基于MC13192的无线传感器网络节点设计
东南大学 许森 黄东 丁维明
引 言
无线传感器网络是计算机技术、通信技术和传感器网络技术相结合的产物,是互联网领域研究的热点之一。应用于无线传感器网络的技术有许多种(如蓝牙技术、红外技术和超带宽无线通信技术等),推动了无线传感器网络的发展。但是,在家庭控制、医疗护理和工业监测应用中不需要很高的带宽,需要的只是低延迟、低功耗;而如果使用现有的、过于复杂的无线通信技术,将非常耗电,占用过多的计算和通信资源。为满足上述要求,ZigBee技术应运而生。ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术,把低功耗、低成本作为重要目标,主要应用于低速传输,可以作为无线传感器网络的通信协议。
传感器节点是组成无线传感器网络的基本单元,是构成无线传感器网络的基础平台。ZigBee网络节点通常是一个微型嵌入式系统,完成数据的采集、处理和传送,是决定网络性能的重要因素。本文采用Freescale公司的Zig-Bee无线收发射频芯片MC13192和Philips公司的32位ARM芯片LPC2138,完成了无线传感器网络节点的设计,给出了软、硬件设计方案,并且在硬件基础上进行了结果分析。
1 ZigBee技术及其优势
ZigBee协议标准是由ZigBee联盟与IEEE 802．15．4的任务小组来共同制定的,其协议栈主要由5层体系组成,结构如图1所示。其中,物理层和MAC层标准主要由IEEE 802．15．4的任务小组完成;网络层和安全层由ZigBee联盟制定;应用层的开发则根据用户的应用需要对其进行开发,用户提供机动、灵活的组网方式。
ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务,特别是无线传感器网络,因为它具有以下优点：
功耗低。由于其传输速率低,发射功率仅为1mW,所以功耗很低;而且采用了休眠模式,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节五号电池就可以维持长达6个月～2年左右的使用时间。
时延短。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备的时延为30 ms,休眠激活的时延为15 ms,活动设备信道接人的时延为15 ms。因此,ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制等应用。
网络容量大。一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备,一个区域内最多可以同时存在100个独立而且互相重叠覆盖的ZigBee网络。
安全可靠。采取了碰撞避免策略,避开了发送数据的竞争和冲突;采用完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息;还提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证。
基于以上特点与优势,ZigBee技术在无线传感器网络中的应用将有广阔的发展空间。
2 MC13192芯片与LPC2138芯片简介
