来源：电子技术应用 作者：北京理工大学 郭世富 马树元 昊平东 陈之龙

    摘要：在研究无线传感器网络及zigbee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zigbee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zigbee家庭监护

    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]。zigbee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mac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。

    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。zigbee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。zigbee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250kbps的zigbee能够满足生理数据传输要求。zigbee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。

    zigbee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。本文在分析zigbee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zigbee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zigbee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。zigbee网络具有自组织、动态路由、网络节点少等特点。同时zigbee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(fifd)。ffd设备之间以及ffb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 hoc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zi卤ee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