來源：電子技術應用 作者：北京理工大學 郭世富 馬樹元 昊平東 陳之龍

    摘要：在研究無線傳感器網絡及zigbee協議標準的基礎上，對遠程家庭監(jiān)護系統進行了分析。提出了基于zigbee無線網絡與互聯網結合的遠程家庭監(jiān)護系統架構。設計了脈搏信號監(jiān)護網絡的軟硬件，實現了脈搏信號的獲取及傳輸。

    關鍵詞：無線傳感器網絡zigbee家庭監(jiān)護

    無線傳感器網絡是由大量的傳感器節(jié)點采用無線自組織方式構成的網絡，其應用前景廣闊[1][2]。zigbee技術是一種具有統一技術標準的短距離無線通信技術，其phy層和mac層協議基于ieee802．15．4協議標準。該標準把低能耗、低成本作為重要目標，主要應用于低速傳輸，可以作為無線傳感器網絡的通信協議。

    隨著社會老齡化的加劇，解決長期慢性病的監(jiān)護成為重要的社會問題。一些突發(fā)性疾病和家庭保健，如心血管疾病、老人的日常護理、孕婦、胎兒、嬰兒、幼兒的保健也需要長期的家庭監(jiān)護。由于我國醫(yī)療資源緊缺，研究基于公用網絡的家庭醫(yī)療監(jiān)護，建立小區(qū)醫(yī)療網絡，可以提高醫(yī)療服務水平，減輕病人負擔。以往的解決方案是采用有線方式或簡單的無線數據發(fā)射接收方式。被監(jiān)護者身上安裝的傳感設備難以自由靈活地移動和接入，系統沒有擴展性，成本高。zigbee技術的出現為傳感器信號的無線傳輸提供了新的解決方案。zigbee節(jié)點有幾十米的覆蓋范圍，且可以增加路由節(jié)點，擴展覆蓋范圍，因此適用于家庭住宅。同時由于生理監(jiān)護信號的數據傳輸流量不大，傳輸速率為250kbps的zigbee能夠滿足生理數據傳輸要求。zigbee傳感節(jié)點可自由靈活地加入和離開網絡，具有低功耗和低成本的特點。

    zigbee無線傳感器網絡的上述特點使其在個人生理信號監(jiān)測和遠程家庭監(jiān)護方面將有很好的應用前景。本文在分析zigbee無線傳感器網絡技術的基礎上，對其在移動監(jiān)護的應用進行了研究。

    1 基于zigbee的無線網絡家庭監(jiān)護系統架構

    1．1 遠程家庭監(jiān)護系統對網絡的要求

    家庭監(jiān)護網絡需要考慮能耗、覆蓋面、傳輸速率和互聯網進行通信等因素。本研究采用基于zigbee技術的無線網絡實現在室內對生理信號的采集，通過互聯網將生理數據傳輸到遠程監(jiān)護服務器。人體攜帶可移動生理信號傳感器終端，在網絡的可覆蓋范圍內活動，通過網絡內的路由節(jié)點接入互聯網。zigbee網絡具有自組織、動態(tài)路由、網絡節(jié)點少等特點。同時zigbee網絡考慮了節(jié)點的能量節(jié)約，減少節(jié)點處理器的計算負擔等問題。醫(yī)院或社區(qū)的醫(yī)生可以隨時通過互聯網查看患者的生理信息，可以對生理傳感器的采集方式進行控制。同時也可以獲得無線網絡中其他監(jiān)護設備的信息。

    1．2 網絡拓撲結構

    ieee 802．15．4協議的網絡拓撲結構有三種類型：星形結構、網格狀結構和族狀結構．如圖1所示。其中網格狀結構和族狀結構屬于點對點的結構。在802．15．4網絡中，根據設備所具有的通信能力可以分為全功能設備(ffd)和精簡功能設備(fifd)。ffd設備之間以及ffb設備與rfd設備之間可以直接通信。rfd之間不能直接通信。在ieee 802．15+4網絡中，有一個稱為pan網絡協調器的ffd設備，是傳感器網絡中的主控制器。每個網絡僅有一個主控制器。網絡協調器除了直接參與應用以外，還要完成成員的身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉發(fā)等功能[6][7]。

    星形網絡中所有節(jié)點都與中心協調器通信，節(jié)點間不能直接通信，中心節(jié)點的能量消耗大。適合于網絡節(jié)點較少、網絡結構簡單、小范圍的網絡應用。而點對點網絡中只要通信雙方都在其輻射范圍之內，任何兩個設備之間都可以通信。點對點網絡中的協調器主要負責實現管理鏈路狀態(tài)信息，認證設備身份等功能。點對點網絡支持ad hoc網絡，且可以構造更復雜的網絡結構。

    在家庭監(jiān)護系統中，被監(jiān)護對象可能在多個房間內活動，為了能隨時擴大覆蓋范圍，且方便以后功能擴展，選用族狀網絡拓撲結構。在與互聯網的連接方面，建立zi鹵ee無線網絡與以太網的網橋，將監(jiān)護信息傳送到監(jiān)控服務器，實現監(jiān)護信息的共享。

    1.3 家庭監(jiān)護網絡體系結構