CC2530和FPGA的新型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計

摘要：采用ZigBee協(xié)議組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，設計出可以自動(dòng)接入該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)，使用了基于ZigBec技術(shù)的CC2530芯片和FPGA。摒棄了以往采用MCU控制CC2530的方式，對本身具有8051內核的CC2530芯片進(jìn)行更大限度地利用。詳細地論述了一種新型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計方法，實(shí)現了可靠和高速的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸，具有操作方便快捷、低功耗和便于移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：ZigBec；CC2530；FPGA；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

引言
在當今的技術(shù)領(lǐng)域，使用ZigBee協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)正趨向于成熟。使用ZigBee技術(shù)，可以簡(jiǎn)單地組建一個(gè)廣泛適用、穩定可靠的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，這種網(wǎng)絡(luò )由多個(gè)具有計算處理、無(wú)線(xiàn)通信、傳感技術(shù)以及控制能力的單節點(diǎn)構成。ZigBee技術(shù)利用全球公用的公共頻率2．4 GHz，應用于監視、控制網(wǎng)絡(luò )時(shí)具有低成本、低耗電、網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)多、傳輸距離遠等特點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )根據應用環(huán)境和要求的不同有著(zhù)不同的種類(lèi)劃分，在醫療、保健、化學(xué)處理和災難救助等領(lǐng)域應用廣泛。并且靜態(tài)節點(diǎn)和動(dòng)態(tài)節點(diǎn)隨社會(huì )發(fā)展開(kāi)始相互結合，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò )更加靈活。本文設計了一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，在靜態(tài)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構中能動(dòng)態(tài)地作為一個(gè)節點(diǎn)參與組網(wǎng)，不再采用MCU控制以CC2530為主芯片的模塊的方式，而采用CC2530與FPGA相互傳輸控制；使用CC2530所具有的ZigBee協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現一種新型的動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計。

1 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議與結構
1．1 ZigBee協(xié)議
ZigBee是以IEEE 802．15．4無(wú)線(xiàn)標準為基礎開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，是IEEE第一種用于傳感器與制動(dòng)器等監測和控制應用的開(kāi)放無(wú)線(xiàn)標準。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )由許多功能相同或不同的傳感器節點(diǎn)組成，而每個(gè)傳感器節點(diǎn)由數據采集、數據處理和控制、通信和電源4個(gè)模塊組成。節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中負責完成數據的采集、收發(fā)和轉發(fā)。作為ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，需要有IBEE 802．15．4標準的PHY和MAC層，這兩層組成了控制和數據傳輸的架構，ZigBee層架構如圖1所示。

ZigBee在底層具有OSI模型開(kāi)始的兩層架構，物理層(PHY)定義了無(wú)線(xiàn)射頻特征，支持2種不同的信號：2450 MHz和868／91 5 MHz。本文使用的頻段在2．4GHz ISM。IEEE 802．1 5．4標準允許在這個(gè)全球頻段內使用250 kbps的數據速率，還可以提供1 6個(gè)不同的信道。而介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)負責相鄰設備間的單跳數據通信，它與網(wǎng)絡(luò )層連接，經(jīng)過(guò)相互協(xié)調和數據傳送來(lái)工作，也建立設備間的單跳數據通信的協(xié)調、關(guān)聯(lián)和安全。網(wǎng)絡(luò )層(NWK)支持的網(wǎng)絡(luò )拓撲有星型、樹(shù)型和網(wǎng)格型。應用層則包括APS子層、ZDO和管理平臺以及應用對象架構。由ZigBee架構可知它們的相互關(guān)聯(lián)：安全服務(wù)提供層(SSP)保護了應用層、網(wǎng)絡(luò )層(NWK)和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)，由此建立起了安全機制；而安全服務(wù)提供層(SSP)則是通過(guò)ZDO和管理平臺進(jìn)行初始化和配置的，要求實(shí)現高級加密標準。
1．2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構
ZigBee網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)中心協(xié)調器(Coordinator)和多個(gè)路由器(Router)組成。路由器在網(wǎng)絡(luò )中為全功能節點(diǎn)(Full Function Device)，和選配的終端節點(diǎn)(End Device)一起組成了ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)。ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結構如圖2所示。