SoC降低ZigBee節(jié)點(diǎn)成本(05-100)

　　眾所周知,像Bluetooth和WLAN這樣的標(biāo)準(zhǔn)是不適合用于低功率嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的。這是因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)都需要較高的節(jié)點(diǎn)成本及復(fù)雜且耗電的RF-ICs和協(xié)議。然而,ZigBee卻是唯一一個(gè)明確定位于無線監(jiān)控應(yīng)用典型需要的標(biāo)準(zhǔn)。

　　* 大量的節(jié)點(diǎn)/傳感器使無線解決方案成為必要

　　* 極低的系統(tǒng)/節(jié)點(diǎn)成本

　　* 使用廉價(jià)的電池可工作數(shù)年;這需要極低功耗的RF-ICs和協(xié)議。

　　* 節(jié)點(diǎn)間的鏈路必須安全可靠

　　* 網(wǎng)絡(luò)必須易于配置

　　* 傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的信息總量有限,因此所需通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率也處于較低或中等水平。

　　* 低占空比的定期發(fā)送或間歇性發(fā)送(低功耗)是該網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn),傳感器節(jié)點(diǎn)通常會(huì)保持長(zhǎng)時(shí)間的靜止?fàn)顟B(tài)。

　　* 提供全球性的解決方案

　　表2 進(jìn)行了ZigBee 與Bluetooth和WLAN的比較,從表中可以看出這些標(biāo)準(zhǔn)在很大程度是相互補(bǔ)充的。例如,Bluetooth 適合于ad-hoc網(wǎng)絡(luò),可以取代電纜,再如手機(jī)的無線手持解決方案,傳輸圖形/圖片和中等大小的文件。WLAN適用于傳輸或下載大數(shù)據(jù)量的文件。而ZigBee適用于傳輸以靜態(tài)為主,節(jié)點(diǎn)繁多但每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅需以較低的占空比發(fā)射有限數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。

　　表2 ZigBee與 WLAN 和 Bluetooth的比較

　　IEEE 802.15.4

　　IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義其物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)即可用于全球統(tǒng)一的2.4GHz波段上也可以用于具有區(qū)域性的868MHz或915MHz波段上。

　　IEEE802.15.4 中無線信道的接入方式采用載波監(jiān)聽多路檢測(cè)-碰撞避免(CSMA-CA)。支持

　　競(jìng)爭(zhēng)模式和非競(jìng)爭(zhēng)模式兩種接入方式。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)使用64位的IEEE地址和16位網(wǎng)絡(luò)地址,理論上提供了每個(gè)網(wǎng)絡(luò)高到65536個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　IEEE 802.15.4所規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制方式描繪如下：每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的低四位和高四位分別經(jīng)由16位偽隨機(jī)序列調(diào)制,形成32碼片的數(shù)據(jù)流。每個(gè)碼片會(huì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)半正弦波進(jìn)入數(shù)字偏置四相相移鍵控(offset-QPSK)調(diào)變器,這樣的處理方式提供了具有250Kbps數(shù)據(jù)傳輸率和2Mchip/s傳碼率的高效的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)調(diào)變。這種恒定包絡(luò)調(diào)制方式可等效為最小頻移鍵控以達(dá)到相關(guān)非線性功率放大器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,低成本的效果。

　　PHY所包括的功能有接收強(qiáng)度監(jiān)測(cè)(ED),鏈路質(zhì)量指示(LQI)和空閑信道評(píng)估(CCA)。

　　IEEE 802.15.4 MAC子層的作用:

　　· 初始化 個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PAN)

　　· 在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射信標(biāo)(可選)

　　· 信標(biāo)同步(可選)

　　· 網(wǎng)絡(luò)的建立及斷開

　　· 支持MAC層安全(AES-128 加密)

　　· 信道接入使用CSMA-CA機(jī)制

　　· 數(shù)據(jù)包應(yīng)答及重發(fā)

　　· FCS(Frame Check Sequenc)計(jì)算與檢測(cè)

　　· 在兩個(gè)同等MAC實(shí)體間提供可靠的鏈路。即為進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù),提供具有可靠鏈路的高層(如ZigBee網(wǎng)絡(luò)層)。