于藍牙和ZigBee技術(shù)的可穿戴網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　可穿戴網(wǎng)絡(luò)是指基于短間隔無線通訊技術(shù)(藍牙和ZigBec技術(shù)等)與可穿戴式計算機(wearcomp)技術(shù)、穿戴在人體上、具有智能收集人體和四周環(huán)境信息的一種新型個域網(wǎng)(PAN)?？纱┐鞅P算機可認為可穿戴網(wǎng)絡(luò)供給核心計算技巧。有Ad Hoc性能的藍牙和ZigBee等短間隔無線通信技術(shù)作為其底層傳輸手腕，聯(lián)合各自上風組建一個無線、高度機動、自組織，甚至是隱藏的微型PAN。可穿戴網(wǎng)絡(luò)具有移動性、連續(xù)性和交互性等特色。

1 基于藍牙和ZigBee的可穿著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)造
　　可穿著網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)機動、移動性強，對外網(wǎng)的接入方法多種多樣，可通過藍牙網(wǎng)關(guān)、藍牙機頂盒等由LAN和ADsL等全速接進Internet。當其大范疇移動時可以藍牙手機作為接人手腕，使得可穿戴網(wǎng)絡(luò)具有很強的移動性。目前基于藍牙和ZigBee的可穿戴網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)造如目1所示。體系中的設(shè)備包含主機、藍牙設(shè)備、ZigBee裝備和藍牙／ZigBec網(wǎng)關(guān)。

1．1 主機部分
　　可穿戴式盤算機因其可穿戴性，請求主機的重量輕、體積小。主機芯片采用IAnux嵌入式操作系統(tǒng)，其上集成藍牙協(xié)議棧。由于頭戴顯示系統(tǒng)中的多媒體流和GPRS骨干網(wǎng)的帶寬限制，請求主機有較高的存儲才能，內(nèi)部集成10GB的硬盤。在主機中集成藍牙適配器的主要目標是使主性能與其他藍牙設(shè)備進行通信。假如條件容許，還可在主機中集成GPS模塊等。

1．2 藍牙裝備
　　可穿戴網(wǎng)絡(luò)中的藍牙設(shè)備是內(nèi)嵌了藍牙模塊的小型化設(shè)備。采集到的數(shù)據(jù)通過藍牙鏈路在主機與藍牙設(shè)備(如藍牙手機)之間傳輸。

　　頭戴顯示體系內(nèi)部集成了微型藍牙模塊、攝像頭和DSP芯片。攝像頭采集初始圖像，送入DSP芯片進行預處理以往除視頻和圖像信號的冗余，其視頻緊縮尺度可以采取MPEG一4。DSP處置后的信號可直接送進顯示屏或主機以進一步處理。

　　藍牙耳機可以實現(xiàn)與其他藍牙設(shè)備的音頻信號傳輸，通過語音命令實現(xiàn)對主機的把持，或者將話音信號通過GPRS、CDMA和TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)傳送到遠端。

1．3 ZigBee設(shè)備
　　ZigBee設(shè)備可設(shè)計為腕表式和鞋墊式等。它包含傳感器、MD轉(zhuǎn)換器和ZigBee模塊。傳感器采集外部信號(心跳、血壓、脈搏、溫度和干濕度等)并將它們轉(zhuǎn)化為電信號，然后通過A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入MCU，最后通過ZigBee收發(fā)模塊并經(jīng)阿關(guān)送入主機。經(jīng)主機處置之后，再傳送到其他裝備。

1．4 藍牙／ZigBoe網(wǎng)關(guān)
　　藍牙／ZigBee網(wǎng)關(guān)主要針對可穿戴網(wǎng)絡(luò)無線通信中藍牙和ZigBee產(chǎn)品之間的相互通信，其協(xié)議模型如圖2所示。

2 基于藍牙和ZigBee的可穿戴網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn)
　　在可穿戴網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要包含ZigBee節(jié)點和網(wǎng)關(guān)的硬件平臺。下面先容這兩種平臺的硬件實現(xiàn)。

2.1 ZigBoa節(jié)點的硬件實現(xiàn)
　　ZigBee節(jié)點作為一種傳感器，其主要功效是采集用戶感興致的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到藍牙／ZigBee網(wǎng)關(guān)，通過GPRS、CDMA或WI—FI等發(fā)送到遠程把持中心或數(shù)據(jù)庫。ZigBee節(jié)點硬件框圖如圖3所示。它重要由電源模塊、微節(jié)制器(MCU)、存儲器、ZigBee收發(fā)器和傳感器等組成。

　　系統(tǒng)中的MCU采用Freescale公司hc(s)08系列的8位MC9SOSGB60。MC9S08GB60具有豐碩的片上存儲功能，有64KB(其中Flash占60KB，RAM占4KB)的存儲空間。在40MHz的工作頻率下，其功率耗費不到lmW。而且該微把持用具有多種省電模式以供選擇。除了具有豐盛的片上存儲功能和多種省電模式以外，MC9S08GB60微節(jié)制器還具有8個lObit的A／D轉(zhuǎn)換器、多個I／O數(shù)據(jù)線、2個串行通信接口(SCI)、四線串行外圍接口(SPI)。這些特點使它易于進行軟件編程，其接口還可用作與傳感器的接口。

　　全部ZigBee節(jié)點的通訊模塊由ZigBee收發(fā)器來實現(xiàn)。ZigBee收發(fā)器選用Freescale公司的MCl3192。該收發(fā)器工作在2．4GHz ISM公用頻道。MCl3192特色如下：

(1)具有16個信道；
(2)典范的發(fā)射功率為0dBm，最大發(fā)射功率到達3．6dBm：
(3)采用DSSS擴頻通訊技巧，最大速率為250Kbps；
(4)在分組過錯率為1％的情形下，其接受敏銳度到達-92dBm(典范值)；
(5)7個通用輸進，輸出端口(GPl0)。
全部ZigBee節(jié)點采用AAA電池供電。

2．2 藍牙／ZigBoe網(wǎng)關(guān)的硬件實現(xiàn)
　　網(wǎng)關(guān)在可穿戴網(wǎng)絡(luò)中起著很主要的作用。藍牙，ZigBee網(wǎng)關(guān)的硬件部分主要由ZigBee模塊、藍牙模塊和中心處理單元組成。
　　
　　網(wǎng)關(guān)的中心處理單元主要完成藍牙與ZigBee協(xié)定的轉(zhuǎn)換工作。當有主機數(shù)據(jù)從ZigBee設(shè)備發(fā)送到帶藍牙適配器時，藍牙／ZigBee網(wǎng)關(guān)需依次進行以下處理：將從ZigBee設(shè)備接受到的數(shù)據(jù)往掉物理層的ZigBee分組；去掉MAC層的ZigBee分組；添加L2CAP頭的藍牙分組；添加物理層頭的藍牙分組。當有數(shù)據(jù)從藍牙設(shè)備發(fā)送到ZigBee設(shè)備時，進程類似。

　　中心處理單元的重要器件是Freescale的MC68HC-908KL8微處置器。該微處理用具有16種機動的尋址方法和高效指令集；支撐在線可反復編程，可滿足低本錢的編程變革需求和現(xiàn)場軟件升級；編程速度極快，64B的編碼在2ms內(nèi)完成．極快的編程速度下降了產(chǎn)品編程本錢：多達26個雙向I／O口，大電流的I／O口可直接驅(qū)動LED和其他電路，從而省往外部驅(qū)動設(shè)備，下降系統(tǒng)本錢。ZigBee模塊同樣采用Freescale的MCl3192。

　　藍牙模塊重要實現(xiàn)藍牙HCI層以下的協(xié)定，并且供給符合藍牙規(guī)范的空中接口。本設(shè)計中，采取Blue—Core2一Flash RF。PnG(8M)藍牙單芯片計劃，它集成了射頻及基帶芯片。其UART(可認為二線：RXD、TXD；四線：RXD、TXD、RTS、CTS；八線：完整RS232方法)銜接數(shù)據(jù)口用于數(shù)據(jù)傳輸。

3 基于藍牙和ZigBee技巧的可穿著網(wǎng)絡(luò)軟件構(gòu)造
　　所設(shè)計的可穿戴網(wǎng)絡(luò)中，軟件部分主要集中在網(wǎng)關(guān)和ZigBee節(jié)點上。網(wǎng)關(guān)的主要功效是治理和處理ZigBee節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)。主要處理兩個問題：分組處理和地址處理。

　　 (1)分組處理是將來自一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用程序的報文發(fā)送到另一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)關(guān)中的協(xié)定轉(zhuǎn)換功能單元(即治理層)要將報文進行拆裝和封裝。網(wǎng)關(guān)把從發(fā)潮設(shè)備吸收到的分組數(shù)據(jù)進行拆裝，去掉數(shù)據(jù)首部和尾部，從分組中提取有用數(shù)據(jù)信息，再把該有用信息封裝成吸收設(shè)備協(xié)議所請求的分組格局，依據(jù)目標地址和接口把數(shù)據(jù)發(fā)送到吸收設(shè)備。藍牙與ZigBee分組格局的轉(zhuǎn)換進程是：網(wǎng)關(guān)通過射頻單元從ZigBee／藍牙設(shè)備收到zigBee/藍牙分組對其進行拆裝，去掉分組頭和分組尾，提取出數(shù)據(jù)凈載荷，再依照藍牙／ZigBee分組格局進行封裝，添加分組頭和分組尾，通過射頻發(fā)送到藍牙／ZigBee設(shè)備。

　　(2)地址處理。每個與網(wǎng)關(guān)樹立銜接的藍牙設(shè)備或ZigBee設(shè)備都將與網(wǎng)關(guān)中的一個端口綁定(通過動態(tài)或靜態(tài)的分配)。這樣，就可以通過網(wǎng)關(guān)的地址和端口號來惟一地標識該藍牙設(shè)備或ZigBee設(shè)備。當藍牙設(shè)備與ZigBee設(shè)備交流信息時，同關(guān)就負責藍牙通信協(xié)議與ZigBee協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換工作，從而使藍牙設(shè)備與ZigBee設(shè)備透明地進行數(shù)據(jù)交流。地址映射可應(yīng)用靜態(tài)或動態(tài)映射兩種方式。靜態(tài)映射是創(chuàng)立一個表，將一個邏輯地址與物理地址關(guān)聯(lián)起來，該表存儲在每個設(shè)備上。每當物理地址產(chǎn)生變更時，該表就必需更新，較繁瑣。動態(tài)映射是當設(shè)備知道邏輯地址或物理地址中的一個時，就可應(yīng)用協(xié)議將另一個地址找出來。通常應(yīng)用動態(tài)映射的兩個協(xié)議來解析地址。

　　斟酌到可穿戴網(wǎng)絡(luò)的特色，采取嵌入式Linux操作體系。用戶能很輕易地在其基本上開發(fā)自己的利用程序。

　　ZigBee節(jié)點上的軟件主要應(yīng)用c語言開發(fā)，完成的功效是接受傳感單元的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到藍牙／Zig Bee網(wǎng)關(guān)上。

　　目前已經(jīng)完成了可穿戴網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、無線傳輸技術(shù)的選擇，正在進行藍牙／ZigBee網(wǎng)關(guān)的設(shè)汁及編程，接下來將要實現(xiàn)可穿戴網(wǎng)絡(luò)中的無線終真?zhèn)€集成以及在各種活動條件下可穿戴網(wǎng)絡(luò)的性能剖析和改良。