一种基于FPGA的Zigbee/WiFi传输接口融合的MAC控制器的设计与仿真

摘要

随着移动互联网和物联网的发展，当前的无线网络环境呈现出多种无线通信协议共存的局面，例如Zigbee广泛应用于智能家居、医疗监控、工业控制、农业生产、环境监测等领域，具有低功耗、低成本、组网灵活的特点；WiFi广泛应用于设备间的互联和设备接入Internet，其传输速率高、覆盖范围广。异构和融合是未来的无线通信网络的主要发展方向之一。 本文针对Zigbee与WiFi共存的网络环境，基于FPGA设计了一款支持Zigbee和WiFi通信接口融合的MAC控制器。为避免Zigbee与WiFi间的频谱干扰，该控制器根据上层待发数据的类型切换Zigbee/WiFi工作模式；采用基于松耦合的架构构建IEEE802.15.4和IEEE802.11b基于竞争的CSMA/CA方式的数据链路的MAC控制；具有处理器可配置的基于优先级的流控功能和基于优先级及信道状态动态的信道接入机会调整功能。本文在控制器的MAC帧格式设计中增加了优先级子域。控制器支持IEEE802.15.4和IEEE802.11b两种帧的组装、发送、接收和筛选，支持CRC校验、自动返回确认帧机制和自动重传机制。 本文采用Verilog HDL对MAC控制器的模块和整体功能进行描述，基于Xilinx的xc7z020芯片和Vivado套件对融合MAC控制器进行功能仿真和综合。通过搭建两个MAC控制器之间的回环传输仿真平台，实现了对融合MAC控制器的整体功能仿真验证，该控制器可用于Zigbee与WiFi混合网络的融合网关SoPC中。

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