SoC降低ZigBee節點(diǎn)成本(05-100)

　　眾所周知,像Bluetooth和WLAN這樣的標準是不適合用于低功率嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò )應用中的。這是因為這些標準都需要較高的節點(diǎn)成本及復雜且耗電的RF-ICs和協(xié)議。然而,ZigBee卻是唯一一個(gè)明確定位于無(wú)線(xiàn)監控應用典型需要的標準。

　　* 大量的節點(diǎn)/傳感器使無(wú)線(xiàn)解決方案成為必要

　　* 極低的系統/節點(diǎn)成本

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

　　* 節點(diǎn)間的鏈路必須安全可靠

　　* 網(wǎng)絡(luò )必須易于配置

　　* 傳感器節點(diǎn)所發(fā)出的信息總量有限,因此所需通信鏈路的數據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),傳感器節點(diǎn)通常會(huì )保持長(cháng)時(shí)間的靜止狀態(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準在很大程度是相互補充的。例如,Bluetooth 適合于ad-hoc網(wǎng)絡(luò ),可以取代電纜,再如手機的無(wú)線(xiàn)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據量的文件。而ZigBee適用于傳輸以靜態(tài)為主,節點(diǎn)繁多但每個(gè)節點(diǎn)僅需以較低的占空比發(fā)射有限數據的網(wǎng)絡(luò )。

　　表2 ZigBee與 WLAN 和 Bluetooth的比較

　　IEEE 802.15.4

　　IEEE 802.15.4標準定義其物理層(PHY)和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)即可用于全球統一的2.4GHz波段上也可以用于具有區域性的868MHz或915MHz波段上。

　　IEEE802.15.4 中無(wú)線(xiàn)信道的接入方式采用載波監聽(tīng)多路檢測-碰撞避免(CSMA-CA)。支持

　　競爭模式和非競爭模式兩種接入方式。IEEE802.15.4標準使用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)節點(diǎn)。

　　IEEE 802.15.4所規定的數據傳輸調制方式描繪如下：每一個(gè)數據字節的低四位和高四位分別經(jīng)由16位偽隨機序列調制,形成32碼片的數據流。每個(gè)碼片會(huì )轉換成一個(gè)半正弦波進(jìn)入數字偏置四相相移鍵控(offset-QPSK)調變器,這樣的處理方式提供了具有250Kbps數據傳輸率和2Mchip/s傳碼率的高效的直接序列擴頻(DSSS)調變。這種恒定包絡(luò )調制方式可等效為最小頻移鍵控以達到相關(guān)非線(xiàn)性功率放大器設計簡(jiǎn)單,低成本的效果。

　　PHY所包括的功能有接收強度監測(ED),鏈路質(zhì)量指示(LQI)和空閑信道評估(CCA)。

　　IEEE 802.15.4 MAC子層的作用:

　　· 初始化 個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )(PAN)

　　· 在網(wǎng)絡(luò )中發(fā)射信標(可選)

　　· 信標同步(可選)

　　· 網(wǎng)絡(luò )的建立及斷開(kāi)

　　· 支持MAC層安全(AES-128 加密)

　　· 信道接入使用CSMA-CA機制

　　· 數據包應答及重發(fā)

　　· FCS(Frame Check Sequenc)計算與檢測

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