无线传感器网络协调器的研究和设计

2009-11-10 19:23:21来源: 单片机与嵌入式系统 关键字:无线传感器  ZigBee  网络  协调器

1 概 述

  无线通信的方式有多样,与蓝牙、Wi-Fi、GSM移动通信方式相比,ZigBee联盟制定的 ZigBee方式具有功耗低、数据传输可靠、兼容性好、实现成本低以及组网方便的优点,非常适合低速率传输的无线传感器网络。ZigBee联盟成立于 2001年,2002年Invensys公司、三菱电气公司、摩托罗拉公司以及飞利半导体公司加盟,现在正迅速发展壮大。该联盟在基于IEEE 802.15.4的PHY层、MAC层及数据链路层之上,研究开发适合无线传感器网络的其他高层协议。

  物理层的2个标准是2.4 GHz和868/915 MHz,都基于直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spec-trum)技术,使用相同的物理层数据包格式。2.4 GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段,有助于ZigBee设备的推广和生产成本的降低。它的物理层通过采用16相高阶调制技术能够提供250 kb/s的传输速率,有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期,从而更加省电。

  ZigBee联盟定义了两种物理设备类型:全功能设备FFD(Full Function Device)和精简功能设备RFD(Re-duced Function Device)。ZigBee网络星型拓扑结构通常由1个FFD和若干RFD组成。FFD充当网络协调器功能,其他设备只与协调器通信,由协调器决定处理要做的事情。如果某个终端设备需要传输数据到另一个终端设备,它会把数据发送给协调器,然后由协调器将数据转发到目标接收器终端设备。通过FFD接力传送,网络又可以扩展成其他拓扑结构,如图1所示。

      随着ZigBee的研究发展,2005年,各大芯片制造商纷纷推出了符合ZigBee标准的收发模块和通信套件,但是目前只有挪威Chip-con公司 (CC2420/CC2430和CC2500/CC2550等)、美国Freescale Semiconductor公司(MC13192和MC13193)、美国CompXs公司(ML7065)和美国Ember公司(EM2420)四个原始设备生产商(OEM)的ZigBee套件符合联盟规定的标准。2007年德州仪器(TI)宣布推出ZigBee协议栈(Z-Stack)的免费下载版本。

2 设计与调试

2.1 研究目标

  网络协调器的主要功能是协调建立网络,其他功能还包括:传输网络信标、管理网络节点及存储网络节点信息,并且提供关联节点之间的路由信息;此外,网络协调器要存储一些基本信息,如节点数据设备、数据转发表及设备关联表等。

  问题是,目前ZigBee协议主要在低端8位或16位单片机上实现。对于网络协调器节点而言,其数据处理能力不强,且限于自身的硬件资源,很少能实现良好的人机交互界面。对功能要求较高的ZigBee协调器,这种构架很难满足应用的需求。而基于PC机的网络协调器节点,不但体积大、价格高而且功耗大,对于传输率不大的传感器网络来说十分浪费资源,所以开发基于ARM系列嵌入式芯片为核心微处理器的网络协调器是很有必要的。实验基于星型结构,在实现RFD功能的基础上,开发基于ARM9嵌入式的网络协调器,提供3.5英寸TFTLCD触摸屏作为人机交互,显示其他各节点的工作状况、测试参数情况,为日后高级应用提供平台。

2.2 协调器硬件结构

  本设计射频芯片选用挪威Chipcon公司的CC2420(2.4 GHz,支持250 kb/s数据传输率)。微处理器采用S3C2440嵌入式工业级芯片。硬件框图如图2所示,ARM(左)+RFD(右)=ARM嵌入式网络协调器。

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关键字:无线传感器  ZigBee  网络  协调器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2009/1110/article_2014.html
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