基于Zigbee技術的家用無線網絡

網狀網絡中的每個節(jié)點都可以作為路由節(jié)點，因此，原節(jié)點的數據流可以通過多個路徑到達網絡控制點．如果某一個節(jié)點與網絡斷開，數據流可以選擇另一條路徑進行傳輸，因此具有較強的健壯性．但網絡中的設備都需是全功能設備，能量消耗大；同時，網絡中數據流的路由節(jié)點增加了網絡的延時．

族狀結構結合了星形結構和網狀結構的優(yōu)點．為了節(jié)省能量，監(jiān)控設備和生理數據采集終端可以作為網絡中的端節(jié)點，結構節(jié)點少．同時協調器可以作為網絡控制器采集網絡中的數據．網絡具有可擴展性，可以增加路由節(jié)點，擴展覆蓋范圍，因此該家用無線網絡采用族狀網絡拓撲結構．

2．2網絡路由協議的設計

路由協議直接關系到無線網絡的性能．路由協議設計的首要問題是要求其計算復雜度小，能耗小．其次由于被監(jiān)護對象的移動性，網絡拓撲的結構可能發(fā)生改變，因此要能滿足動態(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，以達到計算量小及節(jié)能的目的，但算法較復雜，Cluster-tree算法適合樹狀拓撲結構．圖4為網絡樹層次結構圖.

圖中，Lm為最大網絡深度，Cm為最大的子節(jié)點數，Rm為子節(jié)點中最大的路由節(jié)點數．

節(jié)點的地址空間Cskip的計算公式為

式中：n為父節(jié)點地址；R為子節(jié)點序號1～Cm．

假設某個節(jié)點的地址是N，目標節(jié)點的地址是D，Cluster-tree路由算法如下：

①如果待傳輸數據的目的節(jié)點地址是本身地址，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(jié)點是自己的鄰居節(jié)點(路由表中有路由信息)，直接發(fā)送數據給鄰居節(jié)點，否則轉③．

③判斷并轉發(fā)子節(jié)點或父節(jié)點地址．

如果D

如果D>N并且 ，將 數據包轉發(fā)給父節(jié)點；

如果D>N且D≤ ，將數據包轉發(fā)給地址為 的子節(jié)點．

家用無線網絡大多數節(jié)點是靜止的，移動節(jié)點較少，可采用族狀拓撲結構．家庭網絡環(huán)境較好，鏈路穩(wěn)定，節(jié)點干擾少，可以采用Cluster-tree算法作為其路由協議．這樣，網絡節(jié)點就不需要保存大量的路由信息，節(jié)省內存，計算復雜度低，能耗小.具體設計時，由于家庭監(jiān)護網絡屬于小型網絡，網絡節(jié)點少，可以設定較少的網絡層次，以減少路由計算時間．

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線網絡的性能要求較低，基于Zigbee技術構建的無線網絡可以滿足數據傳輸的帶寬要求和實現節(jié)點的節(jié)能．由于生理信號的傳輸是連續(xù)傳輸，因此需要考慮生理數據的采樣速率對能源消耗和網絡負載的影響．

當需要發(fā)送數據幀時，要通過網絡協議棧的每一層進行封裝，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，可以對采集的生理信號進行緩存打包，一起發(fā)送，以提高數據的發(fā)送效率，減少網絡節(jié)點的能量消耗．

3家用無線網絡的實現

所構建的家庭監(jiān)護網絡結構如圖5所示網絡拓撲結構采用族狀結構，設置Cm=2，Lm=2．無線網絡有一個網絡協調器(coordinator)。負責無線網絡的建立和網絡狀態(tài)管理．網絡協調器通過串口與PC機相連，將采集到的脈搏信號傳輸到計算機，以便對脈搏信號進行實時分析；其他無線節(jié)點可以連接家用設備，實現對它們的控制；將監(jiān)護信息傳輸到網絡監(jiān)護服務器。可實現監(jiān)護信息的共享．