SoC降低ZigBee節點成本(05-100)

　　眾所周知,像Bluetooth和WLAN這樣的標準是不適合用于低功率嵌入式傳感器網絡應用中的。這是因為這些標準都需要較高的節點成本及復雜且耗電的RF-ICs和協議。然而,ZigBee卻是唯一一個明確定位于無線監控應用典型需要的標準。

　　* 大量的節點/傳感器使無線解決方案成為必要

　　* 極低的系統/節點成本

　　* 使用廉價的電池可工作數年;這需要極低功耗的RF-ICs和協議。

　　* 節點間的鏈路必須安全可靠

　　* 網絡必須易于配置

　　* 傳感器節點所發出的信息總量有限,因此所需通信鏈路的數據傳輸速率也處于較低或中等水平。

　　* 低占空比的定期發送或間歇性發送(低功耗)是該網絡通信的特點,傳感器節點通常會保持長時間的靜止狀態。

　　* 提供全球性的解決方案

　　表2 進行了ZigBee 與Bluetooth和WLAN的比較,從表中可以看出這些標準在很大程度是相互補充的。例如,Bluetooth 適合于ad-hoc網絡,可以取代電纜,再如手機的無線手持解決方案,傳輸圖形/圖片和中等大小的文件。WLAN適用于傳輸或下載大數據量的文件。而ZigBee適用于傳輸以靜態為主,節點繁多但每個節點僅需以較低的占空比發射有限數據的網絡。

　　表2 ZigBee與 WLAN 和 Bluetooth的比較

　　IEEE 802.15.4

　　IEEE 802.15.4標準定義其物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)即可用于全球統一的2.4GHz波段上也可以用于具有區域性的868MHz或915MHz波段上。

　　IEEE802.15.4 中無線信道的接入方式采用載波監聽多路檢測-碰撞避免(CSMA-CA)。支持

　　競爭模式和非競爭模式兩種接入方式。IEEE802.15.4標準使用64位的IEEE地址和16位網絡地址,理論上提供了每個網絡高到65536個節點。

　　IEEE 802.15.4所規定的數據傳輸調制方式描繪如下：每一個數據字節的低四位和高四位分別經由16位偽隨機序列調制,形成32碼片的數據流。每個碼片會轉換成一個半正弦波進入數字偏置四相相移鍵控(offset-QPSK)調變器,這樣的處理方式提供了具有250Kbps數據傳輸率和2Mchip/s傳碼率的高效的直接序列擴頻(DSSS)調變。這種恒定包絡調制方式可等效為最小頻移鍵控以達到相關非線性功率放大器設計簡單,低成本的效果。

　　PHY所包括的功能有接收強度監測(ED),鏈路質量指示(LQI)和空閑信道評估(CCA)。

　　IEEE 802.15.4 MAC子層的作用:

　　· 初始化 個人區域網絡(PAN)

　　· 在網絡中發射信標(可選)

　　· 信標同步(可選)

　　· 網絡的建立及斷開

　　· 支持MAC層安全(AES-128 加密)

　　· 信道接入使用CSMA-CA機制

　　· 數據包應答及重發

　　· FCS(Frame Check Sequenc)計算與檢測

　　· 在兩個同等MAC實體間提供可靠的鏈路。即為進行傳輸數據,提供具有可靠鏈路的高層(如ZigBee網絡層)。