面向智能服装无线传感器网络的性能评估及设计实现

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智能服装是将微电子技术与服装进行结合的系统。它是集成嵌入在服装中的传感器、微控制器、处理计算单元、网络传输单元和输入输出单元的有机统一体,实现满足生理检测需求的信息感知、获取、传输、处理和显示功能。为了更好地满足人体健康监护需求,论文提出了基于IEEE802.15.4的智能服装无线传感器网络(Garment-Embedded WirelessSensor Network,GE-WSN),设计了GE-WSN无线传输方案,在人体范围内实现采集传输各种生理信号。文章还提出了一种具有实用价值的节点设计方案,实现了人体的生理信号在无线网络中的通信问题,以促进无线传感器网络相关技术研究和应用的进一步发展。这种新型的智能服装将打破传统的有线通信,通过简便的服装达到检测人体健康的作用,将智能服装轻捷、简便地应用于实际生活中。整个系统采用新型传感器检测人体生理信号,经过微处理器提取并处理,在体域网内,简约节点将人体生理信号的特征值和波形传输到中央协调器,进而通过体外网(局域网或广域网)将信息传递到最终的控制中心(如医院)。预期的目标是设计开发出低功耗的无线传感网络智能节点,实现人体生理数据通过无线网络的信息传输。论文主要完成以下几个方面的工作:1.提出了基于IEEE 802.15.4的智能服装无线传感器网络(Garment-Embedded Wireless Sensor Network,GE-WSN),详细分析了具有生理检测智能服装的传输需求及其网络协议的体系构架,并设计了一种新型的GE-WSN无线传输方案,以实现人体各种生理信号的采集与传输。2.以心电信号为主要研究对象,设计满足GE-WSN无线传输的仿真实验方案,通过NS2软件比较了两种传输机制中的网络性能,并对网络传输能量进行了深入分析,验证了GE-WSN无线传输方案的有效性和可靠性,得出采用信标使能的时隙载波帧听多点接入/冲突避免的传输机制更加适合智能服装的数据通信。3.详细分析了GE-WSN智能节点的设计需求及系统构架,通过深入探讨简约节点和中央协调器的选型,给出了一种具有实用价值的节点设计方案——TI公司的MSP430+Helicomm IP-Link1200,并给出其实物构建图,为智能服装实现无线传输人体生理信号提供了理论依据和实际参考模型。4.采用德州仪器(TI)的MSP430和赫立讯第一代嵌入式无线通信模块IP-Link1200组建的智能节点实现了GE-WSN的生理信号的无线传输,给出了心电信号经无线传输后在Labview上形成的最终结果,实现并验证了搭建人体生理GE-WSN的可行性和可靠性。实现了在不影响使用者日常起居生活情况下,全面地监测自然状态下的各种生理信号,也为下一步优化智能服装提供了实际模型和参考依据。
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