基于802.15.4/ZigBee无线传感器网络节点的物理层设计
摘要： 无线传感网络和ZigBee都是目前研究的热门对象。本文简要介绍了基于IEEE 802.15.4/ZigBee的无线传感网络的主要优势,重点介绍了基于IEEE 802.15.4/ZigBee的传感器节点模型以及可供选择的几款传输模块芯片,并给出了一个实际的节点设计方案。
关键词： 无线传感网络;802.15.4;ZigBee节点;无线传感器
引言
以传感器和自组织网络为代表的无线应用并不需要较高的传输带宽,但却要求具有较低的传输延时和极低的功率消耗,使用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列。IEEE802.15.4/ZigBee标准把低功耗、低成本作为主要目标,为传感器网络提供了互连互通的平台。目前基于该技术的无线传感器网络的研究和开发得到越来越多的关注。
简介
IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术,网络层以上协议由ZigBee联盟制定,IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、以及数据链路层和物理层组成。协议栈结构如图1所示。
图1 ZigBee协议栈结构
物理层
物理层采用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列扩频)技术,可提供27个信道用于数据收发。IEEE802.15.4 定义了2.4GHz频段和868/915MHz频段两种物理层标准。物理层的主要功能包括：激活和休眠射频收发器,信道能量检测,信道接收数据包的链路质量指示,空闲信道评估,收发数据。
数据链路层
IEEE802系列标准把数据链路层分为媒质接入层MAC和逻辑链路控制层LLC。IEEE802.15.4的MAC子层支持多种LLC标准。MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输;而LLC子层在MAC子层的基础上,给设备提供面向连接和无连接的服务。MAC子层功能具体包括：协调器产生并发送信标帧,普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步;支持PAN网络的关联和取消关联;支持无线信道的通信安全;使用CSMA-CA机制;支持保护时隙(GTS)机制;支持不同设备的MAC层之间的可靠传输。LLC子层功能包括：传输可靠性保障和控制;数据包的分段与重组;数据包的顺序传输。
