經(jīng)濟(jì)型低功率ZigBee無線解決方案
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ZigBee無線技術(shù)和IEEE802.15.4能為功率受制約的無線應(yīng)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(nèi)支持。
ZigBee無線技術(shù)和IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)
ZigBee適合于大量的應(yīng)用，包括工業(yè)監(jiān)視和控制、家庭和建筑物自動(dòng)化、傳感器網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療和汽車方案。ZigBee無線技術(shù)構(gòu)建在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)上(圖1)，專門設(shè)計(jì)能提供經(jīng)濟(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化和靈活無線網(wǎng)絡(luò)，為低到中等數(shù)據(jù)率控制和監(jiān)視應(yīng)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無線技術(shù)于2004年12月批準(zhǔn)，2005年6月公布有效。它規(guī)定IEEE 802.15.4 PHY和MAC層上的網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用層。ZigBee Alliance 也提供互操作性和一致性測試規(guī)范。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層擔(dān)負(fù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)配置，并支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?星，樹和網(wǎng)狀)。
IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)于2003年5月批準(zhǔn)，它規(guī)定在868MHz(歐洲)、915MHz(美國)和2.4GHz(世界范圍)ISM頻段的物理(PHY)和媒體訪問控制(MAC)層，使其能在區(qū)域或全球推廣應(yīng)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(shù)據(jù)率分別是20/40 kb/s和250kb/s
IEEE 802.15.4 MAC子層用CSMA-CA方法控制到無線信道的訪問和處理網(wǎng)絡(luò)分離和MAC層安全(AES-128加密基)。它也擔(dān)負(fù)經(jīng)數(shù)據(jù)分組、幀確認(rèn)和網(wǎng)絡(luò)同步確認(rèn)和重新傳輸?shù)牧髁靠刂撇⒅С拄敯翩溌饭ぷ鞯纳蠈印?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/IEEE802.15.4">IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)采用64位IEEE和16位短地址，理論上支持超過每個(gè)網(wǎng)絡(luò)65000節(jié)點(diǎn)。
靠有效規(guī)?？梢詫?shí)現(xiàn)低成本ZigBee方案，這是因?yàn)镮EEE802.15.4性能指標(biāo)已集中在高集成和低成本、低功率硅(CMOS)方案的開發(fā)上。
ZigBee/IEEE 802.15.4 技術(shù)具有低功率工作特性。功率節(jié)省特性包括：
- 非常低占空比工作；
- 嚴(yán)格的電源管理；
- 低的傳輸額外損耗；
- 相當(dāng)?shù)偷膫鬏斴敵龉β剩?/li>
- 高效率功率放大器設(shè)計(jì)的恒定包絡(luò)調(diào)制；
- 具有低信噪要求的調(diào)制方法；
- 相當(dāng)放寬的信道間距和屏蔽要求。
硅集成方案
系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾個(gè)可選擇方案可針系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾個(gè)可選擇方案可針對各種各樣的未端用戶應(yīng)用、元件愛好和已有的設(shè)計(jì)平臺。
一種方案是依賴于集成無線收發(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(yīng)用層的微控制器(MCU)的組合(見圖2)。在這種方法中可縮放和易于修改的ZigBee系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可以滿足寬范圍的應(yīng)用。在這樣分配下，可以選擇RF收發(fā)器和MCU完全地適合應(yīng)用要求和以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或已有的硬件/軟件平臺。
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實(shí)現(xiàn)真正的SoC方案，即集成所有工作功能(如無線收發(fā)器，數(shù)據(jù)處理單元，存儲(chǔ)器和用戶應(yīng)用功能)在單片硅片上，具有功能、成本和上市快的顯著優(yōu)越性。實(shí)現(xiàn)較低功率下的高性能是由于專用片上功能的內(nèi)部配合的最小化開銷。最小的系統(tǒng)BOM、更小的占位空間和更少的元件、更簡單的組裝和測試以及容易和可靠的設(shè)計(jì)得到低制造成本和快上市的特點(diǎn)。
結(jié)語
基于低功率無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(jì)的低功率無線方案具有技術(shù)性能和工業(yè)支持。ZigBee系統(tǒng)設(shè)計(jì)可依賴于IEEE 802.15.4 /ZigBee定制的無線收發(fā)器、微控制器和SoC器件。
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