基于Zigbee技術(shù)的家用無線網(wǎng)絡(luò)

研究一種基于Zigbee技術(shù)的家用無線網(wǎng)絡(luò)平臺．分析了Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，探討了用Zigbee技術(shù)構(gòu)建家用無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)路由算法和網(wǎng)絡(luò)采樣策略等問題進(jìn)行了討論并提出了解決方案通過構(gòu)建的家用無線網(wǎng)絡(luò)對脈搏信號進(jìn)行監(jiān)護(hù)實(shí)驗(yàn)．結(jié)果表明，基于Zigbee技術(shù)構(gòu)建的家用無線網(wǎng)絡(luò)是可行的，該無線網(wǎng)絡(luò)在家庭監(jiān)護(hù)中將有廣闊的應(yīng)用前景.
隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高，家居智能化的研究成為國內(nèi)外的一個研究熱點(diǎn)．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(luò)實(shí)現(xiàn)長期的家庭監(jiān)護(hù)，對提高人們生活質(zhì)量，減少醫(yī)療費(fèi)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(hù)系統(tǒng)．圖1是采用共享控制的家庭智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)示意圖.

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

以前針對智能家居研究的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建采用的無線方式有射頻(RF)技術(shù)，IEEE802．11及藍(lán)牙技術(shù)等．但這些技術(shù)都沒有完全滿足家庭網(wǎng)絡(luò)易組織、低成本、低功耗等要求．Zigbee協(xié)議是一種基于IEEE80215．4標(biāo)準(zhǔn)的無線協(xié)議，主要應(yīng)用于低通信速率，低功耗設(shè)備的組網(wǎng).該通信設(shè)備支持250kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以實(shí)現(xiàn)l點(diǎn)對多點(diǎn)的快速組網(wǎng)．鑒于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)，可將其用于構(gòu)建家用無線網(wǎng)絡(luò)平臺.

lZigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡析

Zigbee網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)一部分通信功能．并向高層提供服務(wù).IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)成MAC子層為高層訪問物理信道提供點(diǎn)到點(diǎn)通信的服務(wù)接口．ZigbeeAlliance定義了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層與安全層規(guī)范．NWK負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層工作，使用IEEE802．15．4MAC所提供的服務(wù)完成工作，并提供數(shù)據(jù)收發(fā)與管理服務(wù)供上層協(xié)議調(diào)用NWK之上的APS，ZDO應(yīng)用框架與應(yīng)用對象等都屬于應(yīng)用支持層(APL)．APS使用NWK所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸服務(wù).

多路選擇是APS的重要功能，提供上層應(yīng)用程序使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的Endpoint(如同TCP/IP的socket)匹配網(wǎng)絡(luò)地址，這樣在兩個通信端點(diǎn)間能讓多個應(yīng)用程序循環(huán)使用APSZDO則是整個Zigbee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制中心，它使用NWK與APS提供的管理服務(wù)，并匹配Zigbeedeviceprofile(ZDP)規(guī)范．Zigbee網(wǎng)絡(luò)支持3種類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星形結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)和族狀結(jié)構(gòu)，如圖3所示．其中網(wǎng)格狀和族狀結(jié)構(gòu)屬于點(diǎn)對點(diǎn)的結(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)都與中心協(xié)調(diào)器通信，節(jié)點(diǎn)間不能直接通信而點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)彼此都在其輻射范圍之內(nèi)，任何兩個設(shè)備之間都可以通信.

2關(guān)鍵問題的考慮

2．1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇

在Zigbee協(xié)議支持的3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)最簡單．每個被監(jiān)控設(shè)備可以作為精簡設(shè)備終端連接入網(wǎng)，節(jié)省能量，計算量?。诩彝ケO(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，設(shè)備可能分布在多個房間，被監(jiān)護(hù)對象也可能在多個房間中活動，而星形網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的無線通信范圍很小(幾十米)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限，不利于網(wǎng)絡(luò)功能的擴(kuò)展．