BEERU簡化短距離無線應用

對于短距離無線應用來說，網(wǎng)絡架構包括一對一的網(wǎng)絡、星型或樹型或網(wǎng)狀網(wǎng)絡等復雜網(wǎng)絡。不過，大部分應用只需一對一的系統(tǒng)就已足夠，其次是一對多的星型網(wǎng)絡。至于樹型或網(wǎng)狀等復雜網(wǎng)絡，則是大型系統(tǒng)的應用，需求上偏少。使用無線傳輸對于工程師而言，有幾個技術問題需要解決，即如何避免數(shù)據(jù)傳送錯誤，如何抗干擾，以及傳輸距離遠近和傳輸帶寬等相關問題。

如果環(huán)境中只有一對一傳輸，則是很簡單的系統(tǒng)，但當環(huán)境中出現(xiàn)多組一對一傳輸時，就必須有傳輸錯誤與干擾的處理機制。要避免數(shù)據(jù)傳送錯誤，就需要使用配對機制，將發(fā)射器與接收器配成一對，發(fā)射器和接收器均以ID或地址的方式編號，讓雙方都只認識對方，使用這種方式溝通就可避免傳輸錯誤。而發(fā)射器和接收器側(cè)就必須有ID或地址的過濾器(可由固件或硬件實現(xiàn))，只接收正確的設備進入系統(tǒng)。如將系統(tǒng)擴充為一對多的星型網(wǎng)絡，則必須加入群組的概念：同一群組有相同的組ID，在群組中要有一個主控端和多數(shù)的從屬端。主控端為群組的管理者，并擁有組ID;加入群組的從屬端必須與主控端配對，主控端應將組ID傳給從屬端。由于每一組的組ID不同，它就不會與其它組發(fā)生傳輸錯誤的情形，讓通信以群組的方式溝通。

如有干擾發(fā)生時，可以使用下列幾種方式來抗干擾。使用跳頻擴頻(FHSS)或直接序列擴頻(DSSS)這兩種方法，均可以增加抗干擾能力;在系統(tǒng)可允許的延遲內(nèi)，加入應答與重傳的機制，可以讓傳輸?shù)馁|(zhì)量更好，增加系統(tǒng)的抗干擾能力;另外，也可選擇適當?shù)念l率，較少干擾源的頻率可以降低干擾發(fā)生的機率。

射頻芯片設計公司笙科電子(AMICCOM)，為了縮短工程師開發(fā)無線應用項目的時間，在近期推出了2.4GHz DSSS通信應用的平臺，該平臺稱為BEERU(ZigBEE Radio Unit)。該平臺為使用者提供了固件通信協(xié)議，該協(xié)議符合Zigbee/RF4CE標準。使用者可以利用BEERU提供的簡易函數(shù)庫，完成無線應用產(chǎn)品開發(fā)。這樣，工程師僅需專注于應用層的開發(fā)。BEERU提供的簡單C語言函數(shù)庫，包含了配對、解除配對、數(shù)據(jù)傳送與數(shù)據(jù)接收4個主要函數(shù)。這樣，利用該函數(shù)庫便可完成整個無線通信協(xié)議(此協(xié)議就是RF4CE協(xié)議，并已包含NWK層、MAC層和PHY層)。

BEERU套件為一對一的展示，包含一個遙控器、一個接收器(可以使用UART串口或USB虛擬COM口與PC連接)以及PC端的應用程序(圖1)。雖然BEERU套件為一對一的展示，但范例程序無需任何修改，便可直接使用一對五的星型網(wǎng)絡。使用者可將自行設計的遙控器與接收器配對，并可將5個遙控器加入網(wǎng)絡中。在接收器端也支持UART串口。在驗證初期，使用者可以連接自己的系統(tǒng)，在UART串口上解讀數(shù)據(jù)，完成遙控的系統(tǒng)。笙科亦提供了BEERU模塊與參考設計，使用者可以直接連接自己的系統(tǒng)上使用。

圖1：BEERU套件。

BEERU平臺協(xié)議是使用Zigbee/RF4CE的標準，故節(jié)點都是采用64位長度的IEEE地址(或稱為長地址)。接收器為主控端，遙控器位從屬端。每個群組ID長度為16位，稱為PAN ID。當接收器執(zhí)行冷啟動時，會經(jīng)由內(nèi)部的隨機數(shù)產(chǎn)生器與函數(shù)產(chǎn)生。故每個接收器擁有不同的PAN ID。當遙控器與接收器配對時，雙方使用長地址進行配對。接收器接收配對時，會產(chǎn)生一組短地址(16位)，并將PAN ID與短地址傳給遙控器，爾后，接收器與遙控器都使用PAN ID與短地址通信。

圖2：A7153內(nèi)部方框圖。

BEERU平臺使用了笙科電子的A7153芯片(圖2)。A7153是2.4GHz的射頻收發(fā)芯片，支持IEEE802.15.4標準定義的PHY層與MAC層。IEEE802.15.4的PHY層是使用DSSS的調(diào)制方式，所以BEERU本質(zhì)上就具有良好的抗干擾能力。A7153內(nèi)置硬件地址過濾器，可減少固件的執(zhí)行負荷。BEERU所使用的頻率是2425/2450/2475MHz(IEEE802.15.4通道15,20,25)，這三個頻率是挑選過的適當頻率，可以減少WIFI干擾的機會(圖3)。

圖3：IEEE802.15.4(Zigbee)與IEEE802.11(WIFI)使用的頻率與占用帶寬。

如果干擾真的發(fā)生，BEERU內(nèi)置的載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)機制的溝通方式，可實現(xiàn)自動應答與自動重傳。BEERU在發(fā)射前會先確認通道是否被占用，如被占用就隨機等待一段時間后再發(fā)射。如發(fā)射后遇到干擾，遙控器沒有收到接收器的響應，會在同一頻率再發(fā)射1次(最多發(fā)射4次)，直到接收到響應為止。如未收到響應，它將改變頻率再發(fā)射一次，并在3個頻率點周而復始地發(fā)射，直到接收到響應。以范例程序而言，當發(fā)射3秒后，他將終止發(fā)射，在3秒內(nèi)大約會重傳300次，使用者可依據(jù)自己的系統(tǒng)需求，設定終止時間。為了增加使用電池的使用時間，BEERU提供的函數(shù)可將發(fā)射功率變小，以達到省電的功能。

笙科電子(AMICCOM)公司主要的產(chǎn)品線為2.4GHz短距離無線通信，低于1GHz的短距離無線通信與LNB衛(wèi)星通信產(chǎn)品。全系列產(chǎn)品均符合工業(yè)規(guī)格(工作溫度在-40℃~85℃)，并提供了完整的參考設計。

綜上所述，BEERU的能力非常優(yōu)異，擁有良好的抗干擾能力，使用2.4GHz的DSSS調(diào)制，可于全球各地使用。利用BEERU提供的簡易函數(shù)庫，使用者便可以輕易地實現(xiàn)配對與解除配對。只需要呼叫函數(shù)，就可以將數(shù)據(jù)經(jīng)由射頻傳出或是從射頻收到數(shù)據(jù)。使用者確定應用功能后，就可以將無線傳輸完全交給BEERU平臺，而無需花費時間。它非常適合小型的一對一或一對五的星型網(wǎng)絡的應用。接收器支持串口，可輕易的連接到已有的平臺，從而輕松地完成無線通信。BEERU提供了完整的說明與參考設計，笙科還可以提供就近的技術支持，從而讓短距離無線應用變得簡單。