基于Zigbee技术构建家用无线网络

2、关键问题的考虑

2.1网络拓扑结构的选择

在Zigbee协议支持的3种网络拓扑结构中，星形拓扑网络最简单.每个被监控设备可以作为精简设备终端连接入网，节省能量，计算量小.在家庭监护系统中，设备可能分布在多个房间，被监护对象也可能在多个房间中活动，而星形网络中节点的无线通信范围很小(几十米)，网络覆盖范围有限，不利于网络功能的扩展.

网状网络中的每个节点都可以作为路由节点，因此，原节点的数据流可以通过多个路径到达网络控制点.如果某一个节点与网络断开，数据流可以选择另一条路径进行传输，因此具有较强的健壮性.但网络中的设备都需是全功能设备，能量消耗大;同时，网络中数据流的路由节点增加了网络的延时.

族状结构结合了星形结构和网状结构的优点.为了节省能量，监控设备和生理数据采集终端可以作为网络中的端节点，结构节点少.同时协调器可以作为网络控制器采集网络中的数据.网络具有可扩展性，可以增加路由节点，扩展覆盖范围，因此该家用无线网络采用族状网络拓扑结构.

2.2网络路由协议的设计

路由协议直接关系到无线网络的性能.路由协议设计的首要问题是要求其计算复杂度小，能耗小.其次由于被监护对象的移动性，网络拓扑的结构可能发生改变，因此要能满足动态路由的要求.

Zigbee支持Cluster-tree，AODVjr及两者的混合模式等路由算法.AODVjr算法是针对AODV算法的改进，以达到计算量小及节能的目的，但算法较复杂，Cluster-tree算法适合树状拓扑结构.图4为网络树层次结构图.

图中，Lm为最大网络深度，Cm为最大的子节点数，Rm为子节点中最大的路由节点数.

节点的地址空间Cskip的计算公式为

式中：n为父节点地址;R为子节点序号1～Cm.

假设某个节点的地址是N，目标节点的地址是D，Cluster-tree路由算法如下：

①如果待传输数据的目的节点地址是本身地址，将数据包交上层处理，否则转②.

②如果待传输数据的目标节点是自己的邻居节点(路由表中有路由信息)，直接发送数据给邻居节点，否则转③.

③判断并转发子节点或父节点地址.

如果D

如果D>N并且，将 数据包转发给父节点;

如果D>N且D≤，将数据包转发给地址为的子节点.

家用无线网络大多数节点是静止的，移动节点较少，可采用族状拓扑结构.家庭网络环境较好，链路稳定，节点干扰少，可以采用Cluster-tree算法作为其路由协议.这样，网络节点就不需要保存大量的路由信息，节省内存，计算复杂度低，能耗小.具体设计时，由于家庭监护网络属于小型网络，网络节点少，可以设定较少的网络层次，以减少路由计算时间.

2.3数据采样策略

设备状态及发送速率较低的数据信息对无线网络的性能要求较低，基于Zigbee技术构建的无线网络可以满足数据传输的带宽要求和实现节点的节能.由于生理信号的传输是连续传输，因此需要考虑生理数据的采样速率对能源消耗和网络负载的影响.

当需要发送数据帧时，要通过网络协议栈的每一层进行封装，其中应用层的数据帧要小于80B.生理信号一般都属于低频信号(脉搏信号的有效频率都在10Hz以下)，在保证信号不失真的情况下，尽量用低采样频率，以减少数据传输量.同时，可以对采集的生理信号进行缓存打包，一起发送，以提高数据的发送效率，减少网络节点的能量消耗.

作者：郭世富 马树元 吴平东 陈之龙   来源：IT专家网论坛