基于SEP6010 SoC芯片的ZigBee协议栈设计与实现

摘要

ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信技术，具有传输时延短、网络自适应能力强、复杂度低、成本低和功耗低等特点。无线传感网络由于应用场景条件的限制，要求其具有低功耗特性，因此低功耗问题是无线传感网络的目前主要研究方向之一。本文通过研究ZigBee技术和现有工业解决方案，分析出目前ZigBee无线传感网络解决方案在功耗方面的问题和缺陷主要存在于以下两个方面：一方面，担负主要数据处理和通信任务的芯片解决方案没有设计低功耗工作模式，所产生的系统功耗太高，这在网络中节点数量增多时表现尤为明显；另一方面，现有ZigBee解决方案通常没有针对无线传感网络数据采集应用来设计低功耗工作机制，从而利用其数据采集周期性特点来对系统功耗做进一步优化。
　　为了解决上述两个问题，本文提出基于嵌入式SoC微处理器SEP6010的ZigBee低功耗协议栈设计与实现方法，利用SEP6010芯片所特有的低功耗工作模式来替代传统节点微处理器芯片的单一开关工作模式，使其在不同的工作状态下处于不同的能量消耗水平，从硬件层次达到有效降低节点功耗的目的。同时针对无线传感网络温度采集应用场景，利用传感器节点循环采集数据的周期性特点，设计协议栈同步循环工作机制，使节点在数据采集周期中保持同步休眠状态，进一步降低网络节点的整体功耗，以达到充分降低系统功耗的目的。
　　本文最终设计并实现了一套应用该低功耗协议栈的无线传感网温度采集系统并对其进行测试，结果表明基于SEP6010的ZigBee低功耗协议栈不仅可以达到标准ZigBee协议的功能要求，同时可以大幅降低系统的平均功耗，特别是在星型网络拓扑结构中使得节点平均功耗能够比典型ZigBee设备降低约40％。因此该系统可以较好地应用到远程数据监控等无线传感网络工程项目中。