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一种新的无线组网络

时间:01-11 来源:《单片机与嵌入式系统应用》 点击:

接等领域。

一般而言,满足如下一些特点的应用场合,是Zigbee应用极具优势的地方:

① 需要无线通信交换信息的低成本装置;

② 数据的交换量较小、传输的速率要求不高;

③ 功耗要求极低,采用电池供电且需要维持较长时间;

④ 需要多个(尤其是大量)设备组成无线通信网络,主要进行监测和控制的场合。

依据Zigbee联盟和参与联盟的主要厂商的基本设想,产品应提供一站式的解决方案,以方便应用,使那些不熟悉RF技术的人员也能迅速上手。因此其产品不仅提供RF的无线信道解决方案,同时其内置的协议栈将Zigbee的通信、组网等无线沟通方面的工作已完全由产品实现,用户只需要根据协议提供的标准接口进行应用软件编程。由于协议栈的简化,完成Zigbee协议的内嵌处理器一般可采用低价低功耗的8位MCU。

Chipcon公司推出的高度整合的系统级射频收发器CC2430,如图3所示,集成了RF前端、128 KB闪存、8 KB RAM以及8051八位MCU核;另外还集成了模数转换器(ADC)、定时器、AES128协同处理器、看门狗、32 kHz晶振休眠定时器、上电复位和掉电检测电路,以及21个可编程I/O引脚。使这款产品就是一个具备Zigbee功能的SoC,可用于各种Zigbee无线网络节点,包括协调器、路由器和终端设备等。

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此外,不少厂商也推出了Zigbee的产品和全套解决方案。如Freescale公司发布的低功耗2.45 GHz集成射频器件MC13192,包含802.15.4物理层,支持星型和网状网络,并在一个配套的MCU上实现Zigbee的协议栈;传输速率为250 kbps,采用正交QPSK调制和直接序列扩频编码,通过1个四线串行接口与MCU通信。Helicomm公司推出的IPLink 1200 Zigbee开发工具和产品,包含符合802.15.4标准的2.4 GHz射频组件、低功耗的8位微控制器、Zigbee网络软件和全波长天线,每次接力通信都能在75 m范围内提供250 kbps的速率;支持最新的RS232mesh透明串行模式,能在网状或多次跳接(multihop)无线网络内支持串行数据路由,速率最高可达38.4 kbps。

可以看出,一些国际著名的半导体厂商已在积极推出Zigbee产品,有望在今后一段时间通过商业化推进,使Zigbee产品应用得到极大扩展。但同时,也有一些RF厂商在发展自己的专有产品,如Zensys公司就积极推进它的ZWave无线协议,尤其在家庭自动化领域与其争夺市场;另外,Dust公司坚持使用自己的技术;Ember公司虽然大举进军Zigbee领域,但也计划继续提供自己的专有EmberNet技术。可以说,Zigbee的应用并非一片坦途,需要Zigbee联盟及厂商的持续努力和市场的广泛认同。

2 与其他几种无线通信技术的比较

目前,市场上的近距离无线通信技术主要有无线局域网WiFi、蓝牙和一些专用标准(如Adhoc网等)的产品。一些大公司为开拓市场和应用领域,也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准,如无线USB、超宽带通信UWB和WiMax等。下面对这些技术作一些简要介绍和比较。

蓝牙技术发展从1999年起已经历了多个年头,一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。目前主要应用在无线耳机等不需要很高传输带宽的领域,且互通性方面也存在问题。

WiFi在Intel的大力支持下,借迅驰处理器迅速占领市场;采用IEEE 802.11b标准,使用2.4 GHz直接序列扩频,最大数据传输速率为11 Mbps,并可根据信号强弱把传输率调整为5.5 Mbps、2 Mbps和1 Mbps带宽;采用最新的802.11g时,速率可达54 Mbps,是目前应用最广的无线网络传输协议。

借助USB在PC上的广泛应用,无线USB也受Intel、HP、微软等几家PC领域大公司的力推,已于近期制定了无线USB规范。使用WiMedia联盟的MBOFDM超宽带MAC和PHY层,通信距离在3~10 m,最高速率在480 Mbps,有望短期内在PC周边设备的无线连接上得到大量应用。

UWB是一种未来短距离宽带无线传输技术。由于未采用通常无线收发中的载波调制技术,因此它不需要混频、过滤和射频/中频转换模块,实现了低成本、低功耗和高带宽性能。目前有两大技术阵营竞争技术标准,预期的通信距离5~10 m,速率甚至可高达1 Gbps,非常适合于家用消费电子产品之间的大容量数据传输。

作为WiFi下一代技术的WiMax,被设想成一项无线城域网接入技术,在传输距离和速度方面均胜过WiFi,最高接入速率为70 Mbps,信号传输半径可达到50 km。图4是以上几种无线通信技术的速率/距离比较。

从图4中看,主要的无线技术都集中在1 Mbps以上的速率,新的标准还在追求更快的速率;而Zigbee恰恰是填补低速率端无线通信技术的空缺,

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