基于ZigBee技术的无线数据收发器MAC层协议研究与硬件设计

Zigbee是一种低速、低功耗、低成本的短距离无线网络技术,主要面向自动化和远程控制的应用。IEEE802.15.4是为实现这一目标而专门设计的标准。本文研究了无线个域网IEEE 802.15.4媒质接入控制(MAC,Medium Access Control)层协议,主要针对MAC子层的业务规范和MAC子层的功能结构,根据ZigBee设备的组成结构提出MAC层硬件电路实现方案,并最终制成了硬件电路板。 首先,通过对IEEE 802.15.4无线个域网的组成元素及相关概念进行描述,建立了无线个域网的基本框架。按照MAC层数据业务(MAC data service)和MAC层管理业务(MAC management service)阐述了IEEE 802.15.4所提供的各种业务类型、业务之间的关系、以及支持业务的消息内容。 其次,对MAC子层的功能结构进行了研究。分析了MAC子层的总体功能结构,着重讨论了信道接入机制、数据传输模式、帧结构和鲁棒性(Robustness)。对开始并维持PAN的过程、信标的生成、关联与解关联、同步等内容也进行了描述。 接着分析了ZigBee设备组成结构及硬件设计思路。在介绍TI DSP TMS320VC5402和TI DSP集成开发环境CCS的基础上,提出了基于DSP的ZigBee收发设备的MAC层实现方案。给出了硬件设计的整体框架,具体介绍了TMS320VC5402处理器模块、电源模块、时钟模块、存储器模块以及各个接口模块的电路原理图。 最后讨论了MAC层PCB板的制作及调试方案设计。介绍了从原理图到PCB板的设计的一般流程及PCB设计中应遵守的准则,随后展示了MAC层PCB板的布局、层堆栈结构和布线效果,并对电路的调试方案进行了讨论。