如何開(kāi)發(fā)更具魯棒性的ZigBee解決方案

尚未解決的ZigBee問(wèn)題

　　ZigBee規范正在繼續改進(jìn)并將提供更多的功能，但同時(shí)ZigBee聯(lián)盟也認識到該規范還存在一些問(wèn)題：

1. 更改網(wǎng)絡(luò )地址

　　如前所述，在ZigBee PAN中分配給節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )地址可以改變，甚至在某些條件下會(huì )重名。這就使得網(wǎng)絡(luò )必須解決不可靠的尋址機制，以確保將數據發(fā)送到正確的設備中。

　　ZigBee聯(lián)盟正在考慮改變尋址機制，以提供更具魯棒性的尋址機制。同時(shí)，包括MaxStream在內的一些模塊提供商研發(fā)出了基于唯一性64位地址的解決方案，能確?？煽康臄祿鬏?。

2. 固定工作信道

　　由于ZigBee采用802.15.4 MAC/PHY規范中所規定的直序擴頻(DSSS)調制，因此可以工作在固定信道。在通過(guò)能量掃描篩選出具有較高能量的信道后選出工作信道。但是，一旦初始能量掃描完成后，在所選的信道質(zhì)量變壞時(shí)ZigBee網(wǎng)絡(luò )無(wú)法重置新的信道。因為有許多設備(包括蜂窩電話(huà)、微波和802.11網(wǎng)絡(luò ))占用2.4GHz頻段，因此這可能是一個(gè)大問(wèn)題。目前，終端設備開(kāi)發(fā)商必須在其設計中解決干擾問(wèn)題。ZigBee聯(lián)盟也在研究此問(wèn)題的解決方案。ZigBee規范的新版本可能會(huì )解決此問(wèn)題。

3. 容量限制

　　ZigBee剛開(kāi)始打算用64K閃存。但是，對于需要可靠的數據傳輸、網(wǎng)狀組網(wǎng)、更高安全等級、低功率的終端設備等高級應用而言，這一空間將很難滿(mǎn)足802.15.4 MAC/PHY、ZigBee網(wǎng)絡(luò )層以及其它所期望的應用功能要求。隨著(zhù)ZigBee的持續發(fā)展，先進(jìn)的應用似乎需要遷移至帶有更多閃存的微控制器。

ZigBee實(shí)現方案

　　隨著(zhù)市場(chǎng)需求的增長(cháng)和ZigBee自身要素的改善，部署一個(gè)經(jīng)認證的ZigBee方案將具有極高的價(jià)值。隨著(zhù)ZigBee規范的最新進(jìn)展，可以采用現有的ZigBee架構開(kāi)發(fā)出可靠的ZigBee解決方案。開(kāi)發(fā)商必須在從零開(kāi)始研發(fā)自己的軟硬件還是集成已經(jīng)驗證過(guò)的ZigBee模塊解決方案之間作出慎重選擇。

　　為了開(kāi)發(fā)一個(gè)魯棒的ZigBee解決方案，MaxStream公司在ZigBee規范方面付出了大量的時(shí)間和精力。以下一些建議都來(lái)自于我們的實(shí)際經(jīng)驗，對那些打算采用ZigBee解決方案的開(kāi)發(fā)商將有所裨益。

1. 硬件選擇

　　在開(kāi)發(fā)ZigBee解決方案時(shí)，首先是要確定硬件平臺。通常，硬件平臺由一個(gè)芯片組或模塊組成。如前所述，ZigBee聯(lián)盟定義了一個(gè)用于平臺驗證的ZigBee ZCP，可用來(lái)驗證平臺是否支持ZigBee方案。如果ZigBee終端產(chǎn)品想攜帶ZigBee標識并作為ZigBee認證產(chǎn)品上市，所用的硬件平臺和ZigBee軟件協(xié)議棧必須被ZigBee聯(lián)盟認證為ZigBee兼容平臺。

2. 采用模塊

　　模塊提供了比芯片組更多的優(yōu)點(diǎn)。選用模塊可以為開(kāi)發(fā)商節省成本，省去痛苦的RF前端設計、樣機設計、產(chǎn)品測試和EMC測試。模塊提供商已經(jīng)通過(guò)了嚴格的應用測試和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧測試，并且已經(jīng)加入簡(jiǎn)化ZigBee接口的一些功能。特別是MaxStream XBee模塊還提供了固件，這些固件提供了魯棒性的網(wǎng)狀組網(wǎng)、可靠尋址甚至信道遷移策略，為的是解決尚未解決的ZigBee問(wèn)題。

　　如果模塊固件不能滿(mǎn)足某個(gè)特定應用的需求，某些模塊提供商還提供了一個(gè)靈活的選擇。某些情況下(包括MaxStream XBee模塊)，設計師能夠在模塊硬件上開(kāi)發(fā)自己的應用，并定制滿(mǎn)足其需求的ZigBee應用。這樣的方案雖然需要一些固件開(kāi)發(fā)，但仍然節省了與RF設計、樣機設計和EMC測試相關(guān)的時(shí)間和成本。

3. 采用芯片組

　　如果采用芯片組，設計師必須準備支持無(wú)線(xiàn)設計所需的大量設計、測試和生產(chǎn)要求。在定制板上使用芯片組要求支持硬件生產(chǎn)工藝，包括板級測試、調試和返工。如果選用此方案，必須從IEEE獲得一個(gè)24位的OUI，以便為每個(gè)設備分配一個(gè)唯一的64位地址。

　　當定制板采用芯片組時(shí)，設計師還必須選用一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議棧。設計師必須將協(xié)議棧連接到他們的硬件上，細心地測試ZigBee應用，并評估網(wǎng)絡(luò )性能。上述未解決的許多問(wèn)題甚至所有的ZigBee問(wèn)題都必須在應用中解決，這將大大地增加研發(fā)時(shí)間方面的開(kāi)銷(xiāo)。

4. 設備開(kāi)發(fā)

　　如果必須在芯片組或模塊平臺上開(kāi)發(fā)定制固件，下面的步驟將會(huì )有用。

5. 選擇框架類(lèi)型

　　在著(zhù)手開(kāi)發(fā)ZigBee設備前，設計師必須確定是公共框架還是專(zhuān)用框架更能滿(mǎn)足需求。設備是需要與與其它普通的ZigBee產(chǎn)品兼容，還是只適合特定的應用？協(xié)議棧參數是否需要調整到最佳性能？如果專(zhuān)用框架更合適，就需要向ZigBee聯(lián)盟申請一個(gè)專(zhuān)用框架。

6. 確定路由策略

　　開(kāi)發(fā)商應該清楚是否允許使用樹(shù)狀路由。對于簡(jiǎn)單的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò )，樹(shù)狀路由將足夠。如果某些節點(diǎn)有可能去掉，或者需要可靠的數據傳輸，樹(shù)狀路由就顯得不足了。此時(shí)，就需要花些時(shí)間對協(xié)議棧何時(shí)調用路由發(fā)現進(jìn)行評估。

　　如果所選的ZigBee協(xié)議棧符合增強型ZigBee規范，應用層就可以利用路由發(fā)現請求原語(yǔ)和nwkUseTreeRouting屬性來(lái)控制路由發(fā)現和去除樹(shù)狀路由。如果采用的是網(wǎng)狀路由，開(kāi)發(fā)商應該考慮當所有的路由表入口都被占用的情況下系統將如何執行。因為ZigBee規范并不對老化路由和過(guò)期路由表條目進(jìn)行監管，因此一些ZigBee協(xié)議棧實(shí)現不會(huì )去除舊的路由表條目。一旦所有的路由表條目被占用，設備將不能再參與路由發(fā)現。如果協(xié)議棧無(wú)法老化或取代過(guò)期條目，應用層就應該加入自己的監管措施來(lái)實(shí)現。

7. 考慮固定信道操作

　　對于許多應用，即便是存在突發(fā)干擾，ZigBee網(wǎng)絡(luò )也可以可靠地工作在固定信道上。但是，對于那些必須與其它系統共同工作在同一頻段的系統，或者無(wú)法允許數據包偶然丟失的系統，則有必要支持信道的遷移。因為目前的ZigBee規范還沒(méi)有定義信道遷移機制，應用開(kāi)發(fā)商可以自行決定將網(wǎng)絡(luò )遷移到一個(gè)新信道的條件，并開(kāi)發(fā)相應的實(shí)現方案。

8. 克服尋址限制

　　在許多應用中，目前的網(wǎng)絡(luò )地址分配機制是足夠的。但是，為了防止地址重復的可能，更具魯棒性的ZigBee解決方案應具有復位網(wǎng)絡(luò )地址的能力(如協(xié)調器被替換時(shí))。

　　由于設備的網(wǎng)絡(luò )地址不可靠而且會(huì )變化(例如，一個(gè)加電周期或復位后設備無(wú)法找到其父設備)，應用層可能也需要一個(gè)能夠唯一識別每個(gè)節點(diǎn)的解決方案。

　　為了確保將數據發(fā)送到正確的設備上，包括MaxStream XBee在內的一些ZigBee解決方案依賴(lài)于唯一的64位地址。如果采用這樣的方案，應用層中就必須有相應的配置功能，以便在傳送數據之前將64位地址轉換成16位的網(wǎng)絡(luò )地址。

9. 測試

　　測試應該包括驗證系統如何對本文所述的應用場(chǎng)景反應。當路由器關(guān)掉時(shí)系統有什么反應？在工作信道上出現干擾時(shí)系統將如何執行？如果設備接收到一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )地址，該新地址如何被發(fā)現？需要重申的是，一些模塊和協(xié)議棧開(kāi)發(fā)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了解決這些問(wèn)題的配置方案，從而大大減輕了應用開(kāi)發(fā)商的開(kāi)發(fā)負擔。

本文小結

　　雖然ZigBee在前進(jìn)道路上面臨一些重要的問(wèn)題，但ZigBee聯(lián)盟具有堅強的毅力、偉大的領(lǐng)導力，還有大批為標準升級積極貢獻的優(yōu)秀設計師。即使是初級階段，能夠為設計師提供強大的網(wǎng)絡(luò )層功能和應用層靈活性的ZigBee規范的重要基礎工作也已經(jīng)完成。

　　由于在嵌入式設備領(lǐng)域中有著(zhù)強大的領(lǐng)導聯(lián)盟，ZigBee正成為嵌入式設備市場(chǎng)上的重要角色。目前ZigBee聯(lián)盟正在討論配置問(wèn)題以便增加ZigBee價(jià)值，并試圖解決ZigBee規范中尚未解決的許多遺留問(wèn)題。經(jīng)過(guò)ZigBee認證的模塊和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧正在開(kāi)始面市，他們提供強大的網(wǎng)狀解決方案，并有效地解決了目前ZigBee規范中存在的許多(即便不是全部)限制?，F在正是開(kāi)始開(kāi)發(fā)可靠的、低功率和更高性?xún)r(jià)比的ZigBee解決方案的時(shí)候了。