CC2530和FPGA的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘要：采用ZigBee協(xié)議組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)出可以自動(dòng)接入該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，使用了基于ZigBec技術(shù)的CC2530芯片和FPGA。摒棄了以往采用MCU控制CC2530的方式，對(duì)本身具有8051內(nèi)核的CC2530芯片進(jìn)行更大限度地利用。詳細(xì)地論述了一種新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了可靠和高速的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，具有操作方便快捷、低功耗和便于移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：ZigBec；CC2530；FPGA；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

引言
在當(dāng)今的技術(shù)領(lǐng)域，使用ZigBee協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)正趨向于成熟。使用ZigBee技術(shù)，可以簡(jiǎn)單地組建一個(gè)廣泛適用、穩(wěn)定可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)具有計(jì)算處理、無(wú)線通信、傳感技術(shù)以及控制能力的單節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。ZigBee技術(shù)利用全球公用的公共頻率2．4 GHz，應(yīng)用于監(jiān)視、控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有低成本、低耗電、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和要求的不同有著不同的種類(lèi)劃分，在醫(yī)療、保健、化學(xué)處理和災(zāi)難救助等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。并且靜態(tài)節(jié)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)隨社會(huì)發(fā)展開(kāi)始相互結(jié)合，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加靈活。本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在靜態(tài)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中能動(dòng)態(tài)地作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)參與組網(wǎng)，不再采用MCU控制以CC2530為主芯片的模塊的方式，而采用CC2530與FPGA相互傳輸控制；使用CC2530所具有的ZigBee協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)一種新型的動(dòng)態(tài)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與結(jié)構(gòu)
1．1 ZigBee協(xié)議
ZigBee是以IEEE 802．15．4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是IEEE第一種用于傳感器與制動(dòng)器等監(jiān)測(cè)和控制應(yīng)用的開(kāi)放無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多功能相同或不同的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，而每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制、通信和電源4個(gè)模塊組成。節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的采集、收發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)。作為ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，需要有IBEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的PHY和MAC層，這兩層組成了控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募軜?gòu)，ZigBee層架構(gòu)如圖1所示。

ZigBee在底層具有OSI模型開(kāi)始的兩層架構(gòu)，物理層(PHY)定義了無(wú)線射頻特征，支持2種不同的信號(hào)：2450 MHz和868／91 5 MHz。本文使用的頻段在2．4GHz ISM。IEEE 802．1 5．4標(biāo)準(zhǔn)允許在這個(gè)全球頻段內(nèi)使用250 kbps的數(shù)據(jù)速率，還可以提供1 6個(gè)不同的信道。而介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)負(fù)責(zé)相鄰設(shè)備間的單跳數(shù)據(jù)通信，它與網(wǎng)絡(luò)層連接，經(jīng)過(guò)相互協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)傳送來(lái)工作，也建立設(shè)備間的單跳數(shù)據(jù)通信的協(xié)調(diào)、關(guān)聯(lián)和安全。網(wǎng)絡(luò)層(NWK)支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切?、?shù)型和網(wǎng)格型。應(yīng)用層則包括APS子層、ZDO和管理平臺(tái)以及應(yīng)用對(duì)象架構(gòu)。由ZigBee架構(gòu)可知它們的相互關(guān)聯(lián)：安全服務(wù)提供層(SSP)保護(hù)了應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)，由此建立起了安全機(jī)制；而安全服務(wù)提供層(SSP)則是通過(guò)ZDO和管理平臺(tái)進(jìn)行初始化和配置的，要求實(shí)現(xiàn)高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)。
1．2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
ZigBee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)中心協(xié)調(diào)器(Coordinator)和多個(gè)路由器(Router)組成。路由器在網(wǎng)絡(luò)中為全功能節(jié)點(diǎn)(Full Function Device)，和選配的終端節(jié)點(diǎn)(End Device)一起組成了ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)。ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。