基于Zigbee技術的家用無線網(wǎng)絡

研究一種基于Zigbee技術的家用無線網(wǎng)絡平臺．分析了Zigbee網(wǎng)絡協(xié)議，探討了用Zigbee技術構建家用無線網(wǎng)絡的關鍵問題對網(wǎng)絡拓撲結構，網(wǎng)絡路由算法和網(wǎng)絡采樣策略等問題進行了討論并提出了解決方案通過構建的家用無線網(wǎng)絡對脈搏信號進行監(jiān)護實驗．結果表明，基于Zigbee技術構建的家用無線網(wǎng)絡是可行的，該無線網(wǎng)絡在家庭監(jiān)護中將有廣闊的應用前景.
隨著計算機技術、通信技術、控制技術的發(fā)展和人們物質生活水平的提高，家居智能化的研究成為國內外的一個研究熱點．與此同時，隨著我國老齡化社會的加劇，通過易組織，低成本，高效率的家庭智能化網(wǎng)絡實現(xiàn)長期的家庭監(jiān)護，對提高人們生活質量，減少醫(yī)療費用也具有重要意義.為此，提出了基于共享控制的家庭監(jiān)護系統(tǒng)．圖1是采用共享控制的家庭智能監(jiān)護系統(tǒng)示意圖.

家庭設備信息和人體信息如腦電波、脈搏信息等通過無線網(wǎng)絡發(fā)射，經(jīng)家庭網(wǎng)絡路由傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的專用服務器中．家屬或醫(yī)院可在世界上任何地方，通過計算機調查服務器中所記錄的人體活動和設備的情況．這樣做不但能實時地得到當前的活動情況，通過指令控制家居中的設備，還能調查任一時段內的歷史信息及變化傾向，為正確、及時進行醫(yī)療監(jiān)護提出建議和措施．

以前針對智能家居研究的網(wǎng)絡構建采用的無線方式有射頻(RF)技術，IEEE802．11及藍牙技術等．但這些技術都沒有完全滿足家庭網(wǎng)絡易組織、低成本、低功耗等要求．Zigbee協(xié)議是一種基于IEEE80215．4標準的無線協(xié)議，主要應用于低通信速率，低功耗設備的組網(wǎng).該通信設備支持250kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以實現(xiàn)l點對多點的快速組網(wǎng)．鑒于Zigbee無線網(wǎng)絡的上述特點，可將其用于構建家用無線網(wǎng)絡平臺.

lZigbee網(wǎng)絡協(xié)議簡析

Zigbee網(wǎng)絡協(xié)議棧采用開放系統(tǒng)互連模型(OSI)．如圖2所示.每一層都實現(xiàn)一部分通信功能．并向高層提供服務.IEEE802．15．4標準只定義了PHY層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層PHY層由射頻收發(fā)器以及底層的控制模塊構成MAC子層為高層訪問物理信道提供點到點通信的服務接口．ZigbeeAlliance定義了網(wǎng)絡層、應用層與安全層規(guī)范．NWK負責網(wǎng)絡層工作，使用IEEE802．15．4MAC所提供的服務完成工作，并提供數(shù)據(jù)收發(fā)與管理服務供上層協(xié)議調用NWK之上的APS，ZDO應用框架與應用對象等都屬于應用支持層(APL)．APS使用NWK所提供的數(shù)據(jù)進行傳輸服務.

多路選擇是APS的重要功能，提供上層應用程序使用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸服務的Endpoint(如同TCP/IP的socket)匹配網(wǎng)絡地址，這樣在兩個通信端點間能讓多個應用程序循環(huán)使用APSZDO則是整個Zigbee網(wǎng)絡設備的控制中心，它使用NWK與APS提供的管理服務，并匹配Zigbeedeviceprofile(ZDP)規(guī)范．Zigbee網(wǎng)絡支持3種類型拓撲結構：星形結構，網(wǎng)格狀結構和族狀結構，如圖3所示．其中網(wǎng)格狀和族狀結構屬于點對點的結構星形網(wǎng)絡中，所有節(jié)點都與中心協(xié)調器通信，節(jié)點間不能直接通信而點對點網(wǎng)絡中的節(jié)點彼此都在其輻射范圍之內，任何兩個設備之間都可以通信.

2關鍵問題的考慮

2．1網(wǎng)絡拓撲結構的選擇

在Zigbee協(xié)議支持的3種網(wǎng)絡拓撲結構中，星形拓撲網(wǎng)絡最簡單．每個被監(jiān)控設備可以作為精簡設備終端連接入網(wǎng)，節(jié)省能量，計算量小．在家庭監(jiān)護系統(tǒng)中，設備可能分布在多個房間，被監(jiān)護對象也可能在多個房間中活動，而星形網(wǎng)絡中節(jié)點的無線通信范圍很小(幾十米)，網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，不利于網(wǎng)絡功能的擴展．