1.可穿戴式計算機和可穿戴式無線網(wǎng)絡

　　可穿戴式計算機可穿戴式計算機是一種新概念的移動計算系統(tǒng)。其概念起源于20世紀60年代。自90年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，對可穿戴式計算機的研究進入了一個全新的階段。目前，對可穿戴式計算機的概念并沒有確切的定義。大體而言，可穿戴式計算機應具備以下基本特征：？可在運動狀態(tài)下使用？使用的同時可騰出手或做其它的事情？使用者可進行控制？具有可持續(xù)性？多樣性，即不同應用的可穿戴式計算機在構成、功能等方面應有所不同從以上特征可看出，與傳統(tǒng)的計算機相比，可穿戴式計算機與人的結合更為緊密。這就要求穿戴式計算機必須采用全新的人-機交互技術，從而達到人- 機的和諧統(tǒng)一。這也是當前對可穿戴式計算機研究的熱點問題和必須攻克的難點。

　　可穿戴式無線網(wǎng)絡在上面介紹的可穿戴式計算機系統(tǒng)中，各硬件裝置之間主要是通過通信線纜連接的，采用的操作平臺也是基于有線裝置的。這種系統(tǒng)雖然在一定的場合有其適用性，但它的缺點也是明顯的：首先，它不夠靈活。因為采用通信線纜這種“硬”連接方式，勢必會影響用戶軀體的活動空間和幅度，而這在一些應用場合是必須的，如體育鍛煉。

　　其次，它沒有考慮與現(xiàn)有的個人通信終端（如手機、PDA、MP3等）的融合。這會使得現(xiàn)有的通信終端成了與可穿戴式計算機實體上相互獨立而功能上相互重疊的設備。

　　針對這種狀況，本文提出可穿戴式無線網(wǎng)絡的概念。與可穿戴式計算機相比，可穿戴式無線網(wǎng)絡具有以下特點：

　　⑴更好的靈活性。

　?、瞥浞挚紤]與現(xiàn)有的個人通信終端的融合。

　?、悄苓M行分散控制。這是由于各通信終端都有一定的運算處理能力和存儲容量（并且隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，這方面的性能勢必會得到進一步的提高）。

　?、雀尤诵曰?。用戶可根據(jù)不同的應用、方便程度、以及個人的喜好來選擇合適的主通信設備以控制整個網(wǎng)絡。

　　由此可見，可穿戴式無線網(wǎng)絡應具有比可穿戴式計算機更好的適用性和更廣泛的應用前景，而且它可在現(xiàn)有的各種無線局域網(wǎng)技術的基礎上開發(fā)。由于現(xiàn)有的各種無線局域網(wǎng)技術已較為成熟，因而較之可穿戴式計算機，在開發(fā)難度和開發(fā)周期上具有明顯的優(yōu)勢。

　　2.可穿戴式無線網(wǎng)絡的系統(tǒng)模型

　　2.1網(wǎng)絡模型當前，適合用來構建可穿戴式無線網(wǎng)絡的技術主要有藍牙和ZigBee等。這兩種無線技術均屬于IEEE802.15家族，工作于ISM頻段。它們之間的區(qū)別如下表1-1所示。由于在組網(wǎng)方式上完全一致，因而用它們構建的可穿戴式網(wǎng)絡模型也基本相同。

　　表1-1藍牙與ZigBee的比較

　　⑴ 用藍牙和ZigBee技術構建的可穿戴式無線網(wǎng)絡結構

　　藍牙和ZigBee的組網(wǎng)方式可分為三種形式：星型網(wǎng)、對等網(wǎng)和混合網(wǎng)［2］。采用藍牙和ZigBee技術構建的可穿戴式無線網(wǎng)絡宜采用混合結構形式，如圖2.1所示。它是一個松散的Ad Hoc網(wǎng)絡，正好符合穿戴的需要。

　　圖 2.1 可穿戴式藍牙網(wǎng)絡模型

　　上圖中整個網(wǎng)絡被劃分為兩級層次結構。Ⅰ級匹克網(wǎng)的主設備（Master）連接各Ⅱ級匹克網(wǎng)的主設備，各Ⅱ級匹克網(wǎng)的主設備在Ⅰ級匹克網(wǎng)中充當從設備（Slave）。每級匹克網(wǎng)均由主設備負責維護管理。為便于維護和管理整個網(wǎng)絡，由Ⅰ級匹克網(wǎng)的主設備充當連接外部網(wǎng)絡的LAP，并且該主設備不作為Ⅱ級匹克網(wǎng)的主（從）設備。當然，這里的LAP并不直接與有線網(wǎng)直接相連。可充當LAP角色的設備可能不止一個，但無論哪個設備作為網(wǎng)關設備，都應遵循上述的組網(wǎng)原則。

　?、?可穿戴式無線網(wǎng)絡設備

　　在上述的兩種可穿戴式無線網(wǎng)絡中，整個網(wǎng)絡內的設備按照角色的不同可分為兩種基本的類型：

　　傳感器或其它終端設備：這類設備只需將采集到的數(shù)據(jù)傳到Master即可，不承擔任何管理和維護網(wǎng)絡的任務。這類設備主要有傳感器、探測器、耳麥和攝像機等。

　　網(wǎng)絡互連設備：網(wǎng)絡互連設備不只是負責轉發(fā)終端設備傳來的數(shù)據(jù)，還必須管理和維護各Ⅱ級網(wǎng)絡。同時這些互連設備之間還必須形成新的網(wǎng)絡。因而，網(wǎng)絡互連設備應具有一定的存儲容量和數(shù)據(jù)處理能力。從理論上說，各Master均可充當LAP，但實際上并沒有這樣的必要。在本模型中，充當網(wǎng)關的LAP只作為Ⅰ級網(wǎng)絡的成員，負責管理和維護Ⅰ級網(wǎng)絡，而不作為Ⅱ級網(wǎng)絡的基站。這樣做的目的是為防止同一設備擔任過多的角色，會增加設備的復雜度?？沙洚斁W(wǎng)絡互連設備的設備有PDA、GPS、頭戴設備、MP3、手機以及PTT（Push To Talk）等，其中手機等亦可充當與外網(wǎng)聯(lián)系的網(wǎng)關。

　　2.2 服務原理

　　無論是采用哪種無線技術構建可穿戴式無線網(wǎng)絡，都應能提供基本的服務和管理功能，這些功能包括內部數(shù)據(jù)傳輸、基于Web的服務和網(wǎng)絡管理服務等。

　?、?內部數(shù)據(jù)傳輸

　　內部數(shù)據(jù)傳輸是可穿戴式無線網(wǎng)絡最基本的服務要求。在網(wǎng)絡內部，Ⅰ級網(wǎng)絡和Ⅱ級網(wǎng)絡可采用不同的數(shù)據(jù)傳輸模式。在Ⅱ級網(wǎng)絡中，傳感器等終端設備與 Master之間通常采用點到點傳輸模式，這是因為通常情況下Ⅱ級網(wǎng)絡中的終端只需單項發(fā)送數(shù)據(jù)即可，且各通信終端之間一般不具有需要建立直接路由來完成的大量的通信業(yè)務。而在Ⅰ級網(wǎng)絡中，Master則既可采用點對點傳輸，也可采用點對多點傳輸。但Slave之間若需進行點對點通信則必須脫離原來的匹克網(wǎng)，單獨組建新的匹克網(wǎng)。

　　很顯然，同一Ⅱ級網(wǎng)絡中終端設備之間若需進行數(shù)據(jù)傳輸，則須經(jīng)Master轉發(fā)。若某一Ⅱ級網(wǎng)絡中的終端設備要向其它Ⅱ級網(wǎng)絡中的終端設備發(fā)送數(shù)據(jù)，則必須經(jīng)過Ⅰ級網(wǎng)絡中的LAP轉發(fā)。當Ⅰ級網(wǎng)絡中的設備需要向外部網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)時，可考慮通過作為網(wǎng)關的LAP來轉發(fā)，或建立虛連接。

　　⑵ Web 訪問

　　通常情況下，只有Ⅰ級網(wǎng)絡中的設備才具有Web訪問的需求和條件。Web訪問應通過網(wǎng)關來進行，這主要是考慮到網(wǎng)絡的安全性。建立與Web站點的連接后，可以考慮采用C/S模式來提供業(yè)務，這些業(yè)務應包括FTP服務、E-mail服務、以及音頻和視頻服務等。對語音業(yè)務，可以考慮采取VoIP技術。

　?、?網(wǎng)絡管理服務

　　網(wǎng)絡管理的任務是為維護整個網(wǎng)絡的可靠運行。為了設備間建立通信連接和維護管理網(wǎng)絡的方便，通常情況下都要對網(wǎng)絡中的設備分配邏輯地址。在IPv6嘗未啟用之前，肯定很難做到把實際的IP地址作為各通信設備的邏輯地址。但作為網(wǎng)關的設備應擁有實際的IP地址，這樣有利于進行Web訪問。當然，如果必要，也可考慮將網(wǎng)關設備作為DHCP服務器，但這樣顯然會加重網(wǎng)關設備的工作負荷。事實上，也可利用各無線技術自己的地址編址和分配方案。

　　為檢測網(wǎng)絡內部設備的活動狀態(tài)，可以向整個網(wǎng)絡或特定的Ⅱ級網(wǎng)絡發(fā)布廣播消息。并根據(jù)反饋的情況對整個網(wǎng)絡進行診斷，以便及時向使用者發(fā)出預警。當然，也可發(fā)布包含特定網(wǎng)絡設備地址的廣播消息，這種情況通常發(fā)生在消息發(fā)布者需要與該設備建立聯(lián)系的時候。