基于Zigbee技術的家用無線網絡

網狀網絡中的每個節點都可以作為路由節點，因此，原節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點．為了節省能量，監控設備和生理數據采集終端可以作為網絡中的端節點，結構節點少．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．其次由于被監護對象的移動性，網絡拓撲的結構可能發生改變，因此要能滿足動態路由的要求．

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為最大的子節點數，Rm為子節點中最大的路由節點數．

節點的地址空間Cskip的計算公式為

式中：n為父節點地址；R為子節點序號1～Cm．

假設某個節點的地址是N，目標節點的地址是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點是自己的鄰居節點(路由表中有路由信息)，直接發送數據給鄰居節點，否則轉③．

③判斷并轉發子節點或父節點地址．

如果D

如果D>N并且 ，將 數據包轉發給父節點；

如果D>N且D≤ ，將數據包轉發給地址為 的子節點．

家用無線網絡大多數節點是靜止的，移動節點較少，可采用族狀拓撲結構．家庭網絡環境較好，鏈路穩定，節點干擾少，可以采用Cluster-tree算法作為其路由協議．這樣，網絡節點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，由于家庭監護網絡屬于小型網絡，網絡節點少，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

設備狀態及發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點的節能．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絡負載的影響．

當需要發送數據幀時，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，一起發送，以提高數據的發送效率，減少網絡節點的能量消耗．

3家用無線網絡的實現

所構建的家庭監護網絡結構如圖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；其他無線節點可以連接家用設備，實現對它們的控制；將監護信息傳輸到網絡監護服務器。可實現監護信息的共享．