基于Zigbee技術(shù)的家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

研究一種基于Zigbee技術(shù)的家用無(wú)線(xiàn)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)構建家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵問(wèn)題對網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，網(wǎng)絡(luò )路由算法和網(wǎng)絡(luò )采樣策略等問(wèn)題進(jìn)行了討論并提出了解決方案通過(guò)構建的家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對脈搏信號進(jìn)行監護實(shí)驗．結果表明，基于Zigbee技術(shù)構建的家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是可行的，該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在家庭監護中將有廣闊的應用前景.
隨著(zhù)計算機技術(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外的一個(gè)研究熱點(diǎn)．與此同時(shí)，隨著(zhù)我國老齡化社會(huì )的加劇，通過(guò)易組織，低成本，高效率的家庭智能化網(wǎng)絡(luò )實(shí)現長(cháng)期的家庭監護，對提高人們生活質(zhì)量，減少醫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護系統．圖1是采用共享控制的家庭智能監護系統示意圖.

家庭設備信息和人體信息如腦電波、脈搏信息等通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(zhuān)用服務(wù)器中．家屬或醫院可在世界上任何地方，通過(guò)計算機調查服務(wù)器中所記錄的人體活動(dòng)和設備的情況．這樣做不但能實(shí)時(shí)地得到當前的活動(dòng)情況，通過(guò)指令控制家居中的設備，還能調查任一時(shí)段內的歷史信息及變化傾向，為正確、及時(shí)進(jìn)行醫療監護提出建議和措施．

以前針對智能家居研究的網(wǎng)絡(luò )構建采用的無(wú)線(xiàn)方式有射頻(RF)技術(shù)，IEEE802．11及藍牙技術(shù)等．但這些技術(shù)都沒(méi)有完全滿(mǎn)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標準的無(wú)線(xiàn)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的數據傳輸速率，可以實(shí)現l點(diǎn)對多點(diǎn)的快速組網(wǎng)．鑒于Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的上述特點(diǎn)，可將其用于構建家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )平臺.

lZigbee網(wǎng)絡(luò )協(xié)議簡(jiǎn)析

Zigbee網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧采用開(kāi)放系統互連模型(OSI)．如圖2所示.每一層都實(shí)現一部分通信功能．并向高層提供服務(wù).IEEE802．15．4標準只定義了PHY層和數據鏈路層的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(fǎng)問(wèn)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、應用層與安全層規范．NWK負責網(wǎng)絡(luò )層工作，使用IEEE802．15．4MAC所提供的服務(wù)完成工作，并提供數據收發(fā)與管理服務(wù)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所提供的數據進(jìn)行傳輸服務(wù).

多路選擇是APS的重要功能，提供上層應用程序使用網(wǎng)絡(luò )數據傳輸服務(wù)的Endpoint(如同TCP/IP的socket)匹配網(wǎng)絡(luò )地址，這樣在兩個(gè)通信端點(diǎn)間能讓多個(gè)應用程序循環(huán)使用APSZDO則是整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )設備的控制中心，它使用NWK與APS提供的管理服務(wù)，并匹配Zigbeedeviceprofile(ZDP)規范．Zigbee網(wǎng)絡(luò )支持3種類(lèi)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(diǎn)對點(diǎn)的結構星形網(wǎng)絡(luò )中，所有節點(diǎn)都與中心協(xié)調器通信，節點(diǎn)間不能直接通信而點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)彼此都在其輻射范圍之內，任何兩個(gè)設備之間都可以通信.

2關(guān)鍵問(wèn)題的考慮

2．1網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的選擇

在Zigbee協(xié)議支持的3種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中，星形拓撲網(wǎng)絡(luò )最簡(jiǎn)單．每個(gè)被監控設備可以作為精簡(jiǎn)設備終端連接入網(wǎng)，節省能量，計算量?。诩彝ケO護系統中，設備可能分布在多個(gè)房間，被監護對象也可能在多個(gè)房間中活動(dòng)，而星形網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)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 )功能的擴展．