《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向2.4GHz與1GHz以下頻段的ZigBee技術(shù)
摘要: ZigBee標(biāo)準(zhǔn)已面市多年,該標(biāo)準(zhǔn)一直面臨著與其它無線標(biāo)準(zhǔn)所面臨的類似挑戰(zhàn),包括不同的發(fā)展階段,早期采用者的不兼容性,以及ZigBee聯(lián)盟成員間關(guān)于正確發(fā)展方向的諸多討論。
關(guān)鍵詞: RF|微波 2.4GHz 1GHz ZigBee
Abstract:
Key words :
ZigBee標(biāo)準(zhǔn)已面市多年,該標(biāo)準(zhǔn)一直面臨著與其它無線標(biāo)準(zhǔn)所面臨的類似挑戰(zhàn),包括不同的發(fā)展階段,早期采用者的不兼容性,以及ZigBee聯(lián)盟成員間關(guān)于正確發(fā)展方向的諸多討論。

不過,隨著公共應(yīng)用規(guī)范的推出,ZigBee標(biāo)準(zhǔn)已進入成熟的發(fā)展階段。任何被允許使用ZigBee標(biāo)識的方案,首先必須通過ZigBee應(yīng)用規(guī)范驗證,這樣就保證了最終客戶應(yīng)用層的兼容。測試機構(gòu)通過其測試步驟確保所有設(shè)備不僅使用相同的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)(即ZigBee Pro功能集)在網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù),而且要保證這些設(shè)備之間能夠安全通信。此外,測試程序還要驗證帶有ZigBee認證標(biāo)識的最終產(chǎn)品已通過嚴格的測試,從而確保應(yīng)用程序發(fā)送的信息遵從公共應(yīng)用規(guī)范中的某一協(xié)議。

這些公共應(yīng)用規(guī)范兼容性通過一組便于識別的標(biāo)識,讓終端用戶可獲悉其所支持的應(yīng)用規(guī)范。目前已建立的應(yīng)用規(guī)范有(圖1):ZigBee Smart Energy(智能能源),ZigBee Home Automation(住宅自動化),ZigBee Health Care(醫(yī)療保健),ZigBee building automation(樓宇自動化),ZigBee Telecommunication Services(電信服務(wù)),ZigBee Retail Services(零售服務(wù)),ZigBee Remote Control(遙控)。

面向<a class=2.4GHz和1GHz以下頻段的ZigBee技術(shù)[圖]" height="69" src="http://files.chinaaet.com/images/20110509/1c5ef1d7-a853-49f9-b245-85eeecf5a2e3.jpg" width="560" />

雖然某些公共應(yīng)用規(guī)范仍在發(fā)展中,但大多數(shù)重要的技術(shù)指標(biāo)都已最終確定,而且市面上已有許多通過這些規(guī)范認證的產(chǎn)品。目前市場上最有影響的應(yīng)用規(guī)范為Zigbee Smart Energy、ZigBee Home Automation、ZigBee Telecommunication Services和ZigBee Remote Control。

ZigBee Smart Energy標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定那些提供多種能源管理及其控制功能的器件,如供最終用戶與網(wǎng)絡(luò)交互的電表、負載控制單元或室內(nèi)顯示等器件;ZigBee Home Automation標(biāo)準(zhǔn)則覆蓋燈開關(guān)、調(diào)光器、采暖、通風(fēng)及空調(diào)(HVAC)及窗簾控制等設(shè)備。

另一個新的終端產(chǎn)品公共應(yīng)用規(guī)范是ZigBee Remote Control,考慮到該遙控標(biāo)準(zhǔn)的最初命名,它通常被稱為ZigBee RF4CE。這項規(guī)范能夠?qū)崿F(xiàn)完整的新一代RF遙控裝置,用于電視或機頂盒等消費電子產(chǎn)品。它可在遙控裝置和消費電子設(shè)備之間實現(xiàn)AES加密雙向通信鏈路,而無需紅外遙控器等視線(line-of-sight)控制裝置。由于可以實現(xiàn)電視機與遙控裝置之間的雙向通信(backchannel),這種功能豐富的全新遙控器將能夠提升用戶體驗。

ZigBee基于IEEE 802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn),這意味著ZigBee應(yīng)用程序可以使用該國際IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)功能。IEEE標(biāo)準(zhǔn)的物理層規(guī)范描述了調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率、設(shè)備功能、數(shù)據(jù)傳輸概念以及可使用的頻段。其中最知名的頻段是2.4GHz ISM頻段。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)允許在這個全球頻段內(nèi)使用250kbps的數(shù)據(jù)速率。此外,該頻段也被其它技術(shù)使用,如IEEE 802.11或IEEE 802.15.1,即大家所知的Wi-Fi和藍牙技術(shù)。

802.15.4采用擴展頻譜技術(shù)來提高應(yīng)用設(shè)備在這個高度擁擠頻段中的抗干擾能力,以確保ZigBee設(shè)備能在藍牙網(wǎng)絡(luò)并存的環(huán)境中正常工作。該標(biāo)準(zhǔn)還提供另一個非常有用的可選功能,就是使用地域性頻段。

這個地域性頻段范圍通常被稱為“sub-1GHz”,也叫做“頻率在1GHz以下頻段”。由于頻率較低,這類頻段可使應(yīng)用設(shè)備獲得更好的信號傳輸距離和傳播效果。采用這些頻段,室內(nèi)環(huán)境下多路徑傳播等負面效應(yīng)減少了;而2.4GHz信號在室內(nèi)環(huán)境中更容易被光滑墻面、金屬構(gòu)件反射,以及被潮濕空氣削弱。目前,經(jīng)批準(zhǔn)的這類頻段有四個,其具體頻段和地域如下:日本,950MHz;北美和澳大利亞,902MHz;歐洲,868MHz;中國,780MHz。

開發(fā)人員利用這些頻段,能夠構(gòu)建出適合全球范圍及地域性要求的產(chǎn)品,同時提供可在不同頻段使用相同應(yīng)用層協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,且發(fā)揮靈活射頻參數(shù)配置(如可用輸出功率)的優(yōu)勢的產(chǎn)品。

使用這些頻段可使智能抄表或住宅自動化等應(yīng)用領(lǐng)域受益,因為產(chǎn)品將更容易獲得更大的傳輸距離或穿墻能力;也能讓無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個樓宇,而不必采用昂貴的功率放大電路。sub-1GHz信號的一個優(yōu)點是,可讓一棟普通樓宇的地下室中的某個電表與第一層中的一個室內(nèi)顯示器直接連接。

支持這種靈活的多頻率應(yīng)用所需的是支持這些不同頻段的射頻傳輸系統(tǒng)。
愛特梅爾公司就是少數(shù)幾家能支持2.4GHz頻段,并同時能夠提供運行在上述4個sub-1GHz頻段之中3個頻段的器件的公司之一。Atmel AT86RF212就是一款符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)且能在北美、歐洲和中國使用的低功耗射頻收發(fā)器。

開發(fā)人員結(jié)合使用在2.4GHz頻段運行的可用引腳兼容器件,能夠獲得極為靈活的解決方案以滿足不同發(fā)射距離要求,并推出針對地域性市場而設(shè)計的產(chǎn)品(圖2)。

面向2.4GHz和1GHz以下頻段的ZigBee技術(shù)[圖]

而且,所有這些符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的射頻器件都可運行相同的應(yīng)用程序,如ZigBee Smart Energy或ZigBee Home Automation。

為實現(xiàn)這一目的,愛特梅爾公司提供了經(jīng)ZigBee Pro協(xié)議堆棧認證平臺,并支持各種公共應(yīng)用規(guī)范。開發(fā)人員可通過包含ZigBee Smart Energy、ZigBee Home Automation以及ZigBee Building Automation標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備支持的BitCloud Profile Suite獲得這些產(chǎn)品。愛特梅爾公司最近發(fā)布的RF4CE協(xié)議堆棧套件RF4Control可讓開發(fā)人員實現(xiàn)支持最新ZigBee Remote Control規(guī)范的ZigBee遙控設(shè)備(圖3)。

面向2.4GHz和1GHz以下頻段的ZigBee技術(shù)[圖]

使用這些軟件套件時,由于應(yīng)用程序接口(API)是相同的,因而開發(fā)人員能夠更方便地實現(xiàn)不同頻段中的應(yīng)用。此外,應(yīng)用開發(fā)人員無需為在世界不同地域使用的產(chǎn)品編寫不同的程序代碼。這樣可縮短產(chǎn)品上市周期,同時擴大目標(biāo)市場領(lǐng)域。

不同的公共應(yīng)用規(guī)范以及面向上述4個不同頻段的射頻設(shè)備提供的靈活性,將為眾多新興無線市場造就豐富多彩的產(chǎn)品。愛特梅爾是業(yè)界首家能夠提供在不同IEEE頻譜活動上,運行相同ZigBee堆棧應(yīng)用的企業(yè)。

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