SoC降低ZigBee节点成本(05-100)

　　众所周知,像Bluetooth和WLAN这样的标准是不适合用于低功率嵌入式传感器网络应用中的。这是因为这些标准都需要较高的节点成本及复杂且耗电的RF-ICs和协议。然而,ZigBee却是唯一一个明确定位于无线监控应用典型需要的标准。

　　* 大量的节点/传感器使无线解决方案成为必要

　　* 极低的系统/节点成本

　　* 使用廉价的电池可工作数年;这需要极低功耗的RF-ICs和协议。

　　* 节点间的链路必须安全可靠

　　* 网络必须易于配置

　　* 传感器节点所发出的信息总量有限,因此所需通信链路的数据传输速率也处于较低或中等水平。

　　* 低占空比的定期发送或间歇性发送(低功耗)是该网络通信的特点,传感器节点通常会保持长时间的静止状态。

　　* 提供全球性的解决方案

　　表2 进行了ZigBee 与Bluetooth和WLAN的比较,从表中可以看出这些标准在很大程度是相互补充的。例如,Bluetooth 适合于ad-hoc网络,可以取代电缆,再如手机的无线手持解决方案,传输图形/图片和中等大小的文件。WLAN适用于传输或下载大数据量的文件。而ZigBee适用于传输以静态为主,节点繁多但每个节点仅需以较低的占空比发射有限数据的网络。

　　表2 ZigBee与 WLAN 和 Bluetooth的比较

　　IEEE 802.15.4

　　IEEE 802.15.4标准定义其物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)即可用于全球统一的2.4GHz波段上也可以用于具有区域性的868MHz或915MHz波段上。

　　IEEE802.15.4 中无线信道的接入方式采用载波监听多路检测-碰撞避免(CSMA-CA)。支持

　　竞争模式和非竞争模式两种接入方式。IEEE802.15.4标准使用64位的IEEE地址和16位网络地址,理论上提供了每个网络高到65536个节点。

　　IEEE 802.15.4所规定的数据传输调制方式描绘如下：每一个数据字节的低四位和高四位分别经由16位伪随机序列调制,形成32码片的数据流。每个码片会转换成一个半正弦波进入数字偏置四相相移键控(offset-QPSK)调变器,这样的处理方式提供了具有250Kbps数据传输率和2Mchip/s传码率的高效的直接序列扩频(DSSS)调变。这种恒定包络调制方式可等效为最小频移键控以达到相关非线性功率放大器设计简单,低成本的效果。

　　PHY所包括的功能有接收强度监测(ED),链路质量指示(LQI)和空闲信道评估(CCA)。

　　IEEE 802.15.4 MAC子层的作用:

　　· 初始化 个人区域网络(PAN)

　　· 在网络中发射信标(可选)

　　· 信标同步(可选)

　　· 网络的建立及断开

　　· 支持MAC层安全(AES-128 加密)

　　· 信道接入使用CSMA-CA机制

　　· 数据包应答及重发

　　· FCS(Frame Check Sequenc)计算与检测

　　· 在两个同等MAC实体间提供可靠的链路。即为进行传输数据,提供具有可靠链路的高层(如ZigBee网络层)。