1.可穿戴式計算機和可穿戴式無線網絡

　　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，它沒有考慮與現有的個人通信終端（如手機、PDA、MP3等）的融合。這會使得現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絡的概念。與可穿戴式計算機相比，可穿戴式無線網絡具有以下特點：

　?、鸥玫撵`活性。

　?、瞥浞挚紤]與現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）。

　　⑷更加人性化。用戶可根據不同的應用、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絡。

　　由此可見，可穿戴式無線網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，而且它可在現有的各種無線局域網技術的基礎上開發(fā)。由于現有的各種無線局域網技術已較為成熟，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.可穿戴式無線網絡的系統(tǒng)模型

　　2.1網絡模型當前，適合用來構建可穿戴式無線網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。由于在組網方式上完全一致，因而用它們構建的可穿戴式網絡模型也基本相同。

　　表1-1藍牙與ZigBee的比較

　?、?用藍牙和ZigBee技術構建的可穿戴式無線網絡結構

　　藍牙和ZigBee的組網方式可分為三種形式：星型網、對等網和混合網［2］。采用藍牙和ZigBee技術構建的可穿戴式無線網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網絡，正好符合穿戴的需要。

　　圖 2.1 可穿戴式藍牙網絡模型

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

　?、?可穿戴式無線網絡設備

　　在上述的兩種可穿戴式無線網絡中，整個網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據傳到Master即可，不承擔任何管理和維護網絡的任務。這類設備主要有傳感器、探測器、耳麥和攝像機等。

　　網絡互連設備：網絡互連設備不只是負責轉發(fā)終端設備傳來的數據，還必須管理和維護各Ⅱ級網絡。同時這些互連設備之間還必須形成新的網絡。因而，網絡互連設備應具有一定的存儲容量和數據處理能力。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，充當網關的LAP只作為Ⅰ級網絡的成員，負責管理和維護Ⅰ級網絡，而不作為Ⅱ級網絡的基站。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聯(lián)系的網關。

　　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據傳輸、基于Web的服務和網絡管理服務等。

　?、?內部數據傳輸

　　內部數據傳輸是可穿戴式無線網絡最基本的服務要求。在網絡內部，Ⅰ級網絡和Ⅱ級網絡可采用不同的數據傳輸模式。在Ⅱ級網絡中，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級網絡中的終端只需單項發(fā)送數據即可，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，單獨組建新的匹克網。

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

　?、?Web 訪問

　　通常情況下，只有Ⅰ級網絡中的設備才具有Web訪問的需求和條件。Web訪問應通過網關來進行，這主要是考慮到網絡的安全性。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。

　?、?網絡管理服務

　　網絡管理的任務是為維護整個網絡的可靠運行。為了設備間建立通信連接和維護管理網絡的方便，通常情況下都要對網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，也可考慮將網關設備作為DHCP服務器，但這樣顯然會加重網關設備的工作負荷。事實上，也可利用各無線技術自己的地址編址和分配方案。

　　為檢測網絡內部設備的活動狀態(tài)，可以向整個網絡或特定的Ⅱ級網絡發(fā)布廣播消息。并根據反饋的情況對整個網絡進行診斷，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。