如何选择正确的无线协议：802.15.4、zigbee以及专有网络对比

应考虑的一些硬件和应用问题，其中包括系统的物理规模、传输距离、成本预算、功耗预算，以及应用特性（如要求语音识别或用户接口）等。只有回答了这些问题，我们才能确定采用何种无线协议，才能明确支持何种微控制器特性。在超低功耗协议设计中应考虑的关键硬件选择标准如图 5所示。

　　上述选择标准适用于本文所讨论的有关协议，也是在实施最终解决方案评估硬件时可借鉴的重要依据。我们还应处理一些系统级问题，如硬件的物理尺寸，因为这会限制MCU和/或无线电的选择。在某些情况下，在单个器件上集成了MCU和无线电的片上系统（SOC）是一款具有最佳尺寸与特性的解决方案。而在其它情况下，尺寸的限制意味着支持集成模拟功能的 ADC 等会决定 MCU 的选择。此外，硬件的选择还会受到协议本身对存储器和 MCU 资源要求的影响。如果协议实施的资源要求对MCU的应用性能有一定局限，那么设计人员就可选择专门用来支持实施方案的无线应用处理器，如zigbee 协议栈处理器，这样就能让"应用"MCU来实施定制应用功能。

　　在详细讨论协议之前，图 6 以 MSP4304618 MCU 和 CC2420 无线电广播为例显示了协议的范例编制，使读者对实际实施中的内存占用情况有个一般性的了解。

　　802.15.4

　　802.15.4 标准是由 IEEE 802.15第4任务组 （IEEE 802.15 Task Group 4） 开发的低功耗无线网络标准。原始标准于 2003 年发布，后经修改由 2006 年版取代。随着越来越多的电子设计人员要求一种适用于低复杂性、低数据速率以及（大多数情况下）电池供电应用的实施方案，该标准应运而生。具休而言，开发该标准旨在面向家庭自动化、工业控制、农业以及安全监控等领域的应用。包括 zigbee和 zigbee Pro 等在内的若干种其它协议也采用 802.15.4 作为物理层和数据链路层。

　　也有人将 802.15.4 标准称为 MAC，即媒体接入控制 （Medium Access Control） 标准，因为其可定义网络中任意两个对等设备的通信协议。从概念上讲，我们能够以全功能设备 （FFD） 或简约功能设备 （RFD） 的方式实施802.15.4 个人局域网 （PAN） 中的设备。FFD 节点具备网络协调器的能力，一般由主电源供电。不过由于每个星型配置的 PAN 只能有一个 FFD 节点，所以 FFD 一般不会始终用作网络协调器。FFD 可用作通用节点。RFD 节点在设计上相对简单，因而不能充分发挥网络协调器的全部功能，只能与 FFD 节点通信。RFD 节点对于应用的实施要求很低，从而可降低 IC 的成本，有可能作为应用中启用传感器或制动器的节点，而且由于运行占空比极低，也比较有可能适合采用电池供电。如错误！未找到引用源。 所示，若 FFD 协调器向子节点之一（也必须为 FFD）分配新的 PAN 标识 （PAN ID） 后就能够对 802.15.4 网络的星型拓朴进行扩展，从而创建仅有协调器节点才可以交换信息的 PAN 群集。注意该标准不直接支持路由。

　　通过定义两个节点之间的通信，如网络管理基础，802.15.4 标准可为开发 zigbee 等更高级别的网络实施提供灵活的基础。

　　虽然 802.15.4 标准是开发更高级别网络的良好基础，但其存在一定的复杂性，这在适当的应用考虑条件下，可以直接当作一种可靠的通信方式进行部署。一般来说，如果要满足下列要求，设计人员应考虑采用802.15.4 标准：

　　要求采用业界标准化的物理层与较低层协议

　　可自由设计自己的较高层协议

　　能够灵活选择各种硬件与较低层软件厂商

　　具备物理层与较低协议层的互操作性

　　实现较低的设计与开发成本

　　由第三方厂商/供应商提供支持与维护

　　且愿意接受下列劣势：

　　需要设计与开发较高层协议和应用

　　根据标准会存在无线电广播通道限制

　　为便于理解这些应用级考虑事项符合 802.15.4 标准的原因，对协议本身的稳健性、可靠性以及总体实施进行分析非常重要。图 8 是该协议层的概念组织结构与先前讨论的 OSI 模型的比较。

　　实际上，"媒体接入控制"仅指 802.15.4 标准的数据链路层。物理层，也称为 PHY 层，能够定义无线电广播设备间在欧洲（868 MHz）、美国（915 MHz）以及世界范围（2.4 GHz）工业、科学以及医疗（ISM）频带上工作的物理链接。PHY 层可通过 DSSS RF 调制方案最终提供节点之间的数据传输服务，并设定 868/915MHz 通道的数据速率为 20 kbps 或 40kbps，2.4 GHz 通道的工作数据速率为 250kbps。此外，PHY 层还可规定网络节点的特性要求，如接收机功率检测、链接质量指示、无干扰通道评估以及寻址方案（包含 64 位 IEEE 寻址和 16 位网络地址，可在网络中设定 64，000 个节点）。