基于MC13192的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計
東南大學 許森 黃東 丁維明
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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)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Zig-Bee無線收發(fā)射頻芯片MC13192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(yīng)用層的開發(fā)則根據(jù)用戶的應(yīng)用需要對其進行開發(fā),用戶提供機動、靈活的組網(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)射功率僅為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30 ms,休眠激活的時延為15 ms,活動設(shè)備信道接人的時延為15 ms。因此,ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制等應(yīng)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(yīng)用將有廣闊的發(fā)展空間。
2 MC13192芯片與LPC2138芯片簡介
