經(jīng)濟型低功率ZigBee無(wú)線(xiàn)解決方案
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ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)和IEEE802.15.4能為功率受制約的無(wú)線(xiàn)應用提供所需的成本、性能和可靠性要求。由于ZigBee的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和商業(yè)潛能，它已獲得廣泛的業(yè)內支持。
ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)和IEEE802.15.4標準
ZigBee適合于大量的應用，包括工業(yè)監視和控制、家庭和建筑物自動(dòng)化、傳感器網(wǎng)絡(luò )、醫療和汽車(chē)方案。ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)構建在IEEE 802.15.4標準上(圖1)，專(zhuān)門(mén)設計能提供經(jīng)濟、標準化和靈活無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，為低到中等數據率控制和監視應用提供低功耗、可靠性、彼此協(xié)作性和安全性支持。
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ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)于2004年12月批準，2005年6月公布有效。它規定IEEE 802.15.4 PHY和MAC層上的網(wǎng)絡(luò )、安全和應用層。ZigBee Alliance 也提供互操作性和一致性測試規范。ZigBee網(wǎng)絡(luò )層擔負設備發(fā)現和網(wǎng)絡(luò )配置，并支持三種網(wǎng)絡(luò )拓撲(星，樹(shù)和網(wǎng)狀)。
IEEE 802.15.4 標準于2003年5月批準，它規定在868MHz(歐洲)、915MHz(美國)和2.4GHz(世界范圍)ISM頻段的物理(PHY)和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)層，使其能在區域或全球推廣應用?？罩薪涌谑遣捎肂PSK(868 /915 MHY PHY)和O-QPSK(2.4GHz PHY)的DSSS(直接序列散布頻譜)。868/915 MHz PHY和2.4GHz PHY 的數據率分別是20/40 kb/s和250kb/s
IEEE 802.15.4 MAC子層用CSMA-CA方法控制到無(wú)線(xiàn)信道的訪(fǎng)問(wèn)和處理網(wǎng)絡(luò )分離和MAC層安全(AES-128加密基)。它也擔負經(jīng)數據分組、幀確認和網(wǎng)絡(luò )同步確認和重新傳輸的流量控制并支持魯棒鏈路工作的上層。IEEE802.15.4標準采用64位IEEE和16位短地址，理論上支持超過(guò)每個(gè)網(wǎng)絡(luò )65000節點(diǎn)。
靠有效規?？梢詫?shí)現低成本ZigBee方案，這是因為IEEE802.15.4性能指標已集中在高集成和低成本、低功率硅(CMOS)方案的開(kāi)發(fā)上。
ZigBee/IEEE 802.15.4 技術(shù)具有低功率工作特性。功率節省特性包括：
- 非常低占空比工作；
- 嚴格的電源管理；
- 低的傳輸額外損耗；
- 相當低的傳輸輸出功率；
- 高效率功率放大器設計的恒定包絡(luò )調制；
- 具有低信噪要求的調制方法；
- 相當放寬的信道間距和屏蔽要求。
硅集成方案
系統設計幾個(gè)可選擇方案可針系統設計幾個(gè)可選擇方案可針對各種各樣的未端用戶(hù)應用、元件愛(ài)好和已有的設計平臺。
一種方案是依賴(lài)于集成無(wú)線(xiàn)收發(fā)器(提供PHY功能，某些情況下，選擇MAC的1小部分)和包含MAC、網(wǎng)絡(luò )、應用層的微控制器(MCU)的組合(見(jiàn)圖2)。在這種方法中可縮放和易于修改的ZigBee系統實(shí)現可以滿(mǎn)足寬范圍的應用。在這樣分配下，可以選擇RF收發(fā)器和MCU完全地適合應用要求和以前的設計經(jīng)驗或已有的硬件/軟件平臺。
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實(shí)現真正的SoC方案，即集成所有工作功能(如無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，數據處理單元，存儲器和用戶(hù)應用功能)在單片硅片上，具有功能、成本和上市快的顯著(zhù)優(yōu)越性。實(shí)現較低功率下的高性能是由于專(zhuān)用片上功能的內部配合的最小化開(kāi)銷(xiāo)。最小的系統BOM、更小的占位空間和更少的元件、更簡(jiǎn)單的組裝和測試以及容易和可靠的設計得到低制造成本和快上市的特點(diǎn)。
結語(yǔ)
基于低功率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的應用除了巨大的商業(yè)潛能外，在私人和公用環(huán)境中具有增加安全和方便性的能力。ZigBee對經(jīng)濟的低功率無(wú)線(xiàn)方案具有技術(shù)性能和工業(yè)支持。ZigBee系統設計可依賴(lài)于IEEE 802.15.4 /ZigBee定制的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、微控制器和SoC器件。
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