BEERU简化短距离无线应用

对于短距离无线应用来说，网络架构包括一对一的网络、星型或树型或网状网络等复杂网络。不过，大部分应用只需一对一的系统就已足够，其次是一对多的星型网络。至于树型或网状等复杂网络，则是大型系统的应用，需求上偏少。使用无线传输对于工程师而言，有几个技术问题需要解决，即如何避免数据传送错误，如何抗干扰，以及传输距离远近和传输带宽等相关问题。

如果环境中只有一对一传输，则是很简单的系统，但当环境中出现多组一对一传输时，就必须有传输错误与干扰的处理机制。要避免数据传送错误，就需要使用配对机制，将发射器与接收器配成一对，发射器和接收器均以ID或地址的方式编号，让双方都只认识对方，使用这种方式沟通就可避免传输错误。而发射器和接收器侧就必须有ID或地址的过滤器(可由固件或硬件实现)，只接收正确的设备进入系统。如将系统扩充为一对多的星型网络，则必须加入群组的概念：同一群组有相同的组ID，在群组中要有一个主控端和多数的从属端。主控端为群组的管理者，并拥有组ID；加入群组的从属端必须与主控端配对，主控端应将组ID传给从属端。由于每一组的组ID不同，它就不会与其它组发生传输错误的情形，让通信以群组的方式沟通。

如有干扰发生时，可以使用下列几种方式来抗干扰。使用跳频扩频(FHSS)或直接序列扩频(DSSS)这两种方法，均可以增加抗干扰能力；在系统可允许的延迟内，加入应答与重传的机制，可以让传输的质量更好，增加系统的抗干扰能力；另外，也可选择适当的频率，较少干扰源的频率可以降低干扰发生的机率。

射频芯片设计公司笙科电子(AMICCOM)，为了缩短工程师开发无线应用项目的时间，在近期推出了2.4GHz DSSS通信应用的平台，该平台称为BEERU(ZigBEE Radio Unit)。该平台为使用者提供了固件通信协议，该协议符合Zigbee/RF4CE标准。使用者可以利用BEERU提供的简易函数库，完成无线应用产品开发。这样，工程师仅需专注于应用层的开发。BEERU提供的简单C语言函数库，包含了配对、解除配对、数据传送与数据接收4个主要函数。这样，利用该函数库便可完成整个无线通信协议(此协议就是RF4CE协议，并已包含NWK层、MAC层和PHY层)。

BEERU套件为一对一的展示，包含一个遥控器、一个接收器(可以使用UART串口或USB虚拟COM口与PC连接)以及PC端的应用程序(图1)。虽然BEERU套件为一对一的展示，但范例程序无需任何修改，便可直接使用一对五的星型网络。使用者可将自行设计的遥控器与接收器配对，并可将5个遥控器加入网络中。在接收器端也支持UART串口。在验证初期，使用者可以连接自己的系统，在UART串口上解读数据，完成遥控的系统。笙科亦提供了BEERU模块与参考设计，使用者可以直接连接自己的系统上使用。

图1：BEERU套件。

BEERU平台协议是使用Zigbee/RF4CE的标准，故节点都是采用64位长度的IEEE地址(或称为长地址)。接收器为主控端，遥控器位从属端。每个群组ID长度为16位，称为PAN ID。当接收器执行冷启动时，会经由内部的随机数产生器与函数产生。故每个接收器拥有不同的PAN ID。当遥控器与接收器配对时，双方使用长地址进行配对。接收器接收配对时，会产生一组短地址(16位)，并将PAN ID与短地址传给遥控器，尔后，接收器与遥控器都使用PAN ID与短地址通信。

图2：A7153内部方框图。

BEERU平台使用了笙科电子的A7153芯片(图2)。A7153是2.4GHz的射频收发芯片，支持IEEE802.15.4标准定义的PHY层与MAC层。IEEE802.15.4的PHY层是使用DSSS的调制方式，所以BEERU本质上就具有良好的抗干扰能力。A7153内置硬件地址过滤器，可减少固件的执行负荷。BEERU所使用的频率是2425/2450/2475MHz(IEEE802.15.4通道15,20,25)，这三个频率是挑选过的适当频率，可以减少WIFI干扰的机会(图3)。

图3：IEEE802.15.4(Zigbee)与IEEE802.11(WIFI)使用的频率与占用带宽。

如果干扰真的发生，BEERU内置的载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)机制的沟通方式，可实现自动应答与自动重传。BEERU在发射前会先确认通道是否被占用，如被占用就随机等待一段时间后再发射。如发射后遇到干扰，遥控器没有收到接收器的响应，会在同一频率再发射1次(最多发射4次)，直到接收到响应为止。如未收到响应，它将改变频率再发射一次，并在3个频率点周而复始地发射，直到接收到响应。以范例程序而言，当发射3秒后，他将终止发射，在3秒内大约会重传300次，使用者可依据自己的系统需求，设定终止时间。为了增加使用电池的使用时间，BEERU提供的函数可将发射功率变小，以达