CC2530和FPGA的新型无线网络节点设计

摘要：采用ZigBee协议组成无线网络，设计出可以自动接入该无线网络的节点，使用了基于ZigBec技术的CC2530芯片和FPGA。摒弃了以往采用MCU控制CC2530的方式，对本身具有8051内核的CC2530芯片进行更大限度地利用。详细地论述了一种新型无线网络节点的设计方法，实现了可靠和高速的无线网络数据传输，具有操作方便快捷、低功耗和便于移动的优点。
关键词：ZigBec；CC2530；FPGA；无线网络

引言
在当今的技术领域，使用ZigBee协议进行组网正趋向于成熟。使用ZigBee技术，可以简单地组建一个广泛适用、稳定可靠的无线网络，这种网络由多个具有计算处理、无线通信、传感技术以及控制能力的单节点构成。ZigBee技术利用全球公用的公共频率2．4 GHz，应用于监视、控制网络时具有低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远等特点。无线网络根据应用环境和要求的不同有着不同的种类划分，在医疗、保健、化学处理和灾难救助等领域应用广泛。并且静态节点和动态节点随社会发展开始相互结合，使得整个网络更加灵活。本文设计了一种无线网络节点，在静态的无线网络结构中能动态地作为一个节点参与组网，不再采用MCU控制以CC2530为主芯片的模块的方式，而采用CC2530与FPGA相互传输控制；使用CC2530所具有的ZigBee协议进行互联，实现一种新型的动态无线网络节点的设计。

1 网络协议与结构
1．1 ZigBee协议
ZigBee是以IEEE 802．15．4无线标准为基础开发的无线传感器网络协议，是IEEE第一种用于传感器与制动器等监测和控制应用的开放无线标准。无线传感器网络由许多功能相同或不同的传感器节点组成，而每个传感器节点由数据采集、数据处理和控制、通信和电源4个模块组成。节点在网络中负责完成数据的采集、收发和转发。作为ZigBee协议网络节点，需要有IBEE 802．15．4标准的PHY和MAC层，这两层组成了控制和数据传输的架构，ZigBee层架构如图1所示。

ZigBee在底层具有OSI模型开始的两层架构，物理层(PHY)定义了无线射频特征，支持2种不同的信号：2450 MHz和868／91 5 MHz。本文使用的频段在2．4GHz ISM。IEEE 802．1 5．4标准允许在这个全球频段内使用250 kbps的数据速率，还可以提供1 6个不同的信道。而介质访问控制层(MAC)负责相邻设备间的单跳数据通信，它与网络层连接，经过相互协调和数据传送来工作，也建立设备间的单跳数据通信的协调、关联和安全。网络层(NWK)支持的网络拓扑有星型、树型和网格型。应用层则包括APS子层、ZDO和管理平台以及应用对象架构。由ZigBee架构可知它们的相互关联：安全服务提供层(SSP)保护了应用层、网络层(NWK)和介质访问控制层(MAC)，由此建立起了安全机制；而安全服务提供层(SSP)则是通过ZDO和管理平台进行初始化和配置的，要求实现高级加密标准。
1．2 无线网络结构
ZigBee网络由一个中心协调器(Coordinator)和多个路由器(Router)组成。路由器在网络中为全功能节点(Full Function Device)，和选配的终端节点(End Device)一起组成了ZigBee网状网。ZigBee网状网拓扑结构如图2所示。