經(jīng)濟型低功率ZigBee無線解決方案
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ZigBee無線技術和IEEE802.15.4能為功率受制約的無線應用提供所需的成本、性能和可靠性要求。由于ZigBee的技術優(yōu)點和商業(yè)潛能，它已獲得廣泛的業(yè)內(nèi)支持。
ZigBee無線技術和IEEE802.15.4標準
ZigBee適合于大量的應用，包括工業(yè)監(jiān)視和控制、家庭和建筑物自動化、傳感器網(wǎng)絡、醫(yī)療和汽車方案。ZigBee無線技術構建在IEEE 802.15.4標準上(圖1)，專門設計能提供經(jīng)濟、標準化和靈活無線網(wǎng)絡，為低到中等數(shù)據(jù)率控制和監(jiān)視應用提供低功耗、可靠性、彼此協(xié)作性和安全性支持。
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ZigBee無線技術于2004年12月批準，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、安全和應用層。ZigBee Alliance 也提供互操作性和一致性測試規(guī)范。ZigBee網(wǎng)絡層擔負設備發(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡配置，并支持三種網(wǎng)絡拓撲(星，樹和網(wǎng)狀)。
IEEE 802.15.4 標準于2003年5月批準，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)絡分離和MAC層安全(AES-128加密基)。它也擔負經(jīng)數(shù)據(jù)分組、幀確認和網(wǎng)絡同步確認和重新傳輸?shù)牧髁靠刂撇⒅С拄敯翩溌饭ぷ鞯纳蠈印?a class="contentlabel" href="http://yuyingmama.com.cn/news/listbylabel/label/IEEE802.15.4">IEEE802.15.4標準采用64位IEEE和16位短地址，理論上支持超過每個網(wǎng)絡65000節(jié)點。
靠有效規(guī)?？梢詫崿F(xiàn)低成本ZigBee方案，這是因為IEEE802.15.4性能指標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；
- 嚴格的電源管理；
- 低的傳輸額外損耗；
- 相當?shù)偷膫鬏斴敵龉β剩?/li>
- 高效率功率放大器設計的恒定包絡調(diào)制；
- 具有低信噪要求的調(diào)制方法；
- 相當放寬的信道間距和屏蔽要求。
硅集成方案
系統(tǒng)設計幾個可選擇方案可針系統(tǒng)設計幾個可選擇方案可針對各種各樣的未端用戶應用、元件愛好和已有的設計平臺。
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、應用層的微控制器(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)實現(xiàn)可以滿足寬范圍的應用。在這樣分配下，可以選擇RF收發(fā)器和MCU完全地適合應用要求和以前的設計經(jīng)驗或已有的硬件/軟件平臺。
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實現(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，存儲器和用戶應用功能)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計得到低制造成本和快上市的特點。
結語
基于低功率無線網(wǎng)絡的應用除了巨大的商業(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)濟的低功率無線方案具有技術性能和工業(yè)支持。ZigBee系統(tǒng)設計可依賴于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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