗低，CC2530正常使用时功率不到1 W；
（3）可靠；
（4）组网方式灵活。
ZigBee技术的唯一缺点是传输速率不高，但也完全能满足物联网家庭网络中的无线感知与监控需要。
3 系统总体架构
图1所示是物联网家庭网络架构。采用ZigBee协议构建家庭网络时，可连接各种传感器、继电器（家电及控制设备）与家庭网关。在ZigBee无线家庭网络中，传感器、继电器担任终端的角色，家庭网关中的ZigBee主控模块担任协调器的角色。家庭网关上集成了ZigBee协调器与SIP Server的功能，能同时实现ZigBee网络协调器功能、SIP与ZigBee协议数据格式的转换功能以及经SIP协议到Internet的访问权。SIP/ZigBee网关按SIP协议规范，****ZigBee网络内的各种传感节点及继电器节点设备；家庭成员可通过SIP协议由SIP UA经Internet访问家庭网关，实现对家庭内传感器信息的获取，以及对家庭设备的远程访问和控制。
图1 物联网家庭网络架构
家庭网关的一个重要作用就是实现公网中SIP协议与家庭网络中ZigBee协议与数据格式的转换。本文采用如图2所示的协议模型，图2中，左侧为ZigBee网络协议模型，右侧为SIP协议模型，中部为物联网家庭网关协议模型。
图2 家庭网关协议模型
4 家庭网关的硬件设计
硬件上采用DMATEK的DMA210XP整合平台，整合了ZigBee协调器ZB2530-03模块，两者间采用串口交换数据。图3所示是本系统家庭网关的硬件设计图。
图3 家庭网关硬件设计
图3中的DMA210XP采用具有先进ARM Cortex A8核心的Samsung
