MCl3192無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計解析

　摘要 ZigBee技術(shù)是一種新興的無線通信技術(shù)，以低速率、低功耗、短距離而著稱，是目前研究的熱門技術(shù)。本文簡要介紹了ZigBee技術(shù)體系結(jié)構(gòu)與特點，以及基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢；重點介紹了一種采用符合ZigBee技術(shù)的射頻芯片MCl3192實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計方案，井對系統(tǒng)硬件接口電路與無線通信軟件流程作了說明。
　　關(guān)鍵詞 ZigBee技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 MCl3192 LPC2138
　　引 言
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點之一。應用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)有許多種（如藍牙技術(shù)、紅外技術(shù)和超帶寬無線通信技術(shù)等），推動了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。但是，在家庭控制、醫(yī)療護理和工業(yè)監(jiān)測應用中不需要很高的帶寬，需要的只是低延遲、低功耗；而如果使用現(xiàn)有的、過于復雜的無線通信技術(shù)，將非常耗電，占用過多的計算和通信資源。為滿足上述要求，ZigBee技術(shù)應運而生。ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標準的短距離無線通信技術(shù)，把低功耗、低成本作為重要目標，主要應用于低速傳輸，可以作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。
　　傳感器節(jié)點是組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單元，是構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺。ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常是一個微型嵌入式系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集、處理和傳送，是決定網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。本文采用Freescale公司的ZigBee無線收發(fā)射頻芯片MCl3192和Philips公司的32位ARM芯片LPC2138，完成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計，給出了軟、硬件設(shè)計方案，并且在硬件基礎(chǔ)上進行了結(jié)果分析。
　　1 ZigBee技術(shù)及其優(yōu)勢
　　ZigBee協(xié)議標準是由ZigBee聯(lián)盟與IEEE 802．15．4的任務(wù)小組來共同制定的，其協(xié)議棧主要由5層體系組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，物理層和MAC層標準主要由IEEE 802．15．4的任務(wù)小組完成；網(wǎng)絡(luò)層和安全層由ZigBee聯(lián)盟制定；應用層的開發(fā)則根據(jù)用戶的應用需要對其進行開發(fā)，用戶提供機動、靈括的組網(wǎng)方式。
　　ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，因為它具有以下優(yōu)點：功耗低。由于其傳輸速率低，發(fā)射功率儀為1mW，所以功耗很低；而且采用了休眠模式，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)五號電池就可以維持長達6個月～2年左右的使用時間。
　　
　　時延短。通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè)備的時延為30ms，休眠激活的時延為15ms，活動設(shè)備信道接人的時延為15ms。因此，ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制等應用。
　　網(wǎng)絡(luò)容量大。一個星型結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)最多可以同時存在100個獨立而且互相重疊覆蓋的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
　　安全可靠。采取了碰撞避免策略，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突；采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息；還提供了基于循環(huán)冗余校驗的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認證。
　　基于以上特點與優(yōu)勢，ZigBee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應用將有廣闊的發(fā)展空間。