经济和低功率的ZigBee无线方案

ZigBee无线技术和IEEE802.15.4能为功率受制约的无线应用提供所需的成本、性能和可靠性要求。由于ZigBee的技术优点和商业潜能，它已获得广泛的业内支持。

　　ZigBee无线技术和IEEE802.15.4标准

ZigBee适合于大量的应用，包括工业监视和控制、家庭和建筑物自动化、传感器网络、医疗和汽车方案。ZigBee无线技术构建在IEEE 802.15.4标准上(图1)，专门设计能提供经济、标准化和灵活无线网络，为低到中等数据率控制和监视应用提供低功耗、可靠性、彼此协作性和安全性支持。

ZigBee无线技术于2004年12月批准，2005年6月公布有效。它规定IEEE 802.15.4 PHY和MAC层上的网络、安全和应用层。ZigBee Alliance 也提供互操作性和一致性测试规范。ZigBee网络层担负设备发现和网络配置，并支持三种网络拓扑(星，树和网状)

IEEE 802.15.4 标准于2003年5月批准，它规定在868MHz(欧洲)、915MHz(美国)和2.4GHz(世界范围)ISM频段的物理(PHY)和媒体访问控制(MAC)层，使其能在区域或全球推广应用。空中接口是采用BPSK(868 /915 MHY PHY)和O-QPSK(2.4GHz PHY)的DSSS(直接序列散布频谱)。868/915 MHz PHY和2.4GHz PHY 的数据率分别是20/40 kb/s和250kb/s

IEEE 802.15.4 MAC子层用CSMA-CA方法控制到无线信道的访问和处理网络分离和MAC层安全(AES-128加密基)。它也担负经数据分组、帧确认和网络同步确认和重新传输的流量控制并支持鲁棒链路工作的上层。IEEE802.15.4标准采用64位IEEE和16位短地址，理论上支持超过每个网络65000节点。

靠有效规模可以实现低成本ZigBee方案，这是因为IEEE802.15.4性能指标已集中在高集成和低成本、低功率硅(ＣＭＯＳ)方案的开发上。

ZigBee/IEEE 802.15.4 技术具有低功率工作特性。功率节省特性包括：

·非常低占空比工作；

·严格的电源管理；

·低的传输额外损耗；

·相当低的传输输出功率；

·高效率功率放大器设计的恒定包络调制；

·具有低信噪要求的调制方法；

·相当放宽的信道间距和屏蔽要求。

　　硅集成方案

系统设计几个可选择方案可针系统设计几个可选择方案可针对各种各样的未端用户应用、元件爱好和已有的设计平台。

一种方案是依赖于集成无线收发器(提供PHY功能，某些情况下，选择MAC的1小部分)和包含MAC、网络、应用层的微控制器(MCU)的组合(见图2)。在这种方法中可缩放和易于修改的ZigBee系统实现可以满足宽范围的应用。在这样分配下，可以选择RF收发器和MCU完全地适合应用要求和以前的设计经验或已有的硬件/软件平台。

大量ZigBee基无线用户应用将采用最佳设计的IEEE802.15.4依从的SoC硅器件，这能够降低应用系统成本和设计复杂性，而不用兼顾IEEE802.15.4 /ZigBee技术的技术指标。

实现真正的SoC方案，即集成所有工作功能(如无线收发器，数据处理单元，存储器和用户应用功能)在单片硅片上，具有功能、成本和上市快的显著优越性。实现较低功率下的高性能是由于专用片上功能的内部配合的最小化开销。最小的系统BOM、更小的占位空间和更少的元件、更简单的组装和测试以及容易和可靠的设计得到低制造成本和快上市的特点。

　　结语

基于低功率无线网络的应用除了巨大的商业潜能外，在私人和公用环境中具有增加安全和方便性的能力。ZigBee对经济的低功率无线方案具有技术性能和工业支持。ZigBee系统设计可依赖于IEEE 802.15.4 /ZigBee定制的无线收发器、微控制器和SoC器件。(鲁)