基于Zigbee技術(shù)的家用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以作為路由節(jié)點(diǎn)，因此，原節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流可以通過(guò)多個(gè)路徑到達(dá)網(wǎng)絡(luò)控制點(diǎn)．如果某一個(gè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，數(shù)據(jù)流可以選擇另一條路徑進(jìn)行傳輸，因此具有較強(qiáng)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(shí)，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的路由節(jié)點(diǎn)增加了網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)．

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(diǎn)．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(diǎn)，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)少．同時(shí)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(kuò)展性，可以增加路由節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展覆蓋范圍，因此該家用無(wú)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(jì)

路由協(xié)議直接關(guān)系到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能．路由協(xié)議設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是要求其計(jì)算復(fù)雜度小，能耗?。浯斡捎诒槐O(jiān)護(hù)對(duì)象的移動(dòng)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(dòng)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(duì)AODV算法的改進(jìn)，以達(dá)到計(jì)算量小及節(jié)能的目的，但算法較復(fù)雜，Cluster-tree算法適合樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)．圖4為網(wǎng)絡(luò)樹(shù)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(diǎn)數(shù)，Rm為子節(jié)點(diǎn)中最大的路由節(jié)點(diǎn)數(shù)．

節(jié)點(diǎn)的地址空間Cskip的計(jì)算公式為

式中：n為父節(jié)點(diǎn)地址；R為子節(jié)點(diǎn)序號(hào)1～Cm．

假設(shè)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址是N，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)是自己的鄰居節(jié)點(diǎn)(路由表中有路由信息)，直接發(fā)送數(shù)據(jù)給鄰居節(jié)點(diǎn)，否則轉(zhuǎn)③．

③判斷并轉(zhuǎn)發(fā)子節(jié)點(diǎn)或父節(jié)點(diǎn)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(diǎn)；

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(diǎn)．

家用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)節(jié)點(diǎn)是靜止的，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)就不需要保存大量的路由信息，節(jié)省內(nèi)存，計(jì)算復(fù)雜度低，能耗小.具體設(shè)計(jì)時(shí)，由于家庭監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)屬于小型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少，可以設(shè)定較少的網(wǎng)絡(luò)層次，以減少路由計(jì)算時(shí)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(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能要求較低，基于Zigbee技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捯蠛蛯?shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的節(jié)能．由于生理信號(hào)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(duì)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(shí)，要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的每一層進(jìn)行封裝，其中應(yīng)用層的數(shù)據(jù)幀要小于80B．生理信號(hào)一般都屬于低頻信號(hào)(脈搏信號(hào)的有效頻率都在10Hz以下)，在保證信號(hào)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(shí)，可以對(duì)采集的生理信號(hào)進(jìn)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(diǎn)的能量消耗．

3家用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

所構(gòu)建的家庭監(jiān)護(hù)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(coordinator)。負(fù)責(zé)無(wú)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(guò)串口與PC機(jī)相連，將采集到的脈搏信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，以便對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；其他無(wú)線節(jié)點(diǎn)可以連接家用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的控制；將監(jiān)護(hù)信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)護(hù)服務(wù)器?？蓪?shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)信息的共享．