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

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都可以作為路由節點(diǎn)，因此，原節點(diǎn)的數據流可以通過(guò)多個(gè)路徑到達網(wǎng)絡(luò )控制點(diǎn)．如果某一個(gè)節點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)，數據流可以選擇另一條路徑進(jìn)行傳輸，因此具有較強的健壯性．但網(wǎng)絡(luò )中的設備都需是全功能設備，能量消耗大；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )中數據流的路由節點(diǎn)增加了網(wǎng)絡(luò )的延時(shí)．

族狀結構結合了星形結構和網(wǎng)狀結構的優(yōu)點(diǎn)．為了節省能量，監控設備和生理數據采集終端可以作為網(wǎng)絡(luò )中的端節點(diǎn)，結構節點(diǎn)少．同時(shí)協(xié)調器可以作為網(wǎng)絡(luò )控制器采集網(wǎng)絡(luò )中的數據．網(wǎng)絡(luò )具有可擴展性，可以增加路由節點(diǎn)，擴展覆蓋范圍，因此該家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用族狀網(wǎng)絡(luò )拓撲結構．

2．2網(wǎng)絡(luò )路由協(xié)議的設計

路由協(xié)議直接關(guān)系到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能．路由協(xié)議設計的首要問(wèn)題是要求其計算復雜度小，能耗?。浯斡捎诒槐O護對象的移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò )拓撲的結構可能發(fā)生改變，因此要能滿(mǎn)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AODV算法的改進(jìn)，以達到計算量小及節能的目的，但算法較復雜，Cluster-tree算法適合樹(shù)狀拓撲結構．圖4為網(wǎng)絡(luò )樹(shù)層次結構圖.

圖中，Lm為最大網(wǎng)絡(luò )深度，Cm為最大的子節點(diǎn)數，Rm為子節點(diǎn)中最大的路由節點(diǎn)數．

節點(diǎn)的地址空間Cskip的計算公式為

式中：n為父節點(diǎn)地址；R為子節點(diǎn)序號1～Cm．

假設某個(gè)節點(diǎn)的地址是N，目標節點(diǎn)的地址是D，Cluster-tree路由算法如下：

①如果待傳輸數據的目的節點(diǎn)地址是本身地址，將數據包交上層處理，否則轉②．

②如果待傳輸數據的目標節點(diǎn)是自己的鄰居節點(diǎn)(路由表中有路由信息)，直接發(fā)送數據給鄰居節點(diǎn)，否則轉③．

③判斷并轉發(fā)子節點(diǎn)或父節點(diǎn)地址．

如果D

如果D>N并且 ，將 數據包轉發(fā)給父節點(diǎn)；

如果D>N且D≤ ，將數據包轉發(fā)給地址為 的子節點(diǎn)．

家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )大多數節點(diǎn)是靜止的，移動(dòng)節點(diǎn)較少，可采用族狀拓撲結構．家庭網(wǎng)絡(luò )環(huán)境較好，鏈路穩定，節點(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 )節點(diǎn)就不需要保存大量的路由信息，節省內存，計算復雜度低，能耗小.具體設計時(shí)，由于家庭監護網(wǎng)絡(luò )屬于小型網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)少，可以設定較少的網(wǎng)絡(luò )層次，以減少路由計算時(shí)間．

2．3數據采樣策略

設備狀態(tài)及發(fā)送速率較低的數據信息對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能要求較低，基于Zigbee技術(shù)構建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以滿(mǎn)足數據傳輸的帶寬要求和實(shí)現節點(diǎn)的節能．由于生理信號的傳輸是連續傳輸，因此需要考慮生理數據的采樣速率對能源消耗和網(wǎng)絡(luò )負載的影響．

當需要發(fā)送數據幀時(shí)，要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的每一層進(jìn)行封裝，其中應用層的數據幀要小于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，以減少數據傳輸量．同時(shí)，可以對采集的生理信號進(jìn)行緩存打包，一起發(fā)送，以提高數據的發(fā)送效率，減少網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的能量消耗．

3家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現

所構建的家庭監護網(wǎng)絡(luò )結構如圖5所示網(wǎng)絡(luò )拓撲結構采用族狀結構，設置Cm=2，Lm=2．無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )有一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器(coordinator)。負責無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的建立和網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)管理．網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器通過(guò)串口與PC機相連，將采集到的脈搏信號傳輸到計算機，以便對脈搏信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；其他無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)可以連接家用設備，實(shí)現對它們的控制；將監護信息傳輸到網(wǎng)絡(luò )監護服務(wù)器?？蓪?shí)現監護信息的共享．