基于Zigbee技術(shù)的家用無線網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以作為路由節(jié)點，因此，原節(jié)點的數(shù)據(jù)流可以通過多個路徑到達(dá)網(wǎng)絡(luò)控制點．如果某一個節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)斷開，數(shù)據(jù)流可以選擇另一條路徑進行傳輸，因此具有較強的健壯性．但網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都需是全功能設(shè)備，能量消耗大；同時，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的路由節(jié)點增加了網(wǎng)絡(luò)的延時．

族狀結(jié)構(gòu)結(jié)合了星形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點．為了節(jié)省能量，監(jiān)控設(shè)備和生理數(shù)據(jù)采集終端可以作為網(wǎng)絡(luò)中的端節(jié)點，結(jié)構(gòu)節(jié)點少．同時協(xié)調(diào)器可以作為網(wǎng)絡(luò)控制器采集網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)．網(wǎng)絡(luò)具有可擴展性，可以增加路由節(jié)點，擴展覆蓋范圍，因此該家用無線網(wǎng)絡(luò)采用族狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)．

2．2網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計

路由協(xié)議直接關(guān)系到無線網(wǎng)絡(luò)的性能．路由協(xié)議設(shè)計的首要問題是要求其計算復(fù)雜度小，能耗小．其次由于被監(jiān)護對象的移動性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，因此要能滿足動態(tài)路由的要求．

Zigbee支持Cluster-tree，AODVjr及兩者的混合模式等路由算法．AODVjr算法是針對AODV算法的改進，以達(dá)到計算量小及節(jié)能的目的，但算法較復(fù)雜，Cluster-tree算法適合樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)．圖4為網(wǎng)絡(luò)樹層次結(jié)構(gòu)圖.

圖中，Lm為最大網(wǎng)絡(luò)深度，Cm為最大的子節(jié)點數(shù)，Rm為子節(jié)點中最大的路由節(jié)點數(shù)．

節(jié)點的地址空間Cskip的計算公式為

式中：n為父節(jié)點地址；R為子節(jié)點序號1～Cm．

假設(shè)某個節(jié)點的地址是N，目標(biāo)節(jié)點的地址是D，Cluster-tree路由算法如下：

①如果待傳輸數(shù)據(jù)的目的節(jié)點地址是本身地址，將數(shù)據(jù)包交上層處理，否則轉(zhuǎn)②．

②如果待傳輸數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點是自己的鄰居節(jié)點(路由表中有路由信息)，直接發(fā)送數(shù)據(jù)給鄰居節(jié)點，否則轉(zhuǎn)③．

③判斷并轉(zhuǎn)發(fā)子節(jié)點或父節(jié)點地址．

如果D

如果D>N并且 ，將 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點；

如果D>N且D≤ ，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給地址為 的子節(jié)點．

家用無線網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)節(jié)點是靜止的，移動節(jié)點較少，可采用族狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)．家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好，鏈路穩(wěn)定，節(jié)點干擾少，可以采用Cluster-tree算法作為其路由協(xié)議．這樣，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點就不需要保存大量的路由信息，節(jié)省內(nèi)存，計算復(fù)雜度低，能耗小.具體設(shè)計時，由于家庭監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)屬于小型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點少，可以設(shè)定較少的網(wǎng)絡(luò)層次，以減少路由計算時間．

2．3數(shù)據(jù)采樣策略

設(shè)備狀態(tài)及發(fā)送速率較低的數(shù)據(jù)信息對無線網(wǎng)絡(luò)的性能要求較低，基于Zigbee技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捯蠛蛯崿F(xiàn)節(jié)點的節(jié)能．由于生理信號的傳輸是連續(xù)傳輸，因此需要考慮生理數(shù)據(jù)的采樣速率對能源消耗和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響．

當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的每一層進行封裝，其中應(yīng)用層的數(shù)據(jù)幀要小于80B．生理信號一般都屬于低頻信號(脈搏信號的有效頻率都在10Hz以下)，在保證信號不失真的情況下，盡量用低采樣頻率，以減少數(shù)據(jù)傳輸量．同時，可以對采集的生理信號進行緩存打包，一起發(fā)送，以提高數(shù)據(jù)的發(fā)送效率，減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗．

3家用無線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)

所構(gòu)建的家庭監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用族狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置Cm=2，Lm=2．無線網(wǎng)絡(luò)有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(coordinator)。負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的建立和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)管理．網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過串口與PC機相連，將采集到的脈搏信號傳輸?shù)接嬎銠C，以便對脈搏信號進行實時分析；其他無線節(jié)點可以連接家用設(shè)備，實現(xiàn)對它們的控制；將監(jiān)護信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)護服務(wù)器。可實現(xiàn)監(jiān)護信息的共享．