1、學校代碼 10126 學號 00812024 分 類 號 密級 本科學年論文（設計）基于無線傳感網絡的遠程醫療監護系統的研究學院、系 電子信息工程學院電子系 專業名稱 電子信息科學與技術 年 級 2008級 學生姓名 單得垿 指導教師 武慧娟 2010年 10 月 6 日基于無線傳感網絡的遠程醫療監護系統的研究摘要：本文介紹了一種基于無線傳感網絡技術的嵌入式遠程醫療監護系統。首先，以各種無線通信生理指標傳感器為核心，設計了一種可擴展的基于無線傳感器網絡的監護/Zigbee協議作為節點和基站設備所使用的近距離通信標準，建立了系統網絡拓撲結構模型。進一步討論了聯入Internet網絡或者通過mod

2、em接入Internet網絡的可行性。該系統可以應用于家庭以及醫院病房，構成遠程的家庭、社區以及醫院的醫療監護系統。關鍵詞：無線傳感網絡 ，遠程醫療監護，/ZigbeeBased on wireless sensing network long-distancemedical monitoring system's researchAuthor:Shan dexu Tutor: Wu huijuanAbstract: An embedded remote health care system based on wireless sensor network technology is

3、established. Firstly, a new system architecture is proposed which introduces a scalable wireless sensor network with a variety of wireless physiological sensor nodes. Then the designs of several wireless physiological sensor nodes and the care base2station are presented. Wireless communication betwe

4、en the sensor nodes and the care base2station is realized with IEEE 802. 15. 4 / Zigbee standard, and the care base2station and the remote central server are connected in one of the following ways, including computing network, and telephone modem. The system can be used at home or in hospitals to fo

5、rm a remote health care system among home, community and hospital.Key words: wireless sensor network ，remote health care，IEEE 802. 15. 4 / Zigbee 目 錄第一章 前言11.1分布式醫療監護系統簡介11.2無線傳感網絡技術介紹2無線傳感網絡概述2無線傳感器網絡在醫療監護方面的應用2無線傳感器網絡的體系結構31.3 研究背景和意義41.3.1研究背景4研究意義5第二章 基于無線傳感網絡的家庭監護系統結構模型設計62.1遠程醫療監護系統構成62.1.1遠程醫

6、療監護系統總體功能框圖6信息中心模塊圖72.2遠程家庭監護系統對網絡的要求72.3家庭監護網絡體系結構設計7第三章 監護系統硬件設計93.1傳感器節點設計關鍵技術9無線數據通信單元9生理信息與數據采集單元103.2無線網關103.3監護基站設備設計11第四章 監護系統軟件設計134.1Zigbee技術的主要特點134.2網絡拓撲結構模型144.3無線網絡監護系統軟件結構14結論17參考文獻18致謝191前言   無線傳感器網絡是由大量的傳感器節點采用無線自組織方式構成的網絡，其應用前景廣闊。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無

7、線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。相對于現有的各種無線通信技術如藍牙技術、射頻技術等，ZigBee技術將是最低功耗和成本的技術。醫療監護儀器目前可以分為兩類，一類是指在醫院內由職業醫生或專業技術人員使用的專門儀器，對病人進行生理指標的監護;另一類是在普通人員的家庭內或者戶外，在醫生的指導下，由病人本人或者家屬使用遠程醫療監護系統對病人進行監護，所得到的生理指標將及時傳送給相關醫生。目前，醫院所使用的監護方法，大多使用固定的醫療監護儀，連接設備將傳感器探頭連接在病人與監護設備之間進行信號的傳遞。復雜的設備，眾多的連線，會造成病人心理上的壓力和

8、緊張情緒，可能會影響病人身體狀況，使得診斷所得到的數據與真實情況有一定差距，給病人和醫護人員都帶來不便，可能會影響對病情的正確診斷。隨著社會老齡化的加劇，解決長期慢性病的監護成為重要的社會問題。一些突發性疾病和家庭保健，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護。由于我國醫療資源緊缺，研究基于公用網絡的家庭醫療監護，建立小區醫療網絡，利用遠程醫療監護系統可以提高醫療服務水平，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射接收方式。被監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

9、無線傳輸提供了新的解決方案。Zigbee節點有幾十米的覆蓋范圍，且可以增加路由節點，擴展覆蓋范圍，因此適用于家庭住宅。同時由于生理監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傳感節點可自由靈活地加入和離開網絡，相對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測和遠程家庭監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，對其在移動監護的應用進行了研究。 1.1分布式遠程醫療監護系統簡介 遠程醫療監護技術是近年來遠程醫療中的一個研究熱點，也是一個相對薄弱的環節，歐美各國一直

10、致力于對遠程監護的研究，我國近年來也開始推動其發展。遠程監護可以定義為通過通信網絡將遠端的生理信息和醫學信號傳送到監護中心進行分析并給出診斷意見的一種技術手段，因此遠程醫療監護系統一般包括三個部分:監護中心、遠端監護設備和聯系兩者的通信網絡。遠程醫療監護系統具體實現方式多樣，監護對象可以在家中、戶外進行監測;測量可以由患者或家庭醫生完成;測量結果既可以本地分析存儲也可以傳輸到監護中心后分析處理存儲，并可通過網絡實現遠程專家會診。1.2無線傳感器網絡技術介紹無線傳感網絡概述 無線傳感器網絡是一種無基礎設施的網絡，其綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，可以使人們在任何環

11、境條件下獲取大量詳實可靠的信息。因此，這種網絡體統可以被廣泛的應用于國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、工農業、反恐抗災等領域。如果說Internet構成了邏輯上的信息世界，改變了人與人之間的溝通方式，那么無線傳感器網絡就是將邏輯上的信息上的邏輯世界和客觀上的物理世界融合在一起，改變人類與自然界的交互方式。人們可以通過傳感器網絡直接感知客觀世界，從而極大地擴展了現有網絡的功能和人類認識世界的能力。美國商業周刊和MIT技術評論在預測未來技術發展的報告中，分別將無線傳感器網絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。無線傳感器網絡在醫療監護方面的應用 醫學臨床監護技

12、術就是把患者的各種重要生命體征及時、準確的提取出來進行處理、分析，幫助醫護人員對患者病情進行監測和防護的技術。在現有醫療監護系統中，患者身上佩戴的傳感器采集的數據多通過串口電纜（RS232/485）傳送到PC上或者通過串口聯網服務器傳到局域網上。由于所檢測的信號大多是人體信號，而人體處于自然狀態時的信號才能真實的反應去生理狀況。因此將檢測設備通過有線方式連到人體上進行監測的傳統方法會使患者感到拘束，從而導致所檢測到的數據不準確。特別在病房里，各種連線不僅時病人感到不舒服，而且會時病房看起來雜亂無章，影響醫護人員的工作效率。應此醫療單位希望以一種低成本、高可靠性的無線傳輸方案來代替傳統的有線方式

13、。無線局域網具有微功率、抗干擾強、組網靈活等特點，時實現無線醫療監護系統的理想選擇。目前無線技術在醫療領域中的應用比較廣泛，但大都是具有基站星型拓撲結構的應用，并不是真正意義上的無線傳感器網絡。傳感器網絡在醫療領域的成功實例有:SSIM (Smart Sensors and Integrated Microsystems)項目中，100個微型傳感器被植入病人眼中，從而幫助盲人獲得了一定程度的視覺。借助于各種醫療傳感器網絡，人們可以享受到更方便更舒適的醫療服務，比如:傳統的有線監護設備體積比較大，耗電量高，成本比較高，大大限制了康復期病人和需要監護的中老年患者的活動，也無法實現對處于正常生活和工

14、作條件下的患者進行長時間的連續監測。為了達到與病房監護一樣的效果，在家中安裝一個帶有無線接收模塊的接收器，使病人隨身攜帶的監護醫療設備通過無線發送模塊將病人的數據傳送到接收器，接收器與Internet網連接，通過網絡將數據傳送到醫院和社區醫療中心，達到遠程醫療監護的目的。病變器官觀察:通過在人體器官中植入一些微型傳感器，隨時觀測器官的生理狀態，可以發現器官的功能惡化，及時采取治療措施從而挽救病人生命。但是推廣這種想法前，還需要突破許多技術瓶頸，這些醫療傳感器必須非常安全;工作能源要從人體自動獲取;系統穩定、基本不需維修。無線傳感器網絡的體系結構(1)節點組成無線傳感器網絡由大量靠近或處于待監測

15、目標內部的傳感器節點組成。在不同應用中，節點的組成略有不同)，但都包括以下基本單元:傳感器單元(傳感器及相關信號調理和數模轉換等)、處理單元(CPU、存儲器、嵌入式操作系統)、通信單元及電源(包括相關電源管理)。此外還可以有其它功能單元:定位系統、移動系統、執行機構、電源自供電裝置及復雜信號處理(包括聲音、圖像、數據處理及信息融合)，可以根據不同的應用做出取舍。傳感器節點通過自組織的方式組成網絡。由于無線傳感器網絡的節點數量巨大，因此傳感器節點的成本必須盡可能的低，同時無線傳感器網絡的工作環境和工作方式決定了傳感器節點必須體積小、功耗低、功能盡可能單一。目前國內外已經出現了許多種網絡節點的設計

16、，在功能實現上類似，只是在微處理器和通信方式上的選擇不同，比如無線通信方式采用自定義協議的ISM頻段(Industrial, Scientific&Medical)射頻技術、藍牙技術、Zigbee協議、UWB等。(2)網絡的體系結構及整體構建星形網絡中所有節點都與中心協調器通信，節點間不能直接通信，中心節點的能量消耗大。適合于網絡節點較少、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。在家庭監護系統

17、中，被監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，選用簇狀網絡拓撲結構。在與互聯網的連接方面，建立Zigbee無線網絡與以太網的網橋，將監護信息傳送到監控服務器，實現對服務器的共享。1.3研究背景和意義研究背景 聯合國發表報告指出:當二十一世紀上半葉到來時，全球人口將增加0.6倍，而老年人口將增加2.3倍，老年人口占總人口的比例將上升到20%，由此衍生出許多關于老年人醫療與照顧的社會問題。 2002年12月16日在曼谷召開的第5屆亞太人口會議中中國國家報告指出，中國人口主要死因依次為:惡性腫瘤、腦血管、心血管、呼吸系統疾病等。慢性非傳染性疾病已對人民健康和生命構成

18、嚴重威脅，預防控制慢性非傳染性疾病是21世紀的重點任務。 慢性病和退化性疾病需要長期追蹤與治療，但大量病人不可能長期留在醫院接受治療，而是大多采取定期回院復診的治療方式，缺乏長期有效的病情監控與護理，即浪費了病人往返醫院的時間金錢，也增加了病人的精神壓力，特別是有些慢性病(如癲癰)需要監測發病時的生理參數，但病人入院復診時未必發病，影響了診斷的有效性和準確性。此外多數的病人具有自由活動的能力，但目前的監護方式使得病人被束縛于醫院和病床。 據測算，2000年衛生總費用占國內生產總值(GDP )的比例為4.05%，到2030年將達到24%。我國是發展中國家，財力有限，工業基礎也較薄弱，在這種人多錢

19、少設備有限交通緊張的情況下，又有眾多的老人及慢性病患者需要長期監護和照顧，如何有效的分配利用醫療資源，正考驗著現有的醫療體系。 電子技術、計算機技術、通信技術的飛速發展為我們的生活帶來了便利，也為醫療體系的發展帶來了新的機遇。如何將信息技術應用于醫療，一直是世界各發達國家的重點發展目標，歐美許多國家正積極推動醫療信息基礎建設C HealthCare Information Infrastructure, HOD，我國也推出了金衛醫療網絡工程等項目，目的在于集成信息科學、計算機技術和通信應用技術于醫療衛生領域的高科技產業，優化療保健服務，加速實施我國醫院管理及醫療衛生事業現代化建設的進程。研究意

20、義科學研究和醫療保健的需求、信息技術的飛速發展，都推動著遠程監護技術的進步，發展遠程監護技術具有重要的意義: 縮短醫生和患者之間的距離，為患者提供及時救助，減少患者或醫務人員的路途奔波。對患者的重要生理參數實施遠程監護，不僅可以輔助治療，還能在患者病情突然惡化時報警。 對自理能力較差的老年人和殘疾人的日常生活狀態實施遠程監護，不僅能提高醫護人員的護理水平和患者的生活質量，還可以評估監護對象的獨立生活能力和健康狀況。 遠程監護可以在患者熟悉的環境中進行，減少了患者的心理壓力，提高了診斷的準確性。 對健康狀況進行監護，可以發現疾病的早期癥狀，從而達到保健和預防疾病的目的。 先進的醫學支持系統為通信

21、和信息領域中的新技術提供了一個進行評測的平臺，如虛擬環境、智能傳感器和輔助醫生的決策系統等。2基于無線網絡的家庭監護系統結構模型設計2.1遠程醫療監護系統構成遠程醫療監護系統總體功能框圖本系統由監護基站設備和Zigbee傳感器節點構成一個微型監護網絡，傳感器節點上使用中央控制器對所需要監測的生命指標傳感器進行控制來采集數據，通過Zigbee無線通信方式將數據發送至監護基站設備，并由該基站裝置將數據傳輸至所連接的PC或者其他網絡設備上，通過Internet網絡可以將數據傳輸至遠程醫療監護中心，由專業醫療人員對數據進行統計觀察，提供必要的咨詢服務，實現遠程醫療。在救護車中的急救人員還可通過GPRS

22、實現將急救病人情況的實時傳送，以利于醫院搶救室及時地做好準備工作。該遠程醫療監護系統的體系結構如圖2-1所示。醫療傳感器節點可以根據不同的需要而設置，因此該系統具有極大的靈活性和擴展性。同時，將該系統接入Internet網絡，可以形成更大的社區醫療監護網絡、醫院網絡乃至整個城市和全國的醫療監護網絡。圖2-1 遠程醫療監護系統的體系結構圖系統中包括WPAN (Wireless Personal Area Network) Zigbee網絡以及一系列醫療監護網絡的醫療傳感器節點。本系統還具有良好的擴展性。例如:醫護人員在急救途中或是在其他醫院可以分別利用WLAN/UMTS網關和互聯網與系統進行信息

23、交互。中央信息處理控制中心 如圖2-2所示，中央信息處理控制中心由監控模塊、配置模塊、數據庫三個部分組成。通過公共網絡與匯節點連接在一起，監控模塊通過Modem及時地接收匯節點發送來的各種信息，并對接收到的信息進行分析處理，根據不同的信息類型完成相應的操作，實現對分布式匯節點上報信息的及時接收、分析、處理以及向具有不同編號ID的匯節點發送控制信令，實現對傳感器節點的間接、全方位的監控和數據采集。 公共網絡控制臺主機數據庫顯示終端圖 2-2 信息中心模塊圖2.2遠程家庭監護系統對網絡的要求家庭監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

24、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點接入互聯網。Zigbee網絡具有自組織、動態路由、網絡節點少等特點。同時Zigbee網絡考慮了節點的能量節約，減少節點處理器的計算負擔等問題。醫院或社區的醫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護設備的信息。2.3家庭監護網絡體系結構設計基于上述分析，本文設計的遠程家庭監護網絡體系結構如圖2-3所示。Zigbee無線系統主要由Zigbee無線傳感器節點(溫度傳感器節點)、若干個具有

25、路由功能的無線節點和zigbee中心網絡協調器(連接家庭無線網橋)組成。無線網橋連接zigbee無線網絡與以太網，是家庭無線網絡的核心部分，負責無線傳感器網絡節點和設備節點的管理。 圖2-3 遠程家庭監護網絡體系結構 溫度傳感器節點可以通過節點向網關發送數據。由于被監護者在家庭內自由活動，所以其攜帶的傳感器節點的路由可能是動態變化的。所設計的 Zigbee無線節點的室內通信距離為3060m，節點可根據房間的分布進行布置，以能夠最大程度地覆蓋活動區域。溫度生理數據經過家庭網關傳輸到遠程監護服務器。遠程監護服務器負責溫度生理數據的實時采集、顯示和保存。其他的監護信息如監護圖像、安全設備狀態等也可以

26、傳輸到服務器。醫院監護中心和醫生可以登錄監護服務器查看被監護者的生理信息也可以遠程控制家庭Zigbee無線網絡中的傳感器和設備，從而在被監護病人出現異常時，能及時檢測到并采取搶救措施。被監護者的親屬等也可以登錄監護服務器隨時了解被監護者的健康狀況。3監護系統硬件設計3.1傳感器節點設計關鍵技術醫療無線傳感器節點主要功能為采集人體生理指標數據，或者對某些醫療設備的狀況或者治療過程情況進行動態監測，并通過射頻通信的方式，將數據傳輸至監護基站設備。醫療傳感器節點框圖和處理器單元如圖3-1所示。醫療傳感器模塊CPUZigBee通信模塊電源電源圖3-1 醫療傳感器節點框圖醫療傳感器節點主要包括4 部分：

27、生理信息與數據采集單元、無線數據通信單元、處理器單元、電源。處理單元主要分為五個部分：CPU、存儲器、AD 轉換、測試帶和數碼顯示屏。根據低功耗和處理能力的需要，可以采用TI 公司的MSP430 系列單片機；存儲器部分主要用于存儲傳感器所采集的臨時數據，在處理器將數據傳輸之后，傳感器節點內不做數據的大量存儲；用ADC12 和DAC12 對測試帶傳過的模擬信號進行轉換。工作原理：首先由控制單元發出開始監測某項生理參數的指令，然后通過無線數據通信單元把指令發給生理信息與數據采集單元對人體生理信號（體溫、血壓、脈搏、血氧等，本文主要是體溫信號）進行采集后通過無線數據通信單元將數據傳給控制和顯示單元中

28、的信息處理模塊控制和顯示單元，一方面對接收到的數據進行處理和顯示，另一方面將結果數據存人數據庫供檢索和回放。節點的核心是無線數據通信單元和生理信息與數據采集單元。以下簡要介紹這兩個單元：無線數據通信單元在醫院應用的醫療監護設備對電磁輻射的要求都很高，對于設備來講，輻射的電磁波既不能夠干擾其他設備正常工作，同時也應具有一定的抗干擾能力，不受其他設備輻射出的電磁波干擾。因此，在醫院或者使用無限通信的家庭醫療設備在設計中必須對此方面進行考慮。無線傳感器節點的結構框圖如圖3-2所示。傳感器 模數轉換無線發射/接受模塊電源處理器存儲器圖3-2 Zigbee無線傳感節點結構框圖生理信息與數據采集單元在本文

29、所設計的系統中，醫療傳感器模塊主要實現了測量體溫的功能， 體溫測量可以集成北京邁創公司所生產的YSI 體溫探頭。在本系統的設計中，無線節點為傳感器擴展留出了豐富的接口，如果需要其它類型的生理指標數據，如血壓、血氧、心電等數據，則只需要將相應的傳感器接入預留的接口，就可以形成新的無線傳感器節點，開發相應的嵌入式控制及處理軟件，就可以將節點直接加入到該無線傳感器網絡中。3.2無線網關 網關負責無線傳感器網絡的控制和管理，實現信息的融合處理，并將信息傳輸到互聯網。網關的數據傳輸和運算量較大，可以采用外部電力作為電源供應，因市面上有很多成熟的網關成品，因此本設計可以選用具有較強的信息處理能力和網絡功能

30、的ARM9系列作為控制器的網關。 圖3.3 無線網關硬件結構圖3.3監護基站設備設計圖3.4所示是本文設計的醫療監護基站設備的結構框圖。本系統主要實現的功能是采集并顯示測試得到的數據信息，同時將數據信息進行適當存儲和網絡轉發，因此本系統中的監護基站設備被設計成一種手持設備，同時監護基站設備可以和系統中的多個傳感器節點進行通信以完成數據的采集和顯示等功能。在使用過程中，監護基站設備通過無線信道向傳感器節點發送控制命令來啟動傳感器節點，傳感器節點接收到命令后進行相應的數據采集動作，采集人體生理指標數據，采集結束后通過無線通信的方式將數據返回到監護基站，由監護基站進行進一步的顯示、存儲等操作。必要時

31、，監護基站設備可以通過網絡將數據傳輸到遠程服務器端。醫療監護基站設備主要包括:處理器、存儲器、人機交互模塊、通信模塊接口等幾個部分。醫療監護設備的主處理器可以采用TI公司的MSP430系列的低功耗處理器，該系列處理器具有超低功耗、處理速度高、接口豐富等特點，非常適合用于需要超低功耗以及高速的嵌入式設備。人機交互接口包括用戶輸入指令的鍵盤以及顯示數據結果和操作過程的LCD顯示屏兩個部分。操作鍵盤顯示屏人機接口存儲器處理器電源Modem射頻模塊RS-232通信接口GSM短消息圖3.4 監護基站設備結構框圖為了增強系統的適用性和兼容性，監護基站設備上設計了多種通信模塊接口，其中包括RS-232接口、

32、modem接口模塊、GSM短消息接口模塊和射頻接口模塊。其中射頻接口模塊用于和系統內無線傳感器節點進行近距離通信，其他通信接口用于和主機服務器進行通信。例如，在家中沒有Internet網絡接入的情況下，用戶可以使用modem模塊接入電話線進行撥號，將數據傳輸至服務器端。在戶外沒有其他連接方式的情況下，用戶可以使用GSM短消息的方式，將數據傳輸至服務器端。當處于醫院或者社區醫療中心的服務器端接收到監護基站設備所發送來的數據信息的時候，則可以對數據進行存儲以及必要的分析，醫生則可以根據這些數據進行相應的判斷和處理。對于在家中使用的醫療監護設備，用戶還可以根據需要，通過RS-232接口，將設備連接在

33、家中的PC機上，這樣，就可以將監護基站設備的數據傳輸至計算機中，進行更靈活的管理，家庭成員可以根據數據自己判斷被監護人員的身體狀況，同時也可以將數據傳輸到主服務器上，由專業醫療人員析管理。監護基站設備在正常工作狀態下使用電池進行供電，因此在設計過程中尤其注意了低功耗的管理與控制。在不工作的時刻，系統會進入低功耗以及休眠狀態來節省系統能量。4 監護系統軟件設計4.1Zigbee 技術的主要特點數據傳輸速率低:只有10k字節/秒到250k字節/秒，專注于低傳輸應用;功耗低:在低耗電待機模式下，兩節普通5號干電池可使用6個月到2年，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。這也是Zigbee的支持者所一直引

34、以為豪的獨特優勢;成本低:因為Zigbee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本。且Zigbee協議免收專利費。時延短:通常時延都在15毫秒至30毫秒之間;安全:Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時可以靈活確定其安全屬性;網絡容量大:每個Zigbee網絡最多可支持255個設備，也就是說，每個Zigbee設備可以與另外254臺設備相連接;優良的網絡拓撲能力:ZigBee具有星、樹和叢網絡結構的能力。ZigBee設備實際上具有無線網路自愈能力,能簡單地覆蓋廣闊圍;有效范圍小:有效覆蓋范圍1075米之間，具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定

35、，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環境;工作頻段靈活:使用的頻段分別為2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為免執照頻段。 目前市場有數款基于Zigbee技術的平臺，其各有特點，主要有以下幾種: 美國Helicomm公司Zigbee無線收發模塊IP-L1nkl000o IPLink1000是集成了射頻收發器，微控制器，數字和模擬I/O，多點多拓撲網絡層功能于一身的半雙工無線通訊系列模塊。IP-Link1000系列模塊內嵌的網絡通訊協議，完整體現世界上最新的Zigbee v1.0網絡層的強大功能。 4.2網絡拓撲結構IEEE 802.15.4協議的網絡拓撲結構有三種

36、類型：星形結構、網格狀結構和族狀結構如圖4-1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、鏈路狀態信息管理以及分組轉發等功能。圖4-星形網絡中所有節點都與中心協調器通信，節點間不能直接通信，中心節點的能量消耗大。適合于網絡節

37、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信息，認證設備身份等功能。在家庭監護系統中，被監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Zigbee無線網絡與以太網的網橋，將監護信息傳送到監控服務器，實現監護信息的共享。4.3無線網絡監護系統軟件結構Zigbee協議棧由一系列分層結構組成，每一層為上一層提供服務。數據實體提供數據傳輸服務，管理實體提供其他功能服務。每種服務實體通過服務接入點(SAP)為上層提

38、供接口。基于Zigbee網絡軟件分層結構如圖4-2所示。無線監護網絡應用框架溫度信號采集處理模塊Zigbee 設備對象（ZDO）應用支持層網絡層（NWK）媒體接口控制層（MAC）ZDO管理平臺安全服務提供物理層（PHY）圖4-2 Zigbee網絡軟件分層結構 (1)尋找源節點和目的節點間的優化路徑; (2)將數據分組沿著優化路徑轉發。 為了能夠高效利用能量，減少通信量，Zigbee網絡允許樹形路由選擇，即樹形結構選址。有了樹形路由選擇，設備不必保存占有龐大內存的路由表或者進行額外的空中下載操作來發現路徑，從而減小了網絡流量。為避免錯誤信息超過一定長度的過渡路由而產生額外的流量，Zigbee路由允許路由器去發現捷徑。 路由算法采用AODV (Ad hoc On Demand Distance Vetor)算法。每個路由器維護一張路由表，并定期與其鄰居路