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zigbee硬件设计
引言
当今世界通信技术迅猛发展,ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术,正有力地推动着低速率无线个人区域网络LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal work)的发展。ZigBee是基于IEEE ,强调简单易用、近距离、低速率、低功耗(长电池寿命)且极廉价的市场定位,可以广泛应用于工业控制、家庭自动化、医疗护理、智能农业、消费类电子和远程控制等领域。并且,基于ZigBee技术的网络特征与无线传感器网络存在很多相似之处,故很多研究机构已经把它作为无线传感器网络的无线通信平台。目前在蓝牙技术复杂,应用系统费用高,功耗高,供电电池寿命短,且还无法突破价格瓶颈的情况下,ZigBee技术无疑将拥有广阔的应用前景。
1 ZigBee的结构体系
相对于其他无线通信标准,ZigBee协议栈显得更为紧凑和简单。如图1所示,ZigBee协议栈的体系结构由底层硬件模块、中间协议层和高端应用层3部分组成。
ZigBee协议栈体系
底层硬件模块
底层硬件模块是ZigBee技术的核心模块,所有嵌入ZigBee技术的设备都必须包括底层模块。它主要由射频RF(Radio-Frequency)、ZigBee无线
RF收发器和底层控制模块组成。 ZigBee标准协议定义了两个物理层(PHY)标准, GHz物理层和868/915 MHz物理层。两个物理层都基于直接序列扩频DSSS技术,使用相同的物理层数据包格式;区别在于工作频率、调制方式、信号处理过程和传输速率。
底层控制模块定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口,提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据;物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。数据服务主要包括:激活和休眠射频收发器,收发数据,信道能量检
测,链路质量指示和空闲信道评估。
信道能量检测:为网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信号的功率强度,由于这个检测本身不需要进行解码操作,所以检测结果是有效信号功率和噪声信号功率之和。
链路质量指示:为MAC层或者应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质量信息。
与信道能量检测不同的是,它要对信号进行解码,生成一个信噪比指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一起提交给上层处理。
空闲信道评估:判断信道是否空闲。ZigBee协议标准定义了3种空闲信道评估模式:第一种是判断信道的信号能量,若信号能量低于某一个门限量,则认为信道空闲;第二种是判断无线信道的特征,这个特征主要包括两方面,即扩频信号和载波频率;第三种模式是前两种模式
的综合,同时检测信号强度和信号特征,给出信道空闲判断。
中间协议层
中间协议层由IEEE MAC子层、IEEE (LLC,Logical Link Contro1)子层、网络层NWK以及通过业务相关聚合子层SSCS(Service Specific Convergence Sublayer)协议承载的IEEE LLC子层(选用协议层)组成。
MAC子层:使用物理层提供的服务实现设备之间的数