基于Zigbee技术的无线传感器网络在远程家庭监护系统中的应用研究
基于ZigBee无线传感网络的嵌入式智能家居监控系统研究的开题报告
基于ZigBee无线传感网络的嵌入式智能家居监控系统研究的开题报告一、选题背景随着物联网（IoT）技术的发展，智能家居正逐渐走入千家万户。
智能家居能够提高家庭整体安全性和舒适度、优化能源使用和管理等方面的表现，极大地方便了人们的居住生活。
但是，与此同时，智能家居的安全性也愈发受到人们的关注。
为了增强智能家居的安全性，基于ZigBee无线传感网络的嵌入式智能家居监控系统成为了重要的研究方向。
二、研究内容本文旨在通过研究基于ZigBee无线传感网络的嵌入式智能家居监控系统，实现对家庭安全的实时监控和预警。
该系统由多个ZigBee无线传感器节点组成，能够监测家庭内的温度、湿度、烟雾、气体泄漏等重要参数，并将这些数据传输到嵌入式系统中进行处理。
同时，该系统还配备了多种监控器，如视频监控、电子门禁等，以进一步提高家庭的整体安全性。
三、研究方法在本研究中，我们将采用以下方法：1. ZIgBee传感器节点的选择和配置。
我们将对常用的ZigBee传感器节点进行评估，并根据系统的需要进行配置。
2. 嵌入式系统的设计与实现。
我们将使用ARM Cortex-M系列微控制器，并采用Keil MDK和IAR Embedded Workbench等嵌入式开发工具，实现嵌入式系统的设计与调试。
3. 传感器节点数据的采集与处理。
我们将通过ZigBee无线传感节点采集家庭内部的温度、湿度、烟雾、气体等重要参数，进行实时数据处理，并将数据传输到嵌入式系统中进行处理分析。
4. 系统监控器的开发。
我们将使用Python、C#等编程语言，开发系统监控器，如视频监控、电子门禁等，实现对家庭安全的多维监控。
四、研究意义本文研究意义如下：1. 基于ZigBee的智能家居监控系统可以实现对家庭的实时监控和预警，提高家庭的安全性和舒适度。
2. 通过对智能家居的监控和控制，可以优化能源使用和管理，为用户节省能源费用。
3. 本文研究所采用的技术、方法和理念，可为未来智能家居安全性方面的研究提供参考。
基于ZigBee的远程医疗监护系统的研究和实现
基于ZigBee的远程医疗监护系统的研究和实现【摘要】针对我国医疗资源紧缺及预防治疗体系不完善的现状，本文提出了一种基于ZigBee的远程医疗监护系统，该系统由生理信息采集传感器节点，CPU 处理模块，ZigBee模块，家庭网关节点组成，可将测量到的各种生理信号后通过无线传感器网络传输至医院医疗监护中心，实时监控，给医疗监控及治疗提供了可行的解决方案，具有一定的实用价值。
【关键词】Zigbee;远程医疗;无线传感器网络;家庭网关1.引言我国老年人口的日益增多，中青年人群工作压力的不断增大，导致了各种慢性疾病的蔓延，人们逐渐意识到健康的重要性，而很多的慢性病形成是由于长时间的生活习惯不科学及生活工作环境不健康所导致的。
通常要康复慢性病需要进行长期的跟踪治疗，可是由于病人工作时间及工作地点的限制，大量病人不可能长时间留在医疗机构接受治疗，因为这样即加重了病人往返医院的时间经济负担也增加了病人因病而来的负面情绪。
特别是有些慢性病（如心脑血管疾病）需要监测发病时的生理参数，但病人入院复诊时未必发病，影响了诊断的有效性和准确性。
此外多数的病人具有自由活动的能力，但目前的监护方式使得病人被束缚于医院和病床。
如何能让被监护者及时、方便的就医，尽可能的享受到更多的医疗资源，甚至在家中就能享受完善的医疗监控，这些都成为了社会和医疗领域共同关注的焦点[1]-[3]。
本文提出的基于ZigBee技术的远程医疗监护系统，采用生理传感器数据检测与远程无线传输的方法，给医疗监控及治疗的研究提供了可行的解决方案。
2.系统网络架构本文研究对象是医院对居民小区病人实施的远程监护，整套远程医疗监护系统可由三部分组成，分别是：生理参数采集、传输和远程监控。
如图1所示为方案设计框图，本设计使用无线传感器来采集病人的生理参数信息，通过ZigBee 无线通信方式将采集的数据发送至具有协调器功能的家庭网关，家庭网关再将数据处理后通过小区无线局域网传输至医院医疗监护中心，实时监控。
基于ZigBee技术的无线医疗监护系统研究
第5卷 第4期 中 国 水 运 Vol.5 No.4 2007年 4月 China Water Transport April 2007收稿日期：2007-3-27作者简介：罗惠谦 男（1955-） 武汉理工大学 自动化学院 副教授 硕士生导师 （430074） 研究方向：微机控制技术、汽车电子、电力电子技术基于ZigBee 技术的无线医疗监护系统研究罗惠谦 任 毅 石道生摘 要：本文介绍了由ZigBee 传感器，无线局域网（WLAN）构成的一种无线传感器网络在医疗监护中的应用。
在本系统中，节点和基站设备所使用的近距离通信标准为802.15.4/ZigBee 标准，同时本系统中的基站设备可以采用多种接入方式进行远距离数据传输，包括直接通过Internet 连接其他医院的系统、用GPRS/UMTS 网关实现GPRS/UMTS 与WLAN 之间的通信。
该系统可以应用于家庭以及医院病房，构成远程的家庭、社区以及医院的医疗监护系统。
关键词：802.15.4/ZigBee WLAN 远程医疗监护 无线传感器网络中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）04-0148-02一、简介（Introduction）本文对无线传感网络在病人监护方面的应用进行了全面的剖析，以求促进无线技术在医院中普及，给患者和医护人员带来便利。
近年来，随着生物医学传感器的小型化、信息处理和无线数据传输技术的快速发展和普及，使得无线医疗监护系统的研制成为热点。
本文设计出一种新的网络式监护装置及系统，目的是利用高频率的无线多通道数据传输方式，传递医疗传感器与监护控制仪器之间的信息，减少监护设备与医疗传感器之间的连线，使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间，在获得较准确的测量指标的同时，免除病人在家庭与医院之间奔波的劳苦。
本文其它部分内容如下，第二部分介绍系统的体系结构；第三部分介绍系统中所使用的监护传感器节点的设计方法；第四部分为实验验证；最后对无线医疗监护技术发展前景及其存在的课题作了展望。
浅论基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究的论文-计算机网络论文
浅论基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究的论文计算机网络论文论文关键词:zigbee 无线传感器网络论文摘要:针对基于zigbee技术的智能家居无线系统的相关技术进行研究，分析了zigbee体系结构和网络拓扑结构。
1.引言智能家居系统可以理解为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种通讯设备、家用电器和家庭保安装置经由家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，从而形成一个有机的整体(数字家庭网络系统)，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
而无线择。
智能家居系统的数据吞吐量要求很低，同时要求低功耗、低成本，于是在这样的背景下一种基于ieee802.15.4标准的短距离无线网络协议的zigbee技术出现了，它真正实现了宽带网络家庭的延伸拓展，使家庭组网更加便捷。
2 zigbee技术介绍zigbee是ieee 802.15.4协议的代名词。
这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌人各种设备。
zigbee 技术有如下几点优势:(1)成本低，zigbee技术是免协议专利费的，而且每块芯片的价格大约为2美元左右;(2)低功耗，在低耗电待机模式下，两节五号干电池可支持1个节点工作半年至两年时间甚至更长;)(3)低速率，zigbee工作在20一250kbps的较低速率，在不同频带间分别提供250kbps(2.4ghz),40kbps(915mhz)和20kbps(868mhz)的原始数据吞吐率满足低速率传输数据的应用需求;(4)近距离，其传输范围一般介于10一100m之间，在增加射频(rf)发射功率后，亦可增加到1一3km; (5)短时延，zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转人工作状态只需15ms，节点连接进人网络只需30ms，进一步节省了电能;(6)大容量，zigbee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网;(7)安全性能好，zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单(acl)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(aes 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性.基于上述特点可看出zigbee主要应用于短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，其典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器数据)、间歇性数据(如照明控制)和重复性低反应时间数据等。
ZigBee在远程监护系统中的应用
第８ 期
李 洋．ｉ ｅ在远程 监护 系统 中的应 用 Ｚｇ ｅ Ｂ
数据事件 ；
２ １
模 块的传感器完成 ，本套远程监护系统是 由远程监护 桌面软件和连接Ｚｇ ｅ无线通信模块 的医疗 传感器 的 ｉ ｅ Ｂ
节点构成 的。医疗传感器节点对需要监测 的生命指标 传感器进行控制并采集数据 ， 数据通过 Ｇ Ｉ 接 口和 串 ＰＯ
收稿 日期 ：０ １ １－ ４ ２ １－ １ ０
作者简介： 李洋（９ ９ ）女 ， １７ ～ ， 硕士 ， 研究方 向： 软件工程。
ｍｏ ｉ ｒ ｇ ｗａ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｔ ｄ ｎ ｒ ｍｏｅ ｗｉ ｌｓ ｄ ｃ ｌｍｏ ｉ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ Ｂ ｅ ｔｃ ｎ ｌｇ ， ｏ ｕ ｉ ｇ ｎ ｔ ｉ ， ｓｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ａ ｄ ｓｕ ｙ ｏ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓｍｅ ｉａ ｎ ｔ ｉ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ Ｚ ｇ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｆｃ ｓｎ ｏ ｎ ｅ ｏ ｎ
李 洋 ’ ｜
（ 医学高等专科学校 ， 长春 长春 １０ ３ ） ３０ １
摘
要： 简单 介绍－ Ｚｇｅ技术 的特点及在远 程医疗 监护 中的应用 ， 出并研究 了一种基 ＝Ｚｇ ｅ技术 ｊｉ ｅ ＇ ｂ 提 Ｊｉ ｅ ￣ Ｂ
的远程无线 医疗监护 系统 ， 重点对基于ｚｇ ｅ无线 网络 的远程 医疗监护系统进行 了研究 。 ｉ ｅ Ｂ
在本系统 中，生理信号 的采集 由连接无线 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ Ｂ
在本系统 的硬件设 计 中， 采用 的是飞思卡尔公 司 的 ＭＣ ３ ２ ｔ ｉ ｅ无线通信模块。 １２ ４ 内部结 １２ ４ ￣ｇ ｅ ３ Ｂ Ｚ ＭＣ ３ ２ 的
构 主要 由数据的模拟收发部分 、 电源模块管 理 、 频率合 成器 、调制解 调部分 以及基于Ａ Ｍ Ｒ ７核心 的ＭＣ 等组 Ｕ 成 。 ＭＣ ３ ２ 集成 频率合 成 器 、 １２４ 电源管 理模块 、 时 定 器、 中断判决器以及用 于接 收 、 的存储器 电路 。当 发射 开始工作后从外接天线接收进来数 字信号 数据经过变
基于ZigBee技术的远程医疗监护节点的设计与研究
基于ZigBee技术的远程医疗监护节点的设计与研究西安科技⼤学硕⼠学位论⽂基于ZigBee技术的远程医疗监护节点的设计与研究姓名：刘建申请学位级别：硕⼠专业：电路与系统指导教师：倪云峰2011论⽂题⽬：基于ZigBee技术的远程医疗监护节点的设计与研究专业：电路与系统硕⼠⽣：刘建(签名)指导教师：倪云峰(签名)摘要随着计算机、通信、电⼦技术、多媒体技术的不断进步，⽆线传感器⽹络得到了空前发展，ZigBee技术作为新兴的短距离⽆线通信技术，已⼴泛应⽤于卫⽣医疗监测领域。
为了实现家庭远程监护，通过对ZigBee⽆线传感器⽹络的拓扑分析，提出⼀种应⽤于家庭的基于ZigBee技术的远程医疗监护节点的设计⽅案。
该⽅案采⽤了ZigBee⽆线传感器⽹络技术、EDGE通信技术和ARM9嵌⼊式Linux 系统等关键技术，设计了医疗传感器节点和家庭⽹关节点。
两者组成点对点的⽆线传感器⽹络。
医疗传感器节点即⽆线传感器⽹络中的终端节点，主要负责采集被监护⼈的脉搏信息并通过ZigBee⽆线⽅式将数据传输给家庭⽹关。
在监测的同时，病⼈在家中的活动不受影响。
⽹关节点是具有协调器功能的节点，以ARM9 S3C2410为核⼼处理器，内嵌Linux系统能够实现与传感器节点的ZigBee通信并且可以通过EDGE ⽅式或者以太⽹完成信息数据的远程传输。
家庭⽹关可以在患者感觉不适时实施报警。
⽂中的测试是在实验室搭建的⼀个测试环境中进⾏的，主要测试传感器节点和⽹关节点的通信，EDGE模块的⽆线数据传输和基于CS8900A的以太⽹的通信。
经过测试，本⽅案取得了良好的效果,完成了预期的⽬标。
该系统可以满⾜实时、连续、长时间监护病⼈的⽣理信息，因此可以应⽤到医疗监护以及运动监测等领域。
关键词：远程医疗；ZigBee；ARM；Linux系统；EDGE研究类型：应⽤研究Subject ：Remote Medical Care Node Design and Research Based on ZigBee TechnologySpecialty ：Circuit and SystemName ：LIU Jian (Signature)Instructor：NI YunFeng (Signature)ABSTRACTWith the development of the computer, communications, electronics, multimedia technology, wireless sensor networks has become a key technologies as for family-oriented health information monitoring system. ZigBee technology as a new short-range wireless communications technology is suitable for health care monitoring.In order to achieve medical treatment at home, through analyzing topology of the zigbee wireless sensor network, a remote medical care node design based on zigbee technology is presented.The project combines with ZigBee wireless sensor network technology, EDGE communication technology and ARM9 Embedded Linux system. The design consists of the medical sensor nodes and home gateway nodes, which makes upwireless sensor networks with point to point. Medical sensor nodes or the wireless sensor terminal nodes is mainly responsible for collecting the pulse information of the patient and data is transfered to the home gateway through ZigBee wireless. while monitoring the patient ,patient can do everything at home .The gateway node is a coordinated function of the node to the core ARM9 S3C2410 processor, embedded Linux system can realize ZigBee communicate of the sensor nodes, and completed physiological information data remote transmission by EDGE mode or Ethernet. And health threshold value in the gateway is set, when the information collected exceeds the health threshold,the alarm will take place.Subject is tested in the laboratory,which includes communications between testing sensor node and gateway node, wireless data transmission of EDGE module and Ethernet communication on CS8900A.By testing, the system has achieved excellent result,and completed the desired target. This topic can meet the real-time, continuous, long time patient physiological informationmonitoring, it can be applied to the medical care and Motion detection fields.Key words ：Remote Medical Care ZigBee ARM9 Linux System EDGE Thesis ：Application Research学位论⽂独创性说明本⼈郑重声明：所呈交的学位论⽂是我个⼈在导师指导下进⾏的研究⼯作及其取得研究成果。
基于Zigbee的无线传感器网络在监控系统中的应用研究的开题报告
基于Zigbee的无线传感器网络在监控系统中的应用研究的开题报告一、选题背景随着物联网技术的不断发展，传感器网络已经广泛应用于各种领域。
其中，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）作为一种新型的传感器技术，已经得到了广泛的研究和应用。
其中，基于Zigbee协议的无线传感器网络具有低功耗、低成本、高可靠性、高可扩展性等特点，已经得到了广泛的应用。
监控系统作为一种重要的安全保障系统，已经在各个领域得到了广泛的应用。
无线传感器网络在监控系统中可以用于各种感应器的数据采集和信息传输，采集到的数据可以通过无线传送给监控中心，实现对监控系统的深度监控和管理。
二、研究目的和意义本研究旨在探究基于Zigbee的无线传感器网络在监控系统中的应用，主要包括以下几个方面：1.探究基于Zigbee协议的无线传感器网络在监控系统中的架构和组网方式。
2.研究无线传感器网络在监控系统中的关键技术，包括无线传输、数据采集、数据处理等方面。
3.研究基于Zigbee协议的无线传感器网络在监控系统中的应用实例，探究其效果和优缺点。
通过以上研究，可以对基于Zigbee的无线传感器网络在监控系统中的应用做出深入的了解，为相关领域的工程师和研究人员提供参考和借鉴，同步推广该技术在实际应用中的推广和发展。
三、研究内容和方法1.研究基于Zigbee协议的无线传感器网络在监控系统中的架构和组网方式，包括网络拓扑结构、节点选择、网络组建等。
2.研究无线传感器网络在监控系统中的关键技术，包括无线传输、数据采集、数据处理等方面，探究其特点和优劣。
3.研究基于Zigbee协议的无线传感器网络在监控系统中的应用实例，通过构建实验室的小型监控系统和真实的监控系统案例，对无线传感器网络在监控系统中的应用效果进行测试和评估。
4.根据实验结果，对基于Zigbee的无线传感器网络在监控系统中的应用做出分析和总结，提出改进意见和建议，为该技术在实际应用中提供指导和参考。
基于无线传感器网络的智能家居监控与远程控制系统设计与应用
基于无线传感器网络的智能家居监控与远程控制系统设计与应用随着科技的不断发展，人们对于智能家居的需求也越来越高。
智能家居通过无线传感器网络，可以实现智能化的监控与远程控制，方便人们对家居环境进行实时监测和调整。
本文将探讨基于无线传感器网络的智能家居监控与远程控制系统的设计与应用。
设计方案：1. 系统架构设计基于无线传感器网络的智能家居监控与远程控制系统的设计，需要考虑系统的架构。
该系统可以分为三层：感知层、传输层和应用层。
- 感知层：该层主要负责实时感知环境信息，例如温度、湿度、气体浓度等。
通过感知节点采集环境数据，并将数据传输到传输层。
- 传输层：该层负责将感知层采集到的数据进行传输，可以采用无线传感器网络技术，将数据通过无线信号传输到应用层。
- 应用层：该层负责对传输层传输过来的数据进行处理和应用，例如实时监测、报警和远程控制等功能。
2. 系统硬件设计在系统硬件设计方面，需要选择适当的硬件设备来实现智能家居的监控与远程控制。
首先，需要选择合适的无线传感器节点，以便感知环境数据。
其次，需要选择合适的传输设备，例如无线路由器或者是互联网接入设备，用于传输采集到的数据。
最后，需要选择合适的终端设备，例如智能手机或者电脑，用于接收和控制系统传输的数据。
3. 系统软件设计系统软件设计是整个智能家居监控与远程控制系统的关键。
软件设计需要具备以下功能：- 数据采集与传输：软件需要能够实时采集感知节点获取的数据，并将数据通过无线传感器网络传输到应用层。
同时，软件应该能够确保数据的准确性和完整性。
- 实时监测与报警：软件需要能够实时监测环境数据，并对异常情况进行报警。
例如，当温度过高或者湿度过低时，系统应该能够及时发出警报。
- 远程控制：软件需要提供远程控制功能，让用户能够通过终端设备对智能家居进行远程控制。
例如，用户可以通过手机端APP远程打开或关闭家中的电灯或空调。
应用场景与优势：1. 安全监控智能家居监控与远程控制系统可以实现对家居环境的安全监控。
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《电子技术应用》2006年第6期欢迎网上投稿www.a e tne t.c n www.a e tne t.c o m.c n无线传感器网络是由大量的传感器节点采用无线自组织方式构成的网络,其应用前景广阔[1][2]。
Zig b e e 技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术,其PHY 层和M AC 层协议基于IEEE802.15.4协议标准。
该标准把低能耗、低成本作为重要目标,主要应用于低速传输,可以作为无线传感器网络的通信协议[3]。
随着社会老龄化的加剧,解决长期慢性病的监护成为重要的社会问题。
一些突发性疾病和家庭保健,如心血管疾病、老人的日常护理、孕妇、胎儿、婴儿、幼儿的保健也需要长期的家庭监护。
由于我国医疗资源紧缺,研究基于公用网络的家庭医疗监护,建立小区医疗网络,可以提高医疗服务水平,减轻病人负担。
以往的解决方案是采用有线方式或简单的无线数据发射接收方式。
被监护者身上安装的传感设备难以自由灵活地移动和接入,系统没有扩展性,成本高。
Zig b e e 技术的出现为传感器信号的无线传输提供了新的解决方案。
Zig b e e 节点有几十米的覆盖范围,且可以增加路由节点,扩展覆盖范围,因此适用于家庭住宅。
同时由于生理监护信号的数据传输流量不大,传输速率为250kb p s 的Zig b e e 能够满足生理数据传输要求。
Zig b e e 传感节点可自由灵活地加入和离开网络,具有低功耗和低成本的特点。
Zig b e e 无线传感器网络的上述特点使其在个人生理信号监测和远程家庭监护方面将有很好的应用前景[5]。
本文在分析Zig b e e 无线传感器网络技术的基础上,对其在移动监护的应用进行了研究。
1基于Z ig b ee 的无线网络家庭监护系统架构1.1远程家庭监护系统对网络的要求家庭监护网络需要考虑能耗、覆盖面、传输速率和互联网进行通信等因素。
本研究采用基于Zig b e e 技术的无线网络实现在室内对生理信号的采集,通过互联网将生理数据传输到远程监护服务器。
人体携带可移动生理信号传感器终端,在网络的可覆盖范围内活动,通过网络内的路由节点接入互联网。
Zig b e e 网络具有自组织、动态路由、网络节点少等特点。
同时Zig b e e 网络考虑了节点的能量节约,减少节点处理器的计算负担等问题。
医院或社区的医生可以随时通过互联网查看患者的生理信息,可以对生理传感器的采集方式进行控制。
同时也可以获得无线网络中其他监护设备的信息。
1.2网络拓扑结构IEEE 802.15.4协议的网络拓扑结构有三种类型:星形结构、网格状结构和族状结构,如图1所示。
其中网格状结构和族状结构属于点对点的结构。
在802.15.4网络中,根据设备所具有的通信能力可以分为全功能设备(FFD )和精简功能设备(RFD )。
FFD 设备之间以及FFD 设备与RFD 设备之间可以直接通信。
RFD 之间不能直接通信。
在IEEE 802.15.4网络中,有一个称为PAN 网络协调器的FFD 设备,是传感器网络中的主控制器。
每个网络仅有一个主控制器。
网络协调器除了直接参与应用以外,还要完成成员的身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等功能[6][7]。
星形网络中所有节点都与中心协调器通信,节点间基于Zigbee 技术的无线传感器网络在远程家庭监护系统中的应用研究*郭世富,马树元,吴平东,陈之龙(北京理工大学机电一体化中心,北京100081)摘要:在研究无线传感器网络及Zig b e e 协议标准的基础上,对远程家庭监护系统进行了分析。
提出了基于Zig b e e 无线网络与互联网结合的远程家庭监护系统架构。
设计了脉搏信号监护网络的软硬件,实现了脉搏信号的获取及传输。
关键词:无线传感器网络Zig b e e 家庭监护*基金项目:国家自然科学基金资助(60274035)28《电子技术应用》2006年第6期本刊邮箱:eta @nc se.c om.c n 不能直接通信,中心节点的能量消耗大。
适合于网络节点较少、网络结构简单、小范围的网络应用。
而点对点网络中只要通信双方都在其辐射范围之内,任何两个设备之间都可以通信。
点对点网络中的协调器主要负责实现管理链路状态信息,认证设备身份等功能。
点对点网络支持Ad Ho c 网络,且可以构造更复杂的网络结构。
在家庭监护系统中,被监护对象可能在多个房间内活动,为了能随时扩大覆盖范围,且方便以后功能扩展,选用族状网络拓扑结构。
在与互联网的连接方面,建立Zig b e e 无线网络与以太网的网桥,将监护信息传送到监控服务器,实现监护信息的共享。
1.3家庭监护网络体系结构基于上述分析,本文设计的远程家庭监护网络体系结构如图2所示。
Zig b e e 无线系统主要由Zig b e e 无线传感器节点(脉搏传感器节点)、若干个具有路由功能的无线节点和Zig b e e 中心网络协调器(连接家庭无线网桥)组成。
无线网桥连接Zig b e e 无线网络与以太网,是家庭无线网络的核心部分,负责无线传感器网络节点和设备节点的管理。
图中A 、B 、C 、D 为具有路由功能的FFD 节点,传感器节点与路由节点自主形成一个多跳的网络。
脉搏传感器节点可以通过A 、B 、C 、D 节点向网关发送数据。
由于被监护者在家庭内自由活动,所以其携带的传感器节点的路由可能是动态变化的。
所设计的Zig b e e 无线节点的室内通信距离为30￣60m ,A 、B 、C 、D 节点可根据房间的分布进行布置,以能够最大程度地覆盖活动区域。
脉搏生理数据经过家庭网关传输到远程监护服务器。
远程监护服务器负责脉搏生理数据的实时采集、显示和保存。
其他的监护信息如监护图像、安全设备状态等也可以传输到服务器。
医院监护中心和医生可以登录监护服务器查看被监护者的生理信息,也可以远程控制家庭Zig b e e 无线网络中的传感器和设备,从而在被监护病人出现异常时,能及时检测到并采取抢救措施。
被监护者的亲属等也可以登录监护服务器随时了解被监护者的健康状况。
2Z ig b ee 家庭无线网络监护系统硬件结构对于传感器节点,需要具有小尺寸、低功耗、适应性强的特点。
根据Zig b e e 协议标准,Zig b e e 设备发射输出为0～3.6d b m ,通信距离为30～60m ,能够检测能量和链路质量。
根据这些检测结果,可自动调整设备的发射功率,在保证通信链路质量的条件下,最小地消耗设备能量。
目前市场上的无线发射/接收芯片典型的有C hip c o n 公司和Fre e sc a le 公司的产品。
本文选用Fre e sc a le 的13193作为系统的射频芯片[8]。
此芯片可以结合Fre e sc a le 公司的控制器G T 60一起组成低功耗的无线模块。
无线传感器节点的结构框图如图3所示。
由于无线传感器具有随身携带要求,因此采用纽扣电池。
脉搏传感器采用PVDF 压电薄膜,其输出阻抗很大,由调理电路实现信号放大和滤波。
设计时考虑到高频电路对传感器信号的干扰,传感器调理电路与高频发射接收部分分开设计。
天线设计是无线模块设计的关键,直接影响到传感器节点的通信质量和通信距离,可以参照常用的2.4G Hz 天线的设计方法。
本设计采用偶极子微带PC B 板天线,所有铜箔的走线均采用微带传输线的原理,以减少反射引起的传输损耗,获得较大的输出功率和较高的接收灵敏度。
家庭网关负责家庭无线传感器网络的控制和管理,实现信息的融合处理,并将信息传输到互联网。
家庭网关的数据传输和运算量较大,并且可以采用外部电力作为电源供应,因此采用具有较强的信息处理能力和网络功能的ARM 9系列作为控制器,本文采用三星的S3C 2410作为控制器。
无线发射芯片采用Fre e sc a le 的M C 13192,无线控制器芯片采用G T 60,两者通过SPI 口通信。
无线网关的硬件结构如图4所示。
3Z ig b ee 无线网络软件系统Zig b e e 协议栈由一系列分层结构组成,每一层为上一层提供服务[7]。
数据实体提供数据传输服务,管理实体提供其他功能服务。
每种服务实体通过服务接入点29《电子技术应用》2006年第6期欢迎网上投稿www.a e tnet.c n www.a e tne t.c o m.c n (SAP)为上层提供接口。
基于Zig b e e 网络软件分层结构如图5所示。
PHY 层和M AC 层由IEEE 802.15.4标准组制定。
物理层定义了物理无线信道和M AC 子层之间的接口,提供物理层数据服务和物理层管理服务。
物理层数据服务从无线信道上收发数据。
物理管理层维护一个由物理层相关数据组成的数据库。
Zig b e e 联盟基于802.15.4标准提供了网络层和应用支持层及应用层框架。
Zig b e e 网络层提供加入和离开网络机制、对数据进行加密以及帧路由等功能。
路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,主要完成两个功能:(1)寻找源节点和目的节点间的优化路径;(2)将数据分组沿着优化路径转发。
为了能够高效利用能量,减少通信量,Zig b e e 网络允许树形路由选择,即树形结构选址。
有了树形路由选择,设备不必保存占有庞大内存的路由表或者进行额外的空中下载操作来发现路径,从而减小了网络流量。
为避免错误信息超过一定长度的过渡路由而产生额外的流量,Zig b e e 路由允许路由器去发现捷径。
路由算法采用AO DV(Ad ho c O n De m a nd Dista nc e Ve -to r)算法。
每个路由器维护一张路由表,并定期与其邻居路由器交换路由信息,根据最小路由矢量更新自己的路由表。
应用层框架定义监护网络节点协议。
无线网关连接内部无线网络与外部有线以太网,网关设计模型如图6所示。
网关采用ARM 9系列实现,运行Linux 操作系统。
在Zig b e e 协议帧的基础上,建立无线网关的通信协议,包括设备编号、数据流方向、数据信息等。
开机上电后,系统自检,硬件初始化,与远程监护服务器连接后进入数据流中继服务,实现数据协议的转换等功能。
远程服务器接受连接后,随时接收传输的数据,并根据需要分类保存到数据库服务器。
4实验结果分析根据设计的Zig b e e 无线监护网络平台,对人体随身携带的脉搏压力信号进行连续采集,并在监护服务器上实时显示。
采用8位A/D 转换器,数据采样频率150Hz 。
有线网络环境为校园局域网,采集数据的波形如图7所示。
图8为没有使用网络传输,直接经过计算机采集的脉搏信号的波形曲线,采样频率为150Hz 。
通过对比图7和图8可以看出,经过家庭监护网络采集到的脉搏数据信号波形基本没有变形,只是网络的延时使信号产生了微小的抖动。