基于zigbee技术的无线数据收发器mac层协议研究与硬件设计

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1、摘要摘要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。IEEES02．15．4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IEEE802．15．4媒质接入控制(MAC．MediumAccessContr01)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，并晟终制成了硬件电路板。首先，通过对IEEE802．15．4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(MACdataservice)和MAC层管理业务(MACma

2、nagementservice)阐述了IEEE8132．15．4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干层的功能结构进行丁研究。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、帧结构和鲁榷性(Robustness)。对开始井维持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TIDSPTMS320VC5402和TIDSP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，具体介绍丁TMS320VC5

3、402处理器模块、电源模块、时钟模块、存储器模块以及各个接[21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。介纠丁从原理图到PCB板的瑷计的一般流栏及PCB设计中应遵守的准贝lJ，随后展示了MAC层PCB扳的布局、层堆栈结构和布线效果，并对电路的调试方案进行了讨论。【关键词】zigBeeIEEE802．15．4无线个域网媒体接入控制(MAC)MAC数据业务MAC管理业务数字信号处理器(DSP)TMS320VC5402CCS硬件电路设计印制电路板ABSTRACTZigBeetechnologyisalowdatarate，lowpowerconsumption，low

4、cost，wirelessnetworkingprotocoltargetedtowardsautomationandremotecontr01applications．IEEES02】5．4committeeworksonthestandardtoaddresstheneedforlowrratelow—powerwirelessnetwork．ThentheZip．BeeAllianceand恤eIEEEioinforcesandZigBeeisthecommercialnamefortheTechnology,Wjatfirstprovidetheresearchinthispap

5、erontheMAC(MediumAccessContr01)protocolsinIEEE802．15．4WPAN．focusontheMACsublayerservicespecificationandMACfunctionality．ThenthediscussofhardwaredesignissuesrevealsthemainelementsoftheZigBeetransceiverconfiguration．FinallytheMACsublayerhardwareschematicdiagreartandPCBdesignarepresented，whichmeetth

6、erequiredgoalsofthisapplicationofZigBeeFirstofall，thebasicframeworkofWPANisbuiltonthebasisoftheintroductionofelementsandrelatedconceptionsofIEEE802．15．4WPAN．TheservicesofIEEE802．15．4IVlACarejmroducedintwotypes：MACdataserviceandMACmanagementservice{nterfacingtotheMACsublayermariagemententity(MLME)

7、serviceaccesspoint(SAP)(MLME-SAP)．andtheirrelationshipsandmessagestosupportthemarealsopresentedThenthemainprimitivesofMACdataserviceandMACmanagementserviceareillustrated．Secondly,thefunctionalarchitectureofMACsublayeri