基于Zigbee的远程家庭监护系统的应用研究

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[ ][ ] 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IEEE ． ． 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 kbps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

基于Zigbee的无线网络家庭监护系统架构

． 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

． 网络拓扑结构

IEEE ． ． 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 所示 其中网格状结构和族状结构属于点对点的结构 在 ． ． 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 ． + 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[ ][ ]

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

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 所示 Zigbee无线系统主要由Zigbee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zigbee中心网络协调器(连接家庭无线网桥)组成 无线网桥连接zigbee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 Zigbee无线节点的室内通信距离为 ～ m 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Zigbee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

Zigbee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 Zigbee协议标准 Zigbee设备发射输出为 ~ ． dbm 通信距离为 ~ m 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Chipcon公司和Freeseale公司的产品 本文选用Freescale的 作为系统的射频芯片 此芯片可以结合Freescale公司的控制器GT 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 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 ． GHz天线的设计方法 本设计采用偶极子微带PCB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 系列作为控制器 本文采用三星的S C 作为控制器 无线发射芯片采用 Freeseale的MCl 无线控制器芯片采用GT 两者通过SPI口通信 无线网关的硬件结构如图 所示

Zigbee无线网络软件系统

Zigbee协议栈由一系列分层结构组成 每一层为上一层提供服务 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CsAP)为上层提供接口 基于Zigtme网络软件分层结构如图 所示

PHY层和MAC层由IEEE ． ． 标准组制定 物理层定义了物理无线信道和MAC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

Zigbee联盟基于 ． ． 标准提供了网络层和应用支持层及应用层框架 Zigbee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 ( )寻找源节点和目的节点间的优化路径 ( )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 Zigbee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 *** 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 Zigbee路由允许路由器去发现捷径

路由算法采用AODV(Ad hoc On Demand Distance Vetor)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 所示 网关采用arm 系列实现 运行Linux *** 作系统 在Zigbee协议帧的基础上 建立无线阿关的通信协议 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

实验结果分析

根据设计的zigbee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 位A/D转换器 数据采样频率 Hz 有线网络环境为校园局域网 采集数据的波形如图 所示 图 为投有使用网络传输 直接经过计算机采集的脉搏信号的波形曲线 采样频率为 Hz

通过对比图 和图 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 当系统接入互联网 延时会加大 抖动更加明显 通过增加缓冲区等方法可以减小影响网络延时对实时信号采集 另一方面 由于人体的活动也会给信号带来很大的干扰．可进一步采取滤波等措施减小干扰

lishixinzhi/Article/program/qrs/201311/11071

第一题

0 为停机，机器关闭。

1 为单用户模式，就像Win9x 下的安全模式类似。

2 为多用户模式，但是没有NFS 支持。

3 为完整的多用户模式，是标准的运行级。

4 一般不用，在一些特殊情况下可以用它来做一些事情。

例如在笔记本电脑的电池用尽时，可以切换到这个模式来做一些设置。

5 就是 X11 ，进到 X Window 系统了。

6 为重启，运行 init 6 机器就会重启。

第二题

不会

第三题

OSPF(Open Shortest Path First) 用于在单一自治系统(autonomous system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离向量路由协议。链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。OSPF通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由

第四题

不会

第五题

1. ORACLE数据库管理系统 2. SYBASE 10 数据库管理系统 3. INGRES智能关系性数据库管理系统 4. INFORMIX数据库管理系统 5. DB2数据库管理系统

第六题

参考kaven34.139.com/article/588865.html

第七题

1.总线的带宽：指的是单位时间内总线上可传送的数据量。

2.总线的位宽总线的位宽指总线能同时传送的数据位数。

3.总线的工作频率：工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。

第八题

ISA和PCI网卡较常使用。两者的主要区别是网卡引脚不同。由于网卡的引脚直接插入计算机的扩展槽中，所以购买网卡时，应根据计算机扩展槽的总线类型，选择与之相符的网卡。

第九题

VLAN是指虚拟局域网

配置虚拟局域网是希望连接在不同交换机上的在同一个虚拟局域网内的主机可以通过局域网互访,而不在同一个虚拟局域网上的主机不允许互访

第十题

总线宽度、时钟频率、数据传输频率。其中，总线宽度就是该总线可同时传输数据的位数，好比是车道容许并排行走的车辆的数量；例如，16 位总线在同一时刻传输的数据为16 位，也就是2 个字节；而32 位总线可同时传输4 个字节，64 位总线可以同时传输8 个字节......显然，总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更多的数 据。不过总线的位宽无法无限制增加。

第十一题

同第六题

第十二题

RAID，为Redundant Arrays of Independent Disks的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。 磁盘阵列其实也分为软阵列 (Software Raid)和硬阵列 (Hardware Raid) 两种. 软阵列即通过软件程序并由计算机的 CPU提供运行能力所成. 由于软件程式不是一个完整系统故只能提供最基本的 RAID容错功能. 其他如热备用硬盘的设置, 远程管理等功能均一一欠奉. 硬阵列是由独立 *** 作的硬件提供整个磁盘阵列的控制和计算功能. 不依靠系统的CPU资源.

由于硬阵列是一个完整的系统, 所有需要的功能均可以做进去. 所以硬阵列所提供的功能和性能均比软阵列好. 而且, 如果你想把系统也做到磁盘阵列中, 硬阵列是唯一的选择. 故我们可以看市场上 RAID 5 级的磁盘阵列均为硬阵列. 软 阵列只适用于 Raid 0 和 Raid 1. 对于我们做镜像用的镜像塔, 肯定不会用 Raid 0或 Raid 1。作为高性能的存储系统，巳经得到了越来越广泛的应用。RAID的级别从RAID概念的提出到现在，巳经发展了六个级别， 其级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。下面就介绍这四个级别。

RAID 0：将多个较小的磁盘合并成一个大的磁盘，不具有冗余，并行I/O，速度最快。RAID 0亦称为带区集。它是将多个 磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些盘中。 所以，在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数 据都无法使用。

RAID 1：两组相同的磁盘系统互作镜像，速度没有提高，但是允许单个磁盘错，可靠性最。RAID 1就是镜像。其原理为 在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因 为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%， 是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。

RAID Level 3 RAID 3存放数据的原理和RAID0、RAID1不同。RAID 3是以一个硬盘来存放数据的奇偶校验位，数据则分段存储于其余硬盘 中。它象RAID 0一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID 0快。如果数据盘（物理）损坏，只要将坏硬盘换掉，RAID

控制系统则会根据校验盘的数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据。不过，如果校验盘（物理）损坏的话，则全部数据都 无法使用。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1。

RAID 5：向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据存放在阵列中的各个盘上，允许单个磁盘出错。RAID 5也是以数据的校验 位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样， 任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。

RAID 0－1：同时具有RAID 0和RAID 1的优点。

PS：就找这么多了，累死我了，强烈要求加分~~~~~呵呵，希望对你有所帮助

Optimized Link State Routing Protocol(OLSRP)是一个可以收集链路状态并且能动态计算网络内最佳路由的动态链路协议.

具体资料:

ptimized Link State Routing Protocol

From Wikipedia, the free encyclopedia

(Redirected from OLSR)

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The Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)[1] is an IP routing protocol which is optimized for mobile ad-hoc networks but can also be used on other wireless ad-hoc networks. OLSR is a proactive link-state routing protocol which uses Hello and Topology Control (TC) messages to discover and then disseminate link state information throughout the mobile ad-hoc network. Individual nodes use this topology information to compute next hop destinations for all nodes in the network using shortest hop forwarding paths.

Contents

[hide]

* 1 Features specific to OLSR

* 2 Benefits

* 3 Criticisms

* 4 Messages

o 4.1 Hello

o 4.2 TC (Topology Control)

* 5 Other approaches

* 6 OLSR version 2

* 7 Implementations

* 8 External links

* 9 References

[edit] Features specific to OLSR

Link-state routing protocols such as OSPF and IS-IS elect a designated router on every link in order to perform flooding of topology information. In wireless ad-hoc networks, there is different notion of a link, packets can and do go out the same interfacehence, a different approach is needed in order to optimize the flooding process. Using Hello messages the OLSR protocol at each node discovers 2-hop neighbor information and performs a distributed election of a set of multipoint distribution relays (MPRs). Nodes select MPRs such that there exists a path to each of its 2-hop neighbors via a node selected as an MPR. These MPR nodes then source and forward TC messages which contain the MPR selectors. This functioning of MPRs makes OLSR unique from other link state routing protocols in a few different ways: The forwarding path for TC messages is not shared among all nodes but varies depending on the source, only a subset of nodes source link state information, not all links of a node are advertised but only those which represent MPR selections.

Since link-state routing requires the topology database to be synchronized across the network, OSPF and IS-IS perform topology flooding using a reliable algorithm. Such an algorithm is very difficult to design for ad-hoc wireless networks, so OLSR doesn't bother with reliabilityit simply floods topology data often enough to make sure that the database does not remain unsynchronized for extended periods of time.

[edit] Benefits

Being a proactive protocol, routes to all destinations within the network are known and maintained before use. Having the routes available within the standard routing table can be useful for some systems and network applications as there is no route discovery delay associated with finding a new route.

The routing overhead generated, while generally greater than that of a reactive protocol, does not increase with the number of routes being used.

Default and network routes can be injected into the system by HNA messages allowing for connection to the internet or other networks within the OLSR MANET cloud. Network routes are something which reactive protocols do not currently execute well.

Timeout values and validity information is contained within the messages conveying information allowing for differing timer values to be used at differing nodes.

[edit] Criticisms

The original definition of OLSR does not include any provisions for sensing of link qualityit simply assumes that a link is up if a number of hello packets have been received recently. This assumes that links are bi-modal (either working or failed), which is not necessarily the case on wireless networks, where links often exhibit intermediate rates of packet loss. Implementations such as the open source OLSRd (commonly used on Linux-based mesh routers) have been extended (as of v. 0.4.8) with link quality sensing. This is sometimes called "fish-eye" or Radio-Aware OLSR or RA-OLSR and is one of the two protocols included in the 802.11s draft standard. It was influenced by the HSLS protocol.

Being a proactive protocol, OLSR uses power and network resources in order to propagate data about possibly unused routes. While this is not a problem for wired access points and laptops, it makes OLSR unsuitable for sensor networks which try to sleep most of the time. For small scale wired access points with low CPU power, the open source OLSRd project showed that large scale mesh networks can run with OLSRd on thousands of nodes with very little CPU power on 200MHz embedded devices.

Being a link-state protocol, OLSR requires a reasonably large amount of bandwidth and CPU power to compute optimal paths in the network. In the typical networks where OLSR is used (which rarely exceed a few hundreds of nodes), this does not appear to be a problem.

By only using MPRs to flood topology information, OLSR removes some of the redundancy of the flooding process, which may be a problem in networks with large packet loss rates[citation needed] - however the MPR mechanism is self-pruning (which means that in case of packet losses, some nodes which would not have retransmitted a packet, may do so).

[edit] Messages

OLSR makes use of "Hello" messages to find its one hop neighbors and its two hop neighbors through their responses. The sender can then select its multipoint relays (MPR) based on the one hop node which offer the best routes to the two hop nodes. Each node has also an MPR selector set which enumerates nodes that have selected it as an MPR node. OLSR uses Topology Control (TC) messages along with MPR forwarding to disseminate neighbor information throughout the network. Host Network Address (HNA) messages are used by OLSR to disseminate network route advertisements in the same way TC messages advertise host routes.

[edit] Hello

Image:olsr-hello-packet.png

[edit] TC (Topology Control)

Image:Olsr-tc-packet.png

[edit] Other approaches

The problem of routing in ad-hoc wireless networks is actively being researched, and OLSR is but one of several proposed solutions. To many, it is not clear whether a whole new protocol is needed, or whether OSPF could be extended with support for wireless interfaces[2][3].

In bandwidth- and power-starved environments, it is interesting to keep the network silent when there is no traffic to be routed. Reactive routing protocols do not maintain routes, but build them on demand. As link-state protocols require database synchronisation, such protocols typically use the distance vector approach, as in AODV and DSDV, or more ad-hoc approaches that do not necessarily build optimal paths, such as Dynamic Source Routing.

For more information see the list of ad-hoc routing protocols.

[edit] OLSR version 2

OLSRv2 is currently being developed within the IETF. It maintains many of the key features of the original including MPR selection and dissemination. Key differences are the flexibility and modular design using shared components: packet format packetbb, and neighborhood discovery protocol NHDP. These components are being designed to be common among next generation IETF MANET protocols. Differences in the handling of multiple address and interface enabled nodes is also present between OLSR and OLSRv2.

[edit] Implementations

* OLSR.ORG - Downloadable code for OLSR on GNU/Linux, Windows, Mac OS X, FreeBSD and NetBSD systems. Features a great deal of documentation, including an informative survey of related work.

* NRL-OLSR - Open source code of NRL-OLSR. Works on Windows, MacOS, Linux, and various embedded PDA systems such as Arm/Zaurus and PocketPC as well as simulation environments ns2 and OPNET., http://cs.itd.nrl.navy.mil/focus/

* SOURCEFORGE.NET-OLSR - Created by MOVIQUITY and based on studies within the project Workpad, it offers a code in C# to deploy a MANET (Ad-Hoc, Meshnet) with protocol OLSR. Developed for WM 6, Win XP and can be adapted to other platforms using NET Framework and Compact http://sourceforge.net/projects/wmolsr/

[edit] External links

* IETF Home Page The Internet Engineering Task Force standards body

* olsr.funkfeuer.at currently advancing the olsr.org implementation to improve scalability

* Optimized Link State Routing which includes this Flash Demo.

* Freifunk Firmware (English language page) - a firmware based on OpenWRT that uses OLSR, designed to build mesh networks out of wireless access points, e.g. LinksysWRT54G's

* Pyramid Linux - an embedded distro for embedded x86 boards with OLSR, web interface, etc. Primarily used in Community Networks.

* NRL's Networks and Communication Systems Branch - includes project information and open source networking tools and software developed by the U.S. Naval Research Lab.

[edit] References

1. ^ RFC 3626 http://www.ietf.org/rfc/rfc3626.txt

2. ^ Extensions to OSPF to Support Mobile Ad Hoc Networking, Madhavi Chandra, Abhay Roy, 21-Sep-08, draft-ietf-ospf-manet-or-01.txt

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