基于802.15.4/ZigBee無線傳感器網絡節(jié)點的物理層設計
摘要： 無線傳感網絡和ZigBee都是目前研究的熱門對象。本文簡要介紹了基于IEEE 802.15.4/ZigBee的無線傳感網絡的主要優(yōu)勢,重點介紹了基于IEEE 802.15.4/ZigBee的傳感器節(jié)點模型以及可供選擇的幾款傳輸模塊芯片,并給出了一個實際的節(jié)點設計方案。
關鍵詞： 無線傳感網絡;802.15.4;ZigBee節(jié)點;無線傳感器
引言
以傳感器和自組織網絡為代表的無線應用并不需要較高的傳輸帶寬,但卻要求具有較低的傳輸延時和極低的功率消耗,使用戶能擁有較長的電池壽命和較多的器件陣列。IEEE802.15.4/ZigBee標準把低功耗、低成本作為主要目標,為傳感器網絡提供了互連互通的平臺。目前基于該技術的無線傳感器網絡的研究和開發(fā)得到越來越多的關注。
簡介
IEEE802.15.4規(guī)范是一種經濟、高效、低數(shù)據(jù)速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術,網絡層以上協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定,IEEE802.15.4負責物理層和鏈路層標準。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應用規(guī)范、應用會聚層、網絡層、以及數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。協(xié)議棧結構如圖1所示。
圖1 ZigBee協(xié)議棧結構
物理層
物理層采用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列擴頻)技術,可提供27個信道用于數(shù)據(jù)收發(fā)。IEEE802.15.4 定義了2.4GHz頻段和868/915MHz頻段兩種物理層標準。物理層的主要功能包括：激活和休眠射頻收發(fā)器,信道能量檢測,信道接收數(shù)據(jù)包的鏈路質量指示,空閑信道評估,收發(fā)數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)鏈路層
IEEE802系列標準把數(shù)據(jù)鏈路層分為媒質接入層MAC和邏輯鏈路控制層LLC。IEEE802.15.4的MAC子層支持多種LLC標準。MAC子層使用物理層提供的服務實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸;而LLC子層在MAC子層的基礎上,給設備提供面向連接和無連接的服務。MAC子層功能具體包括：協(xié)調器產生并發(fā)送信標幀,普通設備根據(jù)協(xié)調器的信標幀與協(xié)調器同步;支持PAN網絡的關聯(lián)和取消關聯(lián);支持無線信道的通信安全;使用CSMA-CA機制;支持保護時隙(GTS)機制;支持不同設備的MAC層之間的可靠傳輸。LLC子層功能包括：傳輸可靠性保障和控制;數(shù)據(jù)包的分段與重組;數(shù)據(jù)包的順序傳輸。
